Ärftlighet

Sammanfattning

Ärftlighet är processen där DNA förs vidare från föräldrar till avkomma. Ärftlighet förklarar varför släktingar ofta liknar varandra och hur egenskaper som ögonfärg, blodgrupp och vissa sjukdomar kan gå i arv. För en del egenskaper, de som påverkas av en gen, går det att förutspå hur de kommer att nedärvas. De allra flesta egenskaper är dock ett resultat av många gener som samverkar, och miljöfaktorer, vilket ofta gör det svårt att förutspå ärftlighetsmönstret.

Livets början – hur DNA förs vidare

Vid befruktningen hos organismer med sexuell fortplantning sammansmälter två könsceller (gameter). Då blandas DNA från två individer och ger upphov till en helt ny individ. Hos människor och andra däggdjur heter gameterna äggcell (ägg) och sädescell (spermie). Växter har också honliga och hanliga gameter.

Gameter skiljer sig från vanliga kroppsceller eftersom de inte har kromosomer i dubbel, utan i enkel uppsättning. De är därmed haploida celler. Alla andra celler har kromosomer i dubbel uppsättning och är diploida. När två haploida könsceller sammansmälter bildas den första diploida cellen av det nya livet. Avkomman får halva sin genetiska kod från vardera förälder.

Homologa kromosomer har samma lokus

För att förstå hur egenskaper ärvs behövs viss kunskap om kromosomer. Djur, växter och svampar har majoriteten av sitt DNA i strukturer som heter kromosomer i cellkärnan.

Antal kromosomer varierar mellan arter. Vi människor har 46 kromosomer, 23 har ärvts från vardera förälder. 44 kromosomer är autosomer och 2 är allosomer som är en annan term för könskromosomer. Två och två bildar de 46 kromosomerna homologa kromosompar som har samma storlek och innehåller samma lokus. Ett lokus är en bestämd plats på en kromosom.

Eftersom det kan finnas variation i geners DNA-sekvens så talas det hellre om att kromosomerna har samma lokus än ”samma gener”. Men i regel innehåller homologa kromosomer samma gener vid samma lokus.

Könskromosomerna hos de flesta däggdjur heter X och Y. En hona har två homologa X-kromosomer, en X-kromosom har ärvts från vardera förälder. En hane har X och Y, där X har ärvst från mamman och Y från pappan. X och Y är det enda kromosomparet som inte är homologa utan har olika storlek och gener. Fåglar och en del fiskar har ett annat system med könskromosomerna W och Z där honorna är de som har två olika könskromosomer.

En genvariant ärvs från vardera förälder

Eftersom alla har två kromosomer ”av varje” så innebär det också att alla har två genvarianter. Ett annat ord för genvarianter är alleler. Ursprunget till att det finns olika alleler är att variation då och då uppkommer i DNA-sekvensen av en gen till följd av mutationer.

Två alleler vid samma lokus bildar tillsammans en genotyp. Allelerna skrivs ofta som bokstäver till exempel A och a. När de två allelerna i en genotyp är olika kallas det för en heterozygot (Aa). Är allelerna istället likadana är det en homozygot (AA eller aa).

Dominanta alleler tar över och recessiva viker undan

Om allelerna skrivs med stor eller liten bokstav indikerar om de är dominanta eller recessiva. En dominant allel skrivs ofta med en stor bokstav och en recessiv med en liten.

När avkomman är heterozygot och har ärvt två olika alleler av föräldrarna, blir resultatet sällan något mitt emellan. En variant, den dominanta, kommer bidra till fenotypen (egenskapen) medan den andra, den recessiva, inte gör det. För att den recessiva varianten ska komma fram och ”synas” så krävs att båda genvarianterna är recessiva.

I vissa fall är allelerna ”jämnstarka” och ingen allel tar över. De kallas då för ko-dominanta. Ett exempel på det är blodgrupp A och B hos människa. Om en person är heterozygot för blodgrupp A och B så får hen blodgrupp AB.

I bilden nedanför visas ett korsningsschema för att illustrera hur dominanta och recessiva alleler kommer i uttryck.

Livet är komplicerat!

Stycket ovan visar hur monogena egenskaper nedärvs. Få egenskaper är monogena, det vill säga påverkas av en gen och nedärvs på det här sättet. Det är därför inte många egenskaper som går att sätta in i ett korsningsschema där man kan förutse ärftligheten.

De flesta egenskaper påverkas av många olika gener (polygena) och ibland även miljöfaktorer (multifaktoriella). Egenskaper hos människor som nedärvs polygent är till exempel ögonfärg, hudfärg och hårfärg.

Men allt är inte heller avhängt på gener. Förutom det genetiska arvet från föräldrar påverkas också egenskaper av epigenetik, en uppsjö av miljöfaktorer och mutationer.

Ärftlighetsmönster

Kunskapen om hur enskilda egenskaper ärvs från föräldrar till avkomma är viktig inom många områden till exempel djuravel och växtförädling. Inom det medicinska området studeras vilka gener, och mutationer i gener, som leder till sjukdomar och hur de riskerar att nedärvas till nästa generation.

I följande text exemplifieras olika ärftlighetsmönster med hjälp av mutationer som orsakar monogena sjukdomar hos människor. Sjukdomen är i exemplen ”egenskapen” och mutationen är allelen. Principerna för ärftlighet är dock samma för andra monogena egenskaper hos alla organismer med sexuell förökning.

Var i genomet en mutation uppstår har avgörande betydelse för ärftlighetsmönstret. Om mutationen uppstår på en autosomal kromosom ser ärftligheten annorlunda ut jämfört med om den finns på X eller Y. Det ser också annorlunda ut om mutationen finns i mitokondrie-DNA som alltid ärvs från mamman.

Autosomal nedärvning

En monogen sjukdom orsakas av en mutation i en gen. När en monogen sjukdom benämns som autosomal så betyder det att mutationen finns i en gen på en autosomal kromosom, alltså inte X eller Y.

Hur autosomala sjukdomar överförs från föräldrar till barn är ofta lättöverskådligt. De följer ett enkelt nedärvningsmönster beroende på om mutationen är dominant eller recessiv. Om den är recessiv kallas en person med en kopia för frisk bärare.

Vid autosomalt dominant nedärvning krävs det bara att en förälder har en sjukdomsalstrande mutation för att barnen riskerar att ärva sjukdomen. Vid autosomalt recessiv krävs att båda föräldrarna har mutationen.

X-bunden nedärvning

När en monogen sjukdom benämns som X-bunden så betyder det att mutationen som resulterar i sjukdom finns i en gen på kromosom X som är en av könskromosomerna Hur en sån sjukdom nedärvs beror dels på barnets biologiska kön och dels på om mutationen är dominant eller recessiv.

X-bunden dominant nedärvning

Döttrar har två X-kromosomer (kvinnligt biologisk kön) och löper en dubbelt så stor risk att ärva en X-bunden dominant sjukdom. Vid en dominant sjukdom krävs det bara att avkomman har en mutation på en kromosom för att få sjukdomen.

Om sjukdomen däremot är X-bunden och recessiv löper söner större risk att drabbas eftersom de bara har en X-kromosom och en Y-kromosom (manligt biologiskt kön). Personer med kvinnligt biologiskt kön kan ha en ”frisk” kopia av genen på den andra X-kromosomen som ofta kompenserar för mutationen som ger sjukdom. På Y-kromosomen finns inte samma gener som på X och ingen ”frisk” gen kan kompensera.

De flesta X-bundna sjukdomar är recessiva. En mamma som har en X-bunden recessiv sjukdom löper en 50 procent risk att överföra sjukdomen till sina barn. En pappa som har en X-bunden recessiv sjukdom kommer med säkerhet att överföra mutationen till sin dotter som alltid ärver pappans enda X-kromosom, men aldrig till en son som ärver pappans Y-kromosom. För att den recessiva sjukdomen ska drabba dottern krävs att samma mutation ärvs från mamman. Har dottern bara en mutation så är hon en frisk bärare.

Y-bunden nedärvning

Y-bundna sjukdomar är mycket ovanliga eftersom Y-kromosomen endast innehåller ett fåtal gener.

Mitokondriell nedärvning

Det DNA som finns i mitokondrier ärvs alltid från mamman. När en sjukdom benämns mitokondriell talar det om att det är mitokondriens funktioner som störs, men det kan bero både på mutationer i mitokondrie-DNA och i kärn-DNA.

I de fall då en mitokondriell sjukdom är ett resultat av en mutation i mitokondrie-DNA så finns det en 100 procent risk att alla barn ärver sjukdomen. Men nedärvningen kan ändå vara komplicerad att förutspå. Det beror på att det finns många mitokondrier i en cell. Det kan vara så att mutationen finns i några mitokondrier, men inte alla vilket kan avgöra om en sjukdom utvecklas och hur allvarlig den blir.

Exempel på sjukdomar med olika ärftlighetsmönster

I tabellen nedan ges exempel på några olika genetiska sjukdomar och hur de nedärvs.

Ärftlighetsmönster	Antal alleler som krävs för att sjukdomen ska utvecklas	Sjukdomens förekomst	Exempel
Autosomal dominant	En	Lika vanlig hos män och kvinnor och syns i varje generation.	Huntington´s sjukdom
Autosomal recessiv	Två	Lika vanlig hos män som hos kvinnor men syns vanligtvis inte i varje generation.	Sickelcellanemi
X-bunden dominant	En	Vanligare hos kvinnor.	Hypofosfatemisk rakit
X-bunden recessiv	Två hos kvinnor, en hos män.	Vanligare hos män.	Hemofili A
Mitokondriell (mt) nedärvning	Endast moderns mtDNA går i arv	Lika vanlig hos män och kvinnor.	Kearns-Sayres syndrom

Referenser

• Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB. Campbell Biology. 10th ed. Harlow: Pearson; 2014.