Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Drosophila melonagaster Genetiği

---

Drosophila melonagaster ya da meyve sineği olgunlaşmamış ya da çürümüş meyvelerin etrafında bulunan küçük model organizmalardır. Bu küçük organizma genetiğin temel mekanizmalarının açıklanmasında yaygın olarak kullanılır. Thomas Hunt Morgan 1909’da yaptığı deneylerde sinekler arasındaki cinsiyet aktarımını ve rekombinasyon mekanizmasını açıklamıştır. Morgan laboratuvarında Kalıtım Kromozom Teorisi’ni D.melonagaster ile oluşturmuştur. Günümüzde hücre ve gelişimsel biyoloji, nörobiyoloji ve davranış, moleküler biyoloji, evrimsel ve popülasyon genetiği ve diğer alanlarda kullanılan temel organizmadır. D.melonagaster tüm genomu bilinen birkaç organizmadan biridir ve birçok geni tanımlanmıştır. D.melonagaster ‘ın yaygın olarak kullanılmasının birçok nedeni vardır: laboratuvar ortamında yaşamı kolay kontrol edilebilir, küçük boyutlu olduğundan dolayı muhafazası ve üretilmesi kolaydır, generasyın oluşturma süreci kısa olup etüvde 25℃’ de kolaylıkla çoğalabilir, diğer organizmalara göre az kromozom içerir (2n=8), kontrollü çaprazlama yapılması ve döllerin oluşumun takibi kolaydır, birçok mutant tipi elde edilebilir, dimorfik yapılıdırlar, insan genomuyla birçok ortolog gen içerir.

    D. melanogaster ve ilgili türlerin model sistemler olarak kullanılmasının önemli bir avantajı, özellikle genetik çaprazlamalarda çok sayıdaki neslin hızlı üretimine olanak sağlayan kısa ömürleridir. D. melanogaster'da, döllenmiş bir yumurtanın ergin hale gelişim süreci, ∼25°C'de 9–10 gün içinde gerçekleşir. Döllenmenin ardından, embriyogenez ∼24 saatte tamamlanır, ardından her aşama geçişinde bir kabuk değişimi olayıyla üç larva evresi (birinci, ikinci ve üçüncü instar olarak adlandırılır) takip edilir. İlk iki bölüm her biri ortalama 1 gündür, üçüncü instar ise genellikle 2 gün gerektirir. Böylece, döllenmeden 5 gün sonra larva gelişimi tamamlanır ve hayvanlar dış larva kütikülünden oluşan sert, koruyucu kitin tabanlı bir pupa (veya puparium) içinde metamorfoza uğrarlar. Steroid hormonu ekdison, Drosophila metamorfozunda merkezi bir role sahiptir ve gen ekspresyonu ile larvadan yetişkin sinek yapısına geçişini yönlendirir. Sinek, 4-5 gün boyunca pupa formunda kalır, bu sırada çoğu larva dokuları parçalanır ve larvalarda bulunan 19 hayali diskten (Imaginal disk) birçok yetişkin yapı gelişir. Imaginal diskler, embriyonik ve larva aşamaları sırasında gelişen ve daha sonra pupa evrelerinde yetişkin yapılarının çoğunun oluşumuna yol açan dokuya özgü progenitör hücrelerin bir araya getirilmesiyle oluşur. Pupadan çıkan ergin sinekler ∼8-12 saat içinde cinsel olarak olgunlaşır.

Şekil 1: D. melanogaster yaşam döngüsü.

Doğal ortamında meyve sinekleri olgun veya çürüyen meyve içindeki maya, bakteri ve bitki maddesini yiyerak beslenir.Laboratuvar ortamında mısır unu, şeker, bira mayası, agar distille su ve asit karışımının bulunduğu beseyerinden beslenir. Pupa ve larva formunda bulunan sinekler besiyerine yakın olarak şişede bulunurken olgunlaşan sinekler besiyerinde uzaklaşma eğilimindedirler. Şişede gelişen ergin bireylerin yaşamlarının devamının sağlanması için sinekler belirli periyotlarla yeni besiyerine aktarılmalıdır (1,2,3).

Dört çift kromozoma sahip olan Drosophila melanogater’in genomu 180 Mb’dir. Genomunun %67’si spesifik sekans, %3’ü rRNA - 5S RNA, %21 tekrarlı bölgeler ve % 9’u transpozonlardan oluşmuştur. Tüm genomun yaklaşık üçte ikisi ökromatin, geri kalanı ise heterokromatindir. Ökromatin bölgenin %98’i protein kodlayan genlerden oluşmaktadır. Heterokromatin bölge ise basit tekrarlı dizilerden oluşur (3). 2001 yılında DNA sekansı tamamlanan meyve sineğinin 165 milyon baz çiftine ve yaklaşık olarak 14.000 gene sahiptir. Drosophila’nın hücreleri diploid yapıda 8 kromozom içerir. Bu kromozom yapılarından 3 tanesi otozomal 1 tanesi gonozomaldır. Dişilerde 2 tane çubuk şeklinde X kromozomu, erkek sineklerde 1 X kromozomu ve 1 de ters J şeklinde Y kromozomu bulunur. Bu nedenle erkek bireyin X kromozomunda meydana gelen mutasyonlar direkt olarak fenotipe etki eder. Dişilerdeki gibi heterozigot olma olasılığı yoktur. Bu kromozomların yano sıra hücresel aktivitenin fazla olduğu Droshophila larvalarının tükürük bezinde, orta barsakta, malpighi tübüllerine; bazı bitkilerin antipod ve endosperm hücrelerinde dev (politen) kromozomlar bulunur. Politen kromozomlar, DNA replikasyonu sonrasında kardeş kromotidlerin birbirinden ayrılmamasıyla oluşan onlarca kopya bulunduran özel bir kromozom tipidir (5).

Ergin meyve sineklerinde fenotipik olarak cinsiyetin belirlenmesi için birkaç özelliğe bakılmalıdır. Bunlar eşey tarağı, genital organ ve abdominal renklenme, abdomenin şekil, vücut büyüklüğü ve kanat uzunluğudur. Stereo mikroskop altında erkek sineklerin birinci çift yürüme bacaklarının Tarsus segmentinin bazal tarafında siyah ve kalın bir seri kıldan meydana gelmiş "eşey tarağı" (sex comb) denilen yapılara sahip olduğu gözlenir. Dişilerde bu yapı bulunmaz. Deneysel çaprazlamalar için erkek ve dişi bireyleri seçerken bu özelliğin kullanılması (özellikle pupadan yeni çıkmış sineklerde) en güvenilir yoldur.  

Genital organın dış yapısı her iki cinsiyette birbirinden farklıdır. Fakat bu farklılıklar sadece mikroskopta 25 ya da daha fazla kez büyültme sonucu gözlenebilir. Genel olarak erkeğin genital organı daha koyu yapıya sahiptir.

Dişiler karın bölgesinde 7 abdomen segmentine sahiptir. Erkeklerde ise sadece 5 abdomen segmenti vardır. Erkek sineklerde abdomenin son kısmı siyahtır, çünkü son segmentlerde güçlü bir şekilde pigment birikimi olur ve böylece siyah bir bölge oluşur. Dişi sineklerde ise abdomen segmentleri açık ve koyu bantlar halinde uç kısma kadar uzanır. Bu özellikler, özellikle pupadan yeni çıkmış bireylerin eşey ayrımı için uygun değildir. Çünkü bireylerde pigmentasyon henüz tam olarak gelişmemiştir. Ayrıca bayıltılmış erkek sineklerin abdomenleri uzar ve bu da abdomenin dişilerinkine benzer olarak çizgili görünmesine neden olabilir. Erkek sineklerin abdomen ucu küttür oysa dişilerinki uzundur. Ayrıca dişilerin yaşlanması ve devamlı yumurta gelişimi dolayısıyla abdomen geniştir.

Genel olarak dişiler erkeklere göre daha büyüktür. Fakat ergin sineklerin vücut büyüklüğü larva dönem boyunca beslenme durumlarına bağlı olduğundan, güvenilir bir kriter değildir. Dişilerin kanatları erkeklerinkine oranla daha uzundur. Fakat bu özellik de eşey ayırımı için uygun değildir (1,4). 

Drosophila melonogaster’ın farklı özellikler açısından birçok mutant tipi vardır. Örneğin kanatlarına göre kısa kanatlı, normal kanatlı, kıvrımlı kanatlı; vücud rengine göre normal, yarı, siyahi sinekler, göz rengine göre beyaz, kırmızı, normal sinekler bulunur.

Drosophila’daki kırmızı göz rengi, doğal populasyonlarda en yaygın bulunan fenotiptir. Bu nedenle bu fenotipe sahip bireylere yabanıl tip denir. Mutant tipler, yabanıl tip allellerdeki değişiklik ya da mutasyondan kaynaklandıkları varsayılan alleller sayesinde ortaya çıkarlar.

Morgan, beyaz gözlü erkek sineği keşfettikten sonra onu kırmızı gözlü dişi ile çiftleştirerek ilk mutant sineği elde etti. Elde edilen F1 dölü tamamen kırmızı gözlü idi (kırmızı göz beyaz göze baskındır). F1 sineklerini kendi aralarında çaprazladığında oluşan döllerden 3:1 oranını elde etti. Beyaz gözlülük sadece erkeklerde görülür.  F2 dişilerinin tümü kırmızı gözlü iken, erkeklerin yarısı kırmızı yarısı beyaz gözlüydü. Morgan, beyaz renkten sorumlu allelin sadece X kromozomu üzerinde bulunduğunu tespit etti. Y kromozomu üzerinde buna karşılık gelecek göz rengi alleli yoktur.Bu nedenle sineğin göz rengi, eşeysel olarak aktarıldığı sonucu çıkarılabilir (6).

Bir gen çifti bakımından farklılık gösteren bireyler arasındaki çaprazlamaya monohibrit çaprazlama denir. Tüm yavrular, bu gen için bir baskın ve bir resesif aleli içerir. Bu yavrular arasındaki geçiş, dominant: resesif fenotiplerin takip eden oluşumunda bir karakteristik 3: 1 oranını verir. Test çaprazlaması, dominant fenotipli fakat genotipi bilinmeyen organizmanın homozigot resesif bireyle çaprazlanarak genotipinin belirlenmesi amacıyla yapılır. Monohibrit çapraz sonucu elde edilen ve fenotipik olarak benzer olan heterozigot F1 döllerinin genotipik yapısı gösterilir. İki gen çifti bakımından farklılık gösteren bireyler arasındaki çaprazlamaya dihibrit çaprazlama denir. Mendel'in bağımsız dağılım prensibine göre; gamet oluşumu sırasında farklı genlere ait alellerin bir araya gelmeleri birbirinden bağımsızdır ve rastlantıya bağlıdır. Bu kural eğer genler birbirine bağlı genler değilse geçerlidir. Buna göre, dihibrit çaprazlama, ayrı kromozomlarda yer alan iki gen çiftinin döllere aktarılmasında birbirleri ile nasıl bir ilişki içinde olduklarını açıklayan bağımsız dağılım prensibine dayanır.

Ki kare testi deneysel olarak elde edilen verilerin beklenen verilerle ne ölçüde uyuştuğunun belirlenmesi için uygulanan bir yöntemdir. Uygulanan bilimsel yöntemin doğruluğunun saptanması için kullanılır. Ki kare değeri belirli bir formül uygulanmasıyla elde edilir. Bu formül : ‘dür. Elde edilen ki kare değerlerinin yorumlanabilmesi için serbestlik derecesi denilen df değerinin hesaplanması gereklidir. df değeri tüm veri sayısından 1 eksiktir. df değeri hesaplandıktan sonra ki kare değerine o df değer için denk gelen olasılık (p) değeri ki kare tablosundan bulunur. P değeri için bir standart belirlenir ve buna göre sıfır hipotezi reddedilir veya kabul edilir (7).

 

Düzenleyen: Merve Gül TURAN

Kaynaklar:

 

1. Ebrahimi A (2018). Drosophila melonogaster Genetik Laboratuvar Föyü, Haliç Üniversitesi ,İstanbul.
2. http://www.genetics.org/content/201/3/815#sec-4  (Erişim Tarihi:23.05.2018)
3. http://muhaz.org/t-c-erzurum-teknik-universitesi-molekuler-biyoloji-ve-genetik.html  (Erişim Tarihi:23.05.2018)
4. http://www.poultry.msstate.edu/pdf/courses/po3103/fly3.pdf (Erişim Tarihi:23.05.2018)
5. Ebrahimi A(2018).  Drosophila melanogaster’de Politen Kromozomlar.’de Politen Kromozomlar Genetik Laboratuarı Ders Föyü, Haliç Üniversitesi ,İstanbul.
6. http://www.google.com.tr/url?url=http://www.exploratorium.edu/files/exhibits/mutant_flies/mutant_flies.html&rct=j&frm=1&q=&esrc=s&sa=U&ved=0ahUKEwjr6ZSOjp3bAhVH3iwKHfEJAjMQFggeMAE&usg=AOvVaw2ElkGyS4woiE42x3bF9XyI  (Erişim Tarihi:23.05.2018)
7. http://kisi.deu.edu.tr//asli.memisoglu/Genetik/3-Mendel%20geneti%C4%9Fi.pdf  (Erişim Tarihi:23.05.2018)

 

---