Генетичне картування. Стратегія генетичного картування і його роль в ідентифікації нових генів спадкових захворювань Генетичне картування генів захворювань людини приклади
Альфред Стертевантом (співробітник Моргана) припустив, що частота кросинговеру на ділянці між генами, локалізованими в одній хромосомі, може служити мірою відстані між генами. Іншими словами, частота кросинговеру, що виражається відношенням числа кроссоверних особин до загальної кількості особин, прямо пропорційна відстані між генами. Тоді можна використовувати частоту кросинговеру для того, щоб визначати взаємне розташування генів і відстань між генами.
Генетичне картування - це визначення положення будь-якого гена по відношенню до двох (як мінімум) іншим генам. Сталість відсотка кросинговеру між певними генами дозволяє локалізувати їх. Одиницею відстані між генами служить 1% кросинговеру; в честь Моргана ця одиниця називається морганіда (М), або сантіморганіда (сМ).
На першому етапі картування необхідно визначити приналежність гена до групи зчеплення. Чим більше генів відомо у даного виду, тим точніше результати картування. Всі гени розбивають на групи зчеплення.
Кількість груп зчеплення відповідає гаплоидному набору хромосом. Наприклад, у D. melanogaster 4 групи зчеплення, у кукурудзи - 10, у миші - 20, у людини - 23 групи зчеплення. При наявності статевих хромосом вони вказуються додатково (наприклад, у людини 23 групи зчеплення плюс Y-хромосома).
Як правило, число генів у групах зчеплення залежить від лінійних розмірів відповідних хромосом. Так, у плодової мушки є одна (IV) точкова (при аналізі в світловому мікроскопі) хромосома. Відповідно число генів у ній у багато разів менше, ніж в інших, значно перевершують її по довжині. Слід також зазначити, що в гетерохроматичному районах хромосом генів немає або майже немає, тому протяжні області конститутивного гетерохроматину можуть дещо змінити пропорційність числа генів і довжини хромосоми.
На підставі генетичного картування складаються генетичні карти. На генетичних картах крайнього гену (тобто найбільш віддаленого від центромери) відповідає нульова (вихідна) точка. Відстань будь-якого гена від нульової точки позначається в морганідах.
Якщо хромосоми досить довгі, то видалення гена від нульової точки може перевищувати 50 М - тоді виникає протиріччя між зазначеними на карті відстанями, що перевищують 50%, і постулював вище положенням, згідно з яким 50% кросоверів, отриманих в експерименті, фактично повинні означати відсутність зчеплення, т. e. локалізацію генів в різних хромосомах. Це протиріччя пояснюється тим, що при складанні генетичних карт підсумовуються відстані між двома найближчими генами, що перевищує експериментально спостережуваний відсоток кросинговеру.
КАЗАХСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ Аль-Фарабі
факультет: біології та біотехнології
Кафедра: біотехнології
«РЕФЕРАТ»
На тему: ГЕНЕТИЧНЕ СЦЕПЛЕНИЕ І Картування генів ЛЮДИНИ.
виконали : студенти 3-курсу (мед.бт.)
Нуралібеков С.Ш.
Давронова М.А.
перевірила : к.б.н. ,доцент кафедримолекулярної
біології і генетики Омірбекова Н.Ж.
АЛМАТИ 2018
Генетичні карти зчеплення .................................................................. ..3
Сучасні методи побудови генетичних карт зчеплення ...... .......... ...... ... ... .5
ПЛР в дослідженнях геному людини .................................... .... ............. ...... 8
Фізичні карти низького дозволу ................................................ .. .... ... .9
Фізичні карти з високою роздільною здатністю ............... .. ........................... .. ......... 11
Список використаних джерел .................. ... ............... .. ..................... .13
Картування та визначення первинної структури генома людини
Після короткого розгляду основних методів, найбільш часто використовуваних в молекулярній генетиці для дослідження структури і механізмів функціонування генів, представляється доцільним на прикладі генома людини докладніше познайомитися з практичним застосуванням цих методів і їх модифікацій для вивчення великих геномів. З метою всебічного дослідження генома людини, цього колосального за обсягом сховища його генетичної інформації, недавно була розроблена і втілюється в життя спеціальна міжнародна програма "Геном людини" ( "Human Genome Project"). Основним завданням програми є побудова вичерпних генетичних карт високої розподільчої здатності кожної з 24 хромосом людини, яке, в кінцевому рахунку, повинно завершитися визначенням повної первинної структури ДНК цих хромосом. В даний час роботи по проекту йдуть повним ходом. У разі успішного його завершення (а це за планами має відбутися у 2003 році) у людства з'являться перспективи досконального вивчення функціональної значущості і механізмів функціонування кожного з його генів, а також генетичних механізмів, які керують біологією людини, і встановлення причин більшості патологічних станів його організму .
Основні підходи до картування геному людини
Рішення основного завдання програми "Геном людини" включає три основних етапи. На першому етапі необхідно специфічним чином розділити кожну індивідуальну хромосому на частини меншого розміру, що дозволяє їх подальший аналіз відомими методами. Друга стадія досліджень передбачає визначення взаємного розташування цих індивідуальних фрагментів ДНК один щодо одного і їх локалізації в самих хромосомах. На завершальному етапі необхідно провести власне визначення первинної структури ДНК кожного з охарактеризованих фрагментів хромосом і скласти повну безперервну послідовність їх нуклеотидів. Рішення завдання не буде повним, якщо в знайдених послідовності нуклеотидів не вдасться локалізувати всі гени організму і визначити їх функціональне значення. Проходження трьох перерахованих вище етапів потрібно не тільки для отримання вичерпних характеристик генома людини, а й будь-якого іншого генома великого розміру.
Генетичні карти зчеплення
Генетичні карти зчеплення є одномірні схеми взаємного розташування генетичних маркерів на індивідуальних хромосомах. Під генетичними маркерами розуміють будь-які успадковані фенотипічні ознаки, що розрізняються в окремих особин. Фенотипічні ознаки, що відповідають вимогам генетичних маркерів, вельми різноманітні. Вони включають в себе як особливості поведінки або схильність до певних захворювань, так і морфологічні ознаки цілих організмів або їх макромолекул, що розрізняються за структурою. З розвитком простих і ефективних методів дослідження біологічних макромолекул такі ознаки, відомі під назвою молекулярних маркерів, стали найбільш часто використовуватися при побудові генетичних карт зчеплення. Перш ніж перейти до розгляду методів побудови таких карт і їх значення для дослідження генома, необхідно нагадати, що термін "зчеплення" вживається в генетиці для позначення ймовірності спільної передачі двох ознак від одного з батьків потомству.
При утворенні статевих клітин (гамет) у тварин і рослин на стадії мейозу, як правило, відбувається сінапсіс (кон'югація) гомологічних хромосом. Сестринські хроматиди гомологічних хромосом з'єднуються по всій довжині один з одним, і в результаті кросинговеру (генетичної рекомбінації між хроматидами) відбувається обмін їх частинами. Чим далі два генетичних маркера розташовуються один від одного на хроматиді, тим більша ймовірність того, що розрив хроматиди, необхідний для кросинговеру, відбудеться між ними, і два маркера в новій хромосомі, що належить новій гамете, виявляться відокремленими один від одного, тобто їх зчеплення порушиться. Одиницею зчеплення генетичних маркерів є морганіда (одиниця Моргана, М), яка містить 100 сантіморганід (сМ). 1 сМ відповідає фізичній відстані на генетичній карті між двома маркерами, рекомбінація між якими відбувається з частотою 1%. Виражена в парах підстав 1 сМ відповідає 1 млн п.о. (М.П.О.) ДНК.
Генетичні карти зчеплення правильно відображають порядок розташування генетичних маркерів на хромосомах, проте отримані при цьому значення відстаней між ними не відповідають реальним фізичним відстаням. Зазвичай даний факт пов'язують з тим, що ефективність рекомбінації між хроматидами на окремих ділянках хромосом може сильно відрізнятися. Зокрема, вона пригнічена в гетерохроматинових ділянках хромосом. З іншого боку, в хромосомах часто зустрічаються "гарячі точки" рекомбінації. Використання частот рекомбінації для побудови фізичних генетичних карт без урахування цих чинників буде приводити до спотворень (відповідно заниження або завищення) реальних відстаней між генетичними маркерами. Таким чином, генетичні карти зчеплення є найменш точними з усіх наявних типів генетичних карт, і їх можна розглядати лише як перше наближення до реальних фізичним картками. Проте, на практиці саме вони і тільки вони дозволяють локалізувати складні генетичні маркери (наприклад асоційовані з симптомами захворювання) на перших етапах дослідження і дають можливість їх подальшого вивчення. Необхідно пам'ятати, що під час відсутності кросинговеру все гени, що знаходяться на індивідуальній хромосомі, передавалися б від батьків потомству разом, оскільки вони фізично зчеплені один з одним. Тому індивідуальні хромосоми утворюють групи зчеплення генів, і однією з перших завдань побудови генетичних карт зчеплення є віднесення досліджуваного гена або послідовності нуклеотидів до конкретної групи зчеплення. У слід. таблиці перераховані сучасні методи, які, за даними В.А. МакКьюзіка, найбільш часто використовувалися для побудови генетичних карт зчеплення до кінця 1990 р
Сучасні методи побудови генетичних карт зчеплення
| метод | Число картірованних локусів |
| Гібридизація соматичних клітин | 1148 |
| Гібридизація in situ | 687 |
| сімейний | 466 |
| Визначення ефекту дози | 159 |
| рестрикційний картування | 176 |
| Використання хромосомнихаберацій | 123 |
| Використання сінтеніі | 110 |
| Сегрегація генів, індукована опроміненням | 18 |
| інші методи | 143 |
| всього | 3030 |
Гібридизація соматичних клітин. Одним з найбільш популярних методів віднесення генетичного маркера (функціонально активного гена) до конкретної групи зчеплення є гібридизація (злиття один з одним) соматичних клітин різних біологічних видів організмів, один з яких - досліджуваний. У міжвидових гібридів соматичних клітин в процесі культивування відбувається втрата хромосом переважно одного з біологічних видів. Втрата хромосом носить, як правило, випадковий характер, і утворюються клони клітин містять залишилися хромосоми в різних поєднаннях. Аналіз клонів, що містять різні набори хромосом досліджуваного виду, дозволяє визначити, з якою з цих залишилися хромосом асоційована експресія досліджуваного маркера, і, отже, локалізувати ген на конкретній хромосомі.
Гібридизація in situ. Метод гібридизації in situ також широко використовується для картування послідовностей нуклеотидів на хромосомах. З цією метою препарати фіксованих хромосом гибрідизуючою (інкубують при підвищеній температурі з наступним охолодженням) з досліджуваними послідовностями нуклеотидів, міченими радіоактивним, флуоресцентної чи іншої міткою. Після відмивання незв'язаних мітки залишилися мічені молекули нуклеїнових кислот виявляються асоційованими з ділянками хромосом, що містять послідовності, комплементарні досліджуваним міченим послідовностям нуклеотидів. Отримані гібриди аналізують за допомогою мікроскопа або безпосередньо, або після авторадиографии. Для цієї групи методів характерна більш висока роздільна здатність, ніж для гібридизації соматичних клітин, оскільки вони дозволяють локалізувати досліджувані послідовності нуклеотидів на хромосомах. У міру виконання програми "Геном людини" в руках дослідників з'являється все більше ізольованих послідовностей нуклеотидів, які можна використовувати в якості зондів для гібридизації in situ. У зв'язку з цим дані методи по частоті використання останнім часом міцно виходять на перше місце. Найбільш популярною виявляється група методів, які отримали назву флуоресцентної гібридизації in situ (fluorescence in situ hybridization - FISH), при проведенні якої використовуються полінуклеотидні зонди, що містять флуоресцентну мітку. Зокрема, в 1996 році було опубліковано\u003e 600 робіт, в яких описано використання цього методу.
Сімейний генетичний аналіз зчеплення. Ця група методів часто використовується в медичній генетиці для виявлення зв'язку (зчеплення) між симптомами захворювання, що викликається мутацією в невідомому гені, і іншими генетичними маркерами. В даному випадку в якості одного з генетичних маркерів виступають самі симптоми захворювання. У геномі людини виявлено велику кількість поліморфізмів, в тому числі ПДРФ. ПДРФ розподілені більш-менш рівномірно в геномі людини на відстані 5-10 сМ один від одного. Чим ближче індивідуальні поліморфні локуси розташовані до гену, відповідального за захворювання, тим менше ймовірність їх поділу при рекомбінації в мейозі і тим частіше вони будуть зустрічатися разом у хворого індивідуума і разом передаватися від батьків потомству. Клонувати протяжна ділянка генома, що включає відповідний поліморфний маркер (його відбір з клонотекі геномної ДНК проводять за допомогою зонда), можна одночасно разом з ним з великою ймовірністю виділити ген, що викликає спадкове захворювання. Такі підходи були, зокрема, успішно застосовані для проведення сімейного аналізу і виділення відповідних генів при м'язової дистрофії Дюшенна, кістозному фіброзі нирок (муковісцидоз) і миотонической дистрофії. Інформативність окремих ПДРФ генома людини залежить від рівня їх гетерозиготності в досліджуваній популяції. Мірою інформативності ПДРФ як генетичного маркера за пропозицією Д. Ботштейна і співавторів (1980 г.) прийнято вважати значення змісту полиморфной інформації PIC (polymorphism information content), яке представляє собою відношення числа схрещувань, в яких хоча б у одного з батьків досліджуваний поліморфний маркер знаходиться в гетерозиготному стані, до всіх схрещуванням.
Визначення ефекту дози гена і використання хромосомнихаберацій . Цими методами виявляють кореляції між рівнем експресії досліджуваного гена і кількістю конкретних хромосом в анеуплоїдних лініях клітин або структурними перебудовами хромосом (хромосомними мутаціями - аберацією). Анеуплоїдій називають наявність у клітини, тканини або цілого організму числа хромосом, що не рівного типовому для даного біологічного виду. Хромосомніаберації у вигляді транслокацій ділянок хромосом в гетерохроматіновие області тих же самих або інших хромосом часто супроводжуються придушенням транскрипції генів, розташованих в транслоцироваться ділянках або в хромосомі-акцепторі (мозаїчний ефект положення).
Використання сінтеніі. Сінтенія - це структурний подібність груп зчеплення генів у організмів різних біологічних видів. Зокрема, в геномах людини і миші відомо кілька десятків сінтенічних груп генів. Наявність феномену сінтеніі дозволяє звужувати коло пошуку місця локалізації досліджуваного гена на хромосомах, обмежуючи його областю відомих генів, що належать до конкретної сінтенічной групі.
Сегрегація генів, индуцируемая іонізуючим випромінюванням. За допомогою цього методу визначають відстань між досліджуваними генами шляхом оцінки ймовірності їх поділу (сегрегації) після опромінення клітин певної стандартної дозою іонізуючого випромінювання. Опромінені клітини рятують від загибелі гибридизацией з соматичними клітинами гризунів, і у соматичних гібридів в культурі визначають наявність досліджуваних маркерів опромінених клітин. В результаті вдається зробити висновок про наявність чи відсутність зчеплення (фізичному відстані) між цими генами.
серед інших методів слід згадати методи, засновані на використанні для картування генів великих фрагментів ДНК, утворених під дією крупнощепящіх рестриктаз. Після розщеплення геномної ДНК утворюються фрагменти поділяють електрофорезом в імпульсному електричному полі і далі їх гибрідизуючою по Саузерну з зондами, відповідними картіруемим генам. Якщо після проведення гібридизації сигнали обох зондів локалізуються на одному і тому ж великому фрагменті ДНК, це говорить про тісному зв'язку таких генів.
ПЛР в дослідженнях геному людини
Полімеразна ланцюгова реакція займає центральне місце в розробці підходів до практичного здійснення програми "Геном людини". Як вже обговорювалося вище, за допомогою ПЛР можна швидко і ефективно ампліфікувати майже будь-який короткий ділянку генома людини, і отримані продукти ПЛР далі використовувати в якості зондів для картування відповідних ділянок на хромосомах шляхом гібридизації по Саузерну або in situ.
Концепція STS. Однією з ключових концепцій, що лежать в основі картування генів людини в рамках обговорюваної програми, є концепція сайтів, прив'язаних до послідовностей (sequence-tagged sites - STS). Відповідно до цієї концепції всі фрагменти ДНК, які використовуються для побудови генетичних або фізичних карт, можна однозначно ідентифікувати за допомогою послідовності нуклеотидів довжиною в 200-500 п.о., яка буде унікальною для даного фрагмента. Кожен з цих сайтів необхідно секвенувати, що дасть можливість в подальшому їх ампліфікувати за допомогою ПЛР та застосовувати в якості зондів. Використання STS дозволило б застосовувати їх послідовності у вигляді продуктів ПЛР в якості зондів для направленого виділення будь-якого фрагмента ДНК того чи іншого ділянки геному з клонотекі геномних послідовностей. В результаті можуть бути створені бази даних, що включають локалізацію і структуру всіх STS, а також праймерів, необхідних для їх ампліфікації. Це позбавило б лабораторії від необхідності зберігання численних клонів і їх розсилки в інші лабораторії для проведення досліджень. Крім того, STS створюють основу для розробки єдиної мови, на якому різні лабораторії могли б описувати свої клони. Таким чином, кінцевим результатом розробки концепції STS була б вичерпна карта STS генома людини. Теоретично для побудови генетичної карти розміром в 1 сМ необхідно 3000 повністю інформативних, поліморфних ДНК-маркерів. Однак оскільки поліморфні маркери розподілені в геномі нерівномірно і лише деякі з них повністю інформативні, реальне число маркерів, необхідних для побудови карти такого розміру, оцінюється в 30-50 тисяч. Для отримання маркерів, відповідних досліджуваним ділянках хромосом, в даний час часто застосовують праймери, відповідні дисперговані повторюваним послідовностям, серед яких першими стали використовувати Alu-послідовності.
Alu-ПЛР.Дисперговані повторювані Alu-послідовності характерні саме для генома людини. Праймери, специфічні відносно Alu-послідовностей, використовують для ампліфікації ділянок ДНК генома людини, укладених між Alu-повторами, які розташовуються в середньому на відстані 4-10 т.п.о. один від одного. Іншим варіантом Alu-ПЛР є спрямований синтез з її допомогою ДНК-зондів до ділянок хромосом, отриманим після лазерної фрагментації, індивідуальним хромосомами, виділеним за допомогою проточної цитофлуориметрії, або ДНК гібридних клітин, що містять певну частину генома людини. Крім того, Alu-ПЛР використовують для отримання унікальних фінгерпрінт, що характеризують клітинні гібриди з точки зору стабільності їх геному, а також для характеристики фрагментів ДНК людини, клонованих в YAC-векторах, косміди або векторах на основі ДНК бактеріофагів. Унікальність Alu-послідовностей для генома людини робить можливим їх застосування для "прогулянок по хромосомах", а також для розширення існуючих контігов. Оскільки в геномі людини\u003e 90% помірно повторюваних послідовностей представлені родинами Alu і KpnI, не дивно, що останні також застосовуються в ПЛР для тих же цілей, що і Alu. Однак тут профілі продуктів ПЛР менш складні, оскільки послідовності KpnI повторюються в геномі рідше і мають характерною локалізацією в хромосомах.
ПЛР активно використовується для виявлення поліморфних молекулярних маркерів при побудові генетичних карт зчеплення, основні принципи отримання яких були розглянуті вище. Цей метод виявляється корисним і при секвенування ДНК, а також при побудові фізичних карт високого дозволу для генома людини. Про останніх двох сферах застосування ПЛР докладніше йтиметься нижче.
Фізичні карти низького дозволу
На відміну від розглянутих вище генетичних карт зчеплення фізичні карти геному відображають реальне відстань між маркерами, яке виражається в парах підстав. Фізичні карти розрізняються за ступенем їх дозволу, тобто по тих деталей структури генома, які на них представлені. Вичерпна фізична карта геному людини максимального дозволу буде містити повну нуклеотидну послідовність всіх його хромосом. На іншому полюсі фізичних карт з мінімальним дозволом знаходяться хромосомні (цитогенетичні) карти геному.
Чотири типу генетичних карт геномної ДНК і їх взаємини
1 - генетична карта зчеплення, 2 - фізична рестрикционная карта, прогалини позначають місця розщеплення ДНК рестріктазамі, 3 - фізична карта контігов, показані перекриваються клони ДНК, отримані з допомогою YAC-векторів, 4 - вичерпна фізична карта у вигляді послідовності нуклеотидів ДНК. На всіх картах представлений один і той же ділянку хромосоми
Хромосомні карти. Хромосомні карти геному людини отримують локалізацією генетичних маркерів на індивідуальних хромосомах з використанням цитогенетичних методів, включаючи авторадіографію і FISH. В останніх двох випадках радіоактивна або флуоресцентна мітки, асоційовані з досліджуваними генетичними локусами інтактних хромосом, виявляються за допомогою світлової мікроскопії. Ще зовсім недавно хромосомні карти дозволяли локалізувати досліджуваний фрагмент ДНК на ділянці хромосоми протяжністю 10 М.П.О. Сучасні методи гібридизації in situ з використанням метафазних хромосом, головним чином, метод FISH, локалізують полінуклеотидні маркери в межах 2-5 М.П.О. Більш того, при гібридизації in situ з інтерфазна хромосомами, в яких генетичний матеріал знаходиться в менш компактній формі, що дозволяє здатність хромосомних карт наближається до 100 т.п.о.
Точність хромосомних карт підвищується і з використанням сучасних генетичних методів. Наприклад, здатність ПЛР ампліфікувати сегменти ДНК одиничного сперматозоїда дозволяє досліджувати велику кількість мейозу, як би законсервованих в окремих зразках сперми. В результаті з'являється можливість перевірки взаємного розташування генетичних маркерів, локалізованих на хромосомних картах більш грубими методами.
карти кДНК. Карти кДНК відображають становище експресуються ділянок ДНК (екзонів) щодо відомих цитогенетичних маркерів (бендів) на метафазних хромосомах. Оскільки такі карти дають уявлення про локалізацію транскрибується ділянок геному, в тому числі і генів з невідомими функціями, вони можуть бути використані для пошуку нових генів. Цей підхід особливо корисний при пошуку генів, пошкодження яких викликають захворювання людини, в тому випадку якщо приблизна локалізація таких ділянок хромосом вже попередньо проведена на генетичних картах зчеплення в результаті сімейного генетичного аналізу.
Фізичні карти з високою роздільною здатністю
Дві стратегії побудови фізичних карт ДНК
а - стратегія "зверху вниз": ДНК цілої хромосоми розщеплюється крупнощепящімі рестріктазамі, для кожного з індивідуальних фрагментів ДНК будується рестрикционная карта; б - стратегія "від низу до верху", індивідуальні YAC-клони після ідентифікації об'єднуються в контігі
У спробах побудови карт геному людини з високою роздільною здатністю експериментально реалізуються два альтернативних підходи, які отримали назви картування зверху вниз (top-down mapping) і картування від низу до верху (bottom-up mapping). При картуванні зверху вниз вихідним в аналізі є препарат ДНК індивідуальної хромосоми людини. ДНК розрізається крупнощепящімі рестріктазамі (наприклад NotI) на довгі фрагменти, які після поділу електрофорезом в імпульсному електричному полі піддаються подальшому Рестрикційний аналіз з іншими рестріктазамі. В результаті отримують макрорестрікціонную карту, на якій досить повно представлені всі послідовності досліджуваної хромосоми або її частини, проте її дозвіл невисоко. На такій карті дуже важко локалізувати індивідуальні гени. До того ж кожна індивідуальна карта рідко охоплює протяжні сегменти ДНК (як правило, не більше 1-10 М.П.О.).
При картуванні генома людини від низу до верху на основі препарату сумарною ДНК генома або індивідуальної хромосоми отримують серію випадкових клонів протяжних послідовностей ДНК (10-1000 т.п.о), частина з яких перекривається один з одним. Як вектора для клонування в цьому випадку часто використовують штучні мініхромосоми бактерій (BAC) або дріжджів (YAC), докладно описані в розділі 7.2.4. Серія частково перекриваються і доповнюють один одного клонів утворює безперервну зістиковану (contiguous) послідовність нуклеотидів ДНК, що отримала назву контіга (contig). Правильність отриманих контігов підтверджують гибридизацией in situ (FISH) з одночасною їх прив'язкою до певних ділянок досліджуваних хромосом. Карти, засновані на контігах, представляють повну інформацію про структуру окремих сегментів хромосом і дозволяють локалізувати окремі гени. Однак такі карти важко застосовувати для реконструкції цілих хромосом або протяжних їх ділянок через відсутність відповідних клонів в наявних клонотекі генів.
Основна проблема, яку доводиться вирішувати при використанні обох підходів до побудови фізичних карт високого дозволу, - об'єднання розрізнених фрагментів ДНК в безперервні послідовності нуклеотидів. Найчастіше для цього застосовують спеціальні клоновані фрагменти ДНК, які отримали назву сполучних (linking) клонів. Фрагменти ДНК з сполучних клонів містять в своїх внутрішніх частинах послідовності нуклеотидів крупнощепящіх рестриктаз і, отже, є місця стикування фрагментів ДНК, які використовуються на перших етапах фізичного картування. Гибридизацией по Саузерну, при проведенні якої в якості зондів використовують фрагменти ДНК сполучних клонів, визначають фрагменти ДНК фізичних карт, що містять послідовності нуклеотидів околиць сайтів рестрикції крупнощепящіх рестриктаз. Якщо два таких фрагмента знайдені, то відповідний сполучний клон перекриває обидва цих фрагмента і є їх частиною. Сполучні клони, в свою чергу, відбирають з клонотекі генів за допомогою зондів, які представляють собою послідовності нуклеотидів сайтів рестрикції крупнощепящіх рестриктаз.
ПЕРЕЛІК Посібник ДЖЕРЕЛ
1) Clark M.S. Comparative genomics: The key to understanding the Human Genome Project // BioEssays. 1999. Vol. 21. P. 21-30.
2) Billings P.R., Smith C.L., Cantor C.L. New techniques for physical mapping of the human genome // FASEB J. 1991. Vol. 5. P. 28-34.
3) Георгієв Г.П. Гени вищих організмів і їх експресія. М .: Наука, 1989. 254 с.
4) http://referatwork.ru/refs/source/ref-8543.html
Незабаром після перевідкриття законів Менделя німецький цитолог Теодор Бовери (1902) представив докази на користь участі хромосом в процесах спадкової передачі, показавши, що нормальний розвиток морського їжака можливо тільки при наявності всіх хромосом. В цей же час (1903 р) американський цитолог Вільям Сеттон звернув увагу на паралелізм в поведінці хромосом в мейозі і гіпотетичних чинників спадковості, існування яких передбачив ще сам Мендель.
Вільям Сеттон припустив, що в одній хромосомі може перебувати кілька генів. В цьому випадку має спостерігатися зчеплене успадкування ознак, тобто кілька різних ознак можуть успадковуватися так, як ніби вони контролюються одним геном. У 1906 р У. Бетсон і Р. Пеннет виявили зчеплене успадкування у запашного горошку. Вони вивчали спільне успадкування: забарвлення квіток (пурпурна або червона) і форми пилкових зерен (подовжена або округла). При схрещуванні дигетерозигот в їх потомстві спостерігалося розщеплення 11,1: 0,9: 0,9: 3,1 замість очікуваного 9: 3: 3: 1. Складалося враження, що фактори забарвлення і форми пилку мають тенденцію при рекомбінації задатків залишатися разом. Це явище автори назвали «взаємним тяжінням чинників», але природу його їм з'ясувати не вдалося.
Подальше вивчення хромосом як носіїв інформації відбувалося в перші десятиліття ХХ століття в лабораторії Томаса Ханта Моргана (США) і його співробітників (А. Стертевантом, К. Бріджеса, Г. Меллера). В якості основного об'єкта досліджень Морган використовував плодову мушку дрозофілу (Drosophila melanogaster), яка виявилася дуже зручним модельним об'єктом:
- По-перше, ця мушка легко культивується в лабораторних умовах.
- По-друге, вона характеризується малим числом хромосом 2 n \u003d 8).
- По-третє, в слинних залозах личинок дрозофіли є гігантські (політенні) хромосоми, зручні для прямого спостереження.
- І, нарешті, дрозофіла відрізняється високою мінливістю морфологічних ознак.
На підставі експериментів з плодовою мушкою дрозофіли Морганом і його учнями була розроблена хромосомна теорія спадковості.
Основні положення хромосомної теорії спадковості:
1. ген - це елементарний спадковий фактор (термін «елементарний» означає «неподільний без втрати якості»). Ген є ділянкою хромосоми, що відповідає за розвиток певної ознаки. Інакше кажучи, гени локалізовані в хромосомах.
2. В одній хромосомі можуть міститися тисячі генів, розташованих лінійно (подібно бусинкам на нитці). Ці гени утворюють групи зчеплення. Число груп зчеплення дорівнює числу хромосом в гаплоидном наборі. Сукупність алелей в одній хромосомі називається гаплотип. Приклади гаплотипов: ABCD (тільки домінантні аллели), abcd (тільки рецесивні аллели), AbCd (різні комбінації домінантних і рецесивних алелей).
3. Якщо гени зчеплені між собою, то виникає ефект і зчепленого успадкування ознак, тобто кілька ознак успадковуються так, як ніби вони контролюються одним геном. При зчепленому спадкуванні в низці поколінь зберігаються вихідні поєднання ознак.
4. Зчеплення генів не абсолютно: у більшості випадків гомологічні хромосоми обмінюються алелями в результаті перехрещення (кросинговеру) в профазі першого поділу мейозу. В результаті кросинговеру утворюються кроссоверние хромосоми (виникають нові гаплотипи, тобто нові поєднання алелей.). За участю кроссоверних хромосом в наступних поколіннях у кроссоверних особин повинні з'являтися нові поєднання ознак.
5. Імовірність появи нових поєднань ознак внаслідок кросинговеру прямо пропорційна фізичній відстані між генами. Це дозволяє визначати відносне відстань між генами і будувати генетичні (кроссоверние) карти різних видів організмів.
кросинговері
кроссинговер (Від англ. Crossing-over - перехрест) - це процес обміну гомологічними ділянками гомологічних хромосом (хроматид).
Зазвичай кроссинговер відбувається в мейозі I.
При кроссинговере відбувається обмін генетичним матеріалом (алелями) між хромосомами, і тоді відбувається рекомбінація - поява нових поєднань алелей, наприклад, AB + ab → Ab + aB.
Механізм кросинговеру «розрив-возз'єднання»
Відповідно до теорії Янссенс-Дарлінгтона, кроссинговер відбувається в профазі мейозу. Гомологічні хромосоми з хроматидами АВ і ab утворюють біваленти. В одній з хроматид в першій хромосомі відбувається розрив на ділянці А-В, тоді в прилеглій хроматиді другий хромосоми відбувається розрив на ділянці a-b. Клітка прагне виправити ушкодження за допомогою ферментів репарації-рекомбінації і приєднати фрагменти хроматид. Однак при цьому можливе приєднання хрест-навхрест (кросинговер), і утворюються рекомбінантні хроматиди Ab і аВ. У анафазе першого поділу мейозу відбувається розбіжність двухроматідних хромосом, а в другому розподілі - розбіжність хроматид (однохроматідних хромосом). Хроматиди, які не брали участі в кроссинговере, зберігають вихідні поєднання алелей. Такі хроматиди (однохроматідние хромосоми) називаються некроссовернимі; з їх участю розвинуться некроссоверние гамети, зиготи і особини. Рекомбінантні хроматиди, які утворилися в ході кросинговеру, несуть нові поєднання алелей. Такі хроматиди (однохроматідние хромосоми) називаються кроссоверним, з їх участю розвинуться кроссоверние гамети, зиготи і особини. Таким чином, внаслідок кросинговеру відбувається рекомбінація - поява нових поєднань спадкових задатків в хромосомах.
Згідно з іншими теоріями, кроссинговер пов'язаний з реплікацією ДНК: або в пахітене мейозу, або в інтерфазі. Зокрема, можлива зміна матриці в вилці реплікації.
Генетичні (кроссоверние) карти
Альфред Стертевантом (співробітник Моргана) припустив, що частота кросинговеру на ділянці між генами, локалізованими в одній хромосомі, може служити мірою відстані між генами. Іншими словами, частота кросинговеру, що виражається відношенням числа кроссоверних особин до загальної кількості особин, прямо пропорційна відстані між генами. Тоді можна використовувати частоту кросинговеру для того, щоб визначати взаємне розташування генів і відстань між генами. Одиницею відстані між генами служить 1% кросинговеру; в честь Моргана ця одиниця називається морганід (М).
На підставі генетичного картування складаються генетичні карти - схеми, що відображають стан генів в хромосомах щодо інших генів. На генетичних картах крайнього гену (тобто найбільш віддаленого від центромери) відповідає нульова (вихідна) точка. Відстань будь-якого гена від нульової точки позначається в морганідах.
Побудова генетичних карт різних організмів має велике значення в охороні здоров'я, селекції та екології. При вивченні ознак людини (і зокрема, генетичних захворювань) важливо знати, який саме ген визначає розглянутий ознака. Ці знання дозволяють складати прогнози при медико-генетичному консультуванні, при розробці методів лікування генетичних захворювання, в т.ч. і для корекції генома. Знання генетичних карт культурних рослин і домашніх тварин дозволяє планувати селекційний процес, що сприяє отриманню надійних результатів в короткі терміни. Побудова генетичних карт дикорослих рослин і диких тварин важливо і з точки зору екології. Зокрема, дослідник отримує можливість вивчати не просто фенотипічні ознаки організмів, а конкретні, генетично обумовлені ознаки.
Подвійний і множинний кросинговер
Морган припустив, що кросинговер між двома генами може відбуватися не тільки в одній, але і в двох і навіть більшій кількості точок. Парне число перекрестов між двома генами, в кінцевому рахунку, не призводить до їх переміщенню з одного гомологичной хромосоми в іншу, тому число кроссинговеров і, отже, відстань між цими генами, певне в експерименті, знижуються. Зазвичай це відноситься до досить далеко розташованих один від одного генам. Природно, що ймовірність подвійного перехрещення завжди менше ймовірності одинарного. В принципі вона буде дорівнює добутку ймовірності двох одиничних актів рекомбінації. Наприклад, якщо одиночний перехрещення буде відбуватися з частотою 0,2, то подвійний - з частотою 0,2 × 0,2 \u003d 0,04. Надалі, поряд з подвійним кросинговером, було відкрито і явище множинного кросинговеру: гомологічні хроматиди можуть обмінюватися ділянками в трьох, чотирьох і більше точках.
інтерференція - це придушення кросинговеру на ділянках, що безпосередньо прилягають до точки того, що сталося обміну.
Розглянемо приклад, описаний в одній з ранніх робіт Моргана. Він досліджував частоту кросинговеру між генами w (white - білі очі), у (yellow - жовте тіло) і m (miniature - маленькі крила), локалізованими в Х-хромосомі D. melanogaster. Відстань між генами w та у в відсотках кросинговеру склало 1,3, а між генами у і m - 32,6. Якщо два акти кросинговеру спостерігаються випадково, то очікувана частота подвійного кросинговеру повинна бути дорівнює добутку частот кросинговеру між генами у і w і генами w та m. Іншими словами, частота подвійних кроссинговеров буде 0,43%. Насправді в досвіді був виявлений лише один подвійний кросинговер на 2205 мух, т. Е. 0,045%. Учень Моргана Г. Меллер запропонував визначати інтенсивність інтерференції кількісно, \u200b\u200bшляхом ділення фактично спостерігається частоти подвійного кросинговеру на теоретично очікувану (при відсутності інтерференції) частоту. Він назвав цей показник коефіцієнтом коінціденціі, т. Е. Збігу. Меллер показав, що в Х-хромосомі дрозофіли інтерференція особливо велика на невеликих відстанях; зі збільшенням інтервалу між генами інтенсивність її зменшується і на відстані близько 40 морганід і більш коефіцієнт коінціденціі досягає 1 (максимального свого значення).
Цитологічне доказ кросинговеру
Прямі цитологічні свідоцтва обміну частин хромосом під час кросинговеру були отримані на початку 30-х років у дрозофіли і кукурудзи.
Розглянемо досвід Штерна, проведений на D. melanogaster. Зазвичай дві гомологічні хромосоми морфологічно невиразні. Штерн досліджував Х-хромосоми, які мали морфологічні відмінності і, отже, були гомологични в повному обсязі. Однак гомология між цими хромосомами зберігалася на більшій частині їх довжини, що дозволяло їм нормально спаровуватися і сегрегованого в мейозі (тобто нормально розподілятися по дочірнім клітинам). Одна з Х-хромосом самки в результаті транслокації, т. Е. Переміщення фрагмента Y-хромосоми, придбала Г-подібну форму. Друга Х-хромосома була коротшою нормальної, так як частина її була перенесена на IV хромосому. Були отримані самки, гетерозиготні за вказаними двом, морфологічно різних, Х-хромосомами, а також гетерозиготні за двома генами, локалізованим в Х-хромосомі: Bar (В) і carnation (cr). ген Bar - це полудомінантний ген, що впливає на кількість фасеток і, отже, форму очі (мутанти з аллелем В мають полосковідние очі). Ген cr контролює забарвлення очей (аллель cr + обумовлює нормальну забарвлення очей, а аллель cr - забарвлення очей кольору червоної гвоздики). Г-подібна Х-хромосома несла аллели дикого типу В + і cr +, укорочена хромосома - мутантні аллели В і cr. Самки зазначеного генотипу схрещувалися з самцями, які мали морфологічно нормальну Х-хромосому з алелями cr і В +. У потомстві самок було два класи мух з некроссовернимі хромосомами (crB / crB + і cr + B + / crB +) і два класи мух, фенотип яких відповідав кроссоверам (crB + / crB + і cr + B / crB +). Цитологічне дослідження показало, що у кроссоверних особин відбувся обмін ділянками Х-хромосом, і, відповідно, змінилася їх форма. Всі чотири класи самок мали по одній нормальній, т. Е. Палочковидной, хромосомі, отриманої від батька. Кроссоверние самки містили в своєму каріотипі перетворені в результаті кросинговеру Х-хромосоми - довгу паличкоподібну або двуплечего з короткими плечима. Ці досліди, так само як і одночасно отримані аналогічні результати на кукурудзі, підтвердили гіпотезу Моргана і його співробітників про те, що кросинговер є обмін ділянками гомологічних хромосом і що гени дійсно локалізовані в хромосомах.
Соматичний (митотический) кроссинговер.
У соматичних клітинах іноді відбуваються обміни між хроматидами гомологічниххромосом, в результаті яких спостерігається комбинативная мінливість, подібна до тієї, яка регулярно генерується мейозом. Нерідко, особливо у дрозофіли і нижчих еукаріот, гомологічні хромосоми сінаптіруют в мітозі. Одна з аутосомно-рецесивних мутацій людини, в гомозиготному стані призводить до тяжкого захворювання, відомому під назвою синдром Блюма, супроводжується цитологічної картиною, що нагадує синапс гомологів і навіть освіту хиазм.
Доказ митотического кросинговеру було отримано на дрозофілі при аналізі мінливості ознак, що визначаються генами у (yellow - жовте тіло) і sn (singed - обпалені щетинки), які знаходяться в Х-хромосомі. Самка з генотипом y sn + / y + sn гетерозиготна по генам у і sn, і тому під час відсутності митотического кросинговеру її фенотип буде нормальним. Однак якщо кроссинговер стався на стадії чотирьох хроматид між хроматидами різних гомологів (але не між сестринськими хроматидами), причому місце обміну знаходиться між геном sn і центромерой, то утворюються клітини з генотипами y sn + / y + sn + і y + sn / y + sn. У цьому випадку на сірому тілі мухи з нормальними щетинками з'являться подвійне мозаїчні плями, одне з яких буде жовтого кольору з нормальними щетинками, а інше - сірого кольору з обпаленими щетинками. Для цього необхідно, щоб після кросинговеру обидві хромосоми (колишні хроматиди кожної з гомологів) y + sn відійшли до одного полюса клітини, а хромосоми y sn + - до іншого. Нащадки дочірніх клітин, розмножуючись на стадії лялечки, і приведуть до появи музичних плям. Таким чином, мозаїчні плями утворюються тоді, коли поруч розташовані дві групи (точніше, два клона) клітин, фенотипически відрізняються один від одного і від клітин інших тканин даної особини.
нерівний кросинговер
Це явище було детально вивчено на прикладі гена Bar (В - полосковідние очі), локалізованого в Х-хромосомі D. melanogaster. Нерівний кросинговер пов'язаний з дуплікацією якої-небудь ділянки в одному з гомологів і з втратою його в іншому гомологів. Виявлено, що ген В може бути присутнім у вигляді тандемних, т. Е. Що слідують один за одним, повторів, що складаються з двох і навіть трьох копій. Цитологічний аналіз підтвердив припущення про те, що нерівний кросинговер може вести до тандемним дуплікацій. В області, що відповідає локалізації гена В, на препаратах політенних хромосом відзначено збільшення числа дисків, пропорційне дозі гена. Передбачається, що в еволюції нерівний кросинговер стимулює створення тандемних дуплікацій різних послідовностей і використання їх в якості сирого генетичного матеріалу для формування нових генів і нових регуляційних систем.
регуляція кросинговеру
кроссинговер - це складний фізіолого-біохімічний процес, який знаходиться під генетичним контролем клітини і схильний до впливу факторів зовнішнього середовища. Тому в реальному експерименті про частоту кросинговеру можна говорити, маючи на увазі всі ті умови, в яких вона була визначена. Кроссинговер практично відсутня між гетероморфними Х- і Y-хромосомами. Якби він відбувався, то хромосомний механізм визначення статі постійно руйнувався б. Блокування кросинговеру між цими хромосомами пов'язано не тільки з різницею в їх величині (воно спостерігається не завжди), але і обумовлено Y-специфічними нуклеотидними послідовностями. Обов'язкова умова синапсу хромосом (або їх ділянок) - гомологія нуклеотиднихпослідовностей.
Для абсолютної більшості вищих еукаріот характерна приблизно однакова частота кросинговеру як у гомогаметний, так і гетерогаметного підлог. Однак є види, у яких Кроссинговер відсутня у особин гетерогаметного статі, в той час як у особин гомогаметний статі він протікає нормально. Така ситуація спостерігається у гетерогаметних самців дрозофіли і самок шовкопряда. Істотно, що частота митотического кросинговеру у цих видів у самців і самок практично однакова, що вказує на різні елементи контролю окремих етапів генетичної рекомбінації в статевих і соматичних клітинах. У гетерохроматичному районах, зокрема пріцентромерних, частота кросинговеру знижена, і тому справжнє відстань між генами в цих ділянках може бути змінено.
Виявлено гени, що виконують функції запірателей кросинговеру, але є також гени, що підвищують його частоту. Вони іноді можуть індукувати помітне число кросоверів у самців дрозофіли. Як запірателей кросинговеру можуть виступати також хромосомні перебудови, зокрема інверсії. Вони порушують нормальну кон'югацію хромосом в зиготене.
Виявлено, що на частоту кросинговеру впливають вік організму, а також екзогенні фактори: температура, радіація, концентрація солей, хімічні мутагени, ліки, гормони. При більшості зазначених впливів частота кросинговеру підвищується.
В цілому кроссинговер є один з регулярних генетичних процесів, контрольованих багатьма генами як безпосередньо, так і через фізіологічний стан мейотіческіх або митотических клітин. Частота різних типів рекомбінації (мейотіческіх, митотический кроссинговер і сестринські хроматидні обміни) може служити мірою дії мутагенів, канцерогенів, антибіотиків та ін.
Біологічне значення кросинговеру
Завдяки зчеплення спадкоємства вдалі поєднання алелей виявляються відносно стійкими. В результаті утворюються групи генів, кожна з яких представляє собою як єдиний Суперга, контролюючий кілька ознак. У той же час, в ході кросинговеру виникають рекомбінації - тобто нові комбінації алелей. Таким чином, кроссинговер підвищує комбинативную мінливість організмів.
Еволюційне значення зчепленого успадкування. В результаті зчеплення одна хромосома може містити як сприятливі аллели (наприклад, А), так і нейтральні або щодо несприятливі (наприклад, N). Якщо деякий гаплотип (наприклад, AN) підвищує пристосованість його носіїв за рахунок наявності сприятливих алелей A, то в популяції будуть накопичуватися як сприятливі аллели, так і зчеплені з ними нейтральні або щодо несприятливі N.
Приклад. Гаплотип AN має перевагу перед гаплотипом "дикого типу» (++) за рахунок наявності сприятливого алелі А, і тоді аллель N буде накопичуватися в популяції, якщо він селективно нейтральний або навіть відносно несприятливий (але його негативний вплив на пристосованість компенсується позитивним впливом алелі А ).
Еволюційне значення кросинговеру. В результаті кросинговеру несприятливі алелі, спочатку зчеплені зі сприятливими, можуть переходити в іншу хромосому. Тоді виникають нові гаплотипи, що не містять несприятливих алелів, і ці несприятливі алелі елімінуються з популяції.
Приклад. Гаплотип Al виявляється несприятливим порівняно з гаплотипом «дикого типу» (++) за рахунок наявності летального алеля l. Тому аллель А (сприятливий, нейтральний мул кілька знижує пристосованість) не може проявитися у фенотипі, оскільки даний гаплотип (Al) містить летальний аллель l. В результаті кросинговеру виникають рекомбінантні гаплотипи A + і + l. Гаплотип + l елімінується з популяції, а гаплотип A + фіксується (навіть в тому випадку, якщо аллель А трохи знижує пристосованість його носіїв).
ДОПОВНЕННЯ
Принципи генетичного картування
Альфред Стертевантом (співробітник Моргана) припустив, що частота кросинговеру на ділянці між генами, локалізованими в одній хромосомі, може служити мірою відстані між генами. Іншими словами, частота кросинговеру, що виражається відношенням числа кроссоверних особин до загальної кількості особин, прямо пропорційна відстані між генами. Тоді можна використовувати частоту кросинговеру для того, щоб визначати взаємне розташування генів і відстань між генами.
Генетичне картування - це визначення положення будь-якого гена по відношенню до двох (як мінімум) іншим генам. Сталість відсотка кросинговеру між певними генами дозволяє локалізувати їх. Одиницею відстані між генами служить 1% кросинговеру; в честь Моргана ця одиниця називається морганід (М).
На першому етапі картування необхідно визначити приналежність гена до групи зчеплення. Чим більше генів відомо у даного виду, тим точніше результати картування. Всі гени розбивають на групи зчеплення. Кількість груп зчеплення відповідає гаплоидному набору хромосом. Наприклад, у D. melanogaster 4 групи зчеплення, у кукурудзи - 10, у миші - 20, у людини - 23 групи зчеплення. Як правило, число генів у групах зчеплення залежить від лінійних розмірів відповідних хромосом. Так, у плодової мушки є одна (IV) точкова (при аналізі в світловому мікроскопі) хромосома. Відповідно число генів у ній у багато разів менше, ніж в інших, значно перевершують її по довжині. Слід також зазначити, що в гетерохроматичному районах хромосом генів немає або майже немає, тому протяжні області конститутивного гетерохроматину можуть дещо змінити пропорційність числа генів і довжини хромосоми.
На підставі генетичного картування складаються генетичні карти. На генетичних картах крайнього гену (тобто найбільш віддаленого від центромери) відповідає нульова (вихідна) точка. Відстань будь-якого гена від нульової точки позначається в морганідах.
Якщо хромосоми досить довгі, то видалення гена від нульової точки може перевищувати 50 М - тоді виникає протиріччя між зазначеними на карті відстанями, що перевищують 50%, і постулював вище положенням, згідно з яким 50% кросоверів, отриманих в експерименті, фактично повинні означати відсутність зчеплення, т. e. локалізацію генів в різних хромосомах. Це протиріччя пояснюється тим, що при складанні генетичних карт підсумовуються відстані між двома найближчими генами, що перевищує експериментально спостережуваний відсоток кросинговеру.
цитогенетичне картування
Цей метод заснований на використанні хромосомних перебудов. У разі гігантських політенних хромосом він дозволяє прямо зіставляти результати генетичного аналізу відстаней між досліджуваними локусами і їх взаємного розташування з даними про фізичні розміри певних хромосомних областей. При опроміненні і дії інших мутагенів в хромосомах часто спостерігаються випадання (делеції) або вставки невеликих фрагментів, які можна порівняти за величиною з одним або декількома локусами. Наприклад, можна використовувати гетерозиготи по хромосомах, одна з яких буде нести групу наступних один за одним домінантних алелів, тоді як гомологичная їй - групу рецесивних форм тих же генів. Якщо хромосома з домінантними генами буде послідовно втрачати окремі локуси, то в гетерозиготі будуть проявлятися рецесивні ознаки. Порядок прояви рецесивних ознак вказує на послідовність розташування генів.
При порядку генів AbC в разі делеції, захоплюючої ген С, у мух з укороченою хромосомою, яка втратила фрагмент, рівний гену С, в фенотипі проявляться аллели с, b і А.
В цілому порівняння генетичних (кроссінговерних) і цитологічних карт показує їх відповідність: чим більший відсоток кросинговеру розділяє пару генів, тим більше і фізичне відстань між ними. Однак на невідповідність відстаней, визначених зазначеними двома методами, можуть впливати два фактори. По-перше, це області, в яких важко або взагалі відсутня кроссинговер (наприклад, в гетерохроматичному районах); по-друге, фізична відстань буде більше, ніж генетичне, якщо гени розділені зоною «мовчить» ДНК. Розрахунки Бріджеса показали, що кожній одиниці перехрещення на мапі політенних хромосом слинних залоз D. melanogaster відповідає 4,2 мкм довжини політенних хромосом. Ця довжина як мінімум дорівнює двом-трьом середнім генам.
Особливості побудови генетичних карт у прокаріотів
Для побудови генетичних карт у прокаріотів використовується явище кон'югації - перенесення генетичного матеріалу з однієї клітини в іншу за допомогою спеціальних кільцевих молекул ДНК (плазмід, зокрема, за допомогою F-плазміди).
Вірогідність перенесення певного гена в клітину-реципієнт залежить від його віддалення від F-плазмідної ДНК, а точніше, від точки О, в якій починається реплікація F-плазмідної ДНК. Чим більше час кон'югації, тим вище ймовірність перенесення даного гена. Це дає можливість скласти генетичну карту бактерій в хвилинах кон'югації. Наприклад, у кишкової палички ген thr (оперон з трьох генів, що контролюють біосинтез треоніну) знаходиться в нульовій точці (тобто безпосередньо поруч з F-плазмідної ДНК), ген lac переноситься через 8 хв, ген recE - через 30 хв, ген argR - через 70 хв і т.д.
Більш детально це питання буде розглянуто при вивченні генетики прокаріотів.
Картування хромосом людини
Картування генів засноване на складанні груп зчеплення. Чим більше відомих мутацій і чим менше число хромосом, тим легше проводити картування. В цьому відношенні людина (крім того, що у нього неможливий класичний гибридологический аналіз) як об'єкт подвійно несприятливий для картування: відомих генів у нього порівняно небагато (принаймні, так було до кінця 70-х років), а гаплоидное число хромосом досить велике - 22 (не рахуючи статевих). Це означає, що ймовірність того, що два виявлених гена виявляться зчепленими, дорівнює 1/22. З цих причин аналіз родоводів, який в якійсь мірі замінює гибридологический аналіз, дає досить обмежену інформацію про характер зчеплення.
Більш перспективними для картування генів людини виявилися методи генетики соматичних клітин. Суть одного з них полягає в наступному. Методи клітинної інженерії дозволяють об'єднувати різні типи клітин. Злиття клітин, що належать до різних біологічних видів, називається соматичної гибридизацией. Сутність соматичної гібридизації полягає в отриманні синтетичних культур шляхом злиття протопластів різних видів організмів. Для злиття клітин використовують різні фізико-хімічні та біологічні методи. Після злиття протопластів утворюються багатоядерні гетерокаріотіческіе клітини. Надалі при злитті ядер утворюються сінкаріотіческіе клітини, що містять в ядрах хромосомні набори різних організмів. При розподілі таких клітин in vitro утворюються гібридні клітинні культури. В даний час отримані і культивуються клітинні гібриди «людина × миша», «людина × щур» і багато інших.
У гібридних клітинах, отриманих з різних штамів різних видів, один з батьківських наборів хромосом, як правило, реплицируется швидше за інше. Тому останній поступово втрачає хромосоми. Ці процеси інтенсивно протікають, наприклад, в клітинних гібридах між мишею і людиною - видами, які відрізняються за багатьма біохімічним маркерами. Якщо при цьому стежити за будь-яким біохімічним маркером, наприклад ферментом тимідинкіназою, і одночасно проводити цитогенетичний контроль, ідентифікуючи хромосоми в клонах, що утворюються після їх часткової втрати, то, врешті-решт, можна зв'язати зникнення хромосоми одночасно з біохімічним ознакою. Це означає, що ген, який кодує цю ознаку, локалізована в даній хромосомі. Так, тімідінкіназний ген у людини знаходиться в хромосомі 17.
Деяка інформація про локалізацію генів може бути отримана при аналізі числових і структурних мутацій хромосом, по народження в сім'ях хромосом з морфологічними варіантами і з обліку спадкових ознак. Для цієї ж мети використовують і часткові моносомии, що виникають в результаті делеций. Однак в цих випадках необхідно мати на увазі, що іноді досліджуваний ген залишається в центричного фрагменті, але його прояв може бути різко ослаблене в результаті ефекту положення або будь-яких інших механізмів регуляції (зміна порядку реплікації, відрив промоторної ділянки і т. Д.) . В кінці 60-х років був розроблений метод гібридизації in situ, в основі якого лежить специфічність комплементарних взаємодій гена і його копії (мРНК, а також отриманої за допомогою зворотної транскрипції комплементарної ДНК). Роздільна здатність цього методу набагато вище на політенних хромосомах, ніж на митотических хромосомах людини, однак він постійно вдосконалюється.
картування генів gene mapping, mapping - картування генів.
Визначенні положення даного гена на будь-якої хромосомі щодо інших генів; використовують три основні групи методів К.Г. - фізичне (визначення за допомогою рестрикційних карт, електронної мікроскопії та деяких варіантів електрофорезу міжгенних відстаней - в нуклеотидах), генетичне (визначення частот рекомбінацій між генами, зокрема, в сімейному аналізі та ін.) І цитогенетическое (гібридизації in situ<in situ hybridization\u003e, Отримання монохромосомних клітинних гібридів<monochromosomal cell hybrid\u003e, Делеционного метод<deletion mapping\u003e І ін.); в генетиці людини прийняті 4 ступеня надійності локалізації даного гена - підтверджена (встановлена \u200b\u200bв двох і більше незалежних лабораторіях або на матеріалі двох і більше незалежних тест-об'єктів), попередня (1 лабораторія або 1 анализируемая сім'я), суперечлива (розбіжність даних різних дослідників), сумнівна (не уточненої остаточно дані однієї лабораторії); в Додатку 5 приведена зведення (за станом на 1992-93) структурних генів, онкогенів і псевдогенов в геномах людини і - включаючи деякі мутації - миші.
(Джерело: «Англо-російський тлумачний словник генетичних термінів». Ареф'єв В.А., Лісовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.)
Дивитися що таке "картування генів" в інших словниках:
картування генів - Визначення положення даного гена на будь-якої хромосомі щодо інших генів; використовують три основні групи методів К.Г. фізичне (визначення за допомогою рестрикційних карт, електронної мікроскопії та деяких варіантів електрофорезу ... ...
картування генів - визначення положення даного гена на будь-якої хромосомі щодо інших генів. Генетичне картування передбачає визначення відстаней по частоті рекомбінації між генами. Фізичне картування використовує деякі методи ... ... Словник по психогенетике
картування [генів] за допомогою беккроссірованія - Генетичний метод картування, заснований на отриманні беккроссних гібридів родинних форм і аналізі розщеплення варіантів алелів, поліморфних по довжинах рестрикційних фрагментів; найбільш поширений даний метод в картуванні генів у ... ... Довідник технічного перекладача
Backcross mapping картування [генів] за допомогою беккроссірованія. Генетичний метод картування, заснований на отриманні беккроссних гібридів родинних форм і аналізі розщеплення варіантів алелів, поліморфних по довжинах рестрикційних ... ...
Картування порівняльне генів ссавців - * картаванне параўнальнае генаў млекакормячих * comparative mapping of mammalian genes інформативне зіставлення генетичних карт людини і будь-якого з ін. Видів ссавців). Вони повинні бути одночасно добре вивчені і далеко відстояти друг ...
картування - * картаванне * mapping встановлення позицій генів або якихось певних сайтів (див.) Уздовж нитки ДНК (. Карта) ... Генетика. енциклопедичний словник
Картування за допомогою опромінених гібридів [клітин] - * картаванне з дапамогай апраменених гібридаў [клетак] * radiated hybrid mapping модифікація методу картування генів з використанням гібридизації соматичних клітин. Клітини гібридного клона «гризун Ч людина», що містять тільки хромосому 1 ... ... Генетика. енциклопедичний словник
Radiation hybrid mapping картування за допомогою опромінених гібридів [клітин]. Модифікація методу картування генів з використанням гібридизації соматичних клітин клітини гібридного клону "гризун ˟ людина", що містять тільки 1 хромосому ... ... Молекулярна біологія і генетика. Тлумачний словник.
Встановлення порядку розташування генів і відносної відстані між ними в групі зчеплення ... Великий медичний словник
Картування геному людини
Нам нема чого богів марно турбувати -
Є нутрощі жертв, щоб про війну гадати,
Раби, щоб мовчати, і каміння, щоб будувати!
Осип Мандельштам, «Природа - той же Рим ...»
Генетика - молода наука. Еволюція видів була по-справжньому відкрита лише в кінці 50-х років XIX століття. У 1866 році австрійський монах Грегор Мендель опублікував результати своїх дослідів по запиленню гороху. Аж до кінця століття на його відкриття ніхто не звернув уваги. І Гальтон, наприклад, так ніколи і не дізнався про них. Навіть механізм запліднення - злиття ядер чоловічих і жіночих статевих клітин - був відкритий лише в 1875 році. У 1888 р в ядрах клітин були виявлені тільця, названі хромосомами, а в 1909-му Менделя фактори успадкування отримали найменування генів. Перше штучне запліднення (у кролика, а потім у мавп) було вироблено в 1934 році; і, нарешті, в 1953-му було скоєно фундаментальне відкриття - встановлена \u200b\u200bподвійна спіральна структура ДНК. Як бачимо, все це відбулося зовсім недавно, так що ранні євгеніки в общем-то були вельми мало обізнані про техніку своєї справи.
Картування геному людини знаходиться все ще на ранній стадії. Те, що ми знаємо, - це мала дещиця у порівнянні з тим, чого ми не знаємо. Існує три мільярди нуклеотидних послідовностей, що утворюють від двадцяти шести до тридцяти восьми тисяч генів, якими безпосередньо кодуються білки. А ось як взаємодіють гени і вироблені ними білки, до цих пір погано зрозуміло.
Втім, роль генів в людському суспільстві досить швидко усвідомлюється. У 1998 році Дайана Пол (Массачусетський університет) нагадала про те, що ще чотирнадцять років тому вона назвала
«Біологічно детерміністській» точку зору, згідно з якою на відмінності в інтелекті і темперамент впливають гени - використовуючи ці терміни так, наче їх значення було конкретизовано. Сьогодні їх використання було б спірним, так як ці ярлики як би ставлять дану точку зору під сумнів, в той час, як вона широко прийнята і вченими, і громадськістю ».
Як би там не було, наші знання поповнюються буквально з кожним днем, і вже в самому недалекому майбутньому ми зуміємо з великою точністю аналізувати генетичний вантаж,який ми нав'язуємо майбутнім поколінням.
З книги Новітня книга фактів. Том 1 [Астрономія і астрофізика. Географія і інші науки про Землю. Біологія і медицина] автора З книги Геном людини: Енциклопедія, написана чотирма буквами автора З книги Геном людини [Енциклопедія, написана чотирма буквами] автора Тарантул В'ячеслав Залманович З книги Новітня книга фактів. Том 1. Астрономія і астрофізика. Географія і інші науки про Землю. Біологія і медицина автора Кондрашов Анатолій Павлович З книги Розшифрована життя [Мій геном, моє життя] автора Вентер Крейг З книги Біологічна хімія автора Лелевич Володимир Валеріанович З книги автора З книги автораЧАСТИНА I. СТРУКТУРА ГЕНОМУ ЛЮДИНИ ЩО ТАКЕ ГЕНОМ? Питання вічні, відповіді обумовлені часом. Е. Чаргафф У діалозі з життям важливий не її питання, а наша відповідь. М. І. Цвєтаєва З самого початку визначимося, що ми тут будемо мати на увазі під словом геном. Сам цей термін
З книги автораАналіз сумарної ДНК - нові відомості про структуру геному людини На першому етапі безпосереднього дослідження структури генома людини, коли ще не існувала методологія генної інженерії, для вивчення ДНК застосовували традиційні фізико-хімічні методи. В
З книги автора З книги автораЧАСТИНА II. ФУНКЦІЯ ГЕНОМУ ЛЮДИНИ КОРОЛЕВА УМЕРЛА - ХАЙ ЖИВЕ КОРОЛЕВА! Те, що ми знаємо, - обмежено, а то, чого ми не знаємо, - нескінченно. П. Лаплас Наука завжди виявляється не права. Вона ніколи не вирішить питання, не повідомивши при цьому десятка нових. Б. Шоу Отже,
З книги автораЧим корисний комп'ютер для вивчення генома людини? Без комп'ютерних біоінформаційних технологій (геноінформатікі, або, в більш широкому сенсі, - біоінформатики) розвиток геномних досліджень взагалі навряд чи було б можливим. Навіть важко собі уявити, як би
З книги автораЧАСТИНА III. ПОХОДЖЕННЯ І ЕВОЛЮЦІЯ ГЕНОМУ ЛЮДИНИ
З книги автораНаскільки геном людини відрізняється від генома шимпанзе? Геномом називають сукупність генів, що містяться в гаплоидном (одинарному) наборі хромосом даного організму. Геном є характеристикою не окремої особини, а види організмів. У лютому 2001 року в американських
З книги автораГлава 11 Розшифровка геному людини Що ви скажете, коли, піднімаючись з останніх сил до вершини гори, на якій ще ніхто не бував, раптом побачите людину, що підіймається вгору паралельної стежкою? У науці співробітництво завжди набагато плідніше,
