III GEENIKARTAT JA KROMOSOMIKARTAT

Transkriptio

1 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA 1 III GEENIKARTAT JA KROMOSOMIKARTAT Thomas Hunt Morgan ja fly room A Geeni, peruasu, ilmiasu. Batesonin ohella genetiikan termistön kehitykseen vaikutti voimakkaasti tanskal. geneetikko ja kasvifysiologi Wilhelm Johannsen ( ). Variaation selvittämiseksi J. teki valintakokeita populaatioilla ja puhtailla linjoilla, 1903 kirja; Om arvelighed i samfund og rene linjer oppikirja: Elemente der exakten Erblichkeitlehre; termejä: geeni, genotyyppi, fenotyyppi jne. B Thomas Hunt Morgan ( ) Synt Lexingtonissa (Kentucky), jossa myös opiskeli, B.S Ph.D. Johns Hopkinsin yliopistosta 1890, johtavia kokeellisen embryologian edustajia 1890-luvulla. Seurasi E.B. Wilsonia opettajana Bryn Mawr Calvin Blackman Bridges ja totemi (pyöritettävä torni kytkentäryhmien geenikartoista) Collegessa , ja siirtyi kokeell. kehitysbiol. professoriksi Columbia yliopistoon NY:ssa ( ), Calif. Institute of Technology Geneettisen Drosophilatutkimuksen johdossa (Morgan school) , josta Nobel-palkinto 1933, palasi embryologiaan Kuoli

2 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA 2 C Fly Room Vuosisadan vaihteessa Morgan kiinnostui mutaatioteoriasta ja etsi mutaatioita kehitysopin pohjaksi, aluksi hiiriltä , mutta tuloksetta. Castle ym. suosittelivat mutaatiokokeita banaanikärpäsellä Drosophila melanogaster, jota käytettiin hyönteisembryologiassa (C.Woodward). Laji oli levinnyt tropiikista USA:han banaanin tuonnin myötä. Sukunimi Drosophila Fallén 1823, lajikuvaus melanogaster Meigen 1830, (Loew 1862; ampelophila). Wilsonin oppilas Fernandus Payne keräsi ensimmäiset Drosophilat Morganille 1907, ruokailuhuoneen ikkunalta. Morgan nimesi muutamia mutaatioita, mutta ei pystynyt tekemään risteytyskokeita. Keväällä 1910 löytyi whitevalkosilmämutaatio. Morgan palkkasi luennoltaan kaksi apulaista: (Alfred Henry Sturtevant ja Calvin Blackman Bridges) Fly Roomiin, Schermerhorn Hall 613. Resessiivinen white-mutaatio osoittautui sukupuoleen sitoutuvaksi, josta ensimmäinen julkaisu. Kesällä 1910 löytyi uusia saman kytkentäryhmän mutaatioita(mm. vermilion ja rudimentary). Crossing over kokeet ja kartoitus alkoivat. Herman J. Muller, joka 1910 korjasi Morganin selitystä white-geenin periytymisestä ja pyrki ryhmään, mutta pääsi vasta Fly Roomista tuli genetiikan keskus ( ). - Työryhmään kuuluivat Morgan, Sturtevant, Bridges, Muller, (sekä Duncan, Cattell, Dexter, Weinstein, Gowen, Lancefield, Anderson, Lilian Alfred H. Sturtevant V.Morgan, Tice, Zeleny, Specter, Safir, Hyde, Quackenbush, Payne,Tyler, ja mm. Plough, Plunkett, Huettner, Schultz, Wallace, sekä ulkomaiset vierailijat mm. Otto ja Tove Mohr, Hans Nachtsheim, Curt Stern, G.Bonnier, T. Komai, E. Gabritschewsky, T. Olbrycht, A. Zulueta, Y. Inai, Th. Dobzhansky, joka ehti olla mukana Edward B. Lewis vain puoli vuotta Columbiassa, kesäk. 1928). Morgan kutsuttiin 1928 organisoimaan CalTechin uutta biologian divisiota, mukana lähtivät mm. Sturtevant, Bridges, Dobzhansky. Uusi Kalifornian koulukunta: 1931 mm.anderson, Borsook, Dolk, R. ja S. Emerson, Huffman, Lindeström-Lang, Sims, Thimann, Bonner, Schott, Keighley, Lammerts, myöhem-min mm. Neurospora-ryhmä: G.W. Beadle, C.C. Lindegren, ja Max Delbrück (1937-). Morgan jäi eläkkeelle 1938 sai 4 lisäaikaa -1942, kuoli -45. Morganin tuotanto 370 julkaisua, 22 kirjaa. MORGAN-professorina jatkoi Sturtevant ja hänen jälkeensä Edward B. Lewis, kehitysgeenitutkija, joka sittemmin sai myös Nobel-palkinnon. Fly Roomin tuloksia; mm. - Crossing over kartat, -kytkentäteorian (Lock 1906) toditus, - kiasmatyyppiteorian (Janssens 1909) todistus, - letaaligeenit, somaattinen crossover, positioefekti, sekä kromosominmuutokset kuten inversiot, deleetiot, transpositiot, translokaatiot, jotka kaikki voitiin vahvistaa polyteenikromosomikartoista myöhemmin 1930-luvulla. Nobel-palkintoa ehdotettin kolme kertaa (1920-luvulla Ross Harrison ja Otto Mohr), mutta vasta K. Landsteinerin ehdotus toi tuloksen Morgan kävi noutamassa palkinnon kesällä Herman J. Muller sai Drosophilojen mutaatio-tutkimuksesta vuosina Nobelpalkinnon > ks. MUTAATIOTUTKIMUS.

3 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA 3 Theophilus S. Painter Sylkirauhaskromosomien kartoitus D. Aiemmin mm. ihmiskromosomien tutkijana tunnettu Teophilus S. Painter liittyi Teksasin yliopistossa toimineeseen J.T. Pattersonin Drosophilakouluun 1920-luvun lopulla ja alkoi tutkia Drosophilan kromosomeja. Myös H.J. Muller Morganin ryhmästä oli vieraillut siinä mm. vuosina sekä myöhemmin 1920-, mutta muutti sitten 1932 Saksaan. Painter kokeili Bellingin puristetekniikkaa Drosophila n toukan sylkirauhassoluihin syksyllä 1932, ja huomasi, että tumien jättimäiset juovikkaat nauhat vastasivat kromosomeja. Morganin ryhmän tehokkuuden ja kovan kilpailun vuoksi Painter ja Texasin ryhmä tekivät neljä laajaa tutkimusta valmiiksi 1933 (,jotka sitten ilmestyivät v. 1934) ja julkaisivat 1933 lopulla lyhyen artikkelin päätuloksista sekä X-kromosomin ensimmäisen kartan Science-lehdessä syksyllä 1933, jossa osoitettiin sylkirauhaskromosomien mahdollisuudet mm. inversioiden ja deleetioiden kartoituksessa. ensimmäiset kartat koko genomista olivat seuraavana vuonna näytteillä Carnegie Institution of Washingtonin kausinäyttelyssä 1934, ja Morganilla oli niitä jo kesällä -34 mukanaan Tukholmassa, kun hän kävi hakemassa Nobel-palkintonsa ja piti tilaisuudessa esitelmänsä. Kartat ilmestyivät painosta 1935, ja Bridges vieraili Neuvostoliitossa, jonne Muller oli myös muuttanut Saksassa nousseen fasismin tieltä. He saivat Neuvosto-liitossa aikaan voimakkaan kehityksen mm. Drosophilagenetiikan alalla, mutta Stalinin ajan epäluulo lopetti kehityksen ja Lysenkolainen linja genetiikassa syrjäytti ns. Mendelistis-Morganilaisen genetiikan. Muller huomasi tutkijatovereittensa katoamiset keskitys-leireihin, ja päätti lähteä pois maasta. Bridges alkoi julkaista mutanttikirjaa (Bridges-Brehme, sittemmin Lindsley-Grell, ja Lindsley- Zimm). Bridges jatkoi myös polyteenikromosomien tutkimusta, ja paransi alkuperäisiä karttojaan. Uusi X-kromosomin kartta ilmestyi 1938, mutta vuoden lopulla (27.12.) Bridges yllättäen kuoli vajaa 50- vuotiaana. Poikansa Philip N. Bridgesin kanssa hän piirsi vielä valmiiksi 2R-kromosomin kartan, joka ilmestyi painettuna 1939, ja P.N. Bridges uusi vielä muut pitkien kromosomien kartat (3L, 3R ja 2L) vuosina Neljännen kromosomin uuden kartan julkaisi Slizynski. Neljännen kromosomin lopullisen kartoituksen ja geenilokusten määrän analyysin teki Benjamin Hochman Tennesseen yliopistossa. Vastaavan analyysin X-kromosomin alueelta zeste-white tekivät Burke Judd ym. Texasin yliopistossa, Austinissa luvun alussa Janet B. Benjamin Hochman (oik.) ja kirjoittaja Cold Spring Harbor Symposiassa 1973 C.B. Bridges havaitsi heti polyteenikromosomien mahdollisuudet ja kunnollisen kromosomikartan tarpeellisuuden, ja aloitti karttojen laatimisen joulukuussa Bridgesin

4 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA 4 Kelley ja George Lefevre, Jr. Kaliforniassa laativat valokuvista koostetut kartat Drosophila melanogaster in sylkirauhaskromosomeista ja myöhemmin niistä on tehty Helsingin yliopiston Perinnöllisyystieteen laitoksessa uudet tarkemmat valokuvakartat sekä EMkartat, jotka on säilötty julkaisuina, kirjana ja Fly base- aineistona myös CD-rom-levyille sekä EMkuva kartat internet-sivuina. E. Herman Joseph Muller ( ) Burke Judd H.J. Muller kiinnostui genetiikasta opiskelunsa alussa lukiessaan R.H. Lockin kirjaa Variation, Heredity and Evolution pyrkiäkseen E.B. Wilsonin kurssille Muller seurasi myös Drosophila tutkimuksen alkuvaiheita Morganin fly roomissa, mutta pääsi itse mukaan vasta 1912, mutta jo 1915 hän oli (25-vuotiaana) mukana kirjoittamassa Morganin ryhmän ensimmäistä pääteosta: The Mechanism of Mendelian Heredity (Morgan, Sturtevant, Bridges & Muller) ja sai Julian Huxleyn suosituksen Texasin Rice Instituuttiin, jonne hän siirtyi Muller viipyi Texasissa vuoteen 1919, jolloin palasi vuodeksi Columbiayliopistoon, mutta palasi jo 1920 uudelleen Riceinstituuttiin saatuaan valmiiksi mutaatioiden etsimiseen tarkoitetun ClB-kannan. Ilmeisesti seuraavat 6 vuotta kuluivat kokeiluihin varsin vähäisin tuloksin, ja vasta Muller alkoi Röntgen-sädetys kokeet bobbed-koirailla, jotka sitten risteytettiin ClB/bb naaraiden kanssa, jolloin hän ensikertaa havaitsi mutaatiofrekvenssin valtavan nousun. Ensimmäisessä raportissa Science July 1927 hän otaksui jopa 15000% nousun mutaatiofrekvenssissä. Tarkemman datan kokeista hän esitti Internatl Congress of Geneticskokouksessa Berlinissä kesällä 1927, ja kolmas julkaisu ilmestyi Samaan aikaan oli missourilainen kasvibiologi L.J. Stadler saanut ohralla vastaavia tuloksia. Texasin poliittinen ilmapiiri oli Mullerille liian ahdasmielinen ja hän muutti Guggenheimin apurahalla työskentelemään N.V. Timofeeff-Ressovskyn Herman Joseph Muller kanssa Berlinin Oscar Vogtinstituuttiin. Hitlerin valtaannousun jälkeen hän kuitenkin halusi siirtyä muualle ja sai N.I. Vavilovilta kutsun Neuvostoliittoon aluksi Leningradiin ja sitten Moskovaan. Painterin sylkirauhaskromosomitekniikan tultua tunnetuksi Muller palkkasi sytologikseen A. Prokofjeva-Belgovskajan, jatkaen mutaatiotutkimuksia kromosomi-tasolla. Jouduttuaan vedetyksi mukaan venäläisten geneetikkojen oppikiistoihin (mendelismi-morganismi vastaan lysenkolaisuus) ja Stalinin asetuttua T.D.Lysenkon taakse, Muller huomasi olojen vaikeutumisen ja päätti poistua NL:sta. Liittyen NL:on lääkintäpalveluryhmään Muller pääsi lähtemään Espanjan sisällissotaan tasavaltalaisten puolelle Francon voitettua sodan Muller jäi Eurooppaan työskennellen n. 3 vuotta mm. Edinburghissa Charlotte Auerbachin luona. USA:han Barbara McClintock

5 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA 5 Muller palasi vasta toisen maailmansodan aikana Muller opetti aluksi Amherst-Collegessa (sotaan joutuneen H.H.Ploughin sijaisena) hän sai kutsun Indianan yliopistoon Bloomingtoniin ja 1946 Muller sai Nobelin palkinnon 20 v aiemmin tehdyistä töistään. Myöhempinä vuosina Muller kirjoitteli kirjoja genetiikan eri aloilta mm. eugeniikasta. Curt Stern F. Maissin geenien kartoitus Vuosina alkoi kiinnostus maissin sadon lisäämiseen heteroosia hyväksi käyttäen (G.H. Shull, E.M. East, D.A.Jones ym.) perustettiin Cornellin yliopistoon maissin geenien kartoitusryhmä,(east, Shull, Jones, Emerson, Beadle, Rhoades, Creighton, McClintock ym.), joka sitten 20 vuoden aikana teki crossing over-kokein geenikartat kytkentäryhmistä ja deleetioiden avulla paikansi suuren joukon geenejä myös suoraan maissin meioosin profaasikromosomeihin. Barbara McClintock löysi jo 1950-luvulla maissista hyppiviä elementtejä, joista hän myöhemmin sai Nobel-palkinnon 1983 yli 80-vuotiaana. G. Crossing over ja kiasma Jokseenkin yhtaikaisesti maissilla (Harriet Creighton ja Barbara McClintock) sekä Drosophilalla (Curt Stern) onnistuttiin 1931 osoittamaan kiasman ja crossing overin samanaikainen esiintyminen käyttämällä kromosomin päissä olevia markkerigeenejä ja kromosomaalista translokaatiomarkkeria. H Yleistä henkilö- ja tapahtumahistoriaa Winge selitti polyploidian merkityksen siemenkasvien evoluutiossa Bridges kuvasi defisienssin 1918 Muller kuvasi balansoidun letaliteetin 1919 Bridges löysi duplikaation Morgan oletti kytkentäryhmien luvun samaksi kuin haploidi kromosomiluku 1921 Bridges löysi haplo-4 Drosophilan 1922 Lilian Vaughan Morgan löysi attached-x naaraan Drosophilalta Blakeslee, Belling, Farnham & Bergner löysivät haploidin Daturan 1923 Bridges löysi translokaation Drosophilan mitoosikromosomeista Sturtevant oletti kotilon kuoren kierteissuunnan maternelliksi ominaisuudeksi 1925 C.B.Bridges otaksui Drosophilan sukupuolenmääräytymisen X / Autosomisto A.H.Sturtevant selitti Bar-ominaisuuden kahdentumaksi, positioefektiksi F.Bernstein oletti veriryhmien ABO perustaksi kolmialleelisysteemin 1926 E.G. Anderson määritti Drosophilan X- kromosomin sentromeerin paikan S.S. Chetverikov aloitti populaatioiden geneettiset analyysit Drosophilalla A.H. Sturtevant kuvasi inversion 1927 B.O. Dodge alkoi Neurospora tutkimuksen, Belling keksi asetokarmiinivärjäyksen Morgan osoitti, että crossing over puuttuu Drosophila-koirailta Ensimmäinen X-kromosomin letaali löydettiin 1913 Cross over % =geenien etäisyys Sturtevant esitti kartoituksen periaatteet 1914 Bridges löysi nondisjunktion 1915 J.B.S. Haldane, A.D.Sprunt, ja N.M.Haldane osoittivat kytkennän hiirestä 1916 Muller löysi kiasmainterferenssin Bridgesin väitöskirja Genetics sarjan ensimmäinen volyymi 1917 F. d Herelle esitti bakteriofaagi-nimen