Geneetiline kaardistamine. Geneetilise kaardistamise strateegia ja selle roll pärilike haiguste uute geenide tuvastamisel Inimese haiguste geenide kaardistamine
Alfred Sturtevant (Morgani kaastöötaja) soovitas, et samas kromosoomis paiknevate geenide vahelise ristumise sagedus võib olla geenidevahelise kauguse mõõtmiseks. Teisisõnu, ristumise sagedus, väljendatuna ristuvate isendite arvu ja üksikisikute koguarvu suhtena, on otseselt proportsionaalne geenide vahelise kaugusega. Seejärel saab ristumissagedust kasutada geenide suhtelise asukoha ja geenidevahelise kauguse määramiseks.
Geneetiline kaardistamine on geeni asukoha määramine kahe (vähemalt) teise geeni suhtes. Teatud geenide vahelise ristumise protsendi püsivus võimaldab neid lokaliseerida. Geenide vaheline ühik on 1% ületamine; Morgani auks kutsutakse seda üksust morganida (M) või santimorganiid (CM).
Kaardistamise esimeses etapis on vaja kindlaks teha geeni kuuluvus sidumisrühma. Mida rohkem on teatud liigil teada geene, seda täpsemad on kaardistamise tulemused. Kõik geenid on jagatud sidumisrühmadeks.
Sidumisrühmade arv vastab haploidsele kromosoomikomplektile. Näiteks aastal D. melanogaster 4 sidurirühma, mais - 10, hiired - 20, inimesed - 23 sidurirühma. Kui on sugukromosoome, märgitakse need lisaks (näiteks on inimesel 23 sidumisrühma pluss Y kromosoom).
Reeglina sõltub sidumisrühmades olevate geenide arv vastavate kromosoomide lineaarsetest mõõtmetest. Niisiis, puuviljakärbsel on üks (IV) punkti (valguse mikroskoobi all analüüsides) kromosoom. Seega on selles olevate geenide arv kordades väiksem kui teistes, ületades selle pikkuse oluliselt. Samuti tuleb märkida, et kromosoomide heterokromaatilistes piirkondades geene pole või peaaegu pole, seetõttu võivad konstitutiivse heterokromatiini pikendatud piirkonnad mõnevõrra muuta geenide arvu ja kromosoomi pikkuse proportsionaalsust.
Geneetilised kaardid koostatakse geneetilise kaardistamise põhjal. Geneetilistel kaartidel vastab äärmine geen (st tsentromeerist kõige kaugemal asuv) null (alg) punktile. Geeni kaugus nullpunktist on näidatud morganiidides.
Kui kromosoomid on piisavalt pikad, siis võib geeni eemaldamine nullpunktist ületada 50 M - siis tekib kaardil märgitud kauguste, mis ületavad 50%, ja ülal postuleeritud positsiooni vahel vastuolu, mille kohaselt peaks 50% katses saadud ristumistest tähendama tegelikult sideme puudumist. st e. geenide lokaliseerimine erinevates kromosoomides. Seda vastuolu seletatakse asjaoluga, et geneetiliste kaartide koostamisel võetakse kokku kahe lähima geeni vahemaa, mis ületab eksperimentaalselt täheldatud ületamise protsendi.
KAZAKI RAHVUSLIK ÜLIKOOL NIMETATI PÄRAST AL-FARABI
Teaduskond: bioloogia ja biotehnoloogia
Osakond: biotehnoloogia
"ESSAY"
Teemal: GENEETILINE SIDUR JA INIMGENI KAARDITAMINE.
Valmis : 3-aastased üliõpilased (meditsiiniline bt.)
Nuralibekov S.Sh.
Davronova M.A.
Kontrollitud : ph.D. , osakonna dotsentmolekulaarne
bioloogia ja geneetika Omirbekova N.Zh.
ALMATY 2018
Geneetilise seose kaardid ……………………………………………………… ..3
Geneetiliste sidemekaartide koostamise kaasaegsed meetodid …… .......... …… ...… .5
PCR inimese genoomi uuringutes ……………………………… .... …………. …… 8
Madala eraldusvõimega füüsikalised kaardid ………………………………………… ..….… .9
Suure eraldusvõimega füüsilised kaardid …………… .. ……………………… .. ……… 11
Kasutatud allikate loetelu ……………… ... …………… .. ………………… .13
Inimgenoomi esmase struktuuri kaardistamine ja määramine
Pärast molekulaargeneetikas geenide toimimise struktuuri ja mehhanismide uurimiseks kõige sagedamini kasutatavate peamiste meetodite lühikest ülevaadet näib olevat otstarbekas uurida lähemalt nende meetodite ja nende modifikatsioonide praktilist rakendamist, et uurida suuri genoome inimese genoomi näitel. Inimgenoomi, selle geeniteabe selle kolossaalse säilitamise, põhjalikuks uurimiseks on hiljuti välja töötatud ja seda rakendatakse rahvusvaheline eriprogramm "Inimgenoomi projekt". Programmi põhiülesanne on kõigi 24 inimese kromosoomi jaoks terviklike kõrge eraldusvõimega geneetiliste kaartide koostamine, mis lõppkokkuvõttes peaks lõppema nende kromosoomide DNA täieliku primaarstruktuuri määramisega. Praegu käib töö projektiga täies hoos. Selle eduka lõpuleviimise korral (ja see peaks plaanide kohaselt juhtuma 2003. aastal) on inimkonnal väljavaateid põhjalikult uurida iga oma geeni funktsionaalset olulisust ja toimemehhanisme, samuti inimese bioloogiat reguleerivaid geneetilisi mehhanisme ning selgitada välja enamiku keha patoloogiliste seisundite põhjused. ...
Põhilised lähenemisviisid inimese genoomi kaardistamiseks
Inimgenoomi programmi põhiülesande lahendus sisaldab kolme peamist etappi. Esimeses etapis on vaja jagada iga üksik kromosoom spetsiifiliselt väiksemateks osadeks, võimaldades nende edasist analüüsi tuntud meetoditega. Uuringute teine \u200b\u200betapp hõlmab nende üksikute DNA fragmentide suhtelise asukoha määramist üksteise suhtes ja nende lokaliseerimist kromosoomides endis. Viimases etapis on vaja iga iseloomustatud kromosoomifragmendi jaoks teha kindlaks DNA primaarstruktuur ja koostada nende nukleotiidide täielik pidev järjestus. Probleemi lahendus ei ole täielik, kui leitud nukleotiidjärjestustes pole võimalik kõiki organismi geene lokaliseerida ja nende funktsionaalset olulisust kindlaks määrata. Eeltoodud kolme etapi läbimine on vajalik mitte ainult inimese genoomi, vaid ka mõne muu suure genoomi terviklike omaduste saamiseks.
Geneetiliste sidemete kaardid
Geneetiliste sidemete kaardid on üksikute kromosoomide geneetiliste markerite vastastikuse paigutuse ühemõõtmelised mustrid. Geneetiliste markerite all mõistetakse mis tahes pärilikke fenotüübilisi tunnuseid, mis üksikutel inimestel erinevad. Geneetiliste markerite nõuetele vastavad fenotüübilised omadused on väga erinevad. Need hõlmavad nii käitumuslikke tunnuseid või eelsoodumust teatud haigustele kui ka tervete organismide või nende makromolekulide morfoloogilisi tunnuseid, mis erinevad struktuuri poolest. Bioloogiliste makromolekulide uurimiseks lihtsate ja tõhusate meetodite väljatöötamisel on sellised omadused, mida nimetatakse molekulaarseteks markeriteks, muutunud kõige sagedamini geneetiliste sidemekaartide koostamisel. Enne selliste kaartide koostamise meetodite ja nende tagajärgede kaalumist genoomi uurimisel on vaja meelde tuletada, et geneetikas kasutatakse mõistet "seos", et tähistada kahe tunnuse ühise ülekandumise tõenäosust ühelt vanemalt järglasele.
Loomade ja taimede sugurakkude (sugurakkude) moodustumisel meioosi staadiumis toimub reeglina homoloogsete kromosoomide sünaps (konjugatsioon). Homoloogsete kromosoomide õekromatiidid on kogu pikkuses üksteisega ühendatud ja ristumise tulemusena (kromatiidide vaheline geneetiline rekombinatsioon) vahetatakse nende osad. Mida kaugemal asetsevad kromatiidil kaks geneetilist markerit üksteisest, seda tõenäolisem on, et nende vahel toimub ületõmbamiseks vajalik kromatiidi purunemine ning uude gametti kuuluvad uues kromosoomis asuvad kaks markerit eralduvad üksteisest, s.t. nende ühtekuuluvus puruneb. Geneetiliste markerite seondumise ühik on morganida (Morgani ühik, M), mis sisaldab 100 sentimeetrit (cM). 1 cM vastab füüsikalisele kaugusele geneetilisel kaardil kahe markeri vahel, mille vahel rekombinatsioon toimub sagedusega 1%. Aluspaarides väljendatuna vastab 1 cM miljonile aluspaarile. (sulamistemperatuur) DNA.
Geneetiliste sidemete kaardid kajastavad õigesti geneetiliste markerite paigutuse järjekorda kromosoomides, kuid nende vaheliste kauguste saadud väärtused ei vasta tegelikele füüsilistele kaugustele. Tavaliselt on see asjaolu seotud asjaoluga, et kromatiidide vahelise rekombinatsiooni efektiivsus kromosoomide üksikutes piirkondades võib olla väga erinev. Eelkõige pärsitakse seda kromosoomide heterokromaatilistes piirkondades. Teisalt on rekombinatsiooni kuumad kohad kromosoomides levinud. Rekombinatsioonisageduste kasutamine füüsikaliste geneetiliste kaartide koostamisel neid tegureid arvestamata viib geneetiliste markerite vaheliste reaalsete vahemaade moonutamiseni (vastavalt alahindamise või ülehindamiseni). Seega on geneetiliste sidemete kaardid kõigist saadaolevatest geneetiliste kaartide tüüpidest kõige vähem täpsed ja neid saab käsitleda ainult esimese lähendina tegelikele füüsilistele kaartidele. Sellegipoolest võimaldavad praktikas just nemad ja ainult nemad keerukate (näiteks haiguse sümptomitega seotud) geneetiliste markerite lokaliseerimise uuringu esimestes etappides ja võimaldavad neid edasi uurida. Tuleb meeles pidada, et ületamise puudumisel läheksid kõik individuaalse kromosoomi geenid vanematelt järglastele koos, kuna nad on omavahel füüsiliselt seotud. Seetõttu moodustavad üksikud kromosoomid geenide sidumisrühmad ja geneetiliste sidemekaartide koostamise üks esimesi ülesandeid on uuritava geeni või nukleotiidjärjestuse määramine konkreetsele sidumisrühmale. Järgmises. Tabelis on loetletud kaasaegsed meetodid, mis vastavalt V.A. McCusickut kasutati geneetiliste sidemekaartide koostamiseks kõige sagedamini kuni 1990. aasta lõpuni.
Geneetiliste sidemekaartide koostamise kaasaegsed meetodid
| Meetod | Kaardistatud lookuste arv |
| Rakkude somaatiline hübridisatsioon | 1148 |
| In situ hübridisatsioon | 687 |
| Perekond | 466 |
| Annusefekti määramine | 159 |
| Piirangute kaardistamine | 176 |
| Kromosomaalsete kõrvalekallete kasutamine | 123 |
| Sünteetia kasutamine | 110 |
| Kiirgusest põhjustatud geenide segregatsioon | 18 |
| Muud meetodid | 143 |
| Kokku | 3030 |
Somaatiliste rakkude hübridiseerimine. Üks populaarseimaid meetodeid geneetilise markeri (funktsionaalselt aktiivne geen) määramiseks konkreetsele sidumisrühmale on erinevate bioloogiliste organismiliikide somaatiliste rakkude hübridiseerimine (üksteisega sulandumine), millest üks on uuritud. Kasvuprotsessis olevate somaatiliste rakkude liikidevahelistes hübriidides toimub peamiselt ühe bioloogilise liigi kromosoomide kadu. Kromosoomide kaotus on reeglina juhuslik ja saadud rakukloonid sisaldavad ülejäänud kromosoome erinevates kombinatsioonides. Uuritud liigi erinevaid kromosoomikomplekte sisaldavate kloonide analüüs võimaldab kindlaks teha, millise neist järelejäänud kromosoomidest on uuritud markeri ekspressioon seotud, ja sellest tulenevalt lokaliseerida geen konkreetses kromosoomis.
Hübriidimine kohapeal. Kromosoomides leiduvate nukleotiidijärjestuste kaardistamiseks kasutatakse laialdaselt ka kohapealset hübridisatsiooni tehnikat. Sel eesmärgil hübridiseeritakse fikseeritud kromosoomide preparaadid (inkubeeritakse kõrgemal temperatuuril koos järgneva jahutamisega) uuritavate nukleotiidjärjestustega, mis on märgistatud radioaktiivse, fluorestseeruva või muu märgisega. Pärast seondumata märgise maha pesemist seostatakse ülejäänud märgistatud nukleiinhappemolekulid kromosoomipiirkondadega, mis sisaldavad uuritud märgistatud nukleotiidjärjestustega komplementaarsed järjestused. Saadud hübriide analüüsitakse mikroskoobiga kas otse või pärast autoradiograafiat. Seda meetodite rühma iseloomustab suurem eraldusvõime kui somaatiliste rakkude hübridisatsioon, kuna need võimaldavad uuritud nukleotiidjärjestusi lokaliseerida kromosoomides. Inimgenoomiprogrammi edenedes on teadlastel üha enam isoleeritud nukleotiidjärjestusi, mida saab kasutada in situ hübridisatsiooni sondidena. Sellega seoses on need meetodid kasutamise sageduse osas hiljuti kindlalt esikohal. Kõige populaarsem on rühm meetodeid, mida nimetatakse fluorestsents-in-hübridisatsiooniks (FISH), kus kasutatakse fluorestsentsmärgist sisaldavaid polünukleotiid-sonde. Eelkõige avaldati 1996. aastal üle 600 dokumendi, milles kirjeldati selle meetodi kasutamist.
Pere geneetilise seose analüüs. Seda meetodite rühma kasutatakse meditsiinigeneetikas sageli, et tuvastada seos (seos) tundmatu geeni mutatsioonist põhjustatud haiguse sümptomite ja teiste geneetiliste markerite vahel. Sellisel juhul toimivad haiguse sümptomid ise ühe geneetilise markerina. Inimese genoomist on leitud suur hulk polümorfisme, sealhulgas RFLP. RFLP-d jaotuvad inimese genoomis enam-vähem ühtlaselt 5–10 cm kaugusel üksteisest. Mida lähemal asuvad üksikud polümorfsed lookused haiguse eest vastutavale geenile, seda väiksem on tõenäosus, et nad eralduvad meioosi rekombinatsiooni käigus ja seda sagedamini esinevad nad haige isikul koos ja kanduvad koos vanematelt järglastele. Klooninud genoomi laiendatud piirkonna, sealhulgas vastava polümorfse markeriga (selle valimine genoomse DNA kloonide raamatukogust viiakse läbi sondi abil), on võimalik samaaegselt isoleerida geen, mis põhjustab sellega päriliku haiguse. Selliseid lähenemisviise on edukalt rakendatud perekonnaanalüüsi läbiviimiseks ja vastavate geenide eraldamiseks Duchenne'i lihasdüstroofias, neerude tsüstilises fibroosis (tsüstiline fibroos) ja müotoonilises düstroofias. Inimese genoomi üksikute RFLP-de infosisu sõltub nende heterosügootsuse tasemest uuritud populatsioonis. RFLP kui geneetilise markeri informatiivsuse mõõdupuuks, nagu soovitasid D. Botstein jt (1980), peetakse polümorfismiinfo sisalduse (PIC) väärtust, mis on ristamiste arvu suhe, milles vähemalt ühel vanematest on uuritud polümorfne marker heterosügootses olekus kõigile ristidele.
Geenidoosi efekti määramine ja kromosomaalsete kõrvalekallete kasutamine ... Need meetodid paljastavad seoseid uuritud geeni ekspressioonitaseme ja spetsiifiliste kromosoomide arvu vahel aneuploidsetes rakuliinides või kromosoomide struktuurilistes ümberkorraldustes (kromosoomimutatsioonid - aberratsioonid). Aneuploidia on rakus, koes või terves organismis paljude kromosoomide olemasolu, mis ei ole võrdne antud bioloogilisele liigile omase omaga. Kromosoomide kõrvalekalletega kromosoomipiirkondade translokatsioonidena sama või erineva kromosoomi heterokromaatilistesse piirkondadesse kaasneb sageli translokatsioonipiirkondades või aktseptorikromosoomis paiknevate geenide transkriptsiooni pärssimine (positsiooni mosaiikne toime).
Sünteetia kasutamine. Sünteetia on geenisidumisrühmade struktuuriline sarnasus erinevate bioloogiliste liikide organismides. Eelkõige on inimese ja hiire genoomides teada mitukümmend sünteetilist geenirühma. Sünteetia nähtuse olemasolu võimaldab kitsendada uuritava geeni lokaliseerimiskoha otsimist kromosoomides, piirates seda teatavasse sünteetilisse rühma kuuluvate teadaolevate geenide piirkonnaga.
Ioniseeriva kiirguse tekitatud geenide eraldamine. Selle meetodi abil määratakse uuritavate geenide vaheline kaugus, hinnates nende eraldumise (eraldamise) tõenäosust pärast rakkude kiiritamist kindla ioniseeriva kiirguse doosiga. Kiiritatud rakud päästetakse surmast hübridiseerimise teel näriliste somaatiliste rakkudega ja kiiritatud rakkude uuritud markerite olemasolu määratakse kultuuri somaatilistes hübriidides. Selle tulemusena on võimalik järeldada nende geenide vahelise seose (füüsilise kauguse) olemasolu või puudumise kohta.
Nende hulgas muud meetodid Tuleks mainida meetodeid, mis põhinevad suurte lõhustavate restriktsiooniensüümide poolt genereeritud suurte DNA fragmentide kasutamisel geenide kaardistamiseks. Pärast genoomse DNA lõhustamist eraldatakse saadud fragmendid elektroforeesiga impulssiga elektriväljas ja seejärel hübridiseeritakse need vastavalt Southern'ile kaardistatud geenidele vastavate sondidega. Kui pärast hübridisatsiooni lokaliseeritakse mõlema sondi signaalid samale suurele DNA fragmendile, viitab see selliste geenide tihedale seosele.
PCR inimese genoomi uuringutes
Polümeraasi ahelreaktsioon on inimese genoomiprogrammi praktilise rakendamise lähenemisviiside väljatöötamisel kesksel kohal. Nagu eespool arutletud, on PCR-i abil võimalik kiiresti ja tõhusalt võimendada peaaegu kõiki inimese genoomi lühikesi piirkondi ja saadud PCR-tooteid saab seejärel kasutada sondidena vastavate piirkondade kaardistamiseks kromosoomides Southern hübridisatsiooni või in situ abil.
STS kontseptsioon. Üks peamisi mõisteid, mis käsitlevad inimese geenide kaardistamist arutletud programmi raames, on järjestusega märgistatud saitide (STS) mõiste. Selle kontseptsiooni kohaselt saab kõiki geneetiliste või füüsikaliste kaartide koostamiseks kasutatud DNA fragmente ainulaadselt tuvastada, kasutades 200-500 aluspaari suurust nukleotiidjärjestust, mis on antud fragmendi jaoks ainulaadne. Kõik need saidid tuleb järjestada, mis võimaldab neid PCR-i abil veelgi amplifitseerida ja kasutada sondidena. STS-i kasutamine võimaldaks nende järjestusi kasutada PCR-produktidena sondidena konkreetse genoomipiirkonna mis tahes DNA-fragmendi sihipäraseks eraldamiseks genoomijärjestuste kogumist. Selle tulemusena saab luua andmebaase, mis hõlmavad kõigi STS-ide lokaliseerimist ja struktuuri, samuti nende võimendamiseks vajalikke praimereid. See välistaks vajaduse laborite jaoks arvukate kloonide ladustamiseks ja saatmiseks teistesse laboritesse uurimiseks. Lisaks annavad STS-d aluse ühe keele väljatöötamiseks, milles erinevad laborid saaksid oma klooni kirjeldada. Seega oleks STS-i kontseptsiooni väljatöötamise lõpptulemus inimese genoomi STS-i terviklik kaart. Teoreetiliselt on 1 cm suuruse geneetilise kaardi koostamiseks vaja 3000 täielikult informatiivset polümorfset DNA markerit. Kuna aga polümorfsed markerid on genoomis ebaühtlaselt jaotunud ja ainult vähesed neist on täielikult informatiivsed, on selle suurusega kaardi koostamiseks vajaminevate markerite tegelik arv hinnanguliselt 30–50 tuhat. Uuritavate kromosoomide piirkondadele vastavate markerite saamiseks kasutatakse sageli hajutatud korduvatele järjestustele vastavaid praimereid, mille hulgas kasutati kõigepealt Alu järjestusi.
Alu-PCR.Hajutatud korduvad Alu järjestused on iseloomulikud inimese genoomile. Alu järjestuste spetsiifilisi praimereid kasutatakse Alu korduste vahele suletud inimese genoomi DNA piirkondade amplifitseerimiseks, mis asuvad keskmiselt 4–10 kb kaugusel. lahus. Teine võimalus Alu-PCR jaoks on DNA sondide suunatud süntees selle abil kromosoomide piirkondadesse, mis on saadud pärast laseri fragmenteerumist, voolu tsütomeetria abil isoleeritud üksikute kromosoomide või inimese genoomi teatud osa sisaldavate hübriidrakkude DNA-d. Lisaks kasutatakse Alu-PCR-i unikaalsete sõrmejälgede saamiseks, mis iseloomustavad raku hübriide nende genoomi stabiilsuse seisukohalt, samuti YAC vektoritesse, kosmiididesse või bakteriofaagide DNA-sse kantud vektoritesse kloonitud inimese DNA fragmentide iseloomustamiseks. Alu järjestuste ainulaadsus inimese genoomi jaoks võimaldab neid kasutada nii "mööda kromosoome kõndimiseks" kui ka olemasolevate kontigide laiendamiseks. Kuna\u003e 90% mõõdukalt korduvatest järjestustest inimese genoomis esindavad Alu ja KpnI perekonnad, pole üllatav, et viimaseid kasutatakse PCR-is samadel eesmärkidel kui Alu. Kuid siin on PCR-saaduste profiilid vähem keerukad, kuna KpnI järjestusi korratakse genoomis harvemini ja neil on kromosoomides iseloomulik lokaliseerimine.
PCR-i kasutatakse aktiivselt polümorfsete molekulaarsete markerite tuvastamiseks geneetiliste sidemekaartide koostamisel, mille põhiprintsiipe arutati eespool. See meetod on kasulik ka DNA järjestamisel, samuti inimese genoomi kõrglahutusega füüsikaliste kaartide koostamisel. PCR-i kahte viimast rakendusala käsitletakse üksikasjalikumalt allpool.
Madala eraldusvõimega füüsilised kaardid
Erinevalt eelpool arutatud geneetilise sidumise kaartidest peegeldavad genoomi füüsikalised kaardid markeritevahelist reaalset kaugust, väljendatuna aluspaarides. Füüsikalised kaardid erinevad lahutusastme poolest, s.t. neile esitatavate genoomistruktuuri üksikasjade kohta. Maksimaalse eraldusvõimega inimese genoomi põhjalik füüsikaline kaart sisaldab kõigi tema kromosoomide täielikku nukleotiidjärjestust. Minimaalse eraldusvõimega füüsikaliste kaartide teises äärmuses on genoomi kromosomaalsed (tsütogeneetilised) kaardid.
Neli tüüpi genoomse DNA geneetilised kaardid ja nende seos
1 - geneetilise sidumise kaart, 2 - füüsilise restriktsiooni kaart, lüngad näitavad DNA lõhustamiskohti restriktsiooniensüümide abil, 3 - konjuktide füüsiline kaart, mis näitab YAC vektorite abil saadud kattuvaid DNA kloone, 4 - põhjalik füüsikaline kaart DNA nukleotiidjärjestuse kujul. Kõik kaardid näitavad sama kromosoomipiirkonda
Kromosoomikaardid. Inimese genoomi kromosoomikaardid saadakse geneetiliste markerite lokaliseerimisega üksikutel kromosoomidel, kasutades tsütogeneetilisi meetodeid, sealhulgas autoradiograafiat ja FISH-i. Kahel viimasel juhul tuvastatakse valgusmikroskoopia abil tervete kromosoomide uuritud geneetiliste lookustega seotud radioaktiivsed või fluorestseerivad märgised. Üsna hiljuti võimaldasid kromosoomikaardid uuritud DNA fragmendi lokaliseerida 10 mp kromosoomil. Kaasaegsed in situ hübridiseerimise meetodid, kasutades metafaasilisi kromosoome, peamiselt FISH-meetodit, lokaliseerivad polünukleotiidimarkerid 2–5 aluspaari ulatuses. Pealegi läheneb interfaasiliste kromosoomidega in situ hübridisatsiooni käigus, kus geneetiline materjal on vähem kompaktses vormis, kromosoomikaartide eraldusvõime 100 kbp.
Ka kromosoomikaartide täpsust parandatakse tänapäevaste geneetiliste meetodite abil. Näiteks PCR-i võime võimendada ühe seemneraku DNA-segmente võimaldab uurida suurt hulka meioosi, nagu see oleks konserveerunud üksikute seemnerakkude proovides. Selle tulemusena saab tooremate meetoditega kontrollida kromosoomikaartidel lokaliseeritud geneetiliste markerite suhtelist asendit.
CDNA kaardid... CDNA kaardid kajastavad ekspresseeritud DNA piirkondade (eksonite) positsiooni teadaolevate tsütogeneetiliste markerite (ribade) suhtes metafaasil kromosoomides. Kuna sellised kaardid annavad aimu genoomi transkribeeritud piirkondade, sealhulgas tundmatute funktsioonidega geenide lokaliseerimisest, saab neid kasutada uute geenide otsimiseks. See lähenemisviis on eriti kasulik selliste geenide otsimisel, mille kahjustused põhjustavad inimeste haigusi, kui selliste kromosoomipiirkondade ligikaudne lokaliseerimine on juba varem geneetilise sidumise kaartidel perekonna geneetilise analüüsi tulemusena läbi viidud.
Kõrge eraldusvõimega füüsilised kaardid
Kaks strateegiat füüsiliste DNA kaartide koostamiseks
a - "ülalt alla" strateegia: kogu kromosoomi DNA lõhustatakse suure lõhustusega restriktsiooniensüümidega, konstrueeritakse iga üksiku DNA fragmendi jaoks restriktsioonikaart; b - "alt üles" strateegia, ühendatakse üksikud YAC kloonid pärast identifitseerimist kontigideks
Inimese kõrge eraldusvõimega genoomikaartide koostamise katsetes on eksperimentaalselt rakendatud kahte alternatiivset lähenemist, mida nimetatakse ülalt alla kaardistamiseks ja alt üles kaardistamiseks. Ülalt alla kaardistamisel on esialgne analüüs inimese üksiku kromosoomi DNA-preparaat. DNA lõigatakse suurte lõhustavate restriktsiooniensüümidega (nt NotI) pikkadeks fragmentideks, mis pärast elektroforeesiga pulseerivas elektriväljas eraldamist läbivad täiendava restriktsioonianalüüsi teiste restriktsiooniensüümidega. Selle tulemusena saadakse makropiirangute kaart, millel on kõik uuritud kromosoomi või selle osa järjestused piisavalt esindatud, kuid selle eraldusvõime on madal. Sellisel kaardil on üksikute geenide lokaliseerimine väga keeruline. Lisaks hõlmab iga üksik kaart harva laiendatud DNA segmente (reeglina mitte rohkem kui 1–10 mp).
Inimgenoomi kaardistamisel alt üles üles genoomi või üksiku kromosoomi kogu DNA valmistamise põhjal saadakse pikendatud DNA järjestuste (10–1000 kb) juhuslikud kloonid, millest mõned kattuvad üksteisega. Sel juhul kasutatakse kloonimise vektorina sageli bakterite kunstlikke minikromosoome (BAC) või pärmi (YAC), mida on üksikasjalikult kirjeldatud punktis 7.2.4. Osaliselt kattuvate ja komplementaarsete kloonide rida moodustab külgneva DNA nukleotiidjärjestuse, mida nimetatakse contigiks. Saadud kontigide õigsust kinnitab in situ hübridisatsioon (FISH) koos nende samaaegse seondumisega uuritud kromosoomide teatud piirkondadega. Contig-põhised kaardid pakuvad täielikku teavet üksikute kromosoomisegmentide struktuuri kohta ja võimaldavad lokaliseerida üksikuid geene. Selliseid kaarte on aga keeruline kasutada tervete kromosoomide või nende pikendatud sektsioonide rekonstrueerimiseks, kuna olemasolevates geenide klooniraamatukogudes puuduvad vastavad kloonid.
Peamine probleem, mis tuleb lahendada mõlema lähenemisviisi kasutamisel kõrge eraldusvõimega füüsikaliste kaartide koostamiseks, on erinevate DNA fragmentide ühendamine külgnevateks nukleotiidjärjestusteks. Kõige sagedamini kasutatakse selleks spetsiaalseid kloonitud DNA fragmente, mida nimetatakse ühendavateks kloonideks. Seonduvatest kloonidest pärinevad DNA fragmendid sisaldavad oma sisemistes osades suure lõhustusega restriktsiooni endonukleaaside nukleotiidjärjestusi ja esindavad seetõttu füüsilise kaardistamise esimestes etappides kasutatud DNA fragmentide ühendusi. Lõuna-hübridisatsiooni abil, mille käigus sondidena kasutatakse seonduvate kloonide DNA fragmente, määratakse füüsikaliste kaartide DNA fragmendid, mis sisaldavad nukleotiidjärjestusi suurte lõhustavate restriktsiooni endonukleaaside restriktsioonisaitide läheduses. Kui leitakse kaks sellist fragmenti, kattub vastav ühendav kloon mõlemad fragmendid ja on nende osa. Seonduvad kloonid valitakse omakorda sondide abil geeniraamatukogude hulgast, mis on suurte lõhustavate restriktsiooniensüümide restriktsioonisaitide nukleotiidjärjestused.
LOETELU KASUTATUD ALLIKAD
1) Clark M.S. Võrdlev genoomika: inimese genoomiprojekti mõistmise võti // BioEssays. 1999. kd 21. lk 21-30.
2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. Uued tehnikad inimese genoomi füüsiliseks kaardistamiseks // FASEB J. 1991. Kd. 5. Lk 28–34.
3) Georgiev G.P. Kõrgemate organismide geenid ja nende avaldumine. Moskva: Nauka, 1989.254 lk.
4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html
Varsti pärast Mendeli seaduste taasavastamist esitas saksa tsütoloog Theodor Boveri (1902) tõendeid kromosoomide osalemise kohta päriliku edasikandumise protsessides, näidates, et merisiili normaalne areng on võimalik ainult siis, kui kõik kromosoomid on olemas. Samal ajal (1903) juhtis Ameerika tsütoloog William Setton tähelepanu kromosoomide käitumise paralleelsusele meioosis ja hüpoteetilistele pärilikkuse teguritele, mille olemasolu oli juba ennustanud Mendel ise.
William Setton pakkus, et ühest kromosoomist võib leida mitu geeni. Sellisel juhul peaks olema seotud tunnuste pärimine, s.t. mitut erinevat tunnust saab pärida nii, nagu kontrolliks neid üks geen. 1906. aastal avastasid W. Batson ja R. Pennett magusates hernestes seotud pärandi. Nad uurisid ühist pärilikkust: õievärvid (lillad või punased) ja õietolmu teraviljad (piklikud või ümarad). Diheterosügootide ületamisel täheldati nende järglastel oodatud 9: 3: 3: 1 asemel 11,1: 0,9: 0,9: 3,1 jagunemist. Tundus, et õietolmu värvi- ja kujufaktorid kippusid rekombinatsioonide ajal koos püsima. Autorid nimetasid seda nähtust "tegurite vastastikuseks ligitõmbamiseks", kuid neil ei õnnestunud selle olemust välja selgitada.
Kromosoomide kui teabekandjate edasine uurimine toimus 20. sajandi esimestel aastakümnetel Thomas Hunt Morgani (USA) ja tema kaastöötajate laboris (A. Sturtevant, C. Bridges, G. Möller). Morgan kasutas oma peamise uurimisobjektina puuviljakärbest Drosophila melanogaster, mis osutus väga mugavaks mudeliobjektiks:
- Esiteks on seda kärbset laboritingimustes hõlpsasti kasvatatav.
- Teiseks, seda iseloomustab väike arv kromosoome (2 n \u003d 8).
- Kolmandaks, Drosophila vastsete süljenäärmetes on hiiglaslikud (polüteeni) kromosoomid, mida on mugav otseseks vaatlemiseks.
- Ja lõpuks eristab Drosophilat morfoloogiliste tähemärkide suur varieeruvus.
Viljakärbse Drosophila Morgani ja tema õpilastega tehtud katsete põhjal töötati välja pärilikkuse kromosoomiteooria.
Pärilikkuse kromosoomiteooria peamised sätted:
1. Geen Kas elementaarne pärilik tegur (mõiste "elementaarne" tähendab "jagamatu kvaliteedi kadumiseta"). Geen on kromosoomi osa, mis vastutab konkreetse tunnuse väljakujunemise eest. Teisisõnu, geenid asuvad kromosoomides.
2. Üks kromosoom võib sisaldada tuhandeid geene, mis on paigutatud lineaarselt (nagu helmed nööril). Need geenid moodustavad sidumisrühmad. Sidumisrühmade arv on võrdne kromosoomide arvuga haploidses kogumis. Ühe kromosoomi alleelide kogu nimetatakse haplotüübiks. Haplotüüpide näited: ABCD (ainult domineerivad alleelid), abcd (ainult retsessiivsed alleelid), AbCd (domineerivate ja retsessiivsete alleelide erinevad kombinatsioonid).
3. Kui geenid on omavahel seotud, siis on omaduste seotud pärilikkuse mõju, s.t. mitmed tunnused on päritud nii, nagu kontrolliks neid üks geen. Seotud pärimise korral säilivad tunnuste algsed kombinatsioonid järjest põlvkondade kaupa.
4. Geenide seos pole absoluutne: enamikul juhtudel vahetavad homoloogsed kromosoomid alleele esimese meiootilise jagunemise propaasis ristumise (ületamise) tagajärjel. Ületamise tulemusena moodustuvad ristuvad kromosoomid (ilmuvad uued haplotüübid, s.o uued alleelide kombinatsioonid.). Kui ristuvad kromosoomid osalevad järgmistes põlvkondades, peaksid ristuvad isikud ilmnema uued tunnuste kombinatsioonid.
5. Uute tunnuste kombinatsioonide tõenäosus ületamise tõttu on otseselt proportsionaalne geenide füüsilise kaugusega. See võimaldab teil määrata geenide suhtelise kauguse ja koostada erinevat tüüpi organismide geneetilisi (ristuvaid) kaarte.
ÜLETAMINE
Crossover (inglise keelest cross-over - cross) on homoloogsete kromosoomide (kromatiidide) homoloogsete piirkondade vahetamise protsess.
Ületamine toimub tavaliselt I meioosis.
Ületamisel toimub kromosoomide vahel geneetilise materjali (alleelide) vahetus ja seejärel toimub rekombinatsioon - uute alleelikombinatsioonide ilmumine, näiteks AB + ab → Ab + aB.
Ümbermurdmise mehhanism
Janssensi - Darlingtoni teooria kohaselt ületamine toimub meioosi profaasis. Homoloogsed kromosoomid AB ja ab kromatiididega moodustavad bivalendid. Ühes kromosoomis esimeses kromosoomis toimub murdumine A - B piirkonnas, seejärel teise kromosoomi külgnevas kromatiidis toimub murdumine a - b piirkonnas. Rakk püüab kahjustusi parandada rekombinatsioon-ensüümide abil ja kinnitada kromatiidide fragmente. Kuid sel juhul on võimalik kinnituda risti (ületades) ja moodustuvad rekombinantsed kromatiidid Ab ja aB. Meioosi esimese jaotuse anafaasis esineb dikromatiidide kromosoomide ja teises jaotuses kromatiidide (ühekromatiidsete kromosoomide) lahknemine. Kromatiidid, mis ei osalenud üleületamisel, säilitavad alleelide algsed kombinatsioonid. Selliseid kromatiide (ühekromatiidseid kromosoome) nimetatakse mitte-ristuvateks; nende osalusel arenevad mitte-ristuvad sugurakud, sügootid ja üksikisikud. Rekombinantsed kromatiidid, mis tekivad ristamisel, kannavad uusi alleelide kombinatsioone. Selliseid kromatiide (ühekromatiidseid kromosoome) nimetatakse ristuvaks, nende osalusel tekivad ristuvad sugurakud, sügootid ja isendid. Seega toimub ületamise tagajärjel rekombinatsioon - pärilike kalduvuste uute kombinatsioonide ilmnemine kromosoomides.
Teiste teooriate kohaselt on ristumine seotud DNA replikatsiooniga: kas meioosi pachüteenis või interfaasides. Eelkõige on replikatsioonihargis võimalik muuta maatriksit.
Geneetilised (ristuvad) kaardid
Alfred Sturtevant (Morgani kaastöötaja) soovitas, et samas kromosoomis paiknevate geenide vahelise ristumise sagedus võib olla geenidevahelise kauguse mõõtmiseks. Teisisõnu, ristumise sagedus, väljendatuna ristuvate isendite arvu ja üksikisikute koguarvu suhtena, on otseselt proportsionaalne geenide vahelise kaugusega. Seejärel saab ristumissagedust kasutada geenide suhtelise asukoha ja geenidevahelise kauguse määramiseks. Geenide vaheline ühik on 1% ületamine; Morgani auks nimetatakse seda üksust morganida (M).
Geneetilise kaardistamise põhjal geneetilised kaardid - skeemid, mis kajastavad geenide positsiooni kromosoomides teiste geenide suhtes. Geneetilistel kaartidel vastab ekstreemne geen (st tsentromeerist kõige kaugem) null (alg) punktile. Geeni kaugus nullpunktist on näidatud morganiidides.
Erinevate organismide geneetiliste kaartide koostamisel on suur tähtsus tervishoius, aretuses ja ökoloogias. Inimese omaduste (ja eriti geneetiliste haiguste) uurimisel on oluline teada, milline geen määrab kõnealuse tunnuse. Need teadmised võimaldavad ennustada meditsiinilises ja geneetilises nõustamises, geneetiliste haiguste ravimeetodite väljatöötamisel, sh. ja genoomi korrigeerimiseks. Kultuurtaimede ja koduloomade geneetiliste kaartide tundmine võimaldab planeerida aretusprotsessi, mis aitab lühikese aja jooksul saada usaldusväärseid tulemusi. Metsikute taimede ja metsloomade geneetiliste kaartide koostamine on oluline ka ökoloogia seisukohalt. Eelkõige saab teadlane võimaluse uurida mitte ainult organismide fenotüüpseid tunnuseid, vaid ka spetsiifilisi, geneetiliselt määratud tunnuseid.
Kahekordne ja mitmekordne ületamine
Morgan pakkus välja, et kahe geeni ületamine võib toimuda mitte ainult ühes, vaid ka kahes või isegi rohkemas punktis. Lõppkokkuvõttes ei vii kahe geeni vaheline ristuvate arvude ristumine nende ülekandumist ühest homoloogsest kromosoomist teise; seetõttu väheneb katses määratud ristumiste arv ja järelikult ka nende geenide vaheline kaugus. See viitab tavaliselt geenidele, mis asuvad üksteisest üsna kaugel. Kahekordse risti tõenäosus on loomulikult alati väiksem kui ühe risti tõenäosus. Põhimõtteliselt võrdub see rekombinatsiooni kahe üksiku toimingu tõenäosuse korrutisega. Näiteks kui üks rist toimub sagedusega 0,2, siis topeltrist - sagedusega 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. Hiljem koos kahekordse ületamisega avastati ka mitmekordse ületamise nähtus: homoloogsed kromatiidid võivad piirkondi vahetada kolmes, neljas või enamas punktis.
Sekkumine - see on ületamise mahasurumine aladel, mis vahetult asetsevad vahetuskohaga.
Mõelgem näiteks Morgani varases teoses kirjeldatud näitele. Ta uuris D. melanogasteri X-kromosoomil lokaliseeritud geenide w (valged-valged silmad), y (kollane-kollane keha) ja m (miniatuursed - väikesed tiivad) ristumise sagedust. W ja y geeni vaheline kaugus ületamise protsendina oli 1,3 ning y ja m geeni vahel 32,6. Kui juhuslikult täheldatakse kahte ristumissündmust, peaks eeldatav kahekordne ristumine üle sageduse olema võrdne y ja w geeni ning w ja m geeni sageduste ristumise korrutisega. Teisisõnu, topeltülekande määr on 0,43%. Tegelikult leiti katses 2205 kärbse kohta ainult üks topelt ületamine, st 0,045%. Morgani õpilane G. Möller tegi ettepaneku määrata interferentsi intensiivsus kvantitatiivselt, jagades tegelikult täheldatud kahekordse ristumise sageduse üle teoreetiliselt eeldatava (interferentsi puudumisel) sagedusega. Ta nimetas seda näitajat kokkusattumuse, st kokkusattumise koefitsiendiks. Möller näitas, et Drosophila X-kromosoomis on interferents eriti suur lühikestel vahemaadel; geenidevahelise intervalli suurenemisega selle intensiivsus väheneb ning umbes 40 ja rohkemgi morganiidi kaugusel jõuab koos esinemissageduse koefitsient 1-ni (selle maksimaalne väärtus).
Tsütoloogilised tõendid ületamise kohta
Otsesed tsütoloogilised tõendid kromosoomide osade vahetamise kohta ristamisel saadi 1930. aastate alguses Drosophilas ja maisis.
Vaatleme Sterni katset melanogasteril. Tavaliselt on morfoloogiliselt eristamatu kaks homoloogset kromosoomi. Stern uuris X kromosoome, millel olid morfoloogilised erinevused ja mis seetõttu ei olnud täielikult homoloogsed. Nende kromosoomide vaheline homoloogia säilis siiski suurema osa nende pikkusest, mis võimaldas neil normaalselt paarituda ja meioosis eralduda (see tähendab tavaliselt tütrerakkude vahel jaotuda). Naise üks X-kromosoomidest sai translokatsiooni, s.o Y-kromosoomi fragmendi liikumise tagajärjel L-kujulise vormi. Teine X-kromosoom oli tavalisest lühem, kuna osa sellest kanti IV kromosoomi. Saadud naised olid heterosügootsed näidatud kahe, morfoloogiliselt erineva X-kromosoomi suhtes, samuti heterosügootsed kahe X-kromosoomis lokaliseeritud geeni jaoks: Bar (B) ja nelk (cr). Geen Baar On pool domineeriv geen, mis mõjutab tahkude arvu ja seetõttu ka silma kuju (B-alleeliga mutantidel on triibulised silmad). Cr geen kontrollib silmade värvust (cr + alleel määrab silmade normaalse värvuse ja cr alleel määrab punaste nelkide silmade värvi). L-kujuline X-kromosoom kandis metsiktüüpi B + ja cr + alleele ning kärbitud kromosoom kandis B- ja cr-mutantseid alleele. Näidatud genotüübiga naised ristati morfoloogiliselt normaalse X-kromosoomiga isastega cr ja B + alleelidega. Emasloomade järglaskond sisaldas kahte risti-põiki kromosoomidega kärbse klassi (crB / crB + ja cr + B + / crB +) ja kahte kärbse klassi, mille fenotüüp vastas ristikutele (crB + / crB + ja cr + B / crB +). Tsütoloogiline uuring näitas, et ristuvad isikud vahetasid X-kromosoomide sektsioone ja vastavalt muutus ka nende kuju. Kõigil neljal naissoost klassil oli üks isalt saadud normaalne, st vardakujuline kromosoom. Nende karüotüübi X kromosoomides sisalduvad ristuvad emased, mis transformeerusid ristumise tagajärjel - pikkade vardakujuliste või kahekäeliste, lühikeste õlgadega. Need katsed, samuti samaaegselt maisiga saadud sarnased tulemused, kinnitasid Morgani ja tema kaastöötajate hüpoteesi, et ületamine on homoloogsete kromosoomide piirkondade vahetus ja geenid on tõesti kromosoomides lokaliseeritud.
Somaatiline (mitootiline) ületamine.
Somaatilistes rakkudes toimuvad vahetused mõnikord homoloogsete kromosoomide kromatiidide vahel, mille tulemusel täheldatakse kombinatiivset varieeruvust, mis sarnaneb sellega, mida meioos regulaarselt tekitab. Sageli, eriti Drosophilas ja madalamates eukarüootides, sünapiseeruvad mitoosis homoloogsed kromosoomid. Inimeste ühe autosomaalse retsessiivse mutatsiooniga homosügootses seisundis, mis viib tõsise haiguseni, mida nimetatakse Blumi sündroomiks, kaasneb tsütoloogiline pilt, mis sarnaneb homoloogide sünapsi ja isegi chiasmata moodustumisega.
Tõendid mitootilise ületamise kohta saadi Drosophilal, analüüsides X-kromosoomis paiknevate geenide y (kollane - kollane keha) ja sn (üksikud - lauletud harjased) abil määratud omaduste varieeruvust. Genotüübiga y sn + / y + sn emane naine on geenide y ja sn suhtes heterosügootne ja seetõttu on mitootilise ristumise puudumisel tema fenotüüp normaalne. Kui aga ristumine toimus nelja kromatiidi staadiumis erinevate homoloogide kromatiidide vahel (kuid mitte õdekromatiidide vahel) ja vahetuskoht on sn geeni ja tsentromeeride vahel, siis moodustuvad y sn + / y + sn + ja y + sn / y + sn genotüüpidega rakud. Sellisel juhul on tavaliste harjastega kärbse hallil kehal kaks mosaiigilaiku, millest üks on tavaliste harjastega kollane ja teine \u200b\u200bkõrbenud harjastega hall. Selleks on vaja, et pärast ületamist liiguksid mõlemad kromosoomid (kummagi homoloogi endised kromatiidid) y + sn raku ühele poolusele ja kromosoomid y sn + teisele. Tütrerakkude järeltulijad, paljunevad pupakal ja viivad mosaiigilaikude ilmnemiseni. Seega moodustuvad mosaiigilaigud siis, kui kaks rakkude rühma (täpsemalt kaks klooni) paiknevad üksteise kõrval, erinevad fenotüüpiliselt üksteisest ja antud indiviidi teiste kudede rakkudest.
Ebavõrdne ületamine üle
Seda nähtust uuriti üksikasjalikult, kasutades D. melanogasteri X-kromosoomil lokaliseeritud Bar-geeni (B-triibulised silmad) näidet. Ebavõrdne ületamine on seotud saidi dubleerimisega ühes homoloogis ja selle kadumisega teises homoloogis. Leiti, et B-geen võib esineda tandemi kujul, see tähendab üksteise järel kordusi, mis koosnevad kahest või isegi kolmest koopiast. Tsütoloogiline analüüs kinnitas eeldust, et ebavõrdne ületamine võib põhjustada tandem dubleerimisi. B-geeni lokaliseerimisele vastavas piirkonnas täheldati polüteeni kromosoomipreparaatides geenidoosiga võrdeliste ketaste arvu kasvu. Eeldatakse, et evolutsioonis stimuleerib ebavõrdne ületamine erinevate järjestuste tandem dubleerimist ja nende kasutamist geneetilise toorainena uute geenide ja uute reguleerimissüsteemide moodustamiseks.
Ülemineku reguleerimine
Crossover On keeruline füsioloogiline ja biokeemiline protsess, mis on raku geneetilise kontrolli all ja mida mõjutavad keskkonnategurid. Seetõttu saame reaalses eksperimendis rääkida ületamise sagedusest, mis tähendab kõiki tingimusi, milles see määrati. Heteromorfsete X ja Y kromosoomide vahel praktiliselt puudub ristumine. Kui see juhtuks, siis hävitataks sugu määramise kromosoomimehhanism pidevalt. Nende kromosoomide vahelise ristumise blokeerimine on seotud mitte ainult nende suuruse erinevusega (seda ei täheldata alati), vaid ka Y-spetsiifiliste nukleotiidjärjestuste tõttu. Kromosoomide (või nende sektsioonide) sünapsi eelduseks on nukleotiidjärjestuste homoloogia.
Absoluutset enamust kõrgematest eukarüootidest iseloomustab ligikaudu sama ristumise sagedus nii homogameetilises kui ka heterogameetilises soos. Siiski on liike, kus ristumine pole heterogameetilise soo üksikisikutel, samas kui homogameetilise soo üksikisikutel kulgeb see tavapäraselt. Seda olukorda täheldatakse heterogameetilistel Drosophila isastel ja siidiusside emastel. On oluline, et nende liikide mitootilise ristumise sagedus meestel ja naistel oleks praktiliselt sama, mis näitab geneetilise rekombinatsiooni üksikute etappide kontrolli eri elemente idu- ja somaatilistes rakkudes. Heterokromaatilistes piirkondades, eriti peritsentromeerilistes piirkondades, väheneb ületamise sagedus ja seetõttu saab nende piirkondade geenide tegelikku kaugust muuta.
On leitud geene, mis toimivad crossover-blokaatoritena, kuid on ka geene, mis suurendavad selle sagedust. Mõnikord võivad nad isasel Drosophilal esile kutsuda märgatava arvu ristamisi. Kromosoomide ümberkorraldused, eriti inversioonid, võivad toimida ka ületamise blokeerijatena. Need häirivad kigioomide normaalset konjugeerimist sügoteenis.
Leiti, et ületamise sagedust mõjutavad keha vanus, samuti eksogeensed tegurid: temperatuur, kiirgus, soolade kontsentratsioon, keemilised mutageenid, ravimid, hormoonid. Enamiku nende mõjude korral suureneb ületamise sagedus.
Üldiselt on ristumine üks regulaarsetest geneetilistest protsessidest, mida kontrollivad paljud geenid, nii otse kui ka meiootiliste või mitootiliste rakkude füsioloogilise seisundi kaudu. Erinevat tüüpi rekombinatsioonide sagedus (meiootiline, mitootiline ristumine üle õe ja kromatiidide vahetamine) võib olla mutageenide, kantserogeenide, antibiootikumide jne toimemõõt.
Ületamise bioloogiline tähendus
Tänu seotud pärandile on alleelide edukad kombinatsioonid suhteliselt stabiilsed. Selle tulemusena moodustuvad geenirühmad, millest igaüks on nagu üks supergeen, mis kontrollib mitut tunnust. Samal ajal toimub ületamise ajal rekombinatsioonid - st. uued alleelide kombinatsioonid. Seega suurendab ületamine organismide kombinatiivset varieeruvust.
Seotud pärandi evolutsiooniline tähendus. Seostumise tagajärjel võib üks kromosoom sisaldada nii soodsaid alleele (näiteks A) kui ka neutraalseid või suhteliselt ebasoodsaid (näiteks N). Kui teatud haplotüüp (näiteks AN) suurendab soodsate A alleelide olemasolu tõttu oma kandjate võimekust, siis kogunevad populatsiooni nii soodsad alleelid kui ka nendega seotud neutraalne või suhteliselt ebasoodne N.
Näide. AN haplotüübil on soodsa alleeli A olemasolu tõttu eelis metsiktüüpi (++) haplotüübi suhtes ja seejärel koguneb populatsioonis N alleel, kui see on valikuliselt neutraalne või isegi suhteliselt ebasoodne (kuid selle negatiivse mõju sobivusele kompenseerib alleeli A positiivne mõju ).
Ületamise evolutsiooniline tähendus. Ületamise tagajärjel võivad ebasoodsad alleelid, mis on algselt seotud soodsatega, minna teise kromosoomi. Siis tekivad uued haplotüübid, mis ei sisalda ebasoodsaid alleele, ja need ebasoodsad alleelid elimineeritakse populatsioonist.
Näide. Al-haplotüüp osutub ebasoodsaks võrreldes "metsiktüüpi" (++) haplotüübiga letaalse alleeli l esinemise tõttu. Seetõttu ei saa alleel A (soodne, neutraalne nõrkus, mis vähendab mõnevõrra sobivust) fenotüübis avalduda, kuna see haplotüüp (Al) sisaldab letaalset alleeli l. Ületamise tagajärjel ilmnevad rekombinantsed haplotüübid A + ja + l. Haplotüüp + l elimineeritakse populatsioonist ja haplotüüp A + on fikseeritud (isegi kui alleel A vähendab mõnevõrra selle kandjate võimekust).
LISAD
Geneetilise kaardistamise põhimõtted
Alfred Sturtevant (Morgani kaastöötaja) soovitas, et samas kromosoomis paiknevate geenide vahelise ristumise sagedus võib olla geenidevahelise kauguse mõõtmiseks. Teisisõnu, ristamissagedus, mis on väljendatud ristuvate isendite arvu ja üksikisikute koguarvu suhtena, on otseselt proportsionaalne geenide vahelise kaugusega. Seejärel saab ristumissagedust kasutada geenide suhtelise asukoha ja geenidevahelise kauguse määramiseks.
Geneetiline kaardistamine on geeni asukoha määramine kahe (vähemalt) teise geeni suhtes. Teatud geenide vahelise ristumise protsendi püsivus võimaldab neid lokaliseerida. Geenide vaheline ühik on 1% ületamine; Morgani auks nimetatakse seda üksust morganida (M).
Kaardistamise esimeses etapis on vaja kindlaks teha geeni kuuluvus sidumisrühma. Mida rohkem on teatud liigil teada geene, seda täpsemad on kaardistamise tulemused. Kõik geenid on jagatud sidumisrühmadeks. Sidumisrühmade arv vastab haploidsele kromosoomikomplektile. Näiteks on D. melanogasteril 4 sidumisrühma, maisil 10, hiirtel 20 ja inimesel 23 sidumisrühma. Reeglina sõltub sidumisrühmades olevate geenide arv vastavate kromosoomide lineaarsetest mõõtmetest. Niisiis, puuviljakärbsel on üks (IV) punkti (valguse mikroskoobi all analüüsides) kromosoom. Vastavalt sellele on geenide arv selles kordades väiksem kui teistes, ületades selle pikkuse oluliselt. Samuti tuleb märkida, et kromosoomide heterokromaatilistes piirkondades geenid puuduvad või peaaegu puuduvad; seetõttu võivad konstitutiivse heterokromatiini laiendatud piirkonnad mõnevõrra muuta geenide arvu ja kromosoomi pikkuse proportsionaalsust.
Geneetilised kaardid koostatakse geneetilise kaardistamise põhjal. Geneetilistel kaartidel vastab ekstreemne geen (st tsentromeerist kõige kaugem) null (alg) punktile. Geeni kaugus nullpunktist on näidatud morganiidides.
Kui kromosoomid on piisavalt pikad, siis võib geeni eemaldamine nullpunktist ületada 50 M - siis tekib kaardil märgitud kauguste, mis ületavad 50%, ja ülal postuleeritud positsiooni vahel vastuolu, mille kohaselt peaks 50% katses saadud ristmikest tähendama tegelikult seose puudumist. st e. geenide lokaliseerimine erinevates kromosoomides. See vastuolu on seletatav asjaoluga, et geneetiliste kaartide koostamisel võetakse kokku kahe lähima geeni vaheline kaugus, mis ületab eksperimentaalselt täheldatud ületamise protsenti.
Tsütogeneetiline kaardistamine
See meetod põhineb kromosoomide ümberkorralduste kasutamisel. Hiiglaslike polüteenkromosoomide puhul võimaldab see otseselt võrrelda uuritud lookuste ja nende suhtelise asukoha geneetilise analüüsi tulemusi teatud kromosoomipiirkondade füüsikaliste suuruste andmetega. Kiiritus ja teiste mutageenide toime kromosoomides näitavad sageli ühe või mitme lookusega suuruselt võrreldavate väikeste fragmentide deletsioone (kustutusi) või sisestusi. Näiteks võite kromosoomide jaoks kasutada heterosügoote, millest üks kannab järjestikuste domineerivate alleelide rühma, samal ajal kui sellega homoloogne rühm sisaldab samade geenide retsessiivseid vorme. Kui domineerivate geenidega kromosoom kaotab pidevalt üksikud lookused, ilmnevad heterosügoodis retsessiivsed tunnused. Retsessiivsete tunnuste ilmnemise järjekord näitab järjestust, milles geenid asuvad.
AbC geenide järjekorras ilmnevad geeni C püüdva deletsiooni korral kärbitud kromosoomiga kärbsetel, kes on kaotanud geeniga C võrdse fragmendi, fenotüübis alleelid c, b ja A.
Üldiselt näitab geneetiliste (ületavate) ja tsütoloogiliste kaartide võrdlus nende vastavust: mida suurem on ristumise protsent geenipaari, seda suurem on nende omavaheline füüsiline kaugus. Nende kahe meetodiga määratud kauguste erinevust võivad mõjutada aga kaks tegurit. Esiteks on need piirkonnad, kus ületamine on keeruline või puudub (näiteks heterokromaatilistes piirkondades); teiseks on füüsiline kaugus suurem kui geneetiline, kui geenid on eraldatud "vaikiva" DNA tsooniga. Sildade arvutused näitasid, et D. ristumisüksus D. melanogasteri süljenäärmete polüteenikromosoomide kaardil vastab 4,2 μm polüteenikromosoomide pikkusele. See pikkus on vähemalt võrdne kahe kuni kolme keskmise geeniga.
Geenikaartide koostamise tunnused prokarüootides
Geneetiliste kaartide koostamiseks prokarüootides kasutatakse konjugatsiooni nähtust - geneetilise materjali ülekandmist ühest rakust teise spetsiaalsete ümmarguste DNA molekulide abil (eriti plasmiidid F-plasmiidi abil).
Teatud geeni vastuvõtjarakku kandumise tõenäosus sõltub selle eemaldamisest F-plasmiidi DNA-st või õigemini punktist O, kus algab F-plasmiidi DNA replikatsioon. Mida pikem on konjugatsiooniaeg, seda suurem on antud geeni ülekande tõenäosus. See võimaldab luua konjugatsiooniminutite jooksul bakterite geneetilise kaardi. Näiteks E. colis asub thr-geen (kolme treoniini biosünteesi kontrolliva geeni operon) nullpunktis (see tähendab otse F-plasmiidi DNA kõrval), lac-geen kantakse üle 8 minuti pärast, recE-geen - 30 minuti pärast, argR-geen - 70 minuti pärast jne.
Seda küsimust võetakse prokarüootide geneetika uurimisel üksikasjalikumalt arvesse.
Inimese kromosoomide kaardistamine
Geenide kaardistamine põhineb sidemete rühmitamisel. Mida rohkem on teada mutatsioone ja mida vähem on kromosoome, seda lihtsam on kaardistada. Selles suhtes on inimene (lisaks sellele, et tal ei saa klassikalist hübridoloogilist analüüsi teha) objektina kaardistamiseks kahekordselt ebasoodne: tal on suhteliselt vähe teadaolevaid geene (vähemalt nii oli see 70ndate lõpuni) ja haploidne kromosoomide arv on üsna suur - 22 (välja arvatud sugu). See tähendab, et kahe äsja avastatud geeni seondumise tõenäosus on 1/22. Neil põhjustel annab sugupuude analüüs, mis mingil määral asendab hübridoloogilist analüüsi, seose olemuse kohta üsna piiratud teavet.
Somaatiliste rakugeneetika meetodid osutusid lootustandvamaks inimese geenide kaardistamisel. Neist ühe olemus on järgmine. Mobiiltehnoloogia võimaldab kombineerida erinevat tüüpi rakke. Erinevatesse bioloogilistesse liikidesse kuuluvate rakkude sulandumist nimetatakse somaatiliseks hübridisatsiooniks. Somaatilise hübridiseerimise olemus on sünteetiliste kultuuride saamine erinevat tüüpi organismide protoplastide liitmise teel. Rakkude sulandamiseks kasutatakse erinevaid füüsikalis-keemilisi ja bioloogilisi meetodeid. Pärast protoplastide sulandumist moodustuvad mitmetuumalised heterokarüootsed rakud. Järgnevalt moodustuvad tuumade liitumisel sünkarüootsed rakud, mis sisaldavad tuumades erinevate organismide kromosoomikomplekte. Kui sellised rakud in vitro jagunevad, moodustuvad hübriidsed rakukultuurid. Praegu saadud ja kultiveeritud rakuhübriidid "inimene × hiir", "inimene × rott" ja paljud teised.
Erinevate liikide erinevatest tüvedest saadud hübriidrakkudes paljuneb üks vanemate kromosoomikomplektidest reeglina kiiremini kui teine. Seetõttu kaotab viimane järk-järgult kromosoomid. Need protsessid toimuvad intensiivselt näiteks hiirte ja inimeste vahelistes rakuhübriidides - liikides, mis erinevad paljude biokeemiliste markerite poolest. Kui samal ajal järgida mõnda biokeemilist markerit, näiteks ensüümi tümidiinkinaasi, ja samal ajal läbi viia tsütogeneetiline kontroll, tuvastades kromosoomid kloonides, mis on moodustunud pärast nende osalist kadumist, siis lõpuks võib kromosoomi kadumist seostada samaaegselt biokeemilise tunnusega. See tähendab, et seda tunnust kodeeriv geen on selles kromosoomis lokaliseeritud. Niisiis, inimese tümidiini kinaasi geen asub 17. kromosoomis.
Mõningat teavet geenide lokaliseerimise kohta võib saada kromosoomide arvuliste ja struktuurimutatsioonide, morfoloogiliste variatsioonidega kromosoomiperekondade esinemise ja pärilike omaduste arvessevõtmise kaudu. Samal eesmärgil kasutatakse ka kustutamisest tulenevaid osalisi monosoomiaid. Kuid nendel juhtudel tuleb meeles pidada, et mõnikord jääb uuritav geen tsentraalsesse fragmenti, kuid selle avaldumine võib positsiooniefekti või mõne muu regulatiivse mehhanismi (replikatsiooni järjekorra muutumine, promootoripiirkonna irdumine jne) tagajärjel järsult nõrgeneda. ... 60-ndate lõpus töötati välja kohapealne hübridisatsioonimeetod, mis põhineb geeni ja selle koopia (mRNA, samuti pöördtranskriptsiooniga saadud komplementaarne DNA) komplementaarsete interaktsioonide spetsiifilisusel. Selle meetodi eraldusvõime on polüteenikromosoomidel palju suurem kui inimese mitootilistel kromosoomidel, kuid seda täiustatakse pidevalt.
Geenide kaardistamine geenide kaardistamine, kaardistamine - geenide kaardistamine.
Antud geeni positsiooni määramine kromosoomis teiste geenide suhtes; kasutage kolme peamist meetodite rühma Nt - füüsikaline (määramine restriktsioonikaartide, elektronmikroskoopia ja intergeense vahemaa elektroforeesi mõningate variantidega - nukleotiidides), geneetiline (geenide vaheliste rekombinatsioonide sageduste määramine, eriti perekonnaanalüüsis jne) ja tsütogeneetiline (hübridisatsioon in situ<hübriidimine in situ\u003e, saades monosomaalsete rakkude hübriide<monokromosomaalsete rakkude hübriid\u003e, kustutusmeetod<kustutamise kaardistamine\u003e jne); inimese geneetikas on selle geeni lokaliseerimise 4 usaldusväärsuse astet aktsepteeritud - kinnitatud (loodud kahes või enamas sõltumatus laboris või kahe või enama sõltumatu katseobjekti materjalil), esialgne (1 labor või 1 analüüsitud perekond), vastuoluline (lahknevus erinevate teadlaste andmete vahel), kaheldav (ühe laboratooriumi lõplikud andmed); 5. lisas on esitatud kokkuvõte (aastatel 1992–1993) struktuurigeenidest, onkogeenidest ja pseudogeenidest inimese genoomides ja - ka mõningaid mutatsioone - hiirtel.
(Allikas: "Inglise-vene seletussõnastik geneetilistest terminitest." Arefiev VA, Lisovenko LA, Moskva: Kirjastus VNIRO, 1995)
Vaadake, mis on "geenide kaardistamine" teistes sõnastikes:
geenide kaardistamine - antud geeni asukoha määramine kromosoomis teiste geenide suhtes; kasutage kolme peamist meetodite rühma K.g. füüsikaline (määramine restriktsioonikaartide, elektronmikroskoopia ja mõningate elektroforeesi variantidega ...
Geenide kaardistamine - antud geeni asukoha määramine kromosoomis teiste geenide suhtes. Geneetiline kaardistamine hõlmab kauguste määramist geenide vaheliste rekombinatsioonide sageduse järgi. Füüsiline kaardistamine kasutab mõnda tehnikat ... ... Psühhogeneetika sõnaraamat
[geenide] kaardistamine backcrossingu abil - geneetiline kaardistamismeetod, mis põhineb sarnaste vormidega tagurpidi hübriidide saamisel ja restriktsioonifragmentide pikkuses polümorfsete alleelivariantide lõhustamise analüüsil; see meetod on kõige levinum geenide kaardistamisel ... Tehnilise tõlkija juhend
Backcross kaardistamine kaardistamine [geenid] kasutades backcrossing. Geneetiline kaardistamismeetod, mis põhineb sarnaste vormidega tagurpidi hübriidide saamisel ja restriktsioonipikkuses polümorfsete alleelivariantide lõhustumise analüüsil ...
Imetajate võrdlevate geenide kaardistamine - * imetajate paranovan geenid * imetajate geenide võrdlev kaardistamine inimeste ja teiste imetajate liikide geneetiliste kaartide informatiivne võrdlus). Nad peavad olema nii hästi uuritud kui ka üksteisest kaugel ...
Kaardistamine - * cartovanne * kaardistamine geenide või mõne konkreetse saidi (vt) paiknemise tuvastamiseks piki DNA ahelat (. Kaart) ... Geneetika. entsüklopeediline sõnastik
Kaardistamine kiiritatud hübriididega [rakud] - * dapamogai aparamenennyh [raku] kartograafia * kiirgas geenikaardistamismeetodi hübriidkaardistamist somaatiliste rakkude hübridisatsiooni abil. Hübriidklooni "näriline H inimene" rakud, mis sisaldavad ainult 1. kromosoomi ... Geneetika. entsüklopeediline sõnastik
Kiirgushübriidide kaardistamine kiiritatud hübriidide [rakkude] abil. Geenikaardistamismeetodi modifitseerimine hübriidklooni “näriline ˟ inimene” somaatiliste rakkude hübridiseerimisrakkude abil, mis sisaldavad ainult ühte kromosoomi ... Molekulaarbioloogia ja geneetika. Seletav sõnastik.
Geenide järjekorra ja nende vahelise suhtelise kauguse määramine sidumisrühmas ... Suur meditsiiniline sõnaraamat
Inimgenoomi kaardistamine
Meil pole vaja jumalaid asjata häirida -
Sõja kohta võib arvata ohvrite sisemust,
Orjad vait ja kive ehitama!
Osip Mandelstam, "Loodus on sama Rooma ..."
Geneetika on noor teadus. Liikide areng avastati tõesti alles 19. sajandi 50ndate lõpus. 1866. aastal avaldas Austria munk Gregor Mendel herneste tolmeldamise katsete tulemused. Kuni sajandi lõpuni ei pööranud keegi selle avastamisele tähelepanu. Ja näiteks Galton ei saanud neist kunagi teada. Isegi viljastumise mehhanism - isaste ja emaste sugurakkude tuumade sulandumine - avastati alles 1875. aastal. Aastal 1888 leiti rakkude tuumadest vähe kromosoomideks nimetatud kehasid ja 1909. aastal nimetati geenideks Mendeli pärilikkustegureid. Esimene kunstlik viljastamine (küülikul ja seejärel ahvidel) viidi läbi 1934. aastal; ja lõpuks, 1953. aastal, tehti põhimõtteline avastus - loodi DNA kahekordne spiraalne struktuur. Nagu näete, juhtus see kõik üsna hiljuti, nii et varane eugeenika oli üldiselt oma käsitöö tehnikast väga vähe teadlik.
Inimese genoomi kaardistamine on alles varajases staadiumis. See, mida me teame, on väike osa sellest, mida me ei tea. Seal on kolm miljardit nukleotiidjärjestust, mis moodustavad kahekümne kuue kuni kolmekümne kaheksa tuhande geeni, mis kodeerivad otseselt valke. Kuid kuidas geenid ja nende toodetud valgud vastastikmõjus on, on endiselt halvasti teada.
Geenide roll inimühiskonnas on aga kiiresti tunnustatud. 1998. aastal meenutas Diana Paul (Massachusettsi ülikool) seda, mida ta neliteist aastat tagasi kutsus
"Bioloogiliselt deterministlik" vaade, mille kohaselt geenid mõjutavad intelligentsuse ja temperamendi erinevusi - kasutades neid termineid, nagu oleks nende tähendus täpsustatud. Tänapäeval oleks nende kasutamine vastuoluline, kuna need sildid näivad seda seisukohta kahtluse alla seadvat, kuigi nii teadlased kui ka avalikkus on seda laialdaselt aktsepteerinud ".
Olgu kuidas on, aga meie teadmisi täiendatakse sõna otseses mõttes iga päev ja juba lähitulevikus saame väga täpselt analüüsida geneetiline koormus,mida me kehtestame tulevastele põlvedele.
Raamatust Uusim faktide raamat. 1. köide [Astronoomia ja astrofüüsika. Geograafia ja muud maateadused. Bioloogia ja meditsiin] autor Raamatust „Inimgenoom: nelja tähega kirjutatud entsüklopeedia“ autor Raamatust „Inimgenoom” [nelja tähega kirjutatud entsüklopeedia] autor Tarantul Viacheslav Zalmanovich Raamatust Uusim faktide raamat. Köide 1. Astronoomia ja astrofüüsika. Geograafia ja muud maateadused. Bioloogia ja meditsiin autor Kondrašov Anatoli Pavlovitš Raamatust Dekrüpteeritud elu [Minu genoom, mu elu] autor Venter Craig Raamatust Bioloogiline keemia autor Lelevitš Vladimir Valerianovitš Autori raamatust Autori raamatustI. OSA INIMGENoomi struktuur Mis on genoom? Küsimused on igavesed, vastused sõltuvad ajast. E. Chargaff Dialoogis eluga pole oluline mitte tema küsimus, vaid meie vastus. MI Tsvetajeva määratleme kohe alguses, mida me siin sõna "geen" all mõistame. Termin ise
Autori raamatustDNA üldanalüüs - uus teave inimese genoomi struktuuri kohta Inimgenoomi struktuuri otsese uurimise esimeses etapis, kui geenitehnoloogia metoodikat veel polnud, kasutati DNA uurimiseks traditsioonilisi füüsikalis-keemilisi meetodeid. IN
Autori raamatust Autori raamatustII OSA INIMGENOOMI FUNKTSIOON KUNINGANNA SURMAS - HAILUTA KUNINGANNAT! See, mida me teame, on piiratud ja see, mida me ei tea, on lõpmatu. P. Laplace Science on alati vale. Ta ei lahenda kunagi küsimust ilma tosinat uut tõstatamata. B. Shaw Niisiis,
Autori raamatustKuidas on arvuti kasulik inimese genoomi uurimiseks? Ilma arvuti bioinformaatika tehnoloogiateta (genoinformaatika või laiemas mõttes bioinformaatika) oleks vaevalt genoomiuuringute arendamine üldse võimalik. Seda on isegi raske ette kujutada, kuidas
Autori raamatustIII OSA INIMGENoomI PÄRITOLU JA ARENG
Autori raamatustKui erinev on inimese genoom šimpansi genoomist? Genoom on kogum geenidest, mis sisalduvad antud organismi haploidses (üksikus) kromosoomikomplektis. Genoom ei ole indiviidi, vaid organismiliigi omadus. Veebruaris 2001 ameerika keeles
Autori raamatust11. peatükk Inimgenoomi dešifreerimine Mida ütlete, kui ronite viimse jõuga mäe otsa, mida keegi pole kunagi külastanud, näete ühtäkki inimest, kes ronib paralleelselt teelt üles? Teaduses on koostöö alati palju viljakam,
