EUROPOS SJUNGA

Europos socialinis fondas

KURKIME ATEIT DRAUGE!

PROJEKTAS MAGISTRANTROS IR DOKTORANTROS STUDIJ MODULI KRIMAS IR PROGRAM ATNAUJINIMAS

STRATEGINSE BIOMOKSL SRITYSE

Vytautas Ranelis

AUGAL GENETIKA

UDK .... Apsvarst ir rekomendavo Vilniaus Universiteto Gamtos moksl fakulteto taryba (2008 m. kovo 5 d., protokolas Nr. 4). Auktj mokykl bendrj vadovli leidybos komisijos rekomenduota 2008 m. kovo 28 d. Nr. 08-392 Recenzavo: doc. dr. Juozas Prosceviius doc. dr. Donatas vingila dr. Violeta Kleizait Leidin finansuoja Europos Sjungos struktrini fond paramos 2.5 priemons projek-tas Magistrantros ir doktorantros studij moduli krimas ir program atnaujinimas strateginse modernij biomoksl srityse. Sutarties Nr. ESF/2004.2.5.0-03-430/BPD-199/ParS-12500-602, SFMIS Nr. BPD2004-ESF-2.5.0-03-05/0095. Projekt remia Lie-tuvos Respublika. Projekt i dalies finansuoja Europos Sjunga. Vadovlis skirtas Vilniaus universiteto magistrantros studij programos Genetika (62101B105) studentams. LEIDINYS PLATINAMAS NEMOKAMAI

V. Ranelis, 2008 Vilniaus universitetas, 2008

ISBN 978-9955-25-

TURINYS

AUGAL GENETIKA | 3

Turinys I DALIS 1. Augal poymi paveldjimo dsningumai .....................................................9 Pagrindins svokos odynlis .......................................................................9

1.1. Nuo Mendelio dsni iki visiko augalo genomo DNR sek nustatymo ..........11 1.2. Objektas augal genetikoje ........................................................................................19 1.3. Genetiniai simboliai/augal gen pavadinimai ......................................................24 1.4. Genai chromosomose. Paprasiausi augal poymi paveldjimo

dsningumai .................................................................................................................27 1.5. Dihibridinis kryminimas dvi paveldjimo alternatyvos ...................................32 1.6. Nealelini gen sveikos pasireikimas hibrid kartose........................................38 1.7. Alelini gen sveika ..................................................................................................44 1.8. Aplinkos veiksniai ir alelini gen sveika. Geno penetrantikumas ir

ekspresyvumas .............................................................................................................50 1.9. Komplementacijos (trans) testas ir poymio genetika............................................55 1.10. Komplementacijos testas ir funkcinis geno dalomumas.......................................58

1.10.1. Krosingoveris geno viduje. Tarpalelin komplementacija......................58 1.10.2. Funkcinis geno dalomumas. Polifunkciniai baltymai ..............................61 1.10.3. Duplikacijos geno viduje. Netolygus krosingoveris geno viduje ir

permutacijos...................................................................................................63 Savarankikam darbui ...........................................................................................................66

II DALIS 2. Gametofit raida pozicin determinacija. Vyrikasis sterilumas ir

heteroz. Apvaisinimas ir nesuderinamumo genetika ....................................67 Pagrindins svokos odynlis .....................................................................67

2.1. Augal dauginimosi ypatumai ir tipai (bendra apvalga) ......................................71 2.2. Sporofitas ir gametofitas kart kaita ....................................................................72 2.3. Magnolijn sklapradio ir gametofit raida. Vyrikasis sterilumas, gen

ininerija ir heteroz ...................................................................................................80 2.3.1. Ssaja su gyvn raida. Sklapradis ............................................................80 2.3.2. Moterikasis gametofitas. Pozicin determinacija....................................86 2.3.3. iedadulk vyrikasis gametofitas...........................................................90 2.3.4. Citoplazminis vyrikasis sterilumas. Nauji chimeriniai mitochondrij

genai ................................................................................................................96 2.3.5. Vyrikasis sterilumas, heteroz ir gen ininerija...................................102

2.4. Apdulkinimas, apvaisinimas ir nesuderinamumo genetika. Apoptoz augaluose ...................................................................................................................108 2.4.1. Apdulkinimas ir apvaisinimas....................................................................108 2.4.2. Nesuderinamumo genetika. Sudtingi S-lokusai ir haplotipai..............115

4 |

2.4.2.1. Heteromorfinis nesuderinamumas. Struktriniai ir fiziologiniai savidulkos barjerai. Selektyvusis apvaisinimas ................................................................................116

2.4.2.2. Homomorfinis nesuderinamumas. S-genai ir S-haplotipai ..121 2.4.3. S-nesuderinamumo genetika. Baltym skaidymas, apoptoz ir

S-nesuderinamumas....................................................................................127 2.4.3.1. Numatyt baltym suskaidymas ir S-nesuderinamumas......127 2.4.3.2. S-nesuderinamumas ir apoptoz. Papaver tipas ......................131

Savarankikam darbui .........................................................................................................135 3. Skla: gemalas ir endospermas. Juvenylin augalo raida ir bendras raidos

planas. Somatin embriogenez ir apomiks................................................ 137 Pagrindins svokos odynlis................................................................... 137

3.1. Sklos sandara ir raida (bendras apibdinimas)....................................................139 3.2. Sklos gemalas. Embriogenez ...............................................................................145

3.2.1. Gemalo raidos stadijos. Dviskili, vienaskili ir pun palyginimas...................................................................................................145

3.2.2. Ypatingas reguliacinis auksino vaidmuo gemalo raidai .........................149 3.2.3. Gemalo raidos genai ...................................................................................152

3.3. Netipika gemalo raida .............................................................................................155 3.3.1. Klonavimas. Somakloninis kintamumas .................................................155 3.3.2. Somatin embriogenez .............................................................................158 3.3.3. Androgenez. Gemalo raida i iedadulks ............................................161

3.4. Endospermas .............................................................................................................165 3.4.1. Bendri endospermo raidos vykiai ............................................................165 3.4.2. Miglini endospermas ................................................................................166 3.4.3. Vairenio endospermas................................................................................170 3.4.4. Trumpai apie dygim. Dviguba aleurono reguliacija. Giberelin

vaidmuo........................................................................................................171 3.5. Motininis ir gen dozs efektai. Genomo,, imprintingas ir sklos raida ........173

3.5.1. Motininiai ir zigotos genai. Gen doz endosperme. Motininis efektas ...........................................................................................................173

3.5.2. Vieno kelio genomo ,,imprintingas endosperme. Epigenetinis endospermo raidos reguliavimas ..............................................................176

3.6. Apomiks unikalus augal genomo klonavimo ir heterozigotikumo isaugojimo bdas .....................................................................................................183 3.6.1. Apomiks tobuliausias gamtos irastas klonavimo bdas.............183 3.6.2. Sporofitin ir gametofitin apomiks ......................................................185 3.6.3. Apomikss genetika keli genai lemia apomiks?.................................191

Savarankikam darbui .........................................................................................................194 4. Atsargini baltym sintezs genetika ir gen evoliucija............................... 197 Pagrindins svokos odynlis................................................................... 197

4.1. Bendrieji principai ir veika .......................................................................................197

TURINYS

AUGAL GENETIKA | 5

4.2. Atsarginiai baltymai...................................................................................................199 4.2.1. Atsargini baltym grups ir j paveldjimas.........................................199 4.2.2. Skl atsargini baltym sandara ir gen evoliucija...............................203 4.2.3. Skl atsargini baltym kaupimo ir saugojimo bdai: svarba

augalui ir gen ininerijai ...........................................................................212 Savarankikam darbui .........................................................................................................222

III DALIS 5. Funkcin genomo sandara ir gen raikos valdymas. Transkripcijos

kodas ............................................................................................................. 223 Pagrindins svokos odynlis .................................................................. 223

5.1. Genai erdvje ir laike ................................................................................................226 5.2. Funkcins gen grups. Struktriniai ir valdymo genai. Valdymo sekos .........228

5.2.1. Operonas. Branduollio organizatorius ir rrn operonai, nuo kuri nuraomas didiausias RNR skaiius augalo lstelje ...........................228

5.2.2. Funkcin geno sandara ir gen raikos valdymas ..................................234 5.3. Promotoriai : cis elementai .......................................................................................235

5.3.1. Pagrindinis promotorius ............................................................................236 5.3.2. Savita promotoriaus dalis ir saviti cis elementai. Cis elementai

intronuose ....................................................................................................238 5.3.3. Saviti promotoriai ir gen promotori konstravimas............................242 5.3.4. Elementai, enhanceriai ar moduliai? Promotori duomen bazs ....246

5.4. Transkripcijos veiksniai ir augalo evoliucija..........................................................250 5.4.1. Bendras apibdinimas ir transkripcijos veiksni eimos.......................250 5.4.3. Transkripcijos veiksniai ir augalo evoliucija. Dirbtiniai

transkripcijos veiksniai ...............................................................................259 5.5. Gen raikos reguliavimas po transkripcijos. Splaisingas ir jo mutacijos.........263

5.5.1. Branduolio ir citoplazmos RNR...............................................................263 5.5.2. Splaisingas augaluose. Intronins-egzonins geno sandaros

privalumai. SR baltymai..............................................................................267 5.5.2.1. Splaisingo privalumai .................................................................267 5.5.2.2. Intronai ir egzonai. Splaisingo mechanizmas.........................269 5.5.2.3. Intron ir splaisingo mutacijos.................................................275

5.5.3. Alternatyvusis splaisingas augaluose. Autonominis ydjimo meto kontrols kelias ir alternatyvusis splaisingas ...........................................280 5.5.3.1. Alternatyvusis splaisingas augaluose........................................280 5.5.3.2. Alternatyvusis splaisingas ir autonominis ydjimo

pradios kelias. Alternatyvusis poliadenilinimas ir autoreguliavimas .........................................................................284

5.6. Signal pernaa ir signalo molekuls. Meristemos. Cirkadiniai reikiniai. Florigenas. Sisteminiai atsakai ir imuniteto pagrindai..........................................293 5.6.1. Plazmodezmos ir reguliaciniai ryiai tarp lsteli. Simplastas ..............293

6 |

5.6.2. glio meristemos raida ir ryiai tarp lsteli. Polipeptidai kaip signalo molekuls ........................................................................................297 5.6.2.1. Meristemos ir augimo reguliavimas. Virns vyravimas.....297 5.6.2.2. CLAVATA ir glio virns meristema (SAM). CLE

genai..............................................................................................299 5.6.2.3. Kiti polipeptidai, kurie palaiko ryius tarp lsteli ir

kontroliuoja gen raik ...........................................................302 5.6.3. Transkripcijos veiksni ir kit gen raik reguliuojani molekuli

pernaa floema. Florigenas. Sisteminiai atsakai ......................................304 5.6.3.1. Transkripcijos veiksni ir mRNR, mi/si RNR pernaa

dideliais atstumais .......................................................................304 5.6.3.2. Florigenas. Cirkadiniai reikiniai ir signal pernaa i

lap glio meristem................................................................308 5.6.3.2.1. viesos jutikliai (fitochromai, kriptochromai,

fototropinai).............................................................309 5.6.3.2.2. Cirkadinis laikrodis ir florigenas ...........................313

5.6.3.3. Itin ma molekuli pernaa ind sistema. Sisteminiai atsakai............320 5.6.3.3.1. Sisteminis gytas atsparumas ir hiperjautrus

atsakas. Atsakai biotinius stresus........................322 5.7. Transkripcijos kodas. Transkripcijos veiksni kompleksai. iedo ABC.

Suderinta gen raika................................................................................................330 5.7.1. Baltym kompleksai kaip transkripcijos veiksniai..................................332

5.7.1.1. Homodimeriniai ir heterodimeriniai transkripcijos veiksniai........................................................................................332

5.7.1.2. CONSTANS HAP komplekso dalis....................................334 5.7.2. Multimeriniai MADS ir kit augal iedo raid kontroliuojani

transkripcijos veiksni kompleksai. iedo ABC....................................335 5.7.3. Suderinta gen raika..................................................................................340

5.7.3.1. Gvaizdns (Zinnia L.) lapo mezofilo lsteli transdiferenciacija trachjinius elementus ............................340

5.7.3.2. Suderinta grdo brendimo, atsargini baltym sintezs ir panaudojimo gen raika...........................................................344

Savarankikam darbui .........................................................................................................348 Pagrindin literatra............................................................................................................349

VADAS

AUGAL GENETIKA | 7

vadas Kiekvienas autorius, msis rayti vadovl lietuvi kalba, nort bti pirmasis. Deja,

nors esu pirmj bendrosios genetikos vadovli autorius (V. Ranelis. Bendroji genetika. Vilnius: Mokslas, 1986; V. Ranelis. Genetika. Vilnius: Lietuvos moksl akademijos leidykla, 2000), negaliu pretenduoti pirmj lietuvik Augal genetikos vadovl. Tokiu pavadini-mu dar 1939 metais pasirod diplomuotos agronoms Elenos Gimbutiens Augal geneti-ka. (Kaunas: Spaudos fondas). Nors per t laikotarp augal genetika toli paengusi, ir da-bartiniai gimnazij moksleiviai apie genetik imano daugiau, negu parayta E. Gimbutiens knygoje, iki iol niekas nesiryo rayti Augal genetikos vadovlio lietuvi kalba. Taip pat ir kitomis kalbomis yra tik viena knyga, kuri gali pretenduoti platesns apimties apskritai augal biologijos vadovl. Tai didels apimties B. B. Buchanono, W. Gruissemo, R. L. Joneso Biochemistry and Molecular Biology of Plants.

Tokia padtis susidar dl labai sparios augal genetikos pltros vairiomis krypti-mis per pastaruosius 1015 met. Augalai dl j gebjimo regeneruoti i vienos lstels, atsargini mediag talpykl ir kt. tampa nepamainoma baze biotechnologijai, gen ini-nerijai ir nauj genetikos reikini tyrimui, tarp j vienai sudtingiausi genetikos pro-blem transkripcijos kodui, kuris gana plaiai nagrinjamas ioje knygoje. Didels auga-l biotechnologijos perspektyvos Lietuvoje yra paskata lietuvikai literatrai ir vadov-liams ioje srityje. Pirmj sprag upildo A. Sliesaraviiaus ir V. Stanio ,,ems augal biotechnologija. Tikiuosi, kad i knyga prisids prie fundamentali ini apie augal egzistavim, funkcionavim ir galimybi gytas inias pritaikyti praktiniais tikslais.

Vadovlis skiriamas studentams, kurie specializuojasi augal biologijos, agronomi-jos, mikininkysts srityse ir turi bendr ini apie genetik. Taiau tiems, kurie imasi studijuoti augal genetik savarankikai, knygoje prie kiekvien skyri yra vadiniai o-dynliai, o gale papildomos pagrindins svokos savarankikam darbui ir kaip prasmi-niai odiai darbui internete.

odynlis prie kiekvien skyri turi ir papildom tiksl. Paprastai odynliai dedami knygos pabaigoje ir neturi didels reikms paiam mokymuisi. Skyriaus pradioje pateik-tas odynlis yra kaip vadas tuos klausimus, kurie bus nagrinjami atitinkamame vado-vlio skyriuje. Kita vertus, patartina prie odynlio grti dar kart, kai bus istudijuotas visas skyrius. Tai turt tapti kaip ir gyt ini apibendrinimas. Sunkesns problemos ar svarbs augal genetikos ir apskritai biologijos klausimai pateikiami Intarpuose arba petitu. Tai turt bti irgi atitinkamas vadas nagrinjam klausim arba papildomos inios, kuri sisavinimas gali ir nebti sudtin adaptuotos konkreiai studij krypiai programos dalis. Tarp studij program, kuriose studijuojami augal biologijos klausimai, yra dideli skirtum. Naudodamasis galimybe, dkoju monms, padjusiems rengti i knyg: recenzentams doc. dr. J. Prosceviiui, dr. V. Kleizaitei, doc. dr D. vingilai u vertingus patarimus ir pastabas, padjusias gerokai pagerinti knygos kokyb, ir ypa d-kingas J. Patamsytei, G. Vengalienei, V. Ranelienei, be kuri pagalbos ios knygos teks-tai ir paveikslai nebt parengti.

Vadovlis skirtas magistrantams ir doktorantams, kurie studijuoja augal biologijos ir jai artimas problemas, taip pat visiems, kurie tiria augalus (agronomams, mikininkams, mokslo darbuotojams).

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 9

I D A L I S 1. Augal poymi paveldjimo dsningumai

PAGRINDINS SVOKOS odynlis

Genetika mokslas apie paveldimum ir kintamum.

Eukariotai visi organizmai (iskyrus bakterijas) ir virusus, kuri lstelse yra membranomis apribotas branduolys ir kitos lstels struktros (mito-chondrijos, plastids ir kt.). Lstels dalijasi mitozs ir mejozs bdu.

Prokariotai (bakterijos) neturi membranomis apribot lstels struktr (organoid). J DNR sudaro kompaktik nukleoid. Skirtumai tarp prokariot ir euka-riot labai dideli, neapsiriboja vien tik lstels suskirstymu atskirus sky-rius (kompartmentus). Dalijasi persismaugimo bdu.

Deoksiribonukleorgtis (DNR) pagrindin genetin mediaga, biopolimeras sudary-tas i deoksiribonukleotid (purino ar pirimidino baz + deoksiriboz + fosfato liekana; bazs: purinai-adeninas (A), guaninas (G); pirimi-dinai-timinas (T), citozinas (C)), saugo genetin informacij, koduo-jam nukleotid sekose. Ji nusako aminorgi sek baltyme. Vien aminorgt koduoja 3- nukleotid derinys kodonas.

Chromosomos silikas lstels branduolio nukleoproteid (DNR + baltymai) kom-pleksas, kurio paskirtis yra genetins informacijos (gen) saugojimas, padvigubinimas ir taisyklingas paskirstymas tarp dukterini branduo-li (lsteli), pirminis genetins informacijos realizavimas (RNR sin-tez, transkripcija). Geriausiai matomos optiniu mikroskopu mitozs metafazje ir mejozs pachitenoje. Yra vairios - bdingos riai san-daros, skaiiaus ir dydio. i poymi visuma vadinama kariotipu. Santykinai chromosomomis vadinama ir bakterij, mitochondrij, chloroplast DNR.

Homologins chromosomos poruojasi mejozje, yra tapaios arba artimos genetins struktros, turi tokius paius genus arba j struktrines atmainas alelius ir kitas tapaias DNR sekas.

Genas pagrindinis fizinis ir funkcinis paveldimumo vienetas, DNR (reiau RNR) dalis, kurioje ukoduota RNR nukleotid ir baltymo amino-rgi seka. Skiriami genai, koduojantys tik RNR arba RNR ir bal-tymus, yra reguliaciniai genai, kurie reguliuoja kit gen (vadinam. struktriniais) veikl. Visi genai sudaryti i reguliacins ir koduojan-ios dalies. Genas gali kisti vairias formas, vadinamas aleliais.

Alelis bet kuri geno struktrin forma, pakanka, kad skirtsi viena nukleotid po-ra.

10 |

Diploidas organizmas (arba lstel) su dviem (daniausiai homologini) chro-mosom rinkiniais.

Diplofaz gyvenimo ciklo dalis, kurioje organizmo lstels turi diploidin chromo-som skaii. Toks organizmas arba jo dalis vadinama diplontu.

Haploidas organizmas (arba lstel), turintis vien chromosom rinkin.

Haplofaz gyvenimo ciklo dalis, kurioje visos organizmo lstels arba j dalis turi haploidin chromosom skaii. Toks organizmas arba jo dalis vadi-nama haplontu.

Atitinkamai yra diploidiniai/haploidiniai branduoliai ir lstels.

Poliploidas organizmas, kurio branduoliai (lstels) turi daugiau kaip du chromo-som rinkinius. Reikinys vadinamas poliploidija, o organizmai (lste-ls, branduoliai) triploidai, tetraploidai, pentaploidai, heksaploidai) pagal chromosom rinkini skaii, atitinkamai 3n, 4n, 5n, 6n ir t. t.

Aneuploidas (sin. heteroploidas) organizmas, kurio lstelse (branduoliuose) paki-ts pavieni chromosom (ne kartotinis) skaiius. Reikinys aneuploidija. Pagal pakitusi homologini chromosom skaii skiria-mi nulisomikai (2n2), monosomikai (2n1), disomikai (abi chromoso-mos to paties tvo ar motinos), trisomikai (2n + 1), tetrasomikai (2n+2). Galimi vairs mirs variantai.

Genomas gen visuma haploidiniame chromosom rinkinyje arba gen visuma konkreioje lstels struktroje, kuriai bdinga savarankika genetin funkcija (branduolio, mitochondrij, chloroplast, plazmidi, viru-s).

Genotipas genetini organizmo ypatybi visuma, siauresne prasme gen/aleli derinys, lemiantis mus dominant konkret poym (fenotip).

Fenotipas organizmo (lstels) poymi visuma arba konkretus poymis, genotipo ir aplinkos veiksni sveikos rezultatas.

Homozigota organizmas (lstel), kuris turi tok pat geno alel visose (poliploido) arba abiejose diploido homologinse chromosomose.

Heterozigota organizmas (lstel), kurio homologinse chromosomose yra skirtingi to paties geno aleliai.

Mutacijos genomo, chromosom, gen ir kit nukleotid sek pokyiai ir pats j atsiradimo procesas. Procesas dar vadinamas mutageneze.

Mutantas organizmas (lstel), kuriame vykusi mutacija.

Mutagenas veiksnys, kuris sukelia mutacijas.

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 11

1.1. Nuo Mendelio dsni iki visiko augalo genomo DNR sek nustatymo

(trumpa augal genetikos istorijos apvalga)

XIX a. baigsi sensacija, i esms pakeitusia viso biologijos mokslo raid. 1900 m., paskutiniai XIX a. metai, laikomi naujo mokslo apie paveldimum ir kintamum pra-dia. 1906 m. is mokslas angl mokslininko Beitsono (W. Bateson) buvo pasilytas va-dinti genetika.

Pakartotinis Mendelio dsni atradimas. Augal genetikos pradia. T si-mintin 1900 m. pradioje trys mokslininkai beveik vienu metu ir skirtingose alyse, de Fryzas (H. de Vries) Olandijoje, Korensas (C. Correns) Vokietijoje ir ermakas (E. Tschermak) Austrijoje paskelb darbus apie poymi paveldjim augal hibriduo-se. Deja, jie tik pakartojo ek vienuolio Mendelio (J. G. Mendel, 18221884) tyrimus ir ivadas, paskelbtas prie 35 metus 1865 m. Vis tik 1900 m. visikai teistai laikomi ge-netikos mokslo atsiradimo data. Mendelio darbas mokslui nebuvo inomas ir tik dl lai-mingo atsitiktinumo jis buvo prisimintas ne tiek dl to, kad trys mokslininkai ne visikai pasidalino atradimo garbe, o todl, kad Mendelio darbas savo ivadomis gerokai lenk trijuls darbus. Jame labai logikai buvo pagrstas paveldimumo vienet, 1909 m. (dar vliau negu genetika) dan botaniko Johanseno (W. L. Johannsen) pavadint genais, realus buvimas. Tad visa mokslo apie paveldimum genetikos skaiiuot tikrai prasidjo tik nuo 1900 m.

1900 m. yra ir augal genetikos mokslo atsiradimo data, nes visi minti darbai buvo atlikti su augalais: Mendelio su irniais ir pupelmis, vliau vanage, de Fryzo su vairi augal agurk, nakvios, durnaropi labai artimomis rimis, o dar daniau poriais, varietetais. Korenso darbas pagal objektus jau artimesnis Mendelio darbui, nes Korensas krymino ne augal ris, o kukurz, irni, leukonij veisles. Panaiausi Mendelio buvo ermako, kuris krymino irni rases ir pirmasis (1899 m.) susidr su io tyrintojo-mgjo darbu, tyrimai.

Toks ilgas augal sraas tik sustiprino mint, kad Mendelio dsniai ne atsitiktiniai, galioja vairiems augalams. Abejons buvo atsiradusios ne be pagrindo. Mendelis band su savo tyrim rezultatais ir j ivadomis supaindinti ym to meto vokiei botanik Negel (K.W. Ngeli), o tas tik mandagiai jam patar sukryminti tarpusavyje vairias va-nags (Hieracium) ris, kad sitikint, jog bna ir kitaip. Taip ir buvo. Nepasireik Men-delio stebta su irniais palikuoni vairov antrojoje hibrid kartoje (darbas paskelbtas 1869 m.). Taiau po pakartotino Mendelio dsni atradimo pasipyl tkstaniai darb, analogik jo bandymams su irniais, ne tik su augalais, bet ir su gyvnais, ir sitikinta, kad Mendelio nustatyti paveldjimo dsniai galioja, vis t eukariot, kuriems bdingas tipikas lytinis procesas,hibridams. Mendelio neskmei, augalas vanag kaip tik yra iimtis i tipiko lytinio dauginimosi. Jai bdinga apomiks (r. 3.6 sk.).

Hibrid analizs metodas. Mokslas prasideda nuo dsni ir metodo. Mendelis pa-sil ne tik dsnius, bet ir pirmj metod paveldimumui tirti. Tai kuo artimesni form, rasi, veisli kryminimai (hibridizacija). Kryminimais tiriamas vieno arba riboto skai-iaus poymi paveldjimas. Daniausiai tiriama viena prieing (alternatyvi) poymi pora, pvz., geltona arba alia skl spalva, lygi arba rauklta j forma, violetiniai arba

12 |

balti iedai (1.1 pav., r. taip pat 1.2 lentel). Mendelis i viso tyr 8 tokias poymi poras. Nuo Morgano laik (r. toliau) kryminimams pradti naudoti mutantai. Mutanto poy-mis lyginamas poroje su normalaus organizmo poymiu.

P

F2

F1

F4

F3

P

1.1 pav. Monohibridinio kryminimo rezultatai 4-iose hibrid kartose: P tvins formos; F1, F2, F3, F4 hibrid kartos iuolaikins genetikos metodai yra labai sudtingi, taiau i esms kryminimai ne-

praranda aktualumo ir yra vienas i veiksmingiausi lyginamosios genetikos metod. Juo nustatoma gen, genomo, jo dali tapatumas, giminingumas (homologija). Tik su geneti-kos raida is metodas patiria vairias naujas modifikacijas, pritaikomas naujiems tyrimo lygmenims (pvz., DNR hibridizacija). Netgi Mendelis naudojo du io metodo variantus reciprokinius (abipusius) kryminimus, kai tas pats augalas bna vien kart motina, o kit tvas, ir analitinius kryminimus, kuriais galima tirti lytini lsteli genetines ypa-tybes (genotip).

Lstels atradimas eksperimentins biologijos pradi pradia.Tai, kad or-ganizmai pasiymi paveldimumo savybe, mons pastebjo seniai, augindami gyvulius ir augalus, ir i savo pai gyvenimo patirties. Taiau moksliniam paveldimumo aikinimui, genetikai, atsirasti turjo bti reikiamos mokslins prielaidos, pagrindas (1.1 intarpas).

Pirmiausia rasta lstel. domus sutapimas. Lstel augaluose atrado 1665 m. angl mokslininkas Hukas (R. Hooke) lygiai 200 m. prie Mendelio darb. Atjo eil lytinms lstelms ir lytiniam procesui, bet augaluose jis atrastas Kiolroiterio (J. G. Klreuter) tik po madaug imto met. Taiau kuo toliau, tuo spariau kaupsi inios apie lstel, ir XIX a. bt galima pavadinti citologijos amiumi. Aptiktas branduolys ir kitos matomos optiniu mikroskopu lstels struktros, bet lstels dalijimosi bdai mitoz ir mejoz atrasti jau po Mendelio.

Atjo laikas rimtai pradti svarstyti, kas yra paveldimumas, ar kinta ir kodl kinta gyvieji organizmai. Tai buvo susij su evoliucijos idjomis. Pradi padar Lamarkas (J. B. Lamarck), kuriam genetika iki iol dkinga u vadinamj gytj poymi problem. Lamarkui dideli pretenzij genetikai neturt reikti. Jis buvo pirmasis, kuris tyr organizm kintamum, todl suprantama, kad nesugebjo atskirti paveldim pokyi

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 13

nuo nepaveldim, vadinam modifikacijomis, ir man, kad visi pokyiai, kuriuos orga-nizmas gyja savo raidoje (ontogenezje), yra paveldimi. Treniruojamas, naudojamas or-ganas ibujoja, o nenaudojamas nyksta (atrofuojasi).

Manyti galima vairiai, tik ne per jg primetant kitiems savo nuomon, kaip tai dar po daugybs met T. Lysenka SSSR. Taiau reikia ir rodyti. iuo metu grietai laikomasi taisykls: modifikacija yra nepaveldimas pokytis. Genetins struktros, veikiamos aplin-kos, kryptingai nesikeiia, o jeigu ir keiiasi, tai tik somatinse lstelse, ir tie pokyiai:

paprastai nepersiduoda organizm kartoms ir tai nra modifikacija; neatmetama ir rodyta, kad kai kurie prisitaikomojo pobdio arba uprogramuo-

ti kitimai, atsirad tvins kartos somatinse arba generatyvinse lstelse, gali persiduoti palikuonims. Tai taip pat ne modifikacijos, o nauji (epi)genetiniai reikiniai (geno-mo imprintingas, genotrofai, paramutacijos ie reikiniai bus nagrinjami atskirai);.

gali pasireikti tariamas poymio paveldjimas, jeigu modifikacij sukeliantys fak-toriai pastovs tam tikroje aplinkoje, taip, pvz., atsiranda skirtumai tarp tos paios ries kalnuose ir emumose augani augal (1.2 pav.).

a

b

1.2 pav. Paprastasis saulenis (Helianthemum nummularium) emumose (a) ir kalnuose (b).

Paveldimumo vienet hipotezs. Mintis apie paveldimumo vienetus kilo evoliucijos

teorijos krjo Darvino (Ch. Darwin) galvoje. Jis tiesiog buvo priverstas kaip nors paaikinti, kas yra paveldimumas, nes jo evoliucijos teorijos pamatus sudaro paveldim pokyi atran-ka. Darvinas tiesiog fantazavo be jokio eksperimentinio pagrindo, kad yra specials pavel-dimumo vienetai. Mintis patiko kitiems mokslininkams. Atsirado daug nauj paveldimumo hipotezi. Kai kurios i j buvo labai arti tiesos, pvz., jau minto Mendelio dsni atradjo de Fryzo, pasak kurio, paveldimumo vienetai yra lstels branduolyje. Ten jie padvigubja ir taisyklingai paskirstomi tarp dukterini branduoli ir lsteli. Austr mokslininkas Veisma-

14 |

nas (A. Weismann) atkreip dmes somatini ir generatyvini (lytini) lsteli skirtumus ir kaip jie gali atsirasti. Tai problema, kuri iki iol nagrinja genetikai.

Augalai ir iame genetikos prieauryje nebuvo nustumti antrj plan. Atvirkiai, dl teikiam patogum eksperimentuoti daug atradim buvo padaryta su augalais, prade-dant nuo Huko atrast lsteli. Augalus tyr Braunas, istiakovas, Strasburgeris, leide-nas, Negelis. Netgi ymusis Darvinas, kuris savo evoliucijos teorij grind daugiau steb-jimais i natralios gamtos ir selekcinink veiklos, atliko bandymus su augalais, atrado heteroz (r. 2.3.4 sk.) reikin, kuriuo oficialioji genetika susidomjo tik madaug 19081914 metais ir kuris dav daug naudos monijai pagausinant augal, ypa kukur-z, produkcij.

Augal genetikos monopolis. Kaip minta, paveldjimo dsniai, kuriuos nustat Mendelis galioja ne tik augalams, bet ir visiems kitiems eukariotams, turintiems bent trumpai du chromosom rinkinius, o paveldimumo vienetai genai bdingi visoms genetinms struk-troms, kurios turi genetin mediag DNR arba daugumos augal virus, gana didels da-lies induoli virus, kai kuri kit genetini struktr RNR. Tad po pakartotinio Mende-lio dsni atradimo susidomta ir kitomis organizm grupmis, ne tik augalais.

Vis tik nors ir trumpai, apie deimtmet, iki Morgano (T. H. Morgan, 18661945) chromosomins paveldimumo teorijos (19111918 m.), kai augalus antrj plan nustm vaisin musel (Drosophila melanogaster), kaip tyrim objektas vyravo augalai.

Tai trumpas, bet labai audringas genetikos vystymosi laikotarpis. Visikai teisintas genas, nustatyti vairs gen ir j sveikos tipai, susiformavo pagrindins genetikos svo-kos: genotipas-fenotipas, homozigota-heterozigota, aleliniai ir nealeliniai, dominuojantieji ir recesyvieji genai, dominavimas ir epistaz, komplementacija, atrasta daug nauj reiki-ni, bendr visiems eukariotams ar net prokariotams, kaip antai heteroz (pakartotinai); gen sankiba (nors nemokta jos paaikinti); populiacijos ir grynosios linijos, tuo paiu sukurti pagrindai populiacij genetikai; kiekybini poymi paveldjimas polimerija ir poligenai; nebranduolinis paveldjimas. Tiesa, pastarasis rodytas lstels struktrai, kuri turi tik augalai. Tai plastids (chloroplastai).

1.1 intarpas. Svarbiausios augal genetikos datos ir atradimai

Genetikos prieauris 16651667 Augalins) lstels atradimas (R. Hooke) 17351762 Linjaus augal sistema ir paveldimumo aikinimas (C. Linnaeus-Linne) 17591761 Augal lytinio proceso atradimas (J. G. Klreuter) ir pirmieji augal hibridai 17991849 Augal hibrid savybs (chronologine tvarka T. A. Knight, C. F. von Grtner, 1862 Ch. Naudin) 1809 Lamarko Zoologijos filosofija ir pirmoji kintamumo samprata (J. B. Lamarck) 1831 Aptiktas lstels branduolys (R. Brown) 18381839 Lstelin teorija (M. J. Schleiden, T. Schwann) 1865 Mendelio darbas su augal hibridais (J. G. Mendel) 1859 Darvino Ri kilm (Ch. Darwin) 1868 Darvino pangenez/paveldimumo vienet hipotez ir augal heterozs tyrimai

(Ch. Darwin) 18741875 Atrasta mitoz (I. D. istiakov, E. Strasburger) 18751876 Iaikintas spermio prasiskverbimas kiauialst (E. Strasburger) 18821889 Atrasta mejoz (E. van Beneden, Th. Boveri ir kt.)

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 15

18751889 Paveldimumo hipotezs (F. Galton, 1875; A. Weismann, 1882; K. W. Ngeli, 1884; H. de Vries, 1889 ir kt.)

1898 Dvigubas iedini augal apsivaisinimas (S. G. Navain)

Genetika XX a. mokslas augal genetikos raida 1900 Genetikos gimimas/pakartotinis Mendelio dsni atradimas (H. de Vries, Olan-

dija; E. Tschermak, Austrija; C. E. Correns, Vokietija) 19011903 Mutacin teorija, nakvi (Oenothera) tyrimai (H. de Vries) 1903 Populiacijos ir grynosios linijos (W. L. Johannsen) 1906 Gen sankiba (ir krosingoveris) (W. Bateson, R. C. Punnett) 1908 Nebranduolinis (chloroplast) paveldimumas (E. Bauer, C. E. Correns) 19081914 Heteroz ir vaisa (teorija ir praktinis panaudojimas (G. H. Shull, E. M. East) 19081910 Polimerija, poligenai/kiekybini poymi paveldjimas (N. H. Nilsson-Ehle,

E. M. East) 1916 ir 1936 Natrali (H. Winkler) ir dirbtin (A. F. Blakeslee) poliploidija 1919 ir 1931 Augal chimeros/somatini lsteli genotipo skirtumai (H. Winkler, T. Asiejeva) 1927 Tolimieji hibridai/Raphanobrassica (G. D. Karpeenko) 1930 Geno konversijos hipotez (H. Winkler) 1931 Citologinis krosingoverio rodymas kukurzuose (B. Mc Clintock) 1931 ir Vyrikas citoplazminis sterilumas (M. R. Rhoades, M. I. Chadinov) toliau 1932 Ri resintez (A. Mntzing, V. Rybin) 1935 Chromosom eliminacija tolimuosiuose hibriduose (G. D. Karpeenko, S. avinskaja) 19401950 Judrieji (kukurz) genomo elementai (B. Mc Clintock) 1954 Genotrofai (A. Durrant) 1956 Paramutacijos/epigenetiniai reikiniai (R. A. Brink) 1958 Augal regenerantai i vienos lstels (F. Steward ir kt.) 1964 Haploidai i iedadulki (S. Gusha, S. L. Maheshwari) 19711973 Ti ir Ri plazmid/natrali ir dirbtin gen ininerija (R. H. Hamilton,

M. Z. Fall ir kt.) 19802005 Didysis augal genetikos uolis 2000 Pirmasis sekvenuotas augalo/vairenio (Arabidopsis thaliana) genomas 2001 ir Pogenomin (augal) era toliau

Stambiausias darbas tuoj po pakartotino Mendelio dasni atradimo buvo 1901-1903 m. de Fryzo paskelbtas dviej tom veikalas Mutacin teorija. Stebdamas augalo nakvios (Oenothera lamarciana) palikuonis jis nustat pagrindines mutacij ypatybes. Pa-veldimi pokyiai, kuriuos dabar vadiname mutacijomis, buvo inomi seniai. Jie aprayti ir Darvino veikaluose, panaudoti naujoms vaismedi, dekoratyvij ir kit augal veislms kurti, taiau mokslinis mutacij tyrimas prasidjo tik nuo de Fryzo teorijos paskelbimo.

Drozofilos ir bakterij genetika pagrindas naujam augal genetikos sukles-tjimui. Nuo XX a. antrojo deimtmeio pradios prasidjo vaisins musels (Drosophila melanogaster) laikmetis genetikoje. i musel turi tiek daug visoki privalum, kad iki iol yra vienas svarbiausi genetikos objekt. Kap minta, drosofil genetiniams tyrimams pirmasis pasirinko, ir labai skmingai, Morganas.

Po Antrojo pasaulinio karo kur laik drozofilai teko uleisti pirmaujanio genetinio objekto pozicijas bakterijoms ir kitiems mikroorganizmams (virusams, mikroskopiniams grybams). i genomas yra paprastesns sandaros, lengviau tirti molekulins genetikos

16 |

metodais gen veikl ir jos reguliacij, taiau tirti daugialsi organizm raid jie netiko, ir vl pradjo ,,pirmauti drozofila, taiau alia jos atsirado nematodas Caenorhabditis elegans ir smulkus augallis vairenis (Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.), kuris subrandina sk-las per mnes ar pusantro nuo pasjimo.

Augal privalumai (r. 1.2 sk.) lm tai, kad ir iuo laikotarpiu (1.1 intarpas) daug i principo nauj genetikai reikini pirm kart aptikta augaluose. Tai vis tip vadinamo-sios genomo mutacijos aneuploidija ir poliploidija, kai pakinta pavieni chromosom skaiius ar itisas j haploidinis rinkinys, tolimoji hibridizacija ir jos dsningumai, tarp j chromosom eliminacijos reikinys, judrieji genomo elementai. Nors somatini lsteli genetikoje daugiausia dmesio, finans ir tyrim skiriama induoli lstelms dl galimo patologinio i lsteli dalijimosi ir vio, vis tik genetinis somatini lsteli polimorfiz-mas pirm kart rodytas augaluose. Visi ie reikiniai, iuolaikinis j tyrimo lygis, j svar-ba bus smulkiau nagrinjami atitinkamuose knygos skyriuose.

Augal gen klonavimas ir ininerija naujas augal genetikos etapas. Auga-l gen klonavimas ir ininerija prasidjo iek tiek vliau negu mikroorganizm, bet i principo nauju atradimu. Atrasta natrali gen ininerija, kuri vykdo augalus parazituo-janios bakterijos Agrobacterium tumefaciens ir A. rhizogenes. Jos sukelia augal v, vadina-muosius galus. Abi bakterijos turi genetines struktras (plazmides), i kuri dalis DNR pereina i bakterijos plazmids augalo genom.

Apie gen klonavim (1.2 intarpas) ir ininerij kalbame praleisdami daug itin svar-bi vyki, atradim genetikoje. Vien ko verti DNR struktros ir funkcijos/genetinio kodo iaikinimas arba DNR sekoskaita, kuri prasidjo 20 met prie pogenomin er ir daugeliui organizm, tarp j ir augal (ryi, sojos ir kt.) tik sibgja.

Vienas i esmini visiems organizmams atradim tiesiogiai susijs su augal gen in-inerija. Tai vadinamj transgen, perkelt i kito organizmo gen, nutildymas (slopi-nimas). Augalini RNR virus tyrimais nustatyta, kad gen nutildymas kur kas platesnis ir vairesnis reikinys, negu manyta, ir galioja visiems organizmams, yra vienas i bd reguliuoti gen veikl. Tai vienas didesni pastarojo meto atradim.

Buvo prisiminta, nauj reikm gijo daug nepripaint, nesuprast ar tiesiog pa-mirt reikini, pvz., Brinko (R. A. Brink) atrastos kukurz paramutacijos. Tai pavel-dimi pokyiai, kuriuos sukelia hibriduose kai kuri kukurz gen aleliai kitiems to paties geno aleliams. Reikinys buvo visikai rodytas puikiais gerai apgalvotais genetiniais ban-dymais, todl nekl abejoni, bet taip ir nesuprastas. Raktas jam minti surastas tik po beveik 40 met: visi Brinko darbai apie kukurz paramutacijas buvo itisai pakartotinai perspausdinti vienoje i garsios pasaulyje Cold Spring Harbor (JAV) laboratorijos lei-diam monografij, paskirtoje epigenetiniams reikiniams (paveldimiems pokyiams, kai nekinta DNR nukleotid sekos).

1.2 intarpas. Trumpai apie gen klonavim Gen klonavimas susideda i keli etap: gen iskyrimo arba sintezs, DNR fragmento sta-tymo vadinamj vektori, o io vedimo lstel ir klonuoto geno pagausinimo iai dalijantis. Gen sintez vyksta naudojantis specialiais fermentais. Iskirtas arba susintetintas DNR frag-mentas gali bti pagausinamas atliekant polimerazin grandinin reakcij. DNR fragment kar-pymas ir prijungimas prie vektoriaus atliekamas naudojant savitas endonukleazes vadinamas. restriktazmis. Jos atpasta trumpas nukleotid sekas (restrikcijos vietas/saitus) ir kerpa DNR molekul. vairios restriktazs atpasta ir kerpa skirtingas sekas. Kirpimo vietos tai paiai

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 17

restriktazei vis organizm DNR vienodos. Kirpimo vietoje susidar fragmentai turi lipnius galus, kuriais lengvai jungiasi. Tad lengvai gali susijungti, pvz., drozofilos ir vairenio DNR fragmentai, jeigu jie karpyti ta paia restriktaze. Taip gaunamos hibridins DNR molekuls, ir DNR fragmentai statomi speciali genetin struktr vektori. Tai priemon, kuri klo-nuojamas reikiamas genas, t. y. svetima DNR, kad bt galima j perneti reikalingas lsteles, terpti j genom ir pagausinti ioms lstelms dalijantis. Daniausiai klonuoti genai saugomi bakterij plazmidse. Augal iam tikslui daniausiai naudojamas tabakas, i kurio vienos izo-liuotos lstels nesunkiai galima iauginti (regeneruoti) vis augal. Gen klonavimas leidia palyginti vairi organizm genomus, j dalis arba pavienius genus, nustatyti j tapatumus (homologij) arba skirtumus. Klonuoti genai ir kitos DNR sekos naudo-jami kaip molekuliniai zondai aptikti homologinius genus ir DNR sekas kit organizm ge-nomuose. Keliant temperatr dvigrands DNR grandins dl silpn vandenilini ryi atsiski-ria viena nuo kitos, o laipsnikai mainant temperatr DNR grandins vl susijungia. Prie sve-timos vienagrands DNR zondas prisijungia tik tose vietose, kur yra homologin DNR (DNR grandin komplementari zondui). Naudojami vairs patobulinti metodai homologinms (komplementarioms) DNR sekoms aptikti (DNR hibridizacija ant citologini preparat, Sau-terno blotingas ir kt.). Taip atsirado lyginamoji genetika, ir nustatyta, kad daug augal gen yra tapats mogaus, drozofilos, mieli, netgi bakterij genams. Pasitaiko, kai genai i pradi atrandami ir itiriami augaluose, o vliau jie aptinkami ir induoli genome.

Panai ir tolimj hibrid istorija. Maa to, kad augalai uima beveik monopolin padt tiriant iuos hibridus, kad tiriant augalus iaikinta tolimj hibrid (alopoliploid) savybs ir chromosom skaiiaus kitimai, gana danai buvo stebimi ir chromosom for-mos pokyiai iuose hibriduose. io reikinio prieasi niekas paaikinti negaljo, todl jis buvo jeigu ir ne ignoruojamas, tai pamirtas. Bent naujosios genetik kartos. iuo me-tu daugelis i chromosom kitim jau iaikinta, ir alopoliploidija tapo labai veiksmingas reikinys genomo evoliucijai tirti. Gauti augal tyrim rezultatai pritaikomi suprasti netgi mogaus genomo evoliucij. mogaus genomas, pasirodo, yra paleo(poli)ploidas.

Pogenomin era. XX a. baigsi ne maiau sensacingai, kaip ir XIX a. 2000 m. sen-sacija buvo mogaus genomo sekoskaita (visos DNR nukleotid sek nustatymas), bet tais paiais metais, po 100 met nuo pakartotino Mendelio dsni atradimo, DNR sekos nustatytos ir pirmo augalo vairenio (Arabidopsis thaliana). i vyki visi lauk, nes vairenio, kaip ir mogaus, genomas turjo didiausi dirb: daug gen ir kit nukleotid sek jau buvo klonuotos ir nuskaityta j seka.

Visa, kas vyksta po 2000 m. datos pradta vadinti pogenomine era. Bet oficialus paskelbimas apie kurio nors konkretaus organizmo ir apskritai genomo sekoskait, yra tik virnls. Kada pradjo dygti aknels, ne taip lengva nustatyti. Gali bti daug svar-bi dat ir vyki:

gal pradia buvo tada, kai 1944 m. trys amerikiei mokslininkai Eiveris (O. A. Avery), Makliaudas (C. M. MacLeod) ir Makartis (M. Mc Carthy) nustat, kad angl bakteriologo Grifitso (F. Griffith) aptikt pneumokok transformacijos reikin suke-lia DNR tai buvo pirmas rodymas, kad DNR yra genetin mediaga;

o gal dar anksiau, 1941 m., kai Bydlis (G. W. Beadle) ir Teitumas (E. L. Tatum) suformulavo gerai inom tez

vienas genas vienas baltymas (polipeptidas)

be jos neinotume, k genas lemia;

18 |

poskio taku visoje biologijoje daug kas teisingai laiko 1953 m., kai Vatsonas (J. D. Watson) ir Krikas (F. C. Crick) paskelb DNR sandaros model, pagal kur DNR gali sintetintis ypatingu kopijavimosi bdu replikacija tai btina genetins media-gos savyb;

kai 1954 m. vl trys mokslininkai (is skaiius genetikoje, matyt, magikas) - Gamovas (G. Gamov), Martynas Yas ir Rias (A. Rich) - paskelb genetinio kodo hi-potez, o 1961 m. Nirenbergas (M. W. Nirenberg) ir Matjus (A. Mattaei) surado bd, kaip iaikinti kod;

1969 m., kai Korana (H. G. Khorana) cheminmis priemonmis ir metodais su-sintetino, o Bekvitas (J. R. Beckwith), apira (J. Shapiro) ir j bendradarbiai iskyr pir-mj gen, tiksliau gen grup lac operon i baktrijos Escherichia coli;

DNR sintezs metodai nuolat tobulinami iki automat su i anksto numatyta sintezs programa, bet be 1970 m. Temino (H. M. Temin) ir Baltimoro (D. Baltimor) atrasto fermento atvirktins transkriptazs, kuri sintetina DNR nuo RNR matricos, ir ypa 1988 m. Miulio (K. Mullis) sukurto metodo neribotai pagausinti DNR polimerazins grandinins reakcijos (PGR), pasinaudojant archibakterijos Thermus aquaticus DNR polimeraze, dirbtins DNR sintezs galimybs bt labai ribotos;

1972 m. laikomi gen ininerijos pradia, nes Polio Bergo laboratorijoje gauta pirmoji rekombinantin DNR molekul, dirbtinai DNR fragmentams prijungus lip-nius galus (D. A. Jackson, R. A. Symonds, P. Berg), ir nors restriktazs buvo atrastos dar 1962 m. Arbero (W. Arber) ir Diuzo (D. Dussoix), tik nuo 1973 m. jos pradtos nau-doti DNR fragmentams su lipniais galais gauti (1.2 intarpas);

ioje vyki ir atradim grandinje svarbiausias vykis atsitiko 1977 m., kai i kar-to pasilyti du metodai nustatyti DNR sekas: amerikieiai Maksamas (A. Maxam) ir Gilbertas (W. Gilbert) sukr chemin metod, o angl mokslininkas Sengeris (F. Sanger) fermentin metod, panaudojant nukleotid analogus dideoksinukleotidtri-fosfatus. Pastarasis metodas prieinamesnis ir populiaresnis. Jis naudojamas ir automati-niuose sekvenatoriuose. Pamatas jiems atsirasti buvo 1986 m. Hudo (L. E. Hood) ir jo bendradarbi pasilytas Sengerio metodo patobulinimas prie nukleotid prijungti fluo-rescuojanius daus ir tyrim rezultatus analizuoti kompiuteriais. Po met sukurtas pir-masis DNR sekvenatorius, o kompiuteriai tapo nepamainomais rankiais genomui tirti. Toliau DNR sekoskaitos ir kompiuterins analizs metodai ir programos labai spariai tobuljo. Tikslas - apimti kuo didesn genomo dal. Taip pat atsirado ratinio autuvo, chromosom iskyrimo, dideli DNR fragment/puls elektroforezs metodai. Paanga matoma ir pagal visikai sekvenuot genom dydius:

1976 m. vienagrandio fago X174 tik 5387 b 1982 m. bakteriofago 49 kbp 1995 m. bakterij Haemophilus influenzae 1,8 Mbp 1996 m. mieli Saccharomyces cerevisiae 14-20 Mbp 1997 m. bakterij Escherichia coli 4,2-4,7 Mbp 1998 m. nematodo Caenorhabditis elegans 80-100 Mbp 1999 m. 2-osios ir 4-osios vairenio chromosom atitinkamai 19,6 ir

17,5 Mbp

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 19

2000 m. didysis uolis: mogaus (Homo sapiens) ~ 3150 i 3300 Mbp drozofilos (Drosophila melanogaster) 140-170 Mbp vairenio (Arabidopsis thaliana) 115 Mbp i 125 Mbp

Tai vis vykiai, be kuri vis organizm, tarp j ir augal, genom ir gen tyrimo is-torija bt nepilna, sunkiai suvokiama.

Mokslas pogenominje eroje nestovi vietoje. Prasidjo funkcins ir lyginamosios genomikos amius.

Funkcin genomika tiria viso genomo suderint gen funkcionavim, apibdina transkriptom transkribuojam RNR visum (tiria transkriptomika) ir proteo-m genomo koduojam baltym visum (tiria proteomika).

Ir vl viena visam mokslui svarbi data: 1999 m. pradtos naudoti mikrogardels, kuriomis galima vienu metu tirti dau-

gelio gen raik. Tai labai veiksminga funkcins genomikos priemon, efektyviai taiko-ma tirti augal genomo atsakus vairius aplinkos veiksnius.

1.2. Objektas augal genetikoje

irniai savidulkis augalas. Tai privalumas. Visikai pagrstai manoma, kad viena i pagrindini Mendelio skms prieasi yra labai vykusiai tyrimams pasirinktas augalas irniai, taiau tai ne atsitiktin skm, kuri danai lydjo Mendel, o labai apgalvotas pasirin-kimas. irniai yra savidulkis augalas, todl negresia pavojus, kad tiriami augalai gali atsitikti-nai susikryminti su alia auganiais augalais. Savidulki augal kryminimas yra visikai tyr-jo rankose. Hibridai gaunami tik motininiam augalui dirbtinai paalinus kuokelius ir apvaisi-nus tok kastruot augal kito augalo iedadulkmis. irni pasirinkim lm ir kiti j priva-lumai. Mendelis i dviej savidulki augal pupeli ir irni, jau grynai vertins savo patir-timi pastarj auginimo privalumus (pvz., kad irni augal galima daugiau auginti maes-niame plote, jie auktesni, todl patogiau juos dirbtinai sukryminti), pirmenyb skyr ir-niams. Tik vliau, jau atlikus genetin hibrid analiz, paaikjo ir kiti, genetiniai, savidulki augal privalumai. Savidulkiai augalai negali ilgai ilikti heterozigotiniai. Gana greitai hibrid kartose jie tampa homozigotiniais, genetikai grynais. Dl ios prieasties lengviau pasirinkti reikiam tv genotip homozigotas arba heterozigotas, lengviau sprsti ir apie lytini lsteli genetines ypatybes (smulkiau apie tai r. 1.4 sk.).

Krymadulki augal homozigotinms, genetikai grynoms linijoms gauti reikia naudoti ilgalaik vais ir specialiais metodais tikrinti augal genotipus, ar jie nra hetero-zigotiniai pagal tiriamus genus.

Veiksniai, nulemiantys objekto pasirinkim. I istorins apvalgos (1.1 sk.) gal-jome sitikinti, kad genetikoje vyraujantis objektas keit objekt, ir genetikos istorij gali-ma skirstyti epochas ir pagal tyrimo objektus: augalus keit drozofila, i mikroorga-nizmai, o juos vl pakeit sudtingesns genomo sandaros eukariotai, tarp j vl augalai.

Prieasi pasirinkti tyrimo objekt yra kelios. Augalo ekonomin svarba yra pirmaeilis dalykas, todl suprantamas dmesys kviei,

kukurz, miei, ryi, sojos ir kit ems kio augal genomams. ia daug reikia isto-rins-nacionalins tradicijos. Atsiranda regioniniai, nacionaliniai prioritetai, tarkim, Ame-

20 |

rikoje kukurzai, soja: Kinijoje soja ir ryiai, Japonijoje ryiai. i augal ekonomin svarba stimuliavo atitinkam genomo projekt atsiradim (2.2 sk.).

Lyginamasis/evoliucinis aspektas skatina tirti ir lyginti vairias augal grupes, tiek pa-gal vis genom, tiek pagal atskirus genus. Tai evoliucins ir lyginamosios genetikos sritis.

Sukaupt apie augalo genom duomen visuma (baz). Lengviau ir netgi patikimiau ty-rimus atlikti su gerai itirtais augalais, apie kuri genom turima kuo daugiau ini. Taip istorikai irykja pagrindiniai objektai. Daniausiai pradin susidomjim tokiu objek-tu lm biologiniai privalumai, o iuo metu ir gerai itobulinti tyrimo metodai, sukauptos ir toliau labai gausjanios inios apie j genom, pagaliau gausios mutant kolekcijos. Dl i prieasi iuo metu augal genetikos pagrindinis objektas yra ne kukurzai, ne kvieiai ar ryiai, o lauk piktol, smulkus augallis vairenis (Arabidopsis thaliana). Jo pasirinkim irgi lm biologiniai privalumai (1.3 intarpas).

1.3 intarpas. Vairenis (Arabidopsis thaliana) pagrindinis modelinis augal genetikos objektas

Baltaiedis vairenis (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.) bastutini (Brassicaceae) eimos augalas yra pagrindinis augal fiziologijos, genetikos ir molekulins genetikos objektas. Sukauptos inios apie vairenio genom ir genus taikomos kitiems augalams. Vairenio genome nustatyt DNR sek ie-koma kit augal, tarp j ems kio, genomuose. Be to, vairenio DNR sekos/genai lyginami su kit organizm mogaus, pels, drozofilos, nematodo Caenorhabditis elegans genomais, kaip tai bu-vo padaryta paskelbiant apie mogaus genomo sekvenavim (r. Science, 2001, vol. 291, nuo 1304 p.). Gan daug vairenio gen mutacij atitinka mogaus paveldimas ligas (pvz., Menks/ Wil-sono ligas) ir naudojamos kaip modeliniai objektai tirti i lig gen pasireikimui. Vaireniu genetikai susidomjo dl smulkumo ir greito brendimo. Tai 730 cm aukio augalas su lap skrotele pamate ir negausiai lapuotu stiebu (1.3 pav. sp.). Dl smulkumo vairenis, kaip ir drozofila, tinka auginti mgintuvliuose arba laboratoriniuose induose. Stiebas labai itsta,

1.3 pav. Baltaiedis vairenis (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.): 1 bendras augalo vaizdas; 2 iedynas; 3 lap skrotel; 4a anktarl; 4b atsidariusi anktarl su sklomis.

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 21

kai brsta vaisiai, todl auginant aseptinmis slygomis kamiai, kuriais iki tol buvo ukimti laboratoriniai indai, atkemami.Taip gaunama daugiau skl arba galima tirti embriono letales (vien i mutacij ri). Vairenis labai lengvai regeneruoja i meristemini kultr. i savyb yra labai svarbi gen ininerijoje, klonuojant genus. Taiau svarbiausia vairenio botanin ypatyb, dl kurios vokiei genetikas Laibachas (F. Laibach) 1943 m. pasil vairen naudoti genetiniams tyrimams, tai efemerinis, labai grei-tai brstantis augalas. Natraliai Lietuvoje auga pietryi rajonuose lengvose nederlingose dir-vose, ant lait, dirvonuose, kitur retas, bet ydi anksti balandio-gegus mn. ir greitai brandina sklas. Tad kaip piktol, j nelabai kreipiama dmesio. Ilgadienis augalas, kuriam, be to, reikalinga vernalizacija (temperatros okas). Jis vystosi ir be i slyg, bet labai ilgai iki 150 dien, todl laboratorijoje jam sudaromos reikiamos slygos. Tada jis subrsta per ma-daug 1 mn. Bdinga savidulka. Tai svarbu ne tik dl aseptini slyg, kur kiekvienas augalas daniausiai auginamas atskirame mgintuvlyje, bet ir genetins analizs rezultat patikimumo. Nepaisant savidulkos, lengva gauti hibridus. Sklos labai smulkios (0,5 mm), bet nuo vieno au-galo j daug. Tai irgi svarbus privalumas.

1.4 pav. ioveinio (Antirrhinum majus) ir vairenio (Arabidopsis thaliana) ortologai mutantai (ioveinis pagal E. Coen. http://www.jic.ac.uk/staff/enrico-coen/index.htm; vairenis pagal F. Wellmer et al. Plant Cell. 2004, Vol. 16, P. 13141326; J. Alvarez et al. Plant Journal. 1992, Vol. 2, P. 103116).

Laibachas sukr pirmj genetin vairenio kolekcij, rinko vairenio rasi/ekotip kolekcij po vis Europ. Vertingiausi ekotipai buvo tie, kurie buvo lengviausiai auginami aseptinmis slygomis. Po ilgos atrankos jais tapo du etaloniniai ekotipai Columbia ir Landsberg erecta. Pastarasis turi mutacij erecta, dl kurios augalai yra smulks, neigulantys. Juokaujama, kad plote, atitinkaniame A4 forma-to popieriaus lap, galima auginti iki 1000 toki augal. Columbia ekotipas (kils i JAV Kolumbi-jos valstijos, ekotip pavadinimai yra pagal vietov, i kur jie kil) yra labai nereiklus aplinkos sly-goms. Landsberg erecta ir Columbia ekotipai yra baziniai tirti vairenio genom. Kitas vokiei genetikas Riobelenas (G. Rbbelen) sukr pirmj mutant kolekcij ir 1961 m. pradjo leisti informacin biuleten Arabidopsis Information Servis. Pirmuosius biocheminius vaire-

22 |

nio mutantus, nesintetinanius vairi mediag (pirmieji mutantai vitamin), Australijoje ga-vo Lengridas (J. Langridge), taiau didiausiu i mutant gamintoju ir tyrju tapo vengr kil-ms amerikietis Redjis (Redei). Taip vairenis persikraust u Atlanto. Nuo biochemini mu-tant prasidjo vairenio ir apskritai augal biochemin ir molekulin genetika. Su biocheminiais vairenio mutantais netgi patogiau dirbti negu su analogikais bakterij mutantais. Tuo sitikino ir i eilui autorius. iuo metu stambiausi vairenio tyrimo centrai yra ne tik JAV Kalifornijoje, ikagoje, alia Niu-jorko, bet ir kitose alyse Pranczijoje, Anglijoje, Japonijoje. Lietuvoje vairenis genetiniuose tyrimuose naudojamas labai ribotai, genetiniams tikslams pradtas auginti nuo 1965 m. Vilniaus universiteto Biochemijos, biofizikos ir genetikos katedroje. Gauti pirimidin sintezs mutantai i Lengrido ir Redjo. Kiek vliau vairenis pradtas auginti Botanikos institute Augal fiziolo-gijos laboratorijoje, grups, kuri tiria augalo augim nesvarumo slygomis,nes vairenis yra ne-pamainomas kosmonautas, skraidintas daugelyje ilgalaiki kelioni kosmos. 1986 m. klonuoti pirmieji vairenio genai, prasidjo intensyvs ir masyvs vairenio genomo, ge-n struktros ir funkcijos tyrimai, o 2000 m. Nature urnale (480 tomas, gruodio mn. nu-meris) paskelbta apie beveik viso genomo sek nustatym. is projektas pradtas mokslini centr konsorciumo mintose alyse. 1991 m. sukurta centrin vairenio duomen baz. Jos in-ternetinis adresas www. arabidopsis.org

Objektai vienam reikiniui. Paprastai nauj genetikos reikini atradimas susi-js su vienu kuriuo objektu (augalu). Daniausiai tas augalas, tas reikinys yra prieina-miausias tyrimams, guli paviriuje. Duomenys vis kaupiasi ir kaupiasi, ir objektas tampa pagrindiniu tirti atrast reikin, su juo sukaupiama didiausia duomen baz apie reikin. Suprantama, kad ir toliau tyrimams patikimiau naudoti augal.

Keletas toki objekt pavyzdi: tabak lengva klonuoti, regeneruoti augal i vienos lstels tai nepamai-

nomas objektas augal klonuotiems genams tirti; pupos (Vicia faba Moenh.) dl stambi chromosom, o kreisv (Crepis

capillaris (L) Wallr.) ir Haplopappus dl mao chromosom skaiiaus yra pui-ks objektai augal citogenetiniams tyrimams;

rgtyns (Rumex acetosa L.) turi tokias pat lytines (X, Y) chromosomas kaip ir mogus ar drozofila ir yra bazinis objektas io tipo lyties paveldjimui tirti, ir tokie objektai keiiasi anksiau vyraujantis buvo kitas augalas - akinys (Melandrium album Garce);

kukurzai yra bazinis augalas mobiliesiems (judriesiems) genomo elemen-tams tirti, nes jie buvo atrasti ir detaliai itirti kukurzuose kukurz grd spalva ir isidstymas burbuolje labai patogs poymiai tirti ne tik mobiliuo-sius genomo elementus, bet ir gen sankib, krosingover ;

daugiausia ini apie papildomas B chromosomas sukaupta tiriant augalus, ir vienas i klasikini objekt joms tirti yra rugiai (Secale cereale L.);

naujas genetikos reikinys permutacijos, kai genas sudarytas i daugybs segment ir ie vairiuose augaluose derinasi skirtingais deriniais tai lemia atsparum patogenams, aptikta ir tiriama Solanaceae eimos augaluose ir t. t.

Istorins aplinkybs irgi labai daug reikia. Vienu pagrindini augal raidos ob-jekt, be vairenio, yra ioveinis (Antirrhinum majus L.), bet tai atsitiko todl, kad tikriausiai, dl subjektyvi prieasi ioveinis buvo labai populiarus genetinis objektas XX a. pra-

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 23

dioje tarp vokiei genetik. Sukauptos didiuls io augalo mutant (tarp j ir raidos) kolekcijos. Laimei, jos buvo rpestingai saugomos ir labai pravert, kai buvo surasti me-todai augal raidai ir raidos genams tirti. Turtingos genetins kolekcijos ikl iovein pirm plan tirti iuos raidos genus.

Daugeliu atvej pagrindin objekto pasirinkimo prieastis yra augalo bio-logins ypatybs. Tuo jau buvo galima sitikinti. Kai kurie augal privalumai inotini, nes yra bendro pobdio.

Augalo lstel turi unikali genetin struktr plastides (chloroplastus). Proce-sas, kuris vyksta chloroplastuose, irgi unikalus ir reikmingas visam gyvajam pasauliui. Tai fotosintez. Be to, chloroplastuose, kaip ir mitochondrijose, vyksta adenozintrifosfato (ATP) sintez, plastids diferencijuojasi ne tik chloroplastus, bet ir leukoplastus ir chromoplastus. Nepaisant to, kad foto-sintez vykdo ir cianobakterijos bei kai kurie pirmuonys, vis tik fotosintezs genetika yra augal monopolis.

Dauginimosi form ir sistem vairov. Ji kur kas didesn negu gryb. Augal dau-ginimosi sistemos yra sudtingos, bet nagrinjamos kaip variacija trij siste-m: krymadulkos (autbrydingo), savidulkos (vaisos, inbrydingo) ir labai i-sipltojusio nelytinio dauginimosi kaip bdo isaugoti heterozigotikum ir jo teikiamus privalumus.

Lyties raidos vairov nuo vienanami arba dvinami augal iki dvilyi arba vienalyi. Prisiminkime, kad vienanamis augalas turi moterikus ir vyrikus lytinius organus, o dvinamis augalas tik vienos kurios lyties organus. Jo apsi-vaisinimui btini prieingos lyties augalai.

Haplofazs/diplofazs santykio vairov. Augaluose, be lytini lsteli, susidaro ir sporos. Augal gyvenimo ciklas pagal homologini chromosom rinkini skaii dalijasi dvi fazes: haplofaz ir diplofaz Gyvn haplontas labai re-dukuotas, apsiriboja vien generatyvinmis lstelmis po pirmojo mejozs da-lijimosi, kai netgi iedini augal haplontas yra i keli lsteli. Vyrikasis gametofitas (haplontas) yra iedadulk (subrendusi yra sudaryta i 3- lste-li: 2- spermi ir 1-os vegetatyvins), o moterikasis gametofitas gemalo maielis (magnolijn subrends i 7-ni lsteli: kiauialsts 2- sinergi-di, 3- antipodi ir 1-os stambios antrins lstels su diploidiniu bran-duoliu). Btent pasinaudojus vyrikojo gametofito raidos ypatumais gaunami haploidai i iedadulki labai svarbi priemon biotechnologijoje, (auga-l) genetikoje ir selekcijoje.

Palyginti lengva, su nedidelmis finansinmis snaudomis tirti palikuoni kartas. I kitos puss, sudarius reikiamas slygas (labai intensyvus apvieti-mas ir optimali temperatra), ne tik vairenio, bet ir toki augal, kaip kvie-iai, mieiai, per metus galima iauginti iki 11 augal kart, paprastesniuose iltnamiuose 2-3 kartas.

Augal genetines kolekcijas lengviau kaupti, tirti ir isaugoti sivaiz-duokime, kiek kainuoja namini gyvuli kolekcij kaupimas ir tyrimai, kad ir emaituk arkli. Ilaikyti galima ualdyt gyvn sperm, bet kiek kainuoja vietins gyvuli veisls atkrimas ir tyrimai. Kaupiama ir tiriama ne tik nat-rali ekonomikai svarbi augal vairov ries viduje, bet ir j laukiniai gi-

24 |

minaiiai (kurie danai bna svarbi gen donorai), mutantai, nepanaudoti tolimieji hibridai ir gen ininerijos produktai, iuo metu praradusios eko-nomin vert praeities augal veisls - visa tai gali praversti ateityje, kaip jau minti ioveinio raidos mutantai, pradti tirti 8090 met nuo j aptikimo.

Danai daug mint veiksni ir privalum persipina viename augale. Pvz., kukurz, kaip objekto, pasirinkim pirmiausia lm istorins-ekonomins slygos: tradicija Ameri-koje valgyti kukurz duon ir labai stipri JAV augal genetik mokykla. Taiau nieko nra geresnio u kukurzus tirti heteroz ir dirbtins vaisos pasekmes. Tai susij su dau-ginimosi sistem ir lyties raidos (vienalyiai iedynai) ypatumais. Hibridins sklos gamy-ba sklininkysts firmose savo ruotu atvr neipasakytas galimybes diegti genetikai modifikuotus augalus. Pagal i ypatyb kukurzai yra pirmoje vietoje. Tirant kukurzus atrasti judrieji genomo elementai, paramutacijos, neocentrin 10-oji chromosoma ir kt. pavert kukurzus baziniu objektu iems reikiniams tirti. Suprantama, kad duomen baz apie kukurz genom dl vis i prieasi yra labai didel.

Ries viduje paprastai pasirenkamas ne vienas, o bent du-trys baziniai geno-mai populiacijos, ekotipai, veisls ir panaiai. Pvz., vairenio baziniais yra du ekotipai (1.3 intarpas) Columbia (Col) ir Landsberg erecta ekotipai. Ryi yra tiriami du poriai: Oryza sativa subsp. japonica, atstovaujamas veisli Nipponbare ir Zhonghua 11; ir O. sativa subsp. indica veisli 93-11 ir IR36. Kukurz sukurtos 3 genomo bibliotekos naudojantis BAC (nuo angl. bacterial artificial chromosome dirbtin bakterij chromosoma), be to kaip bazinis genomas naudojama kukurz vaisos (inbred) linija B73 ir pan.

1.3. Genetiniai simboliai/augal gen pavadinimai

Mendelis ir raidinis poymi (gen) ymjimas. Tarp naujadar, kuriuos ved Mendelis ir kurie gal daugiau skms atne ne tiek paiam Mendeliui, kiek visai genetikai, buvo raidinis poymi ymjimas. Neabejotinai jis palengvino, supaprastino ir paties Men-delio gaut tyrimo rezultat analiz, taiau kur kas jis buvo reikalingesnis genetikams vliau, kai susikaup daugiau ini apie genus. Poymi/gen ymjimas raidmis leidia hibrid analiz sprsti abstrakiai, kaip matematin udavin. Ypa tai svarbu populiacij genetikai, taiau labai palengvina suvokti ir paprast, kontroliuojam kryminim rezultatus.

Mendelis nustat ir poymi ymjimo tvark. Pagal j vyraujantieji (dominuojantie-ji) poymiai ymimi didiosiomis raidmis, o recesyvieji maosiomis raidmis. Skirtingi poymiai (genai) uraomi skirtingomis raidmis. Tarkim, gelton irni skl spalv tekt ymti A, o ali spalv a, tuo tarpu vyraujani lygi skl form - B, o rauklt skl form atitnkamai b. Nors ir kaip stengiamasi ios tvarkos laikytis, vis tik gerokai nuo jos nutolta. Pasisavinta tik pati mintis vesti genetinius simbolius, gen pavadinimus.

Morganas ir mutacij pavadinimai. Jis pirmasis genetinei analizei pradjo naudo-ti mutantus ir genus vadinti mutacij pavadinimais kok poymio pokyt sukelia mutaci-ja. Antai viena pirmj drozofilos itirt mutacij buvo baltomis akimis angl. white. Taip ir pradtas vadinti genas lemiantis drozofilos aki spalv. Tai recesyvusis genas. Dominuojantysis jo alelis, lemiantis normali rusvai raudon spalv, buvo paymtas taip White (pirmoji raid didioji, pagal Mendel). Taiau patogiau naudoti ne vis pava-dinim, o tik santrump. Recesyviojo geno ji yra w, o dominuojaniojo W, taiau pasta-rojo geno simbolis gali bti ir kitoks w+. Taip su + (plius) enklu genetikoje ymimas vadinamasis laukinis tipas (angl. Wild Type) normal poym lemiantis genas (alelis). Tai

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 25

visikai nebtinai dominuojantysis genas, kaip iuo White atveju. Pasitaiko gana daug ir dominuojanij mutacij. Tada normalj poym lemiantis genas yra recesyvusis, bet pagal priimt tvark j reikia ymti su + enklu.

Augal genetikoje, kad nesusipainiotiume tarp plius, normalusis tipas daniausiai ymimas santrumpa WT arba wt (1.1 lentel).

1.1 lentel. Vairenio (Arabidopsis) ir ioveinio (Antirrhinum) iedyno/iedo raidos homolo-giniai genai (ortologai)1

Koduojama funkcija Vairenis ioveinis Mutanto fenotipas iedyno/iedo meriste-ma, ydjimo laikas LEAFY (LFY) FLORICAULA (FLO)

iedynai virt gliais, iedas i taurlapi ir piesteles panai organ

iedyno/iedo meriste-ma, ydjimo laikas

TERMINAL FLOWER 1 (TFL 1)

CENTRORADIALIS (CEN)

Determinantinis2 iedynas, sumajs ied skaiius

Sveika tarp iedyno ir iedo meristem /reguliacija

UNUSUAL FLORAL ORGANS (UFO)

FIMBRIATA (FIM) Skirtingai pasireikia

4

iedo organai A klas3 B klas B klas C klas

APETALA 1 (AP 1) APETALA 3 (AP 3) PISTILLATA (PI) AGAMOUS (AG)

SQUAMOSA (SQUA) DEFICIENS (DEF) GLOBOSA (GLO) PLENA (PLE)

Be vainiklapi ir taurlapi Be vainiklapi ir kuokeli Be kuokeli ir piesteli

1 - r. taip pat 1.4 pav.; 2 - Indeterminantinis iedynas neriboto augimo, tokie yra normals vairenio ir io-veinio iedynai; determinantinis riboto augimo iedynas, paprastai baigiasi virniniu iedu; 3 - Normalus vairenio arba ioveinio iedas yra sudarytas i keturi menturi: 1 taurlapiai, 2 vainiklapiai, 3 kuokeliai, 4 piestels. Taurlapius lemia A klass genai, vainiklapius A ir B klass genai, kuokelius B ir C klass genai, piesteles tik C klass genai; 4 - ioveinio yra determinantinis iedynas su labai daug ied; vairenio sutrikusi iedo raida, danai vietoj kuokeli ir vainiklapi yra silai (filamentai).

Augal gen ymjimas. Morgano pasilyta tvarka vadinti genus pagal mutacij

pavadinimus naudojama ir augal genetikoje. Taiau, kaip ir kit organizm, gen pava-dinimai yra atsirad ne vien nuo mutacij. Labai danai tai ir yra pavadinimas poymio, savybs, mediagos, fermento, kur lemia genas. Pvz., augal pigment fitochrom genai ymimi PHY arba phy, cirkadinius (paros bgio) ritmus reguliuojantis vairenio genas CIRKADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA 1) arba kitas genas EARLY FLOWERING 4 (ELF 4). Pasitaiko ir subjektyvi, geno atradjo pasilyt pavadinim, kaip pvz., vienas i ioveinio raidos gen PHANTASTICA (PHAN).

Blogiau, kai tas pats genas vadinamas keliais pavadinimais, turi sinonimus. Tai susi-klosto dl istorini aplinkybi, daniausiai dl to, kad skirtingos mokslinink grups tiria skirtingas to paties geno koduojamas ypatybes, o kartais ir dl to, kad ios mokslinink grups dirbo skirtingose alyse. Tarkim, miei mutacija Hooded (angl. su gobtuvu, nes varpos akuotas virts papildomu invertuotu iedu, primenaniu gobtuv), vadinama ir Kap (vok. Kapuze). Rusai iuos mieius vadina dar kitaip pagal varieteto pavadinim furkatiniais (var. trifurcatum). is pavyzdys pakankamai rodo, kad turi bti (ir yra) tarptau-tiniai centrai, kurie tvarko, standartizuoja konkretaus augalo gen pavadinimus ir kaupia

26 |

apie juos vis informacij, leidia gen katalogus, informacinius biuletenius ar net urna-lus (r. 1.3 intarp), pvz., Barley Genetics Newsletter (skirtas vien tik mieiams).

Gen pavadinim tvarka. Atidesnis skaitytojas galjo pastebti, kad visus gen pavadinimus ir j santrumpas rame kursyvu. Tai pirmoji bendra vis organizm vi-siems genams taisykl. Ji leidia atskirti, kur yra genas, o kur jo koduojamas poymis, geno produktas. Pvz., dna reikia, kad genas koduoja baltym, kuris dalyvauja DNR sintezje. Vienas i DNR reparacijos gen yra uvrA, o jo produktas baltymas UvrA. Kursyvu raomi ir mutacij pavadinimai.

Antroji taisykl, atsiradusi nuo Morgano laik, genus ir mutacijas vadinti anglikai. Tai, inoma, palengvina atskirti gen simbolius nuo taksonomini vienet pavadinim ries viduje, kurie, kaip inia, turi lotynikus pavadinimus (tarp kitko, irgi raomus kursyvu). Ta-iau kaip ir kiekviena taisykl, ir i turi daug iimi. Nevengiama ir mutacij pavadinim, kilusi i lotyn kalbos, pvz., chlorofilini (augalo pigmentacijos) mutacij pavadinimai albina, xantha, viridis, maculata ir kt. (r. taip pat 1.1 lentel). Pasitaiko pavadinim ir i kit kalb kai genai vadinami atradjo kalba, bet tai jo teis. Tai atsitik ne tik dl istorini prie-asi (kur ir kada atrastas genas), bet ir dl subjektyvi, netgi patriotini aplinkybi. Ry-kiausiai tai matyti drozofilos genetikoje. Gen pavadinimuose amintos itisos ymiosios kilmingosios dinastijos kaip valois, vasa, tudor. genetik plsteljo ne tik vokiki, bet netgi japoniki gen pavadinimai fushi tarazu, shibire (pastarasis reikia rstus, matyt, i ia kilo ir Sibiro pavadinimas). Tik, inoma, pavadinimai raomi ne hieroglifais, o lotyniku riftu.

Augal genetikoje kit kalb (ne angliki arba lotyniki) pavadinimai retesni, bet irgi pasitaiko, ypa vokiki, kaip antai augal raidos genas WUSCHEL (WUS), daigo raidos mutacijos gurke (gk), doppel (dp). Vienas judrusis genomo elementas pavadintas netgi kelt kalba crwydryn (klajnas).

Treioji taisykl yra sutarta gen raymo tvarka kiekvienam atskiram augalui. Jei-gu pastebjote, iki iol visus vairenio ar ioveinio genus itisai rame tik didiosiomis raidmis. Tas pat daroma ir 1.1 lentelje. Tai yra nustatyta tvarka iems augalams, netgi kai geno pavadinimas i keli odi. Vairenio ir ioveinio mutacijos, atvirkiai, raomos tik maosiomis, arba tik pirmoji raid didioji, jeigu mutacija yra dominuojanti.

Genai-ortologai. Gen klonavimo ir sekoskaitos technologijos leidia palyginti ge-nus, nustatyti j homologij ne tik ries viduje, bet ir palyginti genus vairi organizm genome. Paaikjo, kad daug gen yra giminingi netgi labai nutolusiuose organizmuose. Istorikai jie bendros kilms, kil i bendro protvio. Tokie genai vadinami ortologais. inoma, kuo augalai artimesni, tuo daugiau jie turi ortolog. Pvz., kukurz ir ryi genai ortologai sudaro 72 %. Abu augalai priklauso tai paiai Poaceae eimai.

iuo metu stengiamasi ortologus vadinti tuo paiu pavadinimu, tik prie geno pava-dinimo (tiksliau, jo santrumpos) priekyje pridedamos dvi (o kartais viena) raids. Jos yra genties ir ries pavadinim pirmosios raids: vairenio (Arabidopsis thaliana) At, kukur-z (Zea mays) Zm, miei (Hordeum vulgare) Hv ir pan. Taiau ilik ir skirtingi ortolog pavadinimai vairiuose augaluose (1.1 lentel ir 1.4 pav. sp.). i gen pavadinimai atsira-do dar prie klonavimo-sekoskaitos technologij atsiradim, ir gen homologija rodyta vliau, taiau ankstesni gen pavadinimai iliko nepakeisti, todl ortologai gali bti vadi-nami ir skirtingais pavadinimais.

Poligen ymjimas. Poligenai lemia kiekybinius poymius, j poveikis sumuojasi, todl visi t pat kiekybin poym lemiantys genai danai ymimi tais paiais simboliais,

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 27

tik pridedami papildomi indeksai R1, R2, R3 ir t. t. (angl. red raudona ied spalva) arba C1, C2, C3 ir t.t. (angl. colour spalva) ir pan.

Danai taip pat vadinamos ir mutacijos, nulemianios tok pat fenotip. Pvz., visi be vako apnao ant lap ir stiebo augalai vadinami eceriferum, nors gen, kurie Poaceae ei-moje lemia tok fenotip, aptikta apie 100.

Gen santrumpos. Vis geno pavadinim gana danai i keli odi ir dar didio-siomis raidmis nepatogu rayti, todl vartojamos gen santrumpos i 1-3, o kartais net 4-6 raidi. Svarbu, kad skirting gen jos nesutapt, todl kartais ir prireikia didesnio raidi skaiiaus. Santrumpos irgi yra registruojamos gen kataloguose. Santrump i kairs puss prailgina jau mintos nuorodos augal gent ir r At, Zm, Hv... ir i deins papildomi skaiiai arba raids pagal gen, lemiani bendr proces ar poym, raikos arba atradimo eil. Pvz., visi fitochrom genai ymimi i eils raidmis PHYA, PHYB, PHYC..., o iedo organ raidos genai APETALA (r. 1.1 lentel) skaiiais AP1, AP2, AP3.

1.4. Genai chromosomose. Paprasiausi augal poymi paveldjimo dsningumai

Mendelio atrasti poymi paveldjimo dsniai. Mendeliui i ties seksi, bet ne todl, kad jis pasirinko grietai, privalomai (obligatiniai) savidulk augal irnius ir tyr tik riboto poymi skaiiaus paveldjim, be to, pereidamas nuo paprasiausio mono-hibridinio kryminimo, kur tvai skiriasi tik vienu alternatyviuoju poymiu, prie sudtin-gesni dihibridinio, trihibridinio kryminim, kur analizuojamos dvi arba trys poy-mi poros. Visa tai jis dar smoningai, apgalvotai, pagal i anksto numatyt plan.

Mendeliui i ties pasisek, kad jis tyr pat paprasiausi poymi paveldjim, kai vienas genas aleli poroje yra visikai dominuojantysis, o kitas recesyvusis, todl

pirmojoje hibrid kartoje (ymimoje F1) visi palikuonys vienodi (1.1 pav ir 1.5 pav.); kitose kartose aptinkami tik dviej fenotip (poymi) augalai, kaip buvo j tvai; tyr nepriklausomai paveldimus poymius (genus), nesusidr su gen sankiba,

kuri tiek pat prasta kaip ir nepriklausomas poymi paveldjimas; nesusidr su sveika tarp nealelini gen dihibridiniuose kryminimuose, dl

kurios F2 santykis bt ne 9:3:3:1, o koks nors kitoks, pvz., 9:7, 13:3, 9:6:1 ir pan. ne visos ios gen sveikos ir iuo metu iaikintos;

nors irniai yra savidulkis augalas, jiems bdingas tipikas lytinis procesas: su-silieja dvi lytins lstels su haploidiniais chromosom rinkiniais, o galjo pradti nuo vanags (Hieracium ), kuriai bdinga apomiks. Tada tikrai neturtume Mendelio dsni, kurie yra trys:

pirmosios hibrid kartos (F1) vienodumo/dominavimo; skilimo pradedant antrja hibrid karta (F2) palikuonys susiskaido grupes

tam tikrais santykiais: grupi skaiius ir santykiai priklauso nuo tirt poymi skaiiaus ir

nuo gen sveikos pobdio; nepriklausomo poymi paveldjimo.

Prie Mendelio dsni priskirtina ir gamet (lytini lsteli) genetinio grynumo tai-sykl. ios taisykls esm tai, kad lytinse lstelse yra tik po vien gen i kiekvienos alelini

28 |

gen poros. Tai btina slyga pasireikti Mendelio dsniams.iuo atveju Mendeliui tikrai seksi, nes galjo pasitaikyti poliploidins augal rys arba veisls, ir i taisykl negaliot.

Genetin gamet grynum nulemia ypatingas lstels dalijimosi bdas mejoz, kuri buvo atrasta gerokai vliau po Mendelio darbo (1.1 intarpas), o dukterini chromosom paskirstymo dsningum reikm paveldjimui dar vliau, bet Mendelis ne tik suvok, kaip svarbios gamet genetins ypatybs paveldjimui, bet ir sugalvojo metod tirti lytini lsteli genotipus analitin, arba tiriamj, kryminim. Tai tik parykina Mendelio genealum.

Chromosomos ir Mendelio dsniai. Pirmasis chromosomas, kaip paveldimumo vienet talpykl, dmes atkreip Veismanas (A. Weismann), taiau kur kas labiau prie tiesos priartjo de Fryzas. Jis man, kad paveldimumo vienetai, esantys chromosomose, padvigubja ioms dalijantis iilgai pusiau ir paskui taisyklingai paskirstomi dukteriniams branduoliams ir lstelms. Pakartotinai atradus Mendelio dsnius, Boveris (Th. Boveri) ir Satonas (W. Sutton) grynai teorikai velg, kad Mendelio dsnius lengva paaikinti ho-mologini chromosom pasiskirstymo dsningumais mejozje. Viskas bt labai gerai, jeigu kiekvienoje chromosomoje bt tik po vien gen. Pvz., vairenis haploidiniame rinkinyje turi 5 chromosomas, o gen apie 29000.

1.4 intarpas. Monohibridinis kryminimas. irniai lygiomis x raukltomis sklomis ar viskas taip paprasta?

irniai lygiomisraukltomis sklomis yra daniausiai svarstomas poymis, kur tyr Mendelis. Vadovliuose jis konkuruoja tik su irniais geltonomis ir aliomis sklomis, bet turima omenyje ne skl luobels spalva, kuri tiesiogiai stebima, o sklaskili spalva, todl ios poymi poros analizei reikia papildomo darbo. Taiau ne tai nulm ger skl formos itirtum: dauguma daro irni veisli yra raukltomis sklomis, o tai susij su krakmolo sinteze. Rauklt skl form lemia SBE1 geno mutacija. Genas (WT alelis) lemia ferment amilo (14), (16) trans-glikozilaz, kuri skelia krakmolo molekulje (14) jungt ir sukelia krakmolo grandins ako-jimsi. Fermentas turi dvi izoformas I ir II. Viena j vykdo amilazs, o kita amilopektino grandins isiakojim. Mendelio tirti irniai raukltomis sekomis yra atsirad dl mutacijos (transpozono siterpimo), vykusios gene, koduojaniame II izoform. Sumaja krakmolo, pa-kinta krakmolo grdeli forma, bet padidja cukraus. Skl raukltumas tiesiogiai susijs su padidjusiu cukraus kiekiu. Dl jo didja osmozinis slgis, todl sklas patenka daugiau van-dens. Tai padidina sklos tr ir jos ali mas. Kai sklos brsta, jos praranda vanden, ir tos sklos, kurios santykinai turjo daugiau vandens,didamos labiau raukljasi. Kai kryminami homozigotiniai irniai lygiomis ir raukltomis sklomis, poymi paveldji-mas vyksta visikai pagal Mendel. F1 hibridai yra visi vienodi, lygiomis sklomis. Vadinasi, lygi skl forma yra dominuojantysis poymis, nes i poymi pasireikimo F1 ir sprendiame apie alelini gen sveikos pobd. Jis gali bti vairus. iuo atveju yra visikas dominavimas. Tuo galime sitikinti i F2F3 rezultat (r. 1.1 pav.).

F2 hibridai susiskaido dvi grupes: 34

lygiomis sklomis ir 14

raukltomis sklomis. Tai papil-

domas rodymas, kad rauklt skl form lemiantis alelis yra recesyvusis. Treiosios hibrid kartos (F3) analiz mus tikina, kad recesyvusis poymis gali pasireikti tik tada, kai j lemiantis genas yra homozigotins bsenos (aa). Visi tie F3 hibridai, kurie yra augal raukltomis sk-lomis palikuonys, yra raukltomis sklomis. Tai yra stebima ir tolimesnse hibrid kartose (F4 ir t. t.), nepriklausomai, kiek j bt tiriama. Visai kitaip yra su irniais, kurie F2 buvo lygiomis sklomis. F3 analiz parodo, kad apie toki augal genotip be speciali tyrim arba kitos kartos analizs sprsti negalima. F2 heterozigoti-

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 29

niai (Aa) augalai visikai nesiskiria nuo homozigotini (AA) lygiomis sklomis augal. O F3F4 galime sitikinti, kad F2 lygiomis sklomis augal buvo dvejop genotip. F3 vienas tredalis buvusi lygiomis sklomis augal taip ir ilieka lygiomis sklomis, kiek toliau i augal kart bt tiriama ( 1.1 pav.,palyginkite F3 su F4). Jie yra homozigotiniai (AA). Didesn dalis (du tredaliai) F2 buvusi lygiomis sklomis augal F3 vl skaidosi grupes 3:1 santykiu kaip ir F2, o tai rodo, kad jie F2 buvo heterozigotiniai (Aa). Jeigu toki augal analiz pratstume toliau (F4), vaizdas kartotsi: i rauklt skl (aa) iaugt augalai tik raukltomis

sklomis. Tas pat atsitikt su tredaliu lygi skl. J genotipas AA, o i likusij 23

lygi skl

vl iaugt dviej fenotip augalai santykiu 3:1 (j genotipas F3 buvo Aa). Atidiau pastudijavus 1.1 pav., galima sitikinti, kaip staigiai maja heterozigotini augal dalis

hibrid kartose: F1 visi augalai buvo heterozigotiniai (Aa, matematikoje visuma = 1,0) Aa; F2 toki augal jau tik pus (2/4=1/2) 1/4AA : 2/4AA : 1/4aa; F3 j sumaja dar pusiau lieka tik ketvirtadalis (1/4); F4 j jau tik atuntadalis (1/8) ir taip toliau, kol vl susidarys dvi homozigot (AA ir aa) grups, nuo ko ir pradjome. Kiekvienoje tolesnje hibrid kartoje heterozigot sumaja pusiau (1/2n, kur n kart skai-ius). Tuo naudojamasi tiriant vais, nustatant vaisos koeficient. Taiau istorija su raukltomis sklomis tuo nesibaigia. Nors formaliai nustatomas visikas A alelio dominavimas, ityrus hetrozigotini (Aa) augal krakmolo grdelius, galima sitikinti, kad jie skiriasi nuo abiej homozigotini (AA ir aa) tv krakmolo grdeli sklose. Tokiu bdu galima atpainti heterozigotinius augalus lygiomis sklomis ir be kart analizs. is bdas heterozigotoms nustatyti labiau naudojamas mogaus genetikoje, kur reikia sprsti, ar asmuo neturi recesyviojo geno, lemianio koki nors paveldim lig. Augal genetikoje, kur nekyla problem dl augal kart analizs, jis naudojamas reiau, bet gali bti taikomas gen ininerijoje atpainti heterozigotoms pagal transgenus. Keletas bendro pobdio moral: ir paprasti nereikmingi poymiai gali turti ekonomin vert, ir paprastus poymius giliau ityrus, paaikja j sudtingumas, kaip ir paprast gen sveik . Tad nereikia menkinti kuri nors poymi, kuriuos augalas turi. Isamesni tyrimai gali atskleisti daug naujo apie j reikm ir prigimt (r. V. Ranelis. Genetika. 2000. Vilnius, LMA).

Chromosomin paveldimumo teorija. Jos krjas yra amerikiei genetikas Mor-ganas (T. H. Morgan, 1866-1945) ir jo bendradarbiai Bridesas (C. B. Bridges), Startevan-tas (A. H. Sturtevant), Maleris (H. J. Muller). Nesvarbu, kad jie tyr vaisin musel. Prin-cipai, kuriuos nustat Morganas vienodai tinka visiems eukariotams ir gyvnams, ir augalams. Be to, jis buvo pirmasis, kuris ne tik i tikrj iaikino Mendelio dsni esm, bet ir puikiai suvok, vertino ir panaudojo tiriamuosius kryminimus tirti chromosom genetin struktr.

Chromosomin paveldimumo teorija trumpai apibdinama 6 principais. 1. Skilimo principas paaikina, kodl F1 (pirmoji hibrid karta) visa vienoda ir ko-

dl F2 palikuonys skaidosi grupes tam tikru santykiu. 2. Nepriklausomo poymi paveldjimo principas nustato ribas, kada poymiai

paveldimi nepriklausomai: a. kai juos nulemiantys genai yra nehomologinse chromosomose;

30 |

b. kai genai yra toje paioje chromosomoje, o atstumas tarp j toks didelis, kad krosingoveris yra danas, susidaro spdis, kad genai paveldimi nepriklausomai.

3. Gen sankibos principas tikina, kad toje paioje chromosomoje yra daug gen, ir (iskyrus 2. b. atvej) genai, esantys toje paioje chromosomoje, paveldimi kar-tu, sukib. Gen skaiius chromosomoje nra vienodas. Jis priklauso ne tik nuo chromosomos dydio, bet ir nuo chromosomos struktros ypatum kartotini sek, koki dal chromosomoje sudaro heterochromatinas. Gen sankiba riboja nepriklausom poymi paveldjim.

4. Sankibos grupi principas numato, kad poymiai paveldimi grupmis. Grup sudaro genai, esantys toje paioje chromosomoje, nepriklausomai nuo krosingo-verio. vairiuose organizmuose sankibos grupi yra nevienodai. Tai priklauso nuo chromosom skaiiaus haploidiniame j rinkinyje. Vairenis turi n=5, tad ir jo gen sankibos grupi yra penkios, o kukurz n=10, tad sankibos grupi yra deimt. Mitochondrijos ar plastids turi tik po 1- DNR molekul, kuri galima vertinti kaip atskir chromosom, tad i organoid DNR koduojamos savybs paveldimos viena grupe.

5. Krosingoverio principas rodo, kad vis dlto gaunami nauji sukibusi gen deri-niai gen sankiba nra absoliuti. Tai atsitinka dl reikinio, kur Morganas pavadi-no krosingoveriu (angl. crossing, susikryiavimas, susikirtimas, over-per). Konjugav chromosomos gali apsikeisti segmentais. Anksiau manyta, kad tai vyksta tik mejo-zje. iuo metu sitikinta, kad krosingoveris vyksta ir mitozje. Krosingoveris vyksta labai sudtingai, bet mejozje jis yra privalomas reikinys. Tarp homologini chro-mosom keiiamasi ir visikai tapaiais segmentais. Kitaip homologins chromo-somos netaisyklingai paskirstomos tarp dukterini branduoli. Labai padaugja aneuploid (organizm su pakitusiu pavieni chromosom skaiiumi).

6. Linijinio gen isidstymo principas tikina, kad kiekvienas genas chromoso-moje turi savo viet. Vieno ar gen grups vieta yra vadinama lokusu. Homolo-ginse chromosomose toje paioje vietoje (lokuse) yra visikai tapats arba aleli-niai genai. Taiau gen chromosomoje yra daug, ir jie isidst vienas paskui kit eksperimentikai nustatoma linijine tvarka. Principu nusakoma, kad toje paioje vietoje negali bti dviej (ar daugiau) nealelini gen, bet tam ir taisykls, kad b-t iimtys. Pasitaiko sanklotini gen, kai viename gene telpa dar vienas genas arba du genai i dalies persikloja. Gali pasitaikyti netgi toki lokus, kur viena DNR grandin koduoja vien RNR ir baltym, o kita visai kit RNR ir balty-m. Sanklotiniai genai danesni genetinse struktrose, kurioms tenka taupyti genetin mediag. Taip pasitaiko, pvz., mitochondrij DNR. Daniausiai san-klotiniai genai aptinkami virus genetinje mediagoje, tarp j ir augalini RNR virus. Didels apimties ir talpos augal branduolio genomuose sanklotiniai ge-nai nereikalingi, bet irgi pasitaiko. Tai nulemia i gen valdymo ypatumus.

Chromosomos ir poymi paveldjimas. Tai daugiau apibendrinimas to, kas jau inoma ir anksiau nagrinta. Galima iskirti tokius su chromosom padvigubjimu ir paskirstymu susijusius gen paveldjimo momentus:

chromosomoms (DNR) padvigubjant, dvigubja ir visi chromosomoje esantys genai;

mitoz taisyklingai padalija kiekvienos chromosomos (tuo paiu geno) kopijas dukterinms lstelms;

1. AUGAL POYMI PAVELDJIMO DSNINGUMAI

AUGAL GENETIKA | 31

visos lstels, atsirad mitozs bdu, turt bti vienodos genetins informacijos, taiau jos gali skirtis, ir tai viena i sudtingiausi genetikos problem;

taiau poymi/gen paveldjimui palikuoni kartose svarbiausia, kas vyksta me-jozje:

homologins chromosomos konjuguoja ir taip tiksliai, kad iki iol nesupran-tamas toks tikslumas;

homologini chromosom konjugacija palengvina galimyb ioms apsikeisti segmentais krosingoveriui, ir jis vyksta tose mejozs stadijose, kuriose ho-mologins chromosomos yra konjugav (zigotenoje ir pachitenoje);

krosingoveris yra pirmasis vykis, sukuriantis palikuoni vairov, jo dan tarp atskir gen galima nustatyti, bet jo mast visam genomui, deja, sunku prognozuoti;

mejozje prieingus polius keliauja ne tos paios chromosomos kopijos, kaip tai yra mitozje, o homologins chromosomos (1.5 pav.) dl ios prie-asties lytins lstels (gametos) turi dvigubai maesn, haploidin (n) chro-mosom skaii;

chromosom skaiius vl tampa diploidinis (2n), kai susilieja dvi lytins (hap-loidins) lstels, ir tai trunka tol, kol vl vyks mejoz, ir kitoje kartoje viskas kartosis i naujo. Dukterins lstels paveldi vis chromosom su visais joje esaniais genais ir tai vyksta nepriklausomai, ar prie tai vyko ar nevyko kro-singoveris (r. 1.5).

Tik todl, kad gen chromosomoje daug, ir jie nutol vienas nuo kito (atstumus tarp gen dar labiau padidina vairios kartotins sekos), susidaro iliuzija, kad genai paveldimi nepriklausomai, kas sau. Taip nra derinasi tarpusavyje ne genai, o chromosomos. Kuo j daugiau haploidiniame chromosom rinkinyje, tuo didesn gali bti lytini lsteli genetin vairov. Tai specifinis, tik eukariotams bdingas bdas atsirasti lytini lsteli ir palikuoni vairovei.

Organizmo, kuris turi tik vien chromosom por (21), galimybs tokio tipo lytini lsteli vairovei labai menkos ir primena savidulkio augalo monohibridin kryminim: buvo du, atsirado treias, o paskui galutinai vl liko du genotipai (1.4 intarpas).

Vairenio n=5, tad galimybs vairovei didesns 25, o kukurz n=10, tai 210 ir pan. Taiau ios vairovs nebt, jeigu homologinse chromosomose genai nesiskirt. Skirtumus tarp alelini gen daniausiai sukuria gen mutacijos. Vl kyla problem prognozuoti vairovs mast, nes reikia inoti, pagal kiek gen yra heterozigotin bkl. Vienai-dviem gen poroms heterozigotikum galima nustatyti, bet visam genomui tai padaryti nelengva, o tiksliau (beveik) nemanoma.

Kaip bebt, bet vl tenka grti prie Mendelio: palikuoni genotipus lemia ne tik ly-tini lsteli vairov, bet ir tai, kokiais deriniais lytins lstels atsitiktinai susilie-ja.Tiktin zigot genotip skaii galima suinoti, jeigu sudauginti tvinio ir motininio augalo lytini lsteli derini tikimybes:

2n 2n

32 |

Tai daugiau abstraktus skaiiavimas, taiau

btina inoti, kas sukuria palikuoni vairov: aleliniai gen skirtumai/heterozigotikumas; krosingoveris; chromosom derini skaiius, kur lemia chromosom skaiius haploidiniame rinkinyje; ie reikiniai/ypatybs lemia lytini lsteli vairov, o atsit