Генетично картографиране. Стратегия за генетично картографиране и нейната роля при идентифицирането на нови гени на наследствени заболявания Примери за генетично картографиране на гени на човешки заболявания
Алфред Стъртевант (сътрудник на Морган) предполага, че честотата на кръстосване между гени, разположени в една и съща хромозома, може да служи като мярка за разстоянието между гените. С други думи, честотата на кросоувър, изразена като съотношение на броя на кръстосаните индивиди към общия брой индивиди, е пряко пропорционална на разстоянието между гените. Тогава честотата на кросоувър може да се използва за определяне на относителното положение на гените и разстоянието между гените.
Генетичното картографиране е определянето на позицията на даден ген спрямо (поне) два други гена. Постоянството на процента на кръстосване между определени гени им позволява да бъдат локализирани. Единицата за разстояние между гените е 1% пресичане; в чест на Морган се нарича тази единица морганида (M) или сантиморган (CM).
На първия етап на картографиране е необходимо да се определи принадлежността на ген към свързваща група. Колкото повече гени са известни при даден вид, толкова по-точни са резултатите от картографирането. Всички гени са разделени на групи за свързване.
Броят на свързващите групи съответства на хаплоидния набор от хромозоми. Например в D. melanogaster 4 групи съединител, царевица 10, мишки 20, хора 23 групи съединител. Ако има полови хромозоми, те се посочват допълнително (например, човек има 23 групи за свързване плюс Y хромозома).
По правило броят на гените в свързващите групи зависи от линейните размери на съответните хромозоми. И така, една плодова муха има една (IV) точка (когато се анализира под светлинен микроскоп) хромозома. Съответно броят на гените в него е в пъти по-малък, отколкото в останалите, като значително го надвишава по дължина. Трябва също да се отбележи, че в хетерохроматичните области на хромозомите гените отсъстват или почти липсват; следователно разширените региони на конститутивния хетерохроматин могат до известна степен да променят пропорционалността на броя на гените и дължината на хромозомата.
Въз основа на генетично картографиране се изготвят генетични карти. На генетичните карти крайният ген (т.е. най-отдалеченият от центромерата) съответства на нулевата (начална) точка. Отдалечеността на ген от нулевата точка е показана при морганидите.
Ако хромозомите са достатъчно дълги, тогава отстраняването на гена от нулевата точка може да надвишава 50 М - тогава възниква противоречие между разстоянията, отбелязани на картата, надвишаващи 50%, и позицията, постулирана по-горе, според която 50% от получените в експеримента кросоувъри всъщност трябва да означават липса на връзка. т.е. д. локализация на гени в различни хромозоми. Това противоречие се обяснява с факта, че при съставянето на генетични карти се сумират разстоянията между двата най-близки гена, което надвишава експериментално наблюдавания процент на пресичане.
КАЗАХСКИ НАЦИОНАЛЕН УНИВЕРСИТЕТ НА ИМЕ СЛЕД АЛ-ФАРАБИ
Факултет: биология и биотехнологии
Отдел: биотехнология
"ЕСЕ"
По темата за: ГЕНЕТИЧНО СЪЕДИНЕНИЕ И КАРТИРАНЕ НА ЧОВЕШКИТЕ ГЕНИ.
Завършен : 3-годишни студенти (медицински bt.)
Нуралибеков С.Ш.
Давронова М.А.
Проверено : доцент доктор. , доцент на катедратамолекулярна
биология и генетика Омирбекова Н.Ж.
ALMATY 2018
Карти за генетична връзка ……………………………………………………… ..3
Съвременни методи за изграждане на карти на генетична връзка ...... .......... ...... ... ... .5
PCR при изследвания на човешкия геном ……………………………… .... …………. …… 8
Физически карти с ниска резолюция ………………………………………… ..….… .9
Физически карти с висока разделителна способност …………… .. ……………………… .. ……… 11
Списък на използваните източници ……………… ... …………… .. ………………… .13
Картографиране и определяне на първичната структура на човешкия геном
След кратко разглеждане на основните методи, най-често използвани в молекулярната генетика за изследване на структурата и механизмите на функциониране на гените, изглежда целесъобразно да се разгледа по-отблизо практическото приложение на тези методи и техните модификации за изследване на големи геноми, като се използва примерът на човешкия геном. С цел цялостно изучаване на човешкия геном, това колосално съхранение на неговата генетична информация, наскоро беше разработена и се прилага специална международна програма „Проект за човешки геном“. Основната задача на програмата е изграждането на изчерпателни генетични карти с висока разделителна способност за всяка от 24-те човешки хромозоми, които в крайна сметка трябва да завършат с определянето на пълната първична структура на ДНК на тези хромозоми. В момента работата по проекта е в разгара си. В случай на успешното му завършване (и това се планира да се случи през 2003 г.), човечеството ще има перспективи за задълбочено проучване на функционалното значение и механизмите на функциониране на всеки от неговите гени, както и на генетичните механизми, които управляват човешката биология, и установяване на причините за повечето от патологичните състояния на тялото му ...
Основни подходи за картографиране на човешкия геном
Решението на основната задача на програмата за човешкия геном включва три основни етапа. На първия етап е необходимо всяка отделна хромозома да бъде разделена по специфичен начин на по-малки части, което позволява по-нататъшния им анализ по известни методи. Вторият етап на изследване включва определяне на относителното положение на тези отделни ДНК фрагменти един спрямо друг и тяхната локализация в самите хромозоми. На последния етап е необходимо да се направи действителното определяне на първичната структура на ДНК за всеки от характеризираните хромозомни фрагменти и да се изготви пълна непрекъсната последователност на техните нуклеотиди. Решението на проблема няма да бъде пълно, ако в намерените нуклеотидни последователности не е възможно да се локализират всички гени на организма и да се определи тяхното функционално значение. Преминаването на горните три етапа се изисква не само за получаване на изчерпателни характеристики на човешкия геном, но и на всеки друг голям геном.
Карти за генетична връзка
Генетичните карти на връзката са едномерни модели на взаимното подреждане на генетични маркери върху отделни хромозоми. Под генетични маркери се разбират всички наследствени фенотипни признаци, които се различават при отделните индивиди. Фенотипните признаци, които отговарят на изискванията на генетичните маркери, са много разнообразни. Те включват както поведенчески характеристики или предразположение към определени заболявания, така и морфологични признаци на цели организми или техните макромолекули, които се различават по структура. С развитието на прости и ефективни методи за изследване на биологични макромолекули, такива признаци, известни като молекулярни маркери, са станали най-често използваните при изграждането на генетични карти на връзката. Преди да се пристъпи към разглеждането на методите за изграждане на такива карти и техните последици за изследването на генома, е необходимо да се припомни, че терминът "връзка" се използва в генетиката, за да обозначи вероятността от съвместно предаване на две черти от един родител на потомство.
По време на образуването на зародишни клетки (гамети) при животни и растения на етапа на мейоза, като правило се получава синапсис (конюгация) на хомоложни хромозоми. Сестринските хроматиди на хомоложни хромозоми са свързани по цялата си дължина помежду си и в резултат на кръстосване (генетична рекомбинация между хроматиди) техните части се обменят. Колкото по-нататък двата генетични маркера са разположени един от друг върху хроматидата, толкова по-вероятно е между тях да настъпи разкъсването на хроматидата, необходимо за преминаване, и двата маркера в новата хромозома, принадлежащи към новата гамета, ще бъдат отделени един от друг, т.е. тяхното сближаване ще бъде нарушено. Единицата за свързване на генетични маркери е morganida (Morgan unit, M), която съдържа 100 сантиметра (cM). 1 cM съответства на физическото разстояние на генетичната карта между два маркера, рекомбинацията между които се случва с честота 1%. Изразено в базови двойки, 1 cM съответства на 1 милион bp. (т.т.) ДНК.
Картите за генетична връзка правилно отразяват реда, в който генетичните маркери са разположени върху хромозомите; обаче получените стойности на разстоянията между тях не съответстват на реалните физически разстояния. Обикновено този факт се свързва с факта, че ефективността на рекомбинацията между хроматидите в отделните области на хромозомите може да варира значително. По-специално, той се потиска в хетерохроматичните области на хромозомите. От друга страна, рекомбинационните горещи точки са често срещани в хромозомите. Използването на рекомбинационни честоти за изграждане на физически генетични карти без отчитане на тези фактори ще доведе до изкривявания (съответно подценяване или надценяване) на реалните разстояния между генетичните маркери. По този начин генетичните карти на връзката са най-малко точни от всички налични видове генетични карти и могат да се разглеждат само като първо приближение към реалните физически карти. Независимо от това, на практика те и само те правят възможно локализирането на сложни генетични маркери (например, свързани със симптоми на заболяването) на първите етапи от изследването и правят възможно по-нататъшното им изследване. Трябва да се помни, че при липса на кръстосване всички гени на отделна хромозома ще бъдат предадени заедно от родителите на потомството, тъй като те са физически свързани помежду си. Следователно отделните хромозоми образуват групи за свързване на гени и една от първите задачи за изграждане на карти на генетична връзка е да се присвои изследваната генна или нуклеотидна последователност към определена свързваща група. В следващите. В таблицата са изброени съвременни методи, които според В.А. McCusick са били използвани най-често за изграждане на карти с генетична връзка до края на 1990 г.
Съвременни методи за изграждане на карти на генетична връзка
| Метод | Брой картографирани локуси |
| Хибридизация на соматични клетки | 1148 |
| In situ хибридизация | 687 |
| Семейство | 466 |
| Определяне на дозовия ефект | 159 |
| Картографиране на ограничения | 176 |
| Използване на хромозомни аберации | 123 |
| Използване на синтезия | 110 |
| Индуцирана от радиация генна сегрегация | 18 |
| Други методи | 143 |
| Обща сума | 3030 |
Хибридизация на соматични клетки. Един от най-популярните методи за присвояване на генетичен маркер (функционално активен ген) на определена свързваща група е хибридизацията (сливане помежду си) на соматични клетки от различни биологични видове организми, един от които е изследваният. При междувидови хибриди на соматични клетки в процес на култивиране настъпва загуба на хромозоми, главно на един от биологичните видове. Загубата на хромозоми по правило е случайна и получените клонове на клетки съдържат останалите хромозоми в различни комбинации. Анализът на клонинги, съдържащи различни набори хромозоми на изследвания вид, ни позволява да определим с коя от тези останали хромозоми е свързана експресията на изследвания маркер и следователно да локализираме гена върху специфична хромозома.
In situ хибридизация. Техниката на хибридизация in situ също се използва широко за картографиране на нуклеотидни последователности на хромозомите. За тази цел препаратите от фиксирани хромозоми се хибридизират (инкубират при повишена температура с последващо охлаждане) с изследваните нуклеотидни последователности, маркирани с радиоактивен, флуоресцентен или друг етикет. След измиване на несвързания етикет, останалите белязани молекули на нуклеинова киселина са свързани с хромозомни области, съдържащи последователности, комплементарни на изследваните маркирани нуклеотидни последователности. Получените хибриди се анализират с микроскоп или директно, или след авторадиография. Тази група методи се характеризира с по-висока разделителна способност от хибридизацията на соматични клетки, тъй като те позволяват да се локализират изследваните нуклеотидни последователности върху хромозомите. С напредването на Програмата за човешкия геном изследователите разполагат с все повече изолирани нуклеотидни последователности, които могат да се използват като сонди за in situ хибридизация. В тази връзка тези методи по отношение на честотата на употреба напоследък са твърдо на върха. Най-популярна е група методи, наречена флуоресценция in situ хибридизация (FISH), която използва полинуклеотидни сонди, съдържащи флуоресцентен етикет. По-специално, през 1996 г. бяха публикувани над 600 статии, описващи използването на този метод.
Анализ на семейната генетична връзка. Тази група методи често се използва в медицинската генетика за идентифициране на връзката (връзката) между симптомите на заболяване, причинено от мутация в неизвестен ген и други генетични маркери. В този случай самите симптоми на заболяването действат като един от генетичните маркери. В човешкия геном са открити голям брой полиморфизми, включително RFLP. RFLP се разпределят повече или по-равномерно в човешкия геном на разстояние 5–10 cm един от друг. Колкото по-близо са разположени отделните полиморфни локуси до гена, отговорен за заболяването, толкова по-малко вероятно е те да бъдат разделени по време на рекомбинация при мейоза и толкова по-често те ще се появят заедно при болен индивид и заедно се предават от родители на потомство. След клонирането на разширен регион на генома, включително съответния полиморфен маркер (неговият избор от библиотеката на геномни ДНК клонове се извършва с помощта на сонда), е възможно едновременно да се изолира ген, който причинява наследствено заболяване с него. По-специално такива подходи са успешно приложени за провеждане на анализ на семейството и изолиране на съответните гени при мускулна дистрофия на Дюшен, муковисцидоза на бъбреците (муковисцидоза) и миотонична дистрофия. Информационното съдържание на отделни RFLP на човешкия геном зависи от нивото на тяхната хетерозиготност в изследваната популация. Мярката за информативност на RFLP като генетичен маркер, както се предлага от D. Botstein et al. (1980), се счита за стойността на информационното съдържание на полиморфизма (PIC), което е съотношението на броя кръстоски, при които поне един от родителите има изследвания полиморфен маркер в хетерозиготно състояние, до всички кръстове.
Определяне на ефекта на генната доза и използване на хромозомни аберации ... Тези методи разкриват корелация между нивото на експресия на изследвания ген и броя на специфичните хромозоми в анеуплоидни клетъчни линии или структурни пренареждания на хромозомите (хромозомни мутации - аберации). Анеуплоидията е наличието на определен брой хромозоми в клетка, тъкан или цял организъм, което не е равно на типичното за даден биологичен вид. Хромозомните аберации под формата на транслокации на участъци от хромозоми в хетерохроматични области на една и съща или различни хромозоми често са придружени от потискане на транскрипцията на гени, разположени в транслоцирани региони или в акцепторната хромозома (мозаечен ефект на позицията).
Използване на синтезия. Синтенията е структурно сходство на групите за свързване на гени в организми от различни биологични видове. По-специално, няколко десетки синтетични групи гени са известни в човешкия и миши геном. Наличието на явлението синтезия дава възможност за стесняване на търсенето на мястото на локализация на изследвания ген върху хромозомите, ограничавайки го до областта на известните гени, принадлежащи към определена синтетична група.
Генна сегрегация, индуцирана от йонизиращо лъчение. Използвайки този метод, разстоянието между изследваните гени се определя чрез оценка на вероятността за тяхното разделяне (сегрегация) след облъчване на клетките с определена стандартна доза йонизиращо лъчение. Облъчените клетки се спасяват от смърт чрез хибридизация със соматични клетки на гризачи, а присъствието на изследваните маркери на облъчени клетки се определя при соматични хибриди в културата. В резултат на това е възможно да се направи заключение за наличието или липсата на връзка (физическо разстояние) между тези гени.
Между други методи Трябва да се споменат методи, базирани на използването на големи ДНК фрагменти, генерирани от големи ензими за ограничаване на разцепването за картографиране на гени. След разцепване на геномна ДНК, получените фрагменти се разделят чрез електрофореза в импулсно електрическо поле и след това те се хибридизират съгласно Southern с сонди, съответстващи на картографираните гени. Ако след хибридизация сигналите на двете сонди са локализирани на един и същ голям фрагмент от ДНК, това показва тясна връзка на такива гени.
PCR в изследвания на човешкия геном
Полимеразната верижна реакция е от основно значение за разработването на подходи за практическото изпълнение на Програмата за човешкия геном. Както беше обсъдено по-горе, с помощта на PCR е възможно бързо и ефективно амплифициране на почти всяка къса област на човешкия геном и получените PCR продукти след това могат да бъдат използвани като сонди за картографиране на съответните области на хромозомите чрез хибридизация на Саутър или in situ.
STS концепция. Една от ключовите концепции, залегнали в основата на картографирането на човешките гени в рамките на обсъжданата програма, е концепцията за сайтове с маркирани последователности (STS). В съответствие с тази концепция, всички фрагменти на ДНК, използвани за изграждане на генетични или физически карти, могат да бъдат уникално идентифицирани с помощта на нуклеотидна последователност от 200-500 bp, която ще бъде уникална за даден фрагмент. Всеки от тези сайтове трябва да бъде секвениран, което ще направи възможно допълнителното им усилване с помощта на PCR и използване като сонди. Използването на STS би направило възможно използването на техните последователности под формата на PCR продукти като сонди за целенасочено изолиране на който и да е ДНК фрагмент от определен геномен регион от колекция от геномни последователности. В резултат на това могат да се създадат бази данни, които включват локализацията и структурата на всички STS, както и праймерите, необходими за тяхното усилване. Това би премахнало необходимостта лабораториите да съхраняват множество клонинги и да ги изпращат в други лаборатории за изследване. В допълнение, STS осигуряват основата за разработването на един език, на който различни лаборатории могат да описват своите клонинги. По този начин крайният резултат от развитието на концепцията за STS ще бъде изчерпателна карта на STS на човешкия геном. Теоретично, за да се изгради генетична карта с размер 1 см, са необходими 3000 напълно информативни, полиморфни ДНК маркера. Тъй като обаче полиморфните маркери са неравномерно разпределени в генома и само няколко от тях са напълно информативни, действителният брой маркери, необходими за изграждане на карта с такъв размер, се оценява на 30-50 хиляди. За да се получат маркери, съответстващи на изследваните области на хромозомите, често се използват праймери, съответстващи на дисперсни повтарящи се последователности, сред които Alu последователностите са били използвани първи.
Alu-PCR.Разпръснатите повтарящи се Alu последователности са характерни за човешкия геном. Праймери, специфични за Alu последователностите, се използват за усилване на ДНК области на човешкия геном, затворени между Alu повторения, които са разположени средно на разстояние 4–10 kbp. на части. Друга възможност за Alu-PCR е насочен синтез на ДНК сонди с негова помощ към области на хромозоми, получени след лазерна фрагментация, отделни хромозоми, изолирани с помощта на поточна цитометрия, или ДНК на хибридни клетки, съдържащи определена част от човешкия геном. В допълнение, Alu-PCR се използва за получаване на уникални пръстови отпечатъци, характеризиращи клетъчни хибриди по отношение на тяхната геномна стабилност, както и за характеризиране на човешки ДНК фрагменти, клонирани в YAC вектори, космиди или вектори на базата на ДНК на бактериофаги. Уникалността на Alu последователностите за човешкия геном прави възможно използването им за "разходка по хромозоми", както и за разширяване на съществуващите контиги. Тъй като\u003e 90% от умерено повтарящите се последователности в човешкия геном са представени от семействата Alu и KpnI, не е изненадващо, че последните също се използват в PCR за същите цели като Alu. Тук обаче профилите на PCR продуктите са по-малко сложни, тъй като KpnI последователностите се повтарят по-рядко в генома и имат характерна хромозомна локализация.
PCR се използва активно за идентифициране на полиморфни молекулярни маркери при изграждане на генетични карти на свързване, основните принципи на които бяха обсъдени по-горе. Този метод е полезен и при секвенирането на ДНК, както и при изграждането на физически карти с висока резолюция за човешкия геном. Последните две области на приложение на PCR ще бъдат разгледани по-подробно по-долу.
Физически карти с ниска разделителна способност
За разлика от обсъдените по-горе карти на генетичната връзка, физическите карти на генома отразяват реалното разстояние между маркерите, изразено в базови двойки. Физическите карти се различават по степента си на разделителна способност, т.е. върху подробностите за структурата на генома, които са представени върху тях. Изчерпателна физическа карта на човешкия геном с максимална разделителна способност ще съдържа пълната нуклеотидна последователност на всички негови хромозоми. В другата крайност на физическите карти с минимална разделителна способност са хромозомните (цитогенетични) карти на генома.
Четири типа генетични карти на геномната ДНК и тяхната връзка
1 - карта на генетичната връзка, 2 - карта на физическото ограничение, пропуските показват местата на разцепване на ДНК чрез рестрикционни ензими, 3 - физическа карта на контигите, показващи припокриващи се ДНК клонинги, получени с помощта на YAC вектори, 4 - изчерпателна физическа карта под формата на ДНК нуклеотидна последователност. Всички карти показват една и съща хромозомна област
Хромозомни карти. Хромозомните карти на човешкия геном се получават чрез локализиране на генетични маркери върху отделни хромозоми с помощта на цитогенетични методи, включително авторадиография и FISH. В последните два случая радиоактивни или флуоресцентни етикети, свързани с изследваните генетични локуси на непокътнати хромозоми, се откриват с помощта на светлинна микроскопия. Съвсем наскоро хромозомните карти направиха възможно локализирането на изследвания фрагмент на ДНК върху хромозома с 10 тр. Съвременните методи за in situ хибридизация, използващи метафазни хромозоми, главно методът FISH, локализират полинуклеотидни маркери в рамките на 2–5 bp. Освен това, по време на хибридизацията in situ с интерфазни хромозоми, при която генетичният материал е в по-малко компактна форма, разделителната способност на хромозомните карти се доближава до 100 kbp.
Точността на хромозомните карти също се подобрява с използването на съвременни генетични методи. Например, способността на PCR да амплифицира ДНК сегменти на единична сперматозоидна клетка дава възможност да се изследва голям брой мейоза, запазена в отделни сперматозоиди. В резултат на това става възможно да се провери относителното положение на генетични маркери, локализирани на хромозомни карти, като се използват по-груби методи.
CDNA карти... CDNA картите отразяват позицията на експресираните ДНК области (екзони) спрямо известните цитогенетични маркери (ленти) върху метафазните хромозоми. Тъй като такива карти дават представа за локализацията на транскрибираните региони на генома, включително гени с неизвестни функции, те могат да се използват за търсене на нови гени. Този подход е особено полезен при търсене на гени, чието увреждане причинява човешки заболявания, ако приблизителната локализация на такива хромозомни области вече е била извършена по-рано на генетичните карти на връзката в резултат на семейния генетичен анализ.
Физически карти с висока разделителна способност
Две стратегии за изграждане на физически ДНК карти
а - стратегия „отгоре надолу“: ДНК на цялата хромозома се разцепва от рестрикционни ензими с голямо разцепване, изгражда се рестрикционна карта за всеки от отделните фрагменти на ДНК; b - стратегия "отдолу нагоре", отделни YAC клонинги се комбинират в contigs след идентификация
В опитите за изграждане на карти на човешкия геном с висока разделителна способност са експериментално приложени два алтернативни подхода, наречени картографиране отгоре надолу и картографиране отдолу нагоре. При картографиране отгоре надолу първоначалният анализ е ДНК препарат на отделна човешка хромозома. ДНК се разрязва с рестрикционни ензими с голямо разцепване (например NotI) на дълги фрагменти, които след разделяне чрез електрофореза в импулсно електрическо поле се подлагат на допълнителен рестрикционен анализ с други рестрикционни ензими. В резултат се получава карта на макрорестрикция, на която всички последователности на изследваната хромозома или нейната част са представени достатъчно пълно, но нейната разделителна способност е ниска. Много е трудно да се локализират отделни гени на такава карта. В допълнение, всяка отделна карта рядко обхваща разширени ДНК сегменти (като правило, не повече от 1–10 mp).
При картографиране на човешкия геном отдолу нагоре, въз основа на подготовката на общата ДНК на генома или отделната хромозома, се получават поредица от произволни клонинги от разширени ДНК последователности (10–1000 kbp), някои от които се припокриват помежду си. В този случай изкуствените мини-хромозоми на бактерии (BAC) или дрожди (YAC) често се използват като вектор за клониране, описан подробно в раздел 7.2.4. Поредица от частично припокриващи се и комплементарни клонове образуват съседна ДНК нуклеотидна последователност, наречена contig. Коректността на получените контиги се потвърждава чрез in situ хибридизация (FISH) с едновременното им свързване с определени области на изследваните хромозоми. Картите, базирани на Contig, предоставят пълна информация за структурата на отделните хромозомни сегменти и ви позволяват да локализирате отделни гени. Такива карти обаче са трудни за използване за възстановяване на цели хромозоми или техните разширени секции поради липсата на съответните клонинги в съществуващите клонови библиотеки на гени.
Основният проблем, който трябва да бъде решен, когато се използват и двата подхода за изграждането на физически карти с висока разделителна способност, е обединяването на разпръснати ДНК фрагменти в съседни нуклеотидни последователности. Най-често за това се използват специални клонирани ДНК фрагменти, наречени свързващи клонове. ДНК фрагментите от свързващи клонове съдържат нуклеотидни последователности на ендонуклеази за рестрикция с голямо разцепване във вътрешните си части и следователно представляват връзките на ДНК фрагменти, използвани в първите етапи на физическото картографиране. Чрез южна хибридизация, по време на която ДНК фрагменти от свързващи клонове се използват като сонди, се определят ДНК фрагменти от физически карти, съдържащи нуклеотидни последователности в близост до рестрикционни места на рестрикционни ендонуклеази с голямо разцепване. Ако бъдат открити два такива фрагмента, съответният свързващ клон припокрива и двата тези фрагмента и е част от тях. Свързващите клонове от своя страна се избират от генни банки с помощта на сонди, които са нуклеотидни последователности на рестрикционни сайтове за ограничаване на ензима с голямо разцепване.
СПИСЪК ИЗПОЛЗВАНИ ИЗТОЧНИЦИ
1) Кларк М.С. Сравнителна геномика: Ключът към разбирането на проекта за човешкия геном // BioEssays. 1999. Том. 21. С. 21-30.
2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. Нови техники за физическо картографиране на човешкия геном // FASEB J. 1991. Vol. 5. С. 28–34.
3) Георгиев Г.П. Гени на висшите организми и тяхната експресия. Москва: Наука, 1989.254 с.
4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html
Малко след преоткриването на законите на Мендел, немският цитолог Теодор Бовери (1902) представя доказателства за участието на хромозоми в процесите на наследствено предаване, показвайки, че нормалното развитие на морския таралеж е възможно само ако са налице всички хромозоми. По същото време (1903 г.) американският цитолог Уилям Сетън насочва вниманието към паралелизма в поведението на хромозомите при мейоза и хипотетичните фактори на наследствеността, чието съществуване вече е било предсказано от самия Мендел.
Уилям Сетън предполага, че в една хромозома могат да бъдат намерени няколко гена. В този случай трябва да се наблюдава свързано наследяване на черти, т.е. няколко различни признака могат да бъдат наследени, сякаш са контролирани от един ген. През 1906 г. W. Batson и R. Pennett откриват свързано наследство в сладкия грах. Те изучават съвместното наследяване: цветни цветове (лилаво или червено) и форми на поленови зърна (удължени или кръгли). При кръстосване на дихетерозиготи в потомството им се наблюдава разделяне от 11,1: 0,9: 0,9: 3,1 вместо очакваните 9: 3: 3: 1. Изглежда, че цветните и формовите фактори на полените са склонни да останат заедно по време на рекомбинацията на наклонностите. Авторите наричат \u200b\u200bтова явление „взаимно привличане на фактори“, но не успяват да разберат неговата същност.
По-нататъшно изследване на хромозомите като носители на информация се извършва през първите десетилетия на ХХ век в лабораторията на Томас Хънт Морган (САЩ) и неговите сътрудници (А. Стъртевант, К. Бриджис, Г. Мьолер). Морган използва плодовата муха Drosophila melanogaster като свой основен обект на изследване, който се оказа много удобен моделен обект:
- Първо, тази муха лесно се култивира в лабораторни условия.
- На второ място, тя се характеризира с малък брой хромозоми (2 n \u003d 8).
- Трето, в слюнчените жлези на ларвите на дрозофила има гигантски (политенови) хромозоми, които са удобни за директно наблюдение.
- И накрая, дрозофилата се отличава с висока изменчивост на морфологичните признаци.
Въз основа на експерименти с плодовата муха Drosophila Morgan и неговите ученици е разработена хромозомната теория за наследствеността.
Основните разпоредби на хромозомната теория за наследствеността:
1. Ген Е елементарен наследствен фактор (терминът "елементарен" означава "неделим без загуба на качество"). Генът е участък от хромозома, който е отговорен за развитието на специфична черта. С други думи, гените са разположени върху хромозомите.
2. Една хромозома може да съдържа хиляди гени, подредени по линеен начин (като мъниста на низ). Тези гени образуват групи за свързване. Броят на свързващите групи е равен на броя на хромозомите в хаплоидния набор. Колекция алели на една хромозома се нарича хаплотип. Примери за хаплотипове: ABCD (само доминиращи алели), abcd (само рецесивни алели), AbCd (различни комбинации от доминантни и рецесивни алели).
3. Ако гените са свързани помежду си, тогава има ефект на свързано наследяване на признаци, т.е. няколко признака се наследяват, сякаш са контролирани от един ген. При свързаното наследство оригиналните комбинации от черти се запазват последователно от поколения.
4. Връзката на гените не е абсолютна: в повечето случаи хомоложните хромозоми обменят алели в резултат на кръстосване (кръстосване) в профазата на първото мейотично деление. В резултат на кръстосването се образуват кръстосани хромозоми (появяват се нови хаплотипове, т.е. нови комбинации от алели.). С участието на кръстосани хромозоми в следващите поколения, трябва да се появят нови комбинации от признаци при кръстосани индивиди.
5. Вероятността от нови комбинации от признаци поради пресичане е пряко пропорционална на физическото разстояние между гените. Това ви позволява да определите относителното разстояние между гените и да изградите генетични (кросоувър) карти на различни видове организми.
КРОССИНГОВЕР
Кросоувър (от английски cross-over - кросинг) е процес на обмен на хомоложни области на хомоложни хромозоми (хроматиди).
Преминаването обикновено се случва при мейоза I.
При кръстосване има обмен на генетичен материал (алели) между хромозомите и след това настъпва рекомбинация - появата на нови комбинации от алели, например AB + ab → Ab + aB.
Механизъм за пресичане на повторно събиране
Според теорията на Янсенс - Дарлингтън, пресичането се случва в профазата на мейозата. Хомоложните хромозоми с AB и ab хроматиди образуват биваленти. В една от хроматидите в първата хромозома се получава разкъсване в A - B областта, след това в съседната хроматида на втората хромозома се получава разкъсване в a - b областта. Клетката се стреми да възстанови повредата с помощта на възстановително-рекомбинационни ензими и да прикрепи фрагменти от хроматиди. В този случай обаче е възможно да се присъединят напречно (пресичане) и се образуват рекомбинантни хроматиди Ab и aB. В анафазата на първото разделение на мейозата се получава разминаване на двухроматидните хромозоми, а при второто разделение на разминаването на хроматидите (еднохроматидни хромозоми). Хроматидите, които не са участвали в пресичането, запазват оригиналните комбинации от алели. Такива хроматиди (еднохроматидни хромозоми) се наричат \u200b\u200bне-кръстосани; с тяхно участие ще се развият некръстосани гамети, зиготи и индивиди. Рекомбинантните хроматиди, които се образуват при пресичане, носят нови комбинации от алели. Такива хроматиди (еднохроматидни хромозоми) се наричат \u200b\u200bкръстосване; с тяхно участие ще се развият кръстосани гамети, зиготи и индивиди. По този начин, в резултат на кръстосване, настъпва рекомбинация - появата на нови комбинации от наследствени наклонности в хромозомите.
Според други теории кръстосването е свързано с репликация на ДНК: или в пахитена на мейозата, или в интерфаза. По-специално е възможно да се промени матрицата във вилицата за репликация.
Генетични (кросоувър) карти
Алфред Стъртевант (сътрудник на Морган) предполага, че честотата на кръстосване между гени, разположени в една и съща хромозома, може да служи като мярка за разстоянието между гените. С други думи, честотата на кросоувър, изразена като отношение на броя на кръстосаните индивиди към общия брой индивиди, е пряко пропорционална на разстоянието между гените. Тогава честотата на кросоувър може да се използва за определяне на относителното положение на гените и разстоянието между гените. Единицата за разстояние между гените е 1% пресичане; в чест на Морган тази единица се нарича морганида (М).
Въз основа на генетично картографиране, генетични карти - диаграми, отразяващи позицията на гените в хромозомите спрямо други гени. На генетичните карти крайният ген (т.е. този, който е най-отдалечен от центромерата) съответства на нулевата (начална) точка. Отдалечеността на ген от нулевата точка е показана при морганидите.
Изграждането на генетични карти на различни организми е от голямо значение в здравеопазването, развъждането и екологията. Когато изучавате човешките черти (и по-специално генетичните заболявания), е важно да знаете кой ген определя въпросната черта. Тези знания позволяват да се правят прогнози в медицинското и генетично консултиране, в разработването на методи за лечение на генетични заболявания, вкл. и за корекция на генома. Познаването на генетичните карти на култивираните растения и домашните животни позволява да се планира развъдният процес, което допринася за получаване на надеждни резултати за кратко време. Изграждането на генетични карти на диви растения и диви животни също е важно от гледна точка на екологията. По-специално, изследователят получава възможност да изучава не само фенотипни признаци на организмите, но специфични, генетично обусловени черти.
Двойно и многократно преминаване
Морган предполага, че кръстосването между два гена може да се случи не само в една, но и в две или дори повече точки. Четният брой кръстосвания между два гена в крайна сметка не води до тяхното прехвърляне от една хомоложна хромозома в друга; следователно броят на кросоувърите и следователно разстоянието между тези гени, определено в експеримента, намалява. Това обикновено се отнася до гени, разположени достатъчно далеч един от друг. Естествено, вероятността за двоен кръст винаги е по-малка от вероятността за единичен кръст. По принцип това ще бъде равно на произведението на вероятността за два единични акта на рекомбинация. Например, ако единичен кръст ще се случи с честота 0,2, тогава двоен кръст - с честота 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. По-късно, заедно с двойното пресичане, беше открит и феноменът на многократно пресичане: хомоложните хроматиди могат да обменят региони в три, четири или повече точки.
Намеса - Това е потискане на пресичането в зоните, непосредствено съседни на точката на размяната, която се е състояла.
Помислете за примера, описан в една от ранните творби на Морган. Той изследва честотата на кръстосване между гени w (бяло - бели очи), y (жълто - жълто тяло) и m (миниатюрни - малки крила), локализирани в X хромозомата на D. melanogaster. Разстоянието между гените w и y в процент на пресичане е 1,3, а между гените y и m - 32,6. Ако случайно се наблюдават две събития на кръстосване, тогава очакваната двойна честота на кръстосване трябва да бъде равна на произведението на честотите на кръстосване между гените y и w и гените w и m. С други думи, коефициентът на двойно кросоувър ще бъде 0,43%. Всъщност в експеримента е установено само едно двойно пресичане на 2205 мухи, т.е. 0,045%. Ученикът на Морган Г. Мьолер предложи да се определи количествено интензивността на интерференцията чрез разделяне на действително наблюдаваното двойно пресичане по честота на теоретично очакваната (при липса на смущения) честота. Той нарече този показател коефициент на съвпадение, тоест съвпадение. Möller показа, че интерференцията в X хромозомата на дрозофила е особено голяма на къси разстояния; с увеличаване на интервала между гените интензивността му намалява и на разстояние от около 40 морганиди и повече, коефициентът на съвместна честота достига 1 (максималната му стойност).
Цитологични доказателства за преминаване
Пряко цитологично доказателство за обмена на части от хромозомите по време на кръстосването е получено в началото на 30-те години на миналия век при дрозофила и царевица.
Помислете за експеримента на Стърн върху D. melanogaster. Обикновено две хомоложни хромозоми са морфологично неразличими. Stern изследва X хромозоми, които имат морфологични разлики и следователно не са напълно хомоложни. Въпреки това, хомологията между тези хромозоми се запазва през по-голямата част от тяхната дължина, което им позволява да се чифтосват нормално и да се разделят при мейоза (т.е. да бъдат нормално разпределени между дъщерните клетки). Една от Х-хромозомите на женската в резултат на транслокация, т.е. движението на фрагмент от Y-хромозомата, придобива L-образна форма. Втората Х хромозома е по-къса от нормалната, тъй като част от нея е прехвърлена в хромозома IV. Бяха получени женски, които бяха хетерозиготни за посочените две, морфологично различни, Х хромозоми, както и хетерозиготни за два гена, локализирани в Х хромозомата: Bar (B) и карамфил (cr). Ген Бар Е полудоминиращ ген, който влияе върху броя на фасетите и следователно върху формата на окото (мутантите с алел В имат ивичести очи). Генът cr контролира оцветяването на очите (алелът cr + определя нормалното оцветяване на очите, а алелът cr определя цвета на очите на червените карамфили). L-образната X хромозома носи алелите от див тип B + и cr +, а пресечената хромозома носи B и cr мутантните алели. Женските от посочения генотип бяха кръстосани с мъже с морфологично нормална Х хромозома с cr и B + алели. Потомството на женските съдържаше два класа мухи с не-кръстосани хромозоми (crB / crB + и cr + B + / crB +) и два класа мухи, чийто фенотип съответства на кросоувъри (crB + / crB + и cr + B / crB +). Цитологичното проучване показа, че кръстосаните индивиди обменят участъци от Х хромозомите и съответно формата им се променя. И четирите класа жени са имали една нормална, т.е. пръчковидна хромозома, получена от бащата. Кръстосаните женски, съдържащи се в техните хромозоми от кариотип X, трансформирани в резултат на кръстосване - дълга пръчка или двуръка с къси рамене. Тези експерименти, както и едновременно получени подобни резултати върху царевица, потвърдиха хипотезата на Морган и неговите колеги, че пресичането е обмен на региони на хомоложни хромозоми и че гените наистина са локализирани върху хромозомите.
Соматично (митотично) пресичане.
В соматичните клетки понякога се получава обмен между хроматиди на хомоложни хромозоми, в резултат на което се наблюдава комбинативна вариабилност, подобна на тази, която редовно се генерира от мейоза. Често, особено при дрозофила и по-ниските еукариоти, хомоложните хромозоми се анализират в митоза. Една от автозомно-рецесивните мутации при хора, в хомозиготно състояние, водеща до сериозно заболяване, известно като синдром на Blum, е придружена от цитологична картина, която прилича на синапса на хомолози и дори образуването на хиазмати.
Доказателства за митотично пресичане е получена на Drosophila чрез анализ на вариабилността на признаците, определени от гените y (жълто - жълто тяло) и sn (обособени - обозначени четина), които се намират в X хромозомата. Жена с генотип y sn + / y + sn е хетерозиготна за гени y и sn и следователно, при липса на митотично кръстосване, нейният фенотип ще бъде нормален. Ако обаче кръстосването се е случило на етапа на четири хроматиди между хроматиди от различни хомолози (но не и между сестрински хроматиди) и мястото на обмен е между sn гена и центромерата, тогава се образуват клетки с генотипите y sn + / y + sn + и y + sn / y + sn. В този случай сивото тяло на муха с нормални четина ще има двойни мозаечни петна, едното от които ще бъде жълто с нормални четина, а другото сиво с обгорени четина. За това е необходимо след преминаването и двете хромозоми (бивши хроматиди на всеки от хомолозите) y + sn да се преместят в единия полюс на клетката, а хромозомите y sn + в другия. Потомци на дъщерни клетки, размножаващи се на етапа на кученцето, и ще доведат до появата на мозаечни петна. По този начин, мозаечните петна се образуват, когато две групи (по-точно два клона) от клетки са разположени една до друга, фенотипно се различават една от друга и от клетките на други тъкани на даден индивид.
Неравно преминаване
Този феномен е изследван подробно на примера на гена Bar (B - ивица очи), локализиран върху X хромозомата на D. melanogaster. Неравномерното пресичане е свързано с дублирането на място в един от хомолозите и загубата му в друг хомолог. Установено е, че генът В може да присъства под формата на тандем, т.е. следвайки един след друг повторения, състоящи се от две или дори три копия. Цитологичният анализ потвърди предположението, че неравномерното пресичане може да доведе до двойно дублиране. В областта, съответстваща на локализацията на гена В, е отбелязано увеличаване на броя на дисковете, пропорционално на дозата на гена върху политеновите хромозомни препарати. Предполага се, че при еволюцията неравномерното пресичане стимулира създаването на двойни дублирания на различни последователности и използването им като суров генетичен материал за образуването на нови гени и нови регулаторни системи.
Регулиране на кросоувър
Кросоувър Представлява сложен физиологичен и биохимичен процес, който е под генетичен контрол на клетката и е повлиян от факторите на околната среда. Следователно, в реален експеримент можем да говорим за честотата на пресичане, което означава всички условия, при които е била определена. На практика няма кръстосване между хетероморфните X и Y хромозоми. Ако това се случи, тогава хромозомният механизъм на определяне на пола ще бъде постоянно разрушен. Блокирането на кръстосването между тези хромозоми е свързано не само с разликата в техния размер (не винаги се наблюдава), но и поради Y-специфичните нуклеотидни последователности. Предпоставка за синапса на хромозомите (или техните секции) е хомологията на нуклеотидните последователности.
Абсолютното мнозинство от висшите еукариоти се характеризира с приблизително еднаква честота на кръстосване както при хомогаметичния, така и при хетерогаметичния пол. Съществуват обаче видове, при които кръстосването отсъства при индивиди от хетерогаметичния пол, докато при индивидите от хомогаметичния пол протича нормално. Тази ситуация се наблюдава при хетерогаметични мъжки дрозофили и женски копринени буби. Важно е, че честотата на митотично кръстосване при тези видове при мъжете и жените е практически еднаква, което показва различни контролни елементи за отделните етапи на генетична рекомбинация в зародишните и соматичните клетки. В хетерохроматичните региони, по-специално перицентромерните региони, честотата на кръстосване е намалена и следователно истинското разстояние между гените в тези региони може да бъде променено.
Открити са гени, които функционират като кросоувър блокери, но има и гени, които увеличават честотата му. Понякога те могат да предизвикат забележим брой кросоувъри при мъжки дрозофили. Хромозомните пренареждания, по-специално инверсиите, също могат да действат като блокери за пресичане. Те нарушават нормалното конюгиране на хромозомите в зиготена.
Установено е, че честотата на пресичане се влияе от възрастта на тялото, както и от екзогенни фактори: температура, радиация, концентрация на сол, химически мутагени, лекарства, хормони. С повечето от тези влияния честотата на преминаване се увеличава.
По принцип кръстосването е един от редовните генетични процеси, контролирани от много гени, както директно, така и чрез физиологичното състояние на мейотичните или митотичните клетки. Честотата на различни видове рекомбинации (мейотични, митотични кръстосвания и сестрински хроматидни обмени) може да служи като мярка за действието на мутагени, канцерогени, антибиотици и др.
Биологичното значение на преминаването
Благодарение на свързаното наследяване успешните комбинации от алели са относително стабилни. В резултат се формират групи гени, всеки от които е като отделен суперген, който контролира няколко признака. В същото време, по време на пресичане, настъпват рекомбинации - т.е. нови комбинации от алели. По този начин пресичането увеличава комбинативната променливост на организмите.
Еволюционното значение на свързаното наследство. В резултат на свързването една хромозома може да съдържа както благоприятни алели (например А), така и неутрални или относително неблагоприятни (например N). Ако определен хаплотип (например AN) повиши годността на носителите си поради наличието на благоприятни алели A, тогава в популацията ще се натрупат както благоприятни алели, така и неутрални или относително неблагоприятни N, свързани с тях.
Пример. AN хаплотипът има предимство пред дивия тип (++) хаплотип поради наличието на благоприятен алел А и тогава алелът N ще се натрупва в популацията, ако е селективно неутрален или дори относително неблагоприятен (но отрицателният му ефект върху годността се компенсира от положителния ефект на алел А ).
Еволюционното значение на преминаването. В резултат на кръстосването неблагоприятните алели, първоначално свързани с благоприятни, могат да преминат към друга хромозома. Тогава възникват нови хаплотипове, които не съдържат неблагоприятни алели и тези неблагоприятни алели се елиминират от популацията.
Пример. Хаплотипът Al се оказва неблагоприятен в сравнение с хаплотипа "див тип" (++) поради наличието на леталния алел l. Следователно, алел А (благоприятно, неутрално изтичане, леко намаляващо фитнеса) не може да се прояви във фенотипа, тъй като този хаплотип (Al) съдържа леталния алел l. В резултат на кръстосването се появяват рекомбинантните хаплотипове A + и + l. Хаплотип + l се елиминира от популацията и хаплотип А + е фиксиран (дори ако алел А донякъде намалява годността на носителите си).
ДОПЪЛНЕНИЯ
Принципи на генетичното картографиране
Алфред Стъртевант (сътрудник на Морган) предполага, че честотата на кръстосване между гени, разположени в една и съща хромозома, може да служи като мярка за разстоянието между гените. С други думи, честотата на кросоувър, изразена като съотношение на броя на кръстосаните индивиди към общия брой индивиди, е пряко пропорционална на разстоянието между гените. Тогава честотата на кросоувър може да се използва за определяне на относителното положение на гените и разстоянието между гените.
Генетичното картографиране е определянето на позицията на даден ген спрямо (поне) два други гена. Постоянството на процента на кръстосване между определени гени им позволява да бъдат локализирани. Единицата за разстояние между гените е 1% пресичане; в чест на Морган тази единица се нарича морганида (М).
На първия етап на картографиране е необходимо да се определи принадлежността на ген към свързваща група. Колкото повече гени са известни при даден вид, толкова по-точни са резултатите от картографирането. Всички гени са разделени на групи за свързване. Броят на свързващите групи съответства на хаплоидния набор от хромозоми. Например, D. melanogaster има 4 групи за свързване, царевицата има 10, мишките имат 20, а хората имат 23 групи за свързване. По правило броят на гените в свързващите групи зависи от линейните размери на съответните хромозоми. И така, една плодова муха има една (IV) точка (когато се анализира под светлинен микроскоп) хромозома. Съответно броят на гените в него е в пъти по-малък, отколкото в останалите, като значително го надвишава по дължина. Трябва също да се отбележи, че в хетерохроматичните области на хромозомите няма гени или почти няма, следователно разширените региони на конститутивния хетерохроматин могат донякъде да променят пропорционалността на броя на гените и дължината на хромозомата.
Генетичните карти се съставят въз основа на генетично картографиране. На генетичните карти крайният ген (т.е. този, който е най-отдалечен от центромерата) съответства на нулевата (начална) точка. Отдалечеността на ген от нулевата точка е показана при морганидите.
Ако хромозомите са достатъчно дълги, тогава отстраняването на гена от нулевата точка може да надхвърли 50 М - тогава възниква противоречие между разстоянията, отбелязани на картата, надвишаващи 50%, и позицията постулирана по-горе, според която 50% от получените в експеримента кросоувъри всъщност трябва да означават липса на връзка. т.е. д. локализация на гени в различни хромозоми. Това противоречие се обяснява с факта, че при съставянето на генетични карти се сумират разстоянията между двата най-близки гена, което надвишава експериментално наблюдавания процент на пресичане.
Цитогенетично картографиране
Този метод се основава на използването на хромозомни пренареждания. В случай на гигантски политенови хромозоми, това позволява директно сравняване на резултатите от генетичния анализ на разстоянията между изследваните локуси и тяхното относително положение с данните за физическите размери на определени хромозомни области. Облъчването и действието на други мутагени в хромозомите често водят до загуба (делеции) или вмъкване на малки фрагменти, сравними по размер с един или повече локуси. Например, можете да използвате хетерозиготи за хромозоми, единият от които ще носи група последователни доминантни алели, докато хомологът на него ще носи група рецесивни форми на същите гени. Ако хромозомата с доминиращи гени постоянно губи отделни локуси, тогава в хетерозиготата ще се появят рецесивни признаци. Редът, в който се появяват рецесивните белези, показва последователността, в която са разположени гените.
С реда на AbC гените, в случай на делеция, която улавя гена C, при мухи с пресечена хромозома, която е загубила фрагмент, равен на гена C, във фенотипа ще се появят алели c, b и A.
По принцип сравнението на генетични (кръстосване) и цитологични карти показва тяхното съответствие: колкото по-голям е процентът на кръстосване, разделящ двойка гени, толкова по-голямо е физическото разстояние между тях. Разминаването между разстоянията, определени от тези два метода, обаче може да бъде повлияно от два фактора. Първо, това са райони, в които преминаването е трудно или липсва (например в хетерохроматични области); второ, физическото разстояние ще бъде по-голямо от генетичното, ако гените са разделени от зона на "тиха" ДНК. Изчисленията на Бриджис показаха, че всяка единица за кръстосване на картата на политенови хромозоми на слюнчените жлези на D. melanogaster съответства на 4,2 μm дължина на политенови хромозоми. Тази дължина е най-малко равна на два до три средни гена.
Особености на изграждането на генетични карти при прокариоти
За изграждане на генетични карти в прокариотите се използва феноменът конюгация - прехвърлянето на генетичен материал от една клетка в друга с помощта на специални кръгови ДНК молекули (по-специално плазмиди с помощта на F-плазмид).
Вероятността за трансфер на определен ген в реципиентна клетка зависи от неговото отстраняване от F - плазмидната ДНК или по-точно от точката О, в която започва репликацията на F - плазмидната ДНК. Колкото по-дълго е времето на конюгиране, толкова по-голяма е вероятността за трансфер на даден ген. Това прави възможно създаването на генетична карта на бактериите за минути конюгация. Например в E. coli генът thr (оперон от три гена, които контролират биосинтезата на треонин) се намира в нулевата точка (т.е. непосредствено до F - плазмидната ДНК), генът lac се прехвърля след 8 минути, генът recE - след 30 минути, генът argR - след 70 минути и т.н.
Този въпрос ще бъде разгледан по-подробно при изучаване на генетиката на прокариотите.
Картографиране на човешка хромозома
Картографирането на гени се основава на групиране на връзки. Колкото по-известни мутации и колкото по-малък е броят на хромозомите, толкова по-лесно е да се картографира. В това отношение човек (в допълнение към факта, че не може да има класически хибридологичен анализ) като обект е двойно неблагоприятен за картографиране: той има относително малко известни гени (поне така е било до края на 70-те години), а хаплоидният брой хромозоми е доста голям - 22 (без пол). Това означава, че вероятността два новооткрити гена да бъдат свързани е 1/22. Поради тези причини анализът на родословията, който до известна степен замества хибридологичния анализ, предоставя доста ограничена информация за естеството на връзката.
Методите на генетиката на соматичните клетки се оказаха по-обещаващи за картографиране на човешки гени. Същността на една от тях е следната. Техниките на клетъчното инженерство позволяват комбиниране на различни видове клетки. Сливането на клетки, принадлежащи към различни биологични видове, се нарича соматична хибридизация. Същността на соматичната хибридизация е да се получат синтетични култури чрез сливане на протопласти от различни видове организми. За сливане на клетки се използват различни физикохимични и биологични методи. След сливането на протопласти се образуват многоядрени хетерокариотни клетки. Впоследствие, по време на сливането на ядра, се образуват синкариотни клетки, съдържащи хромозомни набори от различни организми в ядрата. Когато такива клетки се делят in vitro, се образуват хибридни клетъчни култури. В момента получени и култивирани клетъчни хибриди "човек × мишка", "човек × плъх" и много други.
В хибридните клетки, получени от различни щамове от различни видове, един от родителските хромозомни набори, като правило, се репликира по-бързо от другия. Следователно последният постепенно губи хромозоми. Тези процеси протичат интензивно, например в клетъчни хибриди между мишки и хора - видове, които се различават по много биохимични маркери. Ако едновременно се следва някакъв биохимичен маркер, например ензимът тимидин киназа, и в същото време се извършва цитогенетичен контрол, идентифицирайки хромозомите в клонинги, образувани след частичната им загуба, тогава в крайна сметка изчезването на хромозомата може да бъде свързано едновременно с биохимична черта. Това означава, че генът, кодиращ тази черта, е локализиран в тази хромозома. И така, генът на тимидин киназата при хората се намира в хромозома 17.
Част от информацията за локализацията на гените може да бъде получена чрез анализ на числените и структурни мутации на хромозомите, чрез появата в семейства на хромозоми с морфологични вариации и като се вземат предвид наследствените признаци. Частичните монозомии, получени в резултат на делеции, също се използват за същата цел. В тези случаи обаче трябва да се има предвид, че понякога изследваният ген остава в центричния фрагмент, но неговата проява може да бъде силно отслабена в резултат на позиционния ефект или някои други регулаторни механизми (промяна в реда на репликация, отделяне на промоторния регион и др.) ... В края на 60-те години е разработен in situ метод на хибридизация, който се основава на специфичността на комплементарните взаимодействия между гена и неговото копие (тРНК, както и комплементарна ДНК, получена чрез обратна транскрипция). Разделителната способност на този метод е много по-висока при политеновите хромозоми, отколкото при човешките митотични хромозоми, но непрекъснато се подобрява.
Картографиране на гени картографиране на гени, картографиране - картографиране на гени.
Определяне на позицията на даден ген върху хромозома спрямо други гени; използвайте три основни групи методи Килограма. - физически (определяне с помощта на рестрикционни карти, електронна микроскопия и някои варианти на електрофореза на междугенни разстояния - в нуклеотиди), генетичен (определяне на честотите на рекомбинации между гени, по-специално при фамилен анализ и др.) и цитогенетичен (хибридизация in situ<in situ хибридизация\u003e, получаване на монозомни клетъчни хибриди<монохромозомен клетъчен хибрид\u003e, метод за изтриване<картографиране на изтриване\u003e и т.н.); в човешката генетика се приемат 4 степени на надеждност на локализацията на този ген - потвърдени (установени в две или повече независими лаборатории или върху материала на два или повече независими тестови обекта), предварителни (1 лаборатория или 1 анализирано семейство), противоречиви (несъответствие между данните от различни изследователи), съмнителни (не са окончателни данни от една лаборатория); Приложение 5 предоставя обобщение (към 1992-93 г.) на структурни гени, онкогени и псевдогени в човешки геноми и - включително някои мутации - при мишки.
(Източник: „Англо-руският обяснителен речник на генетичните термини.“ Арефиев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Издателство „ВНИРО“, 1995 г.)
Вижте какво е „картографиране на гени“ в други речници:
картографиране на гени - Определяне на позицията на даден ген върху хромозома спрямо други гени; използвайте три основни групи методи К.г. физически (определяне с помощта на рестрикционни карти, електронна микроскопия и някои варианти на електрофореза ... ...
Картографиране на гени - определяне на позицията на даден ген върху хромозома спрямо други гени. Генетичното картографиране включва определяне на разстоянията по честотата на рекомбинациите между гените. Физическото картографиране използва някои техники ... ... Речник на психогенетиката
картографиране [гени] с помощта на беккросинг - Метод за генетично картографиране, базиран на получаване на обратно кръстосани хибриди от сродни форми и анализ на разцепване на варианти на алели, полиморфни по дължина на рестрикционни фрагменти; този метод е най-широко разпространен в картографирането на гени в ... ... Ръководство за технически преводач
Картографиране на беккрос картографиране [гени] с помощта на беккросинг Метод за генетично картографиране, основан на получаване на обратно кръстосани хибриди от сродни форми и анализ на разцепване на алелни варианти, полиморфни по дължина на рестрикция ... ...
Картиране на сравнителни гени при бозайници - * cartovanne паранални гени на бозайници * сравнително картографиране на гени на бозайници информативно сравнение на генетични карти на хора и всеки друг вид бозайници). Те трябва да бъдат добре изучени и далеч един от друг ...
Картиране - * kartovanne * картографиране, установяващо позициите на гени или някои специфични места (виж) по ДНК веригата (. Карта) ... Генетика. енциклопедичен речник
Картографиране с облъчени хибриди [клетки] - * картография за dapamogay на приложената hybrydў [клетка] * излъчена хибридна картография модификация на метода на генно картографиране, използваща хибридизация на соматични клетки. Клетки от хибридния клон "гризач H човек", съдържащ само хромозома 1 ... ... Генетика. енциклопедичен речник
Радиационно хибридно картографиране с използване на облъчени хибриди [клетки]. Модификация на метода за картографиране на гени, използвайки хибридизация на клетки на соматични клетки на хибридния клон „гризач ˟ човек“, съдържащ само 1 хромозома ... ... Молекулярна биология и генетика. Обяснителен речник.
Установяване на реда на гените и относителното разстояние между тях в групата на свързване ... Голям медицински речник
Картиране на човешкия геном
Нямаме нужда да безпокоим боговете напразно -
Има вътрешностите на жертвите, за да се досетим за войната,
Робите да мълчат и камъни да строят!
Осип Манделщам, "Природата е същият Рим ..."
Генетиката е млада наука. Еволюцията на видовете всъщност е открита едва в края на 50-те години. През 1866 г. австрийският монах Грегор Мендел публикува резултатите от своите експерименти за опрашване на грах. До края на века никой не е обърнал внимание на откриването му. А Галтън например така и не разбра за тях. Дори механизмът на оплождането - сливането на ядрата на мъжките и женските зародишни клетки - е открит едва през 1875 година. През 1888 г. в ядрата на клетките са открити малки тела, наречени хромозоми, а през 1909 г. Менделевите фактори за наследяване са наречени гени. Първото изкуствено осеменяване (при заек, а след това и при маймуни) е извършено през 1934 г .; и накрая, през 1953 г. е направено фундаментално откритие - установена е двойната спирална структура на ДНК. Както можете да видите, всичко това се случи съвсем наскоро, така че ранната евгеника като цяло беше много малко запозната с техниката на техния занаят.
Картирането на човешкия геном е все още в ранните си етапи. Това, което знаем, е малка част от това, което не знаем. Има три милиарда нуклеотидни последователности, съставляващи от двадесет и шест до тридесет и осем хиляди гени, които директно кодират протеини. Но как гените и протеините, които те произвеждат, си взаимодействат, все още е слабо разбрано.
Ролята на гените в човешкото общество обаче бързо се разпознава. През 1998 г. Даяна Пол (Университет в Масачузетс) си припомни това, което преди четиринадесет години наричаше
„Биологично детерминираният“ възглед, според който гените влияят на разликите в интелигентността и темперамента - използвайки тези термини, сякаш тяхното значение е било уточнено. Днес тяхната употреба би била противоречива, тъй като тези етикети изглежда поставят под въпрос тази гледна точка, докато тя е широко приета както от учените, така и от обществеността ".
Както и да е, знанията ни се попълват буквално всеки ден и в много близко бъдеще ще можем да анализираме с голяма точност генетичен товар,които налагаме на бъдещите поколения.
От книгата Най-новата книга с факти. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. Биология и медицина] автор От книгата „Човешкият геном: Енциклопедия, написана с четири букви“ автор От книгата „Човешкият геном“ [Енциклопедия, написана с четири букви] автор Тарантул Вячеслав Залманович От книгата Най-новата книга с факти. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. Биология и медицина автор Кондрашов Анатолий Павлович От книгата Дешифриран живот [Моят геном, Моят живот] от Вентър Крейг От книгата Биологична химия автор Лелевич Владимир Валерианович От книгата на автора От книгата на автораЧАСТ I. СТРУКТУРА НА ГЕНОМА НА ЧОВЕКА КАКВО Е ГЕНОМ? Въпросите са вечни, отговорите зависят от времето. E. Chargaff В диалога с живота не е важен нейният въпрос, а нашият отговор. М. И. Цветаева Още в самото начало ще определим какво имаме предвид под думата „ген“. Самият термин
От книгата на автораАнализ на общата ДНК - нова информация за структурата на човешкия геном На първия етап от прякото изследване на структурата на човешкия геном, когато методологията на генното инженерство все още не съществува, за изследване на ДНК са използвани традиционни физикохимични методи. IN
От книгата на автора От книгата на автораЧАСТ II. ФУНКЦИЯ НА ЧОВЕШКИ ГЕНОМ КРАЛИЦАТА УМРЕ - ЗДРАВЕТЕ КРАЛИЦАТА! Това, което знаем, е ограничено, а това, което не знаем, е безкрайно. П. Лаплас Науката винаги греши. Тя никога няма да реши проблем, без да събере дузина нови. Б. Шоу,
От книгата на автораКак е полезен компютърът за изучаване на човешкия геном? Без компютърните технологии за биоинформатика (геноинформатика или, в по-широк смисъл, биоинформатика), развитието на геномни изследвания едва ли би било възможно изобщо. Дори е трудно да си представим как
От книгата на автораЧАСТ III. ПРОИЗХОД И ЕВОЛЮЦИЯ НА ГЕНОМА НА ЧОВЕКА
От книгата на автораКолко различен е човешкият геном от генома на шимпанзето? Геномът е колекция от гени, съдържащи се в хаплоиден (единичен) набор от хромозоми на даден организъм. Геномът не е характеристика на индивида, а на вид организми. През февруари 2001 г. в американски
От книгата на автораГлава 11 Дешифриране на човешкия геном Какво ще кажете, когато, изкачвайки се с последни сили на върха на планина, която никой никога не е посещавал, изведнъж видите човек да се изкачва по паралелна пътека? В науката сътрудничеството винаги е много по-плодотворно,
