1 Wat is genetica en hoe erft iets over?

1.1 Wat is genetica?

1.2 Wat is DNA?

1.3 Wat zijn chromosomen?

1.4 Wat zijn genen en wat?

1.5 Waarom zijn twee volle broers genetisch niet gelijk?

1.6 Heeft elk gen een andere functie?

1.7 Genetische variatie

1.1 Wat is genetica?

Genetica is hetzelfde als erfelijkheid. De monnik Gregor Mendel ontdekte in het midden van de negentiende eeuw als eerste dat eigenschappen (in zijn geval bloemkleur en zaadvorm bij erwten) overerven van ouder op nakomeling: bloemkleur en zaadvorm zijn erfelijk. Verder concludeerde hij dat een nakomeling de helft van zijn erfelijke aanleg van zijn vader en de helft van zijn moeder heeft gekregen.

Mendel had gelijk: wie jij bent, wordt bepaald door de erfelijke eigenschappen die je van je vader en van je moeder hebt gekregen. Maar dat is niet alles. Wie jij bent, wordt ook bepaald door wat je hebt meegemaakt en hoe je bent opgevoed. Dat noemen we de invloed van het milieu. Het resultaat van de erfelijke eigenschappen (de genen, ook wel het genotype genoemd) en de invloed van het milieu noemen we het fenotype:


	Fenotype = genotype + milieu

Een voorbeeld van een fenotype is je lengte. Wanneer je bijvoorbeeld heel lang bent, dan komt dat omdat je ouders je altijd goed te eten hebben gegeven. Zonder goed eten was je nooit zo goed gegroeid. Maar het komt ook omdat je de aanleg hebt om lang te worden. “Het zit in je genen”, zeggen mensen wel eens. Als je het juiste erfelijke materiaal niet had gehad, dan had je nooit zo lang kunnen worden. Maar mensen met aanleg om klein te blijven, kunnen zoveel eten als ze willen. Ze worden toch nooit lang. Aan de ene kant heb je dus de aanleg (genen) nodig en aan de andere kant de omstandigheden (milieu) om die aanleg te benutten.

1.2 Wat is DNA?

In 1954 ontdekten Watson en Crick dat het erfelijk materiaal (de genen) zijn beschreven in een code: het DNA. Op het DNA staan de erfelijke eigenschappen precies beschreven. In elke cel van je lichaam zit een kern en in die kern ligt het DNA opgeslagen. Van daaruit bestuurt het DNA eigenlijk je lichaam. Het zorgt ervoor dat je leeft en groeit. Het zorgt er zelfs voor dat je bijvoorbeeld een heel open of juist gesloten karakter hebt. De genen liggen dus opgeslagen in de kernen van cellen. Die allereerste cel was een samensmelting van een spermacel van je vader en een eicel van je moeder: de geslachtscellen. In die geslachtscellen zat het DNA van je vader en van je moeder. Daardoor is in elke cel in je lichaam de helft van het DNA gelijk aan dat van je vader en de helft aan dat van je moeder.

1.3 Wat zijn chromosomen?

Het DNA is niet één lange streng, maar is opgedeeld in stukjes: de chromosomen. Elke diersoort heeft een vast aantal chromosomen. Als er meer of minder zijn, dan is er iets goed mis. In de tabel hieronder staan een paar voorbeelden van aantallen chromosomen. Voor de duidelijkheid moet je twee dingen weten: ten eerste staat er het aantal paren chromosomen. Dat klopt. Elk chromosoom komt twee keer voor. Eén komt van de vader en één van de moeder. Dat zijn gelijke chromosomen: met dezelfde genen erop. Ten tweede is er één paar chromosomen dat anders is dan de andere paren: de geslachtschromosomen. Bij zoogdieren heeft elk mannetje een Y-chromosoom en een X-chromosoom en elk vrouwtje heeft twee X-chromosomen. Bij vogels is dit precies omgekeerd. Op de geslachtschromosomen liggen genen die een aantal typische mannelijke of typische vrouwelijke kenmerken bepalen.

Tabel 1. Aantal chromosoomparen voor een aantal diersoorten en de mens

Soort	Aantal chromosoomparen
Mens	23
Rund	30
Paard	32
Varken	19
Schaap	27
Geit	30
Konijn	22
Kip	78
Eend	40

Chromosomen

1.4 Wat zijn genen en allelen?

Een gen is een stukje DNA waar erfelijke aanleg tot expressie wordt gebracht: het beïnvloedt een kenmerk. Er zijn genen die erfelijke aanleg voor groei bepalen, voor afweer tegen ziekten, voor de kleur van je haar, voor hoe goed je kunt leren, voor waar je allergisch tegen bent en nog veel meer. Elk mens heeft naar schatting ruim 21.000 genen. Elk van die genen zorgt voor een stukje erfelijke aanleg.

Omdat elk chromosoom in elke lichaamscel twee keer voorkomt, komen alle genen ook twee keer voor. Maar het kan zijn dat die beide genen niet helemaal gelijk zijn. Deze verschillende versies van hetzelfde gen noem je allelen. Een gen kun je zien als een woord en een allel is dan hoe het gen uiteindelijk gespeld wordt.


	Van één gen kunnen meerdere allelen bestaan, die kenmerken kunnen beïnvloeden

Wat allelen doen is goed uit te leggen aan de hand van de oogkleur. Het gen voor oogkleur kan verschillende allelen hebben. De allelen bepalen het uiteindelijke resultaat: blauwe ogen, bruine ogen, grijze ogen, groene ogen. Dus iedereen heeft het gen voor oogkleur, maar bij de ene persoon bepalen de allelen dat hij blauwe en bij de andere persoon dat hij bruine ogen heeft.

Alle genen komen in elke lichaamscel dus twee keer voor. Het kan zijn dat voor beide kopieën van een gen hetzelfde allel van vader en van moeder is geërfd. In dat geval noem je het dier (of de mens) homozygoot voor dat gen.

Wanneer de beide allelen voor dat gen verschillen, dan noem je het dier heterozygoot. Het maakt niet uit om welke allelen het precies gaat. Het is altijd zo dat wanneer er voor een gen twee gelijke allelen zijn, dat homozygoot heet. En bij twee verschillende allelen heet het heterozygoot.

Maar wanneer de individu heterozygoot is voor een bepaald gen, welk allel maakt dan uiteindelijk uit hoe het gen tot expressie komt? Met andere woorden: welke boodschap wordt uiteindelijk gebruikt? Welk effect van de allelen zie of meet je uiteindelijk? In veel gevallen worden de boodschappen van beide allelen bij elkaar opgeteld en gemiddeld. Dat heet intermediaire overerving.

Maar wanneer de individu heterozygoot is voor een bepaald gen, welk allel maakt dan uiteindelijk uit hoe het gen tot expressie komt? Met andere woorden: welke boodschap wordt uiteindelijk gebruikt? Welk effect van de allelen zie of meet je uiteindelijk? In sommige gevallen overheerst het ene allel over het andere allel. In dat geval wordt het overheersende allel dominant genoemd.

Maar wanneer de individu heterozygoot is voor een bepaald gen, welk allel maakt dan uiteindelijk uit hoe het gen tot expressie komt? Met andere woorden: welke boodschap wordt uiteindelijk gebruikt? Welk effect van de allelen zie of meet je uiteindelijk? In sommige gevallen overheerst het ene allel over het andere. Het onderdrukte allel wordt dan recessief genoemd. Recessieve allelen komen alleen tot expressie wanneer een dier homozygoot is voor dat allel, dus als het dier twee kopieën heeft van dat allel.

Negatieve eigenschappen erven vaak recessief over. Maar eigenschappen die recessief overerven zijn niet altijd negatief. Soms zijn ze, in elk geval op het eerste gezicht, vrij nutteloos. Bijvoorbeeld het feit dat sommige mensen moeten niezen als ze in de felle zon komen, wordt bepaald door een recessief allel. En ook of je oorlel aan je hoofd zit gegroeid, wordt bepaald door een recessief allel.

1.5 Waarom zijn twee volle broers genetisch niet gelijk?

Volle broers en zussen worden geboren uit dezelfde ouders en die geven hun genetische aanleg door aan hun nakomelingen. Dus als je een vaderdier voor je vrouwtje zoekt, en het populaire mannetje is wel erg duur om te gebruiken, waarom kun je dan niet net zo goed zijn (veel goedkopere) volle broer gebruiken?

Feit is dat nakomelingen van dezelfde ouders niet altijd op elkaar, en zelfs niet altijd op hun ouders lijken. Zowel wat uiterlijk als wat aanleg betreft. Misschien ben jij, bijvoorbeeld, wel heel goed in wiskunde, maar je broer is veel beter in talen. Of houd jij meer van techniek en je broer meer van beesten. En dat terwijl jullie dezelfde ouders hebben. Er zijn drie belangrijke redenen voor genetische verschillen tussen volle broers en volle zussen:

	1. veranderingen op het DNA
	2. de vorming van de geslachtscellen
	3. de combinatie van geslachtscellen.

1. Veranderingen op het DNA: mutaties

Een methode die de natuur heeft ontwikkeld om genetische verschillen tussen broers en zussen en ouders en hun nakomelingen te creëren is de mutatie. Mutatie is een verandering op het DNA. DNA kun je zien als de letters die de woorden (de genen) spellen. Soms wordt een ‘letter’ van het DNA veranderd van de ene in de andere ‘letter’, soms worden er extra ‘letters’ bij geplaatst en soms worden er juist ‘letters’ gewist. Vaak heeft een mutatie geen effect op de expressie. Dit soort mutaties heten stille mutaties. Een tweede soort mutaties leidt tot grote problemen waardoor het dier (of mens!) vaak al voor de geboorte sterft. Dit soort mutaties heten dan ook letale mutaties (= dodelijke mutaties). Tenslotte is er een soort mutaties dat wel leidt tot andere expressie, maar niet direct tot de dood. Dat soort mutaties heet functionele mutaties. De naam klinkt alsof dit soort mutaties altijd een positieve functie hebben. Dit is niet het geval. De naam is afgeleid van het feit dat de mutatie leidt tot een verandering in functie van het gen. Dit kan positief, negatief, of neutraal zijn.

Een positieve mutatie is bijvoorbeeld een mutatie waardoor er resistentie tegen een bepaalde infectie ontstaat. Negatief is een mutatie waardoor er juist een erfelijke ziekte ontstaat. Een mutatie met een neutraal effect is bijvoorbeeld een mutatie die invloed heeft op bijvoorbeeld de vorm van de kam bij kippen. Het ziet er anders uit, maar de functie is gelijk.

2. De vorming van geslachtscellen

Een tweede methode om genetische verschillen tussen broers en zussen en ouders en hun nakomelingen te creëren is door middel van recombinatie. Hierbij wordt de genetische inhoud van de cellen in de testis en de eierstokken nog eens stevig door elkaar gemixt voordat de geslachtscellen gevormd worden.

Bij een gewone celdeling in het lichaam wordt het DNA verdubbeld en deelt de cel in twee identieke cellen. Maar bij de vorming van geslachtscellen wordt een chromosomenpaar gesplitst. Daarvoor wisselen de twee chromosomen uit een paar DNA met elkaar uit. Dit proces noem je recombinatie of crossing-over. In de geslachtscel zit nu een stuk van het ene en een stuk van het andere chromosoom uit het ‘ouderpaar’, die samen weer precies een chromosoom vormen. In een andere geslachtscel zitten de andere delen van de chromosomen.

Op die manier worden er nieuwe combinaties van allelen gevormd. Bij de vorming van elke geslachtscel gebeurt dit proces opnieuw en bijna elke keer anders. Daardoor is de genetische aanleg die opgesloten zit in elke geslachtscel net even anders. Omdat jullie uit verschillende geslachtscellen zijn ontstaan, heb jij niet per definitie dezelfde genetische aanleg van je ouders geërfd als je broer of zus.

3. Combinatie van geslachtscellen

Tijdens de vorming van geslachtscellen (meiose) kan er dus al van alles gebeuren waardoor de geslachtscellen uiteindelijk niet gelijk zijn in erfelijke aanleg. En dan komt de bevruchting. In een geslachtscel zit maar de helft van het genetisch materiaal van de ouder. Dus per cel maar één chromosoom uit een paar. Voor elk gen zit in de ene geslachtscel het ene allel en in de andere geslachtscel het andere allel. Voor heterozygote kenmerken zijn dat dus twee verschillende allelen, en daarmee twee verschillende geslachtscellen.

Wanneer een spermacel en een eicel samen een nieuwe nakomeling vormen, hangt het dus af van de allelen in de geslachtscellen hoe die nakomeling er uit zal zien. Voor een kenmerk (eigenschap) kan uit twee heterozygote dieren een homozygote nakomeling geboren worden! En dat kan met name een probleem zijn bij overerving van negatieve recessieve kenmerken zoals bepaalde genetische gebreken. Een heterozygoot dier ziet er gezond uit, maar als zijn nakomeling homozygoot wordt voor dat kenmerk, komt het gebrek tot expressie.

Een heterozygote koe (de balken stellen een blauw en een geel allel voor) wordt gepaard met een heterozygote stier (een blauw en een groen allel). De koe geeft óf het blauwe, óf het gele allel door en de stier óf het blauwe allel, of het gele. Daardoor kunnen er vier verschillende nakomelingen ontstaan. Ze hebben allemaal de helft van hun genetische aanleg van hun vader en de helft van hun moeder gekregen, maar de combinatie maakt ze verschillende dieren. Dit principe geldt natuurlijk niet alleen voor koeien, maar voor alle diersoorten.

In de figuur zijn de combinatiemogelijkheden van de allelen van de ouders in de nakomelingen nog eens schematisch weergegeven.

1.6 Heeft elk gen een andere functie?

Veel kenmerken (= eigenschappen) worden door een enkel gen bepaald: het zijn monogene kenmerken. Maar nog veel meer kenmerken worden door een hele reeks genen bepaald. Typische kenmerken die door veel genen worden bepaald zijn kenmerken die door meerdere factoren worden beïnvloed. Dat is logisch. Groei bijvoorbeeld, wordt bepaald door je aanleg voor groei, maar ook door je aanleg voor eetlust, vertering van dat eten, wanneer welk onderdeel van je lichaam groeit, of je op dat moment ook energie moet gebruiken om je warm te houden, of je ziek bent, enzovoort. Er is dus niet een enkel gen voor ‘groei’, maar heel veel genen die elk voor een deel aan de voorwaarden voor groei voldoen. En veel van die genen hebben niet alleen een invloed op groei, maar ook op andere kenmerken. Of je een goede eetlust hebt, zal bijvoorbeeld ook een invloed hebben op de hoeveelheid vet in je lichaam. Andere typische polygene kenmerken zijn snelheid, vruchtbaarheid, maar ook vatbaarheid voor infecties, hoe goed je kunt leren, en zo kunnen we nog wel even doorgaan.

Typische kenmerken die maar door één gen worden bepaald, zijn kenmerken waar heel duidelijk klassen voor bestaan. Oogkleur bijvoorbeeld, of bepaalde erfelijke afwijkingen. Om het ingewikkeld te maken, lijken sommige kenmerken door een enkel gen te worden bepaald, maar toch ook weer niet. Er is bijvoorbeeld een gen dat bepaald of een dier zwart of bruin is. Maar er is weer een ander gen dat zorgt voor de nuances in de kleur (verdunningsfactor) en weer een ander dat voor een eventueel vlekkenpatroon zorgt. Dus bepaalde aspecten van kleur worden door een enkel gen bepaald, maar het uiteindelijke resultaat niet.

Soms zijn er ‘genen bekend’ voor bepaalde afwijkingen, zoals bijvoorbeeld het risico om borstkanker te krijgen. Borstkanker wordt niet echt door één enkel gen bepaald. In werkelijkheid zijn er veel meer genen bij betrokken. Maar er is door analyse van het DNA één van die genen gevonden, waarbij een bepaald allel ervoor zorgt dat vrouwen een hele grote kans hebben om borstkanker te krijgen. Dat wil niet zeggen dat andere genen er niet toe doen of dat vrouwen geen borstkanker kunnen krijgen als ze dat allel niet hebben.

Vanwege een enkel gen is deze Whippet genetisch bruin van kleur. Maar een ander gen bepaalt dat die bruine kleur verdund is. Daarom is hij geel

1.7 Genetische variatie

Een individueel dier heeft geen variatie, die is er gewoon. Maar als je meerdere dieren hebt, dan kun je voor een gen gaan kijken in welke verhouding de verschillende allelen van dat gen voorkomen. Eerst tel je het aantal allelen en dan hoeveel dieren elk van die allelen dragen. Dat geeft een idee over de genetische variatie in de populatie: welke allelen zijn er aanwezig en in welke verhouding komen ze voor?

Bijvoorbeeld: als voor een gen twee allelen voorkomen, dan heb je vier mogelijke genotypen: twee kopieën van het eerste allel, één van het eerste en één van het tweede allel of omgekeerd, en twee kopieën van het tweede allel. Hoe vaak elk van de genotypen voorkomen, hangt af van hoe algemeen of hoe zeldzaam de allelen zijn. Hoe meer allelen er voor een gen in de populatie voorkomen, hoe meer genotypen er mogelijk zijn. Bij twee allelen waren dat er vier, bij drie allelen zijn dat er al negen!

Ingewikkelder wordt de situatie als er niet één, maar twee genen bij het kenmerk betrokken zijn. Wanneer die twee genen elk twee allelen hebben, dan is het aantal mogelijke genotypen als volgt: twee keer twee voor gen 1, maar tegelijkertijd ook twee keer twee voor gen 2. Dus vier combinaties voor gen 1 kéér vier combinaties voor gen 2 is zestien combinaties. Wanneer beide genen drie allelen hebben, zijn er negen keer negen is 81 combinaties mogelijk. Wanneer er drie genen met elk twee allelen zijn, dan zijn er vier keer vier keer vier is 64 combinaties mogelijk en wanneer die genen drie allelen hebben, dan zijn er negen keer negen keer negen is 729 (!) combinaties mogelijk. Je ziet dat bij een toename in het aantal genen die bij een kenmerk betrokken zijn en het aantal allelen dat er voor die genen bestaan, het aantal mogelijke genotypen al snel heel erg groot wordt. En hoe meer genotypen er voor een kenmerk in een populatie voorkomen, hoe groter de genetische variatie.

Genetische variatie is een eigenschap die bij een populatie hoort. Een populatie is een groep dieren die in meer of mindere mate familie van elkaar zijn (verwant zijn). De genetische variatie is een maat voor de verschillen in erfelijke aanleg van de dieren in een populatie. Veel kenmerken worden door meerdere genen bepaald. En voor veel kenmerken zijn er dus veel genotypen in een populatie. De genetische variatie is niet zo eenvoudig te meten, want we hebben al gezien dat het fenotype, de waarde van een kenmerk dat we kunnen meten, de som is van het genotype en het milieu. Maar we kunnen nu de manier van beschrijven van de genetische variatie wel illustreren met het meten van de fenotypische variatie.

Wanneer je de dieren voor een kenmerk op volgorde zet, kun je er een soort bergpatroon in zien. Hoe meer dieren je op volgorde zet, hoe beter het op een bergpatroon lijkt. Daarom worden populaties vaak schematisch als een bergpatroon weergegeven.

In de figuur is een voorbeeld te zien voor de verdeling van lichaamsgewicht (het fenotype) op een bepaalde leeftijd in varkens. Om tot die figuur te komen zet je de populatie op volgorde van gewicht: de lichte dieren links, de zware rechts. Je ziet dat de dieren een soort bergpatroon laten zien. Wanneer je heel veel dieren zou meten, dan zou je tot de vloeiende lijn ernaast komen. Beide figuren, de varkens en de lijnfiguur, geven de verdeling van gewichten over de populatie weer. De lichte dieren links en de zware rechts en de gemiddelde dieren in het midden. De piek in het midden geeft aan dat daar de meeste dieren zitten: de meesten zijn gemiddeld. De variatie in een populatie kun je dus goed grafisch weergeven met zo’n vloeiende lijn. Het gemiddelde en het verschil tussen het gemiddelde en de extreme dieren zijn zo makkelijk te zien.