Genetica

Hoofdstuk 3 : Genetica
1. Mendeliaanse genetica
In 1865 publiceerde een Gregor Mendel, een monnik uit een Augustijner klooster in het
Pruisische Brno, een artikel in het obscure tijdschrift « Verhandlungen des naturforschenden
Vereines in Brünn ». Het artikel beschreef de resultaten van een reeks experimenten met
erwtenplanten. Aanvankelijk zag de wetenschappelijke wereld (incusief Mendel zelf) het
immense belang van de resultaten niet in; pas een halve eeuw later zou de Nederlandse
botanicus Hugo de Vries de publicatie van onder het stof halen en haar implicaties
wereldkundig maken. Daarmee startte de echte ontwikkeling van de genetica.
Erwtenplanten doen normaal aan zelfbestuiving. Door de meeldraden (mannelijke
voortplantingsorganen) van bepaalde bloemen weg te knippen en de stampers te bestuiven met
pollen van andere planten, veroorzaakte Mendel artificiële kruisbestuiving. De ouderplanten (de
P-generatie) in Mendels experimenten waren steeds ‘zuivere lijnen’, d.w.z. dat alle nakomelingen
die door zelfbestuiving werden gevormd, dezelfde karakteristieken hadden als de ouderplanten.
De variatie in de kenmerken die Mendel bekeek was steeds discontinu : witte of paarse bloemen,
groene of gele erwten, gladde of gerimpelde peulen. Meer continu veranderende karakteristieken
(vb. zaadgewicht) werden genegeerd. Een typische proef bestond erin twee planten met
verschillende karakteristieken (vb. paarse en witte bloemen) te kruisen en na te gaan hoe de
eerste generatie nakomelingen eruit ziet. Wanneer slechts één kenmerk gevolgd wordt (in het
voorbeeld : bloemkleur), spreekt men van een monohybride kruising. Mendel liet de
nakomelingen van de F1-generatie bovendien door zelfbestuiving een F2-generatie vormen.
Hierdoor ontdekte hij de twee fundamentele principes van de genetica, die later naar hem
genoemd zijn.
1.1.
Eerste wet van Mendel
Een kruising van planten met paarse en witte bloemen leverde Mendel in de F 1-generatie slechts
paarse bloemen op. Dit resultaat verwierp de hypothese dat de kenmerken van nakomelingen
zouden ontstaan door ‘vermenging’ van de kenmerken van de beide ouders. Er werden immers
nooit bleek-paarse bloemen gevonden. Wat gebeurde er met de genetische informatie van de
witte planten in de F1-generatie ? Ze ging niet verloren, want in de F2-generatie doken plots weer
witte bloemen op, en wel in een opmerkelijke 3:1 ratio (bij Mendel : 705 paarse:224 witte).
Mendel redeneerde dat de erfelijke factor voor witte bloemkleur niet verdween in de F 1-planten,
maar niet tot uiting kwam. Hij noemde de paarse kleur dominant en de witte recessief. Hij
bekwam gelijkaardige resultaten met 6 andere kenmerken van de erwtenplant. Hij verklaarde ze
als volgt (merk op dat we hier enkele ‘moderne’ benamingen, zoals gen en allel, gebruiken i.p.v.
de oorspronkelijke benamingen van Mendel)

Alternatieve versies van genen (verschillende allelen) staan in voor de variatie in erfelijke
kenmerken. Het gen voor bloemkleur, bijvoorbeeld, komt voor in twee vormen : een allel dat
aanleiding geeft aan paarse bloemen, en één dat resulteert in witte.
De ontdekkingen i.v.m. de structuur van het DNA hebben ons intussen geleerd dat elk gen op
een specifiek locus op een specifiek chromosoom ligt. Het DNA op dat locus kan ietwat
verschillen qua nucleotidensequentie, en daardoor qua boodschap.

Voor elk kenmerk ontvangt een organisme twee allelen, elk afkomstig van één ouder.
31
Mendel wist uiteraard niet van het bestaan van chromosomen. Ondertussen weten we dat
diploïde organismen homologe paren chromosomen bezitten, en dat ze elk chromosoom
van een homoloog paar van een andere ouder krijgen. Elk locus is dus vertegenwoordigd
door twee allelen. Die kunnen identiek zijn, zoals in de ‘zuivere lijnen’ van Mendels Pgeneratie, of verschillend, zoals in de F1-generatie. In het eerste geval zegt men dat het
individu homozygoot is voor dat kenmerk, in het tweede geval is het heterozygoot.

Wanneer de twee allelen verschillen, zal één van hen (het dominante allel) volledig tot
expressie komen, terwijl het tweede (het recessieve allel) geen merkbaar effect heeft op het
uiterlijk van het organisme.
Door dit dominantie-effect kan je de genetische constitutie van een individu niet zomaar
afleiden uit haar uiterlijk. We moeten een onderscheid maken tussen de uiterlijke
verschijningsvorm (het fenotype) en de genetische constitutie (het genotype). De paarse
planten uit de P-generatie en de F1-planten hebben eenzelfde fenotype (paarse bloemen),
maar een verschillend genotype (resp. PP en Pp). Om te weten te komen welk genotype een
gegeven individu bezit, voert men dikwijls testkruisingen uit. Hierbij wordt het individu
gekruist met een recessieve homozygoot (pp in het voorbeeld). Levert dergelijke kruising
maar één fenotype op, dat moet de plant een PP-genotype gehad hebben. In het andere
geval ging het om een Pp-genotype.

De twee allelen voor elk karakter scheiden (‘segregeren’) tijdens de gameetvorming. Dit
principe, waarbij dus de genen van homologe chromosomen in verschillende dochtercellen
terecht komen, noemt men de eerste wet van Mendel.
In chromosoomtermen gebeurt dit tijdens de meiotische reductie van 2N tot N chromosomen.
1.2.
Tweede wet van Mendel
Mendel kruiste ook planten die in meer dan één kenmerk verschilden. In wat bekend staat als
een dihybride kruising kruiste hij bijvoorbeeld planten met gele, gladde zaden met planten met
groene, gerimpelde zaden. De F1-generatie leverde slechts gladde, gele zaden op. In de F2generatie trof Mendel evenwel gele gladde, gele gerimpelde, groene gladde en groene
gerimpelde erwten aan, en dit in een ratio die opmerkelijk dicht in de buurt kwam van 9:3:3:1. Dit
komt overeen met wat men verwacht op basis van een onafhankelijke overerving van elk
kenmerk. Men noemt dit principe de wet van de onafhankelijke hergroepering (independent
assortment), of ook wel de tweede wet van Mendel.
De mechanistische basis van dit fenomeen is nu duidelijk omdat we weten dat tijdens de
meiose de paternale en maternale chromosomen willekeurig verdeeld worden over de
dochtercellen én dat zelfs loci gesitueerd op eenzelfde chromosoom, door het optreden
van crossing-over, in verschillende dochtercellen kunnen terecht komen.
Gelukkig voor Mendel hadden alle kenmerken die hij bekeek een eenvoudige genetische basis :
het ging steeds over eigenschappen beïnvloed door één gen, waarvoor slechts twee allelen
bestaan, waarvan één steeds volledig dominant is over het andere. Dergelijke kenmerken zijn
uiterst zelden. Dat neemt niet weg dat de basisprincipen van de Mendeliaanse genetica nuttig
blijven.
1.3.
Mendeliaanse overerving bij de mens
Omdat experimentele kruisingen met mensen ethisch niet aanvaard zijn, moeten genetici zich
dikwijls baseren op stamboom-analysen om het overervingspatroon van menselijke kenmerken
te achterhalen. Kennis van de dominantie-recessiviteit van de allelen, gecombineerd met
32
fenotypische gegevens van alle familieleden, maakt het dikwijls mogelijk om het genotype van elk
van de familieleden te achterhalen.
Ff
FF of Ff ff
Ff
ff
ff
Ff
Ff
Ff
ff
ff
FF of Ff
Fig. 32. Stamboomanalyse voor een recessief kenmerk (vaste oorlellen). Vrouwen worden
voorgesteld door een cirkel, mannen door een vierkant. De donkere symbolen stellen
individuen met vaste oorlellen voor. Merk op dat de eerste dochter van de derde
generatie vaste oorlellen heeft, hoewel haar beide ouders losse oorlellen hadden.
Duizenden genetische afwijkingen worden doorgegeven als eenvoudige recessieve kenmerken.
Het kan daarbij gaan om relatief onschuldige afwijkingen (vb. albinisme), tot levensbedreigende
ziekten (vb. mucoviscidose). De recessiviteit van deze ziekten is een gevolg van het feit dat de
verantwoordelijke, mutante allelen, in tegenstelling tot het ‘normale’ allel, niet coderen voor één of
ander eiwit. Bij heterozygoten, met één kopie van zo’n aberrant allel, zorgt het ‘normale’ gen op
het homologe chromosoom op z’n eentje voor de productie van het eiwit. Daardoor zijn de
heterozygoten fenotypisch ‘normaal’. Omdat ze echter wel de ziekte kunnen overdragen, noemt
men ze drager.
Met een voorkomen van 1 op 2500 is mucoviscidose (of cystic fibrosis) de meest
voorkomende dodelijke genetische afwijking in de blanke bevolking. Eén op 25 blanken is
drager. Het ‘normale’ allel codeert voor een membraaneiwit dat instaat voor het transport
van chloride-ionen tussen sommige cellen en het intercellulair vocht. Deze kanalen
werken niet bij kinderen met twee recessieve allelen, en daardoor ontstaat een
abnormaal hoge concentratie aan extracellulair chloride. Deze hoge concentraties
verdikken de mucuslaag die sommige cellen omgeeft en maken haar kleveriger dan
normaal. De mucus accumuleert in de pancreas, de longen, het spijsverteringsstelsel, en
andere organen, en verhoogt de kans op bacteriële infecties. De restanten van
afweercellen die komen toegesneld bij infecties vergroten de mucuslaag nog, en zo
ontstaat een vreselijke vicieuze cirkel. Zonder verzorging sterven de meeste patiëntjes
voor hun vijfde levensjaar.
Minder frequent zijn genetische afwijkingen met een dominant overervingspatroon. Eén
voorbeeld is achondroplasie, een vorm van dwerggroei met een incidentie van 1 op 10 000
personen. Alle heterozygoten hebben het fenotype van de dwerg. Dit wil meteen ook zeggen dat
alle mensen zonder achondroplasie (i.e., 99.99% van de populatie), homozygoot zijn voor het
recessieve ‘normale’ allel.
Lethale dominante allelen zijn veel minder algemeen dan lethale recessieve allelen, onder andere
omdat de effecten van dodelijke dominante allelen niet gemaskeerd worden in de heterozygoten.
Vele lethale dominante allelen ontstaan door mutaties in een gen van de zaadcel of de eicel, en
33
doden vervolgens de nakomeling. Nakomelingen die zich niet kunnen voortplanten geven ook het
gemuteerde gen niet door. Dit in tegenstelling tot de recessieve dodelijke allelen, die van
generatie op generatie worden doorgegeven door de heterozygote dragers.
Een dominant lethaal allel kan toch doorgegeven worden, op voorwaarde dat het slechts op
latere leeftijd de dood tot gevolg heeft (op een moment dat de patiënt reeds kinderen
geproduceerd heeft).
Een voorbeeld is de ziekte van Huntington, gekenmerkt door een aftakeling van het
zenuwstelsel die meestal aanvat tussen 35 en 45 jaar. Een kind van een patiënt heeft
50% kans om de ziekte over te erven (de kruising kan voorgesteld worden als Aa x aa,
waarbij A het dominante allel is dat de ziekte veroorzaakt). Tot voor kort was het
onmogelijk na te gaan of een gegeven nakomeling het A-allel had ontvangen, maar
ondertussen heeft men het bewuste gen gelocaliseerd op het tipje van chromosoom 4,
en kan men testen of een individu drager is of niet.
DNA-technologie voor genetische testen en adviezen
Vele ziekenhuizen hebben tegenwoordig een centrum voor genetisch advies. Daar kunnen
toekomstige ouders terecht voor informatie, wanneer hun familie geplaagd wordt door een
genetische ziekte.
Omdat de meeste kinderen met recessieve afwijkingen geboren worden uit ouders met normale
fenotypen, is het van het grootste belang om te weten of de toekomstige ouders dragers zijn van
het bewuste allel. Voor meer en meer ziekten kan men nu het betreffende stukje DNA screenen
om na te gaan of een gegeven persoon dominant homozygoot of heterozygoot zijn.
Wanneer een foetus een verhoogde kans op een bepaalde ziekte loopt, omdat beide ouders
drager zijn van een recessief allel, kan via vruchtwaterpunctie informatie bekomen worden over
het genotype van de foetus zélf. De arts steekt hierbij in de 16de week van de zwangerschep een
naald tot in het vruchtwater en zuigt 10 ml van het vruchtwater op. Sommige genetische
afwijkingen kunnen opgespoord worden a.d.h.v. chemische producten in het vruchtwater zelf.
Voor andere ziekten worden culturen gemaakt van foetale cellen die in het vruchtwater drijven.
Een alternatieve techniek (de vlokkentest), bestaat erin dat de arts een kleine hoeveelheid foetaal
weefsel van de baarmoederwand zuigt. Deze cellen prolifereren uitzonderlijk snel, zodat al
binnen 24 uren genoeg materiaal aanwezig is om het DNA te screenen.
2. Voorbij de Mendeliaanse genetica
2.1.
Onvolledige dominantie
Bij partiële dominantie hebben de F1-hybriden een fenotype dat intermediair is tussen beide
ouderlijke fenotypes. De kleur van de vacht bij paarden is een voorbeeld. In dit geval zijn de
fenotype- en de genotypefrequenties dezelfde.
Homozygote DD paarden hebben weinig pigment en zijn nagenoeg wit, met blauwe
ogen. Homozygote dd paarden zijn donker, met donkere ogen. Dd heterozygoten hebben
een gelige kleur of zijn lichtbruin.
Bij co-dominantie bezitten de heterozygoten beide eigenschappen van de ouders tegelijkertijd.
Het menselijke I-gen behoort tot een groep genen die bepalen welke glycoproteïnen zich
op de celmembraan van rode bloedcellen zullen bevinden. Voorbeelden van allelen zijn
IA, IB, en IO. Homozygote IA IA individuen hebben N-acetyl-D-galactosamine op de
34
membraan zitten; homozygote IB IB -D-galactose. Heterozygote IA IB hebben beide
glycoproteïnen. Beide allelen komen hier dus tot expressie. IO IO – homozygoten hebben
geen van beide suikers.
Of een bepaald kenmerk volledig dominant, partiëel of co-dominant moet genoemd worden,
hangt dikwijls af van het organisatieniveau waarop de overerving bekeken wordt.
De hersencellen van babies met de ziekte van Tay-Sachs zijn niet in staat om
gangliosiden (een soort lipiden) te metaboliseren, omdat ze hiervoor een cruciaal enzyme
missen. De accumulatie van de lipiden verhinderen de cellen om normaal te
functioneren, wat uiteindelijk de dood tot gevolg heeft. Enkel kinderen die homozygoot
zijn voor het Tay-Sachs allel ontwikkelen de ziekte. Op een organismaal niveau is het
Tay-Sachs allel dus recessief en kunnen we spreken van volledige dominantie. Op
biochemisch niveau zien we echter dat de activiteit van het lipiden-metaboliserende
enzyme bij heterozygoten intermediair is tussen dat van beide homozygoten. Hier is het
Tay-Sachs allel dus co-dominant. De heterozygote babies ontwikkelen de ziekte niet,
omdat een halve portie enzymen blijkbaar volstaat om de accumulatie van lipiden tegen
te gaan.
De dominantie van een allel over een ander moet niet gezien worden als een directe interactie. In
een heterozygoot individu zal het ene allel het andere niet op één of andere manier
onderdrukken. De dominantie-recessiviteit ontstaat ergens ter hoogte van de lange weg tussen
genotype en fenotype.
Het dominante allel R in Mendels erwten codeert voor een enzyme dat helpt suikers om
te zetten in zetmeel. Het recessieve allel r resulteert in een ineffectieve vorm van dat
enzyme. Groeiende rr erwten hebben een hoge suikerconcentratie, waardoor ze
osmotisch water opnemen en opzwellen. Als de volwassen erwt later droogt, blijft het
teveel aan celwand over onder de vorm van rimpels (een beetje zoals de huidplooien van
mensen die plots veel gewicht verloren hebben). De aanwezigheid van één R-allel
volstaat om suikers om te zetten in zetmeel, waardoor geen overmatige vochtopname
gebeurt, en de erwten bij het opdrogen niet verrimpelen.
De ‘dominantie’ van een allel zegt niets over de prevalentie in de populatie. Een allel dat bij de
mens codeert voor veelvingerigheid (polydactylie) is bijvoorbeeld dominant over het ‘normale’
allel, dat codeert voor vijf vingers per hand en vijf tenen per voet. In de Verenigde Staten wordt 1
op 400 babies geboren met deze afwijking. Dat betekent dat het overgrote deel (399/400) van de
mensen daar homozygoot recessief zijn voor dat bewuste gen; 1 op 400 is heterozygoot.
2.2.
Multipele allelen
Voor vele genen bestaan meer dan twee allelen. Het ABO-bloedgroepen systeem bij mensen
vormt een klassiek voorbeeld.
Naargelang welke koolhydraten er zich bevinden op de oppervlakte van rode bloedcellen,
kan men mensen indelen in vier fenotypen : A, B, AB en O. De letters A en B refereren
naar twee verschillende koolhydraten, de substanties A en B. Een individu kan één van
beide koolhydraten bezitten (bloedgroep A of B), beiden (bloedgroep AB), of geen van
beide (bloedgroep O). Bij bloedtransfusies moet men er zorg voor dragen dat enkel
compatibele types gemengd worden. Wanneer de donor een factor draagt (A of B) die
onbekend is voor de ontvanger, zal deze laatste antilichamen aanmaken die ervoor
zorgen dat het vreemde bloed klontert.
35
De vier bloedgroepen ontstaan uit de zes mogelijke combinaties van drie verschillende
allelen op één gen : IA (codeert voor het A koolhydraat), IB (codeert voor het B
koolhydraat) en i (codeert geen van beide). De twee eerst genoemde allelen zijn
dominant over het i-allel. Tegenover elkaar zijn ze co-dominant.
Tabel 5. De menselijke bloedgroepen : fenotypes, genotypes en compatibiliteit
2.3.
fenotype
genotypes
antilichamen
in serum
klontering wanneer in contact met serum van
O
A
B
AB
O
ii
Anti-A
Anti-B
nee
ja
ja
ja
A
IAIA of IAi
Anti-B
nee
nee
ja
ja
B
IBIB of IBi
Anti-A
nee
ja
nee
ja
AB
IAIB
geen
nee
nee
nee
nee
Pleiotropie
De voorgaande voorbeelden suggereren misschien dat één gen steeds één aspect van het
fenotype beïnvloedt. De meeste genen hebben echter multipele effecten op het uiterlijk van
organismen. Dit belangrijke verschijnsel noemt men pleiotropie.
Het allel verantwoordelijk voor sikkelcelanemie (zie hoger) leidt tot de substitutie van
glutamine door valine in één van de vier ketens die hemoglobine vormen. Dit misvormde
hemoglobine kristalliseert bij lage zuurstofconcentraties, waardoor de bloedcellen hun
karakteristieke sikkelvormig uitzicht krijgen. De daling van het aantal goed functionerende
bloedcellen kan leiden tot algemene zwakte, bloedarmoede en hartstoornissen.
Bovendien verstroppen de sikkelcellen kleine bloedvaatjes, met pijn en koorts, en
mogelijke schade aan het hart, de hersenen en andere organen tot gevolg. De
accumulatie van bloedcellen in de milt kan ook daar schade aanrichten. Anemie en
hersenschade resulteren in verminderde mentale capaciteiten enz. De mutatie van één
gen kan dus verstrekkende gevolgen hebben voor een ganse reeks van fenotypische
kenmerken.
2.4.
Epistasis
Soms gaat een gen op één locus de fenotypische expressie van een gen op een andere locus
beïnvloeden. In dat geval spreekt men van epistasis (< Gr. “staan op”).
De kleur van de vacht van muizen en vele andere zoogdieren wordt epistatisch
beïnvloed. In dit systeem is de zwarte kleur dominant over de bruine. Een bruine pels is
dus indicatief voor het genotype bb, een zwarte voor Bb of BB. Een tweede gen bepaalt
echter of het zwarte of bruine pigment zal worden afgezet in het haar. Het dominante allel
van dit gen (C) zorgt voor afzetting, en dus een bruine of zwarte vacht. Het recessieve
allel (c) verhindert echter de afzetting, en muizen met genotype cc zijn dus albino, wit.
Kruising van BbCc (i.e., zwarte muizen) leidt tot zwarte, bruine en witte muizen in een
verhouding 9:3:4. Deze schijnbare afwijking van Mendels wet op de onafankelijke
segregatie is puur een gevolg van het epistasis-effect.
36
2.5.
Geslachtsgebonden genen
Genen die gesitueerd zijn op de geslachtschromosomen vertonen een wat afwijkend
overervingspatroon.
Thomas Hunt Morgan, één van de pioniers van de genetica, ontdekte het fenomeen bij
een experiment waarbij fruitvliegjes met rode ogen (het ‘normale’ of ‘wild’ type) gekruist
werden met mutante soortgenoten met witte ogen. De F1-nakomelingen van een witogig
mannetje en een roodogig vrouwtje hadden allen rode ogen, wat suggereerde dat rood
dominant was. In de F2-generatie vond Morgan de typische 3:1 verhouding, maar
merkwaardig genoeg werd de witte oogkleur slechts bij de mannetjes aangetroffen. Alle F 2vrouwtjes en de helft van de F2-mannetjes hadden rode ogen, en de andere helft van de F2mannetjes had witte ogen. Morgan concludeerde dat het gen voor oogkleur op het Xchromosoom gelegen is. Fruitvliegvrouwtjes hebben, zoals mensen, twee X-chromosomen;
mannetjes slechts één. Omdat het mutante allel recessief is, kunnen vrouwtjes slechts witte
ogen hebben als ze dat allel op beide chromosomen tegelijkertijd hebben. Dit kon, in het
experiment van Morgan, onmogelijk het geval zijn voor de F 2-vrouwtjes. Bij mannetjes (XY),
daarentegen, wordt de aanwezigheid van één recessief allel niet gecompenseerd door een
‘normaal’ allel.
Een vorm van kleurenblindheid (rood-groen) is een voorbeeld van geslachtsgebonden
genetische aandoening. Omdat het gen gelocaliseerd is op het X-chromosoom, komt de
afwijking vooral tot uiting bij mannen.
Tabel 6. Overerving van rood-groenkleurenblindheid bij mensen. Xc is het chromosoom dat
allel draagt voor kleurenblindheid. De vetjes gedrukte genotypen coderen leiden tot
kleurenblindheid.
ouders
vader
XY
XY
XcY
XcY
XcY
moeder
XcX
XcXc
XX
XcX
XcXc
nakomelingen
zonen
XcY of XY
XcY
XY
XY of XcY
XcY
dochters
XcX of XX
XcX
XcX
XcX of XcXc
XcXc
Een ander bekend voorbeeld van een geslachtsgebonden kenmerk is hemofilie, een ziekte
waarbij het gebrek aan een bepaald eiwit bloed niet meer stolt. Patiënten kunnen daardoor
doodbloeden na een relatief kleine verwonding. Verschillende Europese koninklijke families
zijn geplaagd geweest door deze ziekte. De eerste hemofilie-patiënt lijkt Leopold te zijn, een
zoon van Koningin Victoria (1819-1901) van Engeland. Het recessieve allel ontstond
waarschijnlijk ten gevolge van een mutatie in de eicellen of zaadcellen van de ouders van
Koningin Victoria, zodat zij heterozygoot en drager werd. Leopold leefde lang genoeg om
vader te worden van een dochter, die ook drager was, en de ziekte doorgaf aan één van haar
zonen. Uiteindelijk verspreidde het allel zich via de huwelijken van de twee dochters van
Victoria naar Pruisische, Russische en Spaanse koningshuizen.
Hoewel vrouwelijke zoogdieren (inclusief mensen) twee X-chromosomen erven, wordt één Xchromosoom in elke cel nagenoeg volledig geïnactiveerd. Het geïnactiveerde X-chromosoom
krimpt in elkaar tot een compacte structuur, het Barr-lichaampje, dat zich ergens aan de
binnenkant van het kernmembraan nestelt. De meeste genen op het Barr-lichaampje komen niet
tot expressie. Tijdens de gametogenese wordt het Barr-lichaampje opnieuw geactiveerd.
Welk van beide X-chromosomen op rust gesteld wordt, blijkt compleet willekeurig te zijn.
Vrouwen bestaan dus uit een mozaiek van twee typen cellen : cellen waarvan het paternale X-
37
chromosoom actief is, en cellen waarvan het maternale X-chromosoom actief is. Bij vrouwen die
heterozygoot zijn voor een bepaald geslachtsgebonden kenmerk, zullen de helft van de cellen het
ene allel tot expressie brengen, en de andere helft het andere allel. Na de inactivatie van een
chromosoom in een bepaalde cel, zullen alle mitotische dochtercellen van die cel hetzelfde Xchromosoom op inactief hebben staan.
Lapjeskatten danken hun gevlekt patroon aan dit verschijnsel. Op het X-chromosoom van
katten zit een gen dat de kleur van de vacht bepaalt, waarbij één allel codeert voor zwart en
een ander voor oranje. Een kater (XY) erft slechts één van beide allelen, en kan dus moeilijk
het lapjespatroon ontwikkelen. Bij heterozygote katinnen wordt ergens tijdens de vroege
embryonale ontwikkeling in elke cel één van beide X-chromosomen geïnactiveerd. De cellen
waarvan het oranje allel geïnactiveerd werd, geven na vele mitotische delingen aanleiding
aan de zwarte vlekken; die met geïnactiveerde zwarte allelen resulteren in oranje vlekken.
Bij mensen bestaat er een mutatie op een gen dat normaliter instaat voor de ontwikkeling van
zweetklieren. Dit gen ligt op het X-chromosoom, en heterozygote vrouwen hebben stukken
huid mét en stukken huid zonder zweetkliertjes.
2.6.
Gekoppelde genen
Genen die op hetzelfde chromosoom gelegen zijn, worden vaker samen overgeërfd dan genen
die op verschillende chromosomen gesitueerd zijn. Men spreekt van gekoppelde genen.
Wanneer twee zulke genen gevolgd worden in een kruisingsexperiment, wijken de resultaten af
van wat je verwacht op basis van Mendels wet van de onafhankelijke segregatie.
Bij Morgans fruitvliegjes liggen de genen voor lichaamskleur (b +=grijs, b=zwart) en voor
vleugelontwikkeling (g+=normaal, g=verschrompeld) op eenzelfde autosoom. Morgan kruiste
vrouwelijk dihybriden (b+b g+g) met mannetjes met compleet mutante fenotypen (bb gg).
Normaal zou dit moeten leiden tot vier fenotypen, en wel in ongeveer gelijke proporties : grijsnormaal (b+b g+g), grijs-verschrompeld (b+b gg), zwart-normaal (bb g+g) en zwartverschrompeld (bb gg). In werkelijkheid werden veel meer grijs-normale en zwartverschrompelde nakomelingen aangetroffen dan de twee andere klassen.
Dat bij gekoppelde genen niet álle nakomelingen het fenotype van één van beide ouders hebben,
is het gevolg van de crossing-over tijdens de meiotische deling. De algemene term voor de
productie van nakomelingen met nieuwe combinaties van kenmerken, overgeërfd van de ouders,
noemt men genetische recombinatie. Dergelijke nakomelingen (de recombinanten) kunnen
dus een gevolg zijn van de onafhankelijke scheiding van de chromosomen (als de genen op
verschillende chromosomen liggen) óf van crossing-over (wanneer het gaat om gekoppelde
genen).
Allelen die vlak naast elkaar op een chromosoom liggen zullen minder vaak door crossing-over
van elkaar gescheiden worden dan allelen die wat verder van elkaar liggen. Dit principe laat
genetici toe om genetische kaarten (linkage maps) op te stellen. De proportie recombinante
individuen wordt hierbij gebruikt als maat voor de afstand tussen twee genen. Deze afstand is
relatief, en kan enkel een idee geven over de lineaire sequentie van de verschillende genen op
een chromosoom.
2.7.
Imprinting
Tot nog toe zijn we ervan uitgegaan dat maternale en paternale genen op dezelfde manier tot
uitdrukking komen. Dit klopt waarschijnlijk voor het overgrote deel van de genen. Of Mendel nu
mannelijke paarse bloemen kruiste met vrouwelijke witte, of vrouwelijke paarse met mannelijke
witte, het resultaat was identiek. Maar de laatste jaren hebben genetici uitzonderingen op deze
regel gevonden.
38
Een deletie van een specifiek fragment van chromosoom 15 kan leiden tot twee zeer
verschillende syndromen. Mensen met het Prader-Willi-syndroom zijn mentaal achterop,
zwaarlijvig, klein van gestalte, en hebben opvallende kleine handen en voeten. Het
Angelman-syndroom uit zich in plotse, ongecontroleerde lachbuien, schokkerige bewegingen,
en andere mentale en motorische stoornissen. Erft een kind het abnormale chromosoom van
de vader, dan ontwikkelt het Prader-Willi-syndroom; komt het chromosoom van de moeder,
dan ontstaat het Angelmansyndroom. Het lijkt erop dat de genen in het afgebroken stuk
chromosoom zich anders manifesteren naargelang het geslacht van de ouder waarvan ze
afkomstig zijn.
Blijkbaar worden in elke generatie bepaalde genen opnieuw ‘ingeprent’ (imprinted), waarbij de
aard van de imprinting afhangt van het geslacht van de persoon waarin het chromosoom zich
bevindt. Deze imprenting zal bepalen hoe het gen tot uiting zal komen in de volgende generatie.
In de nieuwe generatie wordt de imprinting ongedaan gemaakt tijdens de gametogenese, en
worden de imprinting aangepast aan het geslacht van de nieuwe drager.
Dit fenomeen is wellicht ook aan het werk bij patiënten met het fragiele-X-syndroom. Deze
afwijking ontleent haar naam aan het feit dat de top van het X-chromosoom bij deze mensen
aan de rest vasthangt via een dunne draad DNA. Kinderen met het fragiele-X-syndroom (1
op 2500 vrouwen, 1 op 1500 mannen) zijn mentaal achter. De overerving van de ziekte is erg
complex, maar het syndroom treedt frequenter op wanneer het abnormale chromosoom
wordt overgeërfd van de moeder.
2.8.
Overerving van extranucleaire genen
In het vorige hoofdstuk zagen we reeds dat niet álle genen in de celkern gesitueerd zijn. Men treft
ook DNA in de mitochondria en in de plastiden. Beide organellen vermenigvuldigen zichzelf en
geven genen door aan dochterorganellen. Omdat ze niet volgens dezelfde regels over de
nakomelingen verdeeld worden, vertonen cytoplasmatische genen geen Mendeliaanse
overevingspatronen.
Vele planten vertonen gele of witte vlekken op hun overigens groene bladeren. Deze
afwijking in kleur wordt enkel bepaald door de moeder van de plant, niet door de vader. Ze
staat onder controle van genen in de plastiden. De meeste planten ontvangen hun plastiden
enkel van de moederplant, en men kan dus spreken van een volledig maternale overving.
Maternale overerving is ook de regel bij de mitochondriale genen bij zoogdieren. De laatste
jaren hebben genetici een aantal zeldzame menselijke ziekten kunnen terugbrengen tot
mutaties van mitochondriale genen. Die zijn belangrijk voor het ontwikkelen van de
eiwitcomplexen die instaan voor de elektronentransportketen en ATP synthase, en defecten
in deze genen leiden tot een gereduceerde aanmaak van ATP. Dit wordt het snelst gevoeld
in de cellen van het zenuwstelsel en het musculair systeem, en de meeste mitochondriale
ziekten omvatten dan ook symptomen als zwakte, vermoeidheid en spierafbraak.
3. Kwantitatieve genetica
3.1.
Polygenische beïnvloeding
In tegenstelling tot de hierboven vermelde voorbeelden, vertonen de meeste biologische
kenmerken geen discrete, maar een continue variatie. Beenlengte, huidskleur, gewicht,
intelligentie zijn voorbeelden van dergelijke kwantitatieve kenmerken. Continue variatie in een
39
gegeven kenmerk is meestal indicatief voor polygenische overerving, d.w.z. dat twee of meer
genen tesamen het fenotype gaan bepalen. Hoe dit zich vertaalt in een continue variatie in
fenotypen, kan men zien a.d.h.v. volgend fictief voorbeeld.
Stel dat de duur van het paringsritueel van een bepaald insect beinvloed wordt door 4 loci
(), dat elke locus een vergelijkbare bijdrage levert, én dat het effect van de
verschillende loci gewoon kan opgeteld worden (d.w.z. de effecten zijn additief). Stel dat per
locus twee alternatieve allelen mogelijk zijn, waarvan één telkens codeert voor één minuut
paring en het ander voor twee minuten paring. Individuen met een aabbccdd-genotype zullen
het kortst paren (nl. 8 minuten), terwijl AABBCCDD-dragers het langst paren (nl. 16 minuten).
Daartussen liggen allerlei genotypen die intermediaire paringsduren opleveren. Als alle
allelen met dezelfde frequentie voorkomen, verwachten we dat de frequenties van de
paarduur normaal verdeeld zijn.
0.30
AaBbCcDd
AABBccdd
enz
Frequentie
0.25
AaBbCcdd
AABbccdd
enz
AABbCcDd
AABBCcdd
enz
0.20
0.15
AaBbccdd
aaBBccdd
enz
0.10
AABBCCdd
AABbCCDd
enz
Aabbccdd
aaBbccdd
enz.
0.05
AABBCCDd
AaBBCCDD
enz
AABBCCDD
aabbccdd
0.00
8
10
12
14
16
Duur paring
Fig. 33. Frequentieverdeling van de fenotypen die resulteren uit combinaties van 8 allelen op 4
loci, bij afwezigheid van dominantie- en epistasiseffecten.
In het voorbeeld gingen we ervan uit dat de bijdragen van de allelen binnen een locus
(bijvoorbeeld A en a) gewoon mogen opgeteld worden. Dikwijls gaat dit niet op, en is het fenotype
van de heterozygoot niet exact het gemiddelde van dat van de homozygoten. Men spreekt dan
van dominantie-effecten. Bovendien komt het vaak voor dat de verschillende loci elkaar
beïnvloeden (epistasis), en kunnen de effecten van de respectievelijke loci niet simpelweg
opgeteld worden.
3.2.
Genen én omgeving
Het fenotype wordt zowel door de omgeving als door de genen beïnvloed. De bladeren aan
éénzelfde boom zullen, hoewel ze genetisch (nagenoeg) identiek zijn, verschillen in grootte, vorm
en kleur, naargelang de blootstelling aan zon en wind. Eéneiïge tweelingen, hoewel genetisch
identiek, groeien door de opstapeling van persoonlijke ervaringen fenotypisch uit elkaar.
Het antwoord op de steeds opnieuw gestelde vraag of een kenmerk bepaald wordt door de
omgeving of door de genen, moet daarom steeds luiden : door beiden. De vraag is, zo gesteld,
trouwens even weinig zinvol als de vraag wat het meest bepalend is voor een cake : de
40
ingrediënten, of het recept. Wat we ons wel kunnen afvragen is in hoeverre de variatie in een
bepaald fenotypisch kenmerk (bijvoorbeeld, IQ), te wijten is aan verschillen tussen de individuen
in de populatie qua omgeving (ervaring, opleiding) en hoeverre aan verschillen in genotype.
Het product van een genotype is geen rigiede fenotype, maar een reeks van mogelijke fenotypen.
Deze reeks noemt de reactienorm. Voor sommige kenmerken is die reactienorm erg nauw : het
ABO-locus zal bijvoorbeeld steeds één van de vier mogelijke bloedgroepen opleveren. Het aantal
rode bloedcellen zal afhangen van een aantal genen, maar daarnaast ook van
omgevingsfactoren als hoogteligging, activiteitsgraad, en de aanwezigheid van infecties.
3.3.
Heritabiliteit
Waar de Mendeliaanse genetica volstaat om de overervingspatronen te beschrijven van
kenmerken die door één of enkele genen beïnvloed worden, moet men zich voor polygenische
kenmerken wenden tot de kwantitatieve genetica. Deze technieken werden oorspronkelijk
ontwikkeld om de resultaten van selectieprogramma’s in de landbouw en veeteelt te voorspellen,
maar worden heden ook veelvuldig toegepast in de studie van de evolutie van kenmerken in
natuurlijke populaties. We geven hier een zeer beperkte basis en verwijzen geïnteresseerden
naar het boek ‘Introduction to quantitative genetics ‘ van Falconer (1989).
In de kwantitieve genetica splitst men de fenotypische variatie voor een gegeven kenmerk in een
bepaalde populatie op in een genetische component en een omgevingscomponent :
 p2   g2  e2
De variatie die ontstaat door genetische verschillen tussen individuen kan verder ingedeeld
worden in de additieve genetische variatie (de variatie die ontstaat door de sommatie van de
effecten van de individuele genen), de dominantievariatie (die ontstaat tengevolge van interacties
tussen allelen binnen één locus) en de epistasisvariatie (die ontstaat door interacties tussen loci):
 p2  a2   d2   i2   e2
De heritabiliteit van een kenmerk in een bepaalde populatie (h²) geeft dan weer welk gedeelte
van de totale fenotypische variatie verklaard wordt door genetische verschillen. In zijn brede
betekenis wordt de heritabiliteit gegeven door
h² 
 g2
 2p
Aangezien de teller van bovenstaande breuk steeds kleiner is dan de noemer, en beide positief
zijn, varieert h² tussen 0 (genetische verschillen spelen geen enkele rol) en 1 (genetische
verschillen verklaren fenotypische variatie volledig).
Selectie kan enkel inwerken op de additieve genetische variatie. Dominantie- en epistasiscomponenten worden immers verbroken door de processen van recombinatie en onafhankelijke
segregatie. Daarom werkt men vaak met een nauwere definitie van heritabiliteit :
 a2
h²  2
p
41
De heritabiliteit is een zeer belangrijke parameter van de populatie. Haar waarde zal bijvoorbeeld
het succes van kweekprogramma’s bepalen, en mede bepalen in hoeverre natuurlijke selectie
populaties kan doen evolueren.
Tabel 6. Heritabiliteit (in de nauwe zin) voor een aantal kenmerken van dieren.
kenmerk
soort
h²
lichaamstemperatuur
huismuis Mus domesticus
0.02*
enzymeactiviteit (citraat synthase spier)
kousebandslang Thamnophis sirtalis
0.09
worpgrootte
varken Sus scrofa domesticus
0.15
eiproductie
kip Gallus domesticus
0.20
loopsnelheid
windhonden Canis lupus familiaris
0.23
melkproduktie
koe Bos primigenius taurus
0.30
grootte ovaria
Drosophila melanogaster
0.30
intensiteit nestbouw
huismuis Mus domesticus
0.31
verticale spronghoogte
mens Homo sapiens
0.40
vliegsnelheid
Drosophila melanogaster
0.44
bloeddruk (diastolisch)
mens Homo sapiens
0.45
uithoudingsvermogen
levendbarende hagedis Lacerta vivipara
0.46
lichaamslengte
varken Sus scrofa domesticus
0.50
leeftijd eerste eileg
kip Gallus domesticus
0.50
lengte wol
schaap Ovis ammon aries
0.55
dispersieafstand mannetjes
koolmees Parus major
0.56
kruipsnelheid
kousebandslang Thamnophis sirtalis
0.58
sprintsnelheid
Sceloporus occidentalis
0.59
massa eieren
kip Gallus domesticus
0.60
copulatiesucces
Nezara viridula
0.65
bloeddruk (systolisch)
mens Homo sapiens
0.69
paarfrequentie vrouwtjes
veldkrekel Gryllus integer
0.69
uithoudingsvermogen
kousebandslang Thamnophis sirtalis
0.70
boutlengte lokroep
veldkrekel Gryllus integer
0.75
sex-ratio
schildpad Graptemys ouachitensis
0.82
nachtelijke trekonrust
zwartkop Sylvia atricapilla
0.87
dikte vetlaag
mens Homo sapiens
0.87
* niet significant (P>0.05)
4. Opsporen van genetische variatie
4.1.
Common garden-experimenten
Een voor de hand liggende manier om na te gaan in hoeverre fenotypische variatie veroorzaakt
wordt door verschillen in genotypen, en in hoeverre door verschillen in omgeving, is door
individuen op te kweken in identieke omstandigheden. De verschillen in fenotype die overblijven
wanneer alle omgevingsvariatie uitgeschakeld wordt, zijn in principe te wijten aan genetische
verschillen.
42
Latentietijd (s)
Ann Hedrick en Susan Riechert (1989) pasten deze techniek toe om na te gaan in hoeverre
verschillen in foerageergedrag, die ze hadden waargenomen tussen twee populaties spinnen,
een genetische oorsprong hebben. Ze bestudeerden twee populaties van de trechterspin
Agalenopsis aperta : één aan de rand
van een rivier in Arizona, in een
biotoop met een relatief hoge
voedselabundantie en met gunstige
thermische omstandigheden, en één
60
rivieroever
in een halfwoestijn met een gering
voedselaanbod en een microklimaat
40
dat maakt dat slechts een klein
gedeelte van de dag kan
gefourageerd worden. In beide
20
populaties weven de spinnen een
grasland
web dat verbonden is aan een
trechtervormige schuilplaats, waarin
0
de spin zich terugtrekt. Wanneer een
P
F1
F2
insect het net raakt, schiet de spin uit
Generatie
de trechter en tracht haar prooi te
immobiliseren. De beide populaties
verschillen in de snelheid waarmee
Fig 34. Verschillen in latentietijd voor het
gereageerd wordt : spinnen uit het
aanvallen van een prooi blijven behouden in
relatief ongunstige halfwoestijntwee generaties spinnen (Agelenopsis aperta),
biotoop verlaten de schuilplaats
opgekweekt in het labo (naar Hedrick &
vroeger dan individuen uit het rijkere
Riechert 1989).
rivierbegeleidende habitaat. Hedrick
en Riechert brachten drachtige
vrouwtjes uit beide gebieden naar het labo en kweekten de jongen op in identieke situaties
(‘common garden’). De verschillen in latentietijd bleven echter bewaard in de F1-generatie. Dit
resultaat zou eventueel nog te wijten kunnen geweest zijn aan een niet-genetisch maternaal
effect. De voedingsstatus van de moeders zou (misschien via de hoeveelheid dooier) het
foerageergedrag van de jongen kunnen beïnvloeden. Daarom brachten de onderzoekers ook nog
een F2 -generatie groot. Aangezien ook individuen uit die generatie de verschillen in latentietijd
vertonen, besloten Hedrick en Riechert dat de verschillen in gedrag tussen de beide populaties
moeten teruggaan op verschillen in genotype.
4.2.
Kruisingsexperimenten
Sinds Mendel is het bekend dat het kruisen van twee individuen die verschillen in een bepaald
kenmerk informatie kan opleveren over de genetische basis van die verschillen. Bij simpele
Mendeliaanse overervingspatronen kan men zelfs voorspellingen doen over de te verwachten
proporties nakomelingen met deze of gene eigenschappen.
43
Aantal 1/2 uren trekonrust
De Duitse ornithologen Peter
Berthold en Ullrich Querner
onderzochten zo of er een
10
genetische basis bestond voor het
verschil in trekgedrag tussen
8
populaties zwartkoppen (Sylvia
atricapilla). Deze vogels
6
overwinteren in Afrika en vertonen,
zuid-Duitsland
wanneer ze in de herfst opgesloten
4
worden, een zenuwachtig gedrag
hybriden
dat men ‘trekonrust’ noemt. De
2
intensiteit en de duur van dit
Canarische eilanden
gedrag verschilt echter naargelang
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
de populatie : vogels die in het
Tijd (dagen)
noorden van Europa broeden
vertonen sneller en hevigere
trekonrust dan vogels uit het
Fig 35. Verschillen in trekonrust bij zwartkoppen
zuiden. Berthold & Querner
(Sylvia atricapilla) uit verschillende populaties (naar
kwantificeerden het gedrag bij
vogels afkomstig uit zuid-Duitsland, Berthold & Querner 1981).
van de Canarische eilanden, en
ook bij hybriden die ze hadden gekweekt. De hybriden vertoonden een intermediaire
trekonrust.
Het dient opgemerkt dat kruising natuurlijk niet noodzakelijkerwijs moet leiden tot nakomelingen
met een intermediair fenotype. Bij dominantie zal een nakomeling steeds het fenotype hebben
van de ouder die het dominante allel doorgeeft. Wollig haar bij mensen is zo’n dominante
eigenschap. Bij overdominantie is het fenotype van de nakomeling ‘beter’ dan dat van beide
ouders.
4.3.
De studie van mutanten
In (vrij zeldzame) gevallen weet men exact welke alternatieve allelen voor één gen
verantwoordelijk zijn voor de waargenomen fenotypische variatie. Dit is het geval voor meer en
meer erfelijke afwijkingen bij mensen.
Een ander organisme waarvan vele mutanten bekend zijn, is het bananenvliegje Drosophila
melanogaster. We geven enkele voorbeelden van puntmutaties die aanleiding geven tot
aberrant copulatiegedrag. Mannetjes van de ‘stuck’-mutant slagen er niet in om na de
normale twintig minuten een einde te maken aan de copulatie. Dit in tegenstelling tot de
‘coitus interruptus’-mutant, die reeds na tien minuten de copulatie voortijdig afbreekt. De
‘bang-sensitive’-variant verstijft compleet wanneer hij een plotse schok ervaart. Normale
fruitvliegmannetjes zullen, wanneer zij door een vrouwtje afgewezen worden, de hofmakerij
gedurende een twintig minuten onderbreken. De ‘dunce’-mutant is echter ongevoelig voor de
weigeringen en blijft koppig doorbaltsen. Dat doen ook de ‘don giovanni’-mutanten, maar niet
om dezelfde reden als de dunce-mutanten, die een verminderde leercapaciteit lijken te
hebben. De don giovanni-mutant brengt vrouwtjes zó in verwarring, dat zij vergeten de
aversie-opwekkende stoffen te produceren die mannetjes normaal doen afzien van verdere
hofmakerij. Nog een andere mutant, ‘amnesiac’, heeft een beperkt geheugen. Ze leren wel
bepaalde plekken of geuren te associëren met gevaar (een electrische schok, bijvoorbeeld),
maar verliezen al binnen het uur deze informatie.
44
4.4.
Artificiële selectie
Net als natuurlijke selectie maakt ook artificiële selectie gebruik van genetische variatie. Sinds
mensheugenis wordt de techniek toegepast om gewassen en gedomesticeerde dieren te
veredelen. De grote diversiteit aan planten- en dierenrassen en -vormen toont aan dat de variatie
aanwezig in allerlei kenmerken van diverse organismen een genetische grondslag heeft.
Zorgvuldige selectie heeft uit gemeenschappelijke voorouders producten voortgebracht zo
verschillend als pekinezen en deense doggen, japanse krielen en gele italianen, brabantse
trekpaarden en arabische volbloeden.
R. C. Tryon, één van de pioniers van de
genetica van het gedrag, toonde via
selectie-experimenten aan dat de
variatie in ‘oplossend vermogen’ tussen
individuele ratten (Rattus norvegicus)
een genetische grondslag heeft. Tryon
(1940) testte een groot aantal ratten in
een doolhof en kweekte verder met de
‘slimste’ exemplaren (diegene die het
minste fouten hadden gemaakt) en met
de ‘domste’ exemplaren. De
intermediaire ratten mochten zich niet
voortplanten. De nakomelingen van
beide overgehouden groepen werden
opnieuw getest, en opnieuw werden de
slimste individuen van de slimme groep
en de domste individuen uit de domme
groep weerhouden voor verdere kweek.
Na zeven generaties beschikte Tryon
over twee duidelijk verschillende
groepen ratten, een overtuigend bewijs
dat de verschillen in de oorspronkelijke
populatie erfbaar waren. Het zou
voorbarig zijn te concluderen dat Tryon
de ratten kon selecteren op
‘intelligentie’. Toen de ratten achteraf
getest werden in een ander doolhof,
waarin visuele aanwijzingen eerder dan
olfactorische aanwijzingen belangrijk
waren, bleken de ‘slimme’
nakomelingen niet beter te scoren dan
de ‘domme’. Tryon’s selectie gebeurde
dus op een zeer specifieke vaardigheid,
eerder dan op globale ‘intelligentie’.
aantal fouten in doolhof
-9
-39
-64
-114
-214
P
nakomelingen 'slimme' ratten
nakomelingen 'domme' ratten
F1
F2
F7
Fig 36. Artificiële selectie op doolhofprestaties bij de bruine rat
(Rattus norvegicus). Na zeven generaties werden populaties
bekomen die verschilden in het aantal fouten gemaakt bij het
doorlopen van de doolhof (naar Tryon 1940).
45
Roeptijd (uren)
Een ander voorbeeld van hoe de genetische basis van vrij complexe gedragspolymorfismen
kan aangetoond worden via artificiële selectie is dat van het roepgedrag van de krekel Gryllus
integer. In natuurlijke populaties van deze krekel komen twee typen mannetjes voor. Eén type
tsjirpt veelvuldig om vrouwtjes aan te trekken, terwijl het andere type (de satellietmannetjes)
zelden of nooit roept en vrouwtjes tracht te onderscheppen die aangetrokken worden door de
zang van het eerste type mannetjes. William H. Cade (1981) toonde aan dat dit patroon een
sterk genetische component heeft. Hij mat de roeptijd van een 50-tal mannetjes in het labo en
selecteerde aan beide zijden van de distributie twee tot vier mannetjes om verder mee te
kweken. Deze procedure werd herhaald voor de volgende vier generaties. De aldus
verkregen lijnen verschilden significant in gemiddelde roeptijd. Het bestaan van dergelijke
(genetische) polymorfismen binnen één populatie vormt steeds een uitdaging voor
evolutiebiologen. Op het eerste gezicht zou je immers verwachten dat één van beide
strategieën resulteert in meer
nakomelingen dan de andere,
waardoor de andere strategie na
verloop van tijd zou moeten
6
weggeselecteerd worden. Tenzij de
richting waarin geselecteerd wordt
5
sterk fluctueert. In het geval van de
4
veldkrekel wordt de fluctuerende
selectie mogelijk veroorzaakt door
3
een parasitaire vlieg, Orma
ochracea, die haar larven in het
2
lichaam van de krekels deponeert.
1
Omdat ze zich bij het zoeken van
haar gastheer laat leiden door het
P
1
2
3
4
getsjirp van de mannetjes, worden
Generatie
lawaaierige mannetjes meer
geparasiteerd dan
satellietmannetjes. De frequentie
van parasitisme fluctueert echter
Fig 37. Artificiële selectie van de roeptijd bij de
sterk doorheen de jaren, en dit kan
veldkrekel Gryllus integer (naar Cade 1982).
het voortbestaan van de twee
strategieën verklaren.
4.5.
Studie van verwante individuen
De hierboven beschreven methoden voor het detecteren van genetische verschillen tussen
individuen vergen allen vrij drastische ingrepen in de bestudeerde populatie. Individuen moeten
geïsoleerd worden in labo-omstandigheden, er moet mee gekweekt worden, of er moeten
mutagenen toegediend worden. Bij de studie van natuurlijke of menselijke populaties zijn
dergelijke ingrepen vaak ongewenst of onethisch. Bovendien kan men via de eerste drie
methoden enkel Mendeliaanse overervingssystemen opsporen, d.w.z. verschillen in genen die op
hun eentje het fenotypische kenmerk in kwestie veranderen. We zullen later zien dat de meeste
biologische kenmerken door meerdere genen tegelijkertijd worden beïnvloed.
Terwijl men van polygenisch bepaalde kenmerken niet mag verwachten dat kruising van twee
individuen nakomelingen met een intermediair fenotype oplevert, mag men er wel blijven
vanuitgaan dat -indien genetische verschillen een rol spelen- nakomelingen méér op hun ouders
zullen elkaar gelijken dan op andere individuen.
46
h² 
b
r
waarbij b de richtingscoëfficiënt is van
de regressielijn die het verband geeft
tussen de waarde van het kenmerk van
de jongen en hun ouders. De
genetische verwantschapsgraad (r)
bedraagt 0.5 wanneer men de
regressie berekent t.o.v. één ouder
(vader of moeder) en 1 wanneer het
gemiddelde van beiden genomen
wordt.
11
snavelhoogte jong (mm)
Men kan aantonen dat de heritabiliteit
bij dergelijke regressie-analysen
gegeven wordt door
10
9
8
8
9
10
11
Gem. snavelhoogte ouders (mm)
Fig 38. De relatie tussen de snavelhoogte van de
ouders en de nakomelingen bij de Darwinvink
Geospiza fortis in 1976 (open cirkels) en in 1978
(gesloten cirkels). Elk punt is de gemiddelde waarde
van één familie (naar Grant 1986).
De genetische
verwantschapsgraad (r) tussen
twee individuen is de proportie allelen die de twee individuen gemeen hebben door afkomst.
Zo is de verwantschap tussen een vader en zijn zoon 0.5, want elk allel van de zoon is ofwel
van de vader, ofwel van de moeder. In het algemeen kan de verwantschap tussen twee
(diploïde) organismen berkend worden met de formule
r =  (0.5)L
waarbij L het aantal stappen is tussen de betrokken individuen in de stamboom.
Men kan het belang van genetische verschillen ook inschatten a.d.h.v. vergelijkingen tussen
individuen binnen één generatie. Een veel gebruikte methode is de analyse van broers en zussen
(full sibs) of van half-broers en half-zussen (half-sibs). In de klassieke (nu wat ouderwetse)
methode van de variantieanalyse berekent men het gemiddelde voor het kenmerk per familie
(d.w.z. per legsel of worp), en de spreiding (b²) van die gemiddelden rond het
populatiegemiddelde. De verhouding van deze variantie t.o.v. de totale variantie noemt men de
intra-klascorrelatiecoëfficiënt (t) :
t
 b2
 p2
De heritabiliteit wordt dan gegeven door
h² 
t
r
Gabriele Sorci en medewerkers (1995) bepaalden de maximale sprintsnelheid en het
uithoudingsvermogen van 270 jonge levendbarende hagedissen (Lacerta vivipara). De
juvenielen waren in het labo geboren uit 270 moeders, en hun verwantschap was dus
gekend. Voor het uithoudingsvermogen was de variatie tussen de families significant
(h²=0.465, P<0.001); voor de sprintsnelheid niet (h²=0.081, P=0.16). Dit suggereert dat, in
47
deze populatie hagedissen, de verschillen in sprintsnelheid niet teruggaan op verschillen in
genotypen, de verschillen in uithouding wel.
Er schuilt een fundamenteel probleem in het vergelijken van verwanten binnen één generatie. Bij
vele organismen delen broers en zussen immers niet alleen een gedeelte van hun genetisch
materiaal, ze groeien doorgaans ook op in een gelijkaardige omgeving. De gelijkenissen tussen
broers en zussen kunnen dus gedeeltelijk te wijten zijn aan niet-genetische maternale of
paternale effecten. Dit fenomeen zal belangrijker worden naarmate de gemeenschappelijke
ontwikkelingsperiode langer duurt, bijvoorbeeld bij levendbarende soorten of bij soorten die een
verregaande ouderzorg verstrekken. Eén (gedeeltelijke) oplossing bestaat erin de leden van één
familie vanaf de geboorte te scheiden.
De laatste jaren zijn er mathematische modellen ontwikkeld die de analyse van complexe
stamboomgegevens toelaten. Gegevens over individuen met verschillende verwantschapsgraden
en uit verschillende generaties kunnen nu in één analyse gebruikt worden voor het schatten van
het belang van de genetische component bij fenotypische verschillen. De geïnteresseerden
verwijzen we naar het boek ‘Genetics and Analysis of Quantitative Traits’ van Bruce Walsh en
Mike Lynch (1997).
5. Case study : Erfbaarheid van intelligentie
We sluiten dit hoofdstuk af met enkele beschouwingen over de rol van genen in de veroorzaking
van gedragsverschillen tussen mensen, meer bepaald in verschillen in intelligentie. Dit is een
controversieel onderwerp, en een nuchtere kijk erop wordt vaak belemmerd door
methodologische en semantische problemen, door vermeende politieke en sociale implicaties, en
zelfs door een beroemd geval van wetenschappelijke fraude.
Tot in 1976 waren de belangrijkste studies over de heritabiliteit van het menselijk IQ van de
hand van Cyril Burt, een Engels psycholoog die voor zijn werk trouwens geridderd werd. Sir
Burt en zijn medewerkers kwamen via studies op eeneiïge tweelingen tot een
erfbaarheidsschatting van 0.75-0.80. Op 24 oktober 1976 verschijnt op de voorpagina van de
Londense Sunday Times echter een merkwaardig bericht van de hand van de
wetenschapsjournalist Oliver Gillie. Die was er niet in twee van Burt’s medewerkers (M.
Howard en J. Conway) te localiseren. Ze bleken helemaal niet te bestaan. Deze ontdekking,
plus enkele ongerijmdheden in de statistische verwerking, ontmaskerden Burt uiteindelijk als
wetenschappelijk fraudeur. Meteen kreeg ook het vertrouwen in de juistheid van de h2schattingen een flinke knauw : van de drie studies die tot dan de heritabiliteit van het IQ
hadden geschat adhv apart opgegroeide monozygote tweelingen, claimde Burt verreweg de
meeste paren ondervraagd te hebben. Bovendien beweerde hij als enige dat ook voldaan
was aan een andere voorwaarde, namelijk dat de respectievelijke leden van de tweelingen in
verschillende typen van gezinnen waren opgegroeid. Zijn studie was dus de enige die
claimde erin geslaagd te zijn om een fundamenteel probleem te omzeilen waarmee elke
studie over de heritabliteit van, menselijke gedragingen kampt : het feit dat verwante
personen doorgaans ook in een gelijkaardige omgeving opgroeien.
Recentere studie met apart opgegroeide ééneiïge tweelingen hebben aangetoond dat genetische
verschillen wel degelijk verantwoordelijk kunnen zijn voor een significant stuk van de verschillen
in persoonlijkheid en geestelijk vermogen, maar de scores voor h2 liggen nu eerder rond 0.5.
Het verband tussen verwantschap en gelijkenis in IQ betekent nog niet dat de intelligentie ‘erfelijk’
of ‘genetisch bepaald’ is, zelfs niet wanneer we IQ en intelligentie zonder meer gelijkschakelen.
Vergelijkingen binnen families tonen immers ook aan dat een belangrijk deel van de variatie
omgevingsgeïnduceerd is. Daarom bedraagt de correlatie tussen IQ’s van apart opgegroeide
identieke tweelingen niet 1, maar ongeveer 0.67; zelfs die voor samen opgegroeide tweelingen
48
bedraagt ‘maar’ 0.85. Daarom ook bedraagt dezelfde correlatie voor samen opgegroeide dizygote
tweelingen niet 0.5, maar 0.58.
49