Mapeamento genético. Estratégia de mapeamento genético e seu papel na identificação de novos genes de doenças hereditárias. Exemplos de mapeamento genético de genes de doenças humanas
Alfred Sturtevant (colaborador de Morgan) sugeriu que a frequência de cruzamento entre genes localizados no mesmo cromossomo pode servir como uma medida da distância entre os genes. Em outras palavras, a frequência de crossover, expressa como a razão entre o número de indivíduos de crossover e o número total de indivíduos, é diretamente proporcional à distância entre os genes. A frequência de cruzamento pode então ser usada para determinar a posição relativa dos genes e a distância entre eles.
O mapeamento genético é a determinação da posição de um gene em relação a (pelo menos) dois outros genes. A constância da porcentagem de crossing over entre certos genes permite que sejam localizados. A unidade de distância entre os genes é 1% de passagem; em homenagem a Morgan, esta unidade é chamada morganida (M), ou santimorganide (CM).
Na primeira etapa do mapeamento, é necessário determinar a pertença de um gene a um grupo de ligação. Quanto mais genes são conhecidos em uma determinada espécie, mais precisos são os resultados do mapeamento. Todos os genes são divididos em grupos de ligação.
O número de grupos de ligação corresponde ao conjunto haplóide de cromossomos. Por exemplo, em D. melanogaster 4 grupos de embreagem, milho - 10, camundongos - 20, humanos - 23 grupos de embreagem. Se houver cromossomos sexuais, eles serão indicados adicionalmente (por exemplo, uma pessoa tem 23 grupos de ligação mais um cromossomo Y).
Como regra, o número de genes em grupos de ligação depende das dimensões lineares dos cromossomos correspondentes. Portanto, uma mosca da fruta tem um cromossomo de um (IV) ponto (quando analisada em um microscópio de luz). Conseqüentemente, o número de genes nele é muitas vezes menor do que no resto, excedendo significativamente seu comprimento. Também deve ser notado que em regiões heterocromáticas de cromossomos não há genes ou quase nenhum, portanto, regiões estendidas de heterocromatina constitutiva podem alterar um pouco a proporcionalidade do número de genes e o comprimento do cromossomo.
Os mapas genéticos são compilados com base no mapeamento genético. Em mapas genéticos, o gene extremo (ou seja, o mais distante do centrômero) corresponde ao ponto zero (inicial). A distância de um gene do ponto zero é indicada em morganídeos.
Se os cromossomos forem longos o suficiente, então a remoção do gene do ponto zero pode exceder 50 M - então surge uma contradição entre as distâncias marcadas no mapa, excedendo 50%, e a posição postulada acima, de acordo com a qual 50% dos cruzamentos obtidos no experimento, de fato, deveriam significar a ausência de ligação. ou seja, e. localização de genes em diferentes cromossomos. Essa contradição se explica pelo fato de que, ao compilar mapas genéticos, são somadas as distâncias entre os dois genes mais próximos, o que ultrapassa a porcentagem de crossing over experimentalmente observada.
UNIVERSIDADE NACIONAL DE CAZAQUE DADA DEPOIS DE AL-FARABI
Faculdade: biologia e biotecnologia
Departamento: biotecnologia
"REDAÇÃO"
Sobre o tema: EMBREAGEM GENÉTICA E MAPEAMENTO DE GENES HUMANOS.
Concluído : alunos de 3 anos (médico bt.)
Nuralibekov S.Sh.
Davronova M.A.
Verificado : ph.D. , professor associado do departamentomolecular
biologia e genética Omirbekova N.Zh.
ALMATY 2018
Mapas de ligação genética ……………………………………………………… ..3
Métodos modernos de construção de mapas de ligação genética …… .......... …… ...… .5
PCR em estudos do genoma humano ……………………………… .... …………. …… 8
Mapas físicos de baixa resolução ………………………………………… ..….… .9
Mapas físicos de alta resolução …………… .. ……………………… .. ……… 11
Lista das fontes utilizadas ……………… ... …………… .. ………………… .13
Mapeamento e determinação da estrutura primária do genoma humano
Após uma breve revisão dos principais métodos usados \u200b\u200bna genética molecular para estudar a estrutura e os mecanismos de funcionamento dos genes, parece conveniente examinar mais de perto a aplicação prática desses métodos e suas modificações para estudar grandes genomas usando o exemplo do genoma humano. Para estudar de forma abrangente o genoma humano, este armazenamento colossal de sua informação genética, um programa internacional especial "Projeto Genoma Humano" foi recentemente desenvolvido e está sendo implementado. A principal tarefa do programa é a construção de mapas genéticos abrangentes de alta resolução para cada um dos 24 cromossomos humanos, que, em última instância, devem terminar com a determinação da estrutura primária completa do DNA desses cromossomos. Atualmente, as obras do projeto estão em pleno andamento. Caso sua conclusão seja bem-sucedida (o que deve acontecer em 2003, de acordo com os planos), a humanidade terá perspectivas de um estudo aprofundado do significado funcional e dos mecanismos de funcionamento de cada um de seus genes, bem como dos mecanismos genéticos que regem a biologia humana, estabelecendo as causas da maioria das condições patológicas de seu corpo ...
Abordagens básicas para mapear o genoma humano
A solução para a tarefa principal do programa Genoma Humano inclui três etapas principais. No primeiro estágio, é necessário separar cada cromossomo individual de forma específica em partes menores, permitindo sua posterior análise por métodos conhecidos. O segundo estágio da pesquisa envolve a determinação da posição relativa desses fragmentos de DNA individuais em relação uns aos outros e sua localização nos próprios cromossomos. Na etapa final, é necessário fazer a própria determinação da estrutura primária do DNA para cada um dos fragmentos cromossômicos caracterizados e compor uma seqüência contínua completa de seus nucleotídeos. A solução do problema não será completa se nas sequências de nucleotídeos encontradas não for possível localizar todos os genes do organismo e determinar seu significado funcional. A passagem dos três estágios acima é necessária não apenas para obter características abrangentes do genoma humano, mas também de qualquer outro genoma grande.
Mapas de ligação genética
Os mapas de ligação genética são padrões unidimensionais do arranjo mútuo de marcadores genéticos em cromossomos individuais. Marcadores genéticos são entendidos como quaisquer características fenotípicas herdadas que diferem em indivíduos individuais. Os traços fenotípicos que atendem aos requisitos dos marcadores genéticos são muito diversos. Eles incluem características comportamentais ou predisposição a certas doenças e sinais morfológicos de organismos inteiros ou suas macromoléculas, com estruturas diferentes. Com o desenvolvimento de métodos simples e eficazes de estudo de macromoléculas biológicas, tais características, conhecidas como marcadores moleculares, tornaram-se as mais utilizadas na construção de mapas de ligação genética. Antes de prosseguir com a consideração dos métodos para a construção de tais mapas e suas implicações para o estudo do genoma, é necessário lembrar que o termo "ligação" é usado em genética para denotar a probabilidade de transmissão conjunta de duas características de um pai para a prole.
Durante a formação de células germinativas (gametas) em animais e plantas na fase de meiose, via de regra, ocorre sinapses (conjugação) de cromossomos homólogos. As cromátides irmãs de cromossomos homólogos estão conectadas ao longo de todo o seu comprimento e, como resultado do crossing over (recombinação genética entre as cromátides), suas partes são trocadas. Quanto mais os dois marcadores genéticos estão localizados um do outro na cromátide, mais provável é que a ruptura da cromátide necessária para o cruzamento ocorra entre eles, e os dois marcadores no novo cromossomo pertencente ao novo gameta serão separados um do outro, ou seja, sua coesão será quebrada. A unidade de ligação dos marcadores genéticos é morganida (unidade Morgan, M), que contém 100 centímetros (cM). 1 cM corresponde à distância física no mapa genético entre dois marcadores, cuja recombinação entre os quais ocorre com uma frequência de 1%. Expresso em pares de bases, 1 cM corresponde a 1 milhão de pb. (p.f.) DNA.
Os mapas de ligação genética refletem corretamente a ordem de disposição dos marcadores genéticos nos cromossomos, porém, os valores obtidos das distâncias entre eles não correspondem às distâncias físicas reais. Normalmente, esse fato está associado ao fato de que a eficiência de recombinação entre cromátides em regiões individuais dos cromossomos pode variar muito. Em particular, é suprimido nas regiões heterocromáticas dos cromossomos. Por outro lado, os pontos quentes de recombinação são comuns nos cromossomos. O uso de frequências de recombinação para a construção de mapas genéticos físicos sem levar em conta esses fatores levará a distorções (respectivamente, subestimação ou superestimação) das distâncias reais entre os marcadores genéticos. Assim, os mapas de ligação genética são os menos precisos de todos os tipos de mapas genéticos disponíveis e só podem ser considerados como uma primeira aproximação aos mapas físicos reais. No entanto, na prática, são eles, e só eles, que permitem localizar marcadores genéticos complexos (por exemplo, associados a sintomas da doença) nas primeiras fases do estudo e permitem um estudo mais aprofundado. Deve-se lembrar que, na ausência de crossing over, todos os genes de um cromossomo individual seriam passados \u200b\u200bdos pais para os filhos juntos, uma vez que estão fisicamente ligados uns aos outros. Portanto, os cromossomos individuais formam grupos de ligação de genes, e uma das primeiras tarefas da construção de mapas de ligação genética é atribuir o gene ou sequência de nucleotídeos estudada a um grupo de ligação específico. Na próxima. A tabela lista métodos modernos que, de acordo com V.A. McCusick, foram usados \u200b\u200bcom mais frequência para construir mapas de ligação genética até o final de 1990.
Métodos modernos para construir mapas de ligação genética
| Método | Número de loci mapeados |
| Hibridização de células somáticas | 1148 |
| Hibridização in situ | 687 |
| Família | 466 |
| Determinação do efeito da dose | 159 |
| Mapeamento de restrição | 176 |
| Uso de aberrações cromossômicas | 123 |
| Usando Sintenia | 110 |
| Segregação de genes induzida por radiação | 18 |
| Outros métodos | 143 |
| Total | 3030 |
Hibridização de células somáticas. Um dos métodos mais populares para atribuir um marcador genético (gene funcionalmente ativo) a um grupo de ligação específico é a hibridização (fusão entre si) de células somáticas de diferentes espécies biológicas de organismos, uma das quais é a estudada. Em híbridos interespecíficos de células somáticas em processo de cultivo, ocorre a perda de cromossomos, principalmente de uma das espécies biológicas. A perda de cromossomos é, via de regra, aleatória e os clones de células resultantes contêm os cromossomos restantes em diferentes combinações. A análise de clones contendo diferentes conjuntos de cromossomos das espécies estudadas permite determinar com quais desses cromossomos remanescentes está associada a expressão do marcador estudado e, conseqüentemente, localizar o gene em um cromossomo específico.
Hibridização in situ. A técnica de hibridização in situ também é amplamente usada para mapear sequências de nucleotídeos em cromossomos. Para este efeito, as preparações de cromossomas fixos são hibridadas (incubadas a uma temperatura elevada com posterior arrefecimento) com as sequências de nucleótidos sob investigação marcadas com um marcador radioactivo, fluorescente ou outro. Após a lavagem do marcador não ligado, as moléculas de ácido nucleico marcadas restantes são associadas a regiões cromossômicas contendo sequências complementares às sequências de nucleotídeos marcadas estudadas. Os híbridos resultantes são analisados \u200b\u200bcom um microscópio diretamente ou após autorradiografia. Esse grupo de métodos é caracterizado por uma resolução superior à hibridização de células somáticas, pois permitem localizar as sequências de nucleotídeos estudadas nos cromossomos. Conforme o Programa Genoma Humano avança, os pesquisadores têm cada vez mais sequências de nucleotídeos isoladas que podem ser usadas como sondas para hibridização in situ. A este respeito, estes métodos em termos de frequência de uso ganharam recentemente com firmeza. O mais popular é um grupo de métodos denominado hibridização fluorescente in situ (FISH), que usa sondas polinucleotídicas contendo um marcador fluorescente. Em particular, em 1996,\u003e 600 artigos foram publicados descrevendo o uso desse método.
Análise de ligação genética familiar. Este grupo de métodos é freqüentemente usado em genética médica para identificar a ligação (ligação) entre os sintomas de uma doença causada por uma mutação em um gene desconhecido e outros marcadores genéticos. Nesse caso, os próprios sintomas da doença atuam como um dos marcadores genéticos. Um grande número de polimorfismos, incluindo RFLP, foi encontrado no genoma humano. Os RFLPs são distribuídos de maneira mais ou menos uniforme no genoma humano a uma distância de 5 a 10 cm um do outro. Quanto mais próximos os loci polimórficos individuais estão localizados do gene responsável pela doença, menos provável que eles sejam separados durante a recombinação na meiose e mais frequentemente eles ocorrerão juntos em um indivíduo doente e juntos serão transmitidos de pais para filhos. Tendo clonado uma região estendida do genoma, incluindo o marcador polimórfico correspondente (sua seleção da biblioteca de clones de DNA genômico é realizada usando uma sonda), é possível isolar simultaneamente um gene que causa uma doença hereditária com ele. Tais abordagens têm sido, em particular, aplicadas com sucesso para análise familiar e isolamento dos genes correspondentes na distrofia muscular de Duchenne, fibrose cística dos rins (fibrose cística) e distrofia miotônica. O conteúdo de informação de RFLPs individuais do genoma humano depende do nível de sua heterozigosidade na população estudada. A medida da informatividade do RFLP como marcador genético, conforme sugerido por D. Botstein et al. (1980), é considerada o valor do conteúdo de informação do polimorfismo (PIC), que é a razão entre o número de cruzamentos em que pelo menos um dos pais possui o marcador polimórfico estudado em um estado heterozigoto, a todos os cruzamentos.
Determinação do efeito da dose do gene e uso de aberrações cromossômicas ... Esses métodos revelam correlações entre o nível de expressão do gene estudado e o número de cromossomos específicos em linhagens celulares aneuploides ou rearranjos estruturais de cromossomos (mutações cromossômicas - aberrações). Aneuploidia é a presença de um número de cromossomos em uma célula, tecido ou organismo inteiro que não é igual ao típico para uma dada espécie biológica. As aberrações cromossômicas na forma de translocações de regiões cromossômicas em regiões heterocromáticas do mesmo ou de outros cromossomos são frequentemente acompanhadas pela supressão da transcrição de genes localizados em regiões translocadas ou no cromossomo aceitador (efeito mosaico de posição).
Usando synthenia. Sintenia é a similaridade estrutural de grupos de ligação gênica em organismos de diferentes espécies biológicas. Em particular, várias dezenas de grupos de genes sintênicos são conhecidos nos genomas humanos e de camundongo. A presença do fenômeno da sintenia permite estreitar a busca pelo sítio de localização do gene estudado nos cromossomos, limitando-o à região de genes conhecidos pertencentes a um grupo sintênico específico.
Segregação gênica induzida por radiação ionizante. Usando este método, a distância entre os genes em estudo é determinada avaliando a probabilidade de sua separação (segregação) após as células serem irradiadas com uma determinada dose padrão de radiação ionizante. As células irradiadas são salvas da morte por hibridização com células somáticas de roedores, e a presença dos marcadores estudados de células irradiadas é determinada em híbridos somáticos em cultura. Como resultado, é possível concluir sobre a presença ou ausência de ligação (distância física) entre esses genes.
Entre outros métodos Devem ser mencionados métodos baseados na utilização de grandes fragmentos de DNA gerados por grandes enzimas de restrição de clivagem para mapeamento de genes. Após a clivagem do DNA genômico, os fragmentos resultantes são separados por eletroforese em campo elétrico pulsado e, em seguida, são hibridizados de acordo com Southern com sondas correspondentes aos genes mapeados. Se, após a hibridização, os sinais de ambas as sondas estiverem localizados no mesmo fragmento de DNA grande, isso indica uma ligação estreita de tais genes.
PCR em estudos do genoma humano
A reação em cadeia da polimerase é central para o desenvolvimento de abordagens para a implementação prática do Programa Genoma Humano. Como discutido acima, a PCR pode amplificar de forma rápida e eficiente quase qualquer região curta do genoma humano, e os produtos de PCR resultantes podem então ser usados \u200b\u200bcomo sondas para mapear as regiões correspondentes nos cromossomos por hibridização Southern ou in situ.
Conceito STS. Um dos conceitos-chave subjacentes ao mapeamento de genes humanos na estrutura do programa discutido é o conceito de sítios marcados por sequência (STS). De acordo com este conceito, todos os fragmentos de DNA usados \u200b\u200bpara construir mapas genéticos ou físicos podem ser identificados de forma única usando uma sequência de nucleotídeos de 200-500 bp que será única para um determinado fragmento. Cada um desses sítios deve ser sequenciado, o que permitirá amplificá-los posteriormente por PCR e utilizá-los como sondas. O uso de STS tornaria possível usar suas sequências na forma de produtos de PCR como sondas para o isolamento direcionado de qualquer fragmento de DNA de uma determinada região do genoma a partir de uma coleção de sequências genômicas. Como resultado, podem ser criados bancos de dados que incluem a localização e estrutura de todos os STSs, bem como os primers necessários para sua amplificação. Isso eliminaria a necessidade de laboratórios de armazenar vários clones e enviá-los a outros laboratórios para pesquisa. Além disso, o STS fornece a base para o desenvolvimento de uma única linguagem na qual diferentes laboratórios podem descrever seus clones. Assim, o resultado final do desenvolvimento do conceito de STS seria um mapa abrangente do STS do genoma humano. Teoricamente, para construir um mapa genético de 1 cm de tamanho, são necessários 3.000 marcadores polimórficos de DNA totalmente informativos. No entanto, uma vez que os marcadores polimórficos são distribuídos desigualmente no genoma e apenas alguns deles são totalmente informativos, o número real de marcadores necessários para construir um mapa deste tamanho é estimado em 30-50 mil. Para obter marcadores correspondentes às regiões dos cromossomos em estudo, são frequentemente utilizados primers correspondentes a sequências repetidas dispersas, entre as quais as sequências Alu foram as primeiras a serem utilizadas.
Alu-PCR.Sequências Alu repetidas dispersas são características do genoma humano. Primers específicos para sequências Alu são usados \u200b\u200bpara amplificar regiões de DNA do genoma humano encerradas entre repetições Alu, que estão localizadas em média a uma distância de 4–10 kb. separados. Outra opção do Alu-PCR é a síntese direcionada de sondas de DNA com o auxílio de regiões de cromossomos obtidos após fragmentação a laser, cromossomos individuais isolados por citometria de fluxo, ou DNA de células híbridas contendo determinada parte do genoma humano. Além disso, Alu-PCR é usado para obter impressões digitais únicas que caracterizam híbridos de células em termos de estabilidade do genoma, bem como para caracterizar fragmentos de DNA humano clonados em vetores YAC, cosmídeos ou vetores baseados em DNA de bacteriófago. A singularidade das sequências Alu para o genoma humano torna possível usá-las para "caminhar ao longo dos cromossomos", bem como para expandir contigs existentes. Uma vez que\u003e 90% das sequências moderadamente repetitivas no genoma humano são representadas pelas famílias Alu e KpnI, não é surpreendente que as últimas também sejam usadas em PCR para os mesmos fins que Alu. No entanto, aqui os perfis dos produtos de PCR são menos complexos, uma vez que as sequências KpnI se repetem com menos frequência no genoma e têm uma localização característica nos cromossomos.
O PCR é usado ativamente para identificar marcadores moleculares polimórficos ao construir mapas de ligação genética, cujos princípios básicos foram discutidos acima. Este método também é útil no sequenciamento de DNA, bem como na construção de mapas físicos de alta resolução para o genoma humano. As duas últimas áreas de aplicação do PCR serão discutidas com mais detalhes abaixo.
Mapas físicos de baixa resolução
Em contraste com os mapas de ligação genética discutidos acima, os mapas físicos do genoma refletem a distância real entre os marcadores, expressa em pares de bases. Os mapas físicos diferem no grau de sua resolução, ou seja, sobre os detalhes da estrutura do genoma que são apresentados neles. Um mapa físico abrangente do genoma humano de resolução máxima conterá a sequência de nucleotídeos completa de todos os seus cromossomos. No outro extremo dos mapas físicos com resolução mínima estão os mapas cromossômicos (citogenéticos) do genoma.
Quatro tipos de mapas genéticos de DNA genômico e sua relação
1 - mapa de ligação genética, 2 - mapa de restrição física, lacunas indicam os locais de clivagem de DNA por enzimas de restrição, 3 - mapa físico de contigs, mostrando clones de DNA sobrepostos obtidos usando vetores YAC, 4 - mapa físico abrangente na forma de sequência de nucleotídeos de DNA. Todos os mapas mostram a mesma região cromossômica
Mapas cromossômicos. Os mapas cromossômicos do genoma humano são obtidos pela localização de marcadores genéticos em cromossomos individuais usando métodos citogenéticos, incluindo autoradiografia e FISH. Nos dois últimos casos, marcadores radioativos ou fluorescentes associados aos loci genéticos estudados de cromossomos intactos são detectados usando microscopia de luz. Muito recentemente, os mapas cromossômicos tornaram possível localizar o fragmento de DNA investigado em um cromossomo 10 mp. Métodos modernos de hibridização in situ usando cromossomos metafásicos, principalmente o método FISH, localizam marcadores polinucleotídicos em 2–5 bp. Além disso, durante a hibridação in situ com cromossomos interfásicos, em que o material genético está em uma forma menos compacta, a resolução dos mapas cromossômicos se aproxima de 100 kbp.
A precisão dos mapas cromossômicos também é aprimorada com o uso de métodos genéticos modernos. Por exemplo, a capacidade do PCR de amplificar segmentos de DNA de um único espermatozóide torna possível estudar um grande número de meiose, como se conservado em amostras individuais de esperma. Como resultado, torna-se possível verificar a posição relativa de marcadores genéticos localizados em mapas de cromossomos usando métodos mais rudimentares.
Mapas CDNA... Os mapas de CDNA refletem a posição das regiões de DNA expressas (exons) em relação aos marcadores citogenéticos conhecidos (bandas) nos cromossomos metafásicos. Como esses mapas dão uma ideia da localização de regiões transcritas do genoma, incluindo genes com funções desconhecidas, eles podem ser usados \u200b\u200bpara pesquisar novos genes. Esta abordagem é especialmente útil na busca de genes cujos danos causam doenças humanas, se a localização aproximada de tais regiões cromossômicas já tiver sido realizada anteriormente em mapas de ligação genética como resultado de análises genéticas familiares.
Mapas físicos de alta resolução
Duas estratégias para construir mapas físicos de DNA
a - estratégia "top-down": o DNA de todo o cromossomo é clivado por enzimas de restrição de clivagem grande, um mapa de restrição é construído para cada um dos fragmentos de DNA individuais; b - estratégia ascendente, clones YAC individuais são combinados em contigs após a identificação
Na tentativa de construir mapas do genoma humano de alta resolução, duas abordagens alternativas foram implementadas experimentalmente, chamadas mapeamento top-down e mapeamento bottom-up. Ao mapear de cima para baixo, a análise inicial é uma preparação de DNA de um cromossomo humano individual. O DNA é cortado com enzimas de restrição de clivagem grande (por exemplo, NotI) em fragmentos longos, que, após separação por eletroforese em um campo elétrico pulsado, são submetidos a análises de restrição adicionais com outras enzimas de restrição. Como resultado, obtém-se um mapa de macrorrestrição, no qual todas as sequências do cromossomo estudado ou de sua parte estão suficientemente representadas, mas sua resolução é baixa. É muito difícil localizar genes individuais nesse mapa. Além disso, cada mapa individual raramente cobre segmentos de DNA estendidos (como regra, não mais que 1–10 mp).
Ao mapear o genoma humano de baixo para cima, com base na preparação do DNA total do genoma ou cromossomo individual, uma série de clones aleatórios de sequências de DNA estendidas (10–1000 kb) são obtidos, alguns dos quais se sobrepõem uns aos outros. Neste caso, minicromossomos artificiais de bactérias (BAC) ou leveduras (YAC) são frequentemente usados \u200b\u200bcomo um vetor para clonagem, descrito em detalhes na seção 7.2.4. Uma série de clones parcialmente sobrepostos e complementares formam uma sequência contígua de nucleotídeos de DNA chamada contig. A correção dos contigs obtidos é confirmada por hibridização in situ (FISH) com sua ligação simultânea a certas regiões dos cromossomos estudados. Mapas baseados em Contig fornecem informações completas sobre a estrutura de segmentos cromossômicos individuais e permitem que você localize genes individuais. No entanto, esses mapas são difíceis de usar para a reconstrução de cromossomos inteiros ou de suas seções estendidas devido à ausência dos clones correspondentes nas bibliotecas de clones de genes existentes.
O principal problema que deve ser resolvido ao usar ambas as abordagens para a construção de mapas físicos de alta resolução é a unificação de fragmentos de DNA espalhados em sequências contíguas de nucleotídeos. Na maioria das vezes, fragmentos de DNA clonados especiais são usados \u200b\u200bpara isso, chamados de clones de ligação. Os fragmentos de DNA de clones de ligação contêm sequências de nucleotídeos de endonucleases de restrição de grande clivagem em suas partes internas e, portanto, representam as junções de fragmentos de DNA usados \u200b\u200bnos primeiros estágios do mapeamento físico. Por hibridação Southern, durante a qual fragmentos de DNA de clones de ligação são usados \u200b\u200bcomo sondas, são determinados fragmentos de DNA de mapas físicos contendo sequências de nucleotídeos na vizinhança de locais de restrição de endonucleases de restrição de grande clivagem. Se dois desses fragmentos forem encontrados, o clone de ligação correspondente se sobrepõe a ambos os fragmentos e faz parte deles. Os clones de ligação, por sua vez, são selecionados de bancos de genes usando sondas, que são sequências de nucleotídeos de locais de restrição de enzimas de restrição de grande clivagem.
LISTA USAVA FONTES
1) Clark M.S. Genômica comparada: A chave para entender o Projeto Genoma Humano // BioEssays. 1999. Vol. 21. P. 21-30.
2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. Novas técnicas para mapeamento físico do genoma humano // FASEB J. 1991. Vol. 5. P. 28–34.
3) Georgiev G.P. Genes de organismos superiores e sua expressão. Moscou: Nauka, 1989.254 p.
4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html
Logo após a redescoberta das leis de Mendel, o citologista alemão Theodor Boveri (1902) apresentou evidências da participação dos cromossomos nos processos de transmissão hereditária, mostrando que o desenvolvimento normal do ouriço-do-mar só é possível se todos os cromossomos estiverem presentes. Na mesma época (1903), o citologista americano William Setton chamava a atenção para o paralelismo do comportamento dos cromossomos na meiose e dos fatores hipotéticos de hereditariedade, cuja existência já havia sido prevista pelo próprio Mendel.
William Setton sugeriu que vários genes podem ser encontrados em um cromossomo. Nesse caso, deve haver herança vinculada de características, ou seja, várias características diferentes podem ser herdadas como se fossem controladas por um único gene. Em 1906, W. Batson e R. Pennett descobriram a herança ligada em ervilhas-de-cheiro. Eles estudaram a herança conjunta: cores das flores (roxo ou vermelho) e formas dos grãos de pólen (alongados ou redondos). Ao cruzar os di-heterozigotos, uma divisão de 11.1: 0.9: 0.9: 3.1 foi observada em sua prole, em vez do esperado 9: 3: 3: 1. Parecia que os fatores de cor e forma do pólen tendiam a permanecer juntos durante a recombinação das inclinações. Os autores chamaram esse fenômeno de "atração mútua de fatores", mas não conseguiram descobrir sua natureza.
Um estudo mais aprofundado dos cromossomos como portadores de informações ocorreu nas primeiras décadas do século XX no laboratório de Thomas Hunt Morgan (EUA) e seus colaboradores (A. Sturtevant, K. Bridges, G. Möller). Morgan usou a mosca da fruta Drosophila melanogaster como seu principal objeto de pesquisa, que se revelou um objeto modelo muito conveniente:
- Em primeiro lugar, esta mosca é facilmente cultivada em condições de laboratório.
- Em segundo lugar, é caracterizado por um pequeno número de cromossomos (2 n \u003d 8).
- Em terceiro lugar, nas glândulas salivares das larvas de Drosophila existem cromossomos gigantes (politênicos) que são convenientes para observação direta.
- E, por fim, Drosophila se distingue pela alta variabilidade de caracteres morfológicos.
Com base em experimentos com a mosca da fruta Drosophila Morgan e seus alunos, a teoria cromossômica da hereditariedade foi desenvolvida.
As principais disposições da teoria cromossômica da hereditariedade:
1. Gene É um fator hereditário elementar (o termo "elementar" significa "indivisível sem perda de qualidade"). Um gene é uma seção de um cromossomo responsável pelo desenvolvimento de uma característica específica. Em outras palavras, os genes estão localizados nos cromossomos.
2. Um cromossomo pode conter milhares de genes organizados de forma linear (como contas em um fio). Esses genes formam grupos de ligação. O número de grupos de ligação é igual ao número de cromossomos no conjunto haplóide. Uma coleção de alelos em um cromossomo é chamada de haplótipo. Exemplos de haplótipos: ABCD (apenas alelos dominantes), abcd (apenas alelos recessivos), AbCd (várias combinações de alelos dominantes e recessivos).
3. Se os genes estão ligados uns aos outros, então há um efeito de herança ligada de características, ou seja, várias características são herdadas como se fossem controladas por um único gene. Com a herança vinculada, as combinações originais de características são preservadas em uma sucessão de gerações.
4. A ligação dos genes não é absoluta: na maioria dos casos, os cromossomos homólogos trocam alelos como resultado do cruzamento (crossing over) na prófase da primeira divisão meiótica. Como resultado do cruzamento, cromossomos de cruzamento são formados (novos haplótipos aparecem, ou seja, novas combinações de alelos). Com a participação de cromossomos cruzados nas gerações subsequentes, novas combinações de características devem aparecer em indivíduos cruzados.
5. A probabilidade de novas combinações de características devido ao cruzamento é diretamente proporcional à distância física entre os genes. Isso permite que você determine a distância relativa entre os genes e crie mapas genéticos (cruzados) de diferentes tipos de organismos.
CROSSINGOVER
Crossover (do inglês crossing-over - crossing) é um processo de troca de regiões homólogas de cromossomos homólogos (cromátides).
O cruzamento geralmente ocorre na meiose I.
No cruzamento, ocorre uma troca de material genético (alelos) entre os cromossomos e ocorre a recombinação - o aparecimento de novas combinações de alelos, por exemplo, AB + ab → Ab + aB.
Mecanismo de cruzamento de quebra-reunião
De acordo com a teoria Janssens - Darlington, o cruzamento ocorre na prófase da meiose. Os cromossomos homólogos com cromátides AB e ab formam bivalentes. Em uma das cromátides do primeiro cromossomo, ocorre uma quebra na região A - B, depois na cromátide adjacente do segundo cromossomo, ocorre uma quebra na região a - b. A célula busca reparar o dano com a ajuda de enzimas de recombinação de reparo e anexar fragmentos de cromátides. No entanto, neste caso, é possível unir transversalmente (cruzamento), e as cromátides recombinantes Ab e aB são formadas. Na anáfase da primeira divisão da meiose, ocorre uma divergência de cromossomos dicromatídeos e, na segunda divisão, uma divergência de cromátides (cromossomos unicromátides). As cromátides que não participaram do crossing-over retêm as combinações originais de alelos. Essas cromátides (cromossomos de uma cromátide) são chamadas de não cruzadas; com sua participação, os gametas, zigotos e indivíduos não crossover se desenvolverão. As cromátides recombinantes que são formadas durante o crossing-over carregam novas combinações de alelos. Essas cromátides (cromossomos de uma cromátide) são chamadas de crossover; com sua participação, gametas de crossover, zigotos e indivíduos se desenvolverão. Assim, como resultado do cruzamento, ocorre a recombinação - o aparecimento de novas combinações de inclinações hereditárias nos cromossomos.
De acordo com outras teorias, o crossing-over está associado à replicação do DNA: tanto no paquiteno da meiose, quanto na interfase. Em particular, é possível alterar a matriz na bifurcação de replicação.
Mapas genéticos (crossover)
Alfred Sturtevant (colaborador de Morgan) sugeriu que a frequência de cruzamento entre genes localizados no mesmo cromossomo pode servir como uma medida da distância entre os genes. Em outras palavras, a frequência de crossover, expressa como a razão entre o número de indivíduos de crossover e o número total de indivíduos, é diretamente proporcional à distância entre os genes. A frequência de cruzamento pode então ser usada para determinar a posição relativa dos genes e a distância entre eles. A unidade de distância entre os genes é 1% de passagem; em homenagem a Morgan, essa unidade é denominada morganida (M).
Com base no mapeamento genético, mapas genéticos - diagramas refletindo a posição dos genes nos cromossomos em relação a outros genes. Em mapas genéticos, o gene extremo (ou seja, o mais distante do centrômero) corresponde ao ponto zero (inicial). O afastamento de um gene do ponto zero é indicado em morganídeos.
A construção de mapas genéticos de diversos organismos é de grande importância na área da saúde, criação e ecologia. Ao estudar características humanas (e em particular, doenças genéticas), é importante saber qual gene determina a característica em questão. Este conhecimento torna possível fazer previsões em aconselhamento médico e genético, no desenvolvimento de métodos de tratamento de doenças genéticas, incl. e para correção do genoma. O conhecimento dos mapas genéticos de plantas cultivadas e animais domésticos permite planejar o processo de criação, o que contribui para a obtenção de resultados confiáveis \u200b\u200bem curto espaço de tempo. A construção de mapas genéticos de plantas e animais silvestres também é importante do ponto de vista ecológico. Em particular, o pesquisador tem a oportunidade de estudar não apenas traços fenotípicos de organismos, mas traços específicos, geneticamente determinados.
Cruzamento duplo e múltiplo
Morgan sugeriu que o cruzamento entre dois genes pode ocorrer não apenas em um, mas também em dois ou mais pontos. Um número par de cruzamentos entre dois genes, em última instância, não leva à sua transferência de um cromossomo homólogo para outro, portanto, diminui o número de cruzamentos e, consequentemente, a distância entre esses genes, determinada no experimento. Isso geralmente se refere a genes localizados longe o suficiente uns dos outros. Naturalmente, a probabilidade de um duplo cruzamento é sempre menor do que a probabilidade de um único cruzamento. Em princípio, será igual ao produto da probabilidade de dois atos únicos de recombinação. Por exemplo, se um único cruzamento ocorrerá com uma frequência de 0,2, então um duplo cruzamento - com uma frequência de 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. Mais tarde, junto com o cruzamento duplo, o fenômeno do cruzamento múltiplo também foi descoberto: as cromátides homólogas podem trocar regiões em três, quatro ou mais pontos.
Interferência - É a supressão de cruzamentos nas áreas imediatamente adjacentes ao ponto de troca ocorrido.
Considere o exemplo descrito em uma das primeiras obras de Morgan. Ele investigou a frequência de cruzamento entre os genes w (branco - olhos brancos), y (amarelo - corpo amarelo) em (miniatura - asas pequenas), localizados no cromossomo X de D. melanogaster. A distância entre os genes w e y como uma porcentagem de cruzamento foi de 1,3, e entre os genes y e m - 32,6. Se dois eventos de cruzamento são observados por acaso, então o cruzamento duplo esperado sobre a frequência deve ser igual ao produto do cruzamento sobre as frequências entre os genes y e w e os genes w e m. Em outras palavras, a taxa de duplo cruzamento será de 0,43%. Na verdade, no experimento, apenas um cruzamento duplo foi encontrado por 2.205 moscas, ou seja, 0,045%. O aluno de Morgan, G. Möller, propôs determinar a intensidade da interferência quantitativamente, dividindo o cruzamento duplo realmente observado sobre a frequência pela frequência teoricamente esperada (na ausência de interferência). Ele chamou esse indicador de coeficiente de coincidência, ou seja, coincidência. Möller mostrou que a interferência no cromossomo X de Drosophila é especialmente grande em distâncias curtas; com o aumento do intervalo entre os genes, sua intensidade diminui, e a uma distância de cerca de 40 morganídeos e mais, o coeficiente de coincidência chega a 1 (seu valor máximo).
Evidência citológica de cruzamento
Evidências citológicas diretas da troca de partes de cromossomos durante o crossing-over foram obtidas no início dos anos 1930 em Drosophila e milho.
Considere o experimento de Stern com D. melanogaster. Normalmente, dois cromossomos homólogos são morfologicamente indistinguíveis. Stern examinou os cromossomos X, que tinham diferenças morfológicas e, portanto, não eram completamente homólogos. No entanto, a homologia entre esses cromossomos foi mantida na maior parte de seu comprimento, o que lhes permitiu acasalar normalmente e segregar na meiose (ou seja, serem normalmente distribuídos entre as células-filhas). Um dos cromossomos X da mulher como resultado da translocação, ou seja, o movimento de um fragmento do cromossomo Y, adquiriu a forma de L. O segundo cromossomo X era mais curto que o normal, pois parte dele foi transferido para o cromossomo IV. Foram obtidas fêmeas heterozigotas para os dois cromossomos X indicados, morfologicamente diferentes, bem como heterozigotas para dois genes localizados no cromossomo X: Barra (B) e cravo (cr). Gene Barra É um gene semidominante que afeta o número de facetas e, portanto, a forma do olho (mutantes com o alelo B têm olhos listrados). O gene cr controla a coloração dos olhos (o alelo cr + determina a coloração normal dos olhos e o alelo cr determina a cor dos olhos vermelhos do cravo). O cromossomo X em forma de L carregava os alelos B + e cr + do tipo selvagem, e o cromossomo truncado carregava os alelos mutantes B e cr. As fêmeas do genótipo indicado foram cruzadas com machos com um cromossomo X morfologicamente normal com os alelos cr e B +. Na prole de fêmeas, havia duas classes de moscas com cromossomos não cruzados (crB / crB + e cr + B + / crB +) e duas classes de moscas cujo fenótipo correspondia a cruzamentos (crB + / crB + e cr + B / crB +). O estudo citológico mostrou que os indivíduos do crossover trocaram seções dos cromossomos X e, consequentemente, sua forma mudou. Todas as quatro classes de mulheres tinham um cromossomo normal, isto é, em forma de bastonete, recebido do pai. Fêmeas cruzadas contidas em seus cromossomos X cariótipo transformados como resultado do cruzamento - um longo formato de haste ou dois braços com ombros curtos. Esses experimentos, além de obterem resultados semelhantes simultaneamente no milho, confirmaram a hipótese de Morgan e seus colegas de que o crossing over é uma troca de regiões de cromossomos homólogos e de que os genes estão de fato localizados nos cromossomos.
Cruzamento somático (mitótico).
Em células somáticas, às vezes ocorrem trocas entre cromátides de cromossomos homólogos, como resultado da observação de uma variabilidade combinativa, semelhante àquela que é regularmente gerada pela meiose. Freqüentemente, especialmente em Drosophila e eucariotos inferiores, cromossomos homólogos são sinapses na mitose. Uma das mutações autossômicas recessivas em humanos, em estado de homozigose, levando a uma doença grave conhecida como síndrome de Blum, é acompanhada por um quadro citológico que lembra a sinapse de homólogos e até a formação de quiasmas.
Evidência de cruzamento mitótico foi obtido em Drosophila analisando a variabilidade de características determinadas pelos genes y (amarelo - corpo amarelo) e sn (chamuscado - cerdas chamuscadas), que estão localizados no cromossomo X. Uma fêmea com genótipo y sn + / y + sn é heterozigótica para os genes y e sn e, portanto, na ausência de cruzamento mitótico, seu fenótipo será normal. No entanto, se o cruzamento ocorreu no estágio de quatro cromátides entre cromátides de homólogos diferentes (mas não entre cromátides irmãs) e o local de troca está entre o gene sn e o centrômero, então as células com os genótipos y sn + / y + sn + ey + sn / y + sn são formadas. Nesse caso, o corpo cinza de uma mosca com cerdas normais terá manchas gêmeas em mosaico, uma das quais será amarela com cerdas normais e a outra cinza com cerdas chamuscadas. Para isso, é necessário que, após o cruzamento, ambos os cromossomos (antigas cromátides de cada um dos homólogos) y + sn tenham se deslocado para um polo da célula e os cromossomos y sn + - para o outro. Descendentes de células-filhas, multiplicando-se no estágio de pupa, levarão ao aparecimento de manchas em mosaico. Assim, os pontos em mosaico são formados quando dois grupos (mais precisamente, dois clones) de células estão localizados próximos um do outro, fenotipicamente diferentes entre si e das células de outros tecidos de um determinado indivíduo.
Cruzamento desigual
Este fenômeno foi estudado detalhadamente usando o exemplo do gene Bar (B - stripe eyes), localizado no cromossomo X de D. melanogaster. O cruzamento desigual está associado à duplicação de um sítio em um dos homólogos e sua perda em outro homólogo. Verificou-se que o gene B pode estar presente na forma de tandem, ou seja, seguindo uma após a outra, repetições consistindo em duas ou mesmo três cópias. A análise citológica confirmou a suposição de que o cruzamento desigual pode levar a duplicações em tandem. Na região correspondente à localização do gene B, observou-se aumento do número de discos proporcional à dose do gene nas preparações cromossômicas politênicas. Presume-se que, na evolução, o crossing-over desigual estimula a criação de duplicações em tandem de diferentes sequências e seu uso como material genético bruto para a formação de novos genes e novos sistemas regulatórios.
Regulamentação de crossover
Crossover É um processo fisiológico e bioquímico complexo que está sob o controle genético de uma célula e é influenciado por fatores ambientais. Portanto, em um experimento real, podemos falar sobre a frequência de cruzamento, tendo em mente todas as condições em que foi determinada. Praticamente não há cruzamento entre os cromossomos X e Y heteromórficos. Se isso acontecesse, o mecanismo cromossômico de determinação do sexo seria constantemente destruído. O bloqueio do crossing over entre esses cromossomos está associado não apenas à diferença de tamanho (nem sempre é observado), mas também às sequências de nucleotídeos Y específicas. Um pré-requisito para a sinapse de cromossomos (ou suas seções) é a homologia das sequências de nucleotídeos.
A maioria absoluta dos eucariotos superiores é caracterizada por aproximadamente a mesma frequência de cruzamento em ambos os sexos homogaméticos e heterogaméticos. No entanto, existem espécies em que Crossingover está ausente em indivíduos do sexo heterogamético, enquanto em indivíduos do sexo homogamético ele procede normalmente. Esta situação é observada em machos Drosophila heterogaméticos e fêmeas do bicho-da-seda. É significativo que a frequência de cruzamentos mitóticos nessas espécies em machos e fêmeas seja praticamente a mesma, o que indica diferentes elementos de controle para estágios individuais de recombinação genética em células germinativas e somáticas. Em regiões heterocromáticas, em particular regiões pericentroméricas, a frequência de crossing é reduzida e, portanto, a verdadeira distância entre os genes nessas regiões pode ser alterada.
Descobriram-se genes que funcionam como bloqueadores de crossover, mas também existem genes que aumentam sua frequência. Eles às vezes podem induzir um número notável de cruzamentos em Drosophila machos. Os rearranjos cromossômicos, em particular as inversões, também podem atuar como bloqueadores de passagem. Eles interrompem a conjugação normal dos cromossomos no zigoteno.
Verificou-se que a frequência de passagem é influenciada pela idade do corpo, bem como por fatores exógenos: temperatura, radiação, concentração de sal, mutagênicos químicos, drogas, hormônios. Com a maioria dessas influências, a frequência de passagem aumenta.
Em geral, o crossing over é um dos processos genéticos regulares controlados por muitos genes, tanto diretamente quanto por meio do estado fisiológico das células meióticas ou mitóticas. A frequência de vários tipos de recombinações (cruzamentos meióticos, mitóticos e trocas de cromátides irmãs) pode servir como uma medida da ação de mutágenos, carcinógenos, antibióticos, etc.
O significado biológico do cruzamento
Graças à herança ligada, as combinações bem-sucedidas de alelos são relativamente estáveis. Como resultado, grupos de genes são formados, cada um dos quais é como um único supergene que controla várias características. Ao mesmo tempo, durante o cruzamento, ocorrem recombinações - ou seja, novas combinações de alelos. Assim, o crossing-over aumenta a variabilidade combinativa dos organismos.
O significado evolutivo da herança vinculada. Como resultado da ligação, um cromossomo pode conter alelos favoráveis \u200b\u200b(por exemplo, A) e neutros ou relativamente desfavoráveis \u200b\u200b(por exemplo, N). Se um determinado haplótipo (por exemplo, AN) aumenta a aptidão de seus portadores devido à presença de alelos A favoráveis, então ambos os alelos favoráveis \u200b\u200be N neutro ou relativamente desfavorável ligado a eles se acumularão na população.
Exemplo. O haplótipo AN tem uma vantagem sobre o haplótipo de tipo selvagem (++) devido à presença de um alelo A favorável, e então o alelo N se acumulará na população se for seletivamente neutro ou mesmo relativamente desfavorável (mas seu efeito negativo na aptidão é compensado pelo efeito positivo do alelo A )
O significado evolucionário do cruzamento. Como resultado do cruzamento, alelos desfavoráveis, inicialmente ligados a outros favoráveis, podem passar para outro cromossomo. Em seguida, surgem novos haplótipos que não contêm alelos desfavoráveis \u200b\u200be esses alelos desfavoráveis \u200b\u200bsão eliminados da população.
Exemplo. O haplótipo Al mostra-se desfavorável em comparação com o haplótipo "tipo selvagem" (++) devido à presença do alelo letal l. Portanto, o alelo A (favorável, ooze neutro reduz ligeiramente o fitness) não pode se manifestar no fenótipo, uma vez que este haplótipo (Al) contém o alelo letal l. Como resultado do cruzamento, aparecem os haplótipos recombinantes A + e + l. O haplótipo + l é eliminado da população e o haplótipo A + é fixo (mesmo que o alelo A reduza um pouco a aptidão de seus portadores).
ADITIVOS
Princípios de mapeamento genético
Alfred Sturtevant (colaborador de Morgan) sugeriu que a frequência de cruzamento entre genes localizados no mesmo cromossomo pode servir como uma medida da distância entre os genes. Em outras palavras, a frequência de crossover, expressa como a razão entre o número de indivíduos de crossover e o número total de indivíduos, é diretamente proporcional à distância entre os genes. A frequência de cruzamento pode então ser usada para determinar a posição relativa dos genes e a distância entre eles.
O mapeamento genético é a determinação da posição de um gene em relação a (pelo menos) dois outros genes. A constância da porcentagem de cruzamento entre certos genes permite que eles sejam localizados. A unidade de distância entre os genes é 1% de passagem; em homenagem a Morgan, essa unidade é denominada morganida (M).
Na primeira etapa do mapeamento, é necessário determinar a pertença de um gene a um grupo de ligação. Quanto mais genes são conhecidos em uma determinada espécie, mais precisos são os resultados do mapeamento. Todos os genes são divididos em grupos de ligação. O número de grupos de ligação corresponde ao conjunto haplóide de cromossomos. Por exemplo, D. melanogaster tem 4 grupos de ligação, o milho tem 10, os ratos têm 20 e os humanos têm 23 grupos de ligação. Como regra, o número de genes em grupos de ligação depende das dimensões lineares dos cromossomos correspondentes. Portanto, uma mosca da fruta tem um cromossomo de um (IV) ponto (quando analisada em um microscópio de luz). Conseqüentemente, o número de genes nele é muitas vezes menor do que no resto, excedendo significativamente seu comprimento. Também deve ser observado que em regiões heterocromáticas de cromossomos, os genes estão ausentes ou quase ausentes; portanto, regiões estendidas de heterocromatina constitutiva podem alterar um pouco a proporcionalidade do número de genes e o comprimento do cromossomo.
Os mapas genéticos são compilados com base no mapeamento genético. Em mapas genéticos, o gene extremo (ou seja, o mais distante do centrômero) corresponde ao ponto zero (inicial). O afastamento de um gene do ponto zero é indicado em morganídeos.
Se os cromossomos forem longos o suficiente, então a remoção do gene do ponto zero pode exceder 50 M - então surge uma contradição entre as distâncias marcadas no mapa, excedendo 50%, e a posição postulada acima, de acordo com a qual 50% dos cruzamentos obtidos no experimento, de fato, deveriam significar a ausência de ligação. ou seja, e. localização de genes em diferentes cromossomos. Essa contradição se explica pelo fato de que, ao compilar mapas genéticos, são somadas as distâncias entre os dois genes mais próximos, o que supera a porcentagem de crossing over experimentalmente observada.
Mapeamento citogenético
Este método é baseado no uso de rearranjos cromossômicos. No caso dos cromossomos politênicos gigantes, permite a comparação direta dos resultados da análise genética das distâncias entre os loci estudados e sua posição relativa com dados sobre as dimensões físicas de determinadas regiões cromossômicas. A irradiação e a ação de outros mutagênicos nos cromossomos freqüentemente resultam em deleções (deleções) ou inserções de pequenos fragmentos comparáveis \u200b\u200bem tamanho a um ou mais loci. Por exemplo, você pode usar heterozigotos para cromossomos, um dos quais carregará um grupo de alelos dominantes sucessivos, enquanto um homólogo a ele carregará um grupo de formas recessivas dos mesmos genes. Se um cromossomo com genes dominantes perde loci individuais de maneira consistente, traços recessivos aparecerão no heterozigoto. A ordem em que os traços recessivos aparecem indica a sequência em que os genes estão localizados.
Com a ordem dos genes AbC, no caso de uma deleção que captura o gene C, em moscas com cromossomo truncado que perdeu um fragmento igual ao gene C, os alelos c, b e A aparecerão no fenótipo.
Em geral, uma comparação de mapas genéticos (crossing over) e citológicos mostra sua correspondência: quanto maior a porcentagem de crossing over separa um par de genes, maior a distância física entre eles. No entanto, a discrepância entre as distâncias determinadas por esses dois métodos pode ser influenciada por dois fatores. Primeiro, essas são áreas em que o cruzamento é difícil ou ausente (por exemplo, em áreas heterocromáticas); em segundo lugar, a distância física será maior do que a genética se os genes forem separados por uma zona de DNA "silencioso". Os cálculos de Bridges mostraram que cada unidade de crossover no mapa dos cromossomos politênicos das glândulas salivares de D. melanogaster corresponde a 4,2 μm de comprimento dos cromossomos politênicos. Este comprimento é pelo menos igual a dois a três genes médios.
Características da construção de mapas genéticos em procariotos
Para construir mapas genéticos em procariotos, o fenômeno da conjugação é usado - a transferência de material genético de uma célula para outra com a ajuda de moléculas circulares especiais de DNA (plasmídeos, em particular, com a ajuda de um plasmídeo F).
A probabilidade de transferência de um determinado gene para uma célula receptora depende de sua remoção do DNA do plasmídeo F, ou melhor, do ponto O, no qual começa a replicação do DNA do plasmídeo F. Quanto maior o tempo de conjugação, maior a probabilidade de transferência de um determinado gene. Isso torna possível criar um mapa genético de bactérias em minutos de conjugação. Por exemplo, em E. coli, o gene thr (um operon de três genes que controlam a biossíntese de treonina) está localizado no ponto zero (ou seja, diretamente ao lado do DNA do plasmídeo F), o gene lac é transferido após 8 minutos, o gene recE - após 30 minutos, o gene argR - após 70 minutos, etc.
Essa questão será considerada com mais detalhes ao estudar a genética dos procariotos.
Mapeamento de cromossomos humanos
O mapeamento do gene é baseado no agrupamento de ligação. Quanto mais mutações conhecidas e quanto menor o número de cromossomos, mais fácil é o mapeamento. Nesse aspecto, uma pessoa (além de não poder ter uma análise hibridológica clássica) como objeto é duplamente desfavorável ao mapeamento: ela tem relativamente poucos genes conhecidos (pelo menos era assim até o final dos anos 70), e o número haplóide de cromossomos é bastante grande - 22 (excluindo sexo). Isso significa que a probabilidade de que dois genes recém-descobertos estejam ligados é de 1/22. Por essas razões, a análise de pedigrees, que até certo ponto substitui a análise hibridológica, fornece informações bastante limitadas sobre a natureza do link.
Métodos de genética de células somáticas revelaram-se mais promissores para mapear genes humanos. A essência de um deles é a seguinte. As técnicas de engenharia celular permitem que diferentes tipos de células sejam combinados. A fusão de células pertencentes a diferentes espécies biológicas é chamada de hibridização somática. A essência da hibridização somática é obter culturas sintéticas por fusão de protoplastos de vários tipos de organismos. Vários métodos físico-químicos e biológicos são usados \u200b\u200bpara a fusão celular. Após a fusão dos protoplastos, células heterocarióticas multinucleadas são formadas. Posteriormente, durante a fusão dos núcleos, formam-se células sincarióticas, contendo conjuntos cromossômicos de diferentes organismos nos núcleos. Quando essas células se dividem in vitro, são formadas culturas de células híbridas. Atualmente obtidos e cultivados híbridos de células "humano × camundongo", "humano × rato" e muitos outros.
Em células híbridas derivadas de diferentes cepas de diferentes espécies, um dos conjuntos de cromossomos parentais, como regra, se replica mais rápido do que o outro. Portanto, o último perde cromossomos gradualmente. Esses processos ocorrem de forma intensa, por exemplo, em células híbridas entre camundongos e humanos - espécies que diferem em muitos marcadores bioquímicos. Se, ao mesmo tempo, seguir algum marcador bioquímico, por exemplo a enzima timidina quinase, e simultaneamente realizar o controle citogenético, identificando cromossomos em clones formados após sua perda parcial, então, no final, o desaparecimento do cromossomo pode estar associado simultaneamente com a característica bioquímica. Isso significa que o gene que codifica essa característica está localizado neste cromossomo. Portanto, o gene da timidina quinase em humanos está localizado no cromossomo 17.
Algumas informações sobre a localização de genes podem ser obtidas analisando as mutações numéricas e estruturais dos cromossomos, pela ocorrência em famílias de cromossomos com variações morfológicas e levando-se em consideração os traços hereditários. Monossomias parciais resultantes de deleções também são usadas para o mesmo propósito. No entanto, nesses casos, deve-se ter em mente que às vezes o gene em estudo permanece no fragmento cêntrico, mas sua manifestação pode ser fortemente enfraquecida como resultado do efeito de posição ou de alguns outros mecanismos regulatórios (mudança na ordem de replicação, descolamento da região promotora, etc.) ... No final da década de 60, foi desenvolvido um método de hibridização in situ que se baseia na especificidade das interações complementares entre um gene e sua cópia (mRNA, bem como DNA complementar obtido por transcrição reversa). A resolução desse método é muito maior nos cromossomos politênicos do que nos cromossomos mitóticos humanos, mas está sendo constantemente aprimorada.
Mapeamento de genes mapeamento de genes, mapeamento - mapeamento de genes.
Determinação da posição de um determinado gene em um cromossomo em relação a outros genes; use três grupos principais de métodos Kg. - físico (determinação usando mapas de restrição, microscopia eletrônica e algumas variantes de eletroforese de distâncias intergênicas - em nucleotídeos), genético (determinação das frequências de recombinações entre genes, em particular, em análise de família, etc.) e citogenética (hibridização in situ<hibridização in situ\u003e, obtendo híbridos de células monossômicas<híbrido de célula monocromossômica\u003e, método de exclusão<mapeamento de exclusão\u003e etc.); na genética humana, são aceitos 4 graus de confiabilidade da localização desse gene - confirmado (estabelecido em dois ou mais laboratórios independentes ou no material de dois ou mais objetos de teste independentes), preliminar (1 laboratório ou 1 família analisada), contraditório (discrepância entre dados de diferentes pesquisadores), duvidoso (dados não finalizados de um laboratório); O Apêndice 5 fornece um resumo (a partir de 1992-93) de genes estruturais, oncogenes e pseudogenes em genomas humanos e - incluindo algumas mutações - em camundongos.
(Fonte: "The English-Russian Explanatory Dictionary of Genetic Terms." Arefiev VA, Lisovenko LA, Moscou: VNIRO Publishing House, 1995)
Veja o que é "mapeamento genético" em outros dicionários:
mapeamento de genes - Determinação da posição de um determinado gene em um cromossomo em relação a outros genes; use três grupos principais de métodos K.g. física (determinação usando mapas de restrição, microscopia eletrônica e algumas variantes da eletroforese ... ...
Mapeamento de genes - determinação da posição de um determinado gene em um cromossomo em relação a outros genes. O mapeamento genético envolve a determinação de distâncias pela frequência de recombinações entre genes. O mapeamento físico usa algumas técnicas ... ... Dicionário de Psicogenética
mapeamento [genes] usando retrocruzamento - Método de mapeamento genético baseado na obtenção de híbridos de retrocruzamento de formas relacionadas e análise de clivagem de variantes de alelos polimórficos em comprimentos de fragmentos de restrição; este método é mais comum no mapeamento de genes em ... ... Guia do tradutor técnico
Mapeamento de retrocruzamento [genes] usando retrocruzamento. Método de mapeamento genético baseado na obtenção de híbridos de retrocruzamento de formas relacionadas e análise de clivagem de variantes de alelos polimórficos em comprimento de restrição ... ...
Mapeamento de genes comparativos em mamíferos - * genes cartovanne paranal de mamíferos * mapeamento comparativo de genes de mamíferos (comparação informativa de mapas genéticos de humanos e qualquer outra espécie de mamífero). Devem ser bem estudados e distantes um do outro ...
Mapeamento - mapeamento * cartovanne * que estabelece as posições dos genes ou alguns locais específicos (consulte) ao longo da fita de DNA (. Mapa) ... Genética. dicionário enciclopédico
Mapeamento com híbridos irradiados [células] - * um mapa do dapamogay do hybrydў [célula] * aplicado modificação de mapeamento de híbrido do método de mapeamento de gene usando hibridização de células somáticas. Células do clone híbrido "roedor H humano" contendo apenas o cromossomo 1 ... ... Genética. dicionário enciclopédico
Mapeamento de híbridos de radiação usando híbridos irradiados [células]. Modificação do método de mapeamento gênico usando hibridização de células somáticas do clone híbrido “roedor ˟ humano” contendo apenas 1 cromossomo ... ... Biologia molecular e genética. Dicionário explicativo.
Estabelecendo a ordem dos genes e a distância relativa entre eles no grupo de ligação ... Big Medical Dictionary
Mapeando o genoma humano
Não temos necessidade de perturbar os deuses em vão -
Há o interior das vítimas para adivinhar sobre a guerra,
Escravos para silenciar e pedras para construir!
Osip Mandelstam, "A natureza é a mesma Roma ..."
A genética é uma ciência jovem. A evolução das espécies não foi realmente descoberta até o final da década de 1850. Em 1866, o monge austríaco Gregor Mendel publicou os resultados de seus experimentos com a polinização de ervilhas. Até o final do século, ninguém prestou atenção à sua descoberta. E Galton, por exemplo, nunca soube deles. Mesmo o mecanismo de fertilização - a fusão dos núcleos das células germinativas masculinas e femininas - foi descoberto apenas em 1875. Em 1888, pequenos corpos chamados cromossomos foram encontrados nos núcleos das células, e em 1909 os fatores mendelianos de herança foram chamados de genes. A primeira inseminação artificial (em um coelho e depois em macacos) foi realizada em 1934; e finalmente, em 1953, uma descoberta fundamental foi feita - a dupla estrutura helicoidal do DNA foi estabelecida. Como você pode ver, tudo isso aconteceu recentemente, de modo que os primeiros eugênicos, em geral, tinham muito pouco conhecimento da técnica de seu ofício.
O mapeamento do genoma humano ainda está em seus estágios iniciais. O que sabemos é uma pequena fração do que não sabemos. Existem três bilhões de sequências de nucleotídeos, formando de vinte e seis a trinta e oito mil genes, que codificam diretamente para proteínas. Mas como os genes e as proteínas que eles produzem interagem ainda é pouco compreendido.
No entanto, o papel dos genes na sociedade humana é rapidamente reconhecido. Em 1998, Diana Paul (Universidade de Massachusetts) lembrou o que há quatorze anos ela chamou
A visão “biologicamente determinista”, segundo a qual os genes influenciam as diferenças de inteligência e temperamento - usando esses termos como se seu significado tivesse sido especificado. Hoje, seu uso seria polêmico, uma vez que esses rótulos parecem questionar esse ponto de vista, embora seja amplamente aceito por cientistas e pelo público ".
Seja como for, nosso conhecimento é reabastecido literalmente a cada dia, e em um futuro muito próximo seremos capazes de analisar com grande precisão carga genética,que impomos às gerações futuras.
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