ΘΕΜΑ Α

Α1 α

Α2 γ

Α3 δ

Α4 β

Α5 γ

ΘΕΜΑ Β

Β1.

1- Α

2 – Γ

3 – Β

4 – Α

5 – Γ

6 – Β

7 – Α

Β2.

Σε έμβρυο: μόνο με μοριακή ανάλυση, δηλαδή κλωνοποίηση (με PCR) της γενετικής θέσης που περιέχει το γονίδιο β, και εντοπισμός του μεταλλαγμένου αλληλόμορφου βς.

Σε νεογέννητο /  ενήλικο: α. μοριακή ανάλυση (όπως πριν), β. βιοχημική ανάλυση αιμοσφαιρινών και εντοπισμός της αιμοσφαιρίνης HbS από τα ερυθρά αιμοσφαίρια και γ. δοκιμασία δρεπάνωσης (σε τεχνητές  συνθήκες έλλειψης οξυγόνου, μελέτη μορφολογίας ερυθρών αιμοσφαιρίων που αποκτούν το χαρακτηριστικό δρεπανοειδές σχήμα).

Να σημειωθεί ότι για τον μοριακό έλεγχο απαιτείται η απομόνωση εμπύρηνων κυττάρων από τον εξεταζόμενο. Από το έμβρυο θα απομονωθούν με μια από τις τεχνικές λήψης εμβρυικών κυττάρων (αμνιοπαρακέντηση ή λήψη εμβρυικών λαχνών).

Β3. Σχολικό βιβλίο:

Τα κύτταρα που ανήκουν σε ένα βακτηριακό στέλεχος και είναι πανομοιότυπα μεταξύ τους.

και

Σε πολλά βακτήρια, εκτός από το κύριο κυκλικό μόριο DNA, υπάρχουν και τα πλασμίδια. Τα πλασμίδια είναι δίκλωνα, κυκλικά μόρια DNA με διάφορα μεγέθη. Περιέχουν μικρό ποσοστό της γενετικής πληροφορίας και αποτελούν το 1 -2% του βακτηριακού DNA. Ένα βακτήριο μπορεί να περιέχει ένα ή περισσότερα πλασμίδια, τα οποία αντιγράφονται ανεξάρτητα από το κύριο μόριο DNA του βακτηρίου. Μεταξύ των γονιδίων που περιέχονται στα πλασμίδια υπάρχουν γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά και γονίδια που σχετίζονται με τη μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο. Τα πλασμίδια έχουν τη δυνατότητα να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό τόσο μεταξύ τους όσο και με το κύριο μόριο DNA του βακτηρίου, καθώς και να μεταφέρονται από ένα βακτήριο σε άλλο. Με τον τρόπο αυτό μετασχηματίζουν το βακτήριο στο οποίο εισέρχονται και του προσδίδουν καινούριες ιδιότητες.

Πιθανότατα λοιπόν, πλασμίδια από το ένα στέλεχος μεταφέρθηκαν στο άλλο.  Τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά εντοπίζονταν σε αυτά.

Β4.

3′ UAC 5′

Κατά την επιμήκυνση ένα δεύτερο μόριο tRNA με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του δεύτερου κωδικονίου του mRNA τοποθετείται στην κατάλληλη εισδοχή του ριβοσώματος, μεταφέροντας το δεύτερο αμινοξύ. Μεταξύ της μεθειονίνης και του δεύτερου αμινοξέος σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός και αμέσως μετά, το πρώτο tRNA αποσυνδέεται από το ριβόσωμα και απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα όπου συνδέεται πάλι με μεθειονίνη, έτοιμο για επόμενη χρήση. Το ριβόσωμα και το mRNA έχουν τώρα ένα tRNA, πάνω στο οποίο είναι προσδεμένα δύο αμινοξέα. Έτσι αρχίζει η επιμήκυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. τη συνέχεια το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του mRNA κατά ένα κωδικόνιο. Ένα τρίτο tRNA έρχεται να προσδεθεί μεταφέροντας το αμινοξύ του.

Το τρίτο tRNA είναι αυτό που μεταφέρει το αμινοξύ βαλίνη, καθώς το τρίτο αμινοξύ στην πεπτιδική αλυσίδα είναι η βαλίνη.

Όταν εισέρχεται αυτό, αποδεσμεύεται το 1ο tRNA που μετέφερε την μεθειονίνη.

ΘΕΜΑ Γ

Γ1. Η Θέση Έναρξης Αντιγραφής (ΘΕΑ) βρίσκεται στη θέση Β καθώς σε εκείνο το σημείο συντίθεται το πρωταρχικό τμήμα που θα επιμηκύνει η DNA πολυμεράση για την αντιγραφή της κάτω αλυσίδας (σημείο 3). Η κάτω αλυσίδα αντιγράφεται συνεχώς, κάτι που καταλαβαίνουμε από το γεγονός ότι για την αντιγραφή της συντίθεται μόνο ένα πρωταρχικό τμήμα.

Η πάνω αλυσίδα αντιγράφεται ασυνεχώς και το πρωταρχικό  που συντίθεται πρώτο χρονικά είναι εκείνο που συντίθεται πλησιέστερα στη ΘΕΑ, δηλαδή το πρωταρχικό στη θέση 2.

5’GCUUAA3′

Τα πρωταρχικά τμήματα είναι αλυσίδες RNA που συντίθενται από το πριμόσωμα με βάση τους κανόνες της συμπληρωματικότητας και “αντιπαραλληλότητας”.

Γ2.

ραδιενεργά που ενσωματώνει το πριμόσωμα: 6

ραδιενεργά που ενσωματώνει η DNA πολυμεράση: 13

Η ουρακίλη (U) είναι βάση που παρατηρείται αποκλειστικά στα ριβονουκλεοτίδια. Η ραδιενεργός U ενσωματώνεται αποκλειστικά στο RNA

H DNA πολυμεράση τοποθετεί τα συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια ενώνοντας τα με 3′ – 5′ φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Η ραδιενεργός G θα ενσωματωθεί στις νέες αλυσίδες απέναντι από τις C.

Γ3.  ραδιενεργά νουκλεοτίδια μετά την ολοκλήρωση της αντιγραφής: 18

Για την ολοκλήρωση της αντιγραφής απαιτείται η αντικατάσταση των πρωταρχικών τμημάτων με DNA, από την DNA πολυμεράση.

Γ4. Το πλασμίδιο B απορρίπτεται γιατί περιέχει την Αλληλουχία Αναγνώρισης (ΑΛ.ΑΝΑ.) της EcoRI είτε καμία φορά είτε δυο φορές. Στην πρώτη περίπτωση δεν μπορεί να οδηγήσει στον ανασυνδυασμό του πλασμιδίου, στην δεύτερη καταστρέφει το πλασμίδιο καθώς δημιουργεί δυο γραμμικά τμήματα DNA.

Αντίθετα, το πλασμίδιο Α περιέχει μια φορά την ΑΛ.ΑΝΑ. της EcoRI, ανεξάρτητα του προσανατολισμού του πλασμιδίου.

Σημείωση: απαραίτητο το σχήμα.

Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες παράγονται από βακτήρια και ο φυσιολογικός τους ρόλος είναι να τα προστατεύουν από την εισβολή «ξένου» DNA. Οι περιοριστικές ενδονουκλεάσες αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες 4-8 νουκλεοτιδίων στο δίκλωνο DNA. Μία από τις περιοριστικές ενδονουκλεάσες που χρησιμοποιείται ευρέως είναι η EcoRI που απομονώθηκε από το βακτήριο Escherichia coli. Το ένζυμο αυτό όποτε συναντά την δίκλωνη αλληλουχία: 5′-G Α Α Τ Τ C-3′
στο DNA, κόβει κάθε αλυσίδα μεταξύ του G και του Α (με κατεύθυνση 5’→3′) αφήνοντας μονόκλωνα άκρα από αζευγάρωτες βάσεις στα κομμένα άκρα.

Γ5. προτεινόμενος ανιχνευτής: 3′ CCCCCUUAAGUACA5′ o οποίος υβριδοποιείται στο αρχικό τμήμα της πάνω αλυσίδας της εικόνας 5.

Για τον εντοπισμό βακτηριακού κλώνου με επιθυμητό πλασμίδιο η τεχνική που χρησιμοποιείται συνήθως περιλαμβάνει τη χρήση ιχνηθετημένων ανιχνευτών μορίων DNA ή RNA που περιέχουν αλληλουχίες συμπληρωματικές προς το κλωνοποιημένο DNA. Οι δύο μονόκλωνες συμπληρωματικές αλυσίδες σε κατάλληλες συνθήκες μπορούν να συνδεθούν. Στην ιδιότητα αυτή στηρίζεται η διαδικασία της υβριδοποίησης που είναι η σύνδεση μονόκλωνων συμπληρωματικών αλυσίδων DNA ή συμπληρωματικών DNA-RNA. Η υβριδοποίηση είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα του DNA που μας δίνει τη δυνατότητα αν έχουμε ένα γνωστό μόριο DNA, να το χρησιμοποιήσουμε ως ανιχνευτή για τον εντοπισμό του συμπληρωματικού του όταν το τελευταίο βρίσκεται μαζί με χιλιάδες άλλα κομμάτια.

Ο ανιχνευτής που προτείνεται ανιχνεύει μόνο το πλασμίδιο με την επιθυμητή φορά ανασυνδυασμού (εικόνα 5). Σε περίπτωση που το τμήμα DNA ενσωματωθεί (μη επιθυμητή φορά ανασυνδυασμού) ο ανιχνευτής δεν υβριδοποιείται, οπότε ανιχνεύει μόνο το επιθυμητό πλασμίδιο.

Ο όρος κωδικόνιο χρησιμοποιείται και για την κωδική αλυσίδα των γονιδίων που μεταγράφονται σε mRNA. Κωδικόνιο έναρξης (ΚΕ) είναι το 5′ ATG 3′ και κωδικόνιο λήξης ένα από τα 5’TAG3′, 5’TGA3′, 5′ TAA3′. Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής, μη επικαλυπτόμενος κώδικας τριπλέτας. Το ΚΕ βρίσκεται πλησίον του 5′ άκρου της κωδικής, καθώς στο mRNA σε εκείνη την περιοχή συναρμολογείται το ριβόσωμα. H μετάφραση γίνεται με κατεύθυνση 5′ προς 3′ καθώς το ριβόσωμα κινείται προς το 3΄άκρο του mRNA.

Ο υποκινητής αποτελεί ρυθμιστικό στοιχείο της μεταγραφής στο οποίο προσδένεται η RNA πολυμεράση για να αρχίσει τη διαδικασία. Η φορά μεταγραφής είναι 5′ προς 3΄. Το ΚΕ λοιπόν πρέπει να εντοπίζεται κοντά στον υποκινητή του πλασμιδίου, έτσι ώστε από την μεταγραφή του τμήματος DNA να προκύψει mRNA που θα μπορεί να μεταφραστεί σε πενταπεπτίδιο. Η κωδική αλυσίδα του γονιδίου είναι η πάνω με προσανατολισμό 5′ ………………..3′.

ΘΕΜΑ Δ

Δ1. ελάχιστος αριθμός χρωμοσωμάτων: 2

Ο Νίκος κληρονόμησε από κάθε γονέα του 23 χρωμοσώματα. Από τον πατέρα κληρονόμησε το χρωμόσωμα Ψ, ο οποίος το κληρονόμησε από τον δικό του πατέρα (παππούς 1). Άρα ο Νίκος έχει σίγουρα κληρονομήσει το χρωμόσωμα Ψ από τον παππού του. Επιπλέον, ο Νίκος, ασθενής της ομοκυστονουρίας είναι ομόζυγος για το υπολειπόμενο αλληλόμορφο που την προκαλεί. Ο πατέρας του, φορέας (δηλαδή ετερόζυγος) της νόσου, κληρονόμησε το αυτοσωμικό χρωμόσωμα με το υπολειπόμενο αλληλόμορφο από τον πατέρα του (παππούς 1). Κατά συνέπεια, ο Νίκος κληρονόμησε 2 τουλάχιστον χρωμοσώματα από τον παππού 1.

Δ2.

Εφόσον η μοριακή ανάλυση έγινε στα μόρια DNA των 21 – χρωμοσωμάτων της Μαρίας, και δεδομένου ότι τα ομόλογα χρωμοσώματα ( το DNA που περιέχουν) δεν είναι πανομοιότυπο, αλλά διαφορετικής αλληλουχίας, καταλαβαίνουμε ότι η Μαρία προέκυψε από ανάπτυξη τρισωμικού ζυγωτού προϊόν γονιμοποίησης γαμετών που ο ένας από τους δυο φέρει ένα επιπλέον 21ο χρωμόσωμα. Η μετάλλαξη, μη διαχωρισμός 21ου ζεύγους ομολόγων χρωμοσωμάτων, έγινε σε έναν από τους δυο γονείς. Ο ανευπλοειδής λοιπόν γαμέτης φέρει δυο αυτοσωμικά – 21- χρωμοσώματα, και δεδομένων των γονοτύπων των γονέων της Μαρίας (ετεροζυγοι και οι δυο) φέρει και τα δυο αλληλόμορφα, επικρατές και υπολειπόμενο, του γονιδίου που σχετίζεται με την ομοκυστουνουρία. Η Μαρία λοιπόν σίγουρα θα είναι υγιής, εφόσον σίγουρα θα κληρονομήσει το φυσιολογικό – επικρατές αλληλόμορφο.

έστω Α: φυσιολογικό αλληλόμορφο (επικρατές)

α:  αλληλόμορφο για ομοκυστουνουρία (υπολειπόμενο)

πιθανοί γονότυποι Μαρίας: Α Αα και Αα α.

στην πρώτη περίπτωση ο φυσιολογικός γαμέτης φέρει το Α αλληλόμορφο, στη δεύτερη το α.

Δ3. στο σύνολο των  απογόνων (1600) της F2 τα 800 είναι αρσενικά, και τα 800 θηλυκά. Άρα, αναλογία θηλυκά : αρσενικά είναι 1 : 1. Κατ’ επέκταση, στη διασταύρωση δεν υπάρχει φυλοσύνδετο – θνησιγόνο αλληλόμορφο γονίδιο.

Από τη στατιστική ανάλυση των απόγονων της F2 για το χαρακτήρα μέγεθος κεραιών, παρατηρούμε 1200 έντομα με μικρές και 400 με μεγάλες κεραίες, δηλαδή φαινοτυπική αναλογία 3 μικρές κεραίες :1 μεγάλες κεραίες. Το επικρατές αλληλόμορφο καθορίζει τον φαινότυπο μικρές κεραίες, ενώ το υπολειπόμενο τον φαινότυπο μεγάλες κεραίες. Επιπλέον, ο υπολειπόμενος φαινότυπος, παρατηρείται αποκλειστικά στους αρσενικούς απογόνους της F2, κατ’ επέκταση το γονίδιο για τον συγκεκριμένο χαρακτήρα είναι φυλοσύνδετο.

Συμπερασματικά: ο χαρακτήρας μέγεθος κεραιών  είναι φυλοσύνδετος, με δυο αλληλόμορφα που έχουν σχέση κυριαρχίας επικρατές – υπολειπόμενο, όπως αναλύθηκε προηγουμένως.

Από τη στατιστική ανάλυση των απογόνων της F2 για τον χαρακτήρα σχήμα φτερών, παρατηρούμε ότι 1200 έντομα (600 αρσενικά και 600 θηλυκά) με κανονικά φτερά και 400 έντομα (200 αρσενικά και 200 θηλυκά) με ατροφικά, δηλαδή φαινοτυπική αναλογία 3 κανονικά φτερά : 1 ατροφικά φτερά. Το επικρατές αλληλόμορφο καθορίζει τον φαινότυπο κανονικά φτερά ενώ το υπολειπόμενο τον φαινότυπο ατροφικά. Επιπλέον, ο υπολειπόμενος φαινότυπος εμφανίζεται με την ίδια συχνότητα τόσο στους αρσενικούς όσο και στους θηλυκούς απογόνους. Κατά συνέπεια το γονίδιο είναι αυτοσωμικό.

Συμπερασματικά: ο χαρακτήρας σχήμα φτερών είναι αυτοσωμικός, με δύο αλληλόμορφα που έχουν σχέση κυριαρχίας επικρατές – υπολειπόμενο, όπως αναλύθηκε προηγουμένως.

Σημείωση: Τα δυο γονίδια πρέπει να εντοπίζονται σε διαφορετικά ζεύγη ομολόγων χρωμοσωμάτων. Εφόσον το γονίδιο για το μέγεθος των κεραιών είναι φυλοσύνδετο, αναγκαστικά το γονίδιο για το σχήμα των φτερών είναι αυτοσωμικό.

Αυτοσωμικός χαρακτήρας ονομάζεται ο χαρακτήρας που καθορίζεται από αλληλόμορφα γονιδίου που εντοπίζονται σε κάποιο αυτοσωμικό ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων

Φυλοσύνδετος χαρακτήρας είναι χαρακτήρας που καθορίζεται από αλληλόμορφα γονιδίου που εντοπίζεται στο φυλετικό χρωμόσωμα Χ και όχι στο Ψ

Δ4.

1. χαρακτήρας μέγεθος κεραιών

ΧΜ: μικρές κεραίες

Χμ: μεγάλες κεραίες

πιθανοί γονότυποι – φαινότυποι

ΧΜΧΜ: θηλυκά με μικρές κεραίες

ΧΜΧμ: θηλυκά με μικρές κεραίες

ΧμΧμ: θηλυκά με μεγάλες κεραίες

ΧΜΨ: αρσενικά με μικρές κεραίες

ΧμΨ: αρσενικά με μεγάλες κεραίες

διασταύρωση F1: ΧΜΧμ * ΧΜΨ

διασταύρωση Ρ: ΧΜΧΜ * ΧμΨ

1. Χαρακτήρας: σχήμα φτερών

Α: κανονικά φτερά

α: ατροφικά φτερά

πιθανοί γονότυποι – φαινότυποι:

ΑΑ κανονικά φτερά

Αα κανονικά φτερά

αα ατροφικά φτερά

διασταύρωση F1: Aa*AA

διασταύρωση Ρ: ΑΑ * αα

πιθανοί γονότυποι P για διυβριδισμό: ΧΜΧΜ ΑΑ  * ΧμΨ αα ή ΧΜΧΜ αα * ΧμΨ ΑΑ

(οι διασταυρώσεις δεν είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν)