3. Генетические карты хромосом. Трехфакторное скрещивание
В результате последовательного изучения взаиморасположения генов по величине перекреста между ними для каждой пары гомологичных хромосом составляют генетические карты хромосом.
Генетические карты – схемы, взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления.
В настоящее время генетические карты составлены для дрозофилы, кукурузы, помидоров и некоторых других видов организмов. Наличие генетической карты свидетельствует о высокой степени изученности данного организма.
Молодой сотрудник Т. Моргана А. Стертевант, рассудил, что если частота кроссинговера между генами низкая, то их можно разместить на генетической карте близко друг от друга, а если высокая – далеко друг от друга. Был взят за точку отсчета ген y (yellow) – желтое тело. Он изучал частоту кроссинговера между этим геном и другими генами: w(white) – белые глаза, v (vermilion) – киноварный цвет глаз, m(miniature) – миниатюрные крылья, r (rudimentary) – рудиментарные крылья. А. Сергевант предложил проводить дигибридное анализирующее скрещивание, где самка является дигетерозиготной по анализируемым признакам, а самец – рецессивной гомозиготой. В скрещивании YyWw yyww было получено 4 класса потомства (2 кроссоверных и 2 некроссоверных) в следующем количественном соотношении:
YyWw |
10868 |
YyWw |
107 |
Yyww |
107 |
yyww Сумма |
10868 21736 |
После чего была определена частота появления кроссоверного потомства: 107+107=214 и рассчитана частота кроссинговера между генами y и w: 214/21736=0,010. На основе этих данных была построена первая генетическая карта. Так как частота кроссинговера между генами y и w была наименьшей и равнялась 0,01, следовательно, эти гены необходимо расположить на расстоянии 1 сМ; если частота кроссинговера между следующими парами генов w и v равна 0,297, а между y и v – 0,307, следовательно, ген w и v должны располагаться на расстоянии 29,7 сМ, а y и v на расстоянии 30,7 см в следующей последовательности y – w – v.
Изучив расстояние между генами, А. Стертевант сделал вывод: гены на хромосоме располагаются в линейной последовательности. Чтобы отобразить расстояние между генами на генетической карте А. Стертевант пользовался «правилом аддитивности генетических расстояний между генами».
Для составления генетических карт необходимо выявление многих мутантных генов и проведение огромного числа скрещиваний, что возможно только в результате многолетней работы многих коллективов генетиков. Наиболее подробные генетические карты составлены для дрозофилы, у которой изучено более 500 мутантных генов, а также для кукурузы, имеющей в 10 группах сцепления свыше 400 генов.
На генетических картах хромосом дрозофилы и кукурузы расстояние многих генов от нулевой точки определено величиной 70 и более единиц. У дрозофилы, например, во второй хромосоме ген ballon расположен от нее на расстоянии 107,5 единицы, а у кукурузы расстояние некоторых генов от нулевой точки превышает даже 150 единиц. Между тем частота кроссинговера между двумя генами не может быть больше 50%, так как перекрещивающиеся сестринские хроматиды и гаметы, образуемые дигетерозиготой. При этой величине кроссинговера генетически обнаруживаются как следствие независимого наследования при отсутствии сцепления. Такое несоответствие объясняется тем, что при нанесении гена на карту хромосомы частоту кроссинговера определяют на сравнительно коротких участках, последовательно взятых по длине хромосомы. Общая же длина хромосомы на карте устанавливается путем сложения процента перекреста между соседними генами. В связи с этим общая длина хромосомы на генетической карте может значительно превышать величину 50 единиц.
При рассмотрении генетических карт обращает на себя внимание неравномерное распределение генов по длине хромосомы. На одних участках гены располагаются чаще, чем на других, а некоторые участки хромосом вообще генетически неактивны.
Одним из основных методов построения генетических карт является трехфакторное скрещивание, которое позволяет определить:
Принадлежность изучаемых генов к группе сцепления (одной или разным).
Относительное расстояние между генами и их взаимное расположение на хромосоме.
Трехфакторное скрещивание – метод генного картирования с использованием варианта трансформации, при котором донор несет два аллея дикого типа и один мутантный, а реципиент – два мутантных и один дикий; при этом частота котрансформации оказывается пропорциональной расстоянию между селектируемым и неселектируемым маркерами.
Это скрещивание, в котором родительские формы различаются по одной паре альтернативных признаков, контролируемых аллеями одного гена:
P: ♀ ABC // abc × ♂ abc // abc
G♀ : G♂ : abc
Родительский (2) Fa:
ABC
38,25 AaBbCc
76.5%
Abc 38.25 aabbcc
рекомбинатный
(2п-2)
кросс. класс (X)
Abc 4,25 Aabbcc
aBC 4,25 8,5%
aabbcc
кросс. класс (Y)
ABc 6.75 AaBbcc
abC 6,75 13,5%
aabbCc
Дв. кросс. класс (Z)
AbC 0,75 AabbCc
aBc 0,75 1,5%
aaBbcc
∑ = 100%
Для определения расстояния между генами, необходимо определить частоту рекомбинации на участках АВ, ВС и АС (рисунок 9).
Рисунок 9 – Генетическая карта участка a-b-c построенная по результатам трехфакторного скрещивания
Между генами А и В частота рекомбинации определяется как доля кроссоверных гамет (гамет Ab_ и aB_ типа), возникающих в результате кроссинговера на участке АВ и двойного кроссинговера:
rfAB=
Аналогично определяется расстояние между генами В и С (как доля кроссоверных гамет _Вс и _bC типа):
rfBC=
Расстояние между крайними генами А и С определяется как доля кроссоверных гамет А_c и a_C типа, возникающих в результате одиночных обменов на участках АВ и ВС:
rfAC=
Исходя из правила аддетивности, расстояние между крайними генами А и С, должно равняться сумме Расстояний между генами А – В и В – С:
rfAC=rfAB + rfBC
Однако это правило справедливо только в том случае, когда расстояние между крайними генами не превышает 10-15 смМ.
rfAC=rfAB+rfBC
Если расстояние между крайними генами больше 15 см, то это обусловлено двумя факторами:
Множественным кроссинговером, протекающим между крайними генами.
Низкой разрешающей способностью классического гибридологического анализа.
rfAC=
Истинное расстояние между генами А и С равно сумме частот rfAB и rfBC или (=) сумме определений по числу образования гамет, возникающих в результате одиночного кроссинговера на участке АС, и удвоенного числа образования двойных кроссоверных гамет. Если же расстояние между крайними генами составляет менее 15 сМ, то в анализирующем скрещивании реально не обнаруживается класса двойных кроссоверных гамет.