New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Genetics Exam 5, Final

by: Toni Franken

Genetics Exam 5, Final 85033 - GEN 3000 - 002

Toni Franken
GPA 3.97

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

This study guide is a comprehensive study guide covering material for chapters 17 - 19, 21, and 22 of Fundamental Genetics at Clemson University with Dr. Tsai. This study guide is formatted accordi...
Fundamental Genetics
Kate Leanne Willingha Tsai
Study Guide
Genetics, evolution, Clemson University, Kate Tsai, Biotechnology
50 ?




Popular in Fundamental Genetics

Popular in Biomedical Sciences

This 28 page Study Guide was uploaded by Toni Franken on Monday April 25, 2016. The Study Guide belongs to 85033 - GEN 3000 - 002 at Clemson University taught by Kate Leanne Willingha Tsai in Summer 2015. Since its upload, it has received 168 views. For similar materials see Fundamental Genetics in Biomedical Sciences at Clemson University.


Reviews for Genetics Exam 5, Final


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 04/25/16
GEN 3000 – Final Exam ­ Exam 5 2016 Study Guide Dr. Tsai, Clemson University Exam 5: Chapters 17 – 19, 21, and 22 Modeled around Dr. Tsai’s recommended subjects to study – color coded/organized by chapter. Chapter 17: Recombinant Technology  General Chapter 17 information: o Some examples of results of Recombinant Technology:   Jellyfish fluoresce naturally under UV light. Genes from them have been  used to create other fluorescent animals.  A green monkey was created for Huntington’s disease studies.  A pig with green in hooves and nose was made to study stem cells  A cloned cat with the addition of red fluorescent protein.  Ruppy ­ cloned puppy with red florescent protein  Brainbow – three different colors added to neural tissue – neurons turns  out a different combination of colors.  o Transgenic Animals: Culmination of recombination technology approaches.  o Recombinant DNA Technology: Without it, we wouldn’t have the work we did  in crime scene forensics, transgenic plants/animals, pharmaceuticals, whole­ genome sequencing. All of this also falls under the umbrella term called  Biotechnology.  o Biotechnology: “Any technological application that uses biological systems,  living organisms, or derivatives thereof to make or modify products or processes  for specific use.” First really identified in 1971 with the identification of  restriction enzymes.  Restriction Enzymes: Also called Restriction Endonuclease (RE)  o They recognize a specific nucleotide sequence called a restriction site, where they make a double­strand cut. We can isolate these enzymes and use them to cut  whatever DNA we want to cut. There are different types, but we focus on type  II that cuts within the recognition site ­ it recognizes specific bases.   These restriction enzyme sites are small, about 4 – 8 base pairs long.  They’re usually palindromic (In the English language, the same order of  letters forward or backward). In DNA, we’re looking at double stranded  DNA. Read 5’ to 3’ on each strand – the strands are palindromic to  each other. HAVE TO READ THE COMPLEMENTARY STRAND.   Example: (3’)GGATCC(5’)     (5’)CCTAGG(3’) o When the enzymes cut, they have a defined spot where they cut – varies  according to the enzyme.   Some enzymes cut early or late in the sequence. In the above example, an  enzyme might cut between the G and the A on the 3’ end of each strand.  This leaves overhanging pieces of the strands, creating “cohesive” or  “sticky” ends. This leaves bases that are able to form hydrogen bonds  with another strand.   Other enzymes cut straight across the middle of the restriction site, which  gives you a “blunt” end. (Such as AluI).  o Restriction enzymes do not care whether they are cutting bacterial DNA,  eukaryotic, mouse, human, etc. If they see their recognition site, they can bind  and cut. This means we can cut DNA from 2 different sources (for instance, a  mouse and a human) with the same restriction enzyme, and we’ll get  complementary enzymes. This allows us to combine DNA from more than one  source.   Vector properties: Gene Cloning – We can take pieces of DNA, and amplify them. We  often use bacterial DNA to make a lot of copies of the genes in question in a very short  period of time.  o We have to have a way for this “foreign DNA” to get into the bacterial cell,  and be stable in the cell (not destroyed by the cell). So, we use cloning vectors.  If the DNA can’t replicate within the cell, we have a problem. o We often use plasmids as vectors. They replicate independently of the bacterial  chromosome, and we can construct them to have all the traits that we need.   Plasmids have an origin of replication. The plasmids chosen to use as  vectors often have certain characteristics.  Ampicillin resistance (or other antibiotic resistance): This  allows us to determine if the bacteria actually underwent  transformation successfully. Resistance markers.   Multiple Cloning Sites: We don’t want a certain enzyme to cut  everywhere else in the DNA also. Our fragment of interest may  have a different cloning site (restriction enzyme site) than another  piece. A plasmid with multiple recognition sites gives us  options. Allows us to pick and choose based on fragment of  interest we want to incorporate into the plasmid.  o How can we use plasmids in gene cloning: We take our DNA of interest, cut  both the DNA fragment and the plasmid using the restriction enzyme to get the  plasmid to open up, and then bring in the fragment of interest. Hopefully the  fragment of interest is stably incorporated into the “sticky” open ends of the  plasmid. If this fragment was placed into the plasmid, ligase will come in and seal it into the plasmid. If the fragment doesn’t get incorporated, the plasmid may re­ seal upon itself. This is why the resistance marker, and other markers, are  important.   Blunt ends don’t do this as well. The nice thing about blunt ends, however, is that you don’t need the same enzyme to cut and paste. Efficiency drops,  but you have a wider variety of possibilities. We like sticky ends better –  more efficient.  o We now need to know if the plasmid actually took up the fragment of interest – Blue/white screening is a common screening for this. Often use the lacZ gene –  if it is present, it will cause a blue pigment to be made, which indicates that the  additional DNA was not added, and the vector closed back on itself. If the new  DNA is present, then it interrupts the lacZ gene, and blue pigment is not  made.  o There are lots of different vectors you can use. Will not be asked specific  questions about the different vectors. The goal as they created more vectors was  to increase the size of the insert. 15000 base pairs wasn’t big enough. Need a  vector that will hold more, and more, etc. BAC (Bacterial Artificial  Chromosomes) will be studied further later.  o The eukaryotic system is more complex. We can amplify a piece of DNA, but you can also put in a gene that is intact so that it will both make lots of copies of the  DNA, but so that it will also express that DNA.  o Expression vector – allows protein production – has additional sequences  that allow transcription and translation to occur – prokaryotic and eukaryotic  host cells. Have to consider that if you need it to express a eukaryotic gene, you  need it to get spliced to get introns out and leave the exons. Need to know  regulatory things – promoters, etc. A lot more things to think about if you want the gene to be expressed.  o Ti plasmid (tumor inducing) – allows you to get genes into plants. Ti plasmid  will actually let you get foreign DNA INTO THE GENOME OF THE  PLANT. Unlike a bacterial plasmid, which stays separate from the chromosome.  NOT GOING THROUGH HOW THIS WORKS.  DNA Libraries: Collection of clones containing all the DNA fragments from one  source, which may be a tissue type, cell type, or an individual.  o Types:   Genomic Library: Collect DNA, collect a blood sample for instance, and  you cut the entire genome into tiny fragments, and try to get all of these  fragments cloned into host cells so they are available to you to go back  and query. Lots and lots of clones. This should include everything from  telomeric sequences, centromeric sequences, genes, exons, introns,  regulatory genetic sequences, etc. Theoretically, regardless which of the  tissues from a person you use, the genomic library should all be the  same from a single individual. THEORETICALLY. May be mutational  differences. Should only have to make one – one library should be able to  tell you everything you should be able to know.  cDNA library: very different – some people call it copy, or  complimentary. Start with RNA as our starting material, which is not as  stable, so we reverse transcribe it to get the DNA. With cDNA, since we started with RNA, we only have what is being transcribed at that point in   time.  Snapshot of what is happening in that cell at a particular time.  All different tissues will give a different cDNA library. Different genes get expressed in different tissue types at different times.   The goals of both libraries are that we don’t just have one strand of DNA.  The hope is that the many fragments are all represented multiple  times within this library. How do we use this? o How to make – basic:  See above for specifics:  Genomic: Take DNA, split into fragments, clone into host cells  where they can be replicated. Contains clones of every piece of  DNA.   cDNA: Take RNA present at some point in time in an individual,  reverse transcribe it to DNA.  o Use: In order to use a DNA library, the library must be screened.   How do we figure out where our sequence of interests are within an entire  library? We can take a little piece of a gene of interest, and see if it exists  in the library.   Need a probe: This probe must be complementary to our gene of interest,  and must be marked so we can find it. Can be DNA or RNA – the probe  is complementary to what we’re looking for (hybridization – will stick  together).   How do we use this probe? Have library where we have thousands  and thousands of bacterial cells that have a fragment of that DNA  in it. We can take many plates of cells growing (on giant square  plates, not what we use in lab), and we want to use a similar  process to replica plating. Have a membrane transfer (usually  nylon), which we want cells and DNA to stick to. The cells are  then lysed, and the DNA is denatured. We then add in the probe,  and see where it hybridizes. The probe has to be labeled so we  can detect it – fluorescent, x­rays, etc. This colony on the  ORIGINAL plate has live cells that contain a DNA fragment that  holds onto our probe – holding a fragment of our DNA of interest.  PCR: Polymerase Chain Reaction: Process discovered by Kary Mullis (probably under  the influence of LSD, but it still won him a Nobel Prize) that takes everything a cell does  for replication to amplify and clone genes we want to use. This is done without bacteria,  which speeds up the process. This is a very powerful process, but is limited to what you  know about the DNA you want amplified, and must be careful to avoid contamination,  because PCR cannot distinguish between the desired gene and a contaminated one. In  addition, PCR may be more error­prone because polymerase is outside of the cells. PCR  can also only really accurately replicate short strands of DNA, though this is improving  with time.  o What is needed:  Gloves: To avoid contamination of the DNA.   Single Stranded DNA (ssDNA) – The DNA that you want replicated has  to undergo heating to dissociate it into single strands. This acts as the  template to the gene we want to amplify.  Primers: Required to allow for identification of the target gene to be  amplified, and provides a 3’ OH end to replicate off of. These are typically human designed to direct polymerase where to go.   Nucleotides: The required building blocks of any DNA strand.  Polymerse: Required enzyme to synthesize DNA. Typically use a  polymerase from bacteria that can live in high temperatures. Before they  used the thermotolerant polymerase, more enzyme would have to be added to every single round of PCR due to the denaturing step breaking it down.  The thermotolerant polymerase was discovered by Tom Brak. o Steps: The three steps of PCR are performed repeatedly to achieve rapid  accumulation of the desired DNA strand. Every time a round is completed, there  should be a doubled amount from the round before it.   Denaturation: Double Stranded DNA template must be separated through heating so that it can be used for replication/amplification. This usually  occurs at the highest temperature of the process.   Annealing: The primer must be bound to the now­single­stranded DNA.  Occurs at the lowest temperature in the process. The low temperature is  required to allow hydrogen bonds to form between the primer and the  template strands.  Extension: Synthesis of new DNA strands through DNA polymerase.  Occurs at a medium temperature of the process.  o More information about PCR:   Reverse­transcription PCR: You begin with an RNA template. You start with a first step of reverse transcribing – going from RNA to DNA, then  you can use that to undergo the full process of PCR.   Real­time PCR: Measure gene expression levels. This lets you monitor  how quickly things are amplifying in the tube in real time. Goes through  the cycle, takes a picture, and tells you how much DNA is there. Monitors  amplification in each cycle.   Originally used to measure gene expression levels – if we want to  monitor how much a gene is being expressed, we can measure how much RNA of that genetic sequence is going to be present. There  should be lots of mRNA strands to act as a template. After 1 round  of amplification, every present strand can act as a template and  give us our product at the end of the cycle. We expect, if there is  more gene expression, the level of highest product production  will be reached more quickly. If there is a low level of  expression, then it takes longer for the max product to be produced – start with fewer transcripts.  o This is also being used for copy sequence – how much copy you have. Also use  for heterozygosity analysis. The more copies there are in the genome, it will  resemble high gene expression. Low number of copies will express like low gene  expression.  o These PCR methods have been incredibly useful in various scientific parameters.  Diagnostically, they are used for genetic testing, identification and forensics,  parentage testing. Did not go over tiny details of the picture – don’t worry about  for the exam.  Gel Electrophoresis: A laboratory method used to separate mixtures of DNA, RNA, or  proteins according to molecular size. In gel electrophoresis, the molecules to be separated are pushed by an electrical field through a gel that contains small pores. o Size: Larger fragments move slower, don’t get as far. Smaller pieces go further.  Use in conjunction with PCR. Small move faster to the bottom. Large fragments  stuck to the top, closer to the well.  Blots (Southern, etc.): A blot is essentially a modified form of Gel Electrophoresis. We  know the fragment of interest, and it may be found in several genetic libraries. We can  look at different organisms in the same species, and see if we have the same thing across  their genetics.  o What is the source:  Southern Blot: Created by Edwin Southern utilizes DNA. The DNA gets  cut up with restrictive enzymes, put into a gel, and separated by size. Each lane can have a different bunch of information. Can then take the DNA  from the gel, stick it to a membrane, and use a radioactive probe (DNA or  RNA) to add to the membrane to see where it sticks. We can use this to  compare what is different from one sample to the next.   Northern Blot: Same process as the Southern blot, but with RNA as your  source.   Western Blot: Similar process (not quite the same), but using protein  instead of genetic material.   In situ Hybridization (ISH): Have a probe that sticks to a specific spot on a specific  chromosome, which can be used to determine chromosomal location.  o If labelled with florescence, we have FISH (Fluorescence ISH). We can use it to  probe tissues for a particular mRNA, a particular chromosome, or RNA  expression. For instance, through the different developmental time points of an  organism’s life, we can monitor gene expression. One gene may be expressed  differently as an infant than as an older individual.  o Chromosome painting (spectral karyotyping). Can make multiple probes –  very useful in identifying translocations. Can also get a banding pattern to see the  different gene sequences. Big deal in cancer genetics, determination of  chromosomal counts in pregnant mothers. Can use chromosome paints, and apply  them across different species. Called ZOO FISH.  Sanger Sequencing: Uses dideoxyribonucleoside to enable us to determine the actual  sequence of nucleotides. We want to be able to go in and say, at this point we have an A,  then a T, then another T, then a C, then a G, etc. Want to be able to know the genetic  sequence and identify the bases. There were two main methods used. Sanger Sequencing  became the biggest.  o Have a regular Deoxyribonucleoside – has a 3’ OH to bring in the new  base/primer. A Dideoxyribonucleoside lacks the 3’ OH group. This removal of  the oxygen will prevent elongation from continuing after it. For instance, if there  was a normal sequence of CCATG, and at the A, a T dideoxyribonucleoside was  added, that is where elongation would stop. KNOW HOW TO READ A  SANGER SEQUENCE GEL!!!!!!!!! o Reading a Sanger Sequence: In this process, we have a normal template, normal primer, normal DNA polymerase, all in one tube. We take that tube, and split it  into four different tubes. In each one, we add Dideoxy versions of A, C, G, and T. We allow for Anealing and extension to occur. Because we’ve added in the  dideoxy versions, the polymerase may add in either the deoxy or the dideoxy  version of a base. If it adds in the dideoxy, elongation will stop due to lack of OH group. We are able to use each individual tube, and the varying lengths of the  DNA that stop elongation due to the dideoxy bases, and see where each piece  falls. We know that each segment ends with whatever the dideoxy base we added  in was. DNA has to be made in the 5’ to 3’ direction. The very first base that the  polymerase puts in is on the 5’ end of the fragment it is making.   Dr. Tsai could ask what a sequence was based on a Sanger Gel. Or, she  could ask what is the sequence of the TEMPLATE. Have to make it  antiparallel and complementary to the strand it made. (The 5’ end is on  the bottom of a gel if you’re reading the sequence of the created  strand).  o We can use fluorescence in addition to the use of dideoxy bases, separate by size,  and see what happens.  o Next­generation Sequencing: Beginning to develop newer and newer chemistries  to expedite genome sequencing. Not going into the details of this. We have  recently started with third generation sequencing, but is not as readily used at this  point in time.  Chapter 18: Genomics  –omics definitions: There are a wide array of –omic fields created regularly, but the  following definitions are those most pertinent to our studies.  o Genomics: The field of genetics that attempts to understand the content,  organization, function, and evolution of genetic information contained in whole  genomes.  o Structural Genomics: Studies the organization and sequence of genetic  information contained within a genome o Bioinformatics: Emerging field consisting of molecular biology and computer  science that centers on developing databases, computer­search algorithms, gene­ prediction software, and other analytical tools. We often rely on bioinformatics to  compare results and evaluate findings.   Genetic Maps vs Physical Maps: o Genetic maps: Based on recombination frequencies. More of an estimate.  o Physical Maps: Based on the direct DNA sequence – the exact location of the  bases within a genome. This is not an approximation. However, Sanger  sequencing is pretty limiting – typically can only do about 500 bases at a time.  Would take a great deal of time and work to evaluate a whole genome.   Map­based sequencing: Useful for repetitive genetic sequences. Shotgun  approach was much faster, but had gaps in repetitive sequences.  Whole­genome shotgun sequencing  Whole Genome Sequencing: o Human genome research project: International project to unlock the entire  human genome. Decided to use a map­based approach. They decided not to go in  randomly and sequence only 500 bases at a time using Sanger Sequencing due to  the time commitment that would require.  o Map­based vs Shotgun:  Map­based: They made a map of the genome using molecular markers,  using genetic maps with genes in order, and began attaching them to the  physical location of genes along the chromosome. This was very time and  labor intensive. Many beginning years were spent making maps.   Molecular markers acted as road signs that told them what part  of the chromosome they were looking at in any given point in time.  They separated chromosomes to just look at one at a time.  They would take a single chromosome and cut it up with restricted  enzymes to get fragments. They lined this up according to maps.  Started out with larger sequences, and they’d get really big  pieces of DNA, and made a library specific to the chromosome. Then they took the processes of screening, and used those road  signs to see what clones had the sequence they were looking  for. Able to go through and put clones in order along the  chromosome. The benefit of this approach is that you  automatically could order clones along the chromosome. Were  able to anchor the map information – anchored each clone – useful with repetitive sequences.  Shotgun approach: Doesn’t use maps – An original researcher on the  genome project didn’t want to use maps, so he developed his own method. It became a race to see who would finish first. The shotgun approach was  developed where you separate the chromosome out and sequence it. Went  straight to cutting up the fragments, and put them back together. Did  it first with a virus that showed it worked. It turned out that he needed  bioinformatics. Relied heavily on a computer. Contigs are overlapping  fragments – look and see where one 5’ to 3’ fragment lines up with a  3’ to 5’ piece. Relied heavily on computer programs that could go through and find the overhangs and make sure they matched up correctly.  Both approaches were relatively successful. By the end of the game, both  groups of people were using information from each other. The genome  research project switched and began using more shotgun approach. Where  it is repetitive, the map­based approach is much stronger. This was a huge  undertaking. Had rooms full of sequencing machines. Probably had 384  different sequencing reactions in each plate. The human genome  research project pushed bioinformatics, improvement of machines,  etc.  Genome Comparisons: Compares similarities and differences in gene content, function,  and organization among genomes of different organisms. o Prokaryotes – the amount of DNA ranges from 490 kb to 9105 kb. There is  about 1 gene per 1000 base pairs in prokaryotic organisms. If there are about 4000 bases, there are probably about 4 genes. The bigger the genome, the more genes prokaryotes typically have.  o Eukaryotes tend to have larger genomes than prokaryotes, but there is no  relation between genome size and complexity. You CANNOT make any  assumptions based on genome size. Eukaryotic genetics tend to keep genes that maybe aren’t necessary. Eukaryotes are more ok with polyploidy – many copies  of genomes. As people began looking across eukaryotic genomes, you can’t really assign numbers of genes to numbers of base pairs. This is because there are  gene deserts – areas of the genome that have no known genes. There are some  gene rich areas of the chromosome, but some areas that have no known genes.  The point of these have been hypothesized in multiple ways: may be remnant of  chromosomal rearrangements in the past, might just not be able to be  scientifically understood.  Transposable elements: We have approximately 20,000 genes in the  human genome, but it was estimated that we had close to 100,000 because  of how many proteins we make. Alternative splicing, alternative cleavage  sites, and protein modifications after translation are all used to have only  20,000 genes, but make over 100,000 distinct proteins. o There are often groups of genes that we don’t necessarily know what they’re  doing, but we know they’re involved in particular processes.  o Can also use comparative genomics to look at all different animals compared  to the human genome and see sequence similarity. There are a lot of forms of  conservation of protein coding genes. Start looking at how genes are expressed.  Depends on what’s between the genes, how expression occurs.  o Most mammals seem to have around that 20,000 gene mark.  o There aren’t as many differences between very different creatures as you might  expect.   Intron length seems to be correlated to complexity. Humans seem to  have more introns that are much longer (in base pairs) than worms, flies,  etc. This might be due to enhancers, silencers, and other genes used for  regulation purposes. It might be that intron length could increase  alternative splicing. The purpose is unknown at this point.  o Human genome: don’t have to memorize the table. With 20,000 protein coding  genes, we use about 2% of our genome to make proteins. We have so many  regulatory elements that are essential to our genome, even though they don’t  directly make proteins. When the human genome was sequenced, they also  created a reference genome. A reference genome is a compilation of genome  from multiple animals of a certain species. We can now use the reference genome  to tell us about every single human’s genome. If you compare between  individuals, the genome is 99.9% the same, regardless of characteristics. Most of those differences, that .1%, comes from molecular markers, such as a single base change.   Microsatellite – different lengths of repeats. Those differences aren’t  even in the protein coding genes.  o Functional Genomics: Looking at what genes actually do. o Trancriptome: All the RNA molecules transcribed from a genome. o Proteome: All the proteins encoded by the genome.  o While we know a good portion about genes, the largest part of the genetic  sequence is unknown.   Expression arrays – goal:  o Microarrays – Monitor gene expression in different tissues or under different conditions – is a gene expressed in a certain tissue at a certain time, to a certain  level. This procedure is very much like the northern assay, but on steroids.  Have a glass slide – instead of asking about a single probe at a time, put probes in  specific locations for thousands of different genes. You’ll still use nucleic acid  hybridization – the complementary strands of DNA and RNA want to stick  together. If there is a black dot on the slide, no probe showed up in that spot.  Higher glowing = higher expression of RNA – more of the probe stuck.   You’re still asking what is being expressed, but you’re asking it about  thousands of genes at one time.   This can let us look at gene expression related to diseases. Competitive  ones can be used for cancer analysis. There are lots of questions you can  ask with different types of experiments. The basis, though, is if the gene is being expressed and at what level?  o Proteomics: Study of the proteome (complete set of proteins found in a given  cell. For proteomics, there are many different ways you can do this. Mass  spectrometry helps you identify what proteins are present in a cell or tissue type.  Can use a two­dimensional gel electrophoresis – separates proteins based on  their charge (isoelectric point) and then size. Mass spectrometry might be  weaker due to the modification of proteins. Can use both methods to compare  between tissues, find what’s the same and what’s different, and identifying what  is there at all.   There are Protein microarrays: Can be used to analyze protein­ protein interactions. You can put antibodies on the slide and analyze  many proteins at a time.  o So, how does this all work together? Take a systems biology approach –  make bigger connections – can miss some relationships if you focus in on the  details so closely.   Bioinformatics is really useful here. It takes tons and tons of data. How  good can you make your program? Can it make connections based on  what you’re telling it? Chapter 19: Biotechnology  Genetic Engineering: Altering an organism’s genome – makes the creature a  Genetically Modified Organism.  Biopharmaceuticals: When talking about biotechnology, pharmaceuticals have  benefited strongly from this. Insulin was first human gene product manufactured by  recombinant DNA technology. Before this was developed, pig insulin was often what  was used, and many people developed a reaction to it. So, researchers set out to modify  bacteria to create human insulin to reduce this issue.  o Humulin – approved by FDA In 1982. Originally, insulin required two strains  of E. coli to produce the human insulin, and put those two products together to  form the marketable insulin product. This isn’t the same process done today. o Biopharming is the production of therapeutic proteins in GMOs (involves  animals and plants). There can be limitations to protein production in  prokaryotes. Using transgenic animals is usually done to produce the human  version of a product. One of the things they’re trying to do for a lot of protein  product, they try to get the protein to be expressed in a specific way. Such as  having protein expressed in the milk of a cow so that you can simply milk the animal, and get the product non­invasively. o Many vaccines are considered a part of biopharmaceuticals  (attenuated/weakened or killed) – exposure so that your body can recognize and amount a more potent immune response. People suggested only taking one or a  few proteins of the pathogenic organism, and inject them into people to  eliminate all the extra stuff you’d be exposed to if injected with the whole  organism.   This is called a subunit vaccine: HPV vaccine is an example. There are  still often issues of getting the vaccine to certain places, and we can have  trouble keeping it stable. So, people are now working on an edible  vaccine. Trying to get into food source, the production of the single or  few proteins. For instance, get proteins expressed in a banana, so when  someone eats the banana, they become vaccinated/immunized against the  pathogen. This enables easier transportation, and bigger stability. You  have to start thinking about things like dosage. Will amounts be variable  across fruit pieces, how many bananas would someone need to eat, would  it be different between children and adults.  o There are genetically engineered biopharmaceutical products available to the market, or are under development and getting close to that point.  Agricultural biotech: With genetic engineering, it is important to realize that we were  doing genetic engineering before recombinant genetics existed. We’ve been  selectively breeding plants and animals for years. The very first time we interfered,  we started modifying the genomes. It just took much longer than recombinant genetics.  Designed crosses produced corn. It is important to know that these selective breeding  practices have been very beneficial to humans. Can get more efficient food, produces  more, takes less time. Selective breeding is efficient, but it takes more time.  Recombinant technology is the idea of skipping the years in between. o We can improve growth characteristics and yield, and increase nutritional value of produce. Golden rice is a good example. Areas that have a heavy reliance on rice in the diet often have Vitamin A deficiencies, especially in children. It can lead to  blindness. Therefore, golden rice was developed – has higher levels of beta  keratin, which is the precursor to vitamin A.  Transgenic animals: Most transgenic animals have been made to study a gene to figure  out how changes to the gene will impact the phenotype in the animal. It is less of creation for agricultural benefit like there is in plants. We would like for the permanent change to  the DNA to be in the germ line. Originally, transgenic animals were attempted to be  created through microinjection. However, this was a very difficult process. Only about 10 – 30% of the eggs survived the injection of the copies of a transgene into its pronucleus.  It is very labor intensive, and takes a lot of time. This was used to prove that the SRY  gene is a male­determining factor in mammals through using mice.  o Definitions:  Transgenic: the genome has been permanently changed by the addition of DNA. We have added in something that wasn’t in the genome before. You can also take genes out, but it is more commonly an addition. It MUST be  a permanent change.   Transgene: Itself, the foreign DNA that gets stably incorporated into the  genome. The foreign DNA in a transgenic organism. We have made crops  that are resistant to environmental changes, herbicides, resistance to  insects. o Knock­out vs –in: As this process has gotten better and more refined, we went  from hoping that the transgene would get passed to every cell in the germ line, to  being more specific.   Knock­in: This is another specific method – want to get a specific  sequence in place. Want to exchange the transgene for the gene that is in  the genome. This is often looking at a specific allele. Example is replacing a mouse allele with a human allele. Goal is to see how a human gene  would respond to a testing method.  Knock­outs: Targeting a specific gene in place. Want homologous  translocation to take place. The point is to remove the gene, disabling it.  What is that gene supposed to be doing that it can no longer do that  activity.  o Examples:  Use of Ti plasmid: It stably incorporates into the genome. This means  that whatever is put into the genome is the transgene, and the organism it  is in is a transgenic organism.   Roundup: Have plants that are resistant to roundup so you can treat your  plants with roundup so weeds will die, and the plants you want to survive  will do so.   Golden rice: Made to improve nutritional value.  Transgenic Atlantic salmon: Overexpress a growth hormone gene –  weigh an average of 10 times more than non­transgenic strains. Usually  this process isn’t very successful, but it was in Salmon. Grow much faster  and larger.   There have been transgenic cows (not in main stream food production):  Mastitis is a big issue in the dairy industry. Mastitis causes about 2 billion  in losses to the dairy industry per year. The major cause of mastitis is  Staph aureus, and it causes a lot of inflammation and tissue damage. So,  there is a protein called lysostaphin that kills staph aureus. Transgenic  cow mammary gland expresses this protein, which kills the S. aureus.  Built­in antibiotic.   Also have daisy: transgenic cow that produces hypo­allergenic milk.   Also have “can we make this milk more nutritious?”   Talk about making a cow without the prion gene – cannot develop  mad cow disease if they aren’t making that protein.  If we can make cows resistant to other pathogens – removing  possibilities of bioterrorism.   Transgenic Pig: EnviroPig – can break down dietary phosphorous, cuts  down on smell, and better on the environment.   GloFish: First transgenic pet approved by the US. They are little fish that  glow. These started out for a different reason. The goal was to use them  for a bioassay – hook the color up (red fluorescent protein for instance) to  a promoter that responds to a heavy metal. So, if there was concern that  water had been contaminated with heavy metals, the fish would have  their color gene activated, and the fish would glow if contamination  was there.   Molecular Markers: o Uses: Biotechnology has led to the development of many different tests, and is  used to carry out a lot of different genetic tests. This often involves genetic  markers such as RFLP, VNTR, and SNP. These are spread throughout the  genome, and can act as little road signs. o Types:  RFLP: Restriction fragment length polymorphism. These are changes that happen in the DNA sequence that modify restriction enzyme recognition  sites. There are two recognition sites from the enzyme. In a person, if there is a genetic mutation, one site is no longer recognizable, so the enzyme  will not cut that segment.   If we have identified the base change (for instance, a base change  that causes a muscular disease), can set up PCR that amplifies only that region. If it cuts twice, then we get 3 fragments. Just once, get  a big and small fragment, we know that person has that base  change. This lets us know that the mutation has occurred without  using sanger sequencing.   VNTR: Variable number of tandem repeats – differences in copy number.  SSLP, Minisatellites, and Microsatellites are all examples.   SNP: Single nucleotide Polymorphism – a single base change is made.   Modified gene expression microarrays – can do types of testing, where  we make it competitive. Have a normal cell, label RNA one color. Tumor  cell, label its RNA a different color. Put both on a slide together, and see  where color occurs. Only normal cell, only tumor cell, or if both express it equally.   Expression rates can also be used to take time points – say a mouse is  exposed to a pathogen. We get a signature of what genes are targeted, and  which genes get expressed. Trying to understand what is making someone  sick after exposure, it could be a long process. This could severely delay  treatment, or make treatment less specific. The use of this expression  assay can narrow down pathogen possibilities, and narrow treatment  options. Can also start saying, when we’re exposed to this, we need to get  these genes up and going. So, we need those gene products, so can we  give those products to use as treatment to jump start the process to get rid  of the illness?  GWAS: Genome wide association studies.  o On the news, you might hear of new regions of genomes associated with autism,  or Alzheimer’s. This means we are using molecular markers spread  throughout the genome (which we know the location of). Typically use SNPs,  but can also use microsatellites. This allows us to see, in this location, the  majority of people either have this base, or this one. We can go in and probe  those. Those probes are used to determine one allele from another. With the  genome­wide association study, the goal is to find a region of the genome that is  inherited in the same way as your genome in question. Do we see all of these gene expression in those affected, and do we not see them in all of the control group.  This Does NOT require the use of a genomic library of each individual. Can  use those assays.  o Can also look at Haplotypes: A group of alleles. SNP #1, SNP #2, and SNP #3  are most often inherited together. Allows us to say that we have these alleles on  each piece, and get inherited together from one parent or the other. This is  linkage.  o GWAS is a very powerful technique.   Pituitary Dwarfism in the German shepherd – able to find the causative  mutation using only 4 dwarf dogs and 39 control dogs. Able to see a peak  in the chromosomes. Looked at 68,426 SNPs. Each SNP represented by a  dot. How often do I see that my cases have this genotype, and all of my  controls have this genotype? This is telling where to look for a  mutation. It is not saying that this snip is the mutation causing it.  Through time, as the dogs have been bred, can see an allele marker  inherited at the same time as your mutation or your phenotype. Some of  these might start being lost due to crossing over.  o Manhattan plots – GWAS plots of SNPs look like little buildings – skyline of  a city appearance. Variation in humans might be due to the differences in people  demographics, and there may be different causes for disorders. o Goal: The point of the GWAS is to tell you WHERE to look. So after that, you have to go in and see where that SNP is located. Is there any mutation around it  that could be causing the phenotype?  Gene Therapy: o Biogenetics is often used in hopes of curing diseases, not just treating it,  through gene therapy. Therapeutic technique that aims to transfer normal genes  into a patient’s cells. The hope is that giving one treatment will keep them from  having to have routine treatments. With this, you’re not trying to make an entire  transgenic organism. Can I get some cells into this person that are making what  they’re missing?  o Somatic vs germ­line: Right now, gene therapy is limited to somatic gene  therapy, because it will only affect the person undergoing therapy. If it is put  into the germ line, it will affect the children. The idea of making this decision for  future generations is controversial.  In the UK, there is mitochondrial therapy undergoing. Injecting wild­ type mitochondria into an oocyte to limit mitochondrial diseases. This  mitochondrial change will be inherited by a female child.  o Also, gene editing technologies have been coming out lately. Scary and cool.  o For gene therapy, the first disease treated was SCID. Basically, they have no  immune system, they get a common cold, and it is lethal. This disease has been treated with gene therapy. Used a technique where they got some patient cells  expressing the missing gene to make the deficient protein, and inject them back  into the patient. About 20 children have undergone successful gene therapy  for SCID. But, the idea of gene therapy was put on hold for a while due to some  of the things that happened with some of the patients. A big part of gene therapy  involved viruses – modified those viruses to get material into the cell. There was a group of patients that had their initial disease cured, but they also later developed  leukemia due to the viral activation of a proto­oncogene. One person had a huge  immune response to the vector itself – lethal. So, gene therapy was stopped for a  while. There have been a few limited studies.   People have continued to improve vectors and delivery system. There are  over 1000 gene therapy trials that are at, or almost at, clinical trial stage.  o Gene silencing using RNA interference – allows the gene to be turned off  temporarily. People have started using this to treat macular degeneration – goal is  to get that gene to make the microRNA to trigger RNA interference. This is  turning off a gene that is being over expressed. Can essential knock­down the  overexpression of genes.  o There are lots of issues to consider. Much of that is going to fall onto the  shoulders of our generation. Crisper Cas – gene editing – new systems where  making these transgenic animals could take much shorter amounts of time  instead of years, getting it into place could take so much time. Policies will  have to be made. Scientific world in general is very good at self­regulating. But  that doesn’t mean there shouldn’t be anything in place to help guide. Many  politics are based on fear, and we are responsible for looking at what is happening and deciding what is fact, and what is fiction. What should we be making our  decision based on? Chapter 21: Quantitative Genetics  Quantitative vs. Qualitative: So far we’ve focused on qualitative characteristics –  height, color, etc. These are discontinuous characters. These are what Mendel studied.  o Quantitative characteristics: Become much more complex. These are called  multifactorial – they have many factors involved. Polygenic – result from the  action of many genes. We generally see continuous variation within a population.  Within a range, you can fall anywhere within it. Classifications: o Discontinuous Characters: Qualitative characteristics. Easy to determine with  crosses and calculations. o Quantitative (Polygenic) Characters: Much more complex. You can get the  same phenotype from multiple different factors. They can yield similar  phenotypes even if the genotypes are very different. This type of character can  vary continuously within a population.   Additive alleles: When you have an additive allele, you add something on. For instance,  adding on additional height, or another dose of pigment. For this, though, if you look at  the phenotypes, you might have a plant that is 12 cm tall, you have a whole group of  genotypes that could give you this height.  o + signs indicate an additive allele. – signs indicate a non­additive allele, which is not helping your phenotype. A zero may be used, or no superscript at all.  o With the environment, when you look at quantitative characteristics, the  environment has an effect no matter the genotype. So, if we just look at one  particular gene only, there is a range of phenotypes where you can land. The  environment will determine where within the range you fall. For example, a  plant’s height might change in the range according to if it gets fertilizer or not.  The phenotypic ranges of different genotypes can overlap – so how do we tell if  the difference in phenotype is due to genetic sequence, or due to environment? o Calculations to determine # of genes/phenotypes: Distributions:  o The number of different phenotypes are unlimited with a continuous  characteristic (at least between two extremes).   Meristic characters – they are quantitative because multiple genes are  involved, and there is interaction in the environment. For example, dog  litter size. Can’t have 4.5 puppies, you get whole numbers only.  o Also threshold characteristics – A disorder is often either present or absent, but  there is a threshold at which this happens. For many complex disorders, there is a  range in which people are gaining predisposing alleles, but you don’t necessarily  see the disease until you get all the way over a certain point. There is a threshold point where we can try to define how something is inherited and affected by  the environment.  o In the early 1900s, everyone was rediscovering Mendel’s work. When we start  looking at models with tons of different phenotypic variation, do Mendel’s  models no longer work? Does this apply to every gene in the genome.  o Nilsson­Ehle: Worked with wheat kernels that had different pigments. He got  very lucky – he was looking at a parental cross that was homozygous with no  pigment, and a homozygous that had a very dark purple color. He crossed them  together and got an intermediate phenotype. He then crossed those, but instead  of getting a defined set, he got a very large variation in pigmentation, ranging from white, to light red, to dark red, the intermediate red, to purple. So, we  have some continual variance. He got very lucky that it was only caused by two  genes, the effect was additive, the environment had no role, and the loci weren’t  linked.   Was this happening in the way Mendel described? Yes, because we were  still seeing that 1/16 of the resulting offspring were the homozygous  parents. Able to break down each color and their ratio to see allele  inheritance. The difference is that the genes are working together to give  the same phenotype. Each allele is contributing more to each phenotype. If you get two copies of the additive allele, you get two doses of the color. Four doses gave the purple. One dose gave the light red. No doses gave  the white. This led to the multiple­gene hypothesis.  The multiple gene hypothesis: The more genes involved in a phenotype,  the more phenotypic characteristics you will see.  o First equation: 1/(4 ) where n


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Amaris Trozzo George Washington University

"I made $350 in just two days after posting my first study guide."

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"

Parker Thompson 500 Startups

"It's a great way for students to improve their educational experience and it seemed like a product that everybody wants, so all the people participating are winning."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.