Genetika chování nature vs. nurture Metodologie studia genetiky chování 1. Studium vyselektovaných nebo inbredních kmenů 2. Úspěšnost selekce v populaci 3. Studium jednotlivých genů Aplysia Drosophila melanogaster Caenorhabditis elegans Rattus norvegicus Mus musculus Spotřeba alkoholu u čtyř inbredních kmenů myší (pokus D. A. Rogers a G. E. McClearn, 1962) Kmen týden podíl absolutního průměr alkoholu v celkové tekutině 1 0,085 C57BL 2 0,093 9,4% 3 0,104 alkoholu 1 0,065 C3H/2 2 0,066 6,9% 3 0,075 alkoholu 1 0,024 BALB/c 2 0,019 2,0% 3 0,018 alkoholu 1 0,021 A/3 2 0,016 1,7% 3 0,015 alkoholu Pokus s myšmi v otevřeném prostoru ( ,,open-field experiment") Papio anubis a Papio hamadryas Testování krys ve vodě Krysy - učenlivost orientace v bludišti E.C. Tolman, 1924 R.C. Tryon, 1942 ,,Chytré" a ,,hloupé" krysy chované v různém prostředí - výsledky testů v bludišti deprivace nomální obohacené prostředí chytré hloupé chyby v pokusu Schematické znázornění bludiště použitého při studiu geotaxe u drozofily Selekce na pozitivní a negativní geotaxi u drozofily x neselektovaná markerová linie selektovaná linie B Cy Sb B Pm Ubx : : : F1 B Cy Sb B Cy Sb B Pm Sb B Pm Ubx x B Cy B Cy Sb B Sb Cy Sb B Cy Sb zpětné křížení Schéma křížení drozofily pro lokalizaci genů zodpovědných za geotaxi Hygienické chování včel W. Rothenbuhler, 1964 P diploidní hygienická královna x haploidní nehygienický trubec uu rr u+ r+ F1 diploidní potomstvo - všichni nehyg. u+u r+r F1 neoplozená vajíčka haploidní trubci dělnice chování u r uu rr hygienické u r+ zpětné křížení uu r+r odvíčkují u+ r s hyg. matkami u+u rr (odstraní larvy) u+ r+ uu rr u+u r+r nehygienické ekvivalentní gametám hybridních matek F1 Cirkadiánní rytmické chování u drozofily Drozofila ­ cirkadiánní rytmy při vykuklování Drozofila ­ ultradiánní rytmy - námluvy Fáze námluv u samečků drozofily standardního typu a mutanta se žlutým tělem Drozofila ­ typická ,,píseň lásky" v průběhu námluv Metoda attached X používaná k detekci mutací u drozofily X EMS Mutace: X - period (per0, perS, perL) A ­ timeless (tim), clock (clk), cycle (cyc), double-time (dbt) Změna chování v péči o potomstvo u myši - - mutace v genu fosB Typická péče myší samičky o potomstvo Mutantní samička fosB nejeví zájem o mláďata krátce po vylíhnutí a ta krátce po vylíhnutí umírají Vliv mutace v jednom genu na chování člověka Fenylketonurie (PKU) AR ­ 1: 10.000 Evropané 1: 16.500 Asiaté fenylalanin tyrozin jaterní enzym fenylalanin hydroxyláza (PAH) Odvozené metabolity ­ abnormální myelinace nervových buněk Lesh ­ Nyhanův syndrom (LNS) XR mutace v genu pro tvorbu enzymu HGPRT pro metabolismus purinu Huntingtonova choroba (HD) AD Caudate nucleus Putamen V označených oblastech mozku postupná ztráta neuronů Rodokmen holandské rodiny, v níž se vyskytli mimořádně agresivní muži gen pro MAOA (monoaminoxidázu A) CAG (glutamin) bodová mutace TAG (terminační kodon) Metoda konkordance dvojčat heritabilita = KMZ - KDZ / 100 - KDZ Monozygotní Dizygotní Nepříbuzní dvojčata dvojčata jedinci vychovávaná vychovávaná vychovávaní společně odděleně společně odděleně společně r = H2 + C2 r = H2 r = (1/2)H2+C2 r = (1/2)H2 r = C2 r = korelační koeficient H2 = dědivost v širším slova smyslu C2 = vliv prostředí T = + g + e T ... kvantit. měřítko znaku ... průměrná hodnota znaku g ...odchylka od prům. podmíněná geny e... odchylka od prům. podm. prostředím Metoda korelace dvojčat Korelační koeficienty pro hodnoty testů IQ u monozygotních a dizygotních dvojčat vychovávaných společně a odděleně Pramen MZS MZO DZS DZO Newman et al. 1937 0,71 Juel-Nielsen 1980 0,69 Shields 1962 0,75 Bouchard et al. 1990 0,83 0,75 Pedersen et al. 1992 0,80 0,78 0,22 0,32 Newman et al. 1998 0,47 Průměr 0,82 0,75 0,22 0,38 Dle: Bouchard, T.J. 1998 Genetická determinace pohlaví ˇGonadální pohlaví ­ biologické pohlaví Šomatické pohlaví ­ biologické pohlaví ˇPohlavní identifikace ­ transsexualismus (x transvestitismus) ˇPohlavní orientace - heterosexualita homosexualita (1-5%, 2-10%, 4%) bisexualita Nepravidelný crossing-over u pohlavních chromozomů muže (1/10.000 meióz) PAR = pseudoautozomální oblast TDF = ,,testis determining factor" na chromozomu Y v blízkosti PAR Výzkum genetické podmíněnosti homosexuality VÝZKUM SEXUÁLNÍ ORIENTACE U DVOJČAT muži MZ DZ Bratr Konkordance >50% 24% 13% 57% 24% - celkem 161 HOS mužů 52% 22% 11%* * adoptovaný bratr Ženy >50% 16% 13% 50% 13% - Výzkum genetické podmíněnosti homosexuality FAMILIÁLNÍ VÝSKYT SEXUÁLNÍ ORIENTACE Muži HOS muži mají ve svém příbuzenstvu více HOS mužů než v jiných rodinách a než je četnost v populaci ˇ asi 25% bratrů HOS mužů bylo také HOS ˇ asi 7 až 10% ˇ 4 krát více ˇ 13,5% Ženy HOS ženy mají signifikantně vyšší podíl HOS sester (ale ne bratrů) Hamer, D.H., et al. Science 261:321-327, 1993 Samečci drozofily homozygotní v genu fruitless (fru) Úloha genu fru v determinaci pohlaví u drozofily