Genetik Tarihçe - AVES - İstanbul Üniversitesi
advertisement
Genetik Tarihçe Genetik:Organizmalarda kalıtım ve varyasyonu araştıran bir bilim dalıdır. Prof.Dr. Nermin Gözükırmızı İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Malpighi (1628-1694) tarafından ileri sürülen teoriye göre, Gametler önceden oluşmış bir mini embriyo taşırlar; homunculus. Leeuwenhock (1677) önceden oluşmuş embiryonun spermin içerisinde olduğuna inanıyordu. Spermistler Ovistler yumurtanın parthenogenez ile sperma olmadan yeni birey oluşturduklarına inanıyorlardı. homunculus Biyoloji eski Yunanca’da bio, “hayat"; ve logos, “kavrama"“Hayatı kavrama“anlamına gelmektedir. Doğal bilimlerin bir bölümü olup, canlı organizmalar, onların çevre ile ilişkileri, sınıflandırılması, yapı, islev, büyüme, köken, evolüsyon ve dağılımlarını araştırır. Hücre teorisi, evolüsyon, genetik ve homostasis ile ilgilenir. Ayrı bir bilim dalı olarak 19. yüzyılda tanımlanmıştır. Botanik, zooloji, mikrobiyoloji, biyokimya, moleküler biyoloji, hücre biyolojisi, fizyoloji, ekoloji gibi alanları vardır. İnsanın Evolüsyonu • 200. 000 yıl önce baslamıştır. • 10. 000 yıl önce – Ziraat devrimi başlamıştır. • Kültür Evolüsyonu • 3.000 - 4.000 yıl önce – yazılı dil & alfabeler • 600 yıldır – Kitaplar • 50 yıldır – Elektronik Ortam Genetik genler ile çalışan bir bilim dalıdır. Genetikçiler moleküler, hücresel, organizmal, ailesel, populasyon veya evolüsyon düzeyinde genler ile çalışırlar. Genetiğin tarihçesi • Bitki ve hayvanların kültüre alınması tarih öncesi kişilerin kalıtım kavramını anladıklarını göstermektedir. • Özellikler ebeveynlerden çocuklara geçmektedir. • İstenen özelliklerin seçilebilmesi– Yapay seleksiyon Germplasm Teorisi (August Weismann 1904) Vücut hücreleri iki tiptir; Somatik hücreler ve germ hücreleri. Vücudun herbir bölümü germ hücrelerinde temsil edilirler ve sonraki generasyonları oluştururlar. August Weismann ARISTOTLE • Biyolojinin kurucusudur. • Filozof ve canlı ve cansız arasındaki bazı özellikleri örn. çoğalma gibi tanımlamıştır. Mikroskop, 2 kelimeden oluşmaktadır. "micro",küçük "scope" ise nesnelere bakmaya yarayan aygıt anlamına gelmektedir. • Robert Hooke, 16351703,İngiliz Matematikçi,Fizikçi Micrographia (1665) kitabında ;geliştirdiği bileşik mikroskopla, ince kesilmiş şişe mantarında boşlukları gözlemlemiş ve onları “Hücre” olarak isimlendirmiştir. 1674 Leeuwenhoek protozoa’ları incelemiştir. Dokuz yıl sonra ilk kez bakteri görmüştür. • Antonie Leeuwenhoek (1632-1723), şarap gurmesi, vergi müfettişi, kumaş tüccarı • 1677 Eritrositler ve sperm keşfi • 1683 Bakterileri tanımlamış. • Kan dolaşımı teorisine katkıda bulunmuş. • Tek mercekli mikroskobun keşfi x 200 1838 Schleiden ve Schwann Hücre teorisi bütün canlılar hücrelerden yapılmıştır. 1761-1766 -Kölreuter bir çok melezlemeler yaptı. Böceklerin ve diğer doğal olayların tozlaşmadaki önemini farketti. 1902 Boveri kromozomlar ve kalıtım ve arasındaki ilişkiyi işaret etti. Gregor Mendel (1822-1884) • Çaprazlama sonuçlarını kaydetti. • Kalıtsal materyalin kalıtım biçimini tanımladı. • Özellikleri taşıyan elementleri belirledi. Johann Mendel 1822 yılında, Orta Avrupa’daki Heinzendorf köyünde, köylü bir ailenin çocuğu olarak dünyaya geldi. • 1843 Olomouc Felsefe Enstitüsü’nden mezun oldu. • 1843’de Gregor adını alarak Çek Cumhuriyetinin bir bölgesi olan Bruno’daki St.Thomas Augustinian Manastırına kabul edildi. • 1849’da papazlık görevini alarak birkaç yıl sürecek öğretim hayatına başladı. • 1851-1853 Viyana Üniversitesinde fizik ve botanik konularında çalıştı. Bitkilerde kalıtım üzerindeki araştırmalarına başladı. • 1854’de Bruno’ya döndü ve 16 yıl süreyle fizik ve doğa bilimleri öğretti. 1865, Bitki melezleri ile ilgili makalesi Brno Doğa Bilimleri Cemiyeti’nin dergisinde yayımlandı. Mendel, 22 çeşit bezelye varyetesi elde etmiştir. Kalıtımın temel ilkelerini bulmayı başarmıştır. Şans eseri seçtiği bitki onu başarıya götürmüştür. Çünkü - Tek bir özellikle (karekterle) çalışmış (yeşil tohumları sarı tohumla, pürüzlüleri düz tohumla), - Sayısal (kalitatif) çalışmış, meydana gelen tipleri dikkatlice fenotiplerine göre sayıp not etmiş, - Bezelye bitkisinde oranlar belirgin ve açık olarak ortaya çıkmıştır. • Mendel, iyi bir deneysel biyoloji için gerekli olan metedolojiye olağanüstü bir anlayış getirmiştir. • Yetiştirilmesi ve yapay olarak hibritleştirilmesi kolay olan bir organizma seçmiş (bezelye doğada kendi kendine döllenebilir, deneysel olarak da çapraz üretimi kolaydır, çok iyi ürer, bir mevsimde olgunluğa erişir). • Mendel araştırmalarını her deney için bir ya da çok az sayıda zıt karakter çifti kullanımı ile sınırlamış. •Genetik deneylere ait kantitatif kayıtları eksiksiz olarak tutmuştur. Mendel’in en basit deneyleri, sadece bir çift zıt karekterlerle ilgiliydi. Monohibrit çaprazıadı verilen bu deneyde Mendel, herbiri çalışılan karakterin iki zıt formundan birini gösteren atasal iki soydan elde ettiği bireyleri eşleştirdi. Genetik bir çaprazda: Orijinal ebeveynler P1 (atasal nesil) Yavruları F1 (birinci yavru birey) F1 bireylerinin nesilleri kendilerini döllerse bunların yavruları F2 (ikinci yavru birey) Bağımsız Açılım Gamet oluşumu sırasında, birim faktörlerin birbirinden ayrılan çiftleri birbirlerinden bağımsız olarak dağılırlar. Birim faktörün hangisi alınırsa alnsın, birçift, diğerinin açılım sonucunu etkilemez. Dolayısıyla, bağımsız açılım önermesine göre gametlerin bütün olası kombinasyonlarıeşit frekansla gerçekleşecektir. Mendel’in 1856’da başlayan çalışmaları, 1865’de Bruno ‘Society of Natural Science’a sunulmuş ve yayınlanmıştır. Ancak bu bulgular 35 yıl kadar dikkatten kaçmış. Nedenleri: - Olasılıklarının matematiksel analize bağlılığı (biyoloji çalışmalarında bu durum olağandışı) - Mendel sonuçları, organizmalar arasındaki çeşitliliğin kaynağı ile ilgili mevcut hipotezlere iyi uymuyordu. 19th Yüzyıl ortaları (1850) – Darwin ve Wallace • Evolüsyon teorisi – Lamarck • Edinilmiş karekterlerin döle geçiş teorisi – Mendel • Özelliklerin döle geçişi Darwin Genetik • Klasik Genetik – Mendel genetiği • Genetik özelliklerin döle geçişlerinin altında yatan temeller. – İleri genetik • Genetik olarak mutant organizmalar yaratma ve tanımlama • Kalıtım biçimini ve diğer mutantlar arasındaki ilişkiyi tanımlama • Mutasyonlu genleri tanımlama • Fenotip ve biyokimyasal olaylar arasındaki ilişkiyi tanımlama • Moleküler Genetik – Klasik buluşlardan temel alır • Genetik soruları yanıtlama yöntemleri • Güncel genetik çalışmalar moleküler temellidirler – Geri genetik • Önce genler tanımlanırlar • Moleküler biyoloji yöntemleri ile genler mutasyona uğratılırlar • Mutant gen bir organizmaya yerleştirilerek fenotip çalışılır • Eski Yunan – Çoğunlukla saçma • Rönesans 1600-1800 – Preformasyon’ a karşı Epigenesis teorisi • 1800’ler – Daha indirgemeci bir yaklaşım – Dalton’nun Atom teorisi – Schwann’hücre teorisi Miescher, 1871, Nükleik asitlerin kimyasal yapısı Walter Flemming, 1882, Hücre bölünmesinde kromozomların hareketi Wilhelm Waldeyer, 1888, “Kromozom” terimi Mendel yasaları William Bateson (1861-1926) “GENETİK terimi” 1909 Kalıtal fenotipik özelliklerin temel ünitesi GEN tanımı (Johannsen 1909) 1910, Genler kromozomlar üzerindedirler T.H. Morgan T.H. Morgan Johns Hopkins Üniversitesi (1891) Kalıtımın kromozom teorisi Kromozomlar genleri taşırlar. 1941, Bir gen-bir enzim, Beadle ve Tatum George Beadle E.L. Tatum 1944, DNA genetik materyaldir; Avery, Mcleod ve McCarty Oswald Avery Colin MacLeod Maclyn McCarty 1953, DNA yapısı ; Watson, Crick, Franklin, Wilkins James Francis Watson Crick Rosalind Franklin Maurice Wilkins 1961 mRNA keşfi; Brenner, Jacob ve Meseleson Francois Jacob Matthew Meselson Sydney Brenner 1970- Hamilton Smith ilk restriksiyon enziminin saflaştırılması. 1972- Rekombinant DNA yapılması Cohen ve Boyer. 1977- DNA dizileme yöntemi Fred Sanger. 1986- PCR Kary Mullis. 1990’lar- Genom projelerinin başlaması. Maya 1996 ve C. Elegans 1998 tamamlanması. 1990’lar- DNA mikroarray Pat Brown ve ark. 1990’lar- DNA parmakizi, gen terapi, ve GMO 1995- Otomatik dizileme. 1996-7- Memeli klonlaması (Dolly) Wilmut ve ark 2000- Drosophila genomu ve Arabidopsis genomu 2001- İnsan genomu tamamlandı. 2009- İnsan klonlama, kök hücre ve GMO konusundaki tartışmalar sürüyor. 1960’lar DNA çift sarmal Francis H.C. Crick James D. Watson 1970’ler Restriksiyon enzimleri ve gen klonlama Stanley N. Cohen Herbert W. Boyer 46 1983 SCIENCE – Transgenik Fare 1997 TIME - Dolly Science Vol. 222, Nov. 1983 Time Magazine, March 1997 47 • Genomik:Genomların analizi (yapısal ve islevsel) • Biyoinformatik: Biyolojik bilginin depolanması • Transkriptomik: Gen ürünü RNA’ların analizi • Proteomik: Proteinlerin analizi • Metabolomik: Metabolitlerin analizi • Sistem Biyoloji: Genomik, transkriptomik, proteomik, metabolomik ve biyoinformatik verilerin belli bir biyolojik sistemi oluşturmak için integrasyonu Epigenetik ve Epigenom Epigenetik –DNA dizi değişimlerinin (mutasyon) dışındaki faktörlerle oluşan, gen anlatımındaki tüm değişikliklere verilen genel bir tanımlamadır. Epigenetik değişiklikler kalıtsaldır fakat potansiyel olarak geri dönüşebilir. Gerstein ve ark. (2007) potansiyel olarak üstüste binebilen işlevsel ürünleri kodlayan genomik dizilerin birliğine GEN denir. Hayvan Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi 2.000 MÖ 19.yy erken 20.yy 1912 1965 1975 1980 1990 1997 2000 2001 2002 2010 Kültüre alma Melezleme Mutasyon ve seleksiyon Hücre kültürü Füsyon Monoklonal antikorlar Transgenik fare Gen terapi Koyun kopyalama Maymun kopyalama İnsan genom projesi Kök hücre teknolojisi Genomik Biyoinformatik Proteomik Metabolomik Sistem Biyoloji 51 TUBITAK İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK BÖLÜMÜ Bitki Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi 2.000 MÖ 19.yy erken 20.yy Orta 20.yy 1930 1940 1950 1970 1980 1980 1990 2000 2010 Kültüre alma Melezleme Mutasyon ve seleksiyon Hücre kültürü Somaklonal varyasyon Embriyo kurtarılması Poliembriyogenez Anter kültürü Rekombinant DNA Marker ile seleksiyon Genomik Biyoinformatik Proteomik Metabolomik Sistem Biyoloji 52 Moleküler Biyoloji Tarihçe 1869 DNA discovered by F. Miescher 1910 Genes on chromosomes; T.H. Morgan 1941 One gene-one enzyme, Beadle & Tatum 1944 DNA is genetic material; Avery, Mcleod& McCarty 1953 Structure of DNA; Watson, Crick, Franklin, Wilkins 1961 Discovery of mRNA; Brenner, Jacob & Meseleson 1966 Finished unraveling the code; Nirenberg & Khorana 1972 Recombinant DNA made in vitro; P. Berg 1973 DNA cloned on a plasmid; H. Boyer & S. Cohen 1973 Discovery of reverse transcriptase; H. Temin 1977 Rapid DNA sequencing; F. Sanger & W. Gilbert 1977 Discovery of split genes; Sharp, Roberts et al. 1982 Discovery of ribozymes; T. Cech & S. Altman 1986 Creation of PCR; K. Mullis et al. Human Genome Project; Venter, Collins and many others DNA • 1953 - James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins • 1959 – “Sentral Dogma” – DNARNAprotein • Kromozomlar • Kromozom sayı ve yapıları – Karyotip – n - haploid – 2n – diploid Y • Genom – Bir organizmayı oluşturan genetik materyalin tümü (n) • Genotip – Bir organizmada mevcut allelerin tümü. • Fenotip – Gen anlatımı sonucu oluşur. – Çevre etkileri de fenotip oluşmasında önemlidir. Gen Anlatımı DNA Gen Transkripsiyon RNA (messenger RNA) Translasyon Protein Protein işlevleri organizmanın oluşmasını sağlar. Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon Pigmentasyon geni, koyu allel Pigmentasyon geni, açık allel Transkripsiyon ve translasyon Yüksek işlevli pigmentasyon enzimi Moleküler düzey Düşük işlevli pigmentasyon enzimi Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon Pigmentasyon geni, koyu allel (a) Moleküler düzey Pigmentasyon geni, açık allel Transkripsiyon ve translasyon Yüksek işlevli pigmentasyon Düşük işlevli pigmentasyon enzimi enzimi (b) Hücresel düzey Pigment molekülleri Kanat hücreleri Çok miktarda pigment yapılır. Az miktarda pigment yapılır. Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon Koyu renkli kelebek Organizma düzeyinde Açık renkli kelebek Koyu renkli kelebekler Koyu renkli kelebekler genelde orman bölgelerindedirler. genelde orman Populasyon düzeyinde bölgelerindedirler Cell Kromosom DNA Nukleus Nukleotidler
