Citológiai alapismeretek        "Banding pattens" - jellegzetes sávmintázatok segítségével azonosíthatók a kromoszómák. Speciális festési eljárások bonyolult, sávos kromoszómamintázatokat fedtek fel. Q - bandek - quinacrine hidrochlorid G - band sötét - Giemsa festéssel alakul ki- AT gazdag régiók, kései S-fázis jellemző rájuk R - band világos - "reversed Giemsa" GC nukleotid összetétet tükröznek, korai S-fázis jellemző.

8-0. ábra: Reciprok transzlokáció demonstrálása kromoszómafestéssel.  A "piros" kromoszómák egy szegmense a "kékre" került, és fordítva.

Igen speciális banding - Dipterá k óriáskromoszómái

1881  Balbiani nem ismeri fel, hogy kromoszómák a Dipterá k kiválasztó szerveiben felfedezett képletek a "Balbiani gyűrűk"
1933 - újrafelfedezik -  rájönnek, hogy kromoszómákról van szó (8-4. ábra).

Kiválasztó szövetekben: Malpighi- csövecskékben
                                     belekben
                                     nyálmirigyben stb.
      Magyarázat létrejöttükre: genetikai anyag replikálódik, de nem alakulnak ki diszkrét kromatidák. A kromoszómák kromatidaszáma emelkedik, megnyúlik - megvastagodik.

A politén kromoszóma "replikák kötege". 
      A Drosohilá nál  n= 4, de  nyálmirigyben csak 4  politén kromoszóma van - mert a homológok szorosan párosodnak (8-4. ábra).

<>8-4. ábra: Drosophilakromoszómák. (a) A Drosophila mitotikus metafázisos kromoszómái   (b) politén nyálmirigy óriáskromoszómák sematikus ábrája (c) és fotója (nagyítható ábra)

A "chromocentrumban" csatlakozik a 4 kromoszóma- a heterokromatikus régióknál.
      Politén kromoszómák mentén jellegzetes sávok ("bandek"), szélességük, általános morfológiájuk különböző, de teljességgel reprodukálható . Feltérképezésükben döntő érdemei voltak Bridges nek, aki megalapozta a nyálmirigy óriáskromoszómák felhasználását a citológiában, és általában a genetikában.
     A nyálmirigy kromoszómákon jellegzetes időben puffok, morfológiából átvett elnevezésükkel Balbiani- gyűrűk jelennek meg, amelyek az  RNS- szintézis helyei.
     A politén krkromoszómáknak megfeleltethetők  "linkage group" = kapcsoltsági csoportok - kromoszóma mutációk segítségével - gének is lokalizálhatók a kromoszómák mentén.
     A régi feltevéssel szemben 1 band nem= 1 gén,  de kolineáris a politén kromoszóma és a kapcsoltsági térkép.

  Más fajok, pl. a kukorica citológiája is igen fejlett (8-5.ábra)

8-5. ábra:   A kukorica kromoszómáit megkülönböztető kromatinképletek ocentromer, oeukromatin, oheterokromatin, ovastagodás (knobs), onukleolar organizer (6. kromoszóma)

     A kromoszóma mutációk olyan események, amelyek a kromoszómák részeinek újrarendeződéséhez vagy egyes kromoszómák, kromoszómakészletek abnormális számához vezetnek.
     Magát a genomi újrarendeződést, és a folyamat végeredményét is kromoszómamutációnak nevezzük.
     A kromoszómamutációk sok esetben detektálhatók mikroszkóposan és/vagy genetikailag.

    Sejt vagy organizmus szintű abnormális funkcióhoz vezethetnek mert 
    1.) A kromoszóma mutációk vezethetnek abnormális gén számhoz vagy pozícióhoz
    2.) A kromoszómák törése történhet génekben, károsítva funkciójukat.

    A kromoszóma mutációk fontosak mert:
     1.) Bizonyos biológiai problémák megválaszolására alkalmas genelrendeződések hozhatók létre.
     2.) Fontosak alkalmazásaik az orvosi és mezőgazdasági biológiában
     3.) A genomok formálásában evolúció szinten

     A normális és abnormális kromoszómakészletek genetikai sajátosságait a citogenetika vizsgálja. A standard: normál genom vagy vadtípusú genom. 

A nagybetűk ad hoc régiókat jelölnek, o= centromer:

A____B____C______o____D_E

deléció vagy deficiencia        _A__C__  _o_____D  E

duplikáció                _A__B B C_o____D  E

inverzió                _A__E D__o__B C__

transzlokáció (kiindulás: ABCDE és GHIJK kromoszómák)  
  _A_B_C__o__D_J_K_      G H I  o  E

Összefoglaló elnevezés: "kromoszómális újrarendeződések" vagy "chromosomal rearrangements".

Deléciók 

     A kromoszóma újrarendeződések kromoszómatöréssel kezdődnek. Deléciók és duplikációk keletkezheznek 1 esemény keretében, ha a homológok különböző ponton törnek. 

_A_B_C____o__D_E_F_             _A_B B C___o__D E F_    dupl.
_A  B  C____o__D_E_F_       >      __A__C___ o_ D E F    deléció
 

_ A   C____o__D E F _    >        homozigóták +
_ A   C____o__D E F_             - a kromoszóma csaknem minden régiója  életfontosságú   hgj                 

     Néha heterozigóták is +  - a géntermékeknek néha igen finom egyensúlyára van szükség - 1 dózis nem elég a túléléshez.
     Heterozigótában - meiocitában deléciós hurok (deletion loop) figyelhető meg (8-7. ábra).
     Politén óriáskromoszómáknál, mivel a két homológ ugyancsak egymás mellé rendeződik, ugyancsak deléciós hurok jelenik meg. A kérdéses kromoszóma  citológiailag könnyen azonosítható, a deléció az egyes kromoszómákhoz  hozzárendelhető. 

A Notch mutációt tanulmányozta Bridges 1917-ben.Ez volt az első példa arra, hogy  delécióknak is lehet domináns fenotípusa.Ilyenkor rendszerint recesszív letális. Notch nál pl. heterozigóta szárnya vágott, homozigóta - letális. A haploinszufficiencia, vagy haploidelégtelenségre is példa a Notch - a deléciónak domináns fenotípusa van, mivel egy génpéldány nem elégséges a vad fenotípus kialakításához.      Kromoszóma átrendezések indukálhatók ionizáló sugárzásokkal: Röntgen (= X-ray)  gamma-sugárzással.       1 törés: terminális deléció      2 törés: intersticiális deléció (8-6. ábra)

8-6. ábra:  A deléció különböző formái

8-7. ábra: Hurokszerű képletek deléciós heterozigóta nyálmirigykromoszómáin

Deléciók genetikai kritériumai :
Nem jellegzetesek: - homozigóta letalitás
                             - crossing over elnyomása a területén

Leginkább jellegzetes: - a deléciók sohasem revertálnak!
                                  - pszeudodominancia = recesszív allél kifejeződése a homológ  adott gént                                          magába foglaló deléciója miatt 
                                    _a       b   _o_c _d_
                                    ________   o__  ___
                                            a ⁺            c ⁺ d⁺
                                          fenotípus. a ⁺ b c ⁺ d ⁺  

      A pszeudodominancia gének térképezésére is felhasználható: ha recesszív jelleg - akár letalitás - megjelenik >> homológon deléció
      vagy: deléciósorozattal keresztezve recesszív mutáció(ka)t hordozó kromoszómát - a recesszív allél pszeudodominanciáját megengedő homológ deléciójának területére esik az adott allél által azonosított gén, így a deléció is behatárolható
     Összekapcsolható a genetikai térkép (kapcsoltsági analízis alapján állt elő) és a citológiai térkép (pseudodominancia analízise, esetleg vizuális megfigyelés által állt elő.)
(Lásd Kapcsoltsági térképeknél is)  

Fontos

Azok a kromoszómatérképek, amelyek a deléciók elemzésével születtek jó átfedést mutattak azokkal a kapcsoltsági térképekkel amelyek rekombinánsok elemzésével puszta genetikai konstrukciókként jöttek létre.

Fontos

Deléciók genetikai jellegzetességei 
    (1.)    reverzió hiánya
    (2.)    pszeudodominancia
    (3.)    recesszív letalitás
    (4.)    citológiailag: deléciós hurkok

Duplikációk  

       Haploidoknál: duplikált régiók 2 példányban,
         diploidoknál:  3 példányban vannak jelen.
      A duplikált régió lehet az eredeti mellett, ugyanazon, vagy másik kromoszómán.
      Duplikáció sajátos mintázat a nyálmirigy és meiotikus kromoszómákon (8-13. ábra). Most csakis olyan duplikációval foglalkozunk, ahol egymás mellett található duplikált és eredeti régiók.
     Tandem duplikáció: A      B C B C      D
          
     Reverz duplikáció    A     B C C B       D 

8-13. ábra: Lehetséges párosodási konfigurációk duplikációs heterozigótákban

       Ha tandem duplikáció egy egyedben: beltenyésztéssel duplikációs homozigóták is (8-14. ábra) létrehozhatók. 

8-14. ábra:    Magasabb rendű duplikációk előállítása duplikációs homozigótában történő crossover után.

A bennük lezajló crossing-over eredményezheti a normális állapot visszaállását, és triplikációt (ld. a következőkben a Bar fenotípusnál; 8-15. ábra). A duplikációknak is lehet fenotípusa pl. Drosophila Bar mutációja, amelyet az X kromoszómán lévő tandem duplikáció eredményez. ( A duplikáció valószínűleg egyenlőtlen crossing-over folytán jött létre).

8-15a. ábra:     Triplikáció és Bar-revertáns létrejötte aszimmetrikus párosodást követő crossover után- sematikus ábra

8-15b. ábra: Az előbbiek citológiai reprezentációja

8-15c. ábra:    A Bar és double-Bar fenotípus ( és genotípus)

     Nem változik a genetikai anyag mennyisége .
     Az inverzió csak akkor letális, ha az őt létrehozó törések gént érintenek - homozigóta formában is életképes lehet!
    Mikroszkóposan megfigyelhetők (8-18. ábra).

8-18. ábra:    Inverziós heterozigóták meiózisának citológiája

     A centromer helyzete a megfordított szegmentekhez viszonyítva fontos a genetikai viselkedés szempontjából
ha a centromer (o)  kívül az 
inverzión:        _A_o_B_C_D_E_F   vad típus
paracentrikus:         _A_o_B,_E_D_C_, F
ha a centromer belül az inverzión: 
_A_,oB___C_ _D,_E_F_   vad típus
_A_,D_C_B___o, _E_F        pericentrikus inverzió. Detektálásra módot adhat  a karok arányainak megváltozása.

      A két homológ nehézségek árán párosodik. Ha paracentrikus inverziónál az inverzión belül történik crossover (8-19. ábra): 
dicentrikus híd alakul ki + acentrikus fragment - elvész
híd - elszakad - 2 terminális deléciót hordozó kromoszóma
      - a cr.o. termékeket hordozó gaméták nem életképesek
az inverzión belüli génekre
RF = 0
      Az inverziós heterozigótákban az inverzió területén még mechanikai jellegű párosodási problémák is vannak!

Az inverziós heterozigóták rekombináns gamétáinak számát 2 mechanizmus is redukálja:  (1.) a crossing-over termékeinek a száma redukálódik ha a crossover az inverziós hurokban történik  (2.) az inverzió területén a kromoszómák párosodása gátolt.       Pericentrikus inverzió hatása hasonló - más oknál fogva (8-20 ábra). Itt nincs híd, de olyan kromoszómák keletkeznek crossover után, amelyek bizonyos szakaszokra deléciósak, bizonyos szakaszokra duplikációsak. - a gaméta túlél - megtermékenyítés után "kiegyensúlyozatlan" genetikailag a zigóta. Inverziós homozigóták: kapcsoltsági viszonyaik mások (ha a törés nem letális) - linkage map - más génsorrend Megjegyzés: híd másképpen is keletkezhet. Az inverziók felhasználhatók speciális citológiai szituációk kialakítására is (8-21 és 8-22. ábra).

8-19. ábra:     Crossover következményei a paracentrikus inverziós hurokban

8-20. ábra:    Crossover a pericentrikus inverziós hurokban   8-21 ábra:    Nem tandem duplikáció előállítása pericentrikus inverzió segítségével, amely közel van egy nem életfontosságú kromoszóma véghez.

8-22 ábra: Nemtandem duplikáció létrehozása két átfedő inverzió segítségével

Transzlokációk

      Két nemhomológ részeket cserél: transzlokáció.
      Legfontosabb: reciprok transzlokáció, új kapcsoltsági viszonyok
      - kis kr. esetleg el is veszhet - szám változik

Mendel törv. tkp a különböző homológ centromerekre vonatkozik!
                                adjacent - 1

                                  alternáló                                   elválások (8-26. ábra)

8-26 ábra: A két leggyakoribb szegregációs mintázat eredménye transzlokációs heterozigótáknál

Szemisterilitás- diagnosztikus jegy a reciprok transzlokációra nézve növényeknél: 50-50% gaméta életképes és nem
                                      
         állatok - "kiegyensúlyozatlan" gamétek élnek
        zigóták pusztulnak el
        növényeknél  - gaméták pusztulnak el
     Diagnosztikus még transzlokációkra - olyan gének amelyek más kromoszómához  - kapcsoltakká válnak.

     Robertsoni transzlokációk - evolúciós szempontból igen jelentősek (ld 8-25 ábra is).
 

_____________o?
a     b     c     d        
            ?o ______________        két nem homológ, akrocentrikus kromoszóma 
                 e     f     g     h

_____________o?|
  a     b     c     d           
            ?|______________
                 e     f     g     h  

a__b__c__d_o_e__f__g__h             _?_    ált. itt, nincsenek gének, elvesztése nem gond
                          Ż
                        el
n - 1 kr. szám

8-25 ábra:     Genomátalakulás robertsoni transzlokációkkal

Kr. hasadása és fúziója -
Robertsoni változásokkal kapcsolatosak
két nemhomológ >  1 kr.
kr. szám változik, de örökítő anyag mennyisége nem nagyon
fúzió  gyakoribb! - minden törzsnél

        ember        23  pár
        csimpánz    24  pár

    mintázat alapján

humán  2 ~  csimpánz
            12 + 13
        (pericentrikus inverziós kül., humán - csimpánz 4, 5, 12, 17)
hasadás - Anolis gyíkoknál gyakori .