Stammbaumanalyse

Grundidee und Vorgehen

Die Stammbaumanalyse untersucht, wie genetische Merkmale innerhalb einer Familie über Generationen weitergegeben werden. Sie gehört neben Zwillingsforschung und populationsstatistischen Analysen zu den ältesten Methoden der Erbforschung beim Menschen. Voraussetzung sind Kenntnisse der Mendelschen Regeln. Die Methode wurde besonders an sichtbaren Erbkrankheiten entwickelt, gilt aber für alle über Chromosomen vererbten Erbeigenschaften.

Bei Merkmalen, die auf der DNA in den Zellkernen codiert sind, wird geprüft: Ist das Merkmal dominant oder rezessiv? Wird es autosomal, also über ein Nichtgeschlechtschromosom, oder gonosomal, also über ein Geschlechtschromosom, vererbt? Anschließend werden für alle Personen sichere und mögliche Genotypen angegeben und begründet, etwa mit Kreuzungsschemata. Ebenso wichtig ist es, zu erklären, warum andere Erbgänge ausgeschlossen werden.

Autosomal-dominante Vererbung

Bei einem autosomal-dominanten Erbgang ist bereits ein heterozygotes Individuum am Phänotyp, also am sichtbaren Merkmal, erkennbar. Ein heterozygoter Merkmalsträger und ein sicher homozygot gesunder Partner haben durchschnittlich zu 50 % betroffene Kinder. Diese Kinder sind dann heterozygot und zeigen das Merkmal ebenfalls.

Es kann trotz dieser Erwartung vorkommen, dass kein Kind betroffen ist, weil die Allele bei Oogenese und Spermatogenese mehr oder weniger zufällig in die Gameten gelangen. Dann erscheint das Merkmal bei gesunden Partnern auch in den folgenden Generationen nicht wieder, weil nur das gesunde rezessive Allel weitergegeben wurde. Der Anteil betroffener Kinder kann auch über 50 % liegen, abhängig von der Verteilung der Allele bei der Gametenbildung. Personen, die ein dominantes Merkmal nicht zeigen, sind homozygot gesund und vererben es nicht.

Haben zwei heterozygote Merkmalsträger Kinder, sind durchschnittlich 75 % Merkmalsträger. Von diesen sind ein Drittel homozygot und zwei Drittel heterozygot; beide Gruppen sind am Phänotyp nicht zu unterscheiden. Die übrigen durchschnittlich 25 % sind homozygot rezessiv und zeigen das Merkmal nicht. Bei autosomalen Erbgängen sind beide Geschlechter bei ausreichend vielen Personen im Stammbaum ungefähr gleich häufig betroffen. Als Beispiel wird die erbliche Hypercholesterinämie genannt.

Autosomal-rezessive Vererbung

Ein autosomal-rezessiver Erbgang liegt nahe, wenn zwei phänotypisch gesunde Eltern ein betroffenes Kind haben. Beide Eltern sind dann heterozygote Konduktoren: Sie tragen die Erbanlage, sind aber selbst nicht erkrankt. Nur Kinder, die von beiden Eltern das rezessive Allel erhalten und damit homozygot sind, erkranken.

Kinder mit einem gesunden und einem rezessiven Allel sind selbst gesund, aber Konduktoren und können die Anlage weitervererben. Kinder mit zwei gesunden Allelen sind reinerbig gesund und können die Krankheit nicht vererben. Die Vererbung folgt der Mendelschen Spaltungsregel.

Kennzeichnend sind ungefähr gleich viele betroffene Mädchen und Jungen sowie das Überspringen einer oder mehrerer Generationen in einzelnen Abstammungslinien. Sind später nur noch homozygot gesunde Partner beteiligt, können auch keine Erkrankten mehr auftreten. Aus der Abfolge der Phänotypen lassen sich Genotypen ableiten, jedoch nicht immer eindeutig. Als Beispiel wird erbliche Phenylketonurie genannt.

Gonosomale Erbgänge

Bei gonosomalen Erbgängen liegt das betreffende Allel meist auf dem X-Chromosom. Y-chromosomale Erbgänge sind selten, weil das Y-Chromosom zu großen Teilen genleer und daher für die Vererbung von Merkmalen wenig bedeutsam ist. Beispiele für X-chromosomale Merkmale sind Bluterkrankheit und Rot-Grün-Sehschwäche. Frauen mit einem betroffenen Allel auf einem ihrer beiden X-Chromosomen sind dabei Konduktorinnen und zeigen das Merkmal nicht im Phänotyp.

Bei einem X-chromosomal-rezessiven Erbgang sind deutlich mehr Männer betroffen. Sie besitzen nur ein X-Chromosom; ein krankheitsauslösendes Allel darauf wirkt sich daher bereits im Phänotyp aus. Bei Mädchen müssten beide X-Chromosomen das rezessive Allel tragen. Zeugt ein betroffener Mann mit einer Konduktorin eine Tochter, ist diese mit 50 % Wahrscheinlichkeit betroffen. Seltene autosomale Gendefekte können ebenfalls Hämophilie verursachen; dann sind beide Geschlechter gleich häufig betroffen.

Bei einem X-chromosomal-dominanten Erbgang gibt ein betroffener Vater sein betroffenes X-Chromosom an alle Töchter weiter. Er kann das Merkmal nicht an Söhne vererben, weil diese vom Vater das Y-Chromosom erhalten. Ist dennoch ein Sohn betroffen, muss das krankheitsauslösende Allel auf dem von der Mutter stammenden X-Chromosom liegen.

Maternale Vererbung und Aussagekraft

Merkmale, die durch mitochondriale DNA (mtDNA) vererbt werden, folgen in der Regel einem maternalen Erbgang. Die Zygote enthält nur die Mitochondrien der Eizelle; das Mitochondrium des Spermiums gelangt meist nicht in die Zygote. Von mtDNA-Mutationen betroffene Frauen vererben das Merkmal an Kinder beiderlei Geschlechts. Betroffene Männer vererben es an keines ihrer Kinder.

Stammbäume von Menschen und Ahnentafeln von Zuchttieren können relativ genau ausgewertet werden, wenn sie mehrere Generationen umfassen sowie korrekt und vollständig sind. Das Auftreten eines Merkmals ermöglicht Rückschlüsse auf Genotypen und kann Hinweise geben, welche Genloci anschließend untersucht werden sollten. Die Methode eignet sich jedoch nur für monogen bedingte Merkmale. Bei seltenen Erbanlagen können Konduktoren unentdeckt bleiben, solange sie nicht zufällig mit anderen Konduktoren gemeinsame Nachkommen haben. Moderne Molekulargenetik und Humangenetik verfügen über effizientere Methoden, setzen Stammbaumanalysen aber weiterhin als vorbereitende Untersuchung ein.