Genetica en erfelijkheid: Geschiedenis en principes

Gedragsgenetica en aangrenzende gebieden

• Gedragsgenetica blijft zich ontwikkelen en omvat nu neurowetenschap, economie, politicologie, onderwijs en sociologie.
• Genetisch onderzoek is eenvoudiger geworden door het gemak van het verkrijgen van speekselmonsters, lagere genotyperingskosten en betere statistische hulpmiddelen zoals GWAS en polygene scores.
• Gedragsgenetica wordt steeds belangrijker in de samenleving en is een onderwerp van publiek debat.

Historische perspectieven op erfelijkheid

• In de oudheid bespraken Pythagoras en Aristoteles al de overdracht van eigenschappen van ouders op nakomelingen.
• Pythagoras suggereerde dat de vader de essentiële kenmerken levert en de moeder de materiële bouwstenen.
• Aristoteles dacht dat kinderen werden gemaakt van gezuiverd bloed uit de teelballen (sperma) en menstruatiebloed.

Pioniers in de wetenschap

• Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) en Nicolaas Hartsoeker (1656-1725) waren Nederlandse wetenschappers die de microscoop uitvonden en de microbiologie startten.
• Ze ontwikkelden de theorie van het preformationisme, waarbij individuen ontstaan uit miniatuurversies van zichzelf (homunculus in sperma).

Francis Galton en het onderzoek naar erfelijkheid

• Francis Galton concentreerde zich op de overerving van mentale kenmerken en psychometrie.
• Hij observeerde dat naarmate de familieverwantschap nauwer is, de incidentie van personen met een hoog mentaal vermogen groter is dan door toeval verwacht kan worden.
• Galton ontwikkelde apparaten en procedures en baseerde zich op statistiek, waar de concepten mediaan, percentielen en correlaties werden gefundeerd.
• Galton introduceerde het gebruik van tweelingen om de rol van nature en nurture te beoordelen en bepaalde de essentie van de tweelingmethode.
• Men beschouwde dit als de natuurlijke en logische uitbreiding van Darwins werk.
• Galton stelde dat nature enorm prevaleert boven nurture en suggereerde dat erfelijkheid ten grondslag ligt aan gedragsvariatie.

Charles Darwin en evolutie

• Charles Darwins belangrijkste bijdrage was het boek "On the Origin of Species", gebaseerd op zijn observaties van soorten in hun omgeving tijdens zijn reis rond de wereld.
• Hij ontdekte opmerkelijke aanpassingen van soorten, vooral op de Galapagoseilanden.
• Darwin formuleerde de theorie dat soorten uit elkaar evolueren en dat soorten niet voor eens en altijd zijn ontworpen.
• De evolutietheorie begint met variatie binnen een populatie die deels te wijten is aan erfelijkheid.
• De kern van zijn theorie is dat alle soorten ontstaan door natuurlijke selectie van kleine, overgeërfde variaties die het vermogen van het individu om te overleven en zich voort te planten vergroten.
• Als overleving en voortplanting afhangen van een bepaalde eigenschap, zullen nakomelingen van overlevenden meer van die eigenschap vertonen.

Implicaties en hiaten van Darwins theorie

• Het is moeilijk om het mechanisme te kennen dat evolutionaire veranderingen veroorzaakt.
• Hoewel gedrag niet zo goed conserverend is als fysieke kenmerken, bevindt gedrag zich vaak op het snijvlak van natuurlijke selectie.
• Darwins theorie vertoonde ernstige hiaten omdat het mechanisme van erfelijkheid nog niet werd begrepen totdat Mendel het antwoord gaf.
• De theorie van Darwin is echter nog steeds zeer relevant voor de studie van gedrag.

Pre-Mendeliaanse concepten van erfelijkheid en variatie

• Er was substantieel bewijs van het belang van erfelijkheid, hoewel de wetten onbekend waren.
• Dingen werden gekend door observaties, zoals fokkerij en het bestuderen van zonen.
• Darwins voorlopige hypothese van pangenese stelde dat gemmules, miniatuurreplica's van de cellen van de ouders, door elke cel werden afgeworpen tijdens de ontwikkeling.
• Erfelijke variatie in elke generatie is noodzakelijk voor evolutie.
• De menghypothese stelde dat de helft van de ouders een middelpunt creëert in de nakomelingen, waardoor de variatie minder wordt.
• Variabiliteit kan op twee manieren worden geïnduceerd, waarbij de omgeving het erfelijke materiaal beïnvloedt.

Samenvatting van de vroege gedragsgenetica

• De geschiedenis van de gedragsgenetica is lang maar ook kort gezien de beperkte tijd dat het is bestudeerd.
• Het begon met Darwin, Galton en Mendel.
• Darwins theorie had een impact op het wetenschappelijk denken.
• Galton bestudeerde de overerving van mentale kenmerken en stelde het nature-nurture-probleem.
• In stambomen geven symbolen de aan- of afwezigheid van een eigenschap weer.

De wetten van Mendel

• Gregor Mendel bestudeerde overerving in erwtenplanten en concludeerde dat er twee elementen van erfelijkheid zijn voor elke eigenschap in elk individu die tijdens de voortplanting worden gescheiden.
• Nakomelingen ontvangen één van de twee elementen van elke ouder.
• Een van deze elementen kan "domineren".
• De niet-dominante (recessieve) factor komt alleen tot uiting als beide elementen recessief zijn.
• Deze conclusies vormen de essentie van de wet van segregatie.
• Na 30 jaar werd zijn werk erkend als een algemeen erfrecht.
• De "elementen" worden nu genen genoemd en kunnen meer dan één vorm hebben, die allelen worden genoemd.
• De combinatie van deze allelen (genotype) bepaalt het fenotype (de waargenomen eigenschappen).

Punnett-vierkant

• Het Punnett-vierkant is een diagram dat wordt gebruikt om de genotypen van een kruising of fokexperiment te voorspellen en om de kans te bepalen dat een nakomeling een bepaald genotype heeft aangezien het handig is.
• Een dominant allel komt tot uiting, zelfs in heterozygote toestand.
• Een recessief allel komt tot uiting als het homozygoot is.

Mendels succes

• Mendel had succes omdat hij verschillende soorten van dezelfde soort gebruikte.
• Mendel bestudeerde eenvoudige eigenschappen door enkele genen en 7 kwalitatieve eigenschappen.
• De overerving van de ene eigenschap wordt niet beïnvloed door de overerving van de andere wat geholpen heeft bij het ontdekken van de genetica middels "Experimenten met plantenhybriden" .
• Mendel had geen erkenning en werd 35 jaar lang genegeerd en stierf zonder de impact van zijn experimenten te kennen.

Hardy-Weinberg-evenwicht (HWE)

• Het Hardy-Weinberg-evenwicht stelt dat de frequentie van allelen en genotypen niet verandert tussen generaties, tenzij krachten zoals natuurlijke selectie of migratie ze veranderen.
• Populatiegenetica bestudeert de krachten die de allelfrequentie veranderen.
• De frequentie van dominante (p) en recessieve (q) allelen zijn ook de kansen van die allelen in de populatie.
• De kans op bevruchting met de allelen p^2 en q^2 is homozygoot; de kans op heterozygoot is 2pq.
• De verwachte genotypen van het nageslacht zijn p^2 + 2pq + q^2.

Mendels tweede wet

• De overerving van het ene gen wordt niet beïnvloed door de overerving van een ander gen; dit is de wet van het onafhankelijke assortiment.
• Genen bevinden zich op chromosomen in de kern van de cel, op plaatsen die loci worden genoemd.
• Eieren en sperma bevatten slechts één exemplaar van elk chromosoompaar.
• Mendel kruiste raszuivere ouders voor dominante en recessieve eigenschappen en vond nakomelingen van alle vier mogelijke typen met de verwachte frequenties.
• De wet van Mendel wordt echter geschonden wanneer genen voor twee eigenschappen dicht bij elkaar op hetzelfde chromosoom liggen.

Recombinatie en koppeling

• Recombinatie gebeurt gemiddeld één keer voor elk chromosoom tijdens meiose.
• De kans op recombinatie tussen twee loci op hetzelfde chromosoom is een functie van de afstand ertussen.
• Koppelingsanalyse beoordeelt of de DNA-marker en de eigenschap in een familie vaker dan verwacht door toeval samenvallen.
• Als een gen eenmaal is gevonden zijn er twee mogelijkheden
• De DNA-variatie kan worden geïdentificeerd om aandoeningen te diagnosticeren.
• Het eiwit gecodeerd door het gen kan worden bestudeerd

Genen en erfelijkheid

• Sleutelbegrippen in de genetica
• Gen = Basiseenheid van erfelijkheid.
• Allel = Alternatieve vorm van een gen.
• Genotype = Combinatie van allelen van een individu op een bepaalde locus.
• Fenotype = Waargenomen of gemeten eigenschappen.
• Dominant allel = Produceert hetzelfde fenotype bij een individu, ongeacht het aantal kopieën.
• Recessief allel = Produceert het fenotype alleen als er twee kopieën aanwezig zijn.

Chromosomen, loci en koppeling

• Chromosoom: Draadachtige structuur die DNA bevat in de celkern.
• Locus (loci): Plaats van een gen op een chromosoom.
• Koppeling: Loci dicht bij elkaar op een chromosoom en zodoende samen overgeërfd.

Recombinatie en Mendeliaanse aandoeningen

• Recombinatie: Uitwisseling van chromosoomonderdelen tijdens meiose.
• Mendeliaanse aandoeningen:
  • Ziekte van Huntington:
    • Hersenaandoening die cognitieve en fysieke verslechtering veroorzaakt.
    • Meestal bij volwassenen (30-45 jaar).
    • Symptomen zijn oncontroleerbare bewegingen.
    • Wordt veroorzaakt door een dominant allel.
    • Beperkt tot latere reproducerende jaren.
  • Fenylketonurie (PKU):
    • Metabole aandoening veroorzaakt door een tekort aan het leverenzym PAH.
    • Oefent schade uit aan het zenuwstelsel.
    • Wordt veroorzaakt door een recessief allel.

Het X-chromosoom

• Het X-chromosoom en geslachtschromosomen:
• Kleurenblindheid komt vaker voor bij mannen.
• Geslachtschromosomen verschillen: mannen (XY) en vrouwen (XX).
• Kenmerk van geslachtsgebonden eigenschap komt vaker voor bij mannen.
• Nieuwe mutaties hebben geen invloed op ouders.
• Andere uitzonderingen zijn chromosomale afwijkingen en genomische inprenting.
• In het aansprakelijkheidsdrempelmodel van aandoeningen wordt een continuüm van genetisch risico verondersteld, waarbij de aandoening optreedt wanneer een bepaalde drempel wordt overschreden.
• Correlatie is een index van de relatie tussen variabelen.
• Een polygeen wordt beïnvloed door meerdere genen.
• Genetische verwantschap verwijdt naar genetisch verwante ouders, broers, grootouders, ooms, tantes , neven en nichten .
• Geslachtsgebonden (X-gebonden) en gebonden is een X- chromosoom.
• Een drager is een individu die is een heterozygoot op een bepaalde locus.

Samenvatting erfelijkheid genen

• Een gen kan in twee of meer verschillende vormen voorkomen.
• Alle twee allel, schenden zich tijdens de vorming van gameten
• Mendel verklaart het niet alle genetisch

Deze quiz behandelt de basisprincipes van genetica en erfelijkheid, met inbegrip van de bijdragen van Aristoteles, Galton, Van Leeuwenhoek en Darwin. Test je kennis van de belangrijkste concepten en ontwikkelingen in de genetica.