GENETICS

MOLECULAR GENETICS DNA REPLICATION TRANSCRIPTION TRANSLATION MUTATION BIOTECHNOLOGY 0

สารพั นธุ กรรม พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล DNA เป็นสารจำพวกกรดนิวคลีอิก มีธาตุ Phosphorus และ Nitrogen เป็นองคป์ ระกอบสำคัญ โดย nucleotide (ซึง่ เปน็ หน่วยเล็กที่สดุ ของกรด นิวคลีอิก) เชือ่ มกันยาว ๆ ด้วยพนั ธะ Phosphodiester เรียงต่อกนั จนเป็นสายยาว ๆ เรียกว่า polynucleotide • หนึง่ Nucleotide มีน้ำตาล Deoxyribose (C5H10O4) เปน็ แกนกลางเชือ่ มกบั หมู่ Phosphate และหมู่ Nitrogenous • หมู่ Nitrogenous ทำให้แต่ละ Nucleotide แตกต่างกนั เราเก็บข้อมูลใน DNA ได้ก็เพราะความแตกต่างของหมู่ Nitrogenous เหล่านี้ โดยมีหมู่ ทั้ง 4 แบบคือ C (Cytosine), T (Thymine), A (Adenine) และ G (Guanine) ระวัง! หมู่ฟอสเฟตกับน้ำตาลเปล่า ๆ มกั จะถูกเปรียบเปรยว่าเป็นราวบนั ไดของ DNA หรือฝร่ังมักเรียกว่า sugar-phosphate backbone ส่วนเบส มักจะถูกเปรียบเป็นขั้นบนั ไดของ DNA DNA 1 molecule เกิดจากการจบั คู่ของสาย Polynucleotide ที่หันหมู่ nitrogenous เข้าหากัน โดยมีพนั ธะ Hydrogen เชือ่ มระหว่าง มีกฎสำคญั คือ • เบส A (Adenine) ต้องจับค่กู บั T (Thymine) เสมอ ด้วยพนั ธะ hydrogen 2 พนั ธะ • เบส C (Cytosine) ต้องจบั คกู่ ับ G (Guanine) เสมอ ด้วยพันธะ hydrogen 3 พันธะ ฉะนั้นจึงจบั กันแน่นกว่า A:T • การจับคขู่ องเบสแบบนี้เรียกว่า เบสค่สู ม (complementary base) เมื่อ 2 nucleotide จับกนั จะเรียกว่า 1 ค่เู บส ระวงั ! คำว่าจบั คู่เบสคือ การทีค่ เู่ บสสร้าง hydrogen bond ระหว่างสาย polynucleotide หนึง่ กบั อีก polynucleotide หนึ่ง ไม่ใช่การจับกันภายในสาย กนั เอง ซึ่งอาศยั phosphodiester bond การทีค่ ู่เบสมีความจำเพาะ เออร์วิน ชารก์ าฟฟ พบว่าจำนวนเบสคสู่ มจะมีสดั สว่ น เท่ากนั เสมอคือ • จำนวนเบส A เท่ากับจำนวนเบส T; A:T = 1:1 • จำนวนเบส C เท่ากับจำนวนเบส G; C:G = 1:1 • ดังน้ัน A:T = C:G เช่นหากมี nucleotide ทีม่ ีเบส Adenine อยู่ 40% แปลว่าจะมี Thymine อยู่ 40% และทำ ให้ Cytosine รวมกับ Guanine = 20% (100% - 40% - 40%) ดงั นั้น Cytosine = Guanine = 10% นี้เรียกว่ากฎของ Chargaff 1

ระวงั ! จากตัวอย่างบนสมมติว่า DNA 1 molecule ท้ังหมด 100 nucleotide จะมี A = 40, T = 40, C = 10, G = 10 ฉะน้ัน A:T = C:G ; 40:40 = 10:10 แต่ A+T ≠ C+G ; 40+40 ≠ 10+10 และ A+G = T+C ; 40+10 = 40+10 ระวัง! แม้แต่ละสิง่ มีชีวิตมีจำนวนคูเ่ บสไม่เท่ากนั จำนวนโครโมโซมไม่เท่ากนั แต่ปกติทุก ๆ DNA ควรจะตามกฎของ Chargaff เสมอ ดังนั้นทกุ สิง่ มีชีวิตบนโลกที่มี DNA จะมีเบส A:T = C:G และ A+G = C+T นอกจากนี้การจับคูข่ องสองสายจะมีทิศทางทีส่ วนกนั เรียกว่า Antiparallel โดยทิศทางดจู ากหวั ทีเ่ ปน็ หมู่ฟอสเฟตซึ่งตรงกับคาร์บอนที่ 5 ของ น้ำตาล deoxyribose นบั ตามเขม็ นาฬิกาเรียกว่า 5’ (อ่าน five prime) กับหัวทีเ่ ป็นหมู่ OH ซึง่ ตรงกับคาร์บอนที่ 3 เรียกว่า 3’ (อ่าน three prime) สาย polynucleotide มีทิศทางจากหวั 5’ ไป 3’ เสมอ แต่เมือ่ มาจบั คเู่ ปน็ DNA สายหนึ่งจะสวนทางกบั อีกสายหนึง่ (โปรดดภู าพ) ระวัง! DNA 1 molecule เกิดจาก polynucleotide สองสายจับคูก่ ัน สาย polynucleotide นี้เรียกว่า DNA Strand ฉะนั้น DNA 1 molecule = 2 DNA strand จบั กนั ด้วยพนั ธะ hydrogen ในทิศทางตรงกันข้าม DNA ทีเ่ สถียรจะมีการบิดเป็นเกลียววนขวา (right-handed double helix) โดยการบิดครบรอบหนึง่ เกลียว จะมี ความยาว 3.4 นาโนเมตร หรือ 34 องั สตรอม (1 องั สตรอม = 1×10-10 เมตร) หนึง่ เกลียวจะประกอบไปด้วย 10 ค่เู บส (20 นิวคลีโอไทด์) ทำให้แต่ละคู่เบสจะยาว 0.34 นาโนเมตร หรือมีคา่ เปน็ 3.4 องั สตรอม DNA ในยคู าริโอตจะพนั รอบโปรตีน histone เปน็ โครงสร้างคล้ายลกู ปดั เรียกว่า nucleosome นอกจากนี้ยังมี RNA เปน็ นิวคลีโอไทด์เชน่ เดียวกบั DNA แต่! • โดยปกติมนั อยู่เปน็ สายเดีย่ วยาว ๆ (single strand) และมักไม่บิดเปน็ เกลียว • ไมไ่ ดม้ ีหนา้ ที่ในการเก็บข้อมูลพนั ธกุ รรม แต่เป็นรอยต่อระหว่าง Genotype และ Phenotype • ประกอบด้วยน้ำตาล Ribose (C5H10O5) • มีหมู่ N เหมือน DNA เป๊ะ แต่เปลีย่ นจาก Thymine เปน็ U (Uracil) • DNA จะอยู่ในนิวเคลียสเท่านั้น แต่ RNA พบได้ทั้งในนิวเคลียสและ cytoplasm 2

การค้นพบว่า DNA เปน็ มาอย่างไรสรุปได้ตามด้านล่างนี้… • Walter Sutton พบว่าโครโมโซมเป็นที่อยู่ของหน่วยของพันธกุ รรมและเปน็ ตวั ถ่ายทอดลักษณะจากรุ่นพ่อแม่สู่ลูก (Chromosomal Theory of Inheritance) แต่ตอนนั้นก็ไม่รู้ว่า DNA เปน็ ตวั เก็บข้อมูลนี้ • Griffith และคณะ ทำการทดลองกับแบคทีเรีย Streptococcus pnuemoniae สองสายพันธุ์ แบบ R (ไม่ก่อโรค) และ S (กอ่ โรค) 1. ฉีดสายพนั ธ์ุ S เข้าหนู = หนตู าย 2. ฉีดสายพนั ธุ์ R เข้าหนู = หนไู ม่ตาย 3. ฉีดสายพนั ธ์ุ S ที่ต้มแล้วเข้าหนู = หนไู ม่ตาย 4. ฉีดสายพนั ธุ์ S ทีไ่ ปต้มให้ตาย + R ทีม่ ีชีวิต เข้าหนู = หนตู าย ที่เกิดเช่นนี้เพราะมีสารชนิดหนึ่งที่บรรจขุ ้อมูล “การก่อโรค” อยู่ในสายพันธ์ุ S เมื่อ เอา S ไปต้มทำให้สารน้ันหลดุ ออกมาจากเซลล์แล้วเข้าสู่สายพันธ์ุ R ที่กอ่ โรคไม่ได้ แต่เมื่อได้รบั ข้อมลู “การก่อโรค” จากสารปริศนาใน S จึงทำให้ R ทำหนตู ายได้ • McLeod, Avery และ McCarty อยากรู้ว่าสารปริศนานั้นคืออะไร ท้ังคู่คิดว่าสารนี้มีองคป์ ระกอบของ กรดนิวคลีอิก แต่ก็ไม่แน่ใจว่ามนั คือ DNA, RNA หรือโปรตีน (ไม่ใช่ลิพิดหรือคาร์โบไฮเดรตแน่นอนเพราะมีธาตุ N กับ P โผล่) ข้ันแรกนำสายพันธุ์ S ที่ต้มแล้วนำสารทีไ่ ด้ออกมาไปย่อยด้วย amylase และ lipase (เพื่อนำเอาไขมันกับคาร์โบไฮเดรตออก) 1. ต่อมาเอาสารทีเ่ หลือผสมกับ RNase (เอนไซม์ย่อย RNA) แล้วใส่ในสายพนั ธ์ุ R แต่ก็ยังทำให้หนตู ายเหมือนเดิม 2. ต่อมาผสมกบั Protease (เอนไซม์ย่อย Protein) แล้วใส่ในสายพนั ธ์ุ R แต่กย็ งั ทำให้หนูตายเหมือนเดิม 3. ท้ายสดุ ผสมกับ DNase (เอนไซม์ย่อย DNA) แล้วยัดให้สายพันธ์ุ R แต่คราวนี้ หนูไม่ตาย แสดงวา่ สารนีค้ ือ DNA (เพราะสารนี้ย่อยได้ด้วย DNase แสดงว่า DNA คือสารที่บรรจขุ ้อมูลพนั ธกุ รรมทีท่ ำใช้ในการก่อโรค) การค้นพบนี้ทำให้มีการศึกษาโครงสร้าง DNA การทดลองถ่ายภาพ DNA ด้วยเทคนิคเอกซเ์ รย์ดิฟแฟรกชนั่ โดย Rosalind Franklin ทำให้เหน็ ภาพว่า DNA น่าจะมีโครงสร้างเปน็ เกลียว ต่อมาสองคูห่ นู ามว่า Watson และ Crick จึงสร้างโมเดล DNA แบบแรก ของโลกขึ้นมา อาศัยการค้นพบของ Franklin และ Chargaff จนออกมาว่า เปน็ โมเดล DNA ทีเ่ ราใช้กนั ทุกวันนี้ 3

การจํ าลอง DNA พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล ในการแบ่งเซลล์ จะมีการส่งต่อสารพันธกุ รรมให้กับเซลล์รุ่นลูก จึงต้องมีการคัดลอก DNA ออกเป็น 2 molecule เรียกว่ากระบวนการจำลอง DNA หรือ DNA Replication โยกติจะเกิดในช่วง S phase ในระยะ interphase โดยลำดับนิวคลีโอไทด์ต้องคงเดิมทั้งสอง molecule โดยสรุป การจำลอง DNA เกิดเหตกุ ารณ์ดงั นี้ 1. Polynucleotide 2 สาย หรือ DNA 2 strand คลายเกลียว โดยการสลายพนั ธะ hydrogen 2. DNA 1 strand จะทำหน้าที่เป็นแม่แบบให้กบั อีก strand หนึง่ โดยจะมีการนำเบสมาเข้าคู่ตามกฎของ Chargaff 3. นิวคลีโอไทด์ใหม่เข้าคูก่ ับ strand แม่แบบด้วยพันธะ hydrogen ก่อนจะต่อเป็นสายยาว ๆ สังเกตได้ว่าเราจะได้ DNA ทั้ง 2 molecule ในตอนท้าย มี strand หนึง่ มา จาก DNA molecule เดิม ขณะที่อีก strand สร้างใหม่ เรียกว่าการ สงั เคราะห์กึ่งอนุรกั ษ์ (เพราะเกบ็ strand เกา่ ไว้ครึ่งหนึ่ง) มีศพั ท์ว่า semiconservative replication ระวงั ! DNA 1 molecule เกิดจาก strand 2 strand จับกัน เมื่อเข้าใจคอนเซปของการจำลอง DNA แล้ว เรามาดูในรายละเอียดกนั … การคลายเกลียว เกิดจากเอนไซม์ Helicase ทีส่ ลายพันธะ hydrogen โดย จุดแรกที่เริม่ การคลายเกลียวเรียกว่า origin of replication ในแบคทีเรียเรา มกั จะพบจดุ เดียว แต่ในมนษุ ย์เราสามารถพบได้หลายจดุ ข้อควรรู้! Origin of replication มกั จะมีคู่เบส A/T มาก เพราะพันธะ hydrogen อ่อนกว่า C/G Helicase จะวิ่งออกจาก origin of replication ในสองทิศทางดงั ภาพ 1 helicase จะรับผิดชอบ 1 strand ต่อมาจะมีเอนไซม์ DNA polymerase ประกบแต่ละ strand เรียก strand เดิมนี้ว่า template strand เพราะเปน็ แม่แบบให้ DNA polymerase วาง nucleotide โดย 1 DNA polymerase รับผิดชอบ strand ฝ่ังใดฝ่ังหนึง่ เท่านั้น DNA polymerase ไม่สามารถอยู่ดี ๆ เติม DNA nucleotide ใหม่ได้ ต้องมี nucleotide (RNA หรือ DNA กไ็ ด้) อยู่แล้วก่อนหน้า จึงเปน็ หน้าที่ของ RNA primase ที่จะต่อ สาย RNA ส้ัน ๆ เป็นตัวเริม่ เรียกว่า RNA primer เพือ่ ให้ DNA polymerase สร้าง nucleotide ต่อจาก primer ได้ ขอ้ ควรร!ู้ เพือ่ ป้องกนั ไม่ให้ DNA พนั กันเปน็ ปม จึงมีเอนไซม์ Topoisomerase คอยคลายปมอยู่นำหน้า helicase 4

อย่าลืมว่าจะมี strand หนึง่ ทีว่ ิง่ จาก (5’ → 3’) ในขณะที่อีก strand วิ่งสวนทาง โดยเราจะ ดู template strand ทีท่ ิศ 5’ → 3’ สวนกบั ทิศการเคลือ่ นที่ของ helicase กอ่ น 1. Primer ถูกวางหลงั จากที่ template strand แยกออกจากกนั ด้วย helicase 2. DNA polymerase เริ่มสร้าง strand ใหมใ่ นทิศทางจากหวั 5’ ไป 3’ และ เนือ่ งจากที่ DNA polymerase วิง่ ตามหลัง helicase ในทิศทางเดียวกัน ทำให้ สามารถรูดยาว ๆ ได้ สบาย ๆ เราเรียก strand ใหม่นี้ว่า leading strand 3. เมื่อจำลอง DNA ใน leading strand เสร็จแล้วกจ็ ะมีเอนไซม์มาย่อยเอา primer ออกแล้วแทนที่ด้วย DNA 4. ตอนท้ายสดุ จะมีหาง 3’ กบั หัว 5’ ของ leading strand ซึง่ เปน็ บริเวณแคบ ๆ ที่ ไม่สามารถเพิม่ nucleotide ใหม่ได้และยังไม่มี phosphodiester bond จึงต้อง อาศัยเอนไซม์ DNA Ligase มาเชือ่ มให้ปิดสนิท สรุป คลายเกลียว (helicase) ➜ เติม primer (RNA primase) ➜ สร้าง leading strand (DNA polymerase) ➜ ตัด primer แล้วใส่ DNA nucleotide แทนที่เข้าไป ➜ เชื่อมพันธะ สุดท้ายตรงบริเวณที่หวั ท้ายชนกนั (DNA ligase) ระวัง! คำว่าสร้างใหม่จาก 5’ ไป 3’ คือ strand ใหม่ (ไม่ว่าจะ leading หรือ lagging) นั้นหมายความว่า DNA Polymerase จะวิ่งในทิศ 3’ ไป 5’ ของ template strand (พึงระลึกไว้เสมอว่า DNA วิ่งจาก 5’ ไป 3’ เสมอ ดังนั้นไม่มีทางที่ DNA polymerase จะสร้างสายใหม่สด ๆ ร้อน ๆ ในทิศ 3’ ไป 5’) ทีนี้เราจะมาดู template strand ที่ทิศ 5’ → 3’ เป็นทิศเดียวกบั ทิศการเคลือ่ นทีข่ อง helicase 1. Primer ถกู วางด้วย primase หลังจากที่ template strand แยกออกจากกันด้วย helicase เชน่ เดิม 2. DNA polymerase เริม่ สร้าง strand ใหม่ในทิศทางจากหัว 5’ ไป 3’ แต่คราวนี้ DNA polymerase วิ่งออกจาก helicase ห่างไปเรื่อย ๆ เพราะสร้างได้แค่ทิศจากหัว 5’ ไป 3’ 3. เมือ่ helicase รดู ไปสักพักจะเริม่ มีบริเวณที่ไม่ได้สร้าง strand ใหม่ จึงต้องมีการสร้าง primer ใหม่และให้ DNA polymerase เดิม/หรืออนั ใหม่มาสร้างต่อ การสร้าง strand แบบ ติด ๆ ขัด ๆ แบบนี้ ทำให้ strand ใหม่นี้เรียกว่า lagging strand 4. ต่อมาก็จะมีการลบเอา primer ออกแล้วเติมสาย nucleotide เข้าไป ท้ายสุดจะมี DNA ligase มาเชื่อมหวั ท้ายสายดังเดิม Strand นี้จะมี nucleotide เปน็ สายแบบเปน็ ชิ้นส่วนเว้น ๆ กนั ไม่ต่อเป็นสายยาวสวย ๆ เหมือน leading strand เราเลยเรียกแต่ละชิ้นส่วนนี้ว่า Okazaki fragment ขอ้ ควรร!ู้ โดยปกติ leading strand กบั lagging strand สร้างในอัตราพอ ๆ กนั ระวัง! Primer เปน็ RNA และมกั จะมีไม่กีอ่ ันใน Leading Strand ส่วน Lagging Strand มีจำนวนมาก ระวงั ! คำว่า leading strand หรือ lagging strand ให้ดูว่าสายไหนสร้างในทิศไหน อย่าจำว่าเปน็ เส้นบน หรือล่างเด็ดขนาด โดย Template สำหรับ leading strand ต้องสวนทาง helicase (เพือ่ ให้ DNA polymerase สร้างสายใหม่ในทิศ 5’ ไป 3’ ตาม helicase รดู ได้ยาว ๆ สมกบั ทีช่ ื่อ “leading strand”) เมื่อหาสาย leading เจอกจ็ ะหา lagging เจอเอง 5

มองดี ๆ 1. สังเกตว่า DNA ligase นั้นทำหน้าทีเ่ ชื่อมพนั ธะ phosphodiester แคบ ๆ 2. เมือ่ พิจารณา DNA ฝั่งขวาของภาพนี้ (มองกล่องสีเหลืองมุมขวาบนของภาพ) จะเหน็ ว่าตำแหน่งของ lagging / leading strand สลบั บนล่าง กัน เปน็ เพราะว่า Helicase น้ันจบั template strand สายบน (5’ > 3’) ซึ่งเห็นว่าถ้าทิศเดียวกันกับทิศของ helicase จะทำให้สายบนเป็น lagging strand 6

การถอดรหั ส พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล ในสิง่ มีชีวิตมีการส่งผ่านข้อมลู จาก Genotype (DNA) ไปเป็น Phenotype (Protein) เรียกว่า Central Dogma of Biology • ข้ันแรก DNA จะถูกถอดรหสั มาเป็น mRNA เรียกว่าการถอดรหสั (Transcription) อาศยั Enzyme เพียงตัวเดียวเท่านั้นคือ RNA Polymerase • การทำงานของ RNA Polymerase สร้างสาย mRNA ในทิศทาง 5’ ไป 3’ ของ Coding Strand มีหลกั การคือ 1. เริ่มคลายเกลียว DNA และเพิ่ม RNA ทีละตวั ๆ บน Strand ใด Strand หนึง่ ของ DNA (Strand ที่จบั กับ RNA เรียกว่า template strand) 2. แล้วจะเชือ่ มเกลียว DNA กลบั ด้วยตัวเอง ไม่ต้องมี Enzyme อืน่ มายุ่ง ต่างจาก DNA replication ทีม่ ีท้ัง helicase, ligase, polymerase การสร้างสาย RNA ใช้ Template Strand เป็นแบบ เพราะ RNA จะเชื่อมกบั Template Strand แต่รหัสบน RNA จะเปน็ ไปตาม Coding Strand ไม่ใช่ Template Strand (พิจารณาภาพล่าง) จะสงั เกตว่าสาย mRNA มีลำดับเปน็ 5’-UGGUUU เหมือน Coding Strand แต่เนือ่ งจากเป็น RNA, Thymine เลยสลบั เปน็ Uracil การถอดรหสั แบ่งได้เป็น 3 Step: Initiation, Elongation และ Termination Initiation คือการเชือ่ มต่อของ RNA Polymerase กบั DNA บน Coding Strand จุดเริ่มต้นสร้าง RNA เรียกว่า Transcription Start Site โดยเมื่อไล่ย้อนขึ้นไปทาง 5’ ของ Coding Strand จะมีลำดบั เบส 2 ชุด เรียกว่า “Promoter” RNA Polymerase ไม่มีตาทีร่ ู้ว่าตรงไหนของ DNA ที่จะให้ถอดรหัส มันกจ็ ะ สไลด์ไปเรือ่ ย ๆ ตาม DNA ทนั ทีทีเ่ จอ Promoter มนั จะเตรียมพร้อมที่จะ ถอดรหัส และเริม่ การคลายเกลียวในทิศทาง 5’ ไป 3’ ของ Coding Strand 7

Elongation คือการต่อสาย RNA ยาวไปเรือ่ ยๆในทิศทาง 5’ ไป 3’ ของ Coding strand สกั พักต่อมาเข้าสู่ระยะ Termination คือการที่ RNA Polymerase เคลื่อนทีผ่ ่านบริเวณที่เป็น Terminator บน Coding Strand ทำ ให้หยดุ การถอดรหัสลง ขอ้ สบั สนที่มักเกิดขึ้น (แม้แต่ผู้เขียนกง็ งในตอนแรก) • ใน Eukaryote การถอดรหสั เกิดใน Nucleus ส่วน Prokaryote จะเกิดใน Cytoplasm • Coding Strand และ Template Stand สามารถสลับฝงั่ กนั ได้ในแตล่ ะยีน ดังนั้นทิศทางการถอดรหัสกข็ ึ้นอยู่ กับแต่ละยีน (จะไปซ้ายหรือขวา แต่ยงั คงตาม 5’ ไป 3’ ของ coding เสมอ) หลายคนจำว่า Coding strand อยู่บน Template strand อยู่ ล่าง ห้ามจำแบบนีเ้ ด็ดขาด ต่อมาคือจะมีการดัดแปลง RNA ก่อนเพือ่ ให้เหมาะสม เพราะว่า RNA น้ันอ่อนแอยิง่ นัก กว่าจะออกจาก nucleus ไปหา ribosome อาจจะสลาย ไปได้ ซึง่ เรามักพบใน Eukaryote ดังนี้ • ใน pre-mRNA จะมีส่วนทีใ่ ช้ไมไ่ ดห้ รือไม่ได้จำเป็นต่อ ยีนน้ันเรียกว่า Introns และส่วนทีจ่ ำเปน็ เรียกว่า Exons โดยเราจะตดั Introns ออกแล้วเชื่อม exon • การตัด exon และเชื่อม intron ทำให้อัตราสว่ น A:U ไม่เทา่ กบั C:G • การเติม GTP ตามด้วยหมู่ Methyl ให้กบั Nucleotide ที่อยู่ ปลาย 5’ เรียกว่า 5’ Capping • การเติมปลาย 3’ ด้วยเบส Adenine (AAAAAA…. ยาวๆ) ป้องกันไม่ให้ RNA ถกู ย่อยสลาย เรียกว่า 3’ polyA tailing • RNA ที่ผ่านการตัดแต่งเสรจ็ แล้วเข้าสู่ translation จะ เรียกว่า mature mRNA (หรือ mRNA) ใน prokaryote การถอดรหัสและแปลรหสั เกิดขึ้นพร้อม ๆ กนั (ซึง่ จะอธิบายในบทถดั ไป) จึงไม่คอ่ ยพบการตัดแต่ง RNA 8

การแปลรหั ส พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล การแปลรหสั จาก mRNA เป็น Protein อาศยั Ribosome, rRNA, mRNA และ tRNA โดยหลักการคือ • mRNA ทีผ่ ่านการตัดแต่งเรียบร้อยแล้วจะมีลำดบั เบส เชน่ ในภาพคือ 5’-ACUGCCCAUGAGC…-3’ • เรียกชดุ ของ 3 nucleotide ว่า codon และ codon ใน mRNA จะเข้าคกู่ บั Anticodon ใน tRNA ซึง่ มีกรดอะมิโนอยู่ โดยแต่ละ Anticodon จะเท่ากบั 1 กรดอะมิโน (ตามภาพบน) • Codon AUG เรียกว่า Start Codon (ลำดบั เบสก่อนหน้า AUG (ในภาพบนคือ 5’-ACUGCCC-3’) ไม่นบั เปน็ codon และไม่ได้สร้างโปรตีน) เพราะเราเริม่ การแปลรหสั เมื่ออ่านเจอ start codon อะไรกอ่ นหน้า AUG จะไม่มีผล (AUG ทำให้ได้กรดอะมิโน Methionine) • Stop Codon คือ Codon หยดุ นั้นคือไม่มีกรดอะมิโนใน Codon นี้ทำให้การ Translation หยดุ ลง • เรามี Codon ทั้งหมด 64 แบบ แต่ 3 แบบไม่สามารถให้กรดอะมิโนได้ จึงมี codon ทีเ่ ข้าคกู่ ับ tRNA ได้ 61 codon การจะทราบว่า Codon ไหนได้กรดอะมิโนอะไร พิจารณาจากตาราง Codon ขอ้ ควรรมู้ าก ๆ 1. ย้ำอีกคร้ังว่าตารางมีสำหรับ “Codon” (นั้นคือสิ่งที่อยู่บน mRNA) ไม่มีตารางสำหรบั “Anticodon” (สิง่ ที่อยู่บน tRNA) 2. เราพบว่า 61 codon น้ัน แทนทีจ่ ะมี 61 anticodon บน tRNA เพื่อเข้าคู่ แต่เราพบว่าเรามี tRNA น้อยกวา่ จำนวน codon นั้นเป็นเพราะว่าตำแหน่งเบสที่ 3 ของ anticodon สามารถ เข้าคูแ่ บบ “ผิด” หลกั AU/CG ได้ ฉะน้ันเฉพาะเบสตำแหน่งที่ 1 และ 2 เท่านั้นทีก่ ำหนด ความถูกต้องของการเข้าคู่ tRNA บน mRNA เรียกเหตุการณ์นี้ว่า Wobble Rule (เรือ่ งนี้เคย ออกเก้าสามญั ด้วยนะ) 9

การ Translation อาศยั Ribosome เปน็ ตวั ช่วย โดย Ribosome เกิดจาก Protein และ rRNA ท้ังนี้การแปลรหสั มี 3 ข้ันตอนชื่อเหมือน Transcription เลย คือ Initiation, Elongation, Termination • Ribosome เกิดจาก Protein + rRNA มีสองส่วนย่อยเรียกว่า Subunit ใน Prokaryote มี 50S Subunit และ 30S Subunit รวม 70S และ Eukaryote มี 60S Subunit และ 40S Subunit ประกบกนั เปน็ 80S • ภายในมีสามส่วนเรียกว่า E, P, และ A (เรียงจาก 5’ ไป 3’ ของ mRNA) การประกบกันจะเกิดขึ้นเมือ่ มีการแปลรหสั เท่าน้ัน ดังภาพขวา Initiation คือการประกอบกนั ระหว่างทั้งสอง Subunit และ mRNA 1. 30S subunit จะเข้าคูก่ บั สาย mRNA ก่อน โดยตอนนี้ Start Codon (AUG) จะอยู่บริเวณ P พอดี 2. ต่อมา tRNA ตัวแรกทีม่ ี Methionine เข้าคกู่ บั start codon (AUG) ในบริเวณ P ของ 30S subunit 3. ท้ายสดุ 70S Subunit จะเข้ามาประกอบเปน็ Ribosome สมบูรณ์ Elongation คือการต่อกรดอะมิโนต่อจาก Methionine ไปเรือ่ ยๆจนกว่าจะถึง Stop Codon 1. tRNA ตวั ต่อไปจะเชื่อมกับ Codon บริเวณ A ของ Ribosome 2. ใน 50s Subunit จะสร้างพนั ธะ Peptide โดยยกสาย Polypeptide เดิม (ทีจ่ ุด P)มา เชื่อมกับกรดอะมิโนใหม่ทีเ่ พิ่งเข้ามา (ทีจ่ ุด A) ทำให้สาย Polypeptide ใหม่ ยกจาก ตำแหน่ง P มาอยู่ A ทำตอนนี้ตำแหน่ง P จะมี tRNA เปล่า ๆ (ดูภาพขวา) 3. Ribosome ขยับไปทาง 3’ หนึง่ Codon โดยสาย Polypeptide ใหม่จะเลือ่ นมาอยู่ บริเวณ P และบริเวณ E จะมี tRNA เปล่า ๆ แล้วซึ่งจะหลดุ ออกไป วฎั จกั รนี้จะวน ไปเรือ่ ยๆ สงั เกตว่าการต้ังชื่อ E มาจาก Exit (tRNA ออกบริเวณนี้) P มาจาก Peptidyl (เพราะ Polypeptide จะอยู่บริเวณนี้) A มาจาก Aminoacyl (เพราะ กรดอะมิโนใหม่จะเข้ามา บริเวณนี้) 10

Termination คือการแยกตวั ระหว่าง ทั้งสอง Subunit และ mRNA 1. เมือ่ มาถึง Stop Codon บริเวณ A จะมี Release Factor เข้ามาเชือ่ มบริเวณ A ทำให้ สาย Polypeptide หลุดออกจาก tRNA และตัว tRNA กห็ ลุดออกไป 2. Ribosome ท้ังสอง Subunit และ mRNA แยกตวั ออกจากกนั หากยงั จำได้ทีเ่ ราเรียนกนั ว่า enzyme เป็นโปรตีนประมาณ 99% ทีเ่ หลือคือ RNA น้ันเปน็ เพราะว่า เอนไซม์ที่ ribosome ทำมาจาก rRNA (อยู่บน 50S subunit) มีหน้าที่สร้างพนั ธะ peptide ขึ้นมาใน ระยะ elongation ขั้นตอนที่ 2 เอนไซม์นี้มีชือ่ ว่า ribozyme ในโพรคาริโอต จะมีการถอดรหัสและแปลรหสั พร้อม ๆ กนั โดย ribosome หลาย ๆ อนั จะประกบกนั เปน็ กลุ่มเรียกว่า polyribosome ทั้งนี้เป็นเพราะไม่มี nuclear membrane ในโพรคาริโอตแยกพื้นที่การถอดรหัสและแปลรหัส การกลาย พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล การกลายหรือ Mutation เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา ท้ังจากปจั จยั ภายนอกและปจั จัยภายใน นำมาซึง่ การเปลีย่ นแปลง Phenotype • Point Mutation คือการเปลี่ยนแปลงของคู่เบสบน DNA ส่งผลให้ mRNA เปลี่ยนไป ทำให้การอ่าน Codon ผิดไป ดงั ตารางนี้ 11

1. Base-Pair Substitution คือการแทนที่ของคูเ่ บสเดียว § Silent คือการแทนที่คู่เบส แต่ได้กรดอะมิโนชนิดเดิม เชน่ จาก CCG เปน็ CCC แต่ได้ Proline อยู่ § Missense คือการแทนที่ค่เู บสทำให้ Codon เปลี่ยนไป แต่ส่งผลให้กรดอะมิโนแค่หนึง่ ตัวเปลีย่ นไป เชน่ โรค Sickle-Cell Anemia § Nonsense คือการแทนทีค่ ่เู บสทำให้ Codon เปลี่ยนไป เปน็ Stop Codon ทำให้กรดอะมิโนตัวถัดไปหายไป ท้ังหมด มีความรนุ แรงพอ ๆ กับ Frameshift 2. Frameshift คือการเพิ่ม/ลดของคูเ่ บส โดยส่งผลให้กรดอะมิโนท้ังหมดทีอ่ ยู่ถดั ไป เปลี่ยนไปหมด § Insertion คือการเติมคเู่ บสลงไป § Deletion คือการตดั คูเ่ บสลงไป • Chromosomal Variation คือการเปลี่ยนแปลงจำนวนคู่/โครงสร้าง/จำนวน ของโครโมโซม ส่งผลถึงยีนหลายชนิด 1. Chromosomal Structure คือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม ตัวอย่างคือ Cri-du-chat Syndrome ใน Chromosome คู่ที่ 5 ส่วนชิ้น ที่ขาดหายไป ทำให้เกิดอาการเสียงแหลมคล้ายแมว ปัญญาบกพร่อง 2. Aneuploidy คือการเพิ่ม/ลดจำนวนของโครโมโซมตวั ใดตัวหนึ่ง แบ่งอาการ เป็นในโครโมโซมร่างกายและโครโมโซมเพศ § Trisomy 13 / Patau Syndrome (โครโมโซมคู่ที่ 13 มีเพิม่ มาอีก หนึง่ ) มกั ตายแต่เดก็ จมูกเหลีย่ ม ปัญญาพิการ อวัยวะมีปญั หา § Trisomy 18 / Edward Syndrome (โครโมโซมคทู่ ี่ 18 มีเพิม่ มาอีก หนึ่ง) มกั เสียชีวิตแต่เด็ก โครงหน้ามีความผิดปกติ กล้ามเนื้ออ่อน แรง ปัญญาพิการ อวยั วะมีปัญหา § Trisomy 21 / Down Syndrome (โครโมโซมคทู่ ี่ 21 มีเพิม่ มาอีก หนึง่ ) รปู ร่างมือผิดปกติ หน้าเรียบ ตัวเตี้ย ปญั ญามกั บกพร่อง § XXY (Klinefelter Syndrome) คือมีโครโมโซมเพศท้ัง X และ Y สร้างสเปิร์มไม่ได้ อวยั วะเพศไม่พัฒนาดี § XYY (Jacobs Syndrome) คือชายมีโครโมโซมเพศ Y เพิ่ม ลกั ษณะตัวสงู รปู ร่างผอม ส่วนใหญ่ปกติและมีลกู ได้ § XXX (Triple-X Syndrome) คือสตรีมีโครโมโซมเพศ X เพิม่ เรียกว่า ลักษณะตวั สูง รปู ร่างผอม และมีประจำเดือนมาไม่ปกติ § XO (Turner Syndrome) คือมีโครโมโซมเพศแค่ X ลกั ษณะตัวเตี้ย คอเปน็ พังพืด อวัยวะเพศไม่พฒั นาทำให้เป็นหมัน ในกรณีนี้ถือว่าเขา เป็นเพศหญิง 12

แนวทางการทํ าโจทย์ เรื <องการถอดรหั สและแปลรหั ส ไม่ว่าจะโจทย์แบบไหน สิ่งที่เราควรรู้คือ coding strand, template strand, mRNA หากโจทย์ให้มาเพียงอย่างใดอย่างหนึง่ เราสามารถหาทีเ่ หลือต่อได้ 1. ถ้าโจทย์ให้ mRNA มา เราสามารถรู้ coding strand ได้ทันที เพียงเปลี่ยนจากเบส U เปน็ T เชน่ เดียวกนั ถ้าโจทย์ให้ coding strand เรา สามารถรู้ mRNA ได้ทนั ที เพียงเปลี่ยนจากเบส T เปน็ U 2. ถ้าโจทย์ให้ template strand มา เราสามารถหา mRNA ได้จากการสลบั เบสโดยอาศยั หลัก AT/CG อย่าลืมสลบั 5’ 3’ นะ ขอ\" ใดคอื DNA แม.แบบทแ่ี ปลรหสั เป:นกรดอะมิโนทีม่ ลี ำดับเป:น serine – tryptophan เมอ่ื รหัสของ serine และ tryptophan คือ AGU และ UGG ตามลำดับ Êè§Ô ·âèÕ ¨·Âì¶ÒÁ:⨷¶ì ÅӴѺ DNA áÁèẺ ➜ template strand ÊÔ觷èÕ⨷ºì Í¡: ÅӴѺ¡Ã´ÍÐÁâÔ ¹ äÍà´Õ¡Ò÷Ó: äÅÂè Íé ¹¨Ò¡ polypeptide ➜ mRNA ➜ coding strand ➜ template strand Serine tryptophan (Polypeptide) 5’ AGU UGG 3’ (mRNA) µÒÁ·âèÕ ¨·Âºì Í¡ áµàè ÃÒÊÁÁµ·Ô ÈÔ 5’ 3’ àͧÅС¹Ñ 5’ AGT TGG 3’ (coding strand) á»Å§¨Ò¡àºÊ U ໹ç àºÊ T 3’ TCA ACC 5’ (template strand) ÊÅѺ¨Ò¡ A ໹ç T, ¨Ò¡ C ໹ç G ÍÂèÒÅÁ× ¡ÅºÑ 5’ 3’ ´Çé  µÍº 3’ TCA-ACC 5’ กรดอะมิโน valine ในพอลิเพปไทดสV ายหน่งึ ถูกแทนทด่ี ว\" ยกรดอะมโิ น alanine เนอ่ื งจากเกดิ มวิ เทชันแบบการแทนท่คี .เู บส 1 ตำแหน.งใน DNA แม.แบบ ถา\" โคดอนของ valine คอื GUU หรือ GUC ขอ\" ใดคอื รหัสของDNAแมแ. บบหลังจากเกิดมวิ เทชัน ʧÔè ·âÕè ¨·Âì¶ÒÁ:⨷¶ì ÅӴѺ DNA áÁèẺ ➜ template strand ËÅ§Ñ ÁÇÔ à·ªè¹Ñ ʧèÔ ·âÕè ¨·ÂìºÍ¡: ÅÓ´ºÑ ¡Ã´ÍÐÁÔâ¹ äÍà´ÂÕ ¡Ò÷Ó: ÅͧäÅÂè é͹¨Ò¡ valine ➜ mRNA ➜ coding strand ➜ template strand áÅéÇà¢Õ¹Ẻ»¡µÔ (µÍ¹ÂѧäÁÁè Õ mutation) áÅÐÅ᷹ͧ·Õè¤Ùàè ºÊãËéà»ÅÕ蹨ҡ valine à»ç¹ alanine Valine (codon 1) Valine (codon 2) (mRNA) 5’ GUU 3’ 5’ GUC 3’ (Coding strand) 5’ GTT 3’ 5’ GTC 3’ (Template strand 3’ CAA 5’ 3’ CAG 5’ ¾Å¡Ô ½Ñè§ template strand à¾è×ͤÇÒÁ§èÒÂ㹡ÒÃÁͧ 5’ AAC 3’ 5’ GAC 3’ áÅÇé ÁÒàªç¤ªéÍÂÊìä´é ⨷ÂìºÍ¡ÇÒè ໹ç á·¹·Õè 1 àºÊ áÊ´§ÇÒè template ·àèÕ ÃÒËÒÁҡѺªÍé Âʨì еéͧ äÁèàËÁÍ× ¹¡Ñ¹ 1 àºÊ à¾ÃÒÐⴹ᷹·Õè â´Â¨ÐäÁèàËÁ×͹¡Ñ¹µÓá˹è§ä˹¡çä´âé ¨·ÂìäÁäè ´ºé Í¡ ªÍé ÂÊì (1) 5’-TGC-3’ (2) 5’-CGC-3’ (3) 5’-AGC-3’ (4) 5’-AAC-3’ (5) 5’-GAC-3’ à·ÂÕ º¡ºÑ 5’ AAC 3’ 5’ AAC 3’ 5’ AAC 3’ «éӡѺ 5’ AAC 3’ «Óé ¡Ñº 5’ GAC 3’ Template àÃÒ 5’ GAC 3’ 5’ GAC 3’ 5’ GAC 3’ à¾ÃÒЪÍé ÂÊì 1,2 äÁèàËÁ×͹¡Ñ¹ 2 ¨´Ø ªéÍÂÊì 4,5 àËÁÍ× ¹·§éÑ ËÁ´ àËÅ×Íá¤èªéÍÂÊì 3 ·ÕèäÁèàËÁÍ× ¹¡Ñ¹ 1 ¨´Ø µÒÁËÅÑ¡¢Í§ base-pair substitution µÍº ¢Íé 3 13

เทคโนโลยี ชี วภาพ พันธุศาสตร์ ,มเลกุ ล Gene Cloning คือการจำลองยีนที่เราต้องการ โดยนำยีนที่เราต้องการไปใส่ใน DNA แล้วยัดเข้าสิ่งมีชีวิตอื่นเรียกว่า Host Cell • การจะตัดยีนที่เราต้องการออกจาก DNA ต้องอาศยั Restriction Enzyme หรือเอนไซม์ตัดจำเพาะ ซึ่งจะตัดบริเวณลำดบั ที่จำเพาะเท่านั้น เช่น EcoRI จะตัด ณ 5’-GAATTC-3’ • ยีนที่เราต้องการ ต้องอยู่ระหว่างลำดบั ที่เอนไซม์ตัดจำเพาะจะตัดด้วย • เมื่อตัดแล้วจะได้ DNA ทีแ่ หว่งๆ มี Strand หนึ่งหาย อีกอนั อยู่ เราเรียกบริเวณแหว่าง ๆ นี้ว่า ปลายเหนียว (sticky ends) เมื่อเรามีชิ้นส่วนยีนของเราแล้ว ทีนี้เราต้องการจะเพิ่มจำนวน โดยเราจะยัดมันไปกับ Plasmid ของแบคทีเรีย แล้วปล่อยให้แบคทีเรียมันแบ่งตวั เพราะมันกจ็ ะแบ่ง Plasmid ให้เราด้วย ดังน้ัน เราก็ต้องใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะอนั เดียวกับที่ตดั ยีนที่เราต้องการตดั Plasmid ด้วย ต่อมานำชิ้นส่วนยีนทีเ่ ราตดั มารวมกบั Plasmid (ทีผ่ ่านการตดั เอนไซม์ตดั จำเพาะ แล้ว) มนั จะติดกนั เองด้วยปลายเหนียว แต่เพื่อความถาวร ต้องเชือ่ มพนั ธะ phosphodiester ด้วย DNA Ligase จากนั้นเราจะยดั plasmid นี้เข้าไปในแบคทีเรีย Plasmid นี้จะมีสถานะเป็น vector เพิม่ เติม: เราพบความเปน็ ไปได้สามกรณีคือ 1) Vector ไม่เข้าไปใน Host Cell 2) Vector ที่เข้าไป ใน Host Cell ไม่ได้มียีนทีเ่ ราต้องการ 3) Vector ที่เข้าไปใน Host Cell แล้วมียีนทีต่ ้องการอยู่ • ใน Plasmid จะมียีนที่เรียกว่า ampR ซึ่งทำให้แบคทีเรียต้านทานยาปฎิชีวนะ และยีน lacZ ซึง่ อยู่ตรงบริเวณทีเ่ ราแทรกชิ้นส่วนยีนของเราพอดี • ถ้า Plasmid เราไม่มีชิ้นส่วนยีนของเราแทรกไป จะทำให้เกิดการแสดงออกของยีน lacZ • ถ้า Plasmid มีชิ้นส่วนยีนของเราแทรก ซึ่งจะไปแทรกผ่ากลางยีน lacZ ดงั ภาพบน ซึ่งจะ ไปขวางการแสดงออกของยีน lacZ ท้ังนี้ lacZ จะสร้าง Enzyme พิเศษซึ่งจะทำให้สีของ สารชนิดหนึง่ เปลีย่ นจากไมม่ ีสีเปน็ สีฟ้า นำ Bacteria ที่เรามี ใส่ลงในจานเพาะเชื้อที่มี Ampicillin และสารสีดงั กล่าว พบว่า • แบคทีเรียทีไ่ ม่มี Vector จะตายเพราะไมม่ ียีน ampR จึงทนยาปฎิชีวนะไม่ได้ • พวกที่มี Vector แต่ไม่มียีนทีเ่ ราต้องการ จะมีกระจกุ เป็นสีฟ้า (เพราะ lacZ ทำงานได้ ไม่ได้โดนชิ้นส่วนยีนเราทบั จึงเปลีย่ นสารสีเปน็ สีฟ้า) • ส่วนพวกทีเ่ ราต้องการจะเป็นกระจกุ ทีอ่ อกสีใส ๆ (เพราะ lacZ ทำงานไม่ได้ โดนชิ้นส่วนยีนเราทบั จึงไม่มีเอนไซม์เปลี่ยนสารสีเปน็ สีฟ้า เมือ่ มองเหน็ เป็นสีใส ๆ) จากนั้นเรานำส่วนนี้ไปใช้งานต่อได้ 14

ปล. เนื้อหาเรือ่ งนี้นี้คอ่ นข้างละเอียด โดยแนะนำให้เข้าใจเฉพาะ เอนไซม์ตดั จำเพาะ ปลายเหนียว กเ็ พียงพอแล้ว 15

PCR หรือ Polymerase Chain Reaction คือการ Clone DNA ทั้งชดุ หรือยีน ให้ได้ จำนวนมาก ๆ เพือ่ นำไปใช้ประโยชน์ อาศยั เครื่องที่เรียกว่า Thermocycler, DNA ต้นแบบแค่ 1 โมเลกุล, Primer, Nucleotide, และ DNA Polymerase มีข้ันตอนสาม ข้ันตอนดงั นี้ 1. Denaturation คือการเพิม่ อณุ หภมู ิระลอกแรก ประมาณ 90 องศา ทำให้ Strand แยกออกจากกนั ด้วยการสลาย Hydrogen Bond (คล้ายการทำงาน ของ helicase) 2. Annealing คือการลดอุณหภูมิลง เพือ่ ให้ Primer เชื่อมกบั DNA (ถ้าเรา ต้องการยีนใด ยีนนั้นต้องอยู่ระหว่างบริเวณที่ Primer จะจับตัว) 3. Extension คือการเพิ่มอุณหภูมิระลอกที่สอง ประมาณ 72 องศา เพื่อ กระตุ้นการสังเคราะห์ DNA โดย DNA polymerase ทั้งนี้เครื่อง Thermocycler จะคอยวนการขึ้นลงของอุณหภมู ิไปเรื่อยๆ จนกว่าเรา ได้จำนวนทีต่ ้องการ และ DNA Pol ที่ใช้ต้องทนอุณหภมู ิได้ จึงใช้แบคทีเรียทีอ่ ยู่ใน บ่อน้ำพุร้อนแล้วสกัดเอา DNA Pol ออกมาชือ่ Taq pol (Thermus aquaticus) แต่ละรอบใช้เวลา 2-3 นาที เครื่องจะทำงานประมาณ 20-30 รอบ เราจะได้ DNA เพิ่มขึ้นเป็นล้านเท่า ใช้ประโยชน์ได้หลายแบบ Gel Electrophoresis อาศยั หลกั การที่ DNA มีขั้วลบอยู่จากหมู่ฟอสเฟต จึงเคลือ่ นที่ไปยงั สนามไฟฟ้าที่มีข้ัวบวก ผ่าน Gel ทีเ่ ป็นตัวกลาง ซึง่ ทำมา จาก Agarose หรือ Polyacryl amide ยิง่ โมเลกลุ หนักเคลื่อนที่ช้าจะอยู่บนๆ โมเลกลุ เบาจะอยู่ล่างๆเพราะเคลื่อนที่เร็ว แถบทีไ่ ด้ใช้ในการพิจารณา DNA ดงั น้ันคนทีเ่ ปน็ แม่ลกู กันก็ควรจะมีส่วนผสมของ DNA ที่ให้ผลลพั ท์ออกมาใกล้เคียงกนั ดังตัวอย่างนี้ 16

INHERITANCE GENETICS MENDELIAN EXTENSION SEX-RELATED POLYGENE LINKAGE GENE 0

พั นธุ ศาสตร์ เมนเดล พั นธุ ศาสตร์ กอ่ นทีเ่ ราจะศึกษาการทดลองของเมนเดลเราต้องนิยาม Technical Term ในพันธุศาสตร์เสียก่อน • Gene เปน็ หน่วยของการถ่ายทอดลักษณะในระดบั โมเลกลุ เปน็ บริเวณหนึ่งของดีเอ็นเอ เป็นตวั กำหนดลักษณะที่ถ่ายทอดออกมา • Locus คือตำแหน่งของยีนบนโครโมโซม (สงั เกตภาพบน) ยีนคเู่ ดียวกนั ทีค่ วบคมุ ลกั ษณะเหมือนกัน (homologous chromosome) locus ต้องตำแหน่งเดียวกนั • Allele คือรปู แบบของยีน (สังเกตภาพบน) ยีนควบคุมสีดอก มีรูปแบบสีม่วง (เขียนแทนด้วยอักษรว่า อัลลีล P) และสีขาว (เขียนแทนด้วย อกั ษรว่า อัลลีล p) แท้จริงแล้วอัลลีลคือความแตกต่างในลำดับเบสของยีนเดียวกนั เชน่ ในภาพ เบส C ได้อลั ลีล P ซึ่งเมื่อผ่านการ ถอดรหัสและแปลรหัส จะสามารถสร้างเอนไซม์ได้ ในขณะที่เบส A ได้อัลลีล p ไม่สามารถสร้างเอนไซม์ได้ อัลลีลจะอยู่เปน็ คู่ (ตามแบบเมนเดล) ดังน้ัน: อลั ลีล P ค่อู ลั ลีล P (PP) สามารถสร้างเอนไซม์ได้ 2 อลั ลีล จึงได้ดอกสีม่วง อลั ลีล P คู่อลั ลีล p (Pp) สามารถสร้างเอนไซม์ได้ 1 อลั ลีล ได้ดอกสีม่วง อลั ลีล p คู่อัลลีล p (pp) ไม่สามารถสร้างเอนไซม์ได้ ได้ดอกสีขาว สังเกตว่า PP, Pp มีเอนไซม์พอทีจ่ ะสร้างสีม่วงให้ดอกได้ แต่ pp ไม่มีเอนไซม์เลย กลายเป็นดอกสีขาวแทน สีของดอก คือลกั ษณะทางกายภาพที่แสดงออกมาจากยีน เรียกว่า Phenotype PP, Pp คือรูปแบบส่วนผสมของอัลลีลในยีน เรียกว่า Genotype • Homozygote คือสิ่งมีชีวิตที่มีอัลลีลเหมือนกัน (PP หรือ pp) เรียก สภาวะนี้ว่าสภาพ Homozygous หรือพนั ธุ์แท้ • Heterozygote คือสิง่ มีชีวิตทีอ่ ัลลีลต่างกนั (Pp) เรียกสภาวะนี้ว่า สภาพ Heterozygous หรือพันธ์ุทาง • Dominance คือลักษณะที่แสดงออกมาในสภาวะ Heterozygous ดงั นั้นดอกสีม่วงเปน็ ลกั ษณะเด่น • Recessive คือลักษณะที่ถูกขม่ โดย Dominance ในที่นี้คือดอกสี ขาวเป็นลกั ษณะด้อย ปัจจุบัน ถ้าเราสกดั เอาทุก ๆ DNA ในนิวเคลียส (และไมโตคอนเดรีย) ใน เซลล์ร่างกายออกมา เราเรียกก้อน ๆ นี้ว่า genome 1

เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล บาทหลวงชาวออสเตรีย ทำการศึกษาพนั ธศุ าสตร์ต้นถัว่ ลนั เตา • ทำไมต้องต้นถ่ัวลันเตา? เพราะมีลกั ษณะทีเ่ ด่นชัด ปลูกง่าย วงจรชีวิตสั้น เห็นผลได้งา่ ย ผสมพนั ธุ์สะดวก • เมนเดลศึกษา 7 ลกั ษณะได้แก่ ผิวเมลด็ (เรียบ/ขรุขระ), สีเมล็ด (เหลือง/ เขียว), ลักษณะฝกั (อวบ/แฝบ), สีฝกั (เขียว/เหลือง), สีดอก (ม่วง/ขาว), ตำแหน่งดอก (ข้างต้น/ยอดต้น), ความสูง (สูง/เตี้ย) ในขั้นแรก เมนเดลศึกษาเพียงหนึง่ ลักษณะเรียกว่า Monohybrid Cross สมมติว่าศึกษาเรือ่ งสีดอก โดยสิง่ ที่เมนเดลทำคือ • นำต้นรุ่นดอกสีม่วง และสีขาว (Parent หรือ P) ทีเ่ ปน็ ต้นแบบ True Breed คือไม่ มีลกั ษณะอื่นมาปนในรุ่นกอ่ นหน้า มาผสมกนั ได้รุ่น F1 (First Filial) ทีม่ ีลกั ษณะ เปน็ ดอกสีม่วงทั้งหมด ต่อมานำรุ่น F1 ผสมตวั เองได้รุ่น F2 • F2 ทั้งหมด 929 ต้น มี 705 ต้นเป็นดอกสีม่วง 224 ต้นเปน็ ดอกสีขาว ข้อสงั เกต คือ หลงั จากทำการทดลองอีก 6 ลกั ษณะทีเ่ หลือพบว่าอตั ราส่วนของ ลักษณะจะประมาณ 3:1 เสมอ จากการทดลองเราสรปุ ได้ดังนี้ o เมือ่ นำต้น Homozygous Dominant ผสมกบั Homozygous Recessive จะ ได้ลกู ทีเ่ ป็น Heterozygous เสมอ o เมือ่ นำต้น Heterozygous ผสมตวั เองจะได้อตั ราสว่ น Phenotype ลกั ษณะเด่นต่อลกั ษณะด้อย = 3:1 และ Genotype Homozygous Dominance : Heterozygous : Homozygous Recessive = 1:2:1 กลายมาเปน็ กฎข้อที่ 1 ของเมนเดล Law of Segregation หรือกฎการแยกกลุ่มคืออลั ลีลทีอ่ ยู่คกู่ นั จะแยกออกจากกันระหว่างทีม่ ีการสรา้ งเซลล์สืบพันธแ์ุ ละรวมตัวกนั อยา่ งอิสระเมือ่ เกิดการปฎิสนธิ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากระยะ Anaphase I ของ Meiosis นอกเหนือจากพืช ลักษณะโรคหรือความผิดปกติที่อิงกฎของเมนเดลเรียกว่า Complete Dominance คือลักษณะด้อยไม่แสดงออกเลยใน Heterozygous (Phenotype AA = Aa) o ลักษณะทีเ่ ปน็ autosomal recessive (อยู่บนโครโมโซมร่างกาย แสดงออกเมื่อ เป็นยีนดอ้ ย) ผิวเผือก, ทาลสั ซีเมีย, เมด็ เลือดแดงรปู เคียว, ระบบเลือด Rh o ลักษณะที่เป็น autosomal dominance (อยู่บนโครโมโซมร่างกาย แสดงออกเมือ่ เปน็ ยีนเดน่ ) ในยคุ เมนเดล ยงั ไม่มีใครเคยเหน็ โครโมโซม เมนเดลจึงเรียกยีนนั้นว่า factor ต่อมาการค้นพบว่าโครโมโซมเป็นทีบ่ รรจุสารพนั ธุกรรม เกิดเปน็ แนวคิดทีเ่ รียกว่า chromosomal theory of inheritance 2

ตวั อย่างที่ 1 แนะนำการใช้ตาราง Punnett นำต้นดอกสีม่วงแบบ Heterozygous ผสมตวั เอง จะได้อัตราส่วน Phenotype/Genotype เท่าไหร่ในรุ่นลูก (P=สีม่วง, p=สีขาว) วิธีคลาสิค ให้แยก Genotype พ่อแม่เป็น P กบั p แล้วใส่ในตาราง ดงั ภาพล่าง เสร็จแล้วในชอ่ งเลก็ เราจะได้ Genotype รุ่นลูก แล้วพิจารณา Genotype จะได้เปน็ PP:Pp:pp = 1:2:1 แปรเป็น Phenotype เด่น (PP+Pp):ด้อย = 3:1 วิธีลดั จำไว้เสมอว่า Aa x Aa อัตราส่วน Genotype จะได้เป็น AA:Aa:aa = 1:2:1 แปรเปน็ Phenotype เด่น (AA+Aa): ด้อย(aa) = 3:1 ต่อมาเมนเดลผสมสองลักษณะ (Dihybrid Cross) สมมติว่าศึกษาเรื่องลักษณะผิวเมลด็ และ ลักษณะสีเมลด็ โดยให้ R = เมล็ดกลม r เมลด็ ย่น Y = เมลด็ สีเหลือง y เมล็ดสีเขียว ได้ดงั นี้ • นำรุ่น P เอาต้นเมลด็ กลมเหลือง (RRYY) x ต้นเมล็ดย่นเขียว (rryy) ผสมกนั ได้ลกู รุ่น F1 เมล็ดกลมเหลืองแบบ Heterozygous (RrYy) เท่าน้ัน ต่อมานำลกู รุ่น F1 ผสม ตวั เองได้ลกู รุ่น F2 • เซลล์สืบพนั ธุ์จากลกู รุ่น F1 มี 4 แบบได้แก่ (RY) (Ry) (rY) (ry) การทีอ่ ัลลีล R สามารถอยู่ในเซลล์เดียวสืบพันธ์ุเดียวกับ Y หรือ y กไ็ ด้ นำมาซึ่งกฎของเมนเดลข้อ ที่สอง (Independent Assortment) คือ แอลลีลของยีนตา่ งชนิดบนโครโมโซมต่าง คกู่ ัน มีความอิสระที่จะเข้ารวมตวั กันในการสรา้ งเซลล์สืบพนั ธุ์ • ในรุ่น F2 อัตราส่วนระหว่าง Phenotype เด่นเด่น (R_Y_): เด่นด้อย (R_yy): ด้อยเด่น (rrY_): ด้อยด้อย (rryy) เป็น 9:3:3:1 หลังจากทำการทดลองอีกทีเ่ หลือพบว่า อตั ราสว่ นของลกั ษณะจะประมาณ 9:3:3:1 เสมอ ทีม่ าของอตั ราส่วนนี้พิสจู น์ได้ โดย Punnett Square ด้านซ้าย เมื่อนำพอ่ และแมท่ ีม่ ี Genotype เหมือนกัน โดยกำหนดให้มียีน Heterozygous n คู่ (โดยเป็นไปตามกฎของเมนเดลทุกประการ) § จำนวนเซลล์สืบพนั ธ์ุทีพ่ ่อหรือแม่สร้างได้ 2n § รุ่นลกู มี Phenotype ต่างกัน 2n § รุ่นลกู มี Genotype ต่างกนั 3n 3

ทํ าความเข้ าใจกั บกฎของเมนเดลอี กคร7ั ง กฎการแยก (Law of segregation) เกิดจากการสังเกตการณ์ผสมแบบลกั ษณะ เดียว (monohybrid cross) โดยกล่าวว่า อัลลีลทีอ่ ยู่ดว้ ยกนั เปน็ คจู่ ะแยกออกจากกัน ระหวา่ งทีม่ ีการ สรา้ งเซลล์สืบพันธ์ุ พบได้ในช่วง meiosis ระยะ anaphase I จากภาพ เซลล์นี้มีอลั ลีล T และ t ขณะแบ่งเซลล์ T และ t จะแยกกนั (ผลจาก การแยกคู่ homologous chromosome ขณะอยู่ในระยะ anaphase I) กฎการรวมกลมุ่ อิสระ (Law of Independent Assortment) เกิดจากการสังเกตการณ์ผสมแบบสองลกั ษณะ (dihybrid cross) โดยกล่าวว่า อัลลีลของยีนต่างชนิด บนโครโมโซมตา่ งคกู่ ัน มีความ อิสระทีจ่ ะเขา้ รวมตัวกันในการสรา้ งเซลลส์ ืบพนั ธุ์ จากภาพ เดิมเซลล์นี้มี genotype เป็น RrYy เมือ่ เข้าสู่ระยะ metaphase I จะมีการเรียงโครโมโซม สังเกตว่ามีความเปน็ ไปได้สอง แบบในการตดั เรียง หลงั แบ่ง meiosis I เสร็จจะเกิดความเป็นไปได้ 2 อย่างคือ 1. อัลลีล R อยู่ด้วยกันกับ y ใน 1 เซลล์และ อีกเซลล์ อลั ลีล r อยู่ด้วยกนั กบั Y หรือ 2. อลั ลีล R อยู่ด้วยกันกบั Y ใน 1 เซลล์และ อีกเซลล์ อลั ลีล r อยู่ด้วยกนั กบั y จะเห็นว่าอัลลีล Y สามารถคู่กับอัลลีล R หรือ r ก็ได้ แสดงว่าอลั ลีลเปน็ อิสระต่อกนั ดงั กฎกล่าวไว้ ในการผสมสองลกั ษณะ (dihybrid) นอกจากจะเห็นกฎการรวมกลุ่มอิสระ ยังเห็นกฎการแยกอีกด้วย ในช่วง anaphase II ในการทำโจทย์เกี่ยวข้องกบั พันธศุ าสตร์จำเป็นต้องรู้ว่าตอนไหนควรบวก ตอนไหนควรคูณและโจทย์ต้องการอะไร ดังนี้ o กฎการบวก เราบวกเมือ่ สองเหตกุ ารณ์ไม่สามารถเกิดแยกกันได้เชน่ ลกู 1 คนไม่สามารถเป็นลกู ชายหรือลูกสาวพร้อมกนั ได้ โอกาสทีไ่ ด้ลกู ชายไม่มีลักยิ้ม = 0.6 โอกาสทีจ่ ะได้ลูกสาวไม่มีลักยิ้ม = 0.3 ดังน้ัน โอกาสที่จะได้ลูกที่ไม่มีลกั ยิ้ม = 0.6+0.3 = 0.9 o กฎการคณู เราคณู เมือ่ สองเหตกุ ารณ์เกิดแยกกนั ได้หรือเปน็ อิสระต่อกัน เช่นในการผสม 2 ลักษณะ ผิวเผือกและลกั ยิ้ม โอกาสทีล่ ูกเป็นผิว เผือก = 1/2 โอกาสที่ลกู จะมีลกั ยิ้ม = 3/4 การที่ลกู มียีนผิวเผือกไม่ได้กำหนดว่าลูกจำเปน็ ต้องมีหรือไม่มีลักยิ้ม ดังน้ัน โอกาสทีไ่ ด้ลูกเปน็ ผิวเผือกและมีลกั ยิ้ม = 1/2 × 3/4 = 3/8 4

ตวั อย่างที่ 2 พ่อแม่ไม่มีอาการผิวเผือก เมือ่ มีลกู คนแรกกลบั พบว่าลูกตนเองมีผิวเผือก จงหาโอกาสทีล่ ูกคนชายทีส่ องจะไม่เปน็ โรคผิวเผือก อาการนี้เป็น Recessive ถ้าไม่เปน็ โรคแสดงว่าเป็น AA หรือ Aa แต่การที่ลูกคน แรกโผล่มาว่าเปน็ (aa) แสดงว่าต้องมีพ่อแม่เป็นพาหะ (Aa) เมื่อได้ Genotype พ่อแม่ก็แทนคา่ ลงตาราง พิจารณาก็จะเห็นว่าลูกมีโอกาสเปน็ ¼ แต่ด้วยความที่ ต้องการลูกสาวจึงคณู ไปอีก ½ คำตอบคือ 1/8 การทีล่ ูกคนแรกเป็นโรค ไม่ได้กำหนดว่าลูกคนต่อไปจะเปน็ หรือไม่เป็น ดังน้ันไม่ ต้องเอาลูกคนแรกเข้าไปคิดร่วม ตัวอย่าง 3 การผสมหลายลกั ษณะ ประเภทโจทย์หา Phenotype/Genotype รุ่นลกู ในการผสมตัวเองระหว่างต้นสงู เมล็ดกลมเหลืองแบบ Heterozygous ในการผสมหนึ่งครั้งได้ต้นรุ่นลกู 945 ต้นจงหาว่า: 1. จำนวน Phenotype และ Genotype ในรุ่นลูกที่แตกต่างกัน ใช้สูตร 2n และ 3n เมือ่ n = 3 (เพราะพ่อแม่มี Genotype เดียวกนั คือ TtRrYy) ตอบ จำนวน Phenotype รุ่นลูกทีต่ ่างกนั = 23 = 8 แบบ, จำนวน Genotype รุ่นลกู ที่ต่างกัน = 33 = 27 แบบ 2. จงหาว่าโอกาสทีจ่ ะได้ ต้นสงู เมลด็ เหีย่ วสีเขียว เราจะอาศัยตาราง Punnett โดยแยกทำเปน็ แต่ละกรณี (Tt x Tt), (Rr x Rr), (Yy x Yy)ได้ 3 ตารางเขียนได้เป็น: โจทย์ต้องการต้นสูงเมล็ดเหีย่ วสีเขียว เขียนเปน็ T_rryy โดยคณู ความเป็นไปได้จากท้ังสามตารางได้ เป็น 3!4 × 1!4 × 1!4 = 3!64 อยา่ ลืมว่าต้นสงู ต้องรวม TT และ Tt ด้วย 3. จงหาโอกาสทีจ่ ะได้ต้นที่มีลักษณะทั้งต้นสงู และเมลด็ เหลือง อาศัยตารางคงช้าและไม่เห็นภาพ จึงขอนำเสนอวิธี Forked-Line Method โดยให้เราแยกเขียนผลจากการ Cross Phenotype แต่ละลกั ษณะเปน็ ลูกศร แล้วใส่ ความเปน็ ไปได้ ลงไปตามภาพ จะใช้ทำโจทย์ที่ซับซ้อน ได้ เชน่ ข้อนี้ขอแค่ต้นสูงและเมลด็ เหลืองพอ แม้จะมี เมล็ดเหี่ยวหรือกลมก็ตาม ได้เป็น 27!64 + 9!64 = 36!64 = 18!32 4. จงหาว่าจะต้นสูงเมลด็ เหีย่ วสีเขียวกี่ต้น อาศยั Forked-Line Method และกค็ ณู จำนวนที่ได้ท้ังหมดจะได้ 3!64 × 945 = 44.29 ≈ 44 5. ถ้าลูกค้าต้องการ ต้นสงู เมล็ดกลมสีเขียว ไปปลูกรอบบ้านจำนวน 2560 ต้น จงหาว่าต้องผสมพันธ์ุอย่างน้อยกี่คร้ังจึงจะได้จำนวนที่ ไม่ต่ำกว่าต้องการ (กำหนดให้มีการควบคุมปริมาณลูกที่ออกมาได้เท่ากนั คงที)่ อาศัย Forked-Line Method และกค็ ูณจำนวนทีไ่ ด้ทั้งหมดจะได้ 9!64 × 945 = 132.89 ≈ 133 ผสม 1 ครงั้ ได้ 133 ต้น ต้องการ 2560 ต้น กผ็ สม 2560!133 = 19.248 ผสม 19 คร้ังมนั จะได้ไม่ถึง 2560 เลยปดั เปน็ 20 5

ตัวอย่าง 4 การผสมสองลกั ษณะ ประเภทโจทย์หา Genotype รุ่นพ่อแม่ กำหนดให้ในต้นงามีลักษณะผักสีเดียว (P) ข่มลักษณะฝักสาม (p) สมบรู ณ์ และลกั ษณะใบปกติ (L) ขม่ ลกั ษณะใบย่น (l) สมบรู ณ์ จงหา ลกั ษณะจีโนไทป์ของพ่อและแม่ของลกู ในแต่ละกรณี ตามลกั ษณะและจำนวน Phenotype ของลกู ทีก่ ำหนดมาให้ดงั นี้ 1. ฝกั เดียวใบปกติ 401 ต้น เพราะไม่ได้ลูกลักษณะด้อยเลยจึงต้องเปน็ PPLL x ppll หรือ PPll x ppLL เท่านั้น (นึกถึงเอา AABB x aabb / AAbb x aaBB ได้ AaBb 100%) 2. ฝกั เดียวใบปกติ 250 ต้น ฝักเดียวใบย่น 147 ต้น ฝกั สามส่วนใบปกติ 51 ต้น ฝกั สามส่วนใบย่น 48 ต้น ข้อนี้คิดแยกลักษณะ เริ่มจากฝกั มีฝักเดียว 250+147=397 ต้น และฝกั สามส่วน 51+48 = 99 ต้น อัตราส่วนใกล้เคียง 3:1 แสดงว่าเปน็ Pp x Pp แน่นอน ส่วนลกั ษณะใบ พบว่าต้นใบปกติ 250+51 = 301 ต้นและใบย่น 147+48 = 195 อตั ราส่วนใกล้เคียง 1:1 แสดง ว่าเปน็ Ll x ll แน่นอน จึงตอบ PpLl และ Ppll ตามเมนเดล ลักษณะเด่นสามารถเป็น Homozygous Dominance หรือ Heterozygous ก็ได้ ดังน้ันเพือ่ เป็นการทดสอบจึงตอ้ งนำไปผสมกบั Homozygous Recessive • ถ้าได้ลกั ษณะเด่น 100% แสดงว่าเปน็ Homozygous Dominance • ถ้ามีลักษณะเด่นต่อด้อยเปน็ 1:1 แสดงว่าเป็น Heterozygous การทดสอบเรียกว่า Testcross 6

เพิ่มติม: การสบั เปลี่ยนหมู่ ถ้าต้องการลกู 3 คน ลูกสองคนแรกเปน็ ชาย ลกู คนสุดท้ายเป็นหญิง แน่นอนก็เอาโอกาสคณู กนั เป็น ½ × ½ × ½ = 1/8 แต่ถ้าโจทย์ต้องการลกู 3 คน ลูกชายสองคน ลูกสาวอีกหนึง่ คน เราจะคูณเหมือนเดิมไม่ได้เพราะต้องบวกโอกาสที่ (คนแรกชาย คนสองชาย คนสาม หญิง)+(คนแรกชาย คนสองหญิง คนสามชาย)+… ไปเรื่อยๆ เพราะโจทย์ไมไ่ ด้บอกลำดบั มา เรียกโจทย์แนวนี้ว่าสบั เปลี่ยนหมู่ ตัวอยา่ ง 5 การสับเปลี่ยนหมู่อย่างงา่ ยและยาก 1. ครอบครวั หนึ่งฟิตจัดต้องการลูก 5 คน ลูกสาวสามคน ลกู ชายสองคน จงหาโอกาสที่คุณแม่สดุ ฟิตท่านนี้จะสมหวงั ให้เราอาศัยสูตร (p+q)n เมื่อ p คือโอกาสกรณี 1 (สำหรับการได้ลกู สาวคือ 1/2) q คือโอกาสกรณี 2 (สำหรบั การได้ลูกชายคือ 1/2) n คือจำนวนเหตกุ ารณ์ท้ังหมด จำนวนครั้งที่ลุ้นว่าได้ลกู ชายหรือลกู สาว (5) เพราะนางคลอดลูกห้าครั้ง แทนคา่ เปน็ (p+q)5 = p5 + 5p4q + 10p3q2 + 10p2q3 + 5pq4 + q5 เราต้องการ 10p3q2 เพราะต้องการลกู สาวสาม ➜ p3 และลกู ชายสอง ➜ q2 ดงั นั้นโอกาสคือ = (10)( 1 3 1 2 2 2 )( ) = 0.31 แล้วถ้าแยกตวั ประกอบไม่ได้หละ ขอแนะนำการจำสามเหลี่ยมปาสคาล 2. ครอบครวั เดิมเมือ่ มีลูก อยากเลี้ยงแมวสิบตัวต้องการแมวเพศเมีย8ตวั เพศผู้2ตวั จะมีโอกาสเท่าไหร่ ให้เราอาศยั สูตร (p+q)n กำหนดให้ค่า p และ q เท่าเดิม ยกเว้น n เปลี่ยนเป็น 10 เพราะนง่ั ลุ้นว่าแม่แมวจากคลอดลูกตัวผู้หรือเมีย สิบครั้ง อาศยั สูตร (p+q)10 แต่เราต้องการ __p8q2 เพราะต้องการลกู แมวสาวแปด ➜ p8 และลกู แมวชายสอง ➜ q2 เพียงแค่ไม่รู้สัมประสิทธิห์ น้า ให้อาศยั สูตร n! r!(n-r)! ในการหาสัมประสิทธิต์ ัวหน้า กำหนดให้ n = เลขชี้กำลังของ p + เลขชี้กำลงั ของ q r = เลขชี้กำลงั ของ p n-r = เลขชี้กำลงั ของ q ดังนั้นโอกาสคือ =( 10! )( 1 8 ( 1 2 8!(2)! 2 2 ) ) = 45/1024 7

ส่วนขยายกฎของเมนเดล พั นธุ ศาสตร์ ขม่ แบบไม่สมบรู ณ์ (Incomplete Dominant) คือ Phenotype ของ Heterozygote เปน็ ลกั ษณะระหว่าง Homozygous Dominant และ Recessive กำหนดให้ CR = ดอกสีแดง, CW = ดอกสีขาว ดังน้ัน CRCR มีดอกสีแดง, CWCW มีดอกสีขาว, CRCW มีดอกสีชมพู การที่ CRCW มีดอกสีชมพู เนือ่ งจาก CR เพียงอลั ลีลเดียวใน CRCW ไม่สามารถสร้าง สารสีแดงได้มากเทียบเท่ากบั CRCR ซึ่งมีสองอลั ลีล ทำให้จึงออกมาเป็นสีปานกลาง น้ันคือสีชมพู ไม่ได้แปลว่าอัลลีล CR สร้างสารสีแดงผสมกบั สารสีขาวจาก CW เปน็ ดอกสีชมพู ขม่ ร่วมกัน (Codominance) คือ Phenotype ของ Heterozygote แสดงออก ลกั ษณะของอัลลีลทัง้ คู่ โดยไม่เปน็ กึ่งกลาง กำหนดให้ LM = หมู่เลือด M, LN = หมู่เลือด N ดังน้ัน LMLM มีหมู่เลือด MM, LMLN มีหมู่เลือด MN, LNLN มีหมู่เลือด NN Multiple Allele คือ ลักษณะจากยีนหนึ่งคู่ แต่มีอัลลีลมากกว่าสองแบบ (ต่างจากลกั ษณะกอ่ นหน้าทีแ่ ต่ละยีนมีแค่ 2 อลั ลีล) เช่น หมู่เลือด ABO มีอัลลีลสามแบบ: IA, IB และ i มี“ลำดับการข่ม”คือ IA = IB > i (หมายความว่าท้ัง IA และ IB ขม่ i ได้) Genotype Phenotype RBC antigen Plasma antibody Blood Donor IAIA A Antigen A Antibody B รับได้จาก A และ O เพราะ B,AB มี antigen B ซึ่งจะจับกับ antibody B IAi IBIB Antigen B Antibody A รบั ได้จาก B และ O เพราะ A,AB IBi B มี antigen A ซึ่งจะจับกบั antibody A IAIB AB Antigen A ไม่มี antibody A และ B รับได้จากทกุ คน เพราะไม่มี antibody A และ B Antigen B ii O ไม่มี antigen A และ B Antibody A รบั ได้เฉพาะ O ด้วยกัน เพราะมี antibody ที่จับกบั Antibody B antigen ของหมู่เลือดอื่นทีไ่ ม่ใช่ O ได้หมด ประเดน็ ทีน่ ่าสนใจ • ระบบ ABO มี Codominance ระหว่าง IA, IB ในหมู่เลือด AB • ให้ระลึกไว้ว่าหมู่เลือด A และ B ต่างมีสอง Genotype ดังน้ันเวลาคำนวนให้ระวงั ส่วนมากโจทย์จะใบ้เชน่ นางเดลมีหมู่เลือด A แต่แม่ของนางมีหมู่เลือด O แสดงว่า Genotype ของเดลคือ IAi (เพราะนางเดลได้ “i” มาจากแม่) • กรณีใหเ้ ลือดผิด: สมมติคุณเอหมู่เลือด A ให้เลือดคุณบีหมู่เลือด B, คณุ บีมีหมู่ เลือด B (Antigen B) ฉน้ัน Antibody A ในคณุ บีจะจบั กบั antigen A บนผิวของเซลล์ เมด็ เลือดแดงใหม่จากคณุ เอ ทำให้ในเลือดคุณบีตกตะกอน • การทดสอบหมู่เลือดจะหยดน้ำยา antibody ซึ่งมีน้ำยา antibody A (เขียนย่อเป็น anti-A และ antibody B (ย่อเป็น anti-B) ถ้าตกตะกอนหมู่เลือดจะตามชือ่ น้ำยา เช่น ในภาพขวาล่าง หยด anti-B แล้วตกตะกอน แปลว่าเป็นหมู่เลือด B ถ้าตกตะกอนใน น้ำยาท้ังคูเ่ ปน็ AB ถ้าไม่ตกตะกอนเลยท้ังสองน้ำยาทดสอบ จดั เปน็ O • กรณีแมล่ ูกหมู่เลือดไม่ตรงกัน: สมมติแม่หมู่เลือด B ลกู หมู่เลือด A, Antibody ใน ตวั แม่หรือตัวลกู ไม่สามารถเคลื่อนทีผ่ ่านกนั ได้ เพราะ Antibody ของระบบหมู่เลือด ABO เป็นประเภท IgM ซึ่งไม่สามารถผ่านรกไปได้ (ชนิดทีจ่ ะผ่านได้คือ IgG) 8

ระบบหมู่ เลื อดอื = น ๆ หมเู่ ลือด Rh (เป็นการถ่ายทอดแบบ complete dominance) แต่ขอยกมาส่วนนี้ Rh+ คือลักษณะเด่น (D_) ข่ม Rh- (dd) ได้สมบูรณ์ โดย ประเดน็ ทีน่ ่าสนใจ • ถ้าบอกว่าแทนมีหมู่เลือด AB+ แปลว่าเขามีหมู่เลือด AB, Rh+ • Rh ตรงกันให้เลือดกนั ได้ นอกจากนี้ Rh- ให้เลือด Rh+ ได้เพราะ เลือดผงั่ คนรบั ไม่มี Antibody • Rh+ ให้เลือด Rh- ไม่ได้เพราะจะมีปญั หา (แต่อาจไม่ทันทีเหมือน ABO) เชน่ ในกรณีที่ แม่ Rh- ทอ้ งลูก Rh+ • ปกติเลือดของแม่และลูกจะแยกกนั ผ่านทางรก แต่ตอนคลอด เลือด Rh+ ของลกู คนแรกสามารถเข้าปะปนสู่ระบบเลือด Rh- ของแม่ ทำให้แม่สร้าง Antibody พร้อม (ลกู Rh+ คนแรกรอดทัน) • เมื่อท้องคนต่อไปและลกู เปน็ Rh+ เนือ่ งจากเป็น Antibody ชนิด สามารถเคลื่อนผ่านรกได้ แล้วเกาะกับเม็ดเลือดแดงลูกทำให้ แตก เรียกภาวะนี้ว่า Erythroblastosis fetalis มัลติเพลอัลลีลที่พบบ่อยคือเรือ่ งสีขนกระต่าย มี 4 สีค่ วบคมุ โดยสี่อลั ลีล คือ C สีเทาเข้ม, cch สี Chinchilla, ch สี Himalayan, c สี Albino โดยลำดับการข่มคือ C > cch > ch > c (หมายความว่า C สามารถขม่ ทุกอลั ลีลได้, cch ขม่ ได้ทกุ อัลลีลได้ยกเว้น C) ตวั อยา่ ง 6 ลักษณะโจทย์หมู่เลือด 1. สภากาชาดต้องการเลือดจากทกุ หมู่ แกงคเ์ พื่อนๆชวนกนั ไปแล้วใครต่อไปนี้ทีส่ ามารถบริจาคเลือดให้กลุ่มอืน่ ได้มากที่สดุ a. Keitaro หมู่เลือด B- เปน็ B ให้ได้แค่ B, AB แต่เป็น Rh- ให้ Rh+/- กไ็ ด้ เลยให้ได้แค่ B+, B-, AB+, AB- b. Natsumi หมู่เลือด O+ เป็น O ให้ใครก็ได้แต่เปน็ Rh+ ให้ Rh- ไม่ได้เลยได้แค่ Rh+ (A+, B+, AB+, O+) c. Yoichi หมู่เลือด O- เป็น O ให้ใครก็ได้ ยิง่ O- ด้วย ดงั นั้นให้ได้ทุกคนเลย ตอบคนนี้ ตัวอยา่ ง 7 พิจารณาลำดับการขม่ ในประชากรสิง่ มีชีวิตชนิดหนึ่ง กำหนดให้อลั ลีล IA ควบคุมลักษณะตาแบบดาว อลั ลีล IB ควบคมุ ลักษณะตาแบบจดุ และอัลลีล IC ควบคุม ลักษณะตาแบบสีเ่ หลี่ยม โดยมีลำดับการขม่ คือ IA = IB > IC 1. จำนวน Genotype ของลักษณะนี้มีจำนวนเท่ากับ? เข้าสตู ร n(n+1)/2 เมือ่ n คือจำนวนอัลลีล ได้เป็น 3(4)/2 = 6 แบบ 2. ถ้าผสมพนั ธุ์กันเองระหว่างลักษณะตาแบบดาวมีจดุ ลูกมีโอกาสมีลักษณะตาสีเ่ หลีย่ มเป็นเท่าไหร่ ตาดาวแบบจดุ (codominance IA และ IB) แสดงว่า Genotype คือ IAIB ผสมกันเองจะได้ ICIC ไม่ได้แน่นอน ตอบ 0% 3. เปน็ ไปได้หรือไม่ ทีส่ ิง่ มีชีวิตนี้ผสมพนั ธุ์กันแล้วรุ่นลกู ได้ทกุ รูปแบบ เป็นไปได้ ถ้านำ IAIC x IBIC จะได้ลกู ท้ัง 4 Phenotype IAIB IAIC IBIC ICIC 9

ลั กษณะทางพันธุกรรมที = เกี = ยวข้ องกั บเพศ พั นธุ ศาสตร์ Sex-Linked คือลักษณะพันธกุ รรมที่อยู่บนโครโมโซมเพศ แต่มีการคำนวนที่ไม่เป็นไปตามกฎของเมนเดล ในระบบโครโมโซมเพศ XY เมื่อผสมพ่อ เด่นแท้ x แม่ด้อยแท้ ลูกทีไ่ ด้จะไม่ได้อตั ราส่วนเดียวกับ พ่อด้อยแท้ x แม่เด่นแท้ เนือ่ งจากเพศชาย (XY) และเพศหญิง (XX) มีโครโมโซมเพศต่างกนั ทำให้โอกาสไม่เท่ากัน ต่างจากลกั ษณะก่อนหน้า ทีอ่ ยู่บนโครโมโซมร่างกาย (autosome) ทุกเพศมีเหมือนกนั X-Linked คือลกั ษณะทีเ่ กาะบนโครโมโซม X ในผู้ชายมี Genotype แค่สองแบบเพราะผู้ชายมี X แท่งเดียว (ไม่มี Heterozygous) โอกาสของผู้ชายคือ เป็น/ไม่เป็น เท่านั้น ในขณะทีผ่ ู้หญิงมี Genotype สามแบบเพราะมี X สองแท่ง Sex Sex Chromosome Phenotype • X-linked Dominance แสดงอาการเมือ่ เปน็ ยีนเด่น หญิง XH XH มีอาการ อาการที่เกี่ยวข้องคือ ลกั ษณะมนุษย์หมาป่า ขนยาว XH Xh มีอาการ ตามตัว (Hypertrichosis) สังเกตตารางซ้าย Xh Xh ไม่มีอาการ ชาย XH Y มีอาการ Sex Sex Chromosome Phenotype Xh Y ไม่มีอาการ หญิง XH XH ไม่มีอาการ • X-linked Recessive แสดงอาการเมือ่ เปน็ ยีนด้อย XH Xh ไม่มีอาการ อาการทีเ่ กี่ยวข้องคือ Hemophilia (เลือดไหลไม่หยดุ ), ตาบอดสี, (พาหะ) กล้ามเนื้ออ่อนแรงแบบ Duchenne Muscular Dystrophy, โรค Xh Xh มีอาการ บกพร่องเอนไซม์ G6P (แพ้ถว่ั ปากอ้า) ชาย XH Y ไม่มีอาการ ผู้หญิงทีเ่ ป็น Heterozygous (XHXh) จะไม่แสดงอาการเรียกว่าพาหะ Y มีอาการ (Carrier) สงั เกตตารางซ้ายและแนวการคิด Punnett ด้านล่าง Xh แม่ ปกติ พ่อเป็ นโรค แม่ เป็ นพาหะ พ่อปกติ แม่ เป็ นพาหะ พ่อเป็ นโรค ลู กสาวทั7 งหมดเป็ นพาหะ ลู กสาวเป็ นหาหะ ½ ลู กสาวเป็ นหาหะหรื อมี Aรค ½ ลู กชายเป็ นโรค ½ ลู กชายเป็ นโรค ½ Sex-influenced คือลักษณะบนโครโมโซมร่างกายแต่เพศดันกำหนดให้ จีโนไทป์ ชาย หญิง Heterozygous ของแต่ละเพศ มี Phenotype ทีต่ ่างกัน เช่น ลักษณะศีรษะล้าน B1B1 ล้าน เวลาคำนวณเสรจ็ ต้องคิดแยกเพศ B1B2 B2B2 ล้าน ไม่ล้าน กำหนดให้ B1 (ล้าน) เด่นในชาย ด้อยในหญิง ไม่ล้าน B2 (ไม่ล้าน) เด่นในหญิง ด้อยในชาย Sex-limited คือลักษณะบนโครโมโซมร่างกาย แต่เพศดันกำหนดให้ Phenotype จีโนไทป์ ไกต่ ัวผู้ ไกต่ วั เมีย แสดงออกในเพศใดเพศหนึง่ เท่าน้ัน เชน่ ลกั ษณะของขนหางที่จะพบได้ในไกเ่ พศผู้ HH ขนหางส้ัน ขนหางส้ัน เท่านั้น แม้ไก่เพศเมียจะมี Genotype เดียวกันกบั ไก่เพศผู้ทีม่ ีขนหางยาว แต่จะไม่ Hh ขนหางส้ัน ขนหางสั้น แสดงออกมา เวลาคำนวณเสรจ็ ต้องคิดแยกเพศ hh ขนหางยาว ขนหางส้ัน กำหนดให้ H แทนขนหางส้ัน h แทนขนหางยาว 10

Extranuclear Inheritance คือลักษณะพันธกุ รรมทีอ่ ยู่นอกนิวเคลียส เชน่ ในไมโตคอนเดรียหรือคลอโรพลาสต์ เนื่องจากออร์แกเนลเหล่านี้มี DNA ด้วยแต่จะอยู่ ในเพศเมียเท่าน้ัน เพราะในมนุษย์ Sperm จะสลดั ท่อนกลางและหาง (midpiece) ซึ่งมีออร์ แกเนลอยู่ ก่อนจะเข้าสู่ภายในเซลล์ไข่ ดงั นั้นลกั ษณะเหล่านี้จะส่งผ่านจากแม่สู่ลูกทกุ คน เท่าน้ัน ตัวอย่าง 8 ลกั ษณะโจทย์ผสม Sex-Related 1. สามีภรรยาคู่หนึ่งมีหมู่เลือด A และสายตาปกติท้ังคู่ ลูกชายคนแรกมีหมู่เลือด O และตาบอดสี ข้อใดต่อไปนี้ถูก a. หมู่เลือดของสามีมีโอกาสเป็น Genotype แบบ IAIA b. ลูกชายคนแรกได้รับการถ่ายทอดยีนตาบอดสีจากแม่ c. ลกู สาวทีเ่ กิดจากสามีภรรยาคนู่ ี้ทกุ คนจะเป็น Carrier ของลักษณะตาบอดสี d. โอกาสทีล่ ูกสาวของสามีภรรยาคู่นี้จะมีหมู่เลือด A และตาปกติคือ 50% พิจารณา Genotype พ่อและแม่คือ IA_ แต่มีลูกเป็น O (ii) แสดง IA i XC Xc ว่าพ่อแม่เปน็ IAi ลกู ชายตาบอดสี ตาบอดสีเป็น X-linked IA IA IA IAi XC XCXC XCXc recessive แสดงว่าลกู ชายเป็น XcY (กำหนดให้ XC ไม่แสดง i IAi i i Y XCY XcY อาการ Xc แสดงอาการ) การที่ลกู ชายเปน็ โรค แปลว่าแม่อาจจะ ห ูม่เลือด เป็นพาหะหรือมีอาการ แต่โจทย์บอกแม่สายตาปกติ แสดงว่าแม่ ตาบอดสี เปน็ XCXc (พ่อไม่คิดเพราะพ่อให้ Y ลกู มาชายมาแล้ว) ดงั นั้น พิจารณาท้ังหมดแล้วตอบ b 2. ชายคนหนึ่งเป็นโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรง ไม่มีอาการตาบอดสี แต่งงานกับหญิงคนหนึง่ เป็นพาหะของโรคตาบอดสีและกล้ามเนื้ออ่อนแรง อยากทราบว่าโอกาสทีจ่ ะได้บตุ รชายเปน็ โรคท้ังสองคือเท่าใด ตาบอด ีสและก ้ลามเนื้อ ่ออนแรง XdC Y พิจารณา Genotype พ่อคือ XdCY และแม่คือ XDCXdc เวลาคำนวณให้เขียนอาการบนโครโมโซม X ท้งั หมด ไมค่ ิด XDC XDCXdC XDC Y แยกเพราะโอกาสคิดผิดสงู มาก Xdc XdcXdC Xdc Y (สำหรบั ตาบอดสีกำหนดให้ XC ไม่แสดงอาการ Xc แสดงอาการ และ สำหรับกล้ามเนื้ออ่อนแรง XD ไม่แสดงอาการ Xd แสดงอาการ) ¼ โจทย์ต้องการบุตรชายเปน็ โรค น้ันคือ XdcY ดงั น้ันคำนวณแล้วคือ 1/4 เพราะโครโมโซม X ในชายมีแท่งเดียว ดังน้ันจึงมีโอกาส 2แบบให้ลูก ชายคือ XDC Y หรือ XdcY ไม่ใชส่ ีแ่ บบคือ XCY, XcY, XDY, XdY เพราะยีนตาบอดสีและกล้ามเนื้ออ่อนแรงอยู่บนโครโมโซม X แท่งเดียวกัน 3. หญิงคนหนึ่งมีแม่แสดงอาการศีรษะล้าน แต่พ่อมีศีรษะปกติ ขณะทีพ่ ีช่ ายของเธอเริม่ มีแสดงอาการผมร่วงมากและศีรษะล้านอย่างชดั เจน จงหาโอกาสที่เธอจะผมร่วง กำหนดให้ B คือลกั ษณะหวั ล้าน ใน heterozygous จะเด่นใน จีโน ชาย หญิง bb ชายด้อยในหญิง และ b คือลกั ษณะไม่หวั ล้าน เด่นในหญิง ไทป์ B Bb Bb ด้อยในชาย (คิดงา่ ยๆผู้ชายส่วนใหญ่หัวล้าน) b bb bb BB ล้าน ล้าน หัว ้ลาน ผู้หญิง: ไม่ล้าน 100% พี่ชายผมมีอาการแสดงว่าเป็น Bb หรือ BB ในเมือ่ พ่อหวั ไม่ ล้าน (bb) ดงั น้ันพีช่ ายคือ Bb (ได้ b จากพ่อและ B จากแม่) Bb ล้าน ไม่ล้าน และแม่ไม่แสดงอาการ ดังนั้นแม่อาจเป็น bb หรือ Bb ก็ได้ เมื่อลกู เปน็ Bb แม่คือ Bb (เพราะให้ B ลกู ไป) bb ไม่ล้าน ไม่ล้าน เมือ่ ใส่ตารางออกมาพบว่าไม่มีทางทีล่ กู สาวจะหวั ล้านเลย เพราะลูกสาวจะหวั ล้านได้ต้องเปน็ BB เท่าน้ัน 11

สายพันธุประวตั ิ หรือพงศาวลี (pedigree) คือการแสดงลกั ษณะการถ่ายทอดทางพนั ธุกรรมทางเครือญาติ ผ่านทางสัญลกั ษณ์ ลักษณะอาการ Autosomal Recessive o พ่อแม่ไม่มีโรค แต่ลกู กลบั มีโรค (แสดงว่าพ่อแม่ Heterozygote) o พ่อแม่มีโรค ลูกจะมีโรคเสมอ (เพราะ aa X aa กไ็ ด้ aa เสมอ) ลักษณะอาการ Autosomal Dominance o ถ้าพ่อแม่ไม่เปน็ โรค ลูกไม่มีทางเปน็ โรคแน่นอน (เพราะ aa X aa ก็ได้ aa เสมอ) ลักษณะอาการ X-linked recessive o ลูกสาวจะมีอาการได้ พ่อต้องมีอาการและแม่ต้องมี อาการด้วยหรือเปน็ พาหะ (พ่อมี XaY มีลกู สาวแสดงว่าได้ Xa จากพ่อไป ถ้าลกู สาวจะมีโรคต้องได้ Xa จากแม่อนั นึง ดังน้ันแม่จะ เป็นโรค XaXa หรือพาหะ XAXa) ลกั ษณะอาการ X-linked dominance o ถ้าพ่อเป็นโรค ลกู สาวทกุ คนเปน็ โรคแน่นอน ส่วนแม่ไม่พาหะก็มีโรค (พ่อมี XAY มีลูกสาวแสดง ว่าได้ XA จากพ่อไป มีโรคแน่นอนไม่สนแม่) ในบางคร้ังมันกม็ ีแผนภาพแปลกๆออกมา ถ้ามนั จนมมุ เรากค็ งต้องลองแทน Genotype ดใู นที่สดุ (ลองทำโจทย์หน้าถดั ไปด)ู 12

ตัวอยา่ ง 9 Pedigree 1. จงพิจารณาลักษณะการถ่ายทอดโรคทางพนั ธกุ รรมว่าเปน็ แบบใด? ถ้าสังเกต III-4 มีอาการ แต่แม่ (II-4) และพ่อ (II-5) ไม่มีอาการ ตรงตาม Autosomal recessive เลย (พ่อแม่ไม่มีโรค แต่ลูกกลบั มีโรค) • ไม่ใช่ Autosomal dominance เพราะพ่อแมไ่ ม่เป็นโรค ลูกไม่มีทางเปน็ โรค (เพราะ aa X aa กไ็ ด้ aa เสมอ) • ไม่ใช่ X-linked dominance เพราะพอ่ เปน็ โรค ลูกสาวทกุ คนเป็นโรคแนน่ อน ขดั กับพ่อ I-1 (XAY) ที่เปน็ โรค แต่ลูกสาว II-2 II-4 ปกติ (ท้ังทีไ่ ด้ XA จากพ่อ) • ไม่ใช่ X-linked recessive เพราะลกู สาวจะมีอาการได้ พอ่ ตอ้ งมีอาการ ลูกสาว III-7 มีโรค (XaXa) แสดงว่าได้ Xa จากพ่อ II-5 แต่พ่อกลับไม่มีโรค (XAY) 2. จงพิจารณาลกั ษณะการถ่ายทอดโรคทางพันธุกรรมว่าเป็นแบบใด? • ไม่น่าใช่ X-Linked Dominance เพราะพ่อเปน็ (I-2) ลกู สาวทุกคนต้องเปน็ แต่มีคนหนึ่งโผล่มาไม่เป็น (II-4) แสดงว่าผิด • ไม่น่าใช่ X-Linked Recessive เพราะแม่เป็นโรค (III-7) ลกู ชายทุกคนต้อง เปน็ (เพราะได้ Xa มาจากแม่) แต่มี IV-9 โผล่มาไม่เปน็ จึงจบั ผิดได้ • ไม่น่าใช่ Autosomal Dominance เพราะ III-4 และ III-5 ไม่เปน็ (aa x aa) ไม่มี ทางที่จะได้ IV-6 เป็น (AA/Aa) แน่นอนดังนั้นตอบ Autosomal Recessive 3. จากภาพแสดงอาการของ G6PD ถ้าผู้หญิงหมายเลข 1 แต่งงานกบั ผู้ชายปกติ จงหาโอกาสทีจ่ ะได้ลูกชายแสดงอาการ ข้อนี้ยาก แต่ต้องคอ่ ยๆสืบ G6PD เปน็ X-linked recessive ดงั นั้น ชายเบอร์2 เป็น โรคแสดงว่าเป็น XgY มีน้องสาวไม่แสดงอาการ (อาจจะ XGXG หรือ XGXg) แต่ เพราะพ่อแม่ไม่แสดงอาการท้ังคู่ โอกาสจึงเปน็ ½ XGXG และ ½ XGXg ตอบ โอกาสที่ตวั เองจะเป็นพาหะหรือไม่เป็นโรค × โอกาสทีล่ กู ชายเปน็ โรค (XgY) = ½ × ¼ = 1/8 12 อย่าลืมคณู โอกาสที่ตวั เองเป็นพาหะหรือไม่เปน็ โรค เข้าไปด้วยเพราะหลายคน อาจตอบ ¼ แต่อย่าลืมหญิงหมายเลข 1 เปน็ XGXG หรือ XGXg โอกาสเท่า ๆ กนั เพราะพ่อแม่ไม่แสดงอาการทั้งคู่ (แม้ว่าแม่เขาเป็นพาหะหรือไม่เปน็ โรคเลย) XG XG XG Xg XG XG XG XG XG XG XG XG XG Xg Y XG Y XG Y Y XG Y Xg Y โอกาสแรก โอกาสสอง หญิงสาวเปน็ XGXG หญิงสาวเปน็ XGXg 13

ลั กษณะเชิ งปริ มาณ พั นธุ ศาสตร์ • ลกั ษณะพันธกุ รรมที่แต่ละ Genotype มีความต่างชัดเจนแยกได้ เชน่ AA=เปน็ โรคคนแคระ aa=ไม่เป็นโรค ลักษณะที่ตัดสินจาก คณุ ภาพเหล่านี้เรียกว่า o ลกั ษณะเชิงคณุ ภาพ (Qualitative Trait) หรือ ลกั ษณะที่ไม่แปรผันอย่างต่อเนื่อง (Discontinuous Variation) (เพราะคิดดู เราไม่สามารถเขียนแต่ละ Genotype เป็นกราฟสวยๆได้) • ลักษณะพนั ธกุ รรมทีแ่ ต่ละ Genotype ปรากฎความแตกต่างไม่ ชัดเจน เช่นความสงู มีตั้งแต่ 120 cm, 121.5 cm. ยาวไปจนถึง 200 cm. ก็มี ลักษณะที่ตัดสินจากจำนวน (ความมากหรือน้อยใน เชิงจำนวนมากกว่า ความมีหรือไม่มี) เรียกว่า o ลักษณะเชิงปริมาณ (Quantitative Trait) หรือ ลักษณะทีแ่ ปรผันอยา่ งต่อเนื่อง (Continuous Variation) สามารถเขียนเปน็ กราฟได้ Polygene คือลกั ษณะเชิงปริมาณ ทีเ่ กีย่ วข้องกบั 1 ลักษณะ แต่ ควบคุมดว้ ยยีนมากกวา่ 1 คเู่ ป็นต้นไป สิ่งแวดล้อมสามารถเข้ามีผล ต่อการแสดงของ Phenotype ได้, พิจารณาจากตัวอย่างนี้ ลักษณะสีของ Wheat ชนิดหนึ่งควบคุมด้วยยีน2คู่ R1 และ R2 (กำหนดให้ R1 และ R2 เป็นอลั ลีลเด่น r1 r2 เปน็ อลั ลีลด้อย) ทำการนำต้นสีแดงเข้ม (R1R1R2R2) ผสมกบั ต้นสีขาว (r1r1r2r2) ได้ลูกรุ่น F1 เป็นสีชมพแู ล้วนำลกู รุ่น F1 ผสมตัวเองได้ลักษณะตามตาราง Polygene มีหลักวิเคราะห์คือ: 1. ยิ่งอัลลีลเดน่ มาก ลกั ษณะยิ่ง “เพิ่มขึ้น” เช่น r1r1r2r2 ไม่มีอัลลีลเด่นเลย มีสีขาว r1R1r2r2 มีอัลลีลเด่น 1 ตวั มีสีแดงอ่อน R1R1r2r2 มีอลั ลีลเด่น 2 ตวั มีสีแดงกลาง ๆ R1R1R2r2 มีอลั ลีลเด่น 3 ตัว มีสีแดง R1R1R2R2 มีอัลลีลเด่นครบ มีสีแดงเข้มที่สดุ 2. จำนวนอัลลีลเดน่ เท่ากันมี phenotype เหมือนกนั ไม่ว่าจะ เป็นยีนไหน เช่น R1R1r2r2 มีสีเดียวกับ r1r1R2R2 และ r1R1R2r2 3. ลักษณะที่มีอลั ลีลเด่นเปน็ ครึง่ หนึ่งของอัลลีลทัง้ หมด จะมี จำนวนมากทีส่ ุด เช่น (จากกราฟขวา) พืชทีม่ ีสีแดงปานกลาง (มีอลั ลีลเด่น 2 จาก 4 ตัว) มีสัดส่วนมากที่สุด (6 จาก 16) 4. ลกั ษณะที่ไมม่ ีอลั ลีลเดน่ เลย และ ลักษณะทีม่ ีอลั ลีลเด่น ครบทุกตัว จะมีสัดสว่ นนอ้ ยทีส่ ดุ เชน่ ในตวั อย่าง 1 จาก 16 14

สงั เกตว่าจากการทดลองยีนสองตำแหน่ง (4 อลั ลีล) ลกั ษณะของลูกมีอัตราส่วนเปน็ 1:4:6:4:1 เมือ่ ทดลองยีนสามตำแหน่ง (6 อลั ลีล) ปรากฎว่าได้เป็น 1:6:15:20:15:6:1 การกระจายตัวแบบนี้ เป็นไปตามสมั ประสิทธิ์จากการกระจายแฟคเตอร์ของ (a+b)2n เมื่อ n คือตำแหน่งยีน สรุปสูตรไดว้ ่า 3n o จำนวนจีโนไทป์ทีต่ ่างกนั 2n+1 o จำนวนฟีโนไทป์ทีต่ ่างกนั (1/4)n o จำนวนของ F2 ทีเ่ หมือนพ่อหรือแม่ (a+b)2n o อตั ราส่วน Phenotype จำนวนของลกู ที่มีลักษณะกึ่งกลาง (มีอลั ลีลเด่นเท่าอัลลีลด้อย) จะมีจำนวนมากทีส่ ุดในอตั ราส่วน เชน่ ผสม 3 ลกั ษณะได้อัตราส่วนเป็น 1:6:15:20:15:6:1 จำนวนลกู ทีม่ ีลักษณะกึ่งกลางคือ 20/64 ถ้าจำอัตราส่วนไม่ได้หละ? ขอแนะนำให้จำสามเหลีย่ มปาสคาล (แนะนำไม่เกิน 6 ตำแหน่ง) ตวั อย่างที่ 10 วิเคราะห์ Polygene จากการผสมข้าวโพด 2 พันธุ์ พนั ธ์ุหนึง่ สงู สดุ 200 cm อีกพนั ธุ์หนึง่ เตี้ยสุด 140 cm. ลกู F1 มีความสงู อยู่ระหว่างกึง่ กลางต้นพ่อแม่ นำรุ่น F1 ผสม ตวั เองได้ลกู รุ่น F2 พบว่ามีอยู่ทั้งหมด 30 ต้นในทั้งหมด 2100 ต้นที่มีความสูงเหมือนกับพ่อคือสงู 200 cm. 1. ลกั ษณะความสูงของต้นข้าวโพดควบคมุ ด้วยยีนท้ังหมดกี่คู่ โจทย์บอกจำนวนที่เหมือนรุ่นพ่อมาดังนั้นเอาเข้าสตู ร #1$4%n (พยายามเอาจำนวนทีใ่ ห้ส่วนด้วยจำนวนท้ังหมดแล้วพยายามทำ ให้เปน็ เศษส่วนอย่างตำ่ ดูแล้วมองว่ามนั ใกล้เคียงกบั n เปน็ เท่าไหร่) ดงั นั้นถ้าใน 2100 ต้นมี 30ต้นเหมือนพ่อแม่เป็น &30!2100' = 1!70 ≈( 1!4 3 แสดงว่าลักษณะนี้ควบคุมด้วยยีน 3 คู่ 6 อัลลีล ) 2. จงหาจำนวนฟีโนไทป์และจีโนไทป์ที่ต่างกนั ในรุ่น F2 แทนคา่ ตามสูตรให้ n=3 (เพราะข้อ 1 หามาว่ามียีน 3) ดงั น้ัน จำนวน Genotype รุ่นลูกที่ต่างกัน = 33 = 27 แบบ, Phenotype 2(3)+1 = 7 แบบ 3. ยีนเด่นแต่ละตวั ให้ความสงู เพิม่ ขึ้นเท่าไหร่ พันธุ์สงู สุดคือ 200 cm เปน็ AABBCC (เพราะข้อ 1 เราหามาว่ามียีน 3 คู่ 6 อัลลีล) พนั ธุ์เตี้ยสดุ คือ 140 cm เป็น aabbcc ถ้ายีนเด่น 6 ตัวให้ความสงู เพิ่มขึ้น (200-140) 60 cm. ยีนเด่น 1 ตวั ทำให้สูงเพิ่มขึ้น 60/6 = 10 cm. 4. จงหาว่าจะมีกีต่ ้นที่สงู 180 cm. ใน F2 ถ้า 1 อลั ลีลเด่นสูง 10 cm. ถ้าสูง 180 cm. แสดงว่ามีอัล ลีลเด่น 4 ตำแหน่ง ดงั นั้นเราต้องอาศยั การกระจายเลขสัมประสิทธิ์อาศัย จำนวนอลั ลีลเด่น 6 5 4 3 2 1 0 สตู ร (a+b)2n เมื่อ n เท่ากบั 3 ดงั นั้นกระจายออกมาเป็น (a+b)6 ลองอาศยั สามเหลีย่ มปาสคาลดู เหน็ ว่า 4 ตำแหน่งมีสัมประสิทธิ์เป็น 15 ดงั นั้นคณู กบั จำนวน ท้ังหมดคือ 15!64 × 2100 = 492.18 ≈ 493 15

ยี นที = อยู่ บนโครโมโซมเดี ยวกั น พั นธุ ศาสตร์ ยีนทีอ่ ยู่บนโครโมโซมเดียวกนั เรียกว่า Linkage Gene ซึง่ อธิบายดังนี้: กำหนดให้ยีน A และยีน B อยู่บนโครโมโซมเดียวกนั 1. ในรุ่น P นำลกั ษณะเด่นแท้ผสมกบั ลกั ษณะด้อยแท้ (AABB x aabb) 2. ในรุ่น F1 ทุกตวั จะได้ลกั ษณะเด่นแบบ heterozygous (AaBb) จากน้ันนำรุ่น F1 ผสมตัวเอง กรณีที่ 1 ไม่เกิด crossing over เลย (กรอบสีฟ้า) 3. รุ่น F1 สร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 2 แบบคือ AB และ ab (น้ันเปน็ เพราะว่าอัลลีล A และ B “ติดกนั ” บนโครโมโซม เดียวกนั มาตั้งแต่รุ่น P แล้ว เช่นเดียวกบั อลั ลีล a และ b ) 4. เมือ่ ผสม F1 กนั เองจะได้รุ่น F2 แค่ 2 phenotype คือ a. เด่นเด่น (AABB หรือ AaBb) b. ด้อยด้อย (aabb) กรณีที่ 2 เกิด crossing over (กรอบสีส้ม) 3. รุ่น F1 มีการสลบั อลั ลีล B และ b ขณะ crossing over ระหว่าง non-sister chromatid (โดยการแลกอลั ลีล B (บนโครมาติด AB) ให้โครมาติด ab ทำให้ โครมาติด ab กลายเปน็ aB เชน่ เดียวกบั โครมาติด AB ทีร่ ับอลั ลีล b (บนโครมาติด ab เดิม) กลายเปน็ โครมาติด Ab) 4. ต่อมาโครมาติดเหล่านี้แยกกันในระยะ anaphase II ทำให้สามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้อีก 2 แบบคือ aB และ Ab รวมกับ AB และ ab เปน็ 4 cell เมือ่ ผสม F1 กันเองจะได้รุ่น F2 4 phenotype คือ a. เด่นเด่น (AABB หรือ AaBb), ด้อยด้อย (aabb) 2 ลกั ษณะนี้เรียกว่า parental เพราะมีลักษณะคล้ายรุ่น P และเกิดจากเซลล์สืบพนั ธุ์ที่ไม่ได้มาจากการ crossing over (ก็คือส่งตรงผ่านรุ่น P สู่รุ่น F1) b. เด่นด้อย (Aabb หรือ AAbb), ด้อยเด่น (aaBB หรือ aaBb) 2 ลกั ษณะนี้เรียกว่า recombinant เพราะมีลกั ษณะต่าง จากรุ่น P และเกิดจากเซลล์สืบพันธ์ุมาจากการ crossing over (ในตัวอย่างนี้คือ Ab และ aB) โดยจะได้อัตราส่วนฟีโนไทป์ที่ parental มากกว่า recombinant มาก ๆ และไม่มีตัวเลขอัตราส่วนแน่นอน เพราะอะไร? • แม้จะเกิด crossing over กย็ งั มีเซลล์สืบพนั ธุ์ที่เป็น parental อยู่ ฉะน้ันจำนวน recombinant จะไม่สามารถมีมากกว่าจำนวน parental ได้ และไม่ใชว่ ่าทกุ ๆ เซลล์จะ crossing over กันท้ังหมด ดังน้ันจำนวน parental จะมากกวา่ recombinant มาก ๆ • recombinant จะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กบั ระหว่างห่างของยีนบนโครโมโซม o ถ้ายีนชิดกนั มาก ๆ โอกาสทีย่ ีนสองยีนจะติดกนั ไปบนโครมาติดใหม่ก็มีมาก ดังน้ัน crossing over กไ็ ร้ความหมาย เพราะ crossing over ไปยีนยังติดกันอยู่ (ภาพ a หน้าถดั ไป) o ถา้ ยีนหา่ งกันมาก ๆ โอกาสที่ crossing over จะหน่ั แยกยีนสองยีนออกจากโครโมโซมเดียวกนั ยิง่ มาก ก็จะเกิด จำนวน recombinant มากตามระยะห่างของยีนบนโครโมโซม (ภาพ b หน้าถัดไป) 16

โดยสรปุ : ลกั ษณะเด่นของ Gene-Linkage เมือ่ นำรุ่น F1 มาผสมตัวเอง • ลูก F2ที่ลักษณะเหมือนรุ่นพ่อแม่ จะมีอัตราส่วนมาก เรียกรุ่นลกู F2 ทีม่ ี ลักษณะเหมือนพ่อแม่รุ่น P ว่า Parental offspring • ลูก F2 ที่ลักษณะไม่เหมือนพ่อแม่ จะมีอตั ราส่วนนอ้ ยกวา่ ลกู เหล่านี้ เรียกว่า Recombinant offspring เพราะเกิดจากการ Crossing Over จำนวน recombinant ยิ่งมากขึ้นกับโอกาสการเกิด crossing over ทีม่ ากด้วย • ยีนยิง่ อยู่ชิดกนั โอกาส Crossing Over ยิง่ นอ้ ย ในกรณีทีไ่ ม่เกิด Crossing Over เลยเท่ากบั ว่าไม่มี Recombinant (เพราะ ลักษณะ ของ recombinant เกิดจาก crossing over เท่านั้น) ลองคิดตาม ถ้าผสมรุ่น P ที่มี genotype เป็น AAbb และ aaBB ซึง่ จะได้ AaBb 100% ในรุ่น F1 จากน้ันนำรุ่น F1 ผสมตัวเอง ได้รุ่น F2 หากไม่มีการ crossing over จะไม่เกิด genotype ลกั ษณะใดขึ้น? แน่นอนว่าไม่มี crossing over = ไม่มี recombinant และลักษณะ recombinant คือลกั ษณะทีม่ ีอตั ราส่วนน้อย ๆ และเป็น ลักษณะทีไ่ มต่ รงกบั รุ่นพ่อและแม่ ในเมื่อพ่อและแม่เป็นเด่นด้อย (AAbb) และ ด้อยเด่น (aaBB) ดังน้ันลกั ษณะทีจ่ ะไม่ เกิดขึ้นหากไม่มี crossing over คือ genotype เด่นเด่น (AABB, AaBB, AABb, AaBb) และด้อยด้อย (aabb) ต่อมามีการทำการทดลองในแมลงหวี่ (กำหนดให้ b+ คือ ตัวสีเทา b คือตัวสีดำ, vg+ คือปีกปกติ vg คือปีกกุด) แต่ จากเดิมทีเ่ อา F1 (b+bvg+vg) ไปผสมตัวเอง แต่กลับเอา F1 ไป Testcross (ผสมกบั Homozygous Recessive; bbvgvg) ได้ผลดงั นี้ • เดิมตามเมนเดล เมื่อทำการ Testcross กับ Heterozygous จะได้อตั ราส่วนเด่นเดน่ : เดน่ ดอ้ ย: ด้อยเด่น : ดอ้ ยดอ้ ย = 1:1:1:1 • ลกั ษณะเด่นของ Gene-Linkage คือจะเป็น ทำนองคล้ายๆกันกับของผสมตวั เองคือ o ลักษณะที่เหมือนพอ่ แม่ (ในทีน่ ี้คือเด่น เด่น ด้อยด้อย) จะมี อัตราส่วนจะมาก o ลกั ษณะทีไ่ มเ่ หมือนพอ่ แม่ (ในที่นี้คือเด่น ด้อย ด้อยเด่น) จะมีจำนวนนอ้ ยและ ใกลเ้ คียงกนั ซึ่งเกิดจากการ Crossing Over ของเซลล์สืบพันธุ์จากตวั รุ่น F1 • หากไม่เกิด Crossing Over = ไม่มี Recombinant เกิดขึ้นเลย ดงั น้ัน Testcross จะได้เป็น อัตราส่วน Phenotype รนุ่ พ่อ P : Phenotype รนุ่ แม่ P = 1:1 • ยิ่งยีนอยู่ห่างโอกาส Crossing Over ยิง่ มาก ยีน ยิ่งอย่ชู ิดกันโอกาส Crossing Over ยิง่ น้อย 17

สรุปอีกคร้ัง Testcross ผสมตวั เอง ลกั ษณะทีเ่ หมือนพ่อแม่ (parental) จะมีจำนวนมาก ลักษณะที่ไม่เหมือนพ่อแม่ (recombinant) จะมีจำนวนน้อย เกิดจากการ Crossing Over ของเซลล์สืบพนั ธ์ุจากตวั รุ่น F1 อัตราส่วนของ parental จะมากกว่าอัตราส่วนของ recombinant ยิง่ ยีนอยู่ห่างโอกาส Crossing Over ยิ่งมาก ไม่เกิด Crossing Over เลย = ไม่มี Recombinant ไม่เกิด Crossing Over เลย = ไม่มี Recombinant อตั ราส่วน 1:1 อัตราส่วน 3:1 ตัวอย่างที่ 11 วิเคราะห์ Gene-Linkage ประชากรสิง่ มีชีวิตหนึ่ง (Punica granatum) มี Genotype รุ่น F1 เป็น AaBb ท้ังหมด สุ่มตัวในประชากรมา Testcross ได้ผลเปน็ F2 ดงั นี้ Testcross ชุดที่ 1 1. สรุปได้หรือไม่ว่ายีน A และ B เป็นอิสระต่อกนั ต่อกัน เนื่องจากผลจากการ Testcross ไม่เปน็ 1:1:1:1 ตามลักษณะ Dihybrid ของเมนเดล ดังน้ันจึงไม่ Genotype จำนวน อิสระต่อกัน AaBb 10 2. เพราะเหตุใดการทำ Testcross 2 ครั้งจึงได้ผลไม่เหมือนกนั Aabb 90 เนือ่ งจากในคร้ังแรก Genotype พ่อแม่คือ AAbb x aaBB สังเกตจากผล Testcross ทีเ่ ป็นเด่น ด้อยและด้อยเด่นจำนวนมาก แปลว่าเป็นพวก Parental Offspring ในคร้ังที่สอง Genotype พ่อ aaBb 85 แม่คือ AABB x aabb สังเกตจากผล Testcross ทีเ่ ป็นเด่นเด่นและด้อยด้อยจำนวนมาก (หลาย คนอาจงงทำไมไม่เปน็ AaBb x aabb เพราะลกู ที่ได้ใน F1 เป็น AaBb ท้ังหมด ซึง่ เกิดจาก AABB aabb 15 x aabb หรือ AAbb x aaBB เท่าน้ัน) Testcross ชดุ ที่ 2 Genotype จำนวน AaBb 90 3. จงหา Genotype ทีเ่ ป็น Recombinant ในการ Testcross ชุดที่ 2 Aabb 10 Genotype เป็น Recombinant Offspring คือ Aabb และ aaBb เพราะมีจำนวนน้อยและใกล้เคียง aaBb 15 4. ถ้านำจีโนไทป์ aabb จาก F2 มาผสมกบั Aabb จะได้จีโนไทป์และอตั ราส่วนลกู อย่างไร aabb 85 ข้อนี้จะทำได้ต้องวาดโครโมโซมละเขียนแผนภาพ ให้ถกู กอ่ น (อย่าเอา Aa ไปไว้บนโครโมโซม เดียวกันนะ) จากน้ันกโ็ ยงเอา อย่าสร้างตาราง เพราะมนั จะผิด เสร็จปุ๊บกด็ ู Genoype เอา ดังน้ัน ตอบ Aabb : AaBb = 1:1 18