Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Томас Хант Морган «s дрозофилы генетическая связь карта . Это было первое успешное картирование гена работы и предоставляет важные доказательства для теории Бовери-Sutton хромосомы в наследовании . На карте показано взаимное расположение аллельных характеристик на второй хромосоме дрозофилы. Расстояние между генами (единицы карты) равно проценту случаев кроссинговера , происходящего между разными аллелями. [1]

Картирование генов описывает методы, используемые для определения локуса гена и расстояний между генами. [2] Картирование генов также может описывать расстояния между различными сайтами в гене.

Суть всего картирования генома состоит в том, чтобы разместить набор молекулярных маркеров на их соответствующих позициях в геноме. Молекулярные маркеры бывают всех форм. Гены можно рассматривать как особый тип генетических маркеров при построении геномных карт, и их можно картировать так же, как и любые другие маркеры.

Генетическое картирование против физического картирования [ править ]

Существует два различных типа «карт», используемых в области картирования генома: генетические карты и физические карты. В то время как обе карты представляют собой набор генетических маркеров и локусов генов, [3] расстояния генетических карт основаны на информации о генетических связях, в то время как на физических картах используются фактические физические расстояния, обычно измеряемые в количестве пар оснований. Хотя физическая карта может быть более «точным» представлением генома, генетические карты часто дают представление о природе различных участков хромосомы, например, отношение генетического расстояния к физическому расстоянию сильно варьируется в разных регионах генома, что отражает разные скорости рекомбинации. , и такая частота часто указывает на эухроматические (обычно богатые генами) и гетерохроматические (обычно бедные генами) области генома.

Картирование генов [ править ]

Исследователи начинают генетическую карту, собирая образцы крови, слюны или тканей у членов семьи, у которых есть заметное заболевание или признак, и у членов семьи, у которых нет. Наиболее распространенным образцом, используемым при картировании генов, особенно в личных геномных тестах, является слюна. Затем ученые выделяют ДНК из образцов и внимательно изучают ее, ища уникальные закономерности в ДНК членов семьи, которые действительно переносят болезнь, которых нет в ДНК тех, кто не переносит болезнь. Эти уникальные молекулярные структуры в ДНК называются полиморфизмами или маркерами. [4]

Первыми шагами построения генетической карты являются разработка генетических маркеров и картирование популяции. Чем ближе два маркера находятся на хромосоме, тем больше вероятность их совместной передачи следующему поколению. Следовательно, паттерны «совместной сегрегации» всех маркеров могут использоваться для восстановления их порядка. Имея это в виду, генотипы каждого генетического маркера регистрируются для обоих родителей и каждого человека в следующих поколениях. Качество генетических карт в значительной степени зависит от следующих факторов: количества генетических маркеров на карте и размера популяции картографии. Эти два фактора взаимосвязаны, так как большее количество картографов может увеличить «разрешение» карты и предотвратить «насыщение» карты.

При картировании генов любой признак последовательности, который можно точно отличить от двух родителей, можно использовать в качестве генетического маркера. В этом отношении гены представлены «чертами», которые можно точно различить между двумя родителями. Их сцепление с другими генетическими маркерами рассчитывается так же, как если бы они были общими маркерами, а затем фактические локусы гена заключаются в скобки в области между двумя ближайшими соседними маркерами. Затем весь процесс повторяется, просматривая больше маркеров, нацеленных на эту область, чтобы сопоставить окрестности гена с более высоким разрешением, пока не будет идентифицирован конкретный причинный локус. Этот процесс часто называют « позиционным клонированием».", и он широко используется при изучении видов растений. Одним из видов растений, в частности, в котором используется позиционное клонирование, является кукуруза . [5] Большим преимуществом генетического картирования является то, что оно может определять относительное положение генов на основе исключительно по их фенотипическому эффекту.

Генетическое картирование - это способ точно определить, какая хромосома имеет какой ген, и точно определить, где этот ген находится на этой конкретной хромосоме. Картирование также действует как метод определения того, какой ген, скорее всего, рекомбинирует, исходя из расстояния между двумя генами. Расстояние между двумя генами измеряется в единицах, известных как сантиморганы. Сантиморган - это расстояние между генами, для которого один продукт мейоза из ста является рекомбинантным. Чем дальше друг от друга находятся два гена, тем больше вероятность их рекомбинации. Если бы он был ближе, произошло бы обратное. [ необходима цитата ]

Физическое отображение [ править ]

Поскольку фактические расстояния между парами оснований, как правило, трудно или невозможно измерить напрямую, физические карты фактически строятся путем разбиения генома на иерархически меньшие части. Характеризуя каждую отдельную часть и собирая вместе, перекрывающийся путь или «мозаичный путь» этих маленьких фрагментов позволил бы исследователям сделать выводы о физических расстояниях между геномными особенностями. Фрагментация генома может быть достигнута путем разрезания рестриктазами или путем физического разрушения генома с помощью таких процессов, как обработка ультразвуком. После разрезания фрагменты ДНК разделяют электрофорезом . [6] Полученный образец миграции ДНК (то есть его генетический отпечаток ) используется для определения того, какой участок ДНК находится вклон . Анализируя отпечатки пальцев, контиги собираются с помощью автоматизированных (FPC) или ручных средств (указатели пути) в перекрывающиеся участки ДНК. Теперь можно сделать хороший выбор клонов для эффективного секвенирования клонов и определения последовательности ДНК изучаемого организма.

В физическом картировании нет прямых способов пометить конкретный ген, поскольку картирование не включает никакой информации, касающейся признаков и функций. Генетические маркеры могут быть связаны с физической картой с помощью таких процессов, как гибридизация in situ . При таком подходе контиги физической карты могут быть «привязаны» к генетической карте. Клоны, используемые в контигах физической карты, затем можно секвенировать в локальном масштабе, чтобы помочь в разработке нового генетического маркера и идентификации причинных локусов.

Макрорестрикция представляет собой тип физического картирования, при котором высокомолекулярная ДНК переваривается рестрикционным ферментом, имеющим небольшое количество сайтов рестрикции.

Существуют альтернативные способы определения того, как ДНК в группе клонов перекрывается, без полного секвенирования клонов. После определения карты клоны можно использовать в качестве ресурса для эффективного содержания больших участков генома. Этот тип карт более точен, чем генетические карты.

Картирование мутационных сайтов в гене [ править ]

В начале 1950-х годов преобладала точка зрения, согласно которой гены в хромосоме представляют собой дискретные объекты, неделимые путем генетической рекомбинации и расположенные как бусинки на веревочке. В период с 1955 по 1959 год Бензер провел эксперименты по генетической рекомбинации с использованием мутантов rII бактериофага Т4 . Он обнаружил, что на основе тестов рекомбинации сайты мутации могут быть картированы в линейном порядке. [7] [8] Этот результат подтвердил ключевую идею о том, что ген имеет линейную структуру, эквивалентную длине ДНК, со многими сайтами, которые могут независимо мутировать.

В 1961 году Фрэнсис Крик, Лесли Барнетт, Сидней Бреннер и Ричард Уоттс-Тобин провели генетические эксперименты, продемонстрировавшие базовую природу генетического кода белков. [9] Эти эксперименты, включающие картирование мутационных сайтов в гене rIIB бактериофага Т4, продемонстрировали, что три последовательных азотистых основания ДНК гена определяют каждую последующую аминокислоту его кодируемого белка. Таким образом, было показано, что генетический код представляет собой триплетный код, где каждый триплет (называемый кодоном) определяет конкретную аминокислоту. Они также получили доказательства того, что кодоны не перекрываются друг с другом в последовательности ДНК, кодирующей белок, и что такая последовательность считывается с фиксированной начальной точки.

Эдгар и др. [10] провели эксперименты по картированию с r-мутантами бактериофага Т4, показав, что частоты рекомбинации между мутантами rII не являются строго аддитивными. Частота рекомбинации от скрещивания двух мутантов rII (axd) обычно меньше суммы частот рекомбинации для соседних внутренних подинтервалов (axb) + (bxc) + (cxd). Хотя это и не является строго аддитивным, была продемонстрирована систематическая взаимосвязь [11], которая, вероятно, отражает лежащий в основе молекулярный механизм генетической рекомбинации .

Секвенирование генома [ править ]

Иногда небиологи ошибочно называют секвенирование генома «картированием генома». Процесс «дробного секвенирования» [12] похож на процесс физического картирования: он разбивает геном на мелкие фрагменты, характеризует каждый фрагмент, а затем снова объединяет их (более современные технологии секвенирования кардинально отличаются). Хотя объем, цель и процесс совершенно разные, сборку генома можно рассматривать как «окончательную» форму физической карты, поскольку она обеспечивает гораздо лучший способ предоставления всей информации, которую может предложить традиционная физическая карта.

Используйте [ редактировать ]

Идентификация генов обычно является первым шагом в понимании генома вида; картирование гена обычно является первым этапом идентификации гена. Картирование генов обычно является отправной точкой многих важных последующих исследований.

Ассоциация болезней [ править ]

Процесс идентификации генетического элемента, ответственного за заболевание , также называется «картированием». Если локус, в котором выполняется поиск, уже значительно ограничен, поиск называется точным картированием гена. Эта информация получена в результате исследования проявлений болезни в больших семьях ( генетическая связь ) или популяционных исследований генетических ассоциаций .

См. Также [ править ]

  • Тонкая структура эукариотической хромосомы
  • Флуоресцентная гибридизация in situ
  • G полосы
  • Генетическая дактилоскопия
  • Генетическая связь
  • Геномный проект
  • Проект "Геном человека"
  • Оптическое отображение
  • Локус количественного признака
  • Счет Сулстона

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мадер, Сильвия (2007). Биология девятое издание . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. 209. ISBN 978-0-07-325839-3.
  2. ^ «Генное картирование - Глоссарий» . Домашний справочник по генетике . Bethesda, MD: Национальный центр биомедицинских коммуникаций Листера Хилла, отдел внутренних исследований Национальной медицинской библиотеки США . 2013-09-03 . Проверено 6 сентября 2013 . Внешняя ссылка в |work=( помощь )
  3. ^ Aguilera-Galvez, C .; Champouret, N .; Rietman, H .; Lin, X .; Wouters, D .; Чу, З .; Джонс, JDG; Vossen, JH; Visser, RGF; Wolters, PJ; Vleeshouwers, VGAA (2018). «Два разных локуса гена R совместно эволюционировали с Avr2 Phytophthora infestans и придают различные специфичности устойчивости картофеля» . Исследования в области микологии . 89 : 105–115. DOI : 10.1016 / j.simyco.2018.01.002 . PMC 6002340 . PMID 29910517 .  
  4. ^ "Информационный бюллетень по генетическому картированию" .
  5. ^ Галльветти, Андреа; Уиппл, Клинтон Дж. (2015). «Позиционное клонирование кукурузы (Zea mays subsp. Mays, Poaceae)» . Приложения в науках о растениях . 3 (1): 1400092. DOI : 10,3732 / apps.1400092 . PMC 4298233 . PMID 25606355 .  
  6. ^ Камеяма, А .; Ямакоши, К .; Ватанабэ, А. (2019). «Быстрое отделение и характеристика муцинов из подчелюстных желез мышей с помощью электрофореза на молекулярной матрице». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1867 (1): 76–81. DOI : 10.1016 / j.bbapap.2018.05.006 . PMID 29753090 . 
  7. ^ Бензер С. Тонкая структура генетической области бактериофага. Proc Natl Acad Sci US A. 1955; 41 (6): 344-354. DOI: 10.1073 / pnas.41.6.344
  8. ^ Бензер С. О топологии генетической тонкой структуры. Proc Natl Acad Sci US A. 1959; 45 (11): 1607-1620. DOI: 10.1073 / pnas.45.11.1607
  9. ^ Крик FH, Барнетт L, Бреннер S, Уоттс-Тобин RJ. Общая природа генетического кода белков. Природа. 1961 30 декабря; 192: 1227-1232. PMID 13882203 
  10. ^ Edgar RS, Фейнман Р., Клейн S, Lielausis I, Steinberg CM. Эксперименты по картированию с r-мутантами бактериофага T4D. Генетика. 1962; 47: 179–186. PMC 1210321. PMID 13889186 
  11. ^ Фишер К.М., Бернштейн Х. Аддитивность интервалов в цистроне RIIA фага T4D. Генетика. 1965. 52 (6): 1127–1136. PMC 1210971. PMID 5882191 
  12. ^ Сандри, Миса; Ликастро, Данило; Даль Монего, Симеоне; Сгорлон, Сэнди; Стефанон, Бруно (2018). «Исследование метагенома рубца у коров итальянской симментальской породы и итальянской голштинской породы с использованием методики секвенирования полного генома» . Итальянский журнал зоотехники . 17 (4): 890–898. DOI : 10.1080 / 1828051X.2018.1462110 .
  • Браун, Терри А. (2007). Геномы 3 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: издательство Garland Science Publishing . ISBN 9780815341383. OCLC  444522997 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Информационный бюллетень по генетическому картированию» . Бетесда, Мэриленд: Национальный исследовательский институт генома человека , Национальные институты здравоохранения . Проверено 6 сентября 2013 .
  • "Канадский центр геномных наук Майкла Смита" . Ванкувер, Британская Колумбия . Проверено 6 сентября 2013 .