1.7 Avanserte arvemønstre

Når Mendel ikke holder hele veien

Mendels lover er fundamentet i genetikken, men de beskriver et idealtilfelle: ett gen, to alleler, fullstendig dominans. Virkeligheten er ofte mer fargerik. Noen ganger gir heterozygoten en mellomting mellom foreldrene, andre ganger viser den begge egenskapene samtidig. Mange gener har flere enn to alleler i en befolkning, og noen egenskaper styres av mange gener i samspill.

I dette kapittelet skal du møte arvemønstre som bryter med de enkle reglene: ufullstendig dominans og kodominans, multiple alleler som i blodtypesystemet, kjønnsbundet arv, samt polygeni, pleiotropi og epistasi. Til slutt ser vi på hvordan gener som ligger nær hverandre på samme kromosom kan brukes til å lage genetiske kart.

Ufullstendig dominans og kodominans

Ved ufullstendig dominans har heterozygoten en mellomfenotype. Et klassisk eksempel er underblomsten Mirabilis jalapa: røde blomster (C^R C^R) krysset med hvite (C^W C^W) gir rosa blomster (C^R C^W). Krysser man to rosa, blir resultatet 1 rød : 2 rosa : 1 hvit – altså et fenotypisk forhold på 1:2:1, ikke 3:1. Her er det genotypiske og fenotypiske forholdet identisk, fordi heterozygoten har sin egen distinkte fenotype.

Ved kodominans uttrykkes derimot begge allelene fullt ut samtidig – det er ingen blanding, men begge produktene er synlige. MN-blodtypesystemet er et rent eksempel: genotypen L^M L^N gir blodtype MN, der både M- og N-antigenet finnes side om side. Forskjellen er altså viktig: ufullstendig dominans gir en blanding (rosa er mellom rødt og hvitt), mens kodominans viser begge fenotypene samtidig (MN er både M og N).

Multiple alleler og blodtyper

Selv om hvert individ bare har to alleler for et gen, kan det finnes mer enn to alleler i en befolkning. Det beste eksemplet er AB0-blodtypesystemet, som styres av ett gen med tre alleler: I^A, I^B og i. Her møter vi to mønstre samtidig: I^A og I^B er kodominante med hverandre, mens begge er dominante over det recessive i.

Dette gir fire blodtyper. Genotypene I^A I^A og I^A i gir blodtype A (med A-antigen og anti-B-antistoffer). I^B I^B og I^B i gir blodtype B. I^A I^B gir AB (begge antigener, ingen antistoffer), og ii gir O (ingen antigener, men begge antistoffer). Dette har praktisk betydning ved blodoverføring: blodtype O er universell donor (ingen A/B-antigener å reagere mot), mens AB er universell mottaker (ingen antistoffer som angriper donorblodet). Feil blodtype kan gi en farlig hemolytisk transfusjonsreaksjon. Et lærerikt poeng: to foreldre med blodtype A og B kan godt få et barn med blodtype O – hvis begge er heterozygote bærere av i-allelet.

Kjønnsbundet arv

Hos mennesker bestemmes kjønn av kjønnskromosomene: kvinner er XX, menn er XY. X-kromosomet er stort med rundt 800 gener, mens Y er lite med rundt 50 gener – inkludert SRY-genet som styrer mannlig utvikling. Fordi menn bare har ett X-kromosom, arves gener på X annerledes.

De fleste kjønnsbundne sykdommer er X-bundet recessive. En mann trenger bare én kopi av det recessive allelet for å bli rammet, fordi han er hemizygot – han har bare det ene X-et. En kvinne må derimot ha mutasjon på begge X-kromosomene. Derfor rammer disse tilstandene langt oftere menn, mens kvinner kan være friske bærere (X^A X^a). Et tydelig kjennetegn er at det aldri finnes far-til-sønn-overføring, siden faren gir Y, ikke X, til sønnene sine – men alle døtre av en rammet far blir bærere. Kjente eksempler er hemofili A, rød-grønn fargeblindhet og Duchenne muskeldystrofi. Når vi analyserer en stamtavle, spør vi blant annet: rammes flere menn enn kvinner, mangler far-til-sønn-overføring, og blir alle døtre av rammede menn bærere? Da peker det mot X-bundet recessiv arv.

Polygeni, pleiotropi og epistasi

Tre begreper beskriver mer kompliserte forhold mellom gener og egenskaper. Polygeni betyr at én egenskap styres av mange gener, noe som gir en kontinuerlig variasjon i stedet for de diskrete typene Mendel så. Hudfarge, høyde og BMI er eksempler – de følger ofte en normalfordeling (bjellekurve) i befolkningen.

Pleiotropi er det motsatte: ett gen påvirker mange egenskaper. Sigdcelleanemi illustrerer dette godt – én mutasjon i β-globingenet påvirker blodcellenes form, oksygentransporten, faren for blodpropp, miltfunksjonen, og til og med motstanden mot malaria hos heterozygote.

Epistasi handler om at ett gen maskerer eller endrer uttrykket av et annet. Et fint eksempel er pelsfarge hos Labrador retriever: gen E styrer om pigment i det hele tatt avsettes (ee gir gul uansett), mens gen B styrer om fargen blir sort eller sjokolade. Når ee er til stede, spiller B ingen rolle – genet E er epistatisk over B. Krysningen BbEe × BbEe gir derfor forholdet 9 sort : 3 sjokolade : 4 gul, ikke det vanlige 9:3:3:1.

Kobling og rekombinasjon

Mendels 2. lov gjelder bare gener på ulike kromosomer. Gener som ligger på samme kromosom er koblet og arves ofte sammen. Hvis de to dominante allelene ligger på samme kromosom, kalles det cis-kobling (AB/ab); ligger ett dominant og ett recessivt sammen, er det trans-kobling (Ab/aB).

Men koblingen er ikke absolutt. Under meiose I kan homologe kromosomer utveksle segmenter gjennom overkrysning (crossing over), og dette lager rekombinante gameter med nye allelkombinasjoner. Hvor ofte dette skjer mellom to gener, kalles rekombinasjonsfrekvensen (RF): $\displaystyle RF = \frac{\text{antall rekombinante avkom}}{\text{totalt antall avkom}} \times 100\%$. Jo lengre fra hverandre to gener ligger, desto større er sjansen for overkrysning mellom dem. Er RF rundt 50 %, oppfører genene seg som ukoblede; er RF under 50 %, er de koblet; er RF nær 0 %, er de tett koblet. Dette gjør RF til et mål på avstand: 1 % rekombinasjonsfrekvens tilsvarer 1 centiMorgan (cM). Ligger to gener 12 cM fra hverandre, er 88 % av gametene parentale og 12 % rekombinante – og slik kan vi tegne genetiske kart over kromosomene.

Oppsummering

Mange arvemønstre avviker fra enkel mendelisk arv. Ved ufullstendig dominans har heterozygoten en mellomfenotype (forhold 1:2:1), mens kodominans viser begge allelene fullt ut (blodtype AB/MN). Multiple alleler finnes i AB0-systemet (I^A, I^B kodominante, dominante over i), der O er universell donor og AB universell mottaker.

Kjønnsbundet arv er ofte X-bundet recessiv: rammer oftest menn (hemizygote), ingen far-til-sønn-overføring, bærerkvinner overfører til halvparten av sønnene. Polygeni er mange gener for én egenskap (kontinuerlig variasjon), pleiotropi er ett gen for mange egenskaper (sigdcelleanemi), og epistasi er at ett gen maskerer et annet (pelsfarge hos Labrador). Til slutt: gener på samme kromosom er koblet, men overkrysning lager rekombinante gameter, og rekombinasjonsfrekvensen (1 % = 1 cM) brukes til genetisk kartlegging.