Cartografierea genetică. Strategia de cartografiere genetică și rolul acesteia în identificarea noilor gene ale bolilor ereditare Cartografierea genetică a genelor bolilor umane exemple
Alfred Sturtevant (colaboratorul lui Morgan) a sugerat că frecvența încrucișării între gene situate pe același cromozom poate servi ca o măsură a distanței dintre gene. Cu alte cuvinte, frecvența încrucișării, exprimată ca raportul dintre numărul de indivizi încrucișați și numărul total de indivizi, este direct proporțională cu distanța dintre gene. Trecerea peste frecvență poate fi apoi utilizată pentru a determina poziția relativă a genelor și distanța dintre gene.
Cartarea genetică este determinarea poziției unei gene în raport cu (cel puțin) alte două gene. Constanța procentului de încrucișare între anumite gene permite localizarea acestora. Unitatea de distanță între gene este de 1% trecere; în cinstea lui Morgan, se numește această unitate morganida (M) sau santimorganidă (CM).
În prima etapă a cartografierii, este necesar să se determine apartenența unei gene la un grup de legătură. Cu cât sunt cunoscute mai multe gene într-o specie dată, cu atât rezultatele cartografierii sunt mai precise. Toate genele sunt împărțite în grupuri de legătură.
Numărul grupurilor de legătură corespunde setului haploid de cromozomi. De exemplu, în D. melanogaster 4 grupuri de ambreiaj, porumb - 10, șoareci - 20, oameni - 23 grupuri de ambreiaj. Dacă există cromozomi sexuali, aceștia sunt indicați suplimentar (de exemplu, o persoană are 23 de grupuri de legătură plus un cromozom Y).
De regulă, numărul de gene din grupurile de legătură depinde de dimensiunile liniare ale cromozomilor corespunzători. Deci, o muscă a fructelor are un punct (IV) (atunci când este analizat la microscopul cu lumină) cromozom. În consecință, numărul de gene din acesta este de multe ori mai mic decât în \u200b\u200bcelelalte, depășind semnificativ lungimea acestuia. De asemenea, trebuie remarcat faptul că în regiunile heterocromatice ale cromozomilor genele sunt absente sau aproape absente; prin urmare, regiunile extinse ale heterocromatinei constitutive pot modifica oarecum proporționalitatea numărului de gene și lungimea cromozomului.
Pe baza cartografierii genetice, sunt întocmite hărți genetice. Pe hărțile genetice, gena extremă (adică cea mai îndepărtată de centromer) corespunde punctului zero (inițial). Depărtarea unei gene de la punctul zero este indicată în morganide.
Dacă cromozomii sunt suficient de lungi, atunci îndepărtarea genei de la punctul zero poate depăși 50 M - atunci apare o contradicție între distanțele marcate pe hartă, care depășesc 50%, și poziția postulată mai sus, conform căreia 50% din încrucișările obținute în experiment, de fapt, ar trebui să însemne absența legăturii. adică e. localizarea genelor în diferiți cromozomi. Această contradicție se explică prin faptul că, la compilarea hărților genetice, se rezumă distanțele dintre cele două gene cele mai apropiate, care depășește procentul de trecere observat experimental.
UNIVERSITATEA NAȚIONALĂ KAZAKH NUMITĂ DUPĂ AL-FARABI
Facultate: biologie și biotehnologie
Departament: biotehnologie
"ESEU"
Pe tema: ÎMBRĂȘĂMÂNT GENETIC ȘI MAPEAREA GENELOR UMANE.
Efectuat : studenți de 3 ani (bt. Medical)
Nuralibekov S.Sh.
Davronova M.A.
Verificat : doctorat , profesor asociat al departamentuluimolecular
biologie și genetică Omirbekova N.Zh.
ALMATIA 2018
Hărți de legătură genetică ……………………………………………………… ..3
Metode moderne pentru construirea hărților de legătură genetică …… .......... …… ...… .5
PCR în studiile genomului uman ……………………………… .... …………. …… 8
Hărți fizice cu rezoluție redusă ………………………………………… ..….… .9
Hărți fizice de înaltă rezoluție …………… .. ……………………… .. ……… 11
Lista surselor utilizate ……………… ... …………… .. ………………… .13
Cartarea și determinarea structurii primare a genomului uman
După o scurtă analiză a principalelor metode utilizate cel mai adesea în genetică moleculară pentru a studia structura și mecanismele de funcționare a genelor, pare oportun să aruncăm o privire mai atentă asupra aplicării practice a acestor metode și a modificărilor acestora pentru a studia genomii mari folosind exemplul genomului uman. Pentru a studia în mod cuprinzător genomul uman, această stocare colosală a informațiilor sale genetice, a fost dezvoltat recent și este în curs de implementare un program internațional special „Proiectul genomului uman”. Sarcina principală a programului este construirea unor hărți genetice cuprinzătoare de înaltă rezoluție pentru fiecare dintre cei 24 de cromozomi umani, care, în cele din urmă, ar trebui să se încheie cu determinarea structurii primare complete a ADN-ului acestor cromozomi. În prezent, lucrările la proiect sunt în plină desfășurare. În cazul finalizării sale cu succes (și acest lucru este planificat să se întâmple în 2003), omenirea va avea perspective pentru un studiu aprofundat al semnificației funcționale și mecanismelor de funcționare a fiecăreia dintre genele sale, precum și mecanismele genetice care guvernează biologia umană și stabilirea cauzelor majorității condițiilor patologice ale corpului său. ...
Abordări de bază pentru cartografierea genomului uman
Soluția la sarcina principală a programului genomului uman include trei etape principale. În prima etapă, este necesar să se împartă fiecare cromozom individual într-un mod specific în părți mai mici, permițând analiza lor ulterioară prin metode cunoscute. A doua etapă a cercetării implică determinarea poziției relative a acestor fragmente de ADN individuale una față de cealaltă și localizarea lor în cromozomi înșiși. În etapa finală, este necesar să se facă determinarea efectivă a structurii primare a ADN-ului pentru fiecare dintre fragmentele de cromozom caracterizate și să se întocmească o secvență continuă completă a nucleotidelor lor. Soluția la problemă nu va fi completă dacă în secvențele de nucleotide găsite nu este posibilă localizarea tuturor genelor organismului și determinarea semnificației funcționale a acestora. Trecerea celor trei etape de mai sus este necesară nu numai pentru a obține caracteristici cuprinzătoare ale genomului uman, ci și a oricărui alt genom mare.
Hărți de legătură genetică
Hărțile de legătură genetică sunt modele unidimensionale ale aranjamentului reciproc al markerilor genetici pe cromozomi individuali. Markerii genetici sunt înțelese ca orice trăsături fenotipice moștenite care diferă de la indivizi individuali. Trăsăturile fenotipice care îndeplinesc cerințele markerilor genetici sunt foarte diverse. Acestea includ atât trăsături comportamentale sau predispoziție la anumite boli, cât și semne morfologice ale organismelor întregi sau ale macromoleculelor lor, care diferă prin structură. Odată cu dezvoltarea unor metode simple și eficiente pentru studierea macromoleculelor biologice, astfel de trăsături, cunoscute sub numele de markeri moleculari, au devenit cele mai frecvent utilizate în construcția hărților de legătură genetică. Înainte de a trece la examinarea metodelor de construire a unor astfel de hărți și a implicațiilor acestora pentru studiul genomului, este necesar să ne amintim că termenul „legătură” este utilizat în genetică pentru a desemna probabilitatea transmiterii comune a două trăsături de la un părinte la descendenți.
În timpul formării celulelor germinale (gamete) la animale și plante în stadiul meiozei, de regulă, apare sinapsă (conjugare) a cromozomilor omologi. Cromatidele surori ale cromozomilor omologi sunt conectate pe toată lungimea lor între ele și, ca urmare a încrucișării (recombinarea genetică între cromatide), părțile lor sunt schimbate. Cu cât cei doi markeri genetici sunt localizați unul pe altul pe cromatidă, cu atât este mai probabil ca ruperea cromatidei necesară pentru trecerea să se producă între ei, iar cei doi markeri din noul cromozom aparținând noului gamet vor fi separați unul de celălalt, adică coeziunea lor va fi spartă. Unitatea de legătură a markerilor genetici este morganida (unitatea Morgan, M), care conține 100 de centimetri (cM). 1 cM corespunde distanței fizice pe harta genetică între doi markeri, recombinarea dintre care are loc cu o frecvență de 1%. Exprimat în perechi de baze, 1 cM corespunde la 1 milion bp. (p.t.) ADN.
Hărțile de legătură genetică reflectă corect ordinea în care markerii genetici sunt localizați pe cromozomi; cu toate acestea, valorile obținute ale distanțelor dintre ele nu corespund distanțelor fizice reale. De obicei, acest fapt este asociat cu faptul că eficiența recombinării între cromatide în regiunile individuale ale cromozomilor poate varia foarte mult. În special, este suprimat în regiunile heterocromatice ale cromozomilor. Pe de altă parte, punctele fierbinți de recombinare sunt frecvente în cromozomi. Utilizarea frecvențelor de recombinare pentru construirea hărților genetice fizice fără a lua în considerare acești factori va duce la distorsiuni (respectiv, subestimare sau supraestimare) ale distanțelor reale dintre markerii genetici. Astfel, hărțile de legătură genetică sunt cele mai puțin exacte dintre toate tipurile disponibile de hărți genetice și pot fi considerate doar ca o primă aproximare la hărțile fizice reale. Cu toate acestea, în practică, ei și numai ei fac posibilă localizarea markerilor genetici complexi (de exemplu, asociați cu simptomele bolii) în primele etape ale studiului și fac posibilă studierea lor în continuare. Trebuie amintit că, în absența încrucișării, toate genele unui cromozom individual ar fi transmise de la părinți la descendenți împreună, deoarece acestea sunt legate fizic între ele. Prin urmare, cromozomii individuali formează grupuri de legături de gene și una dintre primele sarcini de a construi hărți de legătură genetică este de a atribui gena studiată sau secvența de nucleotide unui grup specific de legătură. În urmatoarele. Tabelul enumeră metodele moderne care, potrivit lui V.A. McCusick, au fost folosite cel mai adesea pentru a construi hărți de legătură genetică până la sfârșitul anului 1990.
Metode moderne pentru construirea hărților de legătură genetică
| Metodă | Numărul de loci mapate |
| Hibridizarea celulelor somatice | 1148 |
| Hibridizare in situ | 687 |
| Familie | 466 |
| Determinarea efectului dozei | 159 |
| Cartografierea restricțiilor | 176 |
| Utilizarea aberațiilor cromozomiale | 123 |
| Folosind synthenia | 110 |
| Segregarea genetică indusă de radiații | 18 |
| Alte metode | 143 |
| Total | 3030 |
Hibridizarea celulelor somatice. Una dintre cele mai populare metode de atribuire a unui marker genetic (genă activă funcțională) unui grup specific de legătură este hibridizarea (fuziunea între ele) a celulelor somatice ale diferitelor specii biologice de organisme, dintre care una este cea studiată. La hibrizii interspecifici ai celulelor somatice în proces de cultivare, se produce pierderea cromozomilor, în principal a uneia dintre speciile biologice. Pierderea cromozomilor este, de regulă, aleatorie, iar clonele de celule rezultate conțin cromozomii rămași în diferite combinații. Analiza clonelor care conțin diferite seturi de cromozomi ai speciilor studiate ne permite să determinăm cu care dintre acești cromozomi rămași este asociată expresia markerului studiat și, prin urmare, să localizăm gena pe un cromozom specific.
Hibridizare in situ. Tehnica de hibridizare in situ este, de asemenea, utilizată pe scară largă pentru cartografierea secvențelor de nucleotide pe cromozomi. În acest scop, preparatele de cromozomi fixi sunt hibridizate (incubate la o temperatură ridicată cu răcire ulterioară) cu secvențele de nucleotide în studiu marcate cu un marcaj radioactiv, fluorescent sau altul. După spălarea marcajului nelegat, moleculele de acid nucleic marcate rămase sunt asociate cu regiuni cromozomiale care conțin secvențe complementare secvențelor de nucleotide marcate studiate. Hibrizii rezultați sunt analizați cu un microscop fie direct, fie după autoradiografie. Acest grup de metode se caracterizează printr-o rezoluție mai mare decât hibridizarea celulelor somatice, deoarece acestea permit localizarea secvențelor de nucleotide studiate pe cromozomi. Pe măsură ce programul genomului uman progresează, cercetătorii au tot mai multe secvențe de nucleotide izolate care pot fi utilizate ca sonde pentru hibridizare in situ. În această privință, aceste metode în ceea ce privește frecvența de utilizare s-au impus recent în mod ferm. Cel mai popular este un grup de metode numite hibridizare fluorescentă in situ (FISH), care utilizează sonde polinucleotidice care conțin o etichetă fluorescentă. În special, în 1996 au fost publicate 600 de lucrări care descriu utilizarea acestei metode.
Analiza legăturii genetice familiale. Acest grup de metode este adesea utilizat în genetică medicală pentru a identifica legătura (legătura) dintre simptomele unei boli cauzate de mutația unei gene necunoscute și alți markeri genetici. În acest caz, simptomele bolii în sine acționează ca unul dintre markerii genetici. Un număr mare de polimorfisme, inclusiv RFLP, au fost găsite în genomul uman. RFLP-urile sunt distribuite mai mult sau mai puțin uniform în genomul uman la o distanță de 5-10 cm una de cealaltă. Cu cât locii polimorfi individuali sunt mai apropiați de gena responsabilă de boală, cu atât mai puțin probabil să fie separați în timpul recombinării în meioză și cu atât mai des vor apărea împreună la un individ bolnav și împreună se transmit de la părinți la descendenți. După ce a clonat o regiune extinsă a genomului, inclusiv markerul polimorf corespunzător (selecția sa din biblioteca de clone ADN genomic se efectuează folosind o sondă), este posibilă izolarea simultană a unei gene care provoacă o boală ereditară. Astfel de abordări au fost, în special, aplicate cu succes pentru analiza familiei și izolarea genelor corespunzătoare în distrofia musculară Duchenne, fibroza chistică a rinichilor (fibroza chistică) și distrofia miotonică. Conținutul informațional al RFLP-urilor individuale ale genomului uman depinde de nivelul heterozigoții lor în populația studiată. Măsura informativității RFLP ca marker genetic, așa cum sugerează D. Botstein și colab. (1980), este considerată a fi valoarea conținutului informațional de polimorfism (PIC), care este raportul numărului de cruci în care cel puțin unul dintre părinți are markerul polimorf studiat. într-o stare heterozigotă, la toate crucile.
Determinarea efectului dozei genice și utilizarea aberațiilor cromozomiale ... Aceste metode relevă corelații între nivelul de expresie al genei studiate și numărul de cromozomi specifici din liniile celulare aneuploide sau rearanjări structurale ale cromozomilor (mutații cromozomiale - aberații). Aneuploidia este prezența unui număr de cromozomi într-o celulă, țesut sau întreg organism care nu este egal cu cel tipic pentru o anumită specie biologică. Aberațiile cromozomiale sub formă de translocații ale secțiunilor cromozomilor în regiuni heterocromatice ale aceluiași cromozom sau ale unor cromozomi diferiți sunt adesea însoțite de suprimarea transcrierii genelor situate în regiuni translocate sau în cromozomul acceptor (efect mozaic de poziție).
Folosind synthenia. Sintenia este asemănarea structurală a grupurilor de legare a genelor în organismele din diferite specii biologice. În special, câteva zeci de grupuri sintenice de gene sunt cunoscute în genomul uman și cel al șoarecilor. Prezența fenomenului de sintenie face posibilă restrângerea căutării locului de localizare a genei în studiu pe cromozomi, limitându-l la regiunea genelor cunoscute aparținând unui anumit grup sintenic.
Segregarea genetică indusă de radiațiile ionizante. Folosind această metodă, distanța dintre genele studiate este determinată prin evaluarea probabilității de separare (segregare) a acestora după ce celulele sunt iradiate cu o anumită doză standard de radiații ionizante. Celulele iradiate sunt salvate de la moarte prin hibridizare cu celule somatice ale rozătoarelor, iar prezența markerilor studiați a celulelor iradiate este determinată în hibrizi somatici în cultură. Ca rezultat, este posibil să se concluzioneze despre prezența sau absența legăturii (distanța fizică) între aceste gene.
Printre alte metode Ar trebui menționate metodele bazate pe utilizarea unor fragmente mari de ADN generate de enzime de restricție a clivajului mare pentru cartografierea genelor. După scindarea ADN-ului genomic, fragmentele rezultate sunt separate prin electroforeză într-un câmp electric pulsat și apoi sunt hibridizate conform Southern cu sonde corespunzătoare genelor mapate. Dacă, după hibridizare, semnalele ambelor sonde sunt localizate pe același fragment de ADN mare, aceasta indică o legătură strânsă a acestor gene.
PCR în studiile genomului uman
Reacția în lanț a polimerazei este esențială pentru dezvoltarea abordărilor pentru implementarea practică a programului genomului uman. După cum sa discutat mai sus, PCR poate amplifica rapid și eficient aproape orice regiune scurtă a genomului uman, iar produsele PCR rezultate pot fi apoi utilizate ca sonde pentru cartografierea regiunilor corespunzătoare pe cromozomi prin hibridizare sudică sau in situ.
Conceptul STS. Unul dintre conceptele cheie care stau la baza mapării genelor umane în cadrul programului discutat este conceptul de site-uri marcate cu secvențe (STS). În conformitate cu acest concept, toate fragmentele de ADN utilizate pentru a construi hărți genetice sau fizice pot fi identificate în mod unic folosind o secvență de nucleotide de 200-500 bp care va fi unică pentru un anumit fragment. Fiecare dintre aceste site-uri trebuie să fie secvențiat, ceea ce va face posibilă amplificarea lor în continuare utilizând PCR și utilizarea ca sonde. Utilizarea STS ar face posibilă utilizarea secvențelor lor sub formă de produse PCR ca sonde pentru izolarea țintită a oricărui fragment de ADN dintr-o anumită regiune genomică dintr-o colecție de secvențe genomice. Ca rezultat, pot fi create baze de date care includ localizarea și structura tuturor STS-urilor, precum și grundurile necesare pentru amplificarea lor. Acest lucru ar elimina necesitatea ca laboratoarele să stocheze numeroase clone și să le trimită la alte laboratoare pentru cercetare. În plus, STS oferă baza pentru dezvoltarea unui singur limbaj în care diferite laboratoare ar putea descrie clonele lor. Astfel, rezultatul final al dezvoltării conceptului STS ar fi o hartă cuprinzătoare a STS a genomului uman. Teoretic, pentru a construi o hartă genetică de 1 cm, sunt necesari 3000 de markeri ADN polimorfi complet informativi. Cu toate acestea, întrucât markerii polimorfi sunt distribuiți inegal în genom și doar câțiva dintre ei sunt complet informați, numărul real de markeri necesari pentru a construi o hartă de această dimensiune este estimat la 30-50 mii. Pentru a obține markeri care corespund regiunilor studiate ale cromozomilor, se folosesc adesea primeri corespunzători secvențelor repetitive dispersate, printre care secvențele Alu au fost primele utilizate.
Alu-PCR.Secvențele Alu repetate dispersate sunt caracteristice genomului uman. Grundurile specifice pentru secvențele Alu sunt utilizate pentru a amplifica regiunile ADN ale genomului uman închise între repetările Alu, care sunt situate în medie la o distanță de 4-10 kb. în afară. O altă opțiune pentru Alu-PCR este sinteza direcționată a sondelor ADN cu ajutorul său către regiunile cromozomilor obținuți după fragmentarea cu laser, cromozomii individuali izolați folosind citometrie în flux sau ADN-ul celulelor hibride care conțin o anumită parte a genomului uman. În plus, Alu-PCR este utilizat pentru a obține amprente unice care caracterizează hibrizii celulari în ceea ce privește stabilitatea genomului lor, precum și pentru a caracteriza fragmente de ADN uman clonate în vectori YAC, cosmide sau vectori pe bază de ADN bacteriofag. Unicitatea secvențelor Alu pentru genomul uman face posibilă utilizarea acestora pentru „mersul de-a lungul cromozomilor”, precum și pentru extinderea contigurilor existente. Deoarece\u003e 90% din secvențele care se repetă moderat în genomul uman sunt reprezentate de familiile Alu și KpnI, nu este surprinzător faptul că acestea din urmă sunt utilizate și în PCR în aceleași scopuri ca Alu. Cu toate acestea, aici profilurile produselor PCR sunt mai puțin complexe, deoarece secvențele KpnI se repetă mai rar în genom și au o localizare caracteristică în cromozomi.
PCR este utilizat în mod activ pentru a identifica markeri moleculari polimorfi în construcția hărților de legătură genetică, ale căror principii de bază au fost discutate mai sus. Această metodă este utilă și în secvențierea ADN-ului, precum și în construcția hărților fizice de înaltă rezoluție pentru genomul uman. Ultimele două domenii de aplicare a PCR vor fi discutate mai detaliat mai jos.
Hărți fizice cu rezoluție mică
Spre deosebire de hărțile de legătură genetică discutate mai sus, hărțile fizice ale genomului reflectă distanța reală dintre markeri, exprimată în perechi de baze. Hărțile fizice diferă prin gradul de rezoluție a acestora, adică pe detaliile structurii genomului care sunt prezentate pe ele. O hartă fizică cuprinzătoare a genomului uman cu rezoluție maximă va conține secvența nucleotidică completă a tuturor cromozomilor săi. La cealaltă extremă a hărților fizice cu rezoluție minimă se află hărțile cromozomiale (citogenetice) ale genomului.
Patru tipuri de hărți genetice ale ADN-ului genomic și relația lor
1 - harta de legătură genetică, 2 - harta de restricție fizică, lacunele indică siturile de scindare a ADN-ului prin enzime de restricție, 3 - harta fizică a contigilor, prezentând clone ADN suprapuse obținute folosind vectori YAC, 4 - hartă fizică cuprinzătoare sub formă de secvență de nucleotide ADN. Toate hărțile arată aceeași regiune cromozomială
Hărți cromozomiale. Hărțile cromozomiale ale genomului uman sunt obținute prin localizarea markerilor genetici pe cromozomi individuali utilizând metode citogenetice, inclusiv autoradiografie și FISH. În ultimele două cazuri, etichetele radioactive sau fluorescente asociate cu locii genetici studiați ai cromozomilor intacti sunt detectați utilizând microscopia optică. Nu cu mult timp în urmă, hărțile cromozomiale au făcut posibilă localizarea fragmentului de ADN studiat pe un cromozom de 10 mp în lungime. Metodele moderne de hibridizare in situ folosind cromozomii metafazici, în principal metoda FISH, localizează markeri polinucleotidici în intervalul 2-5 bp. Mai mult, în timpul hibridizării in situ cu cromozomi interfazici, în care materialul genetic este într-o formă mai puțin compactă, rezoluția hărților cromozomiale se apropie de 100 kbp.
Precizia hărților cromozomiale este, de asemenea, îmbunătățită odată cu utilizarea metodelor genetice moderne. De exemplu, capacitatea PCR de a amplifica segmentele de ADN ale unei singure celule de spermă face posibilă studierea unui număr mare de meioză, așa cum ar fi, conservată în probe individuale de spermă. Ca rezultat, devine posibilă verificarea poziției relative a markerilor genetici localizați pe hărțile cromozomiale folosind metode mai brute.
Hărți CDNA... Hărțile CDNA reflectă poziția regiunilor ADN exprimate (exoni) în raport cu markerii citogenetici cunoscuți (benzile) pe cromozomii metafazici. Deoarece astfel de hărți oferă o idee despre localizarea regiunilor transcrise ale genomului, inclusiv genele cu funcții necunoscute, ele pot fi utilizate pentru a căuta gene noi. Această abordare este utilă mai ales atunci când se caută gene ale căror daune cauzează boli umane, dacă localizarea aproximativă a unor astfel de regiuni cromozomiale a fost deja efectuată anterior pe hărți de legătură genetică ca urmare a analizei genetice familiale.
Hărți fizice de înaltă rezoluție
Două strategii pentru construirea hărților fizice ADN
a - strategie „de sus în jos”: ADN-ul întregului cromozom este scindat de enzime de restricție cu clivaj mare, este construită o hartă de restricție pentru fiecare dintre fragmentele de ADN individuale; b - strategie de jos în sus, clonele YAC individuale sunt combinate în contiguri după identificare
În încercările de a construi hărți ale genomului uman de înaltă rezoluție, au fost implementate experimental două abordări alternative, numite cartografiere de sus în jos și cartografiere de jos în sus. La cartografierea de sus în jos, analiza inițială este un preparat ADN al unui cromozom uman individual. ADN-ul este tăiat cu enzime de restricție cu clivaj mare (de exemplu, NotI) în fragmente lungi, care, după separarea prin electroforeză într-un câmp electric pulsat, sunt supuse unei analize de restricție suplimentare cu alte enzime de restricție. Ca rezultat, se obține o hartă de macrorestricție, pe care toate secvențele cromozomului studiat sau partea sa sunt suficient de complet reprezentate, dar rezoluția sa este scăzută. Este foarte dificil să localizezi gene individuale pe o astfel de hartă. În plus, fiecare hartă individuală acoperă rareori segmente extinse de ADN (de regulă, nu mai mult de 1-10 mp).
La cartografierea genomului uman de jos în sus, pe baza preparării ADN-ului total al genomului sau al cromozomului individual, se obțin o serie de clone aleatorii de secvențe extinse de ADN (10–1000 kb), dintre care unele se suprapun între ele. În acest caz, mini-cromozomii artificiali ai bacteriilor (BAC) sau drojdiei (YAC) sunt adesea folosiți ca vector pentru clonare, descris în detaliu în secțiunea 7.2.4. O serie de clone parțial suprapuse și complementare formează o secvență de nucleotide ADN contiguă numită contig. Corectitudinea contigurilor obținute este confirmată de hibridizarea in situ (FISH) cu legarea lor simultană la anumite regiuni ale cromozomilor studiați. Hărțile bazate pe Contig oferă informații complete despre structura segmentelor individuale ale cromozomilor și vă permit să localizați gene individuale. Cu toate acestea, astfel de hărți sunt dificil de utilizat pentru reconstrucția cromozomilor întregi sau a secțiunilor extinse ale acestora din cauza absenței clonelor corespunzătoare în bibliotecile de clone existente ale genelor.
Principala problemă care trebuie rezolvată atunci când se utilizează ambele abordări pentru construirea hărților fizice de înaltă rezoluție este unificarea fragmentelor de ADN împrăștiate în secvențe de nucleotide contigue. Cel mai adesea, pentru aceasta se folosesc fragmente speciale de ADN clonat, numite clone de legătură. Fragmentele de ADN din clonele de legare conțin secvențe de nucleotide de endonucleaze de restricție de clivaj mare în părțile lor interioare și, prin urmare, reprezintă joncțiunile fragmentelor de ADN utilizate în primele etape ale cartografierii fizice. Prin hibridizare sudică, în timpul căreia sunt utilizate fragmente de ADN ale clonelor de legare ca probe, se determină fragmente de ADN ale hărților fizice care conțin secvențe de nucleotide în vecinătatea siturilor de restricție ale endonucleazelor de restricție cu clivaj mare. Dacă se găsesc două astfel de fragmente, atunci clona de legătură corespunzătoare se suprapune pe ambele fragmente și face parte din ele. Clonele de legare, la rândul lor, sunt selectate din bibliotecile de gene folosind sonde, care sunt secvențe de nucleotide ale siturilor de restricție a enzimei de restricție cu clivaj mare.
LISTĂ FOLOSIT SURSE
1) Clark M.S. Genomică comparativă: cheia înțelegerii proiectului genomului uman // BioEssays. 1999. Vol. 21. P. 21-30.
2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. Noi tehnici pentru cartografierea fizică a genomului uman // FASEB J. 1991. Vol. 5. P. 28–34.
3) Georgiev G.P. Genele organismelor superioare și expresia lor. Moscova: Nauka, 1989.254 p.
4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html
La scurt timp după redescoperirea legilor lui Mendel, citologul german Theodor Boveri (1902) a prezentat dovezi privind participarea cromozomilor la procesele de transmitere ereditară, arătând că dezvoltarea normală a ariciului de mare este posibilă numai dacă sunt prezenți toți cromozomii. În același timp (1903), citologul american William Setton a atras atenția asupra paralelismului în comportamentul cromozomilor în meioză și a factorilor ipotetici ai eredității, a căror existență fusese deja prezisă de însuși Mendel.
William Setton a sugerat că mai multe gene pot fi găsite pe un cromozom. În acest caz, ar trebui să existe o moștenire legată de trăsături, adică mai multe trăsături diferite pot fi moștenite ca și cum ar fi controlate de o singură genă. În 1906, W. Batson și R. Pennett au descoperit moștenirea legată în mazăre dulce. Au studiat moștenirea comună: culorile florilor (violet sau roșu) și formele granulelor de polen (alungite sau rotunde). La traversarea diheterozigoților, s-a observat o scindare de 11,1: 0,9: 0,9: 3,1 în urmașii lor în loc de 9: 3: 3: 1 așteptată. Se părea că culoarea polenului și factorii de formă tindeau să rămână împreună în timpul recombinării înclinațiilor. Autorii au numit acest fenomen „atracție reciprocă a factorilor”, dar nu au reușit să afle natura acestuia.
Studiul suplimentar al cromozomilor ca purtători de informații a avut loc în primele decenii ale secolului al XX-lea în laboratorul lui Thomas Hunt Morgan (SUA) și colaboratorii săi (A. Sturtevant, K. Bridges, G. Möller). Morgan a folosit musca fructului Drosophila melanogaster ca principalul său obiect de cercetare, care sa dovedit a fi un obiect model foarte convenabil:
- În primul rând, această muște este ușor cultivată în condiții de laborator.
- În al doilea rând, se caracterizează printr-un număr mic de cromozomi (2 n \u003d 8).
- În al treilea rând, în glandele salivare ale larvelor Drosophila există cromozomi gigantici (politeni) care sunt convenabili pentru observarea directă.
- Și, în cele din urmă, Drosophila se distinge prin variabilitate ridicată a caracterelor morfologice.
Pe baza experimentelor cu musca fructului Drosophila Morgan și studenții săi, a fost dezvoltată teoria cromozomului eredității.
Principalele prevederi ale teoriei cromozomiale a eredității:
1. Gene Este un factor ereditar elementar (termenul „elementar” înseamnă „indivizibil fără pierderi de calitate”). O genă este o secțiune a unui cromozom care este responsabilă pentru dezvoltarea unei trăsături specifice. Cu alte cuvinte, genele sunt localizate pe cromozomi.
2. Un cromozom poate conține mii de gene dispuse în mod liniar (cum ar fi mărgele pe un șir). Aceste gene formează grupuri de legătură. Numărul grupurilor de legătură este egal cu numărul de cromozomi din setul haploid. O colecție de alele pe un cromozom se numește haplotip. Exemple de haplotipuri: ABCD (numai alele dominante), abcd (numai alele recesive), AbCd (diverse combinații de alele dominante și recesive).
3. Dacă genele sunt legate între ele, atunci există un efect al moștenirii legate de trăsături, adică mai multe trăsături sunt moștenite ca și cum ar fi controlate de o singură genă. Cu moștenirea legată, combinațiile originale de trăsături sunt păstrate într-o succesiune de generații.
4. Legătura genelor nu este absolută: în majoritatea cazurilor, cromozomii omologi schimbă alele ca urmare a încrucișării (încrucișării) în profaza primei diviziuni meiotice. Ca urmare a încrucișării, se formează cromozomi încrucișați (apar noi haplotipuri, adică noi combinații de alele.). Odată cu participarea cromozomilor încrucișați în generațiile următoare, ar trebui să apară noi combinații de trăsături la indivizii încrucișați.
5. Probabilitatea unor noi combinații de trăsături datorate încrucișării este direct proporțională cu distanța fizică dintre gene. Acest lucru vă permite să determinați distanța relativă dintre gene și să construiți hărți genetice (încrucișate) ale diferitelor tipuri de organisme.
TRECERE PESTE
Crossover (din engleză crossing-over - crossing) este un proces de schimb al regiunilor omoloage ale cromozomilor omologi (cromatide).
Traversarea are loc de obicei în meioza I.
La trecere, există un schimb de material genetic (alele) între cromozomi și apoi are loc recombinarea - apariția de noi combinații de alele, de exemplu, AB + ab → Ab + aB.
Mecanism de trecere-reunire
Conform teoriei Janssens-Darlington, încrucișarea are loc în profaza meiozei. Cromozomii omologi cu cromatide AB și ab formează bivalenți. Într-una din cromatidele din primul cromozom, apare o ruptură în regiunea A - B, apoi în cromatida adiacentă a celui de-al doilea cromozom, apare o ruptură în regiunea a - b. Celula caută să repare daunele cu ajutorul enzimelor de reparare-recombinare și să atașeze fragmente de cromatide. Cu toate acestea, în acest caz este posibil să se unească transversal (încrucișându-se) și se formează cromatide recombinante Ab și aB. În anafaza primei diviziuni a meiozei, există o divergență a cromozomilor dicromatidici, iar în a doua diviziune, o divergență a cromatidelor (cromozomi cu o singură cromatidă). Cromatidele care nu au participat la încrucișare păstrează combinațiile originale de alele. Astfel de cromatide (cromozomi cu o singură cromatidă) sunt numite non-crossover; cu participarea lor, se vor dezvolta gameti non-crossover, zigoti și indivizi. Cromatidele recombinate care se formează în timpul încrucișării poartă noi combinații de alele. Astfel de cromatide (cromozomi cu o singură cromatidă) sunt numite încrucișate; cu participarea lor se vor dezvolta gamete încrucișate, zigote și indivizi. Astfel, ca urmare a încrucișării, are loc recombinarea - apariția de noi combinații de înclinații ereditare în cromozomi.
Conform altor teorii, trecerea este asociată cu replicarea ADN-ului: fie în pachitena meiozei, fie în interfază. În special, este posibil să se schimbe matricea în furca de replicare.
Hărți genetice (încrucișate)
Alfred Sturtevant (colaboratorul lui Morgan) a sugerat că frecvența încrucișării între gene situate pe același cromozom poate servi ca o măsură a distanței dintre gene. Cu alte cuvinte, frecvența încrucișării, exprimată ca raportul dintre numărul de indivizi încrucișați și numărul total de indivizi, este direct proporțională cu distanța dintre gene. Frecvența de încrucișare poate fi apoi utilizată pentru a determina poziția relativă a genelor și distanța dintre gene. Unitatea de distanță între gene este de 1% trecere; în cinstea lui Morgan, această unitate se numește morganida (M).
Pe baza cartografierii genetice, hărți genetice - diagrame care reflectă poziția genelor în cromozomi față de alte gene. Pe hărțile genetice, gena extremă (adică cea mai îndepărtată de centromer) corespunde punctului zero (inițial). Depărtarea unei gene de la punctul zero este indicată în morganide.
Construirea hărților genetice a diferitelor organisme are o mare importanță în îngrijirea sănătății, reproducere și ecologie. Atunci când studiați trăsăturile umane (și, în special, bolile genetice), este important să știți care genă determină trăsătura în cauză. Aceste cunoștințe fac posibilă efectuarea de predicții în consilierea medicală și genetică, în dezvoltarea metodelor de tratare a bolilor genetice, incl. și pentru corectarea genomului. Cunoașterea hărților genetice ale plantelor cultivate și ale animalelor domestice permite planificarea procesului de reproducere, care contribuie la obținerea unor rezultate fiabile într-un timp scurt. Construirea hărților genetice a plantelor sălbatice și a animalelor sălbatice este, de asemenea, importantă din punct de vedere al ecologiei. În special, cercetătorul are ocazia să studieze nu doar trăsăturile fenotipice ale organismelor, ci și trăsăturile specifice, determinate genetic.
Trecere dublă și multiplă
Morgan a sugerat că încrucișarea între două gene poate avea loc nu numai la unul, ci și la două sau chiar mai multe puncte. Un număr par de încrucișări între două gene, în cele din urmă, nu duce la transferul lor de la un cromozom omolog la altul; prin urmare, numărul de încrucișări și, în consecință, distanța dintre aceste gene, determinat în experiment, scade. Aceasta se referă de obicei la gene situate suficient de departe una de alta. Bineînțeles, probabilitatea unei cruci duble este întotdeauna mai mică decât probabilitatea unei singure cruci. În principiu, va fi egal cu produsul probabilității a două acte simple de recombinare. De exemplu, dacă o singură cruce va avea loc cu o frecvență de 0,2, atunci o cruce dublă - cu o frecvență de 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. Mai târziu, împreună cu dubla încrucișare, a fost descoperit și fenomenul încrucișării multiple: cromatidele omoloage pot schimba regiuni în trei, patru sau mai multe puncte.
Interferență - Aceasta este suprimarea traversării în zonele imediat adiacente punctului schimbului care a avut loc.
Luați în considerare exemplul descris într-una din lucrările timpurii ale lui Morgan. El a investigat frecvența încrucișării între genele w (ochi albi - albi), y (corp galben - galben) și m (miniatură - aripi mici), localizate pe cromozomul X al lui D. melanogaster. Distanța dintre genele w și y ca procent de încrucișare a fost de 1,3, iar între genele y și m - 32,6. Dacă două evenimente de încrucișare sunt observate întâmplător, atunci dubla așteptată încrucișare peste frecvență ar trebui să fie egală cu produsul încrucișării peste frecvențe între genele y și w și genele w și m. Cu alte cuvinte, rata de încrucișare dublă va fi de 0,43%. De fapt, în experiment, s-a găsit o singură trecere dublă la fiecare 2205 muște, adică 0,045%. Studentul lui Morgan, G. Möller, a propus să se determine cantitativ intensitatea interferenței prin împărțirea dublei treceri observate efectiv peste frecvență la frecvența teoretic așteptată (în absența interferenței). El a numit acest indicator coeficientul de coincidență, adică coincidența. Möller a arătat că interferența în cromozomul X al Drosophila este deosebit de mare la distanțe scurte; cu o creștere a intervalului dintre gene, intensitatea acestuia scade, iar la o distanță de aproximativ 40 morganide și mai mult, coeficientul de coincidență atinge 1 (valoarea sa maximă).
Dovezi citologice de trecere
Dovezi citologice directe ale schimbului de părți ale cromozomilor în timpul încrucișării au fost obținute la începutul anilor 1930 în Drosophila și porumb.
Luați în considerare experimentul lui Stern despre D. melanogaster. De obicei, doi cromozomi omologi nu se pot distinge morfologic. Stern a examinat cromozomii X, care aveau diferențe morfologice și, prin urmare, nu erau complet omologi. Cu toate acestea, omologia dintre acești cromozomi a fost păstrată pentru cea mai mare parte a lungimii lor, ceea ce le-a permis să se împerecheze în mod normal și să se separe în meioză (adică să fie distribuite în mod normal între celulele fiice). Unul dintre cromozomii X ai femelei ca urmare a translocației, adică mișcarea unui fragment al cromozomului Y, a dobândit o formă în L. Al doilea cromozom X a fost mai scurt decât cel normal, deoarece o parte a acestuia a fost transferată la cromozomul IV. Au fost obținute femele care au fost heterozigoți pentru cei doi indicați, morfologic diferiți, cromozomi X, precum și heterozigoți pentru două gene localizate pe cromozomul X: Bar (B) și garoafă (cr). Gene Bar Este o genă semi-dominantă care afectează numărul de fațete și, prin urmare, forma ochiului (mutanții cu alela B au ochi cu dungi). Gena cr controlează colorarea ochilor (alela cr + determină colorarea normală a ochilor, iar alela cr determină culoarea ochilor roșii ai garoafelor). Cromozomul X în formă de L a purtat alelele B + și cr + de tip sălbatic, iar cromozomul trunchiat a purtat alelele mutante B și cr. Femelele din genotipul indicat au fost încrucișate cu masculi cu un cromozom X morfologic normal cu alele cr și B +. Descendenții femelelor conțineau două clase de muște cu cromozomi non-crossover (crB / crB + și cr + B + / crB +) și două clase de muște, al căror fenotip corespundea crossover-urilor (crB + / crB + și cr + B / crB +). Studiul citologic a arătat că indivizii încrucișați au schimbat secțiuni ale cromozomilor X și, în consecință, forma lor s-a schimbat. Toate cele patru clase de femele au avut un cromozom normal, adică în formă de tijă, primit de la tată. Femelele încrucișate conținute în cromozomii cariotipului X transformate ca urmare a încrucișării - o formă lungă de tijă sau două brațe cu umeri scurți. Aceste experimente, precum și rezultate similare obținute pe porumb, au confirmat ipoteza lui Morgan și a colegilor săi de muncă că trecerea este un schimb de regiuni de cromozomi omologi și că genele sunt într-adevăr localizate pe cromozomi.
Trecere somatică (mitotică).
În celulele somatice, schimburile se produc uneori între cromatidele cromozomilor omologi, ca urmare a căreia se observă o variabilitate combinativă, similară cu cea generată în mod regulat de meioză. Adesea, în special în Drosophila și eucariotele inferioare, cromozomii omologi sunt sinapsi în mitoză. Una dintre mutațiile autozomale recesive la om, într-o stare homozigotă, care duce la o boală gravă cunoscută sub numele de sindrom Blum, este însoțită de un tablou citologic care seamănă cu sinapsa omologilor și chiar cu formarea chiasmatei.
Dovezi pentru trecerea mitotică a fost obținut pe Drosophila la analiza variabilității trăsăturilor determinate de genele y (corp galben - galben) și sn (peri singuri), care se află pe cromozomul X. O femelă cu genotipul y sn + / y + sn este heterozigotă pentru genele y și sn și, prin urmare, în absența traversării mitotice, fenotipul ei va fi normal. Cu toate acestea, dacă încrucișarea a avut loc în stadiul a patru cromatide între cromatide de diferiți omologi (dar nu între cromatide surori), iar locul de schimb este între gena sn și centromer, atunci se formează celule cu genotipurile y sn + / y + sn + și y + sn / y + sn. În acest caz, pe corpul cenușiu al unei muște cu peri normali, vor apărea pete gemene de mozaic, dintre care una va fi galbenă cu peri normali, iar cealaltă cenușie cu peri arși. Pentru aceasta, este necesar ca după încrucișare, ambii cromozomi (foste cromatide ale fiecăruia dintre omologi) y + sn să se deplaseze la un pol al celulei, iar cromozomii y sn + la celălalt. Descendenții celulelor fiice, înmulțindu-se în stadiul pupal și vor duce la apariția unor pete de mozaic. Astfel, petele de mozaic se formează atunci când două grupuri (mai precis, două clone) de celule sunt situate una lângă alta, diferind fenotipic una de alta și de celulele altor țesuturi ale unui individ dat.
Trecere inegală
Acest fenomen a fost studiat în detaliu folosind exemplul genei Bar (ochi cu bandă B) localizată pe cromozomul X al lui D. melanogaster. Trecerea inegală este asociată cu duplicarea unui site într-unul dintre omologi și cu pierderea acestuia într-un alt omolog. S-a constatat că gena B poate fi prezentă sub formă de tandem, adică, urmând una după alta, repetări constând din două sau chiar trei copii. Analiza citologică a confirmat presupunerea că trecerea inegală poate duce la duplicări în tandem. În regiunea corespunzătoare localizării genei B, s-a observat o creștere a numărului de discuri proporțional cu doza genică pe preparatele cromozomiale din polieten. Se presupune că, în evoluție, încrucișarea inegală stimulează crearea de duplicări în tandem ale diferitelor secvențe și utilizarea lor ca material genetic primar pentru formarea de gene noi și sisteme de reglare noi.
Regulamentul de încrucișare
Crossover Este un proces fiziologic și biochimic complex care se află sub controlul genetic al unei celule și este influențat de factori de mediu. Prin urmare, într-un experiment real, putem vorbi despre frecvența de trecere, adică toate condițiile în care a fost determinată. Practic nu există încrucișare între cromozomii heteromorfi X și Y. Dacă s-ar întâmpla, atunci mecanismul cromozomial al determinării sexului ar fi distrus constant. Blocarea încrucișării între acești cromozomi este asociată nu numai cu diferența de mărime a acestora (nu este întotdeauna observată), ci și datorită secvențelor de nucleotide Y specifice. O condiție prealabilă pentru sinapsa cromozomilor (sau a secțiunilor acestora) este omologia secvențelor de nucleotide.
Majoritatea absolută a eucariotelor superioare se caracterizează prin aproximativ aceeași frecvență de încrucișare atât la sexele homogametice, cât și la cele heterogametice. Cu toate acestea, există specii în care Crossingover-ul este absent la indivizii de sex heterogametic, în timp ce la indivizii de sex homogametic se desfășoară normal. Această situație este observată la bărbații heterogametici Drosophila și la femelele de viermi de mătase. Este esențial ca frecvența încrucișării mitotice la aceste specii la bărbați și femele să fie practic aceeași, ceea ce indică diferite elemente de control al etapelor individuale de recombinare genetică în celulele germinale și somatice. În regiunile heterocromatice, în special regiunile pericentromerice, frecvența încrucișării este redusă și, prin urmare, distanța reală între gene din aceste regiuni poate fi modificată.
S-au găsit gene care funcționează ca blocante crossover, dar există și gene care îi cresc frecvența. Uneori pot induce un număr vizibil de încrucișări la Drosophila masculină. Rearanjările cromozomiale, în special inversiunile, pot acționa și ca blocante de încrucișare. Acestea perturbă conjugarea normală a cromozomilor din zigoten.
S-a constatat că frecvența traversării este influențată de vârsta organismului, precum și de factorii exogeni: temperatura, radiațiile, concentrația de sare, mutageni chimici, medicamente, hormoni. Cu majoritatea acestor influențe, frecvența traversării crește.
În general, traversarea este unul dintre procesele genetice regulate controlate de multe gene, atât direct, cât și prin starea fiziologică a celulelor meiotice sau mitotice. Frecvența diferitelor tipuri de recombinații (intersecție meiotică, mitotică și schimburi de cromatide surori) poate servi drept măsură a acțiunii mutagenilor, cancerigenilor, antibioticelor etc.
Semnificația biologică a traversării
Datorită moștenirii legate, combinațiile reușite de alele sunt relativ stabile. Ca rezultat, se formează grupuri de gene, fiecare dintre ele fiind ca un singur supergen care controlează mai multe trăsături. În același timp, în timpul traversării, apar recombinări - adică noi combinații de alele. Astfel, traversarea crește variabilitatea combinativă a organismelor.
Sensul evolutiv al moștenirii legate. Ca urmare a legăturii, un cromozom poate conține atât alele favorabile (de exemplu, A), cât și neutre sau relativ nefavorabile (de exemplu, N). Dacă un anumit haplotip (de exemplu, AN) crește aptitudinea purtătorilor săi din cauza prezenței alelelor A favorabile, atunci atât alelele favorabile, cât și N-ul neutru sau relativ nefavorabil legate de acestea se vor acumula în populație.
Exemplu. Haplotipul AN are un avantaj față de haplotipul „tip sălbatic” (++) datorită prezenței unei alele A favorabile, iar apoi alela N se va acumula în populație dacă este selectiv neutră sau chiar relativ nefavorabilă (dar efectul său negativ asupra fitnessului este compensat de efectul pozitiv al alelei A ).
Semnificația evolutivă a traversării. Ca urmare a traversării, alelele nefavorabile, inițial legate de cele favorabile, pot trece la un alt cromozom. Apoi apar noi haplotipuri care nu conțin alele nefavorabile, iar aceste alele nefavorabile sunt eliminate din populație.
Exemplu. Haplotipul Al se dovedește a fi nefavorabil în comparație cu haplotipul „tip sălbatic” (++) datorită prezenței alelei letale l. Prin urmare, alela A (oozitate favorabilă, neutră, care reduce ușor fitnessul) nu se poate manifesta în fenotip, deoarece acest haplotip (Al) conține alela letală l. Ca urmare a încrucișării, apar haplotipurile recombinate A + și + l. Haplotipul + l este eliminat din populație, iar haplotipul A + este fix (chiar dacă alela A reduce oarecum aptitudinea purtătorilor săi).
ADĂUGĂRI
Principiile cartării genetice
Alfred Sturtevant (colaboratorul lui Morgan) a sugerat că frecvența încrucișării între gene situate pe același cromozom poate servi ca o măsură a distanței dintre gene. Cu alte cuvinte, frecvența încrucișării, exprimată ca raportul dintre numărul de indivizi încrucișați și numărul total de indivizi, este direct proporțională cu distanța dintre gene. Frecvența de încrucișare poate fi apoi utilizată pentru a determina poziția relativă a genelor și distanța dintre gene.
Cartarea genetică este determinarea poziției unei gene în raport cu (cel puțin) alte două gene. Constanța procentului de încrucișare între anumite gene permite localizarea acestora. Unitatea de distanță între gene este de 1% trecere; în cinstea lui Morgan, această unitate se numește morganida (M).
În prima etapă a cartografierii, este necesar să se determine apartenența unei gene la un grup de legătură. Cu cât sunt cunoscute mai multe gene într-o specie dată, cu atât rezultatele cartografierii sunt mai precise. Toate genele sunt împărțite în grupuri de legătură. Numărul grupurilor de legătură corespunde setului haploid de cromozomi. De exemplu, D. melanogaster are 4 grupuri de legătură, porumbul are 10, șoarecii au 20, iar oamenii au 23 de grupuri de legătură. De regulă, numărul de gene din grupurile de legătură depinde de dimensiunile liniare ale cromozomilor corespunzători. Deci, o muscă a fructelor are un punct (IV) (atunci când este analizat la microscopul cu lumină) cromozom. În consecință, numărul de gene din acesta este de multe ori mai mic decât în \u200b\u200brest, depășind semnificativ lungimea acestuia. De asemenea, trebuie remarcat faptul că în regiunile heterocromatice ale cromozomilor nu există gene sau aproape niciunul, prin urmare, regiunile extinse ale heterocromatinei constitutive pot modifica oarecum proporționalitatea numărului de gene și lungimea cromozomului.
Hărțile genetice sunt compilate pe baza cartării genetice. Pe hărțile genetice, gena extremă (adică cea mai îndepărtată de centromer) corespunde punctului zero (inițial). Depărtarea unei gene de la punctul zero este indicată în morganide.
Dacă cromozomii sunt suficient de lungi, atunci îndepărtarea genei de la punctul zero poate depăși 50 M - atunci apare o contradicție între distanțele marcate pe hartă, care depășesc 50%, și poziția postulată mai sus, conform căreia 50% din încrucișările obținute în experiment, de fapt, ar trebui să însemne absența legăturii. adică e. localizarea genelor în diferiți cromozomi. Această contradicție se explică prin faptul că la compilarea hărților genetice, se rezumă distanțele dintre cele două gene cele mai apropiate, care depășește procentul de trecere observat experimental.
Cartarea citogenetică
Această metodă se bazează pe utilizarea rearanjărilor cromozomiale. În cazul cromozomilor politeni gigant, permite compararea directă a rezultatelor analizei genetice a distanțelor dintre loci studiați și poziția lor relativă cu datele privind dimensiunile fizice ale anumitor regiuni cromozomiale. Iradierea și acțiunea altor mutageni în cromozomi duc adesea la pierderi (deleții) sau inserții de fragmente mici comparabile ca dimensiune cu unul sau mai mulți loci. De exemplu, puteți utiliza heterozigoți pentru cromozomi, dintre care unul va purta un grup de alele dominante succesive, în timp ce un omolog al acestuia va purta un grup de forme recesive ale acelorași gene. Dacă cromozomul cu gene dominante pierde în mod constant loci individuali, atunci trăsăturile recesive vor apărea în heterozigot. Ordinea în care apar trăsăturile recesive indică secvența în care sunt localizate genele.
Cu ordinea genelor AbC, în cazul unei deleții care captează gena C, la muștele cu cromozom trunchiat care a pierdut un fragment egal cu gena C, alelele c, b și A vor apărea în fenotip.
În general, o comparație a hărților genetice (de trecere) și citologice arată corespondența lor: cu cât procentul de trecere peste separă o pereche de gene, cu atât este mai mare distanța fizică între ele. Cu toate acestea, discrepanța dintre distanțele determinate de aceste două metode poate fi influențată de doi factori. În primul rând, acestea sunt zone în care traversarea este dificilă sau absentă (de exemplu, în zonele heterocromatice); în al doilea rând, distanța fizică va fi mai mare decât cea genetică dacă genele sunt separate de o zonă de ADN „tăcut”. Calculele podurilor au arătat că fiecare unitate de încrucișare pe harta cromozomilor politeni a glandelor salivare a D. melanogaster corespunde cu 4,2 μm în lungime a cromozomilor politenici. Această lungime este cel puțin egală cu două până la trei gene medii.
Caracteristicile construirii hărților genetice în procariote
Pentru a construi hărți genetice în procariote, se folosește fenomenul conjugării - transferul materialului genetic de la o celulă la alta cu ajutorul unor molecule ADN circulare speciale (plasmide, în special, cu ajutorul unei plasmide F).
Probabilitatea transferului unei anumite gene într-o celulă primitoare depinde de îndepărtarea acesteia din ADN-ul plasmidei F sau, mai degrabă, din punctul O, de la care începe replicarea ADN-ului plasmidei F. Cu cât timpul de conjugare este mai lung, cu atât este mai mare probabilitatea transferului unei gene date. Acest lucru face posibilă crearea unei hărți genetice a bacteriilor în câteva minute de conjugare. De exemplu, în E. coli, gena thr (un operon din trei gene care controlează biosinteza treoninei) este localizată în punctul zero (adică direct lângă ADN-ul plasmidei F), gena lac este transferată după 8 minute, gena recE - după 30 de minute, gena argR - după 70 de minute etc.
Această problemă va fi luată în considerare mai detaliat atunci când se studiază genetica procariotelor.
Cartarea cromozomului uman
Cartarea genelor se bazează pe gruparea legăturilor. Cu cât mutațiile sunt mai cunoscute și cu cât este mai mic numărul de cromozomi, cu atât este mai ușor de cartografiat. În acest sens, o persoană (în afară de faptul că nu poate avea o analiză hibridologică clasică) ca obiect este dublu nefavorabilă pentru cartografiere: are relativ puține gene cunoscute (cel puțin așa a fost până la sfârșitul anilor 70), iar numărul haploid de cromozomi este destul de mare - 22 (fără sex). Aceasta înseamnă că probabilitatea ca două gene nou descoperite să fie legate este de 1/22. Din aceste motive, analiza genealogiilor, care într-o oarecare măsură înlocuiește analiza hibridologică, oferă informații destul de limitate despre natura legăturii.
Metodele de genetică a celulelor somatice s-au dovedit a fi mai promițătoare pentru cartografierea genelor umane. Esența uneia dintre ele este următoarea. Tehnicile de inginerie celulară permit combinarea diferitelor tipuri de celule. Fuziunea celulelor aparținând diferitelor specii biologice se numește hibridizare somatică. Esența hibridizării somatice este obținerea culturilor sintetice prin fuziunea protoplastelor diferitelor tipuri de organisme. Diverse metode fizico-chimice și biologice sunt utilizate pentru fuziunea celulară. După fuziunea protoplastelor, se formează celule heterocariote multinucleate. Ulterior, în timpul fuziunii nucleelor, se formează celule sincariote, conținând seturi cromozomiale ale diferitelor organisme din nuclee. Când astfel de celule se divid in vitro, se formează culturi de celule hibride. În prezent, s-au obținut și s-au cultivat hibrizi celulari „om × șoarece”, „om × șobolan” și mulți alții.
În celulele hibride obținute din diferite tulpini de diferite specii, unul dintre seturile de cromozomi parentali, de regulă, se reproduce mai repede decât celălalt. Prin urmare, acesta din urmă pierde treptat cromozomi. Aceste procese au loc intens, de exemplu, la hibrizii celulari dintre șoareci și oameni - specii care diferă în mulți markeri biochimici. Dacă, în același timp, urmează orice marker biochimic, de exemplu enzima timidin kinază și, în același timp, efectuează controlul citogenetic, identificând cromozomii din clonele formate după pierderea lor parțială, atunci, la final, dispariția unui cromozom poate fi asociată simultan cu o trăsătură biochimică. Aceasta înseamnă că gena care codifică această trăsătură este localizată pe acest cromozom. Deci, gena timidin kinazei la om este localizată pe cromozomul 17.
Unele informații despre localizarea genelor pot fi obținute prin analiza mutațiilor numerice și structurale ale cromozomilor, prin apariția în familii de cromozomi cu variații morfologice și prin luarea în considerare a trăsăturilor ereditare. Monosomiile parțiale rezultate din ștergeri sunt, de asemenea, utilizate în același scop. Cu toate acestea, în aceste cazuri, trebuie avut în vedere faptul că, uneori, gena studiată rămâne în fragmentul centric, dar manifestarea ei poate fi puternic slăbită ca urmare a efectului poziției sau a altor mecanisme de reglare (schimbarea ordinii de replicare, detașarea regiunii promotor etc.) ... La sfârșitul anilor 60, a fost dezvoltată o metodă de hibridizare in situ, care se bazează pe specificitatea interacțiunilor complementare dintre o genă și copia acesteia (ARNm, precum și ADN complementar obținut prin transcriere inversă). Rezoluția acestei metode este mult mai mare pe cromozomii politenici decât pe cromozomii mitotici umani, dar este în mod constant îmbunătățită.
Cartografierea genelor cartografierea genelor, cartografierea - cartografierea genelor.
Determinarea poziției unei gene date pe un cromozom în raport cu alte gene; folosiți trei grupe principale de metode Kg. - fizic (determinarea utilizând hărți de restricție, microscopie electronică și unele variante de electroforeză a distanțelor intergenice - în nucleotide), genetic (determinarea frecvențelor recombinărilor între gene, în special, în analiza familiei etc.) și citogenetic (hibridizare in situ<hibridizare in situ\u003e, obținând hibrizi cu celule monosomale<hibrid celular monocromozomial\u003e, metoda de ștergere<maparea ștergerii\u003e etc.); în genetică umană, sunt acceptate 4 grade de fiabilitate a localizării acestei gene - confirmate (stabilite în două sau mai multe laboratoare independente sau pe materialul a două sau mai multe obiecte de testare independente), preliminare (1 laborator sau 1 familie analizată), contradictorii (discrepanță între datele de la diferiți cercetători), îndoielnic (datele nu sunt finalizate de la un laborator); Anexa 5 oferă un rezumat (începând cu 1992-93) al genelor structurale, oncogenelor și pseudogenelor din genomul uman și - inclusiv unele mutații - la șoareci.
(Sursa: „Dicționarul explicativ englez-rus al termenilor genetici.” Arefiev VA, Lisovenko LA, Moscova: Editura VNIRO, 1995)
Vedeți ce este „gene mapping” în alte dicționare:
cartografierea genelor - Determinarea poziției unei gene date pe un cromozom în raport cu alte gene; folosiți trei grupuri principale de metode K.g. fizic (determinarea folosind hărți de restricție, microscopie electronică și unele variante de electroforeză ... ...
Cartografierea genelor - determinarea poziției unei gene date pe un cromozom față de alte gene. Cartarea genetică implică determinarea distanțelor prin frecvența recombinărilor între gene. Cartografierea fizică folosește câteva tehnici ... ... Dicționar de psihogenetică
cartografierea [genelor] folosind backcrossing - Metoda de cartografiere genetică bazată pe obținerea hibrizilor backcross de forme conexe și analiza clivajului variantelor de alele polimorfe în lungimea fragmentelor de restricție; această metodă este cea mai răspândită în cartografierea genelor în ... ... Ghidul traducătorului tehnic
Cartografiere Backcross cartografiere [gene] folosind backcrossing. Metoda de cartografiere genetică bazată pe obținerea hibrizilor backcross de forme conexe și analiza clivajului variantelor de alele polimorfe în lungime de restricție ... ...
Cartarea genelor comparative la mamifere - * gene paranal cartovanne ale mamiferelor * cartografiere comparativă a genelor de mamifere comparație informativă a hărților genetice ale oamenilor și ale oricărei alte specii de mamifere). Trebuie să fie amândoi bine studiați și departe unul de celălalt ...
Cartografiere - * cartovanne * mapare stabilind pozițiile genelor sau ale unor site-uri specifice (a se vedea) de-a lungul firului ADN (. Harta) ... Genetica. dicționar enciclopedic
Cartografierea cu hibrizi iradiați [celule] - * cartografie pentru dapamogay a hibridului aplicat [celula] * modificare radiată a hărții hibride a metodei hărții genei utilizând hibridizarea celulelor somatice. Celulele clonei hibride „rozătoare H umane” care conțin doar cromozomul 1 ... ... Genetica. dicționar enciclopedic
Cartografiere hibridă cu radiații folosind hibrizi iradiați [celule]. Modificarea metodei de cartografiere a genei utilizând celule de hibridizare a celulelor somatice ale clonei hibride „rozătoare ˟ umană” care conține doar 1 cromozom ... ... Biologie moleculară și genetică. Dicționar explicativ.
Stabilirea ordinii genelor și distanța relativă dintre ele în grupul de legătură ... Dicționar medical mare
Cartografierea genomului uman
Nu avem nevoie să deranjăm zeii degeaba -
Există interiorul victimelor de ghicit despre război,
Sclavi să tacă și pietre de construit!
Osip Mandelstam, "Natura este aceeași Roma ..."
Genetica este o știință tânără. Evoluția speciilor nu a fost descoperită cu adevărat decât la sfârșitul anilor 1850. În 1866, călugărul austriac Gregor Mendel a publicat rezultatele experimentelor sale privind polenizarea mazării. Până la sfârșitul secolului, nimeni nu a acordat atenție descoperirii sale. Iar Galton, de exemplu, nu a aflat niciodată despre ele. Chiar și mecanismul fertilizării - fuziunea nucleilor celulelor germinale masculine și feminine - a fost descoperit abia în 1875. În 1888, corpurile mici numite cromozomi au fost găsite în nucleele celulelor, iar în 1909 factorii mendelieni de moștenire au fost numiți gene. Prima inseminare artificială (la un iepure și apoi la maimuțe) a fost efectuată în 1934; și în cele din urmă, în 1953, s-a făcut o descoperire fundamentală - s-a stabilit dubla structură elicoidală a ADN-ului. După cum puteți vedea, toate acestea s-au întâmplat destul de recent, astfel încât primii eugeniști, în general, erau foarte puțin conștienți de tehnica meșteșugului lor.
Cartarea genomului uman este încă în stadiile incipiente. Ceea ce știm este o mică parte din ceea ce nu știm. Există trei miliarde de secvențe de nucleotide, formând între douăzeci și șase și treizeci și opt de mii de gene, care codifică direct proteinele. Dar modul în care genele și proteinele pe care le produc interacționează sunt încă slab înțelese.
Cu toate acestea, rolul genelor în societatea umană este recunoscut rapid. În 1998, Diana Paul (Universitatea din Massachusetts) și-a amintit ceea ce a numit acum paisprezece ani
Viziunea „biologic deterministă”, conform căreia genele influențează diferențele de inteligență și temperament - folosind acești termeni ca și cum ar fi fost specificat sensul lor. Astăzi, utilizarea lor ar fi controversată, deoarece aceste etichete par să pună sub semnul întrebării acest punct de vedere, în timp ce este larg acceptat atât de oamenii de știință, cât și de public ”.
Oricum ar fi, cunoștințele noastre cresc literalmente în fiecare zi, iar în viitorul foarte apropiat vom putea analiza cu o mare acuratețe încărcătură genetică,pe care le impunem generațiilor viitoare.
Din cartea Cea mai nouă carte de fapte. Volumul 1 [Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și medicină] autor Din cartea Genomul uman: o enciclopedie scrisă în patru litere autor Din cartea Genomul uman [Enciclopedie scrisă în patru litere] autor Tarantul Vyacheslav Zalmanovich Din cartea Cea mai nouă carte de fapte. Volumul 1. Astronomia și astrofizica. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și medicină autor Kondrashov Anatoly Pavlovich Din cartea Decrypted Life [My Genome, My Life] de Venter Craig Din cartea Chimie biologică autor Lelevici Vladimir Valerianovici Din cartea autorului Din cartea autoruluiPARTEA I. STRUCTURA GENOMULUI UMAN CE ESTE UN GENOM? Întrebările sunt eterne, răspunsurile sunt dependente de timp. E. Chargaff Într-un dialog cu viața, nu este importantă întrebarea ei, ci răspunsul nostru. MI Tsvetaeva Încă de la început vom defini ce înțelegem aici prin cuvântul „genă”. Termenul în sine
Din cartea autoruluiAnaliza ADN-ului total - informații noi despre structura genomului uman La prima etapă a studiului direct al structurii genomului uman, când metodologia ingineriei genetice nu exista încă, au fost utilizate metode fizico-chimice tradiționale pentru studierea ADN-ului. ÎN
Din cartea autorului Din cartea autoruluiPARTEA II. FUNCȚIA GENOMULUI OMULUI REGINA ESTE MOARTĂ - ONORAȚI REGINA! Ceea ce știm este limitat și ceea ce nu știm este infinit. P. Laplace Știința este întotdeauna greșită. Nu va rezolva niciodată o problemă fără să ridice o duzină de noi. B. Shaw Deci,
Din cartea autoruluiCum este util un computer pentru studierea genomului uman? Fără tehnologii de bioinformatică computerizată (genoinformatică sau, într-un sens mai larg, bioinformatică), dezvoltarea cercetării genomice nu ar fi deloc posibilă. Este chiar greu de imaginat cum
Din cartea autoruluiPARTEA III. ORIGINEA ȘI EVOLUȚIA GENOMULUI OMULUI
Din cartea autoruluiCât de diferit este genomul uman de genomul cimpanzeului? Un genom este o colecție de gene conținute într-un set haploid (unic) de cromozomi ai unui anumit organism. Genomul nu este o caracteristică a unui individ, ci a unei specii de organisme. În februarie 2001 în american
Din cartea autoruluiCapitolul 11 \u200b\u200bDescifrarea genomului uman Ce veți spune când, căzându-vă cu ultimele puteri în vârful unui munte pe care nimeni nu l-a vizitat vreodată, vedeți brusc o persoană care urcă pe o cărare paralelă? În știință, cooperarea este întotdeauna mult mai fructuoasă,
