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Stammbaum-Wahrscheinlichkeit des autosomal-rezessiven Merkmals

Stammbaum-Wahrscheinlichkeit des autosomal-rezessiven Merkmals


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Hier ist ein Stammbaum:

Das Merkmal ist autosomal-rezessiv.

Die Frage ist: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die unteren 2 Personen (4 und 5) ein Kind mit dem Merkmal haben?

Ich habe es versucht2/3 * 2/3 * 2/3 *1/4und bekam2/27aber das ist falsch. Ich dachte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass III 1 ein Träger ist, 2/3 beträgt. Die Wahrscheinlichkeit, dass IV 4 ein Träger ist, beträgt ebenfalls 2/3. Die Wahrscheinlichkeit, dass III 6 ein Träger ist, beträgt 2/3 und IV 5 muss ein Träger sein. IV 4 und IV 5 müssen also Träger sein. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie ein Kind mit dem Merkmal haben, beträgt 1/4. Aber ich bekomme nicht die richtige Antwort.

Die richtige Antwort ist 1/6.


Beginnend mit der linken Seite des Diagramms:

  • III:2 ist definitiv Träger (Tt) als ein Elternteil (II: 2) ist betroffen (tt).
  • III:1 ist auch definitiv ein Träger (Tt) wie bei der Paarung mit III:2 sie produzieren einen betroffenen (tt) Nachwuchs (IV:1)
  • Das bedeutet, dass wir die Möglichkeiten erarbeiten können für IV: 4 wie wir die Elterngenotypen kennen. Es folgt der Standardregelung für zwei Trägereltern mit folgenden Optionen:
    • TT (1/4)
    • Tt (2/4 = 1/2)
    • tt (Normalerweise 1/4, aber in diesem Fall 0 als Person, die nicht als betroffen markiert ist).
  • Daher sind für dieses Szenario die Wahrscheinlichkeiten für IV: 4 sind :
    • TT (1/3)
    • Tt (2/3)

Schauen wir uns nun die rechte Seite des Diagramms an.

  • IV: 5 ist definitiv Träger (Tt) als einer ihrer Eltern (III: 5) ist betroffen.

Dies ergibt zwei mögliche zu untersuchende Punnett-Quadrate:

|------------------------------------------------ ------------------------------| | (IV:5) | | T t | | -------------------------------------------------- -----------------| | | | | | T | TT | Tt | | | | | | (IV:4) |-------------------------------------------------------- ------------------------| | | | | | T | TT | Tt | | | | | |------------|------------------------------------ ------------------------------|

Dadurch gibt es keine betroffenen Nachkommen, sodass wir diese Option für Ihre Frage ignorieren können (da wir NUR nach Szenarien suchen, die betroffene Individuen hervorbringen).

Daher lautet die Alternative:

|------------------------------------------------ ------------------------------| | (IV:5) | | T t | | -------------------------------------------------- -----------------| | | | | | T | TT | Tt | | | | | | (IV:4) |-------------------------------------------------------- ------------------------| | | | | | t | TT | tt | | | | | |------------|------------------------------------ ------------------------------|

Geben 1/4 betroffene Nachkommen.

Wie oben erwähnt, um dann betroffene Nachkommen zu haben IV: 4 muss sei Tt. Da ist ein2/3Chance, dass dies der Fall ist. Wenn dies der Fall ist, dann gibt es a1/4Chance, dass das Kind tt.

Beide Die Bedingungen müssen wahr sein, damit dies geschieht, also multiplizieren wir die Brüche:

2/3 * 1/4 = 1/6

Stammbaum-Wahrscheinlichkeit des autosomal-rezessiven Merkmals - Biologie


Berechnung von Wahrscheinlichkeiten und Risiken in der Stammbaumanalyse:
Grundprinzipien


Der Stammbaum zeigt das Auftreten eines autosomal-rezessiven Merkmals, wobei die schwarzen Quadrate den Genotyp aa aufweisen. Wir möchten die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass IV-1 (gezeigt als &agr;) entweder betroffen (aa) oder ein Träger-Heterozygot (Aa) ist.

(1) Damit IV-1 ein betroffener rezessiver Homozygoter ist, muss er/sie ein a-Allel vom Vater erben und die Mutter. Da II-1 aa sein muss, müssen beide Urgroßeltern (I-1 und I-2) Aa sein. II-2 zeigt den dominanten Phänotyp und hat daher mindestens ein A-Allel: die Wahrscheinlichkeit, dass das andere a ist, beträgt 1/2 . II-3 stammt von außerhalb des betroffenen Stammbaums und kann als AA angenommen werden. Wie sein Vater zeigt III-1 den dominanten Phänotyp und hat daher mindestens ein A . Dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass III-1 Aa ist, die Wahrscheinlichkeit, dass II-2 heterozygot ist undübergab das a-Allel an III-1: (1/2) x (1/2) = 1/4. Die gleiche Argumentation führt zu dem Schluss, dass III-2 mit einer Wahrscheinlichkeit von 1/4 heterozygot ist. Damit IV-1 aa ist, müssen also beide Eltern Aa sein, undsie müssen beide das a-Allel an ihre Nachkommen weitergeben: 1/4 x 1/4 x 1/4 = 1/64

(2) Alternativ, damit IV-1 ein heterozygoter Träger ist, erbt entweder er/sie am meisten ein a-Allel vom Vater oder von der Mutter. Die Wahrscheinlichkeit, dass einer der Elternteile heterozygot ist, beträgt 1/4, wie oben berechnet. Dann beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass beide Eltern heterozygot sind, und die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Heterozygote ein heterozygotes Kind haben, 1/4 x 1/4 x 1/2 = 1/32.

(3) Schließlich beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass IV-1 ein dominanter Homozygot ist, 1 – 1/64 – 1/32 = (64 – 1 – 2)/64 = 61/64. Dies kann auch mühsamer berechnet werden, indem die alternativen Wahrscheinlichkeiten bei jedem der obigen Schritte summiert werden.

Bei den Berechnungen in diesem Beispiel wurde zwischen a-priori- und a-posteriori-Wahrscheinlichkeit unterschieden, die in Lehrbüchern der elementaren Genetik oft falsch dargestellt werden. Um einen einfachen Fall zu nehmen: Die a priori Wahrscheinlichkeit, bei einem einzigen Pfennigwurf Kopf zu bekommen, beträgt 1/2, da es zwei gleiche Möglichkeiten gibt, H oder T . Dann sind HH , HT , TH und TT gleich wahrscheinlich, wenn zwei Pfennige zufällig geworfen werden. Die a priori Wahrscheinlichkeit, mindestens einen Kopf zu bekommen, ist 3/4. Die a priori Wahrscheinlichkeit, dass jede Kombination mit mindestens einem Kopf zwei Schwänze hat (HT oder NS vs HH ) ist 2/3.

Betrachten Sie jedoch ein Experiment, bei dem ich zwei Pfennige geworfen habe. Ich zeige Ihnen, dass das eine H ist, und frage: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass das andere auch H ist? Die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit ist 1/2: Wenn man weiß, dass eine Münze H ist, ist die andere mit gleicher Wahrscheinlichkeit H oder T. Im Vorgriff auf das Experiment a priori Wahrscheinlichkeit von HT gegeben H- ist 2/3. Beim Analysieren der Ergebnisse eines bestimmten Experiments ändern die hinzugefügten Informationen die Wahrscheinlichkeiten a posteriori.

Im obigen Beispiel wissen wir, dass I-1 und I-2 heterozygot sind und II-2 den dominanten Phänotyp zeigt. Wir wissen daher a posteriori, dass er ein dominantes Allele von einem Elternteil geerbt hat, und die Wahrscheinlichkeit, dass er ein rezessives Allele vom anderen Elternteil erbt und heterozygot ist, beträgt 1/2. Es ist falsch zu argumentieren, dass, da 2/3 aller nicht betroffenen Kinder (dh alle Nicht-AA) a priori heterozygot sind, auch sein individuelles Risiko 2/3 beträgt. Anders ausgedrückt, durch die Kenntnis der Natur eines Allels haben wir einen statistischen Freiheitsgrad verloren.

[Im einfachsten Fall: die Wahrscheinlichkeit, dass das nächste Kind von I-1 und I-2 wird ein Junge sein a priori 1/2: Sobald das Kind geboren ist, die Wahrscheinlichkeit ein hinterer ist entweder 0 oder 1].

Zwei weitere Erweiterungen dieser Idee. Nehmen Sie für dieses Szenario an, dass ein Gentest verfügbar ist, um AA von Aa zu unterscheiden, aber II-5 ist verstorben und III-2 wird den Test nicht ablegen.

(4) Nehmen wir an, III-2 hat ein heterozygotes Geschwister. Wie ändert sich dadurch das Risiko der Berechnung IV-I ? Dies würde bedeuten, dass II-5 mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 heterozygot sein muss, nicht 1/2 wie zuvor. Dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass III-2 heterozygot ist, 1/2, die Wahrscheinlichkeit, dass der Vater (III-1) heterozygot ist, bleibt 1/4, und die Wahrscheinlichkeit, dass IV-1 aa ist, ist 1/2 x 1/ 4 x 1/4 = 1/32 .

(5) Angenommen, III-2 hat ein oder mehrere Geschwister, die als nicht betroffene Homozygoten (AA) testen. Wie ändert sich dadurch die Berechnung des Risikos von IV-1? Beachten Sie, dass, während die Geburt eines heterozygoten Geschwisters beweist, dass die Mutter (II-5) heterozygot ist, die Geburt nicht betroffener homozygoter Nachkommen nicht beweisen kann, dass sie homozygot ist. Mehrlingsgeburten von nicht betroffenen Geschwistern verringern jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass sie heterozygot ist, wie folgt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Heterozygoter das a-Allel nicht an einen Nachkommen weitergibt, beträgt 1/2. Dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie es an keinen von zwei Nachkommen weitergibt, (1/2)(1/2) = 0,5 2 = 1/4. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie es an keinen von drei Nachkommen weitergibt, ist 0.5 3 = 1/8, zu keiner von vier ist 1/16, und so weiter. Weniger als 0,1% aller Familien mit zehn Kindern hätten davon gewusst, dass ein ein Allele, wenn II-5 heterozygot wäre. Mit anderen Worten, dies ist ein starker a-posteriori-Beweis dafür, dass II-5 a homozygot, was bedeutet, dass IV-1 nicht beeinflusst werden kann. Natürlich beweist die Geburt eines elften Kindes, das Aa ist, sofort, dass II-5 heterozygot ist, und setzt die Risikoberechnung von IV-1 auf 1/16 zurück, wie in (4) oben.


Stammbaum-Wahrscheinlichkeit des autosomal-rezessiven Merkmals - Biologie

Stammbaumanalyse: Sechs Vererbungsarten

Die Vererbung vieler monogener (Einzelgen-)Merkmale kann bestimmt werden
durch die Analyse von Stammbäumen ( Stammbäume ) (IG1 15.22)
Stammbäume zeigen Beziehungen zwischen Individuen
Ex .: Stammbaum von Königin Victoria zeigt genetische Vererbung von Hämophilie A

Sechs grundlegende Vererbungsmodi
Unterscheiden Sie zwischen autosomalen und geschlechtsgebundenen Erkrankungen
Geschlecht (x) - verlinkt Bedingungen betreffen überwiegend Männer
autosomal Bedingungen betreffen Männer und Frauen gleichermaßen

1. Autosomal-rezessiv
Bsp.: Okulokutaner Albinismus (OMIM203100)
Batten-Krankheit (OMIM204200): hohe Häufigkeit in Neufundland
PTC-Verkostung (OMIM1720) ( Hausaufgabe )

Hinweise : Zustand istin der Regel selten (Allelfrequenz ist niedrig)
Allel ist in der Regel in heterozygoten Genotypen vorhanden
Der Zustand tritt häufig bei Paarungen von verwandten Individuen auf
blutsverwandt Heirat - zumindest ein gemeinsamer Vorfahr
"Inzucht" -blutsverwandte Ehen kommen häufiger vor als erwartet
Bedingungen überspringen oft "Generationen"

Hinweise: Allel ist in der Regel anwesend in heterozygotGenotyp
Zustand muss erscheinen in jeder Generation

Hinweise : Bedingung tritt ein überwiegend bei Männern
Betroffene Rüden haben in der Regel keine betroffenen Nachkommen
Kreuzvererbung: Betroffene Männchen und Weibchen wechseln zwischen den Generationen

4. X-chromosomal dominant
Ex .:
Hypophosphatämie (OMIM 307800) (XLH)

Hinweise : Betroffene Rüden geben die Erkrankung immer an Töchter weiter
Betroffene Weibchen sind in der Regel heterozygot

Ex .: Zink-Finger-Protein, Y-verknüpft ( ZFY ) (OMIM490000)
Geschlechtsbestimmende Region Y ( SRY ) (OMIM480000)
Behaarte Ohren (OMIM425500) wahrscheinlich nicht Y-gebunden: ein geschlechtsbegrenztes Merkmal

Hinweise : Zustand tritt bei allen männlichen Nachkommen und nur bei Männern auf
Phänotypen sind typisch für Männer

6. mtDNA-verknüpft
Bsp.: Die "Töchter der Eva" in Neufundland
Matrilineare Nachkommen von Königin Victoria

mitochondriale DNA (mtDNA) ist ein zytoplasmatisches (nichtnukleares) Genom
Hinweise : tritt bei allen Nachkommen einer betroffenen Frau auf
Betroffene Männer übertragen die Erkrankung nicht

[ Nicht abgedeckt im Jahr 2012 nicht in der Abschlussprüfung]

Die Berechnung des Risikos in der Stammbaumanalyse beinhaltet eine einfache Wahrscheinlichkeitstheorie
Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei unabhängige Ereignisse zusammen auftreten ("A und B")
ist das Produkt der einzelnen Wahrscheinlichkeiten
Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei alternative Ereignisse zusammen auftreten ("A oder B")
ist die Summe ihrer einzelnen Wahrscheinlichkeiten
Die a-priori-Wahrscheinlichkeit von Ereignissen kann durch a-posteriori-Wissen modifiziert werden
Berechnung der Wahrscheinlichkeit einzelner Ereignisse wird oft nachträglich beeinflusst

Hausaufgaben: Welche Vererbungsarten können in den folgenden Ahnentafeln ausgeschlossen werden ?
Welche Person(en) erlauben Ihnen dies?
Welche sind möglich? Welches ist am wahrscheinlichsten? Erklären.
Schreiben Sie die Genotypen jedes einzelnen Individuums auf.

Stammbaum #1
Stammbaum #2
Stammbaum #3

MGA2 Kapitel 5: Probleme 2*, 10, 11, 13, 19, 20
iGen2 Kapitel 12: Probleme 42, 43, 44, 45, 46, 47


Stammbaumanalyse: Bedeutung und ihr Problem | Zoologie

Der Stammbaum ist eine genealogische Tabelle, ein Diagramm oder ein Diagramm, das die Ahnenlinie eines einzelnen Menschen oder Tieres mit einer langen Lebensdauer und geringen Fortpflanzungsfähigkeit darstellt. Die Stammbaumanalyse ist der Prozess der Bestimmung des genauen Vererbungsmodus eines Gens, wenn ausreichende Familieninformationen verfügbar sind.

Dadurch ist die Bestimmung von Genotypen und Phänotypen vergangener, gegenwärtiger sowie zukünftiger Generationen möglich, die Art der Vererbung, ob geschlechtsgebunden oder autosomal und dominant oder rezessiv wahrscheinliches Verhältnis von Vererbung eines Gens und Segregation. Um den Phänotyp von Individuen einer Familie für einige Generationen auszudrücken, werden folgende Symbole im hypothetischen Stammbaum von fünf Generationen verwendet (Abb. 55.1).

iii. Diamond (◊) ein Geschwister (Geschwister) von unbekanntem (beide) Geschlecht

NS. Verdunkelte oder vergossene Symbole für den selteneren genetischen Phänotyp

v. Verbindung zwischen Kreis und Quadrat (□—O), Heiratslinie

vi. Horizontale Linie (O—□) unter den Eltern, die Nachkommen (Geschwister) verbinden, ist Geschwister-Schiffslinie

vii. Generationen, bezeichnet mit römischen Buchstaben I, II, III, IV usw., auf einer Seite

viii. Nachkommen in jeder Generation werden von links in der Reihenfolge ihrer Geburt nummeriert

ix. Eineiige (eineiige) Zwillinge (entstanden aus der Aufspaltung einer gemeinsamen Zygote), dargestellt durch eine gemeinsame Verbindung mit der Geschwister-Schiffslinie (11-5 & 6)

x. Zweieiige Zwillinge mit separater Verbindung mit Geschwister-Schiffslinie (IV-6 & 7)’

xi. Zahlen innerhalb der Symbole (II-7 bis 10) sind Geschwister, die nicht einzeln aufgeführt sind

xii. Die Verbindung von Geschwister-Schiffslinie und Heiratslinie:

A. Inzuchtdominant ohne genetische Trennung

B. Aus Kreuz und keine Trennung

C. Testkreuz, aus dem ein rezessiv (männlich) resultiert

D. Out Cross zufällig erzeugt eine rezessive (weiblich)

e. Inzuchtrezessive produzieren nur rezessive (tt nontaster)

F. Inzuchtdominante in einer Cousine-Ehe, ebenfalls ein Rückkreuzungstyp, der keine phänotypische Segregation hervorbringt, sondern nur dominant der Tt, TT-Sorten (Schnupper).

Problem I: Übertragung des autosomal-rezessiven Merkmals:

Abbildung 55.2 veranschaulicht einen hypothetischen Familienstammbaum für Albinismus *, in dem die Albino-Individuen durch schattierte Symbole gekennzeichnet sind.

Bestimmen Sie, ob das Gen dominant oder rezessiv ist und wahrscheinlicher Genotyp jedes Individuums.

Im angegebenen Stammbaum werden die Albino-Töchter (II-6 & 7) von normalen Eltern (I-3 & 4) und von Albino-Vater (I-1) und normaler Mutter (I-2) normale Kinder geboren. Somit überspringt der Albino-Charakter die Generation und erscheint in alternierender Generation. Das Gen ist also rezessiv. Bei einem dominanten Merkmal treten die betroffenen Individuen in allen Generationen auf, es würde kein Generationssprung geben.

Hier sind die Eltern I-3 und 4 der Träger und heterozygot für das rezessive Albinismus-Gen. Die Häufigkeit der betroffenen Kinder beträgt etwa ein Viertel (1/4) der gesamten Nachkommen in der III. Generation von zwei normalen Eltern (II-4 &. 5). Diese Tatsache spricht auch dafür, dass dieses Gen rezessiv ist.

Ein dominantes Merkmal wird in der Regel durch Paarung zwischen einem betroffenen Elternteil, heterozygoten und homozygoten Elternteilen auf etwa die Hälfte der Nachkommen übertragen. Da das Gen rezessiv (a) gegenüber dem normalen (+) ist, ist der Genotyp von 1-1 a = a, da sich das rezessive Merkmal nur in homozygotem Zustand exprimieren kann. Betroffene Töchter (II-6 & 7) erschienen von normalen Eltern (l-3 & 4).

Also werden die Genotypen von I-3 & 4 =. Eine ähnliche Erklärung gilt für II-4 &. 5. Der wahrscheinliche Genotyp aller Individuen ist wie folgt.

Aufgabe II: Übertragung des autosomal dominanten Merkmals:

Die Abbildung (Abb. 55.4, 55.5) zeigt einen hypothetischen Familienstammbaum für ein seltenes Merkmal Chondrodystrophie*.

Bestimmen Sie, ob dieses Gen dominant oder rezessiv ist und zeigen Sie den Genotyp jedes Individuums.

Im angegebenen Stammbaum trat Chondrodystrophie in jeder Generation auf, in der ein Elternteil von diesem Merkmal betroffen ist. Das heißt, das vererbte Merkmal hat keine Generation übersprungen. Wohingegen keine Chondrodystrophie durch Heirat zwischen zwei normalen Individuen beobachtet wurde, von denen einer in ihrer letzten Generation eine chondrodistrophische Vorgeschichte hatte (III-7 & 8, III-9 & 10, III-12 & 13 usw.). Das Merkmal ist also dominant.

In diesem Stammbaum wird angenommen, dass es durch ein Gen der ersten Generation (I-2) verursacht wird. Wenn das Merkmal rezessiv war, waren alle normalen Individuen der 11. Generation (II-2, 3, 5 & 8) heterozygote Träger. Es bestand also die Möglichkeit des Auftretens von chondrodistrophen Nachkommen aus der Ehe solcher heterozygoten Individuen mit einem normalen. Aus diesem Stammbaum sind jedoch keine derartigen Informationen ersichtlich.

Lassen Sie das chondrodistrophische Gen ‘c’ sein. Da es sich um ein dominantes Merkmal gegenüber normalen ‘†’ handelt, muss der Genotyp von I-2 C/† sein, da von ihm normale Nachkommen geboren wurden. Wenn er für dieses dominante Merkmal homozygot war, müssen alle seine Kinder chondrodistroph sein.

Der wahrscheinliche Genotyp der Individuen ist wie folgt:

Problem III: Übertragung von geschlechtsgebundenen Rezessives Merkmal:

Der folgende Stammbaum (Abb. 55.6, 55.7) stellt den Phänotyp einer Familie dar, in der rot-grün farbenblinde Individuen schattiert sind.

Bestimmen Sie die Art des Merkmals und erklären Sie es.

Aus dem angegebenen Stammbaum ist ersichtlich, dass die farbenblinden Kinder in der 11. Generation (II-1, 6 & 8) von normalen Eltern (I-1, 2 & 3) geboren werden. Das für die Farbenblindheit verantwortliche Gen ist also ein rezessives Gen. Da nur 50 % der männlichen Kinder von diesem Merkmal betroffen sind, wird das Merkmal vom Geschlechtschromosom (sex-linked) getragen.

Wenn es autosomal ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, betroffene Töchter zu bekommen. Wenn es ‘Y’- verknüpft ist, besteht die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Farbenblindheit bei allen Söhnen der zweiten Generation. Diese sind jedoch aus dem Stammbaum nicht ersichtlich und die kreuzweise Vererbung im Stammbaum weist eindeutig darauf hin, dass das Merkmal geschlechtsgebunden rezessiv ist.

Hier ist Mutter (I-2) Trägerin des Gens und heterozygot c/†. So erhielten alle ihre Söhne ihr X-Chromosom von ihr und einiges Y-Chromosom vom Vater (I-1 & 3). Aus diesem Grund erhielten 50% ihrer Söhne das betroffene Gen und die restlichen 50% erhielten ein normales Gen, was zu einem 1:1-Verhältnis von farbenblinden und normalen Söhnen führte.

Zur gleichen Zeit, da Väter normal sind, haben sie ein normales X-Chromosom und alle ihre Töchter haben ein X-Chromosom erhalten, Ergebnis normales Auge.

Der wahrscheinliche Genotyp des angezeigten Familienstammbaums ist wie folgt, wobei das farbenblinde Merkmal als ‘c’ verwendet wird.

Problem IV: Übertragung von Y-gebundenem dominantem Merkmal:

Im Stammbaum (Abb. 55.8, 55.9) sind die schattierten Symbole als seltenes Merkmal dargestellt.

Geben Sie an, ob Sie glauben, dass es durch geschlechtsgebundene oder autosomale und dominante und rezessive Gene verursacht wird.

Aus dem angegebenen Stammbaum ist ersichtlich, dass das für das betroffene Merkmal verantwortliche Gen in jeder Generation auftauchte. Gleichzeitig wurden keine betroffenen Kinder aus der Ehe von normalen Männern und Frauen geboren (I-3 & 4). Das Gen ist also dominant.

Ein weiteres wichtiges Ereignis ist, dass das Merkmal in allen drei Generationen immer mit Männchen, aber nie mit Weibchen in Verbindung gebracht wird. Dieser Befund weist darauf hin, dass das Gen Y-gebunden ist, da die Söhne ihr Y-Chromosom vom Vater und das X-Chromosom von der Mutter erhalten.

Hier erhalten II-2 & 5 Kinder ihr Y-Chromosom vom betroffenen Elternteil I-2. In ähnlicher Weise wird das betroffene Gen von II-2 bis III-3 bzw. II-5 bis III-4 & 6 vererbt. Wenn das Gen X-chromosomal dominant wäre, wären alle Töchter (II-3 & 4) betroffen, da sie ein X-Chromosom von ihrem Vater erhalten würden. Aber im angegebenen Stammbaum ist es nicht ersichtlich. Das Gen ist also Y-chromosomal dominant.

Problem V. Muskeldystrophie:

Muskelschwund ist eine seltene Erkrankung des Menschen. Der angegebene Stammbaum (Abb. 55.10, 55.11) repräsentiert die Phänotypen einer bestimmten Familie mit schattierten Symbolen als betroffene Individuen.

Bestimmen Sie den Vererbungsmodus des Gens.

Im angegebenen Stammbaum trat das betroffene Merkmal in allen Generationen auf, bei denen ein Elternteil (I-2) betroffen war. Gleichzeitig wurde kein betroffenes Kind aus der Ehe von normalen Personen geboren (I-3 & 4). Das Gen ist also dominant.

Es wurde festgestellt, dass sich das Merkmal während der Übertragung von Generation zu Generation mit Sex ausdrückt. In Generation III sind alle Töchter (III-1, 2, 4, 6, 7, 9 & 10) muskulös zerstört, da ihr Vater betroffen ist. Aber keine männlichen Kinder sind betroffen.

Es ist also wahrscheinlich, dass das Gen X-chromosomal ist, für das alle weiblichen Kinder der Generation III das betroffene X-Chromosom von ihrem Vater (II-2 & 6) erhielten, der dieses Gen von ihrer betroffenen Mutter (I-2) erhielt. . Das Gen wird kreuz und quer von der Mutter auf den Sohn und vom Sohn auf die Tochter übertragen. Das Gen ist also X-chromosomal dominant.

1. Im Stammbaum (Abb. 55.12 und 55.13) sind betroffene Personen schattiert.

ich. Geben Sie an, dass das Merkmal dominant oder rezessiv ist.

ii. Erwähnen Sie, dass das Merkmal entweder autosomal oder geschlechtsgebunden ist.

iii. Bestimmen Sie den Genotyp jedes Individuums im Stammbaum und geben Sie die Wahl der Genotypen an, wenn Sie glauben, dass mehr als ein Genotyp für ein Individuum möglich ist.

2. Beschreiben Sie den folgenden Stammbaum (Abb. 55.14 & 15). Analysieren Sie den Vererbungsmodus und die Art des Merkmals. Betroffen sind die schattierten Personen. Finden Sie den Genotyp des schattierten Individuums heraus.

3. Die Abbildung (Abb. 55.16) stellt vier Familienstammbäume für ein Merkmal bei Hu­mans dar. Schattierte Symbole tragen eine Eigenschaft. Geben Sie für jeden Stammbaum (A, B, C, D) an, indem Sie in der entsprechenden Leerstelle mit ‘ja’ oder ‘nein’ antworten, ob die Vererbung des Merkmals auf der Grundlage jedes der aufgelisteten einfachen Merkmale berücksichtigt werden kann Vererbungsarten.


Autosomal dominante und rezessive Vererbung

Viele wichtige und gut verstandene genetische Erkrankungen sind das Ergebnis einer Mutation in einem einzelnen Gen. Die Online-Ausgabe von McKusicks Mendelian Inheritance in Man ( www-ncbi-nlm-nih-gov.easyaccess1.lib.cuhk.edu.hk/Omim/ ) listet fast 16.000 einzelne Gene und mehr als 8000 so definierte einzelgene oder monogene Merkmale auf weit beim Menschen. Von diesen 24.000 Genen und Merkmalen befinden sich etwa 23.000 auf Autosomen, fast 1.300 auf dem X-Chromosom und 60 auf dem Y-Chromosom. Die Identifizierung von Genen, die monogene Merkmale verursachen, hat zu neuen und aufregenden Erkenntnissen geführt, nicht nur in der Genetik, sondern auch in der grundlegenden Pathophysiologie von Krankheiten.

In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf Einzelgen-Erkrankungen, die durch Mutationen an den Autosomen verursacht werden. (Einzelgen-Erkrankungen, die durch Mutationen auf den Geschlechtschromosomen verursacht werden, sind das Thema von Kapitel 5.) Wir diskutieren die Vererbungsmuster dieser Krankheiten in Familien und Faktoren, die diese Muster komplizieren. Wir diskutieren auch die Risiken der Übertragung von Einzelgen-Krankheiten auf die Nachkommen, da dies für Risikopaare in der Regel ein wichtiges Anliegen ist.

Grundkonzepte der formalen Genetik

Beiträge von Gregor Mendel

Monogene Merkmale werden auch als mendelsche Merkmale bezeichnet, nach Gregor Mendel, dem österreichischen Mönch des 19. Mendel untersuchte sieben Merkmale der Erbse, von denen jedes durch ein einzelnes Gen bestimmt wird. Zu diesen Merkmalen gehörten Attribute wie Höhe (große versus kurze Pflanzen) und Samenform (glatt versus faltig). Die Variation in jedem dieser Merkmale wird durch das Vorhandensein unterschiedlicher Allele an einzelnen Loci verursacht.

Aus Mendels Arbeit sind mehrere wichtige Prinzipien hervorgegangen. Das erste, das Prinzip der dominanten und rezessiven Vererbung, wurde in Kapitel 3 diskutiert. Mendel entdeckte auch das Segregationsprinzip, das besagt, dass sich geschlechtlich fortpflanzende Organismen paarweise vorkommende Gene besitzen und dass nur ein Mitglied dieses Paares an die Nachkommen weitergegeben wird (also segregiert). Zu Mendels Zeiten herrschte die Meinung vor, dass Erbfaktoren der beiden Eltern in den Nachkommen vermischt sind. Im Gegensatz dazu besagt das Segregationsprinzip, dass Gene intakt und verschieden bleiben. Ein Allel für die „glatte“ Samenform kann an einen Nachkommen der nächsten Generation weitergegeben werden, der wiederum dasselbe Allel an seine eigenen Nachkommen weitergeben kann. Wenn Gene in den Nachkommen irgendwie vermischt würden, anstatt getrennt zu bleiben, wäre es unmöglich, die genetische Vererbung von einer Generation zur nächsten zu verfolgen. Somit war das Prinzip der Segregation eine Schlüsselentwicklung in der modernen Genetik.

Mendels Prinzip des unabhängigen Sortiments war ein weiterer bedeutender Beitrag zur Genetik. Dieses Prinzip besagt, dass Gene an verschiedenen Loci unabhängig voneinander übertragen werden. Betrachten Sie die beiden zuvor erwähnten Loci. Ein Locus kann entweder das „glatte“ oder das „faltige“ Allel und der andere entweder das „große“ oder das „kurze“ Allel haben. Bei einem reproduktiven Ereignis überträgt ein Elternteil ein Allel von jedem Locus an seine Nachkommen. Das Prinzip der unabhängigen Sortierung besagt, dass die Übertragung eines bestimmten Allels an einem Locus („glatt“ oder „faltig“) keinen Einfluss darauf hat, welches Allel am anderen Locus („groß“ oder „kurz“) übertragen wird.

Das Segregationsprinzip beschreibt das Verhalten der Chromosomen bei der Meiose. Die Gene auf den Chromosomen segregieren während der Meiose und werden als unterschiedliche Einheiten von einer Generation zur nächsten weitergegeben. Als Mendel seine kritischen Experimente durchführte, hatte er keine direkten Kenntnisse über Chromosomen, Meiose oder Gene (tatsächlich wurde der letzte Begriff erst 1909 geprägt, lange nach Mendels Tod). Obwohl sein Werk 1865 veröffentlicht und gelegentlich zitiert wurde, blieb seine grundsätzliche Bedeutung jahrzehntelang unerkannt. Doch Mendels Forschung, die um die Jahrhundertwende schließlich von anderen Forschern repliziert wurde, bildet die Grundlage für einen Großteil der modernen Genetik.

Die wichtigsten Beiträge von Mendel waren die Prinzipien von Dominanz und Rezessivität, Segregation und unabhängiges Sortiment.

Das Konzept des Phänotyps

Der Begriff Genotyp wurde als die genetische Konstitution eines Individuums an einem Ort definiert. Der Phänotyp ist das, was tatsächlich physisch oder klinisch beobachtet wird. Genotypen entsprechen nicht eindeutig Phänotypen. Individuen mit zwei unterschiedlichen Genotypen, einem dominanten Homozygoten und einem Heterozygoten, können denselben Phänotyp aufweisen. Ein Beispiel ist Mukoviszidose (Klinischer Kommentar 4.1), eine autosomal-rezessive Erkrankung, bei der nur der rezessive Homozygote betroffen ist. Umgekehrt kann der gleiche Genotyp in unterschiedlichen Umgebungen unterschiedliche Phänotypen erzeugen. Ein Beispiel ist die rezessive Krankheit Phenylketonurie (PKU, siehe Kapitel 7 ), die bei etwa 1 von 10.000 Geburten europäischer Abstammung auftritt. Mutationen an dem Locus, der für das metabolische Enzym Phenylalanin-Hydroxylase kodiert, machen den Homozygoten unfähig, die Aminosäure Phenylalanin zu metabolisieren. Obwohl Babys mit PKU bei der Geburt nicht betroffen sind, führt ihr Stoffwechselmangel zu einer Ansammlung von Phenylalanin und seinen toxischen Metaboliten. Dieser Prozess ist für das zentrale Nervensystem hochgradig destruktiv und führt schließlich zu schweren geistigen Beeinträchtigungen. Es wurde geschätzt, dass Babys mit unbehandelter PKU im ersten Lebensjahr durchschnittlich 1 bis 2 IQ-Punkte pro Woche verlieren. Somit kann der PKU-Genotyp einen schweren Krankheitsphänotyp erzeugen. Das Screening auf PKU bei der Geburt ist jedoch einfach (siehe Kapitel 13), und eine Schädigung des Gehirns kann vermieden werden, indem innerhalb eines Monats nach der Geburt eine phenylalaninarme Diät eingeleitet wird. Das Kind hat immer noch den PKU-Genotyp, aber der Phänotyp wurde durch Umweltveränderungen tiefgreifend verändert.

Mukoviszidose (CF) ist eine der häufigsten Einzelgen-Erkrankungen in Nordamerika und betrifft etwa 1 von 2000 bis 1 von 4000 europäisch-amerikanischen Neugeborenen. Die Prävalenz unter Afroamerikanern beträgt etwa 1 von 15.000 Geburten und weniger als 1 von 30.000 unter asiatischen Amerikanern. Schätzungsweise 30.000 Amerikaner und 70.000 Menschen weltweit leiden an dieser Krankheit.

CF wurde erstmals 1938 als eigenständige Krankheitsentität identifiziert und als „zystische Fibrose der Bauchspeicheldrüse“ bezeichnet. Dies bezieht sich auf die fibrotischen Läsionen, die sich in der Bauchspeicheldrüse entwickeln, einem der Hauptorgane, die von dieser Erkrankung betroffen sind ( Abb. 4.1 ). Ungefähr 85% der CF-Patienten haben eine Pankreasinsuffizienz, bei der die Bauchspeicheldrüse keine Verdauungsenzyme absondern kann, was zu einer chronischen Malabsorption von Nährstoffen beiträgt. Auch der Darmtrakt ist betroffen und etwa 15 bis 20 % der Neugeborenen mit CF haben einen Mekoniumileus (verdickte, obstruktive Darmsubstanz). Die Schweißdrüsen von CF-Patienten sind abnormal, was zu einem hohen Chloridgehalt im Schweiß führt. Dies ist die Grundlage für den Schweißchloridtest, der üblicherweise bei der Diagnose dieser Krankheit verwendet wird. Mehr als 95 % der Männer mit CF sind aufgrund des Fehlens oder der Obstruktion der Samenleiter unfruchtbar.

Die Hauptursache für Morbidität und Mortalität bei CF-Patienten ist eine Lungenerkrankung. Patienten mit CF haben eine Entzündung der unteren Atemwege und eine chronische Bronchialinfektion, die zu einer Lungenerkrankung im Endstadium führt, die durch ausgedehnte Atemwegsschäden und Fibrose des Lungengewebes gekennzeichnet ist. Es wird angenommen, dass eine Atemwegsobstruktion und eine Lungenverletzung durch eine dehydrierte Atemwegsoberfläche und eine verringerte Clearance verursacht werden, was zu dickem Atemwegsschleim führt. Dies ist mit einer Infektion durch Bakterien wie Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa verbunden. Die Kombination aus Atemwegsobstruktion, Entzündung und Infektion führt zur Zerstörung der Atemwege und des Lungengewebes, was bei mehr als 90 % der CF-Patienten schließlich zum Tod durch Lungenerkrankung führt.

Infolge verbesserter Ernährung, Atemwegsreinigungstechniken und Antibiotikatherapien hat sich die Überlebensrate von CF-Patienten in den letzten drei Jahrzehnten erheblich verbessert. Die mediane Überlebenszeit in den Vereinigten Staaten beträgt jetzt fast 40 Jahre. CF hat eine sehr variable Expression, wobei einige Patienten nur leichte Atembeschwerden und ein nahezu normales Überleben haben. Andere haben viel schwerere Atemprobleme und können weniger als zwei Jahrzehnte überleben.

CF wird durch Mutationen in einem Gen, CFTR, verursacht, das den Transmembran-Leitfähigkeitsregulator der zystischen Fibrose kodiert ( Abb. 4.2 ). CFTR kodiert für zyklische AMP-regulierte Chloridionenkanäle, die sich über die Membranen spezialisierter Epithelzellen erstrecken, wie sie beispielsweise den Darm und die Lunge auskleiden. Darüber hinaus ist CFTR an der Regulierung des Transports von Natriumionen durch Epithelzellmembranen beteiligt. Die Rolle von CFTR beim Natrium- und Chloridtransport hilft uns, die vielfältigen Auswirkungen von Mutationen am CF-Locus zu verstehen. Ein fehlerhafter Ionentransport führt zu einem Salzungleichgewicht, das die Atemwege entwässert und die dicken, obstruktiven Sekrete in der Lunge produziert. Auch die Bauchspeicheldrüse wird durch dicke Sekrete blockiert, was zu Fibrose und Pankreasinsuffizienz führt. Der Chloridionentransportdefekt erklärt die ungewöhnlich hohe Chloridkonzentration im Schweißsekret von CF-Patienten Chlorid kann aus dem Lumen des Schweißkanals nicht resorbiert werden.

Die DNA-Sequenzanalyse hat fast 2000 verschiedene Mutationen am CFTR-Locus ergeben. Die häufigste davon, mit F508del bezeichnet, ist eine Drei-Basen-Deletion, die zum Verlust eines Phenylalaninrestes (F) an Position 508 des CFTR-Proteins führt. F508del macht fast 70 % aller CF-Mutationen aus. Diese Mutation wird zusammen mit mehreren Dutzend anderen relativ häufigen Mutationen in der genetischen Diagnose von CF untersucht (siehe Kapitel 13).

Die Identifizierung der spezifischen Mutation oder Mutationen, die bei einem Patienten für CF verantwortlich sind, kann helfen, den Schweregrad der Erkrankung vorherzusagen. Zum Beispiel führen die schwersten Mutationsklassen (von denen F508del ein Beispiel ist) zu einem völligen Fehlen der Produktion von Chloridionenkanälen oder zu Kanälen, die nicht zur Zellmembran wandern können. Patienten, die für diese Mutationen homozygot sind, haben fast immer eine Pankreasinsuffizienz. Im Gegensatz dazu führen andere Mutationen (z. B. R117H, eine Missense-Mutation) zu Ionenkanälen, die zwar zur Zellmembran vordringen, aber schlecht auf zyklisches AMP ansprechen und folglich nicht so lange offen bleiben, wie sie sollten. Der Phänotyp ist somit milder und Patienten mit dieser Mutation haben seltener eine Pankreasinsuffizienz. Einige Männer mit milden CFTR-Mutationen haben nur angeborenes beidseitiges Fehlen des Samenleiters (CBAVD), aber wenig, wenn überhaupt, Lungen- oder Magen-Darm-Erkrankungen. Die Korrelation zwischen Genotyp und Phänotyp ist jedoch alles andere als perfekt, was darauf hindeutet, dass Modifikator-Loci und Umweltfaktoren auch die Expression der Krankheit beeinflussen müssen (siehe Text). In general there is a reasonably good correlation between genotype and pancreatic function and a more variable relationship between genotype and pulmonary function.

The ability to identify CFTR mutations has led to surveys of persons who have one (heterozygous) or two (homozygous) CFTR mutations, but who do not have cystic fibrosis. They have increased risks for a number of disease conditions, including CBAVD, bronchiectasis (chronic dilatation of the bronchi and abnormal mucus production), and pancreatitis (pancreatic inflammation).

By enhancing our understanding of the pathophysiology of CF, identification of CFTR has opened the possibility of new treatments for this disease. Examples include administration of drugs that cause ribosomes to read through the premature stop codons that account for approximately 7% of CFTR mutations. Other drugs can increase the activity of chloride channels in patients with class III or IV mutations. The first FDA-approved drug for CF treatment, ivacaftor, increases CFTR channel activity in response to ATP. A second FDA-approved drug, lumacaftor, can be used in combination with ivacaftor and has been shown to significantly improve lung function in CF patients homozygous for the common F508del mutation. Gene therapy, in which the normal CFTR gene is placed in viral or other vectors that are then introduced to the patient’s airway (see Chapter 13 ), is also being actively investigated. This strategy, however, has encountered difficulties because viral vectors can induce an inflammatory immune response.

∗ Conventionally the symbol for a gene, such as CFTR , is shown in italics, and the symbol for the protein product is not.

This example shows that the phenotype is the result of the interaction of genotype and environmental factors. It should be emphasized that “environment” can include the genetic environment (i.e., genes at other loci whose products can interact with a specific gene or its product).

The phenotype, which is physically observable, results from the interaction of genotype and environment.

Basic Pedigree Structure

The pedigree is one of the most commonly used tools in medical genetics. It illustrates the relationships among family members, and it shows which family members are affected or unaffected by a genetic disease. Typically an arrow denotes the proband, the first person in whom the disease is diagnosed in the pedigree. The proband is sometimes also referred to as the index case or propositus (proposita for a female). Fig. 4.3 describes the features of pedigree notation.

When discussing relatives in families, one often refers to degrees of relationship. First-degree relatives are those who are related at the parent–offspring or sibling (brother and sister) level. Second-degree relatives are those who are removed by one additional generational step (e.g., grandparents and their grandchildren, uncles or aunts and their nieces or nephews). Continuing this logic, third-degree relatives would include, for example, one’s first cousins and great-grandchildren.

Autosomal Dominant Inheritance

Merkmale der autosomal dominanten Vererbung

Autosomal dominant diseases are seen in roughly 1 of every 200 individuals (see Table 1.3 in Chapter 1 ). Individually each autosomal dominant disease is rather rare in populations, with the most common ones having gene frequencies of about 0.001. For this reason matings between two individuals who are both affected by the same autosomal dominant disease are uncommon. Most often affected offspring are produced by the union of an unaffected parent with an affected heterozygote. The Punnett square in Fig. 4.4 illustrates such a mating. The affected parent can pass either a disease allele or a normal allele to his or her children. Each event has a probability of 0.5. Thus on the average, half of the children will be heterozygotes and will express the disease, and half will be unaffected homozygotes.

Postaxial polydactyly, the presence of an extra digit next to the fifth digit ( Fig. 4.5 ), can be inherited as an autosomal dominant trait. An idealized pedigree for this disease, shown in Fig. 4.6 , illustrates several important characteristics of autosomal dominant inheritance. First, the two sexes exhibit the trait in approximately equal ratios, and males and females are equally likely to transmit the trait to their offspring. This is because postaxial polydactyly is an autosomal disease (as opposed to a disease caused by an X chromosome mutation, in which these ratios typically differ). Second, there is no skipping of generations if an individual has polydactyly, one parent must also have it. This leads to a vertical transmission pattern in which the disease phenotype is usually seen in one generation after another. If neither parent has the trait, none of the children will have it. Third, father-to-son transmission of the disease gene is observed. Although father-to-son transmission is not required to establish autosomal dominant inheritance, its presence in a pedigree rules out some other modes of inheritance (particularly X-linked inheritance see Chapter 5 ). Finally, as we have already seen, an affected heterozygote transmits the disease-causing allele to approximately half of their children. However, because gamete transmission, like coin tossing, is subject to chance fluctuations, it is possible that all or none of the children of an affected parent will have the trait. When large numbers of matings of this type are studied, the proportion of affected children closely approximates 1/2.

Autosomal dominant inheritance is characterized by vertical transmission of the disease phenotype, a lack of skipped generations, and roughly equal numbers of affected males and females. Father-to-son transmission may be observed.

Recurrence Risks

Parents at risk for producing children with a genetic disease typically want to know the risk, or probability that their future children will be affected. This probability is termed the recurrence risk. If one parent is affected by an autosomal dominant disease and the other is unaffected, the recurrence risk for each child is 1/2 (assuming that the affected parent is a heterozygote, which is nearly always the case). It is important to keep in mind that each birth is an independent event, as in the coin-tossing examples. Thus even if the parents have already had a child with the disease, their recurrence risk remains 1/2. Even if they have had several children, all affected (or all unaffected) by the disease, the law of independence dictates that the probability that their next child will have the disease is still 1/2. Although this concept seems intuitively obvious, it is commonly misunderstood by the lay population. Further aspects of communicating risks to families are discussed in Chapter 15 .

The recurrence risk for an autosomal dominant disorder is 50%. Because of independence, this risk remains constant no matter how many affected or unaffected children are born.

Autosomal Recessive Inheritance

Like autosomal dominant diseases, autosomal recessive diseases are individually fairly rare in populations. As shown previously, heterozygous carriers for recessive disease alleles are much more common than affected homozygotes. Consequently the parents of individuals affected with autosomal recessive diseases are usually both heterozygous carriers. As the Punnett square in Fig. 4.7 demonstrates, one-fourth of the offspring of two heterozygotes will be unaffected homozygotes, half will be phenotypically unaffected heterozygous carriers, and one-fourth will be homozygotes affected with the disease (on average).

Merkmale der autosomal-rezessiven Vererbung

Fig. 4.8 is a pedigree showing the inheritance pattern of an autosomal recessive form of albinism that results from mutations in the gene that encodes tyrosinase, a tyrosine-metabolizing enzyme. ∗ The resulting tyrosinase deficiency creates a block in the metabolic pathway that normally leads to the synthesis of melanin pigment. Consequently the affected individual has very little pigment in the skin, hair, and eyes ( Fig. 4.9 ). Because melanin is also required for the normal development of the optic fibers, persons with albinism can also display nystagmus (rapid uncontrolled eye movement), strabismus (deviation of the eye from its normal axis), and reduced visual acuity. The pedigree demonstrates most of the important criteria for distinguishing autosomal recessive inheritance ( Table 4.1 ). First, unlike autosomal dominant diseases in which the disease phenotype is seen in one generation after another, autosomal recessive diseases are usually observed in one or more siblings, but not in earlier generations. Second, as in autosomal dominant inheritance, males and females are affected in equal proportions. Third, on average, one-fourth of the offspring of two heterozygous carriers will be affected with the disorder. Finally, consanguinity is present more often in pedigrees involving autosomal recessive diseases than in those involving other types of inheritance (see Fig. 4.8 ). The term consanguinity (Latin, “with blood”) refers to the mating of related persons. It is sometimes a factor in recessive disease because related persons are more likely to share the same disease-causing alleles. Consanguinity is discussed in greater detail later in this chapter.

∗ This form of albinism, termed tyrosinase-negative oculocutaneous albinism (OCA1), is distinguished from a second, milder form termed tyrosinase-positive oculocutaneous albinism (OCA2). OCA2 is typically caused by mutations in a gene on chromosome 15, whose protein product is thought to be involved in the transport and processing of tyrosine and tyrosinase.

Autosomal recessive inheritance is characterized by clustering of the disease phenotype among siblings, but the disease is not usually seen among parents or other ancestors. Equal numbers of affected males and females are usually seen, and consanguinity may be present.


Pedigree Probability of Autosomal Recessive Trait - Biology

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Glossar

Before going through this site, you should be familiar with the basic concepts of genetics. However, if you need a reminder, check out the glossary. Take me to the Glossary


Image by Victor Habbick , Courtesy of FreeDigital Photo.net

Determining Genotypes

Not all pedigre es use the half shaded convention to show carriers of a trait. One very useful purpose of pedigrees is to be able to identify the genotype, or possible genotypes of an individual, based on their family heritage.

Steps in Determining Genotype

  • In the information given, usually in a title, determine if the trait being discussed is dominant or recessive.
  • If the trait is dominant, th e n individuals with the trait will have their shapes coloured in, if the trait is recessive, th e n individuals with the trait will have unshaded circles or squares.
  • Locate the recessive individuals in the pedigree, and assign their genotype - two lower case alleles (ff).
  • All of the individuals with the dominant trait will have one capital letter, which expresses the trait. You can assign their genotype temporarily as capital letter, question mark to represent their alleles (F?)
  • To determine the second allele, you must examine the genotypes of the parents or offspring.
  • Each parent must give one allele. If one of the parents is homozygous recessive, ff, then the offspring must have a heterozygous, Ff, genotype.
  • If both parents are homozygous dominant, FF, then the offspring must also be homozygous dominant, FF.

Examine the example below, while listening to the audio, to see how genotypes can be determined.

To make any of the images larger, click on them. Or, download the word document below (Steps_In_Determining_Genotpe_Images.docx) and follow along on a printed copy. You could use this page to make your own notes at the bottom.

Pedigree for Cystic Fibrosis

AUDIO: Genotypes of CF Pedigree

By examining the parents or offspring, we can det ermine some , but not always all, of the genotypes of the individuals.

In this example, the mother in the first generation, only has a recessive allele to give. The offspring must have received the dominant allele, F, from their father. Since they must get one allele from their mother, all of their genotypes must be heterozygous, Ff.

Additional Example
Recall the tongue rolling example from the previous page. Can you determine the genotypes of the individuals in this family?


Autosomal recessive inheritance in pedigree and experiment, examples of traits in man

All individuals with the defect/disease in pedigrees (and in population) are homozygotes of recessive defective (deleterious, nonactive, affected, mutated etc.) alleles, aa. Two copies of a disease allele are needed for an individual to express the phenotype. The parents of an affected (suffering with an AR disease) individual are healthy (not affected by this AR disease) but are disease carriers. Typically, once a child in a family is born with AR trait/disease we may suppose parents as carriers (heterozygotes Aa) and there is a 25% (1/4) chance (probability, risk) that any next offspring will inherit two copies of the disease allele and will therefore have the disease phenotype. N.B.: There is a 50% (1/2) chance that the offspring of carrier parents will inherit one copy of the disease allele and will be a carrier, and there is a 25% probability the offspring will inherit healthy (normal, wild-type etc.) allele from both parents (will be a homozygote AA) and will not express the disease phenotype or be a disease carrier. Dies AA individual would not pose a risk for passing the disorder on to his/her offspring.

Many AR diseases (disorders) are seen more frequently in individuals of certain ethnic origins than others because these individuals are descendants of the same ancestors. However, because these common ancestors are generally more distantly related to these individuals, couples of the same ethnic background would generally have fewer genes in common than consanguineous couples.

AR inheritance in hybridization experiment [ edit | Quelle bearbeiten]

In experimental procedure, pure lines (e.g. inbred strains) are chosen showing difference in a character (purple versus white flowers, yellow versus green seeds/pies, colour versus albino coat/fur). Parental generation pairs are formed combining one individual from each line/strain. They are crossed in order to obtain F1 hybrids, these are phenotypically uniform, all expressing a single form of the trait (character). By intercrossing the F1 individuals, the F2 generation is obtained, where phenotypes segregate in ratio 3 : 1 (one vs. the other form of the trait). This 1/4 correspond to recessive phenotype (not seen in the uniform F1 generation) and, retrospectively, also allow to decide which line (strain) in P generation expressed the recessive form of the trait.

In a general population with uniform (wild) phenotype, an individual with an exceptional (newly appearing) form of the phenotype can be tested by hybridization experiment, too, if he/she/it expresses the dominant or recessive form of the trait.

If this new, different form of a trait is recessive (i.e. new phenotype individual is a homozygote nn), then this hybridization test (crossing with any individual with normal, common, wild phenotype in the population) represents de facto:

  1. most probably, a parental cross (wild phenotype individual is a homozygote NN) which leads to uniform (F1) hybrids expressing the wild phenotype, or
  2. rarely, a backcross (in case that the wild phenotype individual is a hidden, “silent” heterozygote Nn) resulting in phenotypic ratio 1 to 1 .

Experimental cross in a population (AR inheritance) – new, spontaneous mutant is recessive homozygote, and wild-type phenotype individuals are (most probably) dominant homozygotes


Backcross (experimental test-cross) in AR inheritance – rarely, wild-type phenotype individuals are heterozygotes (by the way, they had to be at least two of them, of opposite gender in preceding generation of the population it is the only way how a recessive homozygote could appear in the present generation of the population).


Inheriting a specific disease, condition, or trait depends on the type of chromosome that is affected. The two types are autosomal chromosomes and sex chromosomes. It also depends on whether the trait is dominant or recessive.

A mutation in a gene on one of the first 22 nonsex chromosomes can lead to an autosomal disorder.

Genes come in pairs. One gene in each pair comes from the mother, and the other gene comes from the father. Recessive inheritance means both genes in a pair must be abnormal to cause disease. Menschen mit nur einem defekten Gen im Paar werden Träger genannt. Diese Menschen sind meistens nicht von der Erkrankung betroffen. However, they can pass the abnormal gene to their children.

CHANCES OF INHERITING A TRAIT

If you are born to parents who both carry the same autosomal recessive gene, you have a 1 in 4 chance of inheriting the abnormal gene from both parents and developing the disease. You have a 50% (1 in 2) chance of inheriting one abnormal gene. This would make you a carrier.

In other words, for a child born to a couple who both carry the gene (but do not have signs of disease), the expected outcome for each pregnancy is:

  • A 25% chance that the child is born with two normal genes (normal)
  • A 50% chance that the child is born with one normal and one abnormal gene (carrier, without disease)
  • A 25% chance that the child is born with two abnormal genes (at risk for the disease)

Note: These outcomes do not mean that the children will definitely be carriers or be severely affected.


Einführung

Humans make terrible subjects for genetic studies. That’s because the primary experimental tool of genetics, the controlled cross, is simply not possible for humans. There is no such thing as a highly homozygous “true-breeding line” of humans, and even if there were, it would be impossible (or at the very least highly unethical) to compel two people to mate with each other to reveal the pattern of inheritance of a particular trait. Almost since the dawn of genetics at the turn of the 20th century, therefore, human geneticists have relied on a much less powerful (but at least feasible) method, the analysis of pedigree charts.

“Eugenicists employed pedigrees to bolster their claims that not only were physical traits strictly inherited as simple Mendelian characters, but so too were mental, emotional, and behavioral characteristics.”

Pedigree charts are branching diagrams that depict the appearance of a trait in a family (Resta, 1993). If the family is large enough, comprising several generations with multiple affected persons, it may be possible to infer how the trait is inherited, whether the responsible gene resides on the X chromosome or an autosome, and whether it is dominant or recessive.

Genealogical charts were drawn for centuries before they became so important in human genetics. At first, they were simply graphical representations of family relationships. The name is derived from the Middle French pié de grue, literally meaning “foot of crane,” because some early diagrams contained so many branching diagonal lines that they resembled a bird’s foot. One of the earliest surviving pedigrees showed the inheritance of hemophilia A, an X-linked recessive condition, in the royal families of Europe.

Pedigrees have grown in sophistication in recent decades, and may now incorporate information from genetic testing as specific as single-nucleotide differences in genes. But their basic construction has changed little since the first decades of the 20th century. What most students of genetics are unaware of, however, is that pedigree analysis was developed in this country by proponents of eugenics, the pseudoscientific social movement with the aim of controlling human heredity (Resta, 1993). Eugenicists employed pedigrees to bolster their claims that not only were physical traits strictly inherited as simple Mendelian characters, but so too were mental, emotional, and behavioral characteristics. As we will see, their analysis was deeply flawed, based on slipshod data collection, unsupported assumptions, and circular reasoning.


Pedigree Probability of Autosomal Recessive Trait - Biology

2. Two phenotypically normal people marry. Unknown to them, they have a common grandfather who suffered from a rare disorder that is inherited as an autosomal recessive trait. Assume that the people marrying into this pedigree are all DD , that there has been no earlier consanguinity, and that no affected (dd) individuals have occurred. What is the probability that the first child of this couple (a baby girl) will be affected? Draw the pedigree.

3. This pedigree is for the autosomal dominant trait achondroplasia, a rare form of dwarfism. The probability that III-1 and III-2 will have an affected child is

A. zero B. 1/4 C. 1/4 D. 1/16 E. 1/8

* If you need a little bit of help with the above, check out these problem solving tips.


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