Geneettinen analyysi 2014, laskuharjoitukset 1. Mendelistinen genetiikka 1.1 Oletetaan, että ihmisellä nipukattomat korvat on resessiivinen ominaisuus nipukallisiin nähden. Naisella ja tämän miehellä on molemmilla nipukalliset korvat, vaikka molempien isällä oli nipukattomat korvat. Onko mahdollista, että tämä pariskunta voisi saada lapsen, jolla on nipukattomat korvat? Perustele selityksesi esittämällä sekä lapsen että vanhempien genotyypit. 1.2 Eräässä autosomaalisessa lokuksessa esiintyy viittä eri alleelia. Kuinka monta mahdollista eri genotyyppiä näistä voi syntyä? Entä jos lokuksessa onkin kahdeksan alleelia? 1.3 Tiedetään, että kaksi marsua on heterotsygootteja dominoivan mutaation suhteen, joka aiheuttaa pystyhännän. Marsukasvattaja tahtoisi luoda pystyhännän suhteen puhtaan linjan. Aluksi hän antaa pois kaikki normaalihäntäiset pennut, jotka tämä marsupari saa. Mikä osuus jäljelle jäävistä ovat homotsygoottisia pystyhäntä-mutaation suhteen? 1.4 Risteytettäessä AaBbCcDD ja AabbCcDd, mikä osuus jälkeläisistä ilmentää kaikkia neljää dominoivaa ominaisuutta, kun lokukset yhdistyvät itsenäisesti? 1.5 Oletetaan, että hamstereilla suorat karvat (S), kullanruskea turkki (G) ja karvaiset korvat (H) ovat dominoivia ominaisuuksia kiharaan karvaan, tummanruskeaan turkkiin ja karvattomiin korviin nähden. Kaikki kolme lokusta ovat toisistaan riippumattomia. Risteytettäessä Ss Gg HH ja SS Gg Hh, kuinka montaa erilaista fenotyyppiä jälkeläisten keskuudessa esiintyy? Entä kuinka montaa erilaista genotyyppiä? 1.6 Kesykanalla resessiivinen alleeli sukupuoleen kytkeytyneessä lokuksessa aiheuttaa synnynnäistä kaljuutta. Risteytetään kalju kukko ja fenotyypiltään normaali kana. Esitä kaikkien yksilöiden genotyypit, fenotyypit sekä F 1 - ja F 2 -polvien jälkeläisten lukusuhteet. Huomioi, että linnuilla naaraan sukupuolikromosomit ovat WZ ja koiraan WW. 1.7 Punavihervärisokeus on X-kromosomiin kytkeytynyt resessiivinen ominaisuus. Eräs polydaktylian (monisormisuuden - tai varpaisuuden) muoto puolestaan periytyy autosomaalisesti dominoivana. Maisa ei ilmennä kumpaakaan näistä ominaisuuksista, mutta sekä hänen isänsä että hänen aviomiehensä Julius ovat molemmat punavihervärisokeita ja ilmentävät polydaktyliaa. Juliuksen äiti ei ilmennä kumpaakaan ominaisuutta. Mikä on todennäköisyys, että Maisan ja Juliuksen lapsi ilmentää toista tai molempia ominaisuuksia? 2. Geneettiset interaktiot 2.1 Nainen, jolla on veriryhmä O saa lapsen, jolla on myös veriryhmä O. Nainen väittää, että isä on hänen eräs tuttavansa. a) Tuttavan veriryhmä on A. Voidaanko hänet poistaa epäilyksestä pelkästään tämän perusteella? b) Entä poistaako epäilykset se seikka, että miehen äidin verityyppi on A ja hänen isänsä AB? c) Poistaisiko epäilykset se lisätieto, että miehen äidin molemmat vanhemmat olivat veriryhmältään AB?
2.2 Isyyskiistassa havaitaan, että äiti ja lapsi ovat molemmat heterotsygootteja MN-veriryhmän suhteen ja molempien veriryhmä on B. Epäilty isä on veriryhmältään A ja MN, ja lisäksi hän on albiino ja heterotsygootti Huntingtonin neurodegeneratiivista tautia aiheuttavan lokuksen suhteen. Voiko syytetty olla lapsen isä? 2.3 Oletetaan, että kaljuutta aiheuttava geeni (B) dominoi alleelia, joka ylläpitää hiuskasvua (b). Kiharaa tukkaa aiheuttava geeni (Cy, engl.kielen sanasta curly) dominoi puolestaan suoria hiuksia tuottavaa alleelia (cy). Nämä kaksi lokusta eivät ole kytkeytyneitä, ja kaljuus dominoi epistaattisesti hiusmuotoa. Jos vanhemmat ovat Bb Cycy ja bb cycy, mikä on jälkeläisten fenotyyppien odotettavissa oleva suhde? 2.4 Oletetaan, että kaneissa on kolme itsenäisesti yhdistyvää autosomaalista lokusta, jotka vaikuttavat turkin väriin. Väritön pigmenttimolekyylin prekursori, V, muutetaan värittömäksi prekursoriksi W. Tämän tekee A-alleelin tuote. Tämän jälkeen T-alleelin tuote muutta W:n ruskeaksi pigmentiksi, ja ruskean pigmentin muuttaa mustaksi B-alleeli. Resessiivinen homotsygotia kunkin lokuksen kohdalla johtaa kyseisen reaktion katalysoivan entsyymin aktiivisuuden häviämiseen. Kun risteytetään AaTtBb x AaTtBb, missä suhteessa voidaan odottaa erivärisiä jälkeläisiä? 2.5 Risteytettäessä valkopilkullinen hamsteri pilkuttoman hamsterin kanssa, puolet F1-polven jälkeläisistä on valkopilkullisia ja puolet pilkuttomia. Risteytettäessä valkopilkullisia F1-jälkeläisiä keskenään, havaitaan F2-polvessa valkopilkullisia ja pilkuttomia jälkeläisiä lukusuhteessa 2:1. Selitä miten valkopilkullisuus periytyy hamstereissa esittämällä kuvatun risteytyksen kaikkien yksilöiden genotyypit ja jälkeläisten lukusuhteet. 2.6 Eräässä papukaijalajissa harmaat linnut tuottavat usein pesyeen, jossa on sekä valkoisia että harmaita poikasia. Tällaisen risteytyksen tuloksena kaikki valkoiset yksilöt ovat naaraita. Valkoiset vanhemmat tuottavat ainoastaan valkoisia poikasia. Millä tavoin tämä ominaisuus todennäköisesti periytyy? 2.7 Oletetaan, että kaksi erillistä albiinohiirikantaa saavat värillisiä pentuja, kun nämä risteytetään värillisen kannan kanssa. Molemmissa tapauksissa F 2 -sukupolvessa värillisten ja albiinopentujen suhde on 3:1. Kuitenkin, kun albiinokanta 1 risteytetään albiinokanta 2:n kanssa, kaikki jälkeläiset ovat värillisiä. Miten selittäisit nämä tulokset, ja mitä lisäristeytyksiä tekisit, jotta voisit varmistaa hypoteesisi? 3. Todennäköisyyslaskennan perusteet 3.1 Sukupuoleen kytkeytynyt ominaisuus hemofilia löytyy erään suvun taustasta. Fenotyyppisesti normaali pariskunta saa lapsen, joka sairastaa verenvuototautia. Mikä on todennäköisyys, että seuraavallakin lapsella on hemofilia? 3.2 Haitallisen ominaisuuden (b), joka periytyy autosomaalisesti ja resessiivisesti, penetranssi on 60 %. Kun risteytetään Bb ja Bb, millä taajuudella jälkeläiset ilmentävät haitallista ominaisuutta? 3.3 Fenylketonuria, ihmisen aineenvaihdunnallinen häiriö, periytyy autosomaalisesti ja resessiivisesti. Mies ja vaimo, molemmat heterotsygootteja tämän geenin suhteen, aikovat hankkia kuusi lasta. Mikä on todennäköisyys, että neljä lapsista ovat normaaleja ja kahdella on fenylketonuria?
3.4 36-vuotias nainen, jolla on neljä lasta, alkaa ilmentää Huntingtonin taudin tyypillisiä oireita. Tämän taudin aiheuttaa harvinainen autosomaalinen dominantti mutaatio, joka johtaa keskushermoston rappeutumiseen. a) Mikä on todennäköisyys, että kaksi lapsista kantaa tuota mutaatiota? b) Kuinka todennäköistä on, että naisen isällä on Huntingtonin taudin mutaatio? c) Mikä on todennäköisyys, että naisen äidillä on mutaatio? d) Mikä on todennäköisyys, että naisen serkku hänen isänsä puolelta kantaa mutaatiota? 3.5 Mistä osuudesta kaikista viisilapsisista perheistä, joissa vanhemmat ovat molemmat Ss, odotetaan löytyvän ainakin yksi lapsi, joka on ss-homotsygootti? Mikä on se osuus perheistä, joissa on ainakin neljä resessiivistä homotsygoottilasta? 3.6 Erään naisen äiti oli heterotsygootti verkkokalvon syöpää aiheuttavan mutaation, retinoblastooman (R), suhteen. Retinoblastooman aiheuttaa dominantti alleeli, jolla on 90 prosentin penetranssi. Nainen menee naimisiin miehen kanssa, joka on heterotsygootti mutaation suhteen. Olettaen, että kaikki muut kuin edellä mainitut sukupuun jäsenet ovat terveitä homotsygootteja, mikä on todennäköisyys, että parin ensimmäinen lapsi sairastuu verkkokalvon syöpään? 3.7 Trihybridi herne, jolla on genotyyppi AaBbC 1 C 2, lisääntyy itsepölytteisesti. Lokukset ovat kytkeytymättömät. A- ja B-lokuksissa on täydellinen dominanssi, mutta C-lokuksessa esiintyy epätäydellistä dominanssia. Mikä on se osuus jälkeläisistä, jolla on eri fenotyyppi kuin emokasvilla? 3.8 Eräässä lintupopulaatiossa harvinaisen albiinomuodon esiintyvyys on 0.003. Kuinka todennäköistä on, että viidentuhannen linnun joukosta löytyy kymmenen albiinoyksilöä? Entä kaksikymmentä? Millä todennäköisyydellä löytyy ainakin viisi? *3.9 Terve nainen, jonka veljellä on harvinainen autosomaalinen resessiivinen tauti (prevalenssi 1/160 000), menee naimisiin terveen, ei-sukua olevan miehen kanssa ja tulee kysymään geneettistä neuvontaa. a) Mikä on hänen todennäköisyytensä saada terve lapsi? b) Geneettisessä testissä testataan alleelin kantajuutta. Testi antaa 90% alleelin kantajista positiivisen tuloksen, joskin pieni osuus (3%) ei-kantajista saa myös positiivisen tuloksen. Pariskunta testataan ja molemmat saavat positiivisen testituloksen. Mikä nyt on naisen todennäköisyys olla alleelin kantaja? Entä mikä on riski saada sairas lapsi? 4. Tilastollisen käsittelyn perusteet 4.1 Takaisinristeytys, jossa risteytetään monohybridi harmaa hiirikanta ja albiinohiirikanta, tuottaa 64 harmaata ja 48 albiinohiirtä. Selvitä 2 -yhteensopivuustestin avulla, sopivatko nämä tulokset 1:1 jakaumaan. 4.2 Ohessa on kahdeltatoista opiskelijalta kerätty aineisto eläinfysiologian harjoitustöistä. Harjoituksissa määritettiin opiskelijoiden veren glukoosipitoisuudet millimooleina litrassa. Laske aineiston keskiarvo ja keskihajonta. Ilmoita myös aineiston mediaani sekä ylä- ja alakvartiilit. 3,9 4,2 4,2 4,3 4,5 4,6 4,7 4,7 4,8 4,9 5,1 5,3
4.3 Eräässä tutkimuksessa selvitettiin veriryhmien jakautumista eri maantieteellisillä alueilla. Alla on kahden alueen tulos. Ovatko eri paikoissa kootut aineistot keskenään samankaltaisia? A B AB O yhteensä Alue A 223 634 478 165 1500 Alue B 579 461 728 232 2000 4.4 Kaksi puhtaan linjan hernettä risteytetään keskenään. Toinen on korkeakasvuinen ja valkeakukkainen, ja toinen lyhyt ja punakukkainen. F 1 -sukupolvessa kaikki kasvit ovat korkeita ja punakukkaisia. Kun näiden annetaan lisääntyä itsepölytteisesti, F 2 -sukupolvessa ne tuottavat 326 pitkää punakukkaista, 104 pitkää valkokukkaista, 117 lyhyttä punakukkaista sekä 29 lyhyttä valkokukkaista kasvia. Selitä nämä tulokset perustuen P-, F 1 - ja F 2 -polven genotyyppeihin. Mitkä ovat odotetut lukumäärät eri F 2 -luokissa? Testaa aineiston yhteensopivuus hypoteesisi kanssa 2 - testin avulla. 4.5 Banaanikärpäsen silmänväriin (villityyppinä tummanpunainen) vaikuttaa kaksi geeniä, jotka tuottavat kahta eriväristä pigmenttiä. Geenin st alleeli st+ tuottaa ruskeaa pigmenttiä, ja geenin bw alleeli bw+ tuottaa helakanpunaista. Mutanttialleelit bw ja st eivät tuota pigmenttiä lainkaan. Risteytettiin puhtaaksiviljeltyjä ruskeasilmäisiä (bw/bw; st+/st+) ja helakanpunasilmäisiä (bw+/bw+; st/st) kärpäsiä. F 1 -polvessa kärpäset saivat risteytyä keskenään. F2-jälkeläistö kahdesta pullosta oli seuraava (taulukossa fenotyypit) Villi (bw+ st+) Ruskea (bw st+) Helakan pun. (bw+ st) Valkoinen (bw st) Pullo 1 80 25 21 4 Pullo 2 161 49 61 20 a) Testaa, onko pullojen tuloksissa eroja. b) Ovatko bw ja st lokukset näiden tulosten perusteella kytkeytyneitä? 5. Sukupuiden analysointi 5.1 Tämä sukupuu kuvaa dominoivaa ominaisuutta akondroplasiaa, harvinaista kääpiökasvuisuuden muotoa. Olettaen, että ominaisuuden penetranssi on täydellinen, mikä on todennäköisyys, että III-1 ja III-2 saavat sairaan lapsen? 5.2 Minkälainen periytymistapa on kuvattu alla olevassa sukupuussa? Nimeä yksi tai useampi ominaisuus, jonka tiedät periytyvän tällä tavalla.
5.3 Teemu ja Saara (V-1 ja V-2) ovat menossa naimisiin, mutta eivät tiedä, että heillä oli yhteinen iso-isoäiti (I-2), joka oli heterotsygoottinen harvinaisen autosomaalisen resessiivisen taudin suhteen. Mikä on todennäköisyys, että heidän ensimmäinen lapsensa saa tuon taudin? 5.4 Allaoleva sukupuu kuvaa ominaisuutta, jolla on 100%:n penetranssi. Ominaisuus ei välttämättä ole harvinainen populaatiossa, mutta yksilö I-1 on terve homotsygootti. a) Mikä on todennäköisin periytymisen tapa? b) Mikä on todennäköisyys, että veli-sisko liitosta (II-3 ja II-4) syntyvä lapsi ilmentää ominaisuutta? c) Millä todennäköisyydellä serkusten liitosta (III-2 ja III-3) syntyvä lapsi ilmentää ominaisuutta? 5.5 Katso allaolevaa sukupuuta. a) Mikä periytymisen muoto soveltuu parhaiten tähän sukupuuhun? b) Jos yksilö V-2 menee naimisiin tavallisen yksilön kanssa, ja ominaisuudella on 85%:n penetranssi, mikä on todennäköisyys, että heidän toinen lapsensa ilmentää ominaisuutta? c) Kolmannella linjalla, mitä timantin muotoinen laatikko, jossa on 10, tarkoittaa?
5.6 Tarkastele alla annettua sukupuuta. Ominaisuudella on 100%:n penetranssi. a) Mikä on todennäköinen periytymistapa? b) Jos yksilö V-2 menee naimisiin homotsygoottisen, terveen yksilön kanssa, millä todennäköisyydellä heidän ensimmäisestä lapsestaan tulee kantaja? 5.7 Seuraava sukupuu esittää harvinaisen autosomaalisen, resessiivisen ominaisuuden periytymistä. Siinä esiintyy myös sukulaisten välinen avioliitto. Millä todennäköisyydellä IV-1:n ja IV-2:n lapsi ilmentää ominaisuutta? 5.8 Mitä voit kertoa probandille sen ominaisuuden perinnöllisyydestä, jota hän ilmentää? Miten selittäisit tuon ominaisuuden ilmaantumisen sukupuuhun?
*5.9 Minkälainen periytymismalli oheiseen sukupuuhun kuvatulla harvinaisella ominaisuudella on? Mikä on todennäköisyys, että kysymysmerkillä merkitty jälkeläinen ilmentää ominaisuutta, mikäli se on miespuolinen lapsi? Entä jos lapsi on tyttö? 6. Kytkentä ja geneettinen kartoitus 6.1 Seuraavat tulokset saatiin kartoituskokeessa, jossa tarkasteltiin kolmen lokuksen kytkentää. Gameetit lkm Gameetit lkm + r + 359 w + + 92 w r + 47 w + s 351 w r s 4 + + + 6 + r s 98 + + s 43 a) Tee kartta, jossa näkyvät kolmen lokuksen suhteelliset etäisyydet b) Onko havaittavissa interferenssiä? 6.2 Trihybridi tuottaa seuraavanlaisia gameetteja: ATE 46 Ate 63 ATe 4 ate 381 ate 38 ate 71 ate 2 AtE 395 a) Mitkä ovat parentaalityypit (ei tekijäinvaihduntaa)? b) Mitkä ovat kaksoiskiasmatyypit? c) Mikä lokus on keskellä?
d) Laske karttaetäisyydet 6.3 Seuraavassa on lueteltu trihybridiyksilön tuottamien 1000 gameetin frekvenssit: BRT 74 brt 65 Brt 255 brt 288 BRt 147 brt 125 BrT 26 brt 20 a) Mitkä ovat parentaalityyppejä, mitkä yksinkertaisten kiasmojen tuotteita, mitkä kaksinkertaisten? b) Mitkä ovat lokusten väliset etäisyydet? c) Määritä kaksoiskiasmojen koinsidenssikerroin. 6.4 Oheinen kuva kuvaa trihybridin genotyyppiä sekä tunnetut karttaetäisyydet kahdelle alueelle. Oletetaan, että kaksoiskiasman koinsidenssikerroin on 0,6. Määritä, minkälaisia gameetteja tämä trihybridi tuottaa ja millä frekvenssillä kutakin. Määritä myös odotetut gameettityyppien lukumäärät 1000 gameetin joukossa. 6.5 Trihybridikurjenpolvia, joilla on karvaiset lehdet, siniset kukat ja jotka ovat korkeakasvuisia, takaisinristeytetään sellaisten kasvien kanssa, joilla on sileät lehdet, punaiset kukat ja jotka ovat lyhytkasvuisia. Jälkeläiset on listattu alla olevaan taulukkoon. Mitkä ovat lokusten keskinäiset kytkentäsuhteet? Lehti Kukka Korkeus Lukumäärä Karvainen Sininen Pitkä 368 Karvainen Sininen Lyhyt 20 Karvainen Punainen Pitkä 1797 Karvainen Punainen Lyhyt 179 Sileä Sininen Pitkä 191 Sileä Sininen Lyhyt 1752 Sileä Punainen Pitkä 26 Sileä Punainen Lyhyt 340 Yhteensä 4673 *6.6 Seuraavat tulokset saatiin risteytyksestä, jossa pyrittiin lokalisoimaan ressiivistä letaalia mutaatiota banaanikärpäsen X-kromosomissa. Tämä letaali mutaatio on muuten villityyppisessä kromosomissa, ja risteytys on suunniteltu siten, että mutaatio lokalisoidaan y m car geenimarkkereiden avulla, jotka sijaitsevat toisessa kromosomissa (jossa on + letaalisen mutaation
sijasta katso oheinen kuva). Y-kromosomi on helposti erotettavissa X-kromosomista sytologisin keinoin. Mutaatio on jossakin +++ -kromosomissa. Luokka Naaraita Koiraita y m car 427 459 + + + 486 0 y + + 299 0 + m car 286 283 y m + 168 25 + + car 181 158 y + car 69 74 + m + 84 1 Yhteensä 2000 1000 a) Määritä m:n ja car:n sijainti erikseen naaras- ja koirasaineistosta. Oleta, että y on nollassa. b) Lokalisoi letaali lokus. 7. Populaatiogenetiikan perusteet 7.1 Oletetaan, että autosomaalinen ominaisuus, karvaiset korvannipukat, löytyy 3,24 prosentilta tietyn populaation yksilöistä. Sukupuuanalyysi tästä populaatiosta osoittaa, että pariutumiset sellaisten yksilöiden välillä, joilla on karvaiset nipukat, tuottavat ainoastaan sellaisia jälkeläisiä, joilla on myös karvaiset korvannipukat. Jos populaatio on Hardy-Weinberg tasapainossa, mikä osuus populaatiosta on heterotsygootteja tämän ominaisuuden suhteen? 7.2 S-s antigeenisysteemiä säätelee ihmisissä kaksi kodominanttia alleelia, S ja s. 3146 yksilön ryhmässä oli seuraavat genotyyppifrekvenssit: 188 SS, 717 Ss, 2241 ss. a) Määritä S- ja s-alleelien frekvenssit. b) Ovatko genotyyppifrekvenssit HW-tasapainossa? 7.3 Seitsemääkymmentäviittä opiskelijaa testattiin, kykenevätkö he havaitsemaan kemikaalin fenyylitiokarbamaatti (PTC) maun. Yhteensä 48 kykeni erottamaan PTC:n maun, eli he ilmensivät dominoivaa fenotyyppiä. Mikä on resessiivisen alleelin frekvenssi tässä otoksessa? Kuinka usein voidaan olettaa, että kahdesta seurustelevasta opiskelijasta toinen ei pysty maistamaan PTC:a ja toinen on homotsygoottinen maistaja, mikäli kumppaninvalinta on sattumanvaraista tämän ominaisuuden suhteen? 7.4 Hypoteettinen heinäsirkkapopulaatio on Hardy-Weinberg-tasapainossa kahden kytkeytymättömän mutaation suhteen. Ensimmäinen on resessiivinen mutaatio, joka aiheuttaa lyhyet raajat. Yleinen, pitkäraajainen fenotyyppi on 99%:lla heinäsirkoista. Toinen mutaatio vaikuttaa laktaattidehydrogenaasi-entsyymin (LDH) elektroforeettiseen liikkuvuuteen. Hitaasti kulkeva muoto on homotsygoottisena vain 16%:ssa populaatiosta. Minkä osuuden populaatiosta voidaan odottaa ilmentävän lyhytraajaista fenotyyppiä ja olevan samalla heterotsygoottinen Ldh:n liikkuvuus-alleelien suhteen?
7.5 Fenylketonuria on resessiivisesti ja autosomaalisesti periytyvä aineenvaihduntahäiriö, joka voi aiheuttaa peruuttamatonta aivovauriota varhaisessa elämässä, jos tilannetta ei hoideta tarkkailemalla fenylalaniinin saantia ravinnossa. Eräässä hypoteettisessa populaatiossa fenylketonuria esiintyy yhdessä 40 000:sta yksilöstä. Määritä homo- ja heterotsygoottien määrä populaatiossa. Mikä osuus kaikista pariutumisista johtaa mahdollisuuteen, että perheeseen voi syntyä sairas lapsi? 7.6 Jos frekvenssi, että banaanikärpäsnaaras ilmentää resessiivistä, sukupuoleen kytkeytynyttä ominaisuutta cross-veinless (cv), on koepopulaatiossa 0,36, mikä on banaanikärpäskoiraiden odotettu frekvenssi ilmentää tätä ominaisuutta? 7.7 Tietyssä itsesiittoisessa Hydra-populaatiossa (Hydra=polyyppi) 84% yksilöistä on heterotsygootteja sellaisen mutaation suhteen, joka vaikuttaa tentakkelien lukumäärään. Populaatio lisääntyy kolmen sukupolven ajan täysin itsesiittoisesti. Mikä on tällöin heterotsygoottien osuus kolmannessa sukupolvessa? 7.8 Tietyssä banaanikärpäskannassa dominanttimutaatiolla Lobe eye (L) on 90% penetranssi homo- (LL) ja heterotsygooteissa (Ll). Populaatiossa, jossa on sekä Lobe eye- että villityyppisiä kärpäsiä, 5760:n kymmenestätuhannesta havaitaan ilmentävän Lobe eye fenotyyppiä. Mikä osuus populaatiosta voidaan olettaa olevan heterotsygoottisia tämän lokuksen suhteen?