🌳

Κληρονομικότητα στον άνθρωπο και γενεαλογικά δέντρα

Τεύχος Β΄ · Κεφ. 5 · Αυτοσωμικός επικρατής, αυτοσωμικός υπολειπόμενος, φυλοσύνδετος υπολειπόμενος

Πώς έφτασε η αιμορροφιλία από τη βασίλισσα Βικτώρια στο παλάτι του Τσάρου;

Η βασίλισσα Βικτώρια της Αγγλίας ήταν φορέας αιμορροφιλίας. Ένας γιος της έπασχε, και μέσω των κορών της το αλληλόμορφο πέρασε σε βασιλικές οικογένειες της Ευρώπης — ανάμεσά τους και στον Αλέξιο, γιο του τελευταίου Τσάρου της Ρωσίας. Ένα γενεαλογικό δέντρο αρκεί για να δεις γιατί έπασχαν σχεδόν μόνο αγόρια.

Γενεαλογικά δέντρα

Στον άνθρωπο δεν μπορούμε να κάνουμε πειραματικές διασταυρώσεις. Μελετάμε την κληρονομικότητα με γενεαλογικά δέντρα: διαγράμματα που δείχνουν τη μεταβίβαση μιας ιδιότητας σε πολλές γενιές μιας οικογένειας.

Τετράγωνο: άνδρας· κύκλος: γυναίκα.
Μαυρισμένο σύμβολο: άτομο που εκφράζει την ιδιότητα (π.χ. πάσχει).
Οριζόντια γραμμή ανάμεσα σε άνδρα και γυναίκα: γάμος· κάθετη γραμμή προς τα κάτω: απόγονοι.
Οι γενιές αριθμούνται με λατινικούς αριθμούς (I, II, III), τα άτομα κάθε γενιάς με αραβικούς.

Φύλο και φυλετικά χρωμοσώματα

Η γυναίκα έχει XX και δίνει γαμέτες μόνο με X. Ο άνδρας έχει XY και δίνει γαμέτες με X ή με Y (σε ίση αναλογία). Το φύλο καθορίζεται από το σπερματοζωάριο: $P(\text{αγόρι}) = P(\text{κορίτσι}) = \frac12$ .

Οι τρεις τύποι κληρονομικότητας της ύλης

1. Αυτοσωμικός υπολειπόμενος (π.χ. αλφισμός, φαινυλκετονουρία, κυστική ίνωση, β-θαλασσαιμία, δρεπανοκυτταρική αναιμία):

Δύο φυσιολογικοί γονείς μπορούν να αποκτήσουν πάσχον παιδί (είναι φορείς, $Aa$ ).
Εμφανίζεται εξίσου σε άνδρες και γυναίκες, συχνά «πηδά» γενιές.

2. Αυτοσωμικός επικρατής (π.χ. νόσος του Huntington, οικογενής υπερχοληστερολαιμία):

Κάθε πάσχων έχει τουλάχιστον έναν πάσχοντα γονέα.
Δύο πάσχοντες γονείς μπορούν να αποκτήσουν φυσιολογικό παιδί (αν είναι ετερόζυγοι).
Δύο φυσιολογικοί γονείς δεν αποκτούν πάσχον παιδί.

3. Φυλοσύνδετος υπολειπόμενος (γονίδιο στο X, π.χ. αιμορροφιλία Α, μερική αχρωματοψία στο κόκκινο–πράσινο, μυϊκή δυστροφία Duchenne):

Ο άνδρας είναι ημίζυγος: έχει ένα μόνο αλληλόμορφο (στο X), οπότε εκφράζει ό,τι φέρει. Γι' αυτό πάσχουν πολύ συχνότερα οι άνδρες.
Ο πάσχων άνδρας παίρνει το αλληλόμορφο από τη μητέρα του και το δίνει σε όλες τις κόρες του, ποτέ στους γιους.
Μια πάσχουσα γυναίκα έχει πάσχοντα πατέρα και όλους τους γιους πάσχοντες.

Κόλπο μνήμης

Το υπολειπόμενο «κρύβεται» και μπορεί να πηδήξει γενιές· το επικρατές δεν πηδά γενιές — κάθε πάσχων έχει πάσχοντα γονέα. Στο φυλοσύνδετο υπολειπόμενο σκέψου «μαμά → γιος»: ο πατέρας δίνει στον γιο του το Y, ποτέ το X.

Γρήγορος έλεγχος

Δύο φυσιολογικοί γονείς αποκτούν κόρη που πάσχει. Ποιος τρόπος κληρονόμησης είναι ο μόνος δυνατός;

Ήξερες ότι;

Η αχρωματοψία στο κόκκινο–πράσινο εμφανίζεται σε περίπου 8% των ανδρών βορειοευρωπαϊκής καταγωγής, αλλά μόνο σε περίπου 0,5% των γυναικών. Αυτό ταιριάζει με τη φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κληρονομικότητα: ένας άνδρας χρειάζεται ένα αλληλόμορφο, ενώ μια γυναίκα δύο — και $0{,}08 \cdot 0{,}08 \approx 0{,}006$ , δηλαδή περίπου 0,6%.

$X^AX^a \times X^AY \rightarrow \text{κόρες:} \tfrac12 X^AX^A,\ \tfrac12 X^AX^a \quad \text{γιοι:} \tfrac12 X^AY,\ \tfrac12 X^aY$

Μέθοδος: ανάλυση γενεαλογικού δέντρου

Υπολειπόμενο ή επικρατές; Βρες δύο γονείς ίδιου φαινοτύπου με παιδί διαφορετικού φαινοτύπου: ο φαινότυπος του παιδιού είναι ο υπολειπόμενος.
Αυτοσωμικό ή φυλοσύνδετο; Για υπολειπόμενο: αν υπάρχει πάσχουσα γυναίκα με φυσιολογικό πατέρα ή φυσιολογικό γιο → αυτοσωμικό. Για επικρατές: αν ένας πάσχων άνδρας έχει φυσιολογική κόρη → όχι φυλοσύνδετο επικρατές.
Αν δεν μπορείς να αποκλείσεις ένα από τα δύο, γράψε ότι είναι δυνατά και τα δύο και αιτιολόγησε.
Γράψε γονοτύπους σε όλα τα άτομα που προσδιορίζονται με βεβαιότητα.
Υπολόγισε πιθανότητες: προσοχή σε «παιδί που πάσχει» vs «αγόρι που πάσχει» vs «αν είναι αγόρι, να πάσχει».

Παράδειγμα 1: Γυναίκα φορέας αιμορροφιλίας ( $X^AX^a$ ) παντρεύεται φυσιολογικό άνδρα ( $X^AY$ ). Ποια η πιθανότητα (α) το πρώτο παιδί να είναι αγόρι αιμορροφιλικό, (β) ένας γιος τους να είναι αιμορροφιλικός;

Λύση: Απόγονοι: $\frac14 X^AX^A$ , $\frac14 X^AX^a$ , $\frac14 X^AY$ , $\frac14 X^aY$ .

(α) «Αγόρι και αιμορροφιλικό»: $\frac14$ .

(β) «Δεδομένου ότι είναι αγόρι»: από τα αγόρια $X^AY$ , $X^aY$ , το ένα πάσχει: $\frac12$ .

Παράδειγμα 2: Άνδρας με αχρωματοψία (φυλοσύνδετη υπολειπόμενη) παντρεύεται γυναίκα ομόζυγη φυσιολογική. Τι παιδιά θα αποκτήσουν;

Λύση: $X^aY \times X^AX^A$ . Κόρες: $X^AX^a$ — όλες φυσιολογικές φορείς. Γιοι: $X^AY$ — όλοι φυσιολογικοί (παίρνουν Y από τον πατέρα). Ο πατέρας δεν μεταβιβάζει ποτέ φυλοσύνδετο αλληλόμορφο στους γιους του.

Άσκηση τύπου Πανελλαδικών: Σε μια οικογένεια: οι γονείς Ι1 (άνδρας) και Ι2 (γυναίκα) είναι φυσιολογικοί. Έχουν τρία παιδιά: ΙΙ1 φυσιολογικό κορίτσι, ΙΙ2 αγόρι που πάσχει, ΙΙ3 φυσιολογικό αγόρι. Η ασθένεια οφείλεται σε ένα γονίδιο.

(α) Είναι η ασθένεια επικρατής ή υπολειπόμενη; (β) Μπορεί να είναι αυτοσωμική; Φυλοσύνδετη; (γ) Για κάθε περίπτωση, ποια η πιθανότητα το ΙΙ1 να είναι φορέας;

Λύση:

(α) Φυσιολογικοί γονείς έχουν πάσχον παιδί (ΙΙ2) ⇒ η ασθένεια οφείλεται σε υπολειπόμενο αλληλόμορφο· αν ήταν επικρατές, ένας τουλάχιστον γονέας θα έπασχε.

(β) Και οι δύο περιπτώσεις είναι δυνατές.

Αυτοσωμική υπολειπόμενη: Ι1 $Aa$ × Ι2 $Aa$ , ΙΙ2 $aa$ — συμβατό.
Φυλοσύνδετη υπολειπόμενη: Ι1 $X^AY$ × Ι2 $X^AX^a$ , ΙΙ2 $X^aY$ (πήρε το $X^a$ από τη μητέρα) — συμβατό, αφού στο δέντρο δεν υπάρχει πάσχουσα γυναίκα με φυσιολογικό πατέρα ή φυσιολογικό γιο που να το αποκλείει.

(γ) Αυτοσωμική: το ΙΙ1 είναι φυσιολογικό από $Aa \times Aa$ , άρα $AA$ ή $Aa$ με αναλογία 1:2 ⇒ $P(\text{φορέας}) = \frac23$ .

Φυλοσύνδετη: η κόρη παίρνει $X^A$ από τον πατέρα και $X^A$ ή $X^a$ από τη μητέρα ⇒ $P(X^AX^a) = \frac12$ .

Γρήγορος έλεγχος

Πάσχων άνδρας από φυλοσύνδετη υπολειπόμενη ασθένεια. Από ποιον κληρονόμησε το αλληλόμορφο;

Γρήγορος έλεγχος

Δύο γονείς που πάσχουν από αυτοσωμική επικρατή ασθένεια (και οι δύο $Aa$ ) αποκτούν παιδί. Ποια η πιθανότητα να είναι φυσιολογικό;

Πρόκληση

(α) Δύο φυσιολογικοί γονείς αποκτούν μια κόρη που πάσχει και έναν φυσιολογικό γιο. Ποιος είναι ο τρόπος κληρονόμησης; Ποια η πιθανότητα ο γιος να είναι φορέας; Αν παντρευτεί γυναίκα φορέα, ποια η πιθανότητα το πρώτο τους παιδί να πάσχει; (β) Άνδρας με φυλοσύνδετη υπολειπόμενη ασθένεια παντρεύεται γυναίκα που δεν είναι φορέας. Η φυσιολογική κόρη τους παντρεύεται φυσιολογικό άνδρα. Ποια η πιθανότητα ένας γιος της να πάσχει; Ένα παιδί της (αγνώστου φύλου);

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) Φυσιολογικοί γονείς με πάσχον παιδί → υπολειπόμενο. Πάσχει κόρη με φυσιολογικό πατέρα: αν ήταν φυλοσύνδετο, ο πατέρας θα της έδινε $X^A$ και δεν θα έπασχε → αυτοσωμικό υπολειπόμενο. Οι γονείς είναι $Aa \times Aa$ . Ο γιος είναι φυσιολογικός, άρα $AA$ ή $Aa$ σε αναλογία $1 : 2$ : $P(Aa) = \frac{2}{3}$ . Με γυναίκα $Aa$ : $P = \frac{2}{3} \cdot \frac{1}{4} = \frac{1}{6}$ .

(β) Ο πατέρας $X^aY$ δίνει στην κόρη του υποχρεωτικά το $X^a$ · η μητέρα δίνει $X^A$ → η κόρη είναι $X^AX^a$ (φορέας). Με άνδρα $X^AY$ : κάθε γιος παίρνει $X^A$ ή $X^a$ από τη μητέρα → $P(\text{γιος πάσχει}) = \frac{1}{2}$ . Για παιδί αγνώστου φύλου: $P(\text{αγόρι}) \cdot P(X^a) = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{4}$ — οι κόρες δεν πάσχουν, αφού παίρνουν $X^A$ από τον πατέρα.

Συνηθισμένα λάθη

Να συμπεραίνεις «φυλοσύνδετο» μόνο επειδή πάσχει αγόρι. Χρειάζεται έλεγχος με τους κανόνες αποκλεισμού.
Σύγχυση «πιθανότητα αγόρι που πάσχει» ( $\frac14$ ) με «πιθανότητα ένας γιος να πάσχει» ( $\frac12$ ).
Γονότυπος ανδρών με δύο αλληλόμορφα για φυλοσύνδετο γονίδιο ( $X^AX^aY$ ): ο άνδρας είναι ημίζυγος.
Παράλειψη αιτιολόγησης με συγκεκριμένα άτομα του δέντρου (π.χ. «το ΙΙ2 έχει φυσιολογικούς γονείς…»).

Σύνοψη — τι κρατάμε

Γενεαλογικό δέντρο: τετράγωνο = άνδρας, κύκλος = γυναίκα, μαυρισμένο = εκφράζει την ιδιότητα.
Φυσιολογικοί γονείς με πάσχον παιδί ⇒ υπολειπόμενο· πάσχοντες γονείς με φυσιολογικό παιδί ⇒ επικρατές.
Πάσχουσα κόρη φυσιολογικού πατέρα ⇒ αυτοσωμικό υπολειπόμενο (όχι φυλοσύνδετο).
Φυλοσύνδετο υπολειπόμενο: άνδρες ημίζυγοι, πάσχουν συχνότερα· το αλληλόμορφο έρχεται από τη μητέρα και πάει σε όλες τις κόρες.
Διάκρινε «αγόρι και πάσχει» από «αν είναι αγόρι, πάσχει».

Γενεαλογικά δέντρα

Τετράγωνο: άνδρας· κύκλος: γυναίκα.

Μαυρισμένο σύμβολο: άτομο που εκφράζει την ιδιότητα (π.χ. πάσχει).

Οριζόντια γραμμή ανάμεσα σε άνδρα και γυναίκα: γάμος· κάθετη γραμμή προς τα κάτω: απόγονοι.

Οι γενιές αριθμούνται με λατινικούς αριθμούς (I, II, III), τα άτομα κάθε γενιάς με αραβικούς.

Φύλο και φυλετικά χρωμοσώματα

Η γυναίκα έχει XX και δίνει γαμέτες μόνο με X. Ο άνδρας έχει XY και δίνει γαμέτες με X ή με Y (σε ίση αναλογία). Το φύλο καθορίζεται από το σπερματοζωάριο:

P(\text{αγόρι}) = P(\text{κορίτσι}) = \frac12