Molekulare Tierzüchtung Flashcards
Aufbau der Zelle (Chromosomen, Mitochondrien)
Die eukaryote (tierische) Zelle enthält:
• Zellkern(Nukleus) mit Kernmembran
• Mitochondrien
• Ribosomen
• Endoplasmatisches Retikulum
• Golgiapparat
• Zytoplasma
• Lyosomen, Peroxysomen, Exosomen, u.s. Kompartimente
• Plasmamembran
Zellkern und Mitochondrien enthalten DNA
Eukaryoten enthalten einen Zellkern und andere membrangebundene Kompartimente. Dazu
gehören Pilze, Pflanzen, Tiere.
Nukleus
- enthält die Chromosomen (anpassungsfähig)
- Chromosomen bestehen aus DNA (deoxyribonucleicacid) und Proteinen
- (Metaphasenchromosom bei Teilung dick und klein)
Genom
in Chromosomen
Genom = Gesamtheit des DNA-Gehalts einer Zelle
(Vererbbare Information)
Besteht aus:
-> AUTOSOMEN,
(Autosomen kommen unabhängig vom Geschlecht vor.
Die Anzahl der Autosomen ist in verschiedenen Spezies
unterschiedlich)
(Als Autosomen werden in der Genetik jene Chromosomen bezeichnet, die nicht zu den Geschlechtschromosomen gehören)
-> SEX-CHROMOSOMEN(=>2) und
-> MITOCHONDRIALER DNA
Somatische Zellen
SOMATISCHE ZELLEN,(autosom) die zwei
Genomkopien tragen sind DIPLOID (keine
Geschlechtszellen(
Gameten))
Somatische Zellen entwickeln sich im Laufe des Lebens durch Differenzierung sozusagen in eine Sackgasse, die mit dem Tod dieser Zellen endet.
Veränderungen der Erbinformation somatischer Zellen
haben daher keine Auswirkung auf die folgende
Generation
-> (siehe Mitose = identische Teilung einer
somatischen Zelle in zwei Tochterzellen)
Mitose
Meiose
Meiose 1
Ursachen der genetischen Variabilität
Mendelsche Gesetze
im Skript.
DNA Isolation
- DNA-Isolation
- DNA kann aus allen Zellkern enthaltenden Zellen oder Geweben isoliert
werden. - Einige wenige Zellen reichen aus
Schritte:
1. Zellaufschluss (Lyse) zur Freisetzung der DNA aus der Zelle und dem
Zellkern (Zellmembran wird entfernt)
2. Trennung der DNA von den umgebenen Proteinen (Histonen)
3. Fällen der DNA durch Aussalzen und Ethanol (Hochmolare
Salzlösung/Basenlösung) Proteine denaturieren (denaturierte DNA kann
immer wieder renaturiert werden, Eiweiße nicht)
4.Lösen der DNA
DNA Restriktion
- DNA-Restriktion
- Restriktionsenzyme, genauer Restriktionsendonukleasen (REN), sind
Bakterien-Enzyme, welche DNA an bestimmten Positionen schneiden können. - In der Molekularbiologie/ Biotechnologie werden die REN verwendet, um DNA-Moleküle definiert zu schneiden. Daher werden diese Enzyme auch als
„molekulare Scheren“ bezeichnet. Um Schnittenden wieder zusammenzufügen, werden Ligasen benutzt. - Manche Enzyme schneiden den Doppelstrang glatt durch (blunt ends) des Fragments, andere Enzyme erzeugen ein überhängendes Ende eines Stranges
(sticky end)
-> Nucleinsäuren haben eine negative Nettoladung. Deshalb wandern sie im elektrischen
Feld zur Katode
-> Agarose-Gel-Elektrophorese:
o Ein Plastikgefäß, gefüllt mit geeignetem, Puffer
enthält Gel. Das Gel ist vollständig im Puffer
eingetaucht
o Agarose-Gel enthält einzelne Vertiefungen zum
Auftragen des zu trennenden Gemisches von DNAFragmenten.
o Nach Anlegen des elektr. Feldes wandert die negativ
geladene DANN entsprechend ihres
Molekulargewichtes auf den positiven Pol zu
o Nach Beendigung der Elektrophorese werden die
getrennten DANN Banden eingefärbt. Die DNA
leuchtet im ultravioletten Licht hell auf
DNA Amplifikation
- DNA-Amplifikation
- Als DNA Amplifikation bezeichnet man den in vitro Prozess der
Vermehrung von DNA-Fragmenten mittels DNAPolymerase(
künstlicher Prozess der DNA-Polymerase) - DNA Replikation:
-> Topoisomerase führt Brüche in die DNA ein.
-> Helikase entwindet die DNA,
-> DNA-Polymerase delta synthetisiert kontinuierlich
den komplementären Leitstrang in 5’–>3’ Richtung.
-> Primase produziert am anderen Strang mit einem
RNA-Primer kurze Stücke.
-> Polymerase alpha verlängert diese zu Okazaki-
Fragmenten.
-> Polymerase delta verlängert Okazaki Fragmente.
-> Ligase verknüpft die Fragmente.
DNA Amplifikation mittels PCR
im Skript.
DNA Sequenzierung
- DNA-Sequenzierung
-> Die Reihenfolge der Basen entlang eines DNA-Strangs bezeichnet man als Sequenz.
-> Die genetische Information ist in der exakten Reihenfolge der Basenpaare festgelegt
-> Die DNA Sequenzanalyse ist die genaueste Methode zum Nachweis von Polymorphismen.
-> Die Abfolge der spezifischen Polymorphismen auf einem Chromosom wird als Haplophase
bezeichnet
-> Sequenzen können im sogenannten Alignment miteinander verglichen werden.
-> Sequenzvergleiche über verschiedene Spezies geben Hinweise über konservierte DNASequenz-
Regionen.
Homologie: Vorliegen gleicher Sequenzen
Heterologie: Vorliegen von Sequenz-Varianten
DNA Hybridisierung
- Hybridisierung
- Die Hybridisierungstechnik dient zum Nachweis der
strukturellen Verwandtschaft von Nukleinsäuren wie
auch zur Isolierung spezifischer Nukleinsäuresequenzen aus einem Gemisch. - Die Hybridisierung bezeichnet einen für
molekulargenetische Techniken bedeutsamen Vorgang,
bei dem sich an einem Einzelstrang einer DNA oder
einer RNA ein mehr oder weniger vollständig
komplementärer DNA-‐ bzw. RNA-‐Einzelstrang
anlagert, indem Wasserstoffbrückenbindungen
zwischen den jeweils komplementären Nukleinbasen
ausgebildet werden. - Experimentell können DNA-Doppelstränge durch chemische Einwirkung (z.B. Alkali, Formamid oder Harnstoff) oder durch Erhitzen voneinander getrennt
werden (Denaturierung).
-> Durch Hitze öffnen sich Doppelbindungen
-> Kühlung = Renaturierung
-> 90° Eiweißdenaturierung
- Beim Abkühlen können sich komplementäre Nucleinsäure-Stränge wieder zum
doppelsträngigen Molekül vereinigen (Renaturierung oder Hybridisierung).
- Dieses Prinzip nutzt man, um die Anwesenheit bestimmter Nucleinsäure-Sequenzen durch
Hybridisierung mit markierten komplementären Sequenzen (Sonden) nachzuweisen.
MAS= Marker gestützte Selektion (Marker Assisted Selektion)
Die Marker-gestützte Selektion nutzt genetische Information auf DNA-Ebene.
Vorteile:
• exakte Befunde auch bei geringer Heritabilität (Grad der Erblichkeit: hoch=wird vererbt z.B.
Exterieur, niedrig=Fruchtbarkeit)wie z.B. Fruchtbarkeit
• sichere Erkennung rezessiver Anlagenträger
• Diagnose unabhängig von der Merkmalsausprägung, d.h. unabhängig vom Alter vor der
Ausprägung des Merkmals
z. B. am Embryo unabhängig vom Geschlecht
z. B. Veranlagung für Milchleistung beim Bullen
Nutzen: Verbesserung der Leistung innerhalb einer Population durch
Erhöhung der Selektionsintensität
Verkürzung des Generationsintervalls
Erhöhung der Genauigkeit
Schritte, die notwendig sind, um genomische Informationen in der Zucht zu nutzen:
• Identifizierung merkmalsbeeinflussender Loci (quantitative trait loci = QTL) oder des einem
Merkmal unterliegenden Gens
• Überprüfung des Zusammenhangs zwischen QTL-gekoppeltem Markergenotyp oder -
Allelvariante und Merkmalsausprägung
• Züchterische Nutzung der direkten Gen-Information (Gentest) oder der QTL-Information oder
Assoziationsanalyse über eng gekoppelte genetische Marker (LD-Marker).
Anwendung von Marker-Information in der Tierzucht (Rinderzucht)
im Skript.
Anwendungsziele biotechnischer Verfahren
Mit dem Einsatz biotechnischer Verfahren werden verschiedene, oft konträre Anwendungsziele
angestrebt. Der Einsatz von direkten oder indirekten Gentests kann in Zuchtprogrammen folgende
Beiträge liefern:
- Verkürzung des Generationsintervalls durch Selektion von Tieren, bevor die wirtschaftlich wichtigen Leistungen erkennbar sind (z.B. Merkmalsmessung oder Genotypisierung an Embryonen oder Jungtieren.
- Erhöhung der Selektionsintensität durch Auswahl weniger Elterntiere, mit denen dann viele Nachkommen erstellt werden (z.B. mit Hilfe der Künstlichen Besamung oder des Embryotransfers).
- Bevorzugte und umfassende Nutzung genotypisch überlegener Individuen in der Produktionsstufe (z.B. mit Hilfe der Künstlichen Besamung).
- Erweiterung der Genmigration (z.B. Gentransfer über die Speziesgrenze hinweg, Einsatz konservierter Embryonen und Spermaportionen in anderen Regionen).
- Nachweis und Minimierung von nachteiligen Effekten auf die Tiere (z.B. Analyse von Genen mit Wirkung auf die Krankheits- und Stressresistenz).
- Überprüfung und Sicherung der genetischen Zusammensetzung von Tierpopulationen (z.B. Kontrollen mit Hilfe von DNA-Varianten, Lagerung von Rassenmaterial als Embryonen oder Gameten).
- Kontrolle der genetischen Verwandtschaft von Tieren z.B. Elternschaftskontrollen durch Einsatz von Markerloci, Inzuchtkontrolle).
- Erhöhung der Selektionsgenauigkeit durch direkten Nachweis vorteilhafter Genvarianten (z.B. Zucht auf eine Genvariante des Ryanodin-Rezeptor-Gens beim Schwein, welche zur besseren Stressresistenz führt)
- Spezifische Erfassung der erblichen Veranlagung für die Ausprägung einzelner Merkmale (z.B. durch Gendiagnose oder Erfassung biochemisch-physiologischer Kriterien
