Aufgaben 133 Bio- und Gentechnik Mit dieser Art der Sequenzierung kann man auch den Verwandtschaftsgrad von Arten sehr genau bestimmen, indem man die Basenabfolge einzelner Gene oder sogar ganzer Genome vergleicht: je näher verwandt, desto ähnlicher die Basensequenz. Dabei benötigt man die Hilfe von Computerprogrammen. Sie vergleichen die Ähnlichkeit der DNA-Abschnitte und berechnen daraus Phylogramme1. Das sind Diagramme, die zeigen, wie nahe einzelne Arten verwandt sind: Je weiter die Strecke (Summe aller waagrechten Linien in Abb. 7) von einer Art zu einer anderen ist, desto unterschiedlicher ist die untersuchte DNA und desto entfernter sind die beiden Arten verwandt (kAbb. 7). Phylogramme sind damit eine Grundlage für evolutionäre Annahmen (siehe S. 82 und 100). 1 Phylogramm: Darstellung der Stammesgeschichte, bei der die untersuchten Taxa (Arten, Populationen, Ordnungen etc.) so angeordnet sind, dass erstens die Aufspaltung aus den jeweiligen gemeinsamen Vorfahren, zweitens die Anzahl der Unterschiede bei den analysierten Merkmalen gezeigt wird. Abb.7: Teil eines Phylogramms von Menschenaffen aufgrund des Vergleichs mitochondrialer Genome. Die aufsummierte Länge der waagerechten Linien zwischen zwei Arten (roter Kasten) zeigt an, wie viele Mutationen sie voneinander unterscheiden. Links unten: „Maßstab“ (eine Mutation bei zehn Basen). Die Genome sind ca. 16 000 Basen lang. Mensch und Neandertaler unterscheiden sich in ihrer mitochondrialen DNA bei ca. 430 Basen = ungefähr 3 %. 0,1 Mutationen pro Base Nomascus leucogenys Symphalangus syndactylus Hylobates pileatus Hylobates lar Hylobates agilis Pongo abelii Pongo pygmaeus Gorilla gorilla Pan paniscus Pan troglodytes Homo sapiens Homo neanderthalensis Untitled Page Exported from Pencil - Fri Oct 18 2019 15:15:33 GMT+0200 (Mitteleuropäische Sommerzeit) - Page 1 of 1 Die Analyse von DNA-Sequenzen ist eine Grundlage für evolutionäre Annahmen Variabilität, Verwandtschaft, Geschichte und Evolution Die Ähnlichkeit der Basenabfolge einzelner Gene oder des gesamten Genoms zeigt an, wie nahe oder entfernt verwandt die untersuchten taxonomischen Gruppen (zB Arten) sind. Unterschiede kommen durch Mutationen zustande. Sequenzvergleiche erlauben Rückschlüsse auf die Verwandtschaft von Arten Lage und Funktion von Genen lassen sich in Genkarten einzeichnen Ganz ohne Kenntnis von Basensequenzen gelang es schon dem amerikanischen Genetiker Thomas Morgan, die Gene der Taufliege zu kartieren, also ihre jeweilige Lage zueinander zu bestimmen (siehe S. 46–48). Morgan beobachtete, welche Merkmale gemeinsam auftreten und wie häufig diese Kopplung durch Crossing-over bei der Meiose gebrochen wird. Gene von gekoppelten Merkmalen liegen auf dem gleichen Chromosom und werden umso seltener voneinander getrennt, je näher sie beieinanderliegen. Das ist nicht nur von wissenschaftlichem Interesse, sondern zB auch bedeutsam für das Verständnis von Krankheiten. Tritt zB eine Krankheit häufig zusammen mit einer bestimmten Basensequenz-Variante auf, liegt die Mutation für diese Krankheit wahrscheinlich in der Nähe dieser Basensequenz. Charakteristische Basensequenzen mit bekannter Position im Genom bezeichnet man als Marker. Dazu gehören die bereits erwähnten Mikrosatelliten. Zusätzlich werden DNA-Abschnitte mit Punkt- mutationen, bei denen nur eine einzige Base ausgetauscht ist, als Marker genutzt. Solche SNPs (engl. single nucleotid polymorphisms, gesprochen „snips“) lassen sich durch vergleichende Sequenzanalysen aufspüren. Man entdeckt sie zum Teil aber bereits, wenn man DNA mit Restriktionsenzymen behandelt (siehe S. 137). Das sind molekulare Scheren, die die DNA immer an einer bestimmten Basensequenz schneiden. Eine Punktmutation kann einen Schnitt verhindern oder ermöglichen. So entstehen DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge, die sich mittels Gel-Elektrophorese trennen lassen. Dieser Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismus (RFLP) liefert daher ebenso Hinweise auf Kopplung mit einem Merkmal. Gene von gekoppelten Merkmalen liegen auf dem gleichen Chromosom und werden umso seltener voneinander getrennt, je näher sie beieinanderliegen 1 W/E Finde die Formel, mit deren Hilfe die Anzahl möglicher Paarungen bei einem Mikrosatelliten berechnet werden kann. Nutze dazu die Angaben zu D7S820 auf Seite 131. 2 W Recherchiere die wissenschaftlichen Artnamen vom Nördlichen Weißwangen-Schopf-Gibbon, Schwarzhand-Gibbon, Westlichen Gorilla, Zwergschimpansen und Menschen. Sortiere die Affenarten mit Hilfe von Abbildung 7 nach ihrem Verwandtschaftsgrad zum Menschen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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