Gene Linkage und Linkage Maps

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Bevorstehend

Sie lernen, wie gekoppelte Gene vererbt werden und wie Sie aus Crossing-Over-Häufigkeiten eine Linkage Map erstellen können.

Ziele dieses Moduls
  • Sie können erklären, warum gekoppelte Gene nicht unabhängig voneinander vererbt werden
    Verstehen
  • Sie können aus Crossing-Over-Häufigkeiten eine Linkage Map erstellen
    Anwenden
  • Sie können Vererbungsmuster bei gekoppelten Genen vorhersagen
    Analysieren

In diesem Modul lernen Sie die Grundlagen der Genkopplung (Gene Linkage) kennen. Sie verstehen, warum Gene auf demselben Chromosom nicht unabhängig voneinander vererbt werden und wie Sie aus Rekombinationshäufigkeiten eine genetische Karte erstellen können.

Was ist Gene Linkage?

Gene Linkage (Genkopplung) bedeutet, dass Gene, die auf demselben Chromosom liegen, gekoppelt vererbt werden. Sie folgen nicht den Mendelschen Regeln der unabhängigen Vererbung.

Wichtige Konzepte:

  • Gekoppelte Gene: Liegen auf demselben Chromosom und werden meist zusammen vererbt
  • Crossing-Over: Austausch von DNA-Abschnitten zwischen homologen Chromosomen während der Meiose
  • Rekombinationshäufigkeit: Prozentsatz der Nachkommen mit rekombinierten (neuen) Genkombinationen

Je näher zwei Gene auf einem Chromosom beieinander liegen, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwischen ihnen ein Crossing-Over stattfindet.

Beispiel: Drosophila (Fruchtfliege)

Thomas Hunt Morgan führte bahnbrechende Experimente mit Fruchtfliegen durch und entdeckte die Genkopplung.

Klassisches Beispiel:

Zwei Gene für Körperfarbe und Flügellänge liegen auf demselben Chromosom:

  • Gen A: Grauer Körper (dominant) vs. schwarzer Körper (rezessiv)
  • Gen B: Normale Flügel (dominant) vs. verkürzte Flügel (rezessiv)

Bei einer Testkreuzung (dihybrider Heterozygot × doppelt rezessiv) erwarten Sie bei unabhängiger Vererbung ein 1:1:1:1-Verhältnis.

Bei gekoppelten Genen sehen Sie stattdessen:

  • Viele Nachkommen mit Parentaltyp (z.B. grau/normal und schwarz/verkürzt)
  • Wenige Nachkommen mit Rekombinationstyp (z.B. grau/verkürzt und schwarz/normal)

Rekombinationshäufigkeit berechnen

Die Rekombinationshäufigkeit gibt an, wie oft Crossing-Over zwischen zwei Genen stattfindet.

Formel:

Rekombinationshäufigkeit (%) = (Anzahl Rekombinanten / Gesamtzahl Nachkommen) × 100

Beispielrechnung:

Sie kreuzen eine dihybride Fruchtfliege (AB/ab) mit einer doppelt rezessiven (ab/ab) und erhalten:

  • Parentaltyp (AB oder ab): 900 Nachkommen
  • Rekombinationstyp (Ab oder aB): 100 Nachkommen
  • Gesamt: 1000 Nachkommen

Berechnung: (100 / 1000) × 100 = 10%

Die Rekombinationshäufigkeit beträgt 10%, was bedeutet, dass die beiden Gene 10 Karteneinheiten (cM) voneinander entfernt liegen.

Linkage Map erstellen

Eine Linkage Map (genetische Karte) zeigt die relative Position von Genen auf einem Chromosom. Die Abstände werden in Karteneinheiten (centiMorgan, cM) angegeben.

1 Karteneinheit (cM) = 1% Rekombinationshäufigkeit

Vorgehensweise:

  1. Bestimmen Sie die Rekombinationshäufigkeit zwischen allen Genpaaren
  2. Das Genpaar mit der höchsten Rekombinationshäufigkeit liegt am weitesten auseinander
  3. Ordnen Sie die Gene entsprechend ihrer relativen Abstände an

Beispiel:

Sie haben drei Gene (A, B, C) mit folgenden Rekombinationshäufigkeiten:

  • A-B: 15%
  • B-C: 8%
  • A-C: 23%

Analyse:

  • A und C liegen am weitesten auseinander (23 cM)
  • B liegt zwischen A und C
  • Reihenfolge: A --- 15 cM --- B --- 8 cM --- C

Challenge

Übungsaufgabe

Sie führen Kreuzungsexperimente mit vier Genen (W, X, Y, Z) durch und erhalten folgende Rekombinationshäufigkeiten:

  • W-X: 12%
  • W-Y: 5%
  • W-Z: 18%
  • X-Y: 7%
  • X-Z: 6%
  • Y-Z: 13%

Aufgaben:

  1. Welche zwei Gene liegen am weitesten auseinander?
  2. Erstellen Sie eine Linkage Map mit allen vier Genen
  3. Welches Gen liegt in der Mitte?

Checklist

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Note

Lösung der Übungsaufgabe

1. Am weitesten auseinander: W und Z (18 cM)

2. Linkage Map:

Die Analyse zeigt folgende Anordnung:

  • W und Y liegen nah beieinander (5 cM)
  • X liegt zwischen W/Y und Z
  • Gesamte Strecke: W-Z = 18 cM

Reihenfolge: W --- 5 cM --- Y --- 7 cM --- X --- 6 cM --- Z

Überprüfung: W-Y (5) + Y-X (7) + X-Z (6) = 18 cM ✓

3. Gen in der Mitte: Die Gene Y und X liegen zwischen W und Z, wobei X am zentralsten positioniert ist.

Zusammenfassung

  • Gene Linkage: Gene auf demselben Chromosom werden gekoppelt vererbt
  • Crossing-Over: Ermöglicht Rekombination zwischen gekoppelten Genen
  • Rekombinationshäufigkeit: Maß für den Abstand zwischen Genen (1% = 1 cM)
  • Linkage Map: Genetische Karte, die relative Genpositionen zeigt
  • Regel: Je näher Gene beieinander liegen, desto seltener tritt Rekombination auf

Diese Erkenntnisse sind fundamental für das Verständnis von Vererbungsmustern und haben praktische Anwendungen in der Pflanzenzüchtung, Medizin und evolutionären Genetik.