Deze blogpost is geschreven door: HolyCow

Geneticablog #3: Back to the Basics 3.0: Niet-Mendeliaanse overerving

Hey!

In het vorige blog heb ik kort de Mendeliaanse overerving uitgelegd. Hierbij was telkens sprake van één dominant en één recessief gen, die doordat ze op aparte chromosomen zaten onafhankelijk van elkaar werden doorgegeven, en waarvan telkens elk gen een effect had. 

In de realiteit zitten er heel veel genen op een chromosoom waardoor veel genen niet onafhankelijk van elkaar worden doorgegeven, zit ‘recessief en dominant’ vaak iets genuanceerder, zijn bij veel genen meerdere allelen mogelijk, en heb je soms meerdere genen nodig voordat je er wat van terugziet in het fenotype. 

Als eerste zal ik de multipele allelen behandelen. 
Binnen een gen zijn dus meerdere gen varianten/allelen mogelijk. Zo heb je op MH bijvoorbeeld de vachtkleuren Seal Brown, Bruin, Lichtbruin en zwart. Dit systeem is gebaseerd op een theorie over hoe verschillende kleuren bruin (Seal Brown, Bruin en Wild Bay) in het echt zouden werken, maar is dus nog niet (bewezen) ook wat er werkelijk gebeurd in RL.

Bij meerdere allelen voor een gen kan je niet altijd meer simpel zeggen, het een is dominant en het ander is recessief. Er is echter soms wel sprake van dominantie. Immers, donkerbruin is dominant over lichtbruin en seal brown en zwart, maar lichtbruin is weer dominant zijn over seal brown en zwart, seal brown alleen dominant over zwart en zwart is recessief aan alles. 

De notatie van allelen bij multipele genen volgt vaak een mix van het superscript en losstaande letter.
Bruin wordt geregeld door het gen ASIP/Agouti, dus hiervoor gebruik je de letter A. Op MH wordt er vaak gesproken over: A voor donkerbruin, A+ voor lichtbruin (omdat lichtbruin is gebaseerd op Wild Bay, en ooit werd gedacht dat dit de originele en dus wildkleur bruin is), At voor seal brown, en a voor zwart.

In de realiteit zou je dit dus ook kunnen schrijven als:
A (donkerbruin) - a+ (lichtbruin) - at (seal brown) - a (zwart).

Het kan ook voorkomen dat het ene allel niet echt dominant is over het ander. Hierbij hebben een homozygoot van allel 1, heterozygoot, en homozygoot van allel 2, allemaal verschillende fenotypes. Hiervan heb je 2 soorten: Incompleet dominant en Co-dominant.

Bij incompleet dominant is er sprake van een mengvorm van beide fenotypes. Hieruit ontstaat een intermediair fenotype. 
Een bekend voorbeeld bij paarden is het gen cream. Stel je hebt een paard zonder cream allelen, deze is vos. Een paard homozygoot voor het cream allel heeft een hele lichte crèmekleurige (cremello) vacht, en een heterozygoot paard heeft een vacht ertussenin: palomino (gelig). 

Daarnaast heb je dus Co-dominant. Hierbij tonen beide allelen, maar niet als mengelvorm.
Een bekend voorbeeld waarbij je goed onderscheid kan maken tussen incompleet dominant en co-dominant, zijn bloemen. Het ene allel is wit, het andere allel is rood. Bij incompleet dominant ontstaat hieruit een roze bloem. (Want rood+wit mengen tot roze)
Bij co-dominant krijg je een bloem met zowel rood als wit. (Rood + witte vlekken)


Naast interactie van allelen met elkaar, kunnen ook andere genen op verschillende loci ervoor zorgen of het effect van deze allelen wel/niet zichtbaar is in het fenotype. Dan is er sprake van epistasie.

Misschien is het opgevallen dat in dit en vorige blogs zowel bij de voorbeelden van Basiskleur, als bij de bruin kleuren, de vachtkleur ‘zwart’ voorkomt. Dit komt doordat de genen MC1R/Extension/basiskleur (vos/zwart) en ASIP/Agouti (bruin/zwart) samen bepalen welke vachtkleur een paard krijgt. 

Stel dat een paard een bruin-allel heeft (AA of Aa). Het is dan afhankelijk van de allelen van de basiskleur of een paard ook werkelijk die bruine vachtkleur krijgt. 

Op een paard dat als basis zwart heeft (EE of Ee), zal het agouti gen tonen. Bruin bij A, en het paard zal zwart blijven bij a. 
Op een paard dat als basis vos heeft (ee), maakt het niet uit of het agouti gen A, a, A+, At oid is. Het kan niet tonen op een vosbasis paard, alleen als de basis zwart is. 

In dit geval is vos een recessief allel van een gen. Er is daarom sprake van recessieve epistasie. We zeggen dan dat vos epistatisch is over agouti. Andersom is agouti dus hypostatisch voor vos.

Er kan ook sprake zijn van dominante epistasie. Dit is wanneer het allel van het epistatische gen dominant is. Een voorbeeld bij paarden in Schimmel / Grey (G). Schimmel is, wanneer een paard uiteindelijk helemaal wit is, epistatisch over veel vachtkleuren, waaronder dus Extension en Agouti. Of een paard nou EE/Aa, ee/AA, Ee/AAt is, maakt niet uit. Je ziet het verschil niet meer.

Een andere manier waarop verschillende genen effect hebben op elkaar is door polygenie. Bij polygenetica werken genen als het ware samen om tot een bepaald fenotype te komen. Een duidelijk voorbeeld bij paarden zijn de appaloosa genen. Hierbij heb je op het ene gen het Lp allel dat zorgt dat er überhaupt appaloosa kenmerken komen en hoe sterk dat is. Vervolgens zijn er PATN (pattern) genen die bepalen wélk patroon komt. Varnish, Leopard/Few Spot, of Blanket/Snowcap?

Andersom heb je ook nog pleiotropie. Dit is wanneer één gen meerdere eigenschappen beïnvloedt. Bij kleurgenetica gaat het dan helaas vaak om erfelijke ziektes geassocieerd met die kleur. Denk bijvoorbeeld aan het Frame Overo gen: Naast dat het blijkbaar belangrijk is voor pigment in de vacht (met een Frame Overo allel krijg je een Frame Overo patroon, met 2x dat allel heb je in RL een compleet wit veulen), is het ook belangrijk voor de ontwikkeling van het darmsysteem: Paarden homozygoot voor het Frame Overo allel krijgen het Lethal White Syndrome, waarbij het darmstelsel van het veulen niet goed functioneert, en het veulen uiteindelijk sterft. 

Daarnaast kun je de overerving nog ingewikkelder maken door te kijken naar de overerving van de chromosomen. Eerder heb ik verteld dat in elk chromosomenpaar twee chromosomen zitten met dezelfde genen (maar mogelijk verschillende allelen). Dit klopt grotendeels. Er is dan sprake van autosomale overerving. Er is een uitzondering: geslachtschromosomen. Hierbij is er een X chromosoom mogelijk, en een Y chromosoom. De meeste mannelijke zoogdieren hebben een X en een Y chromosoom.  De meeste vrouwelijke zoogdieren hebben tweemaal een X-chromosoom. De aanwezigheid van een Y-chromosoom zorgt er meestal voor dat een dier mannelijke kenmerken krijgt. Het Y-chromosoom is ook een stuk kleiner dan het X-chromosoom.

De genen die op het X en Y chromosoom zitten, zijn verschillend van elkaar. Het komt regelmatig voor dat een gen alleen op het X chromosoom zit. Dan is er sprake van X-chromosomale overerving. 

Bij recessieve allelen gaat het er eigenlijk om of alle chromosomen dat allel hebben, of niet. Bij mannelijke dieren met dus maar één X chromosoom, heb je bij 1x aanwezigheid van het recessieve allel al genoeg om tot een bepaald fenotype te komen. Bij vrouwelijke dieren moeten meestal nog steeds beide X chromosomen dat allel hebben om vol tot uiting te komen. 
Bij dominante allelen is er zowel bij vrouwelijke als mannelijke dieren maar een allel nodig om het tot uiting te brengen.

Op MH zijn hier geen voorbeelden van, maar in de echte paardengenetica wel: Brindle, BR1. Bij BR1 is er minder sprake van een vachtkleur, en meer van een vacht textuur. Brindle is daarbij ook nog eens incompleet dominant. (Ja, ook dat is nog een optie. Om het makkelijker te maken!) Bij X chromosomaal incompleet dominant, bestaat het intermediaire fenotype vooral bij vrouwelijke dieren. Immers, mannen hebben over het algemeen maar één  X chromosoom, en kunnen daardoor niet heterozygoot zijn voor een x-chromosomaal gen.

Hierbij hebben merries met als genotype BR1/n een afwijkende vacht, en BR1/BR1 hebben minder manen en staart. Bij hengsten/ruinen heeft BR1/- minder manen en staart, en is het fenotype van een afwijkende vacht niet mogelijk.

Als laatste wil ik de gekoppelde overerving behandelen. Zoals al in het eerste blog uitgelegd, kunnen op een chromosoom meerdere genen zitten, en geeft een ouderdier één chromosoom uit het chromosomenpaar weg. 
Stel dat je op chromosoom 1, Gen 1, 2  en 3 hebt, met respectievelijk allelen A, B en C. Op het andere chromosoom heb je allelen respectievelijk allelen a, b, c. 

Omdat er telkens één chromosoom wordt doorgegeven, wordt ofwel het chromosoom met allelen A, B en C doorgegeven, ofwel het chromosoom met de allelen a, b, c. Het is dus niet zo dat de verschillende genen op één chromosoom ook los van elkaar worden doorgegeven. 


Dat betekent echter niet dat gekoppelde genen áltijd hetzelfde worden doorgegeven. In dit voorbeeld zou je zeggen: Er wordt ofwel A, B, C doorgegeven, ofwel a,b,c. Maar nooit A, B, c.
Echter kunnen de chromosomen van een chromosomenpaar stukken DNA met elkaar wisselen: Crossing over. Dit gebeurd meestal in de fase waarin een cel voor voortplanting het dubbele aantal chromosomen heeft als normaal (dus van elk chromosomenpaar twee → elk chromosomenpaar binnen een chromosoom heeft zich verdubbelt) 


Hoe verder twee genen op een chromosomen bij elkaar zitten, hoe groter de kans dat deze genen door middel van crossing over toch gescheiden worden. (En je dus A, B en c doorgeeft of a, b en C, ipv A B C of a b c) Hoe dichter ze bij elkaar zitten, hoe kleiner de kans dat de genen ooit van elkaar gescheiden worden. 

Een voorbeeld bij paarden is het KITgen met onder andere Tobiano-allel, dat net als Extension (Zwart/Vos) op chromosoom 1 zit bij het paard. Stel dat een paard heterozygoot is voor beide, Ee en TOt Genotype: E TO / e t. Het allel E en TO zitten dus samen, en het gen e en t. Deze wordt gekruist met een vos effen merrie (e t / e t) 

De verwachting is dat een hengst ofwel 
E TO doorgeeft, en dus een nakomeling geeft met E TO / e t, oftewel: Zwart Tobiano) 
OF
e t doorgeeft, en dus een nakomeling geeft met e t / e t. Oftewel: Vos effen

Maar het is door middel van crossing over dus ook mogelijk dat de hengst TO en e doorgeeft, waardoor de nakomeling e TO / e t wordt, oftewel Vos Tobiano. Deze kans is echter wel kleiner dan dat de hengst Zwart tobiano of vos effen wordt.
(Op MH is er overigens geen sprake van gekoppelde genen!)

Dit was het weer voor deze keer!

Opfrisser nodig? Lees de vorige geneticablogs!
Geneticablog #1: Back to the Basics 1.0
Geneticablog #2: Back to the Basics 2.0: Mendeliaanse genetica en notatie van genotype