Genetsko mapiranje. Strategija genetskog mapiranja i njegova uloga u identifikaciji novih gena nasljednih bolesti Primjeri genetskog mapiranja gena ljudskih bolesti

Alfred Sturtevant (Morganov suradnik) sugerirao je da učestalost križanja između gena smještenih na istom kromosomu može poslužiti kao mjera udaljenosti između gena. Drugim riječima, učestalost križanja, izražena kao omjer broja križanih jedinki i ukupnog broja jedinki, izravno je proporcionalna udaljenosti između gena. Tada se preko frekvencije prijelaza može odrediti relativni položaj gena i udaljenost između gena.

Genetsko mapiranje je određivanje položaja gena u odnosu na (barem) dva druga gena. Konstantnost postotka križanja između određenih gena omogućuje im lokalizaciju. Jedinica udaljenosti između gena je 1% prijelaza; u čast Morgana, zove se ova jedinica morganida (M) ili santimorganide (CM).

U prvoj fazi mapiranja potrebno je utvrditi pripadnost gena veznoj skupini. Što je više gena poznato u određenoj vrsti, to su rezultati mapiranja točniji. Svi su geni podijeljeni u skupine veza.

Broj vezanih skupina odgovara haploidnom skupu kromosoma. Na primjer, u D. melanogaster 4 grupe kvačila, kukuruz - 10, miševi - 20, ljudi - 23 grupe spojke. Ako postoje spolni kromosomi, oni su dodatno naznačeni (na primjer, osoba ima 23 skupine veza plus Y kromosom).

Broj gena u veznim skupinama u pravilu ovisi o linearnim dimenzijama odgovarajućih kromosoma. Dakle, voćna muha ima jedan (IV) točka (kada se analizira pod svjetlosnim mikroskopom) kromosom. Sukladno tome, broj gena u njemu je višestruko manji nego u ostalim, što ga znatno premašuje po duljini. Također treba napomenuti da u heterokromatskim regijama kromosoma geni odsutni ili gotovo odsutni, stoga proširena područja konstitutivnog heterokromatina mogu donekle promijeniti proporcionalnost broja gena i duljinu kromosoma.

Na temelju genetskog mapiranja izrađuju se genetske karte. Na genetskim kartama krajnji gen (tj. Najudaljeniji od centromere) odgovara nultoj (početnoj) točki. Udaljenost gena od nulte točke naznačena je kod morganida.

Ako su kromosomi dovoljno dugi, tada uklanjanje gena s nulte točke može premašiti 50 M - tada postoji proturječnost između udaljenosti označenih na karti, koja prelaze 50%, i gore postavljenog položaja prema kojem bi 50% križanja u eksperimentu zapravo trebalo značiti odsutnost veze. tj. e. lokalizacija gena u različitim kromosomima. Ova proturječnost objašnjava se činjenicom da se pri sastavljanju genetičkih karata zbrajaju udaljenosti između dva najbliža gena, što premašuje eksperimentalno promatrani postotak križanja.

KAZAKSKO NACIONALNO SVEUČILIŠTE IMENOVANO PO AL-FARABIJU

Fakultet: biologije i biotehnologije

Odjel: biotehnologija

"ESEJ"

Na temu: GENETSKO SPOJENJE I KARTIRANJE LJUDSKIH GENA.

Dovršeno : 3-godišnji studenti (medicinski bt.)

Nuralibekov S.Sh.

Davronova M.A.

Provjereno : dr. Sc. , izvanredni profesor katedremolekularni

biologije i genetike Omirbekova N.Zh.

ALMATY 2018

Mape genetske povezanosti ……………………………………………………… ..3

Suvremene metode za izgradnju mapa genetske povezanosti …… .......... …… ...… .5

PCR u istraživanjima ljudskog genoma ……………………………… .... …………. …… 8

Fizičke karte niske razlučivosti ………………………………………… ..….… .9

Fizičke karte visoke razlučivosti …………… .. ……………………… .. ……… 11

Popis korištenih izvora ……………… ... …………… .. ………………… .13

Mapiranje i određivanje primarne strukture ljudskog genoma

Nakon kratkog razmatranja glavnih metoda koje se najčešće koriste u molekularnoj genetici za proučavanje strukture i mehanizama funkcioniranja gena, čini se prikladnim pažljivije proučiti ljudski genom kao primjer. praktična aplikacija ove metode i njihove modifikacije za proučavanje velikih genoma. Kako bi se sveobuhvatno proučavao ljudski genom, ovo kolosalno spremište njegovih genetskih informacija, nedavno je razvijen i provodi se poseban međunarodni program "Projekt ljudskog genoma". Glavna je zadaća programa izgradnja sveobuhvatnih genetskih karata visoke razlučivosti za svaki od 24 čovjekova kromosoma, koja bi, u konačnici, trebala završiti utvrđivanjem cjelovite primarne strukture DNA tih kromosoma. Trenutno je rad na projektu u punom jeku. U slučaju uspješnog završetka (a to bi se prema planovima trebalo dogoditi 2003. godine), čovječanstvo će imati perspektivu za temeljito proučavanje funkcionalnog značaja i mehanizama funkcioniranja svakog od svojih gena, kao i genetskih mehanizama koji upravljaju ljudskom biologijom, te utvrđivanje uzroka većine patoloških stanja svog tijela ...

Osnovni pristupi mapiranju ljudskog genoma

Rješenje glavne zadaće programa Ljudski genom uključuje tri glavne faze. U prvoj je fazi potrebno svaki pojedinačni kromosom na poseban način razdvojiti na manje dijelove, omogućavajući njihovu daljnju analizu poznatim metodama. Druga faza istraživanja uključuje određivanje relativnog položaja ovih pojedinačnih fragmenata DNA međusobno relativno i njihove lokalizacije u samim kromosomima. U završnoj fazi potrebno je stvarno odrediti primarnu strukturu DNA za svaki od karakteriziranih fragmenata kromosoma i izraditi cjeloviti kontinuirani slijed njihovih nukleotida. Rješenje problema neće biti potpuno ako u pronađenim nukleotidnim sekvencama nije moguće lokalizirati sve gene organizma i odrediti njihov funkcionalni značaj. Prolazak gore navedene tri faze potreban je ne samo za dobivanje sveobuhvatnih karakteristika ljudskog genoma, već i bilo kojeg drugog velikog genoma.

Mape genetske povezanosti

Mape genetske povezanosti jednodimenzionalni su obrasci međusobnog rasporeda genetskih biljega na pojedinačnim kromosomima. Pod genetskim biljezima podrazumijevaju se bilo koja naslijeđena fenotipska svojstva koja se razlikuju u pojedinih jedinki. Fenotipska svojstva koja udovoljavaju zahtjevima genetskih biljega vrlo su raznolika. Uključuju obilježja ponašanja ili predispoziciju određenim bolestima, te morfološke znakove cijelih organizama ili njihovih makromolekula koji se razlikuju u strukturi. Razvojem jednostavnih i učinkovitih metoda za proučavanje bioloških makromolekula, takva svojstva, poznata kao molekularni biljezi, postala su najčešće korištena u izradi karata genetske povezanosti. Prije nego što prijeđemo na razmatranje metoda za izgradnju takvih karata i njihovih implikacija na proučavanje genoma, potrebno je podsjetiti da se pojam "povezivanje" u genetici koristi za označavanje vjerojatnosti zajedničkog prijenosa dviju osobina s jednog roditelja na potomstvo.

Tijekom stvaranja zametnih stanica (spolnih stanica) u životinja i biljaka u mejotičkom stadiju, u pravilu se događa sinapsa (konjugacija) homoloških kromosoma. Sestrinske kromatide homoloških kromosoma povezane su cijelom dužinom međusobno, a kao rezultat križanja (genetska rekombinacija između kromatida) njihovi se dijelovi zamjenjuju. Što se dva genetska biljega dalje nalaze jedan na drugom na kromatidi, to je vjerojatnije da će se među njima dogoditi puknuće kromatide potrebno za prijelaz, a dva biljega u novom kromosomu koji pripadaju novoj spolnoj stanici bit će odvojena jedan od drugog, tj. njihova će kohezija biti prekinuta. Jedinica povezivanja genetskih biljega je morganida (Morganova jedinica, M), koja sadrži 100 centimetara (cM). 1 cM odgovara fizičkoj udaljenosti na genetskoj karti između dva markera, čija se rekombinacija događa s učestalošću od 1%. Izraženo u osnovnim parovima, 1 cM odgovara 1 milijuna bp. (talište) DNA.

Mape genetske povezanosti ispravno odražavaju redoslijed rasporeda genetskih biljega na kromosomima, ali dobivene vrijednosti udaljenost između njih ne odgovaraju stvarnim fizičkim udaljenostima. Obično je ta činjenica povezana s činjenicom da učinkovitost rekombinacije između kromatida u pojedinim regijama kromosoma može uvelike varirati. Konkretno, suzbija se u heterokromatskim regijama kromosoma. S druge strane, žarišta rekombinacije česta su u kromosomima. Korištenje rekombinacijskih frekvencija za izradu fizičkih genetskih karata bez uzimanja u obzir ovih čimbenika dovest će do iskrivljenja (odnosno podcjenjivanja ili precjenjivanja) stvarne udaljenosti između genetskih biljega. Prema tome, genetske karte povezanosti najmanje su točne od svih dostupnih vrsta genetskih karata i mogu se smatrati samo prvom aproksimacijom stvarnih fizičkih karata. Ipak, u praksi upravo oni i samo oni omogućuju lokaliziranje složenih genetskih biljega (na primjer povezanih sa simptomima bolesti) u prvim fazama studije i omogućavaju njihovo daljnje proučavanje. Mora se imati na umu da bi se u odsustvu križanja svi geni na pojedinačnom kromosomu zajedno prenijeli s roditelja na potomstvo, budući da su fizički povezani jedni s drugima. Stoga pojedini kromosomi tvore vezne skupine gena, a jedan od prvih zadataka konstruiranja genetičkih mapa povezivanja jest dodijeljivanje proučavanog slijeda gena ili nukleotida određenoj veznoj skupini. U sljedećem. U tablici su navedene suvremene metode koje su, prema V.A. McCusick su se najčešće koristili za izradu karata genetske povezanosti do kraja 1990.

Suvremene metode za izgradnju mapa genetske povezanosti

Metoda	Broj mapiranih lokusa
Hibridizacija somatskih stanica	1148
Hibridizacija in situ	687
Obitelj	466
Određivanje učinka doze	159
Mapiranje ograničenja	176
Upotreba kromosomskih aberacija	123
Koristeći sinteniju	110
Segregacija gena inducirana zračenjem	18
Ostale metode	143
Ukupno	3030

Hibridizacija somatskih stanica. Jedna od najpopularnijih metoda za dodjeljivanje genetskog biljega (funkcionalno aktivnog gena) određenoj poveznoj skupini je hibridizacija (međusobno spajanje) somatskih stanica različitih bioloških vrsta organizama, od kojih je jedna proučena. U interspecifičnim hibridima somatskih stanica u procesu uzgoja događa se gubitak kromosoma, uglavnom jedne od bioloških vrsta. Gubitak kromosoma u pravilu je slučajan, a rezultirajući klonovi stanica sadrže preostale kromosome u različitim kombinacijama. Analiza klonova koji sadrže različite skupove kromosoma vrste koja se proučava omogućuje nam da utvrdimo s kojim je od ovih preostalih kromosoma povezan ekspresija proučavanog biljega i, prema tome, da lokaliziramo gen na određenom kromosomu.

Hibridizacija in situ. Tehnika hibridizacije in situ također se široko koristi za mapiranje nukleotidnih sekvenci na kromosomima. U tu svrhu pripravci fiksnih kromosoma hibridiziraju se (inkubiraju na povišenoj temperaturi s naknadnim hlađenjem) s istraživanim nukleotidnim sekvencama označenim radioaktivnom, fluorescentnom ili drugom oznakom. Nakon ispiranja nevezane oznake, preostale obilježene molekule nukleinske kiseline povezane su s kromosomskim regijama koje sadrže sekvence komplementarne proučavanim obilježenim nukleotidnim sekvencama. Dobiveni hibridi analiziraju se mikroskopom izravno ili nakon autoradiografije. Ovu skupinu metoda karakterizira veća rezolucija od hibridizacije somatskih stanica, jer omogućuju lokaliziranje proučavanih nukleotidnih sekvenci na kromosomima. Kako program Human Genome napreduje, istraživači imaju sve više izoliranih nukleotidnih sekvenci koje se mogu koristiti kao sonde za in situ hibridizaciju. S tim u vezi, ove su se metode u pogledu učestalosti korištenja nedavno čvrsto istakle. Najpopularnija je skupina metoda koja se naziva fluorescentna in situ hibridizacija (FISH), a koja koristi polinukleotidne sonde koje sadrže fluorescentnu oznaku. Konkretno, 1996. objavljeno je više od 600 radova koji opisuju upotrebu ove metode.

Analiza obiteljske genetske povezanosti. Ova se skupina metoda često koristi u medicinskoj genetici za utvrđivanje veze (povezanosti) između simptoma bolesti uzrokovanih mutacijom nepoznatog gena i drugih genetskih biljega. U ovom slučaju, sami simptomi bolesti djeluju kao jedan od genetskih biljega. U ljudskom genomu pronađen je velik broj polimorfizama, uključujući RFLP. RFLP-ovi su raspoređeni manje-više ravnomjerno u ljudskom genomu na međusobnoj udaljenosti od 5-10 cm. Što se pojedinačni polimorfni lokusi nalaze bliže genu koji je odgovoran za bolest, to je manja vjerojatnost da će biti razdvojeni tijekom rekombinacije u mejozi i češće će se pojaviti zajedno u bolesne jedinke i zajedno se prenose s roditelja na potomstvo. Nakon kloniranja proširenog područja genoma, uključujući odgovarajući polimorfni biljeg (njegov odabir iz biblioteke klonova genomske DNA provodi se pomoću sonde), moguće je istodobno izolirati gen koji s njim izaziva nasljednu bolest. Takvi su se pristupi posebno uspješno primijenili za provođenje obiteljske analize i izolacije odgovarajućih gena u Duchenneovoj mišićnoj distrofiji, cističnoj fibrozi bubrega (cistična fibroza) i miotoničnoj distrofiji. Informativna vrijednost pojedinih RFLP-a ljudskog genoma ovisi o razini njihove heterozigotnosti u proučavanoj populaciji. Mjerom informativnosti RFLP-a kao genetskog biljega, kako sugeriraju D. Botstein i suradnici (1980), smatra se vrijednost sadržaja informacija o polimorfizmu (PIC), što je omjer broja ukrštanja na kojima barem jedan od roditelja ima proučeni polimorfni biljeg u heterozigotnom stanju, na sve križeve.

Određivanje učinka doze gena i uporaba kromosomskih aberacija ... Te metode otkrivaju korelacije između razine ekspresije ispitivanog gena i broja specifičnih kromosoma u aneuploidnim staničnim linijama ili strukturnih preslagivanja kromosoma (kromosomske mutacije - aberacije). Aneuploidija je prisutnost određenog broja kromosoma u stanici, tkivu ili cijelom organizmu koja nije jednaka onoj tipičnoj za datu biološku vrstu. Kromosomske aberacije u obliku translokacija područja kromosoma u heterokromatska područja istog ili drugih kromosoma često su popraćene suzbijanjem transkripcije gena smještenih u translociranim regijama ili u akceptorskom kromosomu (mozaični učinak položaja).

Koristeći sinteniju. Sintenija je strukturna sličnost skupina povezivanja gena u organizmima različitih bioloških vrsta. Osobito je poznato nekoliko desetaka sintetičkih skupina gena u genomu čovjeka i miša. Prisutnost fenomena sintenije omogućuje sužavanje potrage za mjestom lokalizacije proučavanog gena na kromosomima, ograničavajući ga na područje poznatih gena koji pripadaju određenoj sintetskoj skupini.

Segregacija gena inducirana ionizirajućim zračenjem. Koristeći se ovom metodom, udaljenost između ispitivanih gena određuje se procjenom vjerojatnosti njihovog razdvajanja (segregacije) nakon zračenja stanica određenom standardnom dozom ionizirajućeg zračenja. Zračene stanice spašavaju se od smrti hibridizacijom sa somatskim stanicama glodavaca, a prisutnost proučavanih biljega ozračenih stanica utvrđuje se u somatskim hibridima u kulturi. Kao rezultat toga, moguće je zaključiti o prisutnosti ili odsutnosti veze (fizičke udaljenosti) između ovih gena.

Među druge metode Treba spomenuti metode koje se temelje na uporabi velikih fragmenata DNA generiranih velikim enzimima za restrikciju cijepanja za mapiranje gena. Nakon cijepanja genomske DNA, rezultirajući fragmenti se odvajaju elektroforezom u impulsnom električnom polju, a zatim se hibridiziraju prema Southernu sondama koje odgovaraju mapiranim genima. Ako su nakon hibridizacije signali obje sonde lokalizirani na istom velikom fragmentu DNA, to ukazuje na usku vezu takvih gena.

PCR u istraživanjima ljudskog genoma

Lančana reakcija polimeraze ključna je za razvoj pristupa praktičnoj provedbi Programa za ljudski genom. Kao što je gore spomenuto, pomoću PCR-a moguće je brzo i učinkovito pojačati gotovo bilo koju kratku regiju ljudskog genoma, a dobiveni PCR proizvodi mogu se zatim koristiti kao sonde za mapiranje odgovarajućih regija na kromosomima Southern-ovom hibridizacijom ili in situ.

STS koncept. Jedan od ključnih koncepata koji leži u osnovi mapiranja ljudskih gena u okviru razmatranog programa je koncept mjesta označenih sekvencom (STS). U skladu s ovim konceptom, svi fragmenti DNA koji se koriste za izgradnju genetskih ili fizičkih karata mogu se jedinstveno identificirati pomoću nukleotidne sekvence od 200-500 bp koja će biti jedinstvena za dati fragment. Svako od ovih mjesta mora biti sekvencirano, što će omogućiti njihovo dodatno pojačavanje pomoću PCR-a i korištenje kao sonde. Upotreba STS-a omogućila bi upotrebu njihovih sekvenci u obliku PCR proizvoda kao sondi za ciljanu izolaciju bilo kojeg fragmenta DNA određenog genomskog područja iz kolekcije genomskih sekvenci. Kao rezultat toga, mogu se stvoriti baze podataka koje uključuju lokalizaciju i strukturu svih STS-ova, kao i početnice potrebne za njihovo pojačavanje. To bi eliminiralo potrebu da laboratoriji pohranjuju brojne klonove i šalju ih u druge laboratorije na istraživanje. Uz to, STS-ovi pružaju osnovu za razvoj jedinstvenog jezika na kojem bi različiti laboratoriji mogli opisati svoje klonove. Stoga bi krajnji rezultat razvoja koncepta STS-a bila sveobuhvatna karta STS-a ljudskog genoma. Teoretski, za izgradnju genetske karte veličine 1 cm potrebno je 3000 potpuno informativnih, polimorfnih DNA markera. Međutim, budući da su polimorfni biljezi neravnomjerno raspoređeni u genomu i samo su neki od njih potpuno informativni, stvarni broj markera potrebnih za izgradnju karte ove veličine procjenjuje se na 30-50 tisuća. Za dobivanje markera koji odgovaraju regijama proučavanih kromosoma, često se koriste početnici koji odgovaraju disperziranim ponavljajućim sekvencama, među kojima su prvo korištene Alu sekvence.

Alu-PCR.Raspršene ponovljene Alu sekvence karakteristične su za ljudski genom. Primeri specifični za Alu sekvence koriste se za pojačavanje DNA regija ljudskog genoma zatvorenih između ponavljanja Alu, koje se u prosjeku nalaze na udaljenosti od 4-10 kbp. odvojeno. Druga mogućnost za Alu-PCR usmjerena je sinteza DNA sondi uz njezinu pomoć na područja kromosoma dobivena nakon laserske fragmentacije, pojedinačne kromosome izolirane protočnom citometrijom ili DNA hibridnih stanica koje sadrže određeni dio ljudskog genoma. Uz to, Alu-PCR se koristi za dobivanje jedinstvenih otisaka prstiju koji karakteriziraju stanične hibride u smislu njihove stabilnosti u genomu, kao i za karakterizaciju fragmenata ljudske DNA kloniranih u YAC vektore, kozmide ili vektore na temelju DNA bakteriofaga. Jedinstvenost Alu sekvenci za ljudski genom omogućuje ih upotrebu za "hodanje duž kromosoma", kao i za proširenje postojećih kontiga. Budući da\u003e 90% umjereno ponavljajućih sekvenci u ljudskom genomu predstavljaju obitelji Alu i KpnI, nije iznenađujuće da se potonje također koriste u PCR-u u iste svrhe kao i Alu. Međutim, ovdje su profili PCR proizvoda manje složeni, jer se KpnI sekvence rjeđe ponavljaju u genomu i imaju karakterističnu lokalizaciju u kromosomima.

PCR se aktivno koristi za identificiranje polimorfnih molekularnih biljega u izradi mapa genetske povezanosti, o čijim su osnovnim načelima gore bilo riječi. Ova metoda je također korisna u sekvenciranju DNA, kao i u izgradnji fizičkih mapa visoke rezolucije za ljudski genom. Posljednja dva područja primjene PCR-a bit će detaljnije obrađena u nastavku.

Fizičke karte niske razlučivosti

Za razliku od gore spomenutih mapa genetske povezanosti, fizičke mape genoma odražavaju stvarnu udaljenost između biljega, izraženu u baznim parovima. Fizičke karte razlikuju se po stupnju razlučivosti, t.j. na detaljima strukture genoma koji su na njima predstavljeni. Sveobuhvatna fizička karta ljudskog genoma maksimalne razlučivosti sadržavat će kompletnu nukleotidnu sekvencu svih njegovih kromosoma. Druga krajnost fizičkih karata s minimalnom razlučivošću su kromosomske (citogenetske) karte genoma.

Četiri vrste genetskih mapa genomske DNA i njihov odnos

1 - karta genetske povezanosti, 2 - karta fizičkog ograničenja, razmaci označavaju mjesta cijepanja DNA restrikcijskim enzimima, 3 - fizička karta konttiga, koja prikazuje preklapajuće se DNK klonove dobivene pomoću YAC vektora, 4 - sveobuhvatna fizička karta u obliku nukleotidne sekvence DNA. Sve mape pokazuju isto područje kromosoma

Karte kromosoma. Karte kromosoma ljudskog genoma dobivaju se lokalizacijom genetskih biljega na pojedinačnim kromosomima korištenjem citogenetskih metoda, uključujući autoradiografiju i FISH. U posljednja dva slučaja, radioaktivne ili fluorescentne oznake povezane s proučavanim genetskim lokusima netaknutih kromosoma otkrivaju se svjetlosnom mikroskopijom. Ne tako davno, kromosomske su mape omogućile lokaliziranje proučavanog fragmenta DNA na kromosomu dužine 10 mp. Suvremene metode hibridizacije in situ pomoću metafaznih kromosoma, uglavnom FISH metoda, lokaliziraju polinukleotidne markere unutar 2–5 bp. Štoviše, tijekom hibridizacije in situ s interfaznim kromosomima, u kojoj je genetski materijal u manje kompaktnom obliku, razlučivost mapa kromosoma približava se 100 kbp.

Točnost karata kromosoma također se poboljšava primjenom suvremenih genetskih metoda. Na primjer, sposobnost PCR-a da pojača DNA segmente pojedine stanice sperme omogućuje proučavanje velikog broja mejoza, sačuvanih u pojedinačnim uzorcima sperme. Kao rezultat toga, postaje moguće provjeriti relativni položaj genetskih biljega lokaliziranih na kromosomskim kartama pomoću sirovijih metoda.

CDNA mape... CDNA mape odražavaju položaj eksprimiranih DNA regija (egzona) u odnosu na poznate citogenetske markere (trake) na metafaznim kromosomima. Budući da takve mape pružaju ideju o lokalizaciji prepisanih regija genoma, uključujući gene s nepoznatim funkcijama, mogu se koristiti za traženje novih gena. Ovaj je pristup posebno koristan u potrazi za genima čija oštećenja uzrokuju ljudske bolesti, ako je približna lokalizacija takvih područja kromosoma već izvršena na mapama genetičkih veza kao rezultat obiteljske genetske analize.

Fizičke karte visoke razlučivosti

Dvije strategije za izgradnju fizikalnih DNA karata

a - strategija "odozgo prema dolje": DNK cijelog kromosoma cijepa se restrikcijskim enzimima velikog cijepanja, za svaki od pojedinačnih fragmenata DNA izgrađena je restrikcijska karta; b - strategija "odozdo prema gore", pojedinačni YAC klonovi kombiniraju se u contigove nakon identifikacije

U pokušajima izrade mapa humanog genoma visoke rezolucije eksperimentalno su primijenjena dva alternativna pristupa, nazvana mapiranje odozgo prema dolje i odozdo prema gore. Prilikom mapiranja odozgo prema dolje, početna analiza je DNK pripravak pojedinačnog humanog kromosoma. DNA se reže restrikcijskim enzimima velikog cijepanja (na primjer, NotI) na duge fragmente, koji se nakon razdvajanja elektroforezom u impulsnom električnom polju podvrgavaju daljnjoj restrikcijskoj analizi s drugim restrikcijskim enzimima. Kao rezultat, dobiva se makrorestrikcijska karta na kojoj su sve sekvence proučavanog kromosoma ili njegovog dijela dovoljno u potpunosti predstavljene, ali njegova razlučivost je niska. Na takvoj je karti vrlo teško lokalizirati pojedine gene. Uz to, svaka pojedinačna karta rijetko pokriva proširene segmente DNA (u pravilu ne više od 1–10 mp).

Pri mapiranju ljudskog genoma odozdo prema gore, na temelju pripreme ukupne DNA genoma ili pojedinog kromosoma, dobiva se niz slučajnih klonova proširenih sekvenci DNA (10-1000 kb), od kojih se neki međusobno preklapaju. U ovom se slučaju umjetni mini-kromosomi bakterija (BAC) ili kvasca (YAC) često koriste kao vektor za kloniranje, detaljno opisano u odjeljku 7.2.4. Niz djelomično preklapajućih i komplementarnih klonova tvore susjedni DNA nukleotidni niz nazvan contig. Ispravnost dobivenih kontiga potvrđuje se hibridizacijom in situ (FISH) uz njihovo istovremeno povezivanje s određenim regijama proučavanih kromosoma. Karte temeljene na Contigu pružaju cjelovite informacije o strukturi pojedinih segmenata kromosoma i omogućuju vam lokalizaciju pojedinih gena. Međutim, takve je karte teško koristiti za rekonstrukciju cijelih kromosoma ili njihovih proširenih dijelova zbog odsutnosti odgovarajućih klonova u postojećim klonskim bibliotekama gena.

Glavni problem koji se mora riješiti pri korištenju oba pristupa za izgradnju fizičkih mapa visoke rezolucije jest objedinjavanje različitih fragmenata DNA u susjedne nukleotidne sekvence. Za to se najčešće koriste posebni klonirani fragmenti DNA, koji se nazivaju povezujući klonovi. DNA fragmenti iz veznih klonova sadrže nukleotidne sekvence restrikcijskih endonukleaza velikog rascjepa u svojim unutarnjim dijelovima i stoga predstavljaju spojeve fragmenata DNA korištenih u prvim fazama fizičkog mapiranja. Južnjačkom hibridizacijom, tijekom koje se DNK fragmenti veznih klonova koriste kao sonde, određuju se DNA fragmenti fizičkih karata koje sadrže nukleotidne sekvence u blizini restrikcijskih mjesta restrikcijskih endonukleaza velikog rascjepa. Ako se pronađu dva takva fragmenta, tada odgovarajući klon za povezivanje preklapa oba ova fragmenta i dio je njih. Klonovi vezanja, pak, odabiru se iz genskih banaka pomoću sondi, koje su nukleotidne sekvence restrikcijskih mjesta enzima restrikcije velikog cijepanja.

POPIS KORIŠTENO IZVORI

1) Clark M.S. Usporedna genomika: ključ za razumijevanje projekta ljudskog genoma // BioEssays. 1999. sv. 21. P. 21-30.

2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. Nove tehnike za fizičko mapiranje ljudskog genoma // FASEB J. 1991. Vol. 5. P. 28–34.

3) Georgiev G.P. Geni viših organizama i njihov izraz. Moskva: Nauka, 1989.254 str.

4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html

Ubrzo nakon ponovnog otkrivanja Mendelovih zakona, njemački citolog Theodor Boveri (1902.) iznio je dokaze o sudjelovanju kromosoma u procesima nasljednog prijenosa, pokazujući da je normalan razvoj morskog ježa moguć samo ako su prisutni svi kromosomi. Istodobno (1903.), američki citolog William Setton skrenuo je pozornost na paralelizam u ponašanju kromosoma u mejozi i hipotetičke čimbenike nasljednosti, čije je postojanje već predvidio sam Mendel.

William Setton sugerirao je da se na jednom kromosomu može naći nekoliko gena. U ovom bi slučaju trebalo biti povezano nasljeđivanje osobina, t.j. može se naslijediti nekoliko različitih svojstava kao da ih kontrolira jedan gen. 1906. W. Batson i R. Pennett otkrili su povezano nasljeđivanje slatkog graška. Proučavali su zajedničko nasljeđivanje: boje cvijeta (ljubičasta ili crvena) i oblike peludnih zrnaca (izdužene ili okrugle). Prilikom prijelaza diheterozigota primijećeno je cijepanje 11,1: 0,9: 0,9: 3,1 kod njihovih potomaka umjesto očekivanih 9: 3: 3: 1. Činilo se da faktori peludi u boji i obliku imaju tendenciju ostati zajedno tijekom rekombinacije sklonosti. Autori su taj fenomen nazvali "uzajamnom privlačenjem čimbenika", ali nisu uspjeli otkriti njegovu prirodu.

Daljnje proučavanje kromosoma kao nosača informacija odvijalo se u prvim desetljećima dvadesetog stoljeća u laboratoriju Thomasa Hunt Morgana (SAD) i njegovih suradnika (A. Sturtevant, C. Bridges, G. Möller). Morgan je koristio voćnu muhu Drosophila melanogaster kao svoj glavni predmet istraživanja, što se pokazalo vrlo pogodnim objektom modela:

- Prvo, ovu se muhu lako uzgaja u laboratorijskim uvjetima.

- Drugo, karakterizira ga mali broj kromosoma (2 n \u003d 8).

- Treće, u žlijezdama slinovnicama ličinki Drosophila nalaze se gigantski (politenski) kromosomi, prikladni za izravno promatranje.

- I, konačno, Drosophila se odlikuje velikom varijabilnošću morfoloških znakova.

Na temelju pokusa s voćnom muhom Drosophilom Morgan i njegovim učenicima razvijena je kromosomska teorija nasljedstva.

Glavne odredbe kromosomske teorije nasljedstva:

1. Gen - Ovo je elementarni nasljedni čimbenik (pojam "elementarni" znači "nedjeljiv bez gubitka kvalitete"). Gen je dio kromosoma koji je odgovoran za razvoj određene osobine. Drugim riječima, geni se nalaze na kromosomima.

2. Jedan kromosom može sadržavati tisuće gena poredanih linearno (poput zrna na žici). Ti geni tvore povezujuće skupine. Broj vezanih skupina jednak je broju kromosoma u haploidnom skupu. Zbirka alela na jednom kromosomu naziva se haplotip. Primjeri haplotipova: ABCD (samo dominantni aleli), abcd (samo recesivni aleli), AbCd (razne kombinacije dominantnih i recesivnih alela).

3. Ako su geni međusobno povezani, tada postoji učinak povezanog nasljeđivanja osobina, t.j. nasljeđuje se nekoliko svojstava kao da ih kontrolira jedan gen. Uz povezano nasljeđivanje izvorne kombinacije svojstava čuvaju se u nizu generacija.

4. Veza gena nije apsolutna: u većini slučajeva homologni kromosomi razmjenjuju alele kao rezultat križanja (križanja) u profazi prve mejotičke diobe. Kao rezultat križanja nastaju unakrsni kromosomi (pojavljuju se novi haplotipovi, tj. Nove kombinacije alela.). Uz sudjelovanje crossover kromosoma u sljedećim generacijama, nove kombinacije svojstava trebale bi se pojaviti u crossover pojedinaca.

5. Vjerojatnost nastanka novih kombinacija svojstava uslijed ukrštanja izravno je proporcionalna fizičkoj udaljenosti između gena. To vam omogućuje da odredite relativnu udaljenost između gena i izgradite genetske (crossover) karte različitih vrsta organizama.

KRIŽANJE

Crossover (od engleskog Crossing-over - križanje) je proces razmjene homolognih regija homolognih kromosoma (kromatida).

Prijelaz se obično događa u mejozi I.

Prilikom križanja dolazi do izmjene genetskog materijala (alela) između kromosoma, a zatim dolazi do rekombinacije - pojave novih kombinacija alela, na primjer AB + ab → Ab + aB.

Mehanizam prelaska preko ponovnog ujedinjenja

Prema teoriji Janssens - Darlington, križanje se događa u fazi mejoze. Homologni kromosomi s AB i ab kromatidama tvore bivalente. U jednoj od kromatida u prvom kromosomu dolazi do puknuća u A - B regiji, zatim u susjednoj kromatidi drugog kromosoma dolazi do puknuća u a - b regiji. Stanica nastoji popraviti štetu pomoću enzima za popravak-rekombinaciju i pričvrstiti fragmente kromatida. Međutim, u ovom je slučaju moguće pričvrstiti križno (križanje), te nastaju rekombinantne kromatide Ab i aB. U anafazi prve podjele mejoze dolazi do divergencije dvo-kromatidnih kromosoma, a u drugoj podjeli kromatida (jedno-kromatidni kromosomi). Kromatide koje nisu sudjelovale u križanju zadržavaju izvorne kombinacije alela. Takve se kromatide (jednokromatski kromosomi) nazivaju ne-križanjem; uz njihovo sudjelovanje razvit će se gamete, zigote i pojedinci koji se ne križaju. Rekombinantne kromatide koje nastaju tijekom ukrštanja nose nove kombinacije alela. Takve se kromatide (jednokromatski kromosomi) nazivaju križanjima; uz njihovo sudjelovanje razvit će se križne spolne stanice, zigote i jedinke. Dakle, kao rezultat križanja dolazi do rekombinacije - pojave novih kombinacija nasljednih sklonosti u kromosomima.

Prema drugim teorijama, križanje je povezano s replikacijom DNA: bilo u pahitenu mejoze ili u interfazi. Konkretno, moguće je promijeniti matricu u replikacijskoj vilici.

Genetske (crossover) karte

Alfred Sturtevant (Morganov suradnik) sugerirao je da učestalost križanja između gena smještenih na istom kromosomu može poslužiti kao mjera udaljenosti između gena. Drugim riječima, učestalost križanja, izražena kao omjer broja križanih jedinki i ukupnog broja jedinki, izravno je proporcionalna udaljenost između gena. Učestala ukrštanja tada se može koristiti za određivanje relativnog položaja gena i udaljenosti između gena. Jedinica udaljenosti između gena je 1% prijelaza; u čast Morgana, ova se jedinica naziva morganida (M).

Na temelju genetskog mapiranja, genetske karte - dijagrami koji odražavaju položaj gena u kromosomima u odnosu na druge gene. Na genetskim kartama krajnji gen (tj. Najudaljeniji od centromere) odgovara nultoj (početnoj) točki. Udaljenost gena od nulte točke naznačena je kod morganida.

Izgradnja genetskih karata različitih organizama ima veliku važnost u zdravstvu, uzgoju i ekologiji. Proučavajući ljudske osobine (a posebno genetske bolesti), važno je znati koji gen određuje dotičnu osobinu. Ovo znanje omogućuje predviđanje u medicinskom i genetskom savjetovanju, u razvoju metoda za liječenje genetskih bolesti, uklj. i za korekciju genoma. Poznavanje genetskih karata uzgajanih biljaka i domaćih životinja omogućuje planiranje procesa uzgoja, što doprinosi dobivanju pouzdanih rezultata u kratkom vremenu. Izgradnja genetskih karata divljih biljaka i divljih životinja također je važna s gledišta ekologije. Istraživač posebno dobiva priliku proučavati ne samo fenotipska svojstva organizama, već specifična, genetski određena svojstva.

Dvostruki i višestruki prijelaz

Morgan je sugerirao da se križanje između dva gena može dogoditi ne samo na jednoj, već i na dvije ili čak više točaka. Parni broj ukrštanja dvaju gena u konačnici ne dovodi do njihovog prijenosa s jednog homolognog kromosoma na drugi, stoga se smanjuje broj križanja i, shodno tome, udaljenost između tih gena, utvrđena u eksperimentu. To se obično odnosi na gene koji se nalaze prilično daleko jedan od drugog. Prirodno, vjerojatnost dvostrukog križanja uvijek je manja od vjerojatnosti jednog križa. U principu, to će biti jednako umnošku vjerojatnosti dva pojedinačna čina rekombinacije. Na primjer, ako će se jedan križ dogoditi s frekvencijom 0,2, tada će dvostruki križ biti s frekvencijom 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. Kasnije, zajedno s dvostrukim križanjem, otkriven je i fenomen višestrukog križanja: homologne kromatide mogu razmjenjivati \u200b\u200bregije na tri, četiri ili više točaka.

Smetnje - ovo je suzbijanje prelaska u područjima neposredno uz mjesto razmjene koja se dogodila.

Razmotrimo primjer opisan u jednom od Morganovih ranih djela. Istražio je učestalost križanja gena w (bijelo - bijele oči), y (žuto - žuto tijelo) i m (minijaturno - mala krila), lokaliziranih na X kromosomu D. melanogaster. Udaljenost između gena w i y u postotku križanja iznosila je 1,3, a između gena y i m - 32,6. Ako se slučajno dogode dva događaja ukrštanja, tada bi očekivani dvostruki prijelaz preko frekvencije trebao biti jednak umnošku prijelaza frekvencija između gena y i w i gena w i m. Drugim riječima, stopa dvostrukog križanja bit će 0,43%. Zapravo, u eksperimentu je pronađen samo jedan dvostruki križanje na 2205 muha, tj. 0,045%. Morganov student G. Möller predložio je da se intenzitet smetnji kvantitativno odredi dijeljenjem stvarno uočenog dvostrukog prelaska preko frekvencije s teorijski očekivanom (u nedostatku smetnji) frekvencijom. Taj je pokazatelj nazvao koeficijentom slučajnosti, odnosno slučajnošću. Möller je pokazao da su u X kromosomu Drosophile smetnje posebno velike na kratkim udaljenostima; s povećanjem intervala između gena, njegov se intenzitet smanjuje, a na udaljenosti od oko 40 morganida i više, koeficijent koincidencije doseže 1 (njegova maksimalna vrijednost).

Citološki dokazi o prelasku

Izravni citološki dokazi o izmjeni dijelova kromosoma tijekom ukrštanja dobiveni su početkom 1930-ih u Drosophile i kukuruza.

Razmotrimo Sternov eksperiment na D. melanogaster. Obično se dva homološka kromosoma morfološki ne razlikuju. Stern je pregledao X kromosome koji su imali morfološke razlike i, prema tome, nisu bili potpuno homologni. Međutim, homologija između ovih kromosoma zadržana je većim dijelom njihove duljine, što im je omogućilo da se normalno pare i razdvajaju u mejozi (to jest, da se normalno distribuiraju među kćerima). Jedan od X-kromosoma ženke kao rezultat translokacije, tj. Kretanja fragmenta Y-kromosoma, dobio je oblik u obliku slova L. Drugi X kromosom bio je kraći od normalnog, budući da je njegov dio prebačen u IV kromosom. Dobivene su ženke koje su bile heterozigotne za navedena dva, morfološki različita, X kromosoma, kao i heterozigotne za dva gena lokalizirana na X kromosomu: Bar (B) i karanfil (cr). Gen Bar Je poludominantni gen koji utječe na broj aspekata i, prema tome, na oblik oka (mutanti s alelom B imaju prugaste oči). Gen cr kontrolira obojenost oka (alel cr + određuje normalnu obojenost oka, a alel cr određuje boju crvenih očiju karanfila). X-kromosom u obliku slova L nosio je alele divljeg tipa B + i cr +, a krnji kromosom mutirane alele B i cr. Ženke naznačenog genotipa križane su s muškarcima s morfološki normalnim X kromosomom s alelima cr i B +. U potomstvu ženki postojale su dvije klase muha s neprekriženim kromosomima (crB / crB + i cr + B + / crB +) i dvije klase muha čiji fenotip odgovara križanjima (crB + / crB + i cr + B / crB +). Citološka studija pokazala je da su križane osobe razmijenile dijelove X kromosoma i, sukladno tome, promijenio se njihov oblik. Sve četiri klase ženki imale su jedan normalan, odnosno štapičasti kromosom, primljen od oca. Ukrštene ženke sadržane u njihovim kariotipskim X kromosomima transformirane su kao rezultat križanja - duge šipkaste ili dvokrake kratkih ramena. Ovi eksperimenti, kao i istovremeno dobiveni slični rezultati na kukuruzu, potvrdili su hipotezu Morgana i njegovih suradnika da je prijelaz razmjena regija homoloških kromosoma i da su geni doista smješteni na kromosomima.

Somatski (mitotski) prijelaz.

U somatskim stanicama ponekad dolazi do izmjene između kromatida homoloških kromosoma, uslijed čega se uočava kombinacijska varijabilnost, slična onoj koju redovito generira mejoza. Često se, posebno kod drozofile i nižih eukariota, homologni kromosomi sintetiziraju u mitozi. Jedna od autosomno recesivnih mutacija u ljudi, u homozigotnom stanju, koja dovodi do ozbiljne bolesti poznate kao Blumov sindrom, popraćena je citološkom slikom koja nalikuje sinapsi homologa, pa čak i nastanku hijazmati.

Dokazi za mitotski prijelaz je dobiven na Drosophili pri analizi varijabilnosti svojstava određenih genima y (žuto - žuto tijelo) i sn (izdvojene čekinje), koji se nalaze na X kromosomu. Ženka s genotipom y sn + / y + sn je heterozigotna za gene y i sn, pa će, u odsustvu mitotskog križanja, njezin fenotip biti normalan. Međutim, ako se prijelaz dogodio u fazi četiri kromatide između kromatida različitih homologa (ali ne i između sestrinskih kromatida), a mjesto razmjene je između sn gena i centromere, tada nastaju stanice s genotipovima y sn + / y + sn + i y + sn / y + sn. U tom će slučaju sivo tijelo muhe s normalnim čekinjama imati dvostruka mjesta od mozaika, od kojih će jedno biti žuto s normalnim čekinjama, a drugo sivo s užarenim čekinjama. Za to je potrebno da su se nakon ukrštanja oba kromosoma (nekadašnje kromatide svakog od homologa) y + sn premjestila na jedan pol stanice, a kromosomi y sn + na drugi. Potomci kćerkih stanica, množeći se u fazi kukuljice, i dovest će do pojave mozaičnih mrlja. Dakle, mozaične mrlje nastaju kada se dvije skupine (točnije, dva klona) stanica nalaze jedna do druge, fenotipski se međusobno razlikujući i od stanica drugih tkiva određene jedinke.

Nejednak prelazak

Ovaj je fenomen detaljno proučavan na primjeru Bar gena (oči u obliku pruge), lokaliziranog na X kromosomu D. melanogaster. Nejednak prelazak povezan je s dupliciranjem mjesta u jednom od homologa i s njegovim gubitkom u drugom homologu. Utvrđeno je da gen B može biti prisutan u obliku tandema, tj. Slijedeći jedno za drugim ponavljanja koja se sastoje od dvije ili čak tri kopije. Citološka analiza potvrdila je pretpostavku da nejednako prelazak može dovesti do tandemskih duplikacija. U regiji koja odgovara lokalizaciji gena B, zabilježen je porast broja diskova proporcionalan dozi gena na politenskim kromosomskim pripravcima. Pretpostavlja se da u evoluciji nejednak prelazak potiče stvaranje tandemskih duplikacija različitih sekvenci i njihovu upotrebu kao sirovi genetski materijal za stvaranje novih gena i novih regulatornih sustava.

Regulacija križanja

Crossover Je složeni fiziološki i biokemijski proces koji je pod genetskom kontrolom stanice i na njega utječu čimbenici okoliša. Stoga u stvarnom eksperimentu možemo govoriti o frekvenciji križanja, što znači svim uvjetima u kojima je utvrđena. Praktički ne postoji križanje između heteromorfnih X i Y kromosoma. Ako bi se to dogodilo, tada bi kromosomski mehanizam određivanja spola bio stalno uništavan. Blokiranje križanja između ovih kromosoma povezano je ne samo s razlikom u njihovoj veličini (to se uvijek ne opaža), već i zbog Y-specifičnih nukleotidnih sekvenci. Preduvjet za sinapsu kromosoma (ili njihovih dijelova) je homologija sekvenci nukleotida.

Apsolutnu većinu viših eukariota karakterizira približno ista učestalost križanja u homogametnom i heterogametnom spolu. Međutim, postoje vrste kod kojih je križanje odsutno kod osoba heterogametnog spola, dok se kod pojedinaca homogametnog spola odvija normalno. Ova se situacija opaža kod heterogametnih mužjaka drozofila i ženki svilene bube. Značajno je da je učestalost mitotskog križanja kod ovih vrsta u muškaraca i ženki praktički ista, što ukazuje na različite kontrolne elemente za pojedine faze genetske rekombinacije u zametnim i somatskim stanicama. U heterokromatskim regijama, posebno pericentromernim regijama, učestalost križanja je smanjena, pa se stoga može promijeniti stvarna udaljenost između gena u tim regijama.

Pronađeni su geni koji funkcioniraju kao crossover blokatori, ali postoje i geni koji povećavaju njegovu učestalost. Ponekad mogu izazvati primjetan broj križanja kod mužjaka drozofile. Kromosomska preslagivanja, posebno inverzije, također mogu djelovati kao blokatori križanja. Oni remete normalnu konjugaciju kromosoma u zigotenu.

Utvrđeno je da na učestalost prijelaza utječe starost organizma, kao i egzogeni čimbenici: temperatura, zračenje, koncentracija soli, kemijski mutageni, lijekovi, hormoni. S većinom ovih utjecaja povećava se učestalost prijelaza.

Općenito, križanje je jedan od redovitih genetskih procesa koji kontroliraju mnogi geni, kako izravno, tako i kroz fiziološko stanje mejotičkih ili mitotičkih stanica. Učestalost različitih vrsta rekombinacija (mejotička, mitotska križanja i razmjena sestrinskih kromatida) može poslužiti kao mjera djelovanja mutagenih, kancerogenih, antibiotskih itd.

Biološki značaj prijelaza

Zahvaljujući povezanom nasljeđivanju, uspješne kombinacije alela relativno su stabilne. Kao rezultat toga, formiraju se skupine gena, od kojih je svaki poput jednog supergena koji kontrolira nekoliko svojstava. Istodobno, tijekom križanja dolazi do rekombinacija - t.j. nove kombinacije alela. Dakle, prijelaz povećava kombinacijsku varijabilnost organizama.

Evolucijsko značenje povezanog nasljeđa. Kao rezultat veze, jedan kromosom može sadržavati i povoljne alele (na primjer A) i neutralne ili relativno nepovoljne alele (na primjer N). Ako određeni haplotip (na primjer, AN) poveća sposobnost svojih nosača zbog prisutnosti povoljnih alela A, tada će se u populaciji nakupiti i povoljni aleli i s njima povezani neutralni ili relativno nepovoljni N.

Primjer. Haplotip AN ima prednost nad haplotipom divljeg tipa (++) zbog prisutnosti povoljnog alela A, a tada će se u populaciji akumulirati N alel ako je selektivno neutralan ili čak relativno nepovoljan (ali njegov negativni učinak na kondiciju kompenzira se pozitivnim učinkom alela A ).

Evolucijski značaj prelaska. Kao rezultat križanja, nepovoljni aleli, u početku povezani s povoljnim, mogu preći u drugi kromosom. Tada nastaju novi haplotipovi koji ne sadrže nepovoljne alele, a ti nepovoljni aleli eliminiraju se iz populacije.

Primjer. Pokazalo se da je haplotip Al nepovoljan u usporedbi s haplotipom "divljeg tipa" (++) zbog prisutnosti smrtonosnog alela l. Stoga se alel A (povoljna, neutralna oaza koja malo smanjuje kondiciju) ne može manifestirati u fenotipu, jer ovaj haplotip (Al) sadrži smrtonosni alel l. Kao rezultat križanja pojavljuju se rekombinantni haplotipovi A + i + l. Haplotip + l eliminira se iz populacije, a haplotip A + je fiksiran (čak i ako alel A donekle smanjuje sposobnost svojih nosača).

DODACI

Principi genetskog mapiranja

Alfred Sturtevant (Morganov suradnik) sugerirao je da učestalost križanja između gena smještenih na istom kromosomu može poslužiti kao mjera udaljenosti između gena. Drugim riječima, učestalost križanja, izražena kao omjer broja križanih jedinki i ukupnog broja jedinki, izravno je proporcionalna udaljenost između gena. Učestala ukrštanja tada se može koristiti za određivanje relativnog položaja gena i udaljenosti između gena.

U prvoj fazi mapiranja potrebno je utvrditi pripadnost gena povezanoj skupini. Što je više gena poznato u određenoj vrsti, to su rezultati mapiranja točniji. Svi su geni podijeljeni u skupine veza. Broj vezanih skupina odgovara haploidnom skupu kromosoma. Na primjer, D. melanogaster ima 4 skupine veza, kukuruz 10, miševi 20, a ljudi 23 skupine veza. Broj gena u veznim skupinama u pravilu ovisi o linearnim dimenzijama odgovarajućih kromosoma. Dakle, voćna muha ima jedan (IV) točka (kada se analizira pod svjetlosnim mikroskopom) kromosom. Sukladno tome, broj gena u njemu je višestruko manji nego u ostatku, što ga znatno premašuje po duljini. Također treba napomenuti da u heterokromatskim regijama kromosoma nema gena ili ih gotovo nema, stoga proširena područja konstitutivnog heterokromatina mogu donekle promijeniti proporcionalnost broja gena i duljinu kromosoma.

Genetske karte sastavljaju se na temelju genetskog mapiranja. Na genetskim kartama krajnji gen (tj. Najudaljeniji od centromere) odgovara nultoj (početnoj) točki. Udaljenost gena od nulte točke naznačena je kod morganida.

Ako su kromosomi dovoljno dugi, tada uklanjanje gena s nulte točke može premašiti 50 M - tada postoji proturječnost između udaljenosti označenih na karti, koja prelaze 50%, i gore postavljenog položaja prema kojem bi 50% križanja dobivenih u eksperimentu zapravo trebalo značiti odsutnost veze. tj. e. lokalizacija gena u različitim kromosomima. Ta se proturječnost objašnjava činjenicom da se pri sastavljanju genetičkih karata zbrajaju udaljenosti između dva najbliža gena, što premašuje eksperimentalno promatrani postotak križanja.

Citogenetsko mapiranje

Ova se metoda temelji na korištenju kromosomskih preslagivanja. U slučaju divovskih kromatsoma politena, omogućuje izravnu usporedbu rezultata genetske analize udaljenosti između proučavanih lokusa i njihovog relativnog položaja s podacima o fizičkim veličinama određenih kromosomskih regija. Zračenje i djelovanje drugih mutagenih tvari u kromosomima često rezultiraju delecijama (delecijama) ili insercijama malih fragmenata koji su veličine usporedivi s jednim ili više lokusa. Na primjer, heterozigote možete koristiti za kromosome, od kojih će jedan nositi skupinu uzastopnih dominantnih alela, dok će homolog njemu nositi skupinu recesivnih oblika istih gena. Ako kromosom s dominantnim genima dosljedno gubi pojedine lokuse, tada će se u heterozigoti pojaviti recesivna svojstva. Redoslijed pojavljivanja recesivnih svojstava ukazuje na slijed u kojem se geni nalaze.

Redoslijedom gena AbC, u slučaju delecije koja hvata gen C, u muhama s krnjim kromosomom koji je izgubio fragment jednak genu C, u fenotipu će se pojaviti aleli c, b i A.

Općenito, usporedba genetskih (križanja) i citoloških karata pokazuje njihovu korespondenciju: što veći postotak križanja odvaja par gena, to je veća fizička udaljenost između njih. Međutim, na nesklad između udaljenosti utvrđenih pomoću ove dvije metode mogu utjecati dva čimbenika. Prvo, to su područja u kojima je prijelaz otežan ili ga uopće nema (na primjer, u heterokromatskim područjima); drugo, fizička udaljenost bit će veća od genetske ako su geni odvojeni zonom "tihe" DNA. Mostovi proračuni pokazali su da svaka ukrštena jedinica na karti politenskih kromosoma slinovnica D. melanogaster odgovara 4,2 μm duljine politenskih kromosoma. Ta je duljina najmanje jednaka dva do tri prosječna gena.

Značajke konstrukcije genetičkih karata u prokariota

Za izgradnju genetskih karata u prokarionima koristi se fenomen konjugacije - prijenos genetskog materijala iz jedne stanice u drugu uz pomoć posebnih kružnih molekula DNA (plazmidi, posebice, uz pomoć F-plazmida).

Vjerojatnost prijenosa određenog gena u stanicu primatelja ovisi o njegovom uklanjanju iz F - plazmidne DNA, ili točnije, iz točke O, u kojoj započinje replikacija F - plazmidne DNA. Što je dulje vrijeme konjugacije, to je veća vjerojatnost prijenosa određenog gena. To omogućuje stvaranje genetske mape bakterija u nekoliko minuta konjugacije. Primjerice, u E. coli, gen thr (operon od tri gena koji kontroliraju biosintezu treonina) nalazi se na nultoj točki (to jest neposredno uz F - plazmidnu DNA), gen lac se prenosi nakon 8 minuta, gen recE - nakon 30 minuta, gen argR - nakon 70 minuta itd.

Ovo će se pitanje detaljnije razmotriti pri proučavanju genetike prokariota.

Mapiranje ljudskih kromosoma

Mapiranje gena temelji se na grupiranju veza. Što su poznatije mutacije i što je manje kromosoma, to je lakše mapiranje. S tim u vezi, osoba (pored činjenice da ne može imati klasičnu hibridološku analizu) kao objekt dvostruko je nepovoljna za mapiranje: ima relativno malo poznatih gena (barem je tako bilo do kraja 70-ih), a haploidni broj kromosoma prilično je velik - 22 (bez spola). To znači da je vjerojatnost povezivanja dva novootkrivena gena 1/22. Iz tih razloga, analiza rodoslovlja, koja u određenoj mjeri zamjenjuje hibridološku analizu, daje prilično ograničene informacije o prirodi veze.

Metode genetike somatskih stanica pokazale su se izglednijima za mapiranje ljudskih gena. Bit jednog od njih je kako slijedi. Tehnike staničnog inženjerstva omogućuju kombiniranje različitih vrsta stanica. Spajanje stanica koje pripadaju različitim biološkim vrstama naziva se somatska hibridizacija. Suština somatske hibridizacije je dobivanje sintetičkih kultura fuzijom protoplasta različitih vrsta organizama. Za stapanje stanica koriste se razne fizikalno-kemijske i biološke metode. Nakon fuzije protoplasta nastaju višjedružne heterokariotske stanice. Nakon toga, tijekom fuzije jezgri, stvaraju se sinkariotske stanice koje sadrže jezgre kromosomskih skupova različitih organizama. Kad se takve stanice podijele in vitro, nastaju hibridne stanične kulture. Trenutno dobiveni i uzgajani stanični hibridi "čovjek × miš", "čovjek × štakor" i mnogi drugi.

U hibridnim stanicama dobivenim od različitih sojeva različitih vrsta, jedan se od roditeljskih setova kromosoma u pravilu replicira brže od drugog. Stoga potonji postupno gubi kromosome. Ti se procesi intenzivno događaju, na primjer, u staničnim hibridima između miševa i ljudi - vrsta koje se razlikuju u mnogim biokemijskim biljezima. Ako istodobno slijede bilo koji biokemijski biljeg, na primjer enzim timidin kinaza, i istodobno provode citogenetsku kontrolu, identificirajući kromosome u klonovima nastalim nakon njihovog djelomičnog gubitka, tada, na kraju, nestanak kromosoma može biti povezan istovremeno s biokemijskim svojstvom. To znači da je gen koji kodira ovu osobinu lokaliziran na ovom kromosomu. Dakle, gen timidin kinaze u ljudi nalazi se na kromosomu 17.

Neke informacije o lokalizaciji gena mogu se dobiti analizom numeričkih i strukturnih mutacija kromosoma, pojavom u obiteljima kromosoma s morfološkim varijacijama i uzimajući u obzir nasljedne osobine. Djelomične monosomije nastale brisanjem također se koriste u istu svrhu. Međutim, u tim slučajevima treba imati na umu da gen koji se proučava ponekad ostaje u centričnom fragmentu, ali njegova manifestacija može biti naglo oslabljena kao rezultat utjecaja položaja ili nekih drugih regulatornih mehanizama (promjena redoslijeda replikacije, odvajanje promotorske regije itd.) ... Krajem 60-ih razvijena je in situ metoda hibridizacije koja se temelji na specifičnosti komplementarnih interakcija između gena i njegove kopije (mRNA, kao i komplementarna DNA dobivena obrnutom transkripcijom). Razlučivost ove metode mnogo je veća na politenskim kromosomima nego na ljudskim mitotičkim kromosomima, ali se neprestano poboljšava.

Mapiranje gena mapiranje gena, mapiranje - mapiranje gena.

Određivanje položaja datog gena na kromosomu u odnosu na druge gene; koristiti tri glavne skupine metoda K.g. - fizikalni (određivanje pomoću restrikcijskih karata, elektronska mikroskopija i neke varijante elektroforeze međugenih udaljenosti - u nukleotidima), genetski (određivanje učestalosti rekombinacija između gena, posebno u obiteljskoj analizi itd.) i citogenetski (hibridizacija in situ<hibridizacija in situ\u003e, dobivanje hibridnih monosomnih stanica<hibrid monokromosomskih stanica\u003e, metoda brisanja<mapiranje brisanja\u003e itd.); u humanoj genetici prihvaćaju se 4 stupnja pouzdanosti lokalizacije ovog gena - potvrđena (uspostavljena u dva ili više neovisnih laboratorija ili na materijalu dvaju ili više neovisnih ispitnih objekata), preliminarna (1 laboratorij ili 1 analizirana obitelj), kontradiktorna (nesklad između podataka različitih istraživača) sumnjiv (nisu konačni podaci iz jednog laboratorija); Dodatak 5 daje sažetak (od 1992. do 1993.) strukturnih gena, onkogena i pseudogena u ljudskim genomima i - uključujući neke mutacije - kod miševa.

(Izvor: "Englesko-ruski objašnjavajući rječnik genetičkih pojmova." Arefiev VA, Lisovenko LA, Moskva: Izdavačka kuća VNIRO, 1995)

Pogledajte što je "mapiranje gena" u drugim rječnicima:

mapiranje gena - Određivanje položaja datog gena na kromosomu u odnosu na druge gene; koristiti tri glavne skupine metoda K.g. fizikalno (određivanje pomoću restrikcijskih karata, elektronska mikroskopija i neke varijante elektroforeze ... ...

Mapiranje gena - određivanje položaja datog gena na kromosomu u odnosu na druge gene. Genetsko mapiranje uključuje određivanje udaljenosti učestalošću rekombinacija između gena. Fizičko mapiranje koristi neke tehnike ... ... Rječnik psihogenetike

mapiranje [gena] pomoću povratnog križanja - metoda genetskog mapiranja koja se temelji na dobivanju backcross hibrida srodnih oblika i analizi cijepanja varijanti alela, polimorfnih u duljinama restrikcijskih fragmenata; ova metoda je najrasprostranjenija u mapiranju gena u ... ... Vodič za tehničkog prevoditelja

Mapiranje povratnog križanja [geni] pomoću povratnog križanja. Metoda genetskog mapiranja koja se temelji na dobivanju backcross hibrida srodnih oblika i analizi cijepanja varijanti alela polimorfnih u dužini restrikcije ... ...

Mapiranje usporednih gena kod sisavaca - * kartovanne paranalni geni sisavaca * usporedno mapiranje gena sisavaca informativna usporedba genetskih karata ljudi i bilo koje druge vrste sisavaca). Moraju biti dobro proučeni i daleko jedni od drugih ...

Mapiranje - * kartovanne * mapiranje uspostavljanja položaja gena ili nekih specifičnih mjesta (vidi) duž lanca DNA (. Karta) ... Genetika. enciklopedijski rječnik

Mapiranje ozračenim hibridima [stanice] - * karta dapamogeja primijenjenog hibridaў [stanica] * zračena hibridnim mapiranjem modifikacija metode mapiranja gena korištenjem hibridizacije somatskih stanica. Stanice hibridnog klona "glodavac H čovjek" koji sadrži samo kromosom 1 ... ... Genetika. enciklopedijski rječnik

Kartiranje hibridnim zračenjem pomoću ozračenih hibrida [stanice]. Modifikacija metode mapiranja gena korištenjem hibridizacije stanica somatskih stanica hibridnog klona "glodavac ˟ čovjek" koji sadrži samo 1 kromosom ... ... Molekularna biologija i genetika. Rječnik.

Utvrđivanje reda gena i relativne udaljenosti između njih u veznoj skupini ... Veliki medicinski rječnik

Mapiranje ljudskog genoma

Ne trebamo uzalud uznemiravati bogove -

Postoje žrtve koje mogu pogoditi o ratu,

Robovi da šute i kamenje grade!

Osip Mandelstam, "Priroda je isti Rim ..."

Genetika je mlada znanost. Evolucija vrsta doista je otkrivena tek krajem 50-ih godina 19. stoljeća. 1866. austrijski redovnik Gregor Mendel objavio je rezultate svojih pokusa na oprašivanju graška. Do kraja stoljeća nitko nije obraćao pažnju na njegovo otkriće. A Galton, na primjer, nikad nije saznao za njih. Čak je i mehanizam oplodnje - spajanje jezgri muških i ženskih spolnih stanica - otkriven tek 1875. godine. 1888. godine u jezgri stanica pronađena su mala tijela koja se nazivaju kromosomima, a 1909. mendelski čimbenici nasljeđivanja imenovani su genima. Prvo umjetno osjemenjivanje (kod kunića, a zatim kod majmuna) provedeno je 1934. godine; i konačno, 1953. godine došlo je do temeljnog otkrića - uspostavljena je dvostruka spiralna struktura DNA. Kao što vidite, sve se to dogodilo nedavno, tako da su rani eugeničari, općenito, bili vrlo malo svjesni tehnike svog zanata.

Mapiranje ljudskog genoma još je u ranoj fazi. Ono što znamo je maleni djelić onoga što ne znamo. Postoji tri milijarde nukleotidnih sekvenci, koje tvore od dvadeset šest do trideset osam tisuća gena, koji izravno kodiraju proteine. Ali kako geni i proteini koje oni proizvode međusobno djeluju još uvijek je slabo razumljivo.

Međutim, uloga gena u ljudskom društvu brzo se prepoznaje. 1998. Diana Paul (Sveučilište Massachusetts) prisjetila se onoga što je prije četrnaest godina nazivala

„Biološki determinističko“ gledište prema kojem geni utječu na razlike u inteligenciji i temperamentu - koristeći se tim izrazima kao da je određeno njihovo značenje. Danas bi njihova upotreba bila kontroverzna, jer čini se da ove oznake dovode u pitanje ovo gledište, dok je široko prihvaćeno i od strane znanstvenika i javnosti ".

Bilo kako bilo, naše se znanje nadopunjuje doslovno svaki dan, a u vrlo bliskoj budućnosti moći ćemo analizirati s velikom točnošću genetsko opterećenje,koje namećemo budućim naraštajima.

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Svezak 1 [Astronomija i astrofizika. Geografija i druge znanosti o zemlji. Biologija i medicina] Autor

Iz knjige Ljudski genom: Enciklopedija napisana u četiri slova Autor

Iz knjige Ljudski genom [Enciklopedija napisana u četiri slova] Autor Tarantul Viacheslav Zalmanovich

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Svezak 1. Astronomija i astrofizika. Geografija i druge znanosti o zemlji. Biologija i medicina Autor Kondrashov Anatolij Pavlovič

Iz knjige Dešifrirani život [Moj genom, moj život] napisao Venter Craig

Iz knjige Biološka kemija Autor Lelevič Vladimir Valerijanovič

Iz autorove knjige

DIO I. STRUKTURA LJUDSKOG GENOMA ŠTO JE GENOM? Pitanja su vječna, odgovori ovise o vremenu. E. Chargaff U dijalogu sa životom nije važno njezino pitanje, već naš odgovor. MI Tsvetaeva Od samog početka definirat ćemo što ovdje podrazumijevamo pod riječju „gen“. Sam pojam

Iz autorove knjige

Analiza ukupne DNA - nove informacije o građi ljudskog genoma U prvoj fazi izravnog proučavanja građe ljudskog genoma, kada metodologija genetskog inženjerstva još nije postojala, za proučavanje DNA korištene su tradicionalne fizikalno-kemijske metode. NA

Iz autorove knjige

DIO II. FUNKCIJA LJUDSKOG GENOMA KRALJICA JE UMRLA - ČASTI KRALJICU! Ono što znamo je ograničeno, a ono što ne znamo je beskonačno. P. Laplace Znanost je uvijek u krivu. Ona nikada neće riješiti problem bez podizanja desetak novih. B. Shaw So,

Iz autorove knjige

Kako je računalo korisno za proučavanje ljudskog genoma? Bez računalnih tehnologija bioinformatike (genoinformatika ili, u širem smislu, bioinformatika), razvoj genomskih istraživanja teško da bi uopće bio moguć. Teško je i zamisliti kako

Iz autorove knjige

DIO III. PORIJEKLO I EVOLUCIJA GENOMA LJUDI

Iz autorove knjige

Koliko se ljudski genom razlikuje od genoma čimpanze? Genom je kolekcija gena sadržanih u haploidnom (pojedinačnom) skupu kromosoma određenog organizma. Genom nije svojstvo pojedinca, već vrste organizama. U veljači 2001. u američkoj

Iz autorove knjige

11. poglavlje Dešifriranje ljudskog genoma Što ćete reći kad, uspinjući se s posljednjim snagama na vrh planine koju nikada nitko nije posjetio, iznenada vidite osobu kako se penje paralelnom stazom? U znanosti je suradnja uvijek puno plodonosnija,

Slični članci