Příklady z genetiky

Výsledky:

 

U prvního schématu jde o neinformativní DNA analýzu. Na základě genealogického vyšetření je zd

e 

pravděpodobnost 50%, že každé matčino dítě bude trpět familiární hypercholesterolémií.

 

U druhého schématu je analýza zcela informativní pouze pro syna II/4, který je určitě přenašečem 

fenylketonurie. Jedinci II/2 a II/3 jsou na základě analýzy přenašeči s 50% pravděpodobností.

 

Ve třetím případě jde o informativní analýzu, kdy mutovaná alela pochází od matky. Dcera II/1 je 

přenašečkou hemofilie s 3% pravděpodobností; dcera II/3 s 97% pravděpodobností.

 

2.

 

Cytogenetika 

1)

 

Zápisy karyotypů 

 

Zadání:

 

Zapište karyotypy u uvedených jedinců. Slovo "zdravý" označuje jedince s normálním karyotypem.

 



 

Zdravý muž

 



 

Zdravá žena

 



 

Žena s Turnerovým syndromem

 



 

Muž s Klinefelterovým syndromem

 



 

Holčička s Patauovým syndromem (klasická forma trizomie)

 



 

Muž s balancovanou translokací 14;21

 

Dále zapište diagnózu dle následujících karyotypů.

 



 

45,X 



 

47,XXX 



 

46,XY,der(21;21),+21 



 

45,XX,der(14;21) 



 

46,XY,del(5p) 

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitole

 Chromozomy a 

Chromozomové aberace

. 

Při řešení této úlohy vycházíme ze znalosti normálního karyotypu člověka a příslušných 

chromozomových aberací. Při zápise těchto karyotypů se snažíme řídit nejnovější normou (ISCN 

2009). 

Při hodnocení karyotypu nejprve sečteme všechny chromozomy (standardně jde

 

o 46 chromozomů); 

pokud se v karyotypu vyskytuje Robertsonská translokace (což jsou vlastně 2 chromozomy spojené v 

jeden) - 

počítáme tento derivovaný chromozom pouze jednou.

 

Následně zapíšeme přítomné pohlavní chromozomy.

 

Dále zapíšeme různé odchylky oproti normálu...

 

Při hodnocení karyotypu chlapce s Downovým syndromem (a to s klasickou trizomií 21) tedy 

zapíšeme:

 

Počet chromozomů: 47

 

Pohlavní chromozomy: XY

 

Odchylky (nadpočetný 21. chromozom): +21

 

Tedy: 

47,XY,+21

 

V případě dívky s balancovanou translokací 21;21 by zápis vypadal takto:

 

45,XX,der(21;21)

, respektive 45,XX,rob(21;21) 

Zkratka 

der

 

v tomto případě označuje derivovaný chromozom; zkratka

 

rob

 

přesněji Robertsonskou 

translokaci. Zápis (21;21) pak informuje o tom, kterých chromozomů se abnormalita týká.

 

Další zkratky potom zahrnují:

 

del

 - delece 

dup

 - duplikace 

inv

 - inverze 

i

 - izochromozom 

r

 - 

ring chromozom (kruhový chromozom)

 

Chromozomální mozaika se potom zapisuje takto (žena se dvěma buněčnými liniemi 

- 45,X (10 % 

buněk) a 46,XX (90 % buněk)):

 

45,X[10]/46,XX[90]

 

Při zápisu diagnózy si všímáme, zda je karyotyp normální či ne a pokud není, potom zda jde o 

balancovanou či nebalancovanou abnormalitu.

 

Výsledek:

 



 

Zdravý muž 

- 46,XY 



 

Zdravá žena 

- 46,XX 



 

Žena s Turnerovým syndromem 

- 45,X 



 

Muž s Klinefelterovým syndromem 

- 

47,XXY (respektive 48,XXXY či 49,XXXXY)

 



 

Holčička s Pataovým syndromem 

- 47,XX,+13 



 

Muž s balancovanou translokací 14;21 

- 45,XY,der(14;21) 



 

45,X - 

Žena s Turnerovým syndromem (monozomie X chromozomu)

 



 

47,XXX - 

Žena s trizomií X ("Superfemale")

 



 

46,XY,der(21;21),+21 - 

Muž s translokační formou Downova syndromu

 



 

45,XX,der(14;21) - 

Žena s balancovanou translokací 14;21 (bez klinického projevu)

 



 

46,XY,del(5p) - 

Muž s delecí krátkého raménka 5. chromozomu (Cri 

du chat syndrom) 

 

2)

 

Chromozomové mutace 

 

Zadání:

 

Pojmenujte následující chromozomové mutace. Písmenka označují jednotlivé úseky,

 * 

označuje 

centromeru. 

ABCDEF*GHIJKL

 - 

normální chromozom

 

ABEF*GHIJKL

 - 

mutace 1

 

ABBCDEF*GHIJKL

 - 

mutace 2

 

CBADEF*GHIJKL

 - 

mutace 3

 

ABCDHG*FEIJKL

 - 

mutace 4

 

DEF*GHIJKL

 - 

mutace 5

 

ABCDEF*FEDCBA

 - 

mutace 6

 

ABCDEF*GHIXYZJKL

 - 

mutace 7

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitole

 Chromozomy a Mutace. 

Při řešení této úlohy vycházíme ze znalostí chromozomových mutací (viz odkaz výše). Potom 

porovnáme úseky (písmenka) mutovaného chromozomu s úseky normálního chromozo

mu a mutaci 

pojmenujeme. 

Výsledek:

 

ABEF*GHIJKL

 - 

Intersticiální delece úseku

 CD 

ABBCDEF*GHIJKL

 - 

Duplikace úseku

 B 

CBADEF*GHIJKL

 - 

Paracentrická inverze (úsek

 ABC) 

ABCDHG*FEIJKL

 - 

Pericentrická inverze (úsek

 EF*GH) 

DEF*GHIJKL

 - 

Terminální delece úseku

 ABC 

ABCDEF*FEDCBA

 - 

Izochromomozom (raménko

 ABCDEF) 

ABCDEF*GHIXYZJKL

 - 

Inzerce úseku

 XYZ 

3.

 

Dědičnost 

1)

 

Monohybridizus 

 

Zadání 1:

 

U hypotetické květiny je červená barva květů podmíněna dominantní alelou

 A

. Provedli jsme křížení 

květiny s červenými květy a květiny s bílými květy. Všichni potomci (100%) měli květy červené. Jaký 

genotyp lze očekávat u rodičovských rostlin a potomků?

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitolách

 Geny a znaky, Alely a 

Dědičnost

. 

Uvažujeme jednoduchý monohybridismus dle 1. Mendelova zákona. Rostlina s bílými květy musí být 

recesivním homozygotem s genotypem

aa

, neboť nesyntetizuje

-

li červenou barvu květů, pak nemůže 

mít ani jednu dominantní alelu, která tento fenotypový znak podmiňuje.

 

U druhé 

- 

červené 

- 

rodičovské rostliny nemůžeme pouze z fenotypu usoudit na genotyp (červenou 

barvu nalezneme jak u dominantního homozygota, tak i u heterozygota). Vzhledem k fenotypu 

potomků (všichni mají červené květy) je však jasné, že červený rodič musí být dominantní homozygot 

(AA

). Kdyby šlo o heterozygota, mělo by červenou barvu pouze 50% (přibližně) potomků.

 

Všichni potomci jsou potom heterozygoti

 

Výsledek:

 

Rodič 

- 

bílý: genotyp

 aa 

Rodič 

- 

červený: genotyp

 AA 

Potomek - 

červený: genotyp

 Aa 

 

Zadání 2:

 

Potomky z předchozího příkladu (tj. fenotypově červené, genotypově heterozygoty) zkřížíme:

 

a) Navzájem mezi sebou

 

b) S bílým rodičem

 

c) S 

červeným rodičem

 

Jaké můžeme očekávat genotypy a fenotypy u potomků z těchto křížení

 

Řešení:

 

Křížení potomků 

- 

heterozygotů mezi sebou probíhá přesně dle 2. Mendelova zákona, na který se 

tímto odvolávám.

 

Při křížení potomků 

- 

heterozygotů s bílým rodičem se zaměříme na to, jakou alelu předá právě 

potomek - 

heterozygot. Rodič předává pouze recesivní alelu

 a

, ovšem potomek (teď již také rodič :

-) - 

heterozygot může předat dominantní

 A 

i recesivní

 a alelu; ka

ždou s 50% pravděpodobností. Polovina 

potomků z tohoto křížení tak budou recesivní homozygoti (

aa

, fenotypově bílí); druhá polovina potom 

opět heterozygoti (

Aa

, fenotypově červení).

 

A nakonec křížení potomků 

- 

heterozygotů s červeným rodičem 

- 

dominantním 

homozygotem. 

Dominantní homozygot (

AA

) předává vždy dominantní alelu. Tudíž všichni potomci budou fenotypově 

červení. Heterozygot předává buď dominantní nebo recesivní alelu (viz výše), polovina potomků 

budou tedy opět dominantní homzygoti (

AA

), druhá polo

vina heterozygoti (Aa). 

Výsledek:

 

a) 25% aa 

(bílá barva), 50%

 Aa 

(červená barva), 25%

 AA 

(červená barva)

 

a) 50% aa 

(bílá barva), 50%

 Aa 

(červená barva)

 

a) 50% AA 

(červená barva), 50%

 Aa 

(červená barva)

 

 

4.

 

Genealogie 

1)

 

Tvorba rodokmenu, výpočty rizik 

 

Zadání 1:

 

Nakreslete genealogické schéma této rodiny:

 

Rodiče (otec 45 let, matka 39 let) mají 4 děti (dcera 15, syn 13, dcera 7, syn 4). Starší ze synů je 

postižen dědičnou chorobou, zbytek rodiny je zdravý.

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitole

 Genealogie. 

Při sestavení rodokmenu použijeme standardních značek. Nezapomeneme, že jedince v jedné 

generaci (pokud možno) řadíme podle věku a to zleva doprava, od nejstaršího k nejmladšímu. Jedince 

rovněž příslušným způsobem očíslujeme. Do legendy můžeme ke každému jedinci uvést věk, 

případně další podrobnosti.

 

Výsledek:

 

 

I/1 - 45 let 

I/2 - 39 let 

II/1 - 15 let 

II/2 - 13 let, 

postižen

 

II/3 - 7 let 

II/4 - 4 roky 

 

Zadání 2:

 

Ve stejné rodině určete riziko, že další narozené dítě těchto rodičů bude opět trpět dědičnou 

chorobou, pokud ona dědičná choroba (kterou trpí syn II/2) je:

 

1)  Hemofilie 

2)  Fenylketonurie 

Od kterého z rodičů pochází mutovaná alela?

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitolách

 

Dědičnost

 a Genet

ické choroby

. 

V prvním případě (hemofilie) jde o gonozomálně recesivně dědičnou chorobu (X 

- 

vázanou). Jelikož 

syn II/2 je postižen, jeho X chromozom musí nést mutovanou alelu. Otec (I/1) je zdráv, proto jeho X 

chromozom musí nést zdravou alelu. Z toho plyne, že X chromozom s mutovanou alelou musí 

pocházet od matky (I/2). Jelikož matka sama je zdravá, nese mutovanou alelu pouze jeden z dvojice 

jejich X chromozomů.

 

Matka tedy s 50% pravděpodobností předá každému dítěti X chromozom s mutovanou alelou. Pokud 

b

ude toto dítě chlapec, bude postižen. Pokud bude toto dítě děvče, bude přenašečkou, avšak bude 

hemofilii dále přenášet. Jelikož pravděpodobnost narození chlapce je rovněž 50% 

- je 

pravděpodobnost narození postiženého dítěte 0,5 . 0,5 = 0,25 = 25%.

 

V případě druhém (fenylketonurie) jde o autozomálně recesivně dědičnou chorobu. Postižený syn 

(II/2) má obě alely mutovány. Jedna z nich pochází od matky a druhá od otce. Oba rodiče jsou tudíž 

přenašeči 

- 

heterozygoti (sami jsou zdraví). Každé dítě bude s 25% pravděpodobností zdravé, s 25% 

pravděpodobností postižené a s 50% pravděpodobností půjde o přenašeče.

 

Výsledek:

 

1)  Hemofilie - 

25% pravděpodobnost narození postiženého dítěte (50% pro chlapce, 0% pro 

děvče); mutovaná alela pochází od matky.

 

2)  Fenylketonurie - 25% p

ravděpodobnost narození postiženého dítěte; mutovaná alela pochází 

od obou rodičů.

 

5.

 

Geneticky podmíněné choroby 

1)

 

Jednoduchá dědičnost genetických chorob 

 

Zadání 1:

 

Otec trpí familiární hypercholesterolémií. Matka je zdravá. Jaké je riziko pro jejich potomky, že po otci 

zdědí tuto chorobu?

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitolách

 

Genetické choroby

 a 

Dědičnost

. 

Familiární hypercholesterolémie je autozomálně neúplně dominantně dědičná choroba. Neúplně 

dominantí choroba postihuje heterozygoty i dominantní homozygoty, ovšem dominantní homozygoty 

mnohem hůře. Pokud teoreticky (ale i v praxi) uvažujeme "nemocného" jedince 

- 

myslíme tím ve 

většině případů heterozygota. Nemocní 

- 

homozygoti jsou vzácní 

- 

jednak to znamená, že oba rodiče 

museli trpět stejnou dědičnou chorobou (a i potom je jen 25% šance, že se jim narodí dominantní 

homo

zygot) a jednak je jejich onjemocnění většinou velmi závažné (může je například ohrožovat na 

životě). Velká většina dominantně dědičných chorob je ve skutečnosti neúplně dominantních. Úplně 

dominantních genetických chorob (kde heterozygot i dominantní homozygot jsou postiženi stejně) je 

relativně málo.

 

Matka je zdravá 

- 

považujeme ji za recesivního homozygota (nenese mutovanou alelu).

 

Máme zde tedy případ křížení heterozygota s receisvním homozygotem. Polovina potomků (50%) 

budou recesivní homozygoti (zdraví jedinci), druhá polovina heterozygoti (postižení jedinci). Riziko je 

bez pohlavních rozdílů.

 

Výsledek:

 

Pro každého potomka je zde 50% šance, že zdědí po otci familiární hypercholesterolémii.

 

 

Zadání 2:

 

Matka trpí fenylketonurií. Otec je zdravý a v jeho rodině se fenylketonurie nikdy nevyskytla. Jaké je 

riziko pro jejich potomky, že budou trpět fenylketonurií.

 

Řešení:

 

Fenylketonurie je autozomálně recesivně dědičná choroba. Pokud matka trpí fenylketonurií, potom je 

recesivní homozygot. Otec je zdravý, může být dominantní homozygot nebo heterozygot. Vzhledem k 

poznámce, že se v otcově rodině fenylketonurie nikdy nevyskytla, lze otce považovat za dominantního 

homozygota. 

Dostaneme tedy křížení dominantního a recesivního homozygota. Všichni potomci (bez ohledu na 

pohlaví) budou heterozygoti; fenotypově zdraví, ovšem přenašeči fenylketonurie.

 

Výsledek:

 

Žádné dítě těchto rodičů nebude trpět fenylketonurií, ovšem všechny děti budou přenašeči.

 

 

Zadání 3:

 

Dvěma fenotypově zdravým rodičům se narodil chlapec s hemofilií. Který z rodičů přenáší hemofilii? 

Jaké je riziko, že i další dítě bude trpět hemofilií?

 

Řešení:

 

Hemofilie je X vázaná recesivně dědičná choroba. Vzhledem k tomu, že muži mají pouze 

jeden X 

chromozom, můžeme otce z nosičství hemofilie vyloučit (pokud by měl X chromozom s předpokladem 

pro hemofilii - 

musel by sám hemofilií trpět). Nosičkou je tedy matka (sama není nemocná, neboť má 

ještě druhý 

- 

"zdravý" X chromozom).

 

Otec předává potomkovi buď chromozom X nebo chromozom Y. Matka předává pouze X chromozom. 

Každé dítě těchto rodičů má 50% šanci, že dostane od matky X chromozom s mutovanou alelou. 

Pokud tento "nemocný" chromozom dostane děvče (od otce dostane X chromozom), potom půjde o 

f

enotypově zdravou přenašečku. Žádné děvče těchto rodičů hemofilií trpět nebude.

 

Ovšem chlapci dostávají od otce Y chromozom. Jelikož mají 50% šanci, že od matky dostanou X 

chromozom s mutovanou alelou. mají zároveň i 50% šanci, že budou trpět hemofilií.

 

Pr

avděpodobnost, že bude hemofilií trpět syn těchto rodičů je 50%. Pravděpodobnost, že bude 

hemofilií trpět dcera je 0%. Pokud chceme vyčíslit obecně riziko pro potomka, potom musíme 

vynásobit riziko pro chlapce (50%), teoretickou šancí narození chlapce (rovněž 50%). Tedy 1/2 . 1/2 = 

1/4 = 25% 

Výsledek:

 

Pro chlapce je riziko 50%, pro dívky 0% (s 50% pravděpodobností však půjde o přenašečky 

hemofilie). Pro dítě obecně je riziko 25%.

 

6.

 

Populační genetika 

1)

 

Hardyho-Weinbergova rovnováha pro 2 alely 

 

Zadání 1:

 

V populaci (9800 jedinců celkem) se vykytuje hypotetický geneticky podmíněný znak. Dominantní 

forma tohoto znaku je podmíněna dominantní alelou

 A

, recesivní forma znaku je podmíněna recesivní 

alelou a

. Dominantní fenotyp mělo 4998 jedinců. Určete genovou frekvenci dominantní a recesivní 

alely (populace je v H-

W rovnováze).

 

Řešení:

 

Teorie je uvedena především v kapitole

 

Genetika populací

. 

Označme si dominantní alelu (respektive její frekvenci v 

populaci) jako p 

a recesivní alelu jako

 q. Pro 

populaci, která je v H

-

W rovnováze platí následující vztah:

 

p

2

 + 2pq + q

2

 = 1

; kde výraz

 p

2

 

odpovídá 

dominantním homozygotům (tedy jejich procentuálnímu zastoupení v celku; celek 

- 100% = 1 je 

zastoupen pravou stranou rovnice), q

2

 

odpovídá recesivním homozygotům a

 2pq 

heterozygotům.

 

Dále pro genové frekvence alel platí tento vztah:

 

p + q = 1

. 

V uvedené populaci máme 4998 jedinců s dominantním fenotypem. Celkem je v populaci 9800 jedinců 

- 

tedy recesivní fenotyp má 4802 (9800

-

4998=4802) jedinců. U jedinců s dominantním fenotypem 

neznáme genotyp (může jít o dominantní homozygoty i heterozygoty); genotyp známe pouze u jedinců 

s recesivním fenotypem 

- jde o genotyp qq (respektive aa

, ovšem pro názornost se v tomto případě 

budeme držet označení recesivní alely jako

 q 

a dominantní jako

 p). 

Abychom mohli sestavit rovnici - 

musíme znát procentuální zastoupení recesivních homozygotů v 

populaci (zatím známe jen absolutní počet, ne procento z celku).

 

Tedy 4802 / 9800 = 0,49 = 49% 

Můžeme tedy sestavit následující rovnici:

 q

2

 = 0,49 

Pokud obě strany rovnice odmocníme 

- 

získáme výraz:

 q = 0,7 

A konečně dosazením do rovnice

 p + q = 1 

získáme rovnici

 p + 0,7 = 1 

Snadno tedy vypočteme 

- p = 0,3 

Pro kontrolu si můžeme dopočíst, zda správně dopočteme počet jedinců s dominantním fenotypem.

 

Spočteme zastoupení heterozygotů: 2pq = 2.0,3.0,7 = 0,42 = 42%

 

A zastoupení dominantních homozygotů: p

2

 = 0,3.0,3 = 0,09 = 9% 

Dominantní fenotyp by mělo mít 51% (42 + 9 = 51) všech jedinců.

 

9800 . 0,51 = 4988 

Zkouška tedy vyšla 

- 

výsledek je správný.

 

Výsledek:

 

p = 0,3 (frekvence alely A) 

q = 0,7 (frekvence alely a) 

 

Zadání 2:

 

U 200 osob byla vyšetřena krevní skupina. V MN systému byly výsledky následující: 32 jedinců mělo 

skupinu M

, 96 jedinců mělo skupinu

 MN

a 72 jedinců mělo skupnu

 N

. Vypočtěte genové frekvence alel.