Добавил:
Upload
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Shporgalki_dodelannye / Биология / Генетическое картирование. Расстояние между генами
.txt Генетическое картирование.
Существование кроссинговера позволило школе Т.Моргана в 1911 - 1914 гг. разработать принцип построения генетических карт. В основу принципа положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. Генетической картой хромосом называют схему взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления. Определение группы сцепления осуществляется гибридологическим методом, то есть при изучении результатов скрещивания. Хромосомы изучают цитологическим методом (при помощи микроскопии). Установив группу сцепления, можно построить генетические карты и указать порядок расположения генов. Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. по результатам скрещивания установлено, что расстояние между ними 10 Морганид (10% кроссинговера). При дальнейших исследованиях установлено, что к этой же группе относится ген С. Чтобы установить его место в группе сцепления, необходимо выяснить: какой процент кроссинговера он дает с обоими из двух уже известных генов. Например, если по отношению к гену А он дает 3% кроссинговера, а по отношению к гену В - 7%, то он располагается между генами А и В.
Наиболее подробно генетические карты составлены для дрозофилы, кукурузы, томатов, мышей, кур. Начато составление генетических карт у человека. Уже известны 24 группы сцепления: 22 аутосомные и группы сцепления Х и У - хромосом.
Генетические карты отличаются от хромосомных. При генетическом картировании устанавливается: какие гены относятся к данной группе сцепления; в каком порядке и на каком расстоянии друг от друга они располагаются в группе сцепления. При составлении хромосомных карт устанавливается локализация генов в определенных локусах определенных хромосом (короткое или длинное плечо, сегмент, околоцентромерная зона и т.д.).
Определение расстояния между генами
После того, как установлено, что исследуемые гены сцеплены, т.е. относятся к одной группе сцепления и локализованы в одной хромосоме, возникает вопрос, каково расстояние между ними.
За меру расстояния между генами принята вероятность кроссинговера, т. е. вероятность смещения генов относительно друг друга при перекресте хромосом.
Расстояние между генами, выраженное таким способом, по формулировке Моргана, приблизительно также отражает действительность, как отражает географию железнодорожная карта, на которой расстояние между станциями выражено не в километрах, а в часах и минутах.
Если в анализируемом скрещивании, в котором гены А и В обнаруживают сцепление, возникли четыре категории потомков – А, В; А, b; a, B; a, b, то расстояние между А и В вычисляется в простейшем случае по формуле:
c% =
Величина с% при небольших расстояниях между генами будет числом единиц расстояния, или числом морганид. Она является числом процентов случаев, в котором гены А и В расцепились так, что с% = 100% р. Если в подобном же скрещивании установлено, что гены А и В наследуются независимо, то расстояние между ними вычисляется по формуле:
c% =
В обеих этих формулировках А, В; А, b; a, B; a, b, означают количество особей, имеющих фенотип А, В; А, b и т.д.
Проблема точного определения величины перекреста
На практике, определение расстояния между генами является более сложным. Это обусловлено двумя факторами:
1. Не всегда возможно проведение обратного скрещивания.
2. Приходится иметь дело и с F2 или с менее стандартными случаями, при которых, например, один ген расщепляется в отношении 1:1, а другой в отношении 3:1.
Возникающие при этом частоты четырех фенотипов имеют уже более сложную зависимость от величины перекреста. Второе осложнение может зависеть от того, что в скрещивании будут участвовать не два, а более генов. Например, может быть поставлена задача определить силу сцепления между генами А и В, причем ген В вместе с геном С дает расщепление по формуле 9:7 и т.д. При этом, конечно, может иметь место дифференциальная жизнеспособность и пр.
Над вопросами наилучшего определения величины перекреста работало много авторов, стремившихся найти формулы достаточно простые, достаточно точные и допускающие определение статической ошибки. Бэтсон и Пеннет (1911) дали первый метод на основе своей теории редупликации гамет. Коллинс (1912,1924), Бриджс (1914) использовали коэффициент ассоциации Юла. В 1917г. Иную формулу предложил Эмерсон, а Вудворс (1923) развил ее для более сложных случаев. Холдейн (1919) предложил свою формулу для вычисления по F2 и для вычисления вероятной ошибки. Различные варианты предлагали Хор, Бэбкок и Клаузен, Альбертс, Капперт, Мазер и др.
Известный английский статистик Фишер (1928) писал, что нет ничего легче, как придумывать различные методы для вычисления показателей связи, которые могут быть использованы для вычисления перекреста, но что необходимо поиски этих методов подчинить строгой теории, добиваясь того, чтобы возможно полнее исключить различные искажающие факторы и до минимума снизить статистические ошибки. Приведем здесь одну из таблиц, рассчитанных Оуэном (1928), которой он иллюстрирует, как отражаются на результатах, полученных различными методами, искажающие факторы. В качестве примера взят случай отталкивания двух генов с 25% перекреста в F2 .
Такой эмпирический путь сравнительной оценки различных методов, конечно, слишком груб – в разных типах скрещиваний при различных искажениях амплитуды могут оказаться иными.
Фишером предложена теория оценки различных методов и произведено сравнение пяти различных методов. Эти методы следующие.
1. Метод сумм, представителем которого является метод Эммерсона
nx = a – b – c + d
Здесь и в следующих формулах х – квадрат перекреста, выраженного в долях единицы ( например, 10% перекреста: x = (0,1)2 = 0,001); a, b, c, d,- частоты четырех классов фенотипов в F2 , n – число особей, т.е.
n = a + b + c + d.
Установить группы сцепления, а тем более построить карты хромосом человека, пользуясь традиционными методами, принятыми для растений и животных невозможно. Для этого используется метод гибридизации соматических клеток человека и мыши в культуре ткани, при обработке их вирусом Сендай. При этом образуются гибридомы (гибридные клетки), содержащие хромосомы одного и другого вида. В норме клетки мыши имеют 40 хромосом, человека - 46 хромосом, в гибридных клетках следует ожидать суммарное число хромосом - 86, но обычно этого не бывает, чаще всего гибридные клетки содержат от 41 до 55 хромосом. При этом хромосомы мыши сохраняются все, а утрачиваются какие - либо хромосомы человека. Потеря тех или иных хромосом случайна, поэтому гибридные клетки имеют разные наборы хромосом.
В гибридных клетках функционируют и хромосомы человека и хромосомы мыши, синтезируя соответствующие белки. Морфологически каждую из хромосом человека и мыши можно отличить и установить какие именно хромосомы человека присутствуют в данном наборе, и выяснить, синтез каких белков связан с генами данных хромосом. Гибридные клетки обычно теряют ту или иную хромосому целиком. Это дает возможность определить, какие гены должны быть отнесены к одной группе сцепления. Этим методом удалось установить все возможные для человека группы сцепления. Используя хромосомные аберрации можно определить расположение генов в хромосоме. Наибольшее число генов удалось локализовать в X-хромосоме. Здесь их известно 95. В первой хромосоме известно 24 гена. Гены, определяющие группы крови по системе АВО, локализованы в 9-й хромосоме, определяющие группы крови по системе MN - во второй; ген Rh - фактора - в первой. В этой же хромосоме расположен ген, определяющий форму эритроцитов. В настоящее время полностью картированы 11; 17; 19; 21 и Х – хромосома человека. Составляется хромосомная карта 3-ей хромосомы. В настоящее время завершён первый этап международной программы «Геном человека». Установлено, что имеются следующие особенности генома человека: гены в хромосомах располагаются группами, между которыми находятся обширные незанятые области; в разных хромосомах находится различное количество генов, больше всего их в 19 хромосоме; общее количество генов – более 30 000; на 1 ген у человека приходится около 3-х разновидностей белка; более 200 генов напрямую унаследованы от бактерий. Средняя длина повторяющихся последовательностей – 200-300 базовых нуклеотидов; уровень мутаций у мужчин в 2 раза выше, чем у женщин; все представители Homo sapiens на 99,9% идентичны по ДНК.
Составление хромосомных карт человека, определение локализации патологических генов в хромосомах имеет большое значение для диагностики и профилактики наследственных заболеваний человека.
Существование кроссинговера позволило школе Т.Моргана в 1911 - 1914 гг. разработать принцип построения генетических карт. В основу принципа положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. Генетической картой хромосом называют схему взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления. Определение группы сцепления осуществляется гибридологическим методом, то есть при изучении результатов скрещивания. Хромосомы изучают цитологическим методом (при помощи микроскопии). Установив группу сцепления, можно построить генетические карты и указать порядок расположения генов. Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. по результатам скрещивания установлено, что расстояние между ними 10 Морганид (10% кроссинговера). При дальнейших исследованиях установлено, что к этой же группе относится ген С. Чтобы установить его место в группе сцепления, необходимо выяснить: какой процент кроссинговера он дает с обоими из двух уже известных генов. Например, если по отношению к гену А он дает 3% кроссинговера, а по отношению к гену В - 7%, то он располагается между генами А и В.
Наиболее подробно генетические карты составлены для дрозофилы, кукурузы, томатов, мышей, кур. Начато составление генетических карт у человека. Уже известны 24 группы сцепления: 22 аутосомные и группы сцепления Х и У - хромосом.
Генетические карты отличаются от хромосомных. При генетическом картировании устанавливается: какие гены относятся к данной группе сцепления; в каком порядке и на каком расстоянии друг от друга они располагаются в группе сцепления. При составлении хромосомных карт устанавливается локализация генов в определенных локусах определенных хромосом (короткое или длинное плечо, сегмент, околоцентромерная зона и т.д.).
Определение расстояния между генами
После того, как установлено, что исследуемые гены сцеплены, т.е. относятся к одной группе сцепления и локализованы в одной хромосоме, возникает вопрос, каково расстояние между ними.
За меру расстояния между генами принята вероятность кроссинговера, т. е. вероятность смещения генов относительно друг друга при перекресте хромосом.
Расстояние между генами, выраженное таким способом, по формулировке Моргана, приблизительно также отражает действительность, как отражает географию железнодорожная карта, на которой расстояние между станциями выражено не в километрах, а в часах и минутах.
Если в анализируемом скрещивании, в котором гены А и В обнаруживают сцепление, возникли четыре категории потомков – А, В; А, b; a, B; a, b, то расстояние между А и В вычисляется в простейшем случае по формуле:
c% =
Величина с% при небольших расстояниях между генами будет числом единиц расстояния, или числом морганид. Она является числом процентов случаев, в котором гены А и В расцепились так, что с% = 100% р. Если в подобном же скрещивании установлено, что гены А и В наследуются независимо, то расстояние между ними вычисляется по формуле:
c% =
В обеих этих формулировках А, В; А, b; a, B; a, b, означают количество особей, имеющих фенотип А, В; А, b и т.д.
Проблема точного определения величины перекреста
На практике, определение расстояния между генами является более сложным. Это обусловлено двумя факторами:
1. Не всегда возможно проведение обратного скрещивания.
2. Приходится иметь дело и с F2 или с менее стандартными случаями, при которых, например, один ген расщепляется в отношении 1:1, а другой в отношении 3:1.
Возникающие при этом частоты четырех фенотипов имеют уже более сложную зависимость от величины перекреста. Второе осложнение может зависеть от того, что в скрещивании будут участвовать не два, а более генов. Например, может быть поставлена задача определить силу сцепления между генами А и В, причем ген В вместе с геном С дает расщепление по формуле 9:7 и т.д. При этом, конечно, может иметь место дифференциальная жизнеспособность и пр.
Над вопросами наилучшего определения величины перекреста работало много авторов, стремившихся найти формулы достаточно простые, достаточно точные и допускающие определение статической ошибки. Бэтсон и Пеннет (1911) дали первый метод на основе своей теории редупликации гамет. Коллинс (1912,1924), Бриджс (1914) использовали коэффициент ассоциации Юла. В 1917г. Иную формулу предложил Эмерсон, а Вудворс (1923) развил ее для более сложных случаев. Холдейн (1919) предложил свою формулу для вычисления по F2 и для вычисления вероятной ошибки. Различные варианты предлагали Хор, Бэбкок и Клаузен, Альбертс, Капперт, Мазер и др.
Известный английский статистик Фишер (1928) писал, что нет ничего легче, как придумывать различные методы для вычисления показателей связи, которые могут быть использованы для вычисления перекреста, но что необходимо поиски этих методов подчинить строгой теории, добиваясь того, чтобы возможно полнее исключить различные искажающие факторы и до минимума снизить статистические ошибки. Приведем здесь одну из таблиц, рассчитанных Оуэном (1928), которой он иллюстрирует, как отражаются на результатах, полученных различными методами, искажающие факторы. В качестве примера взят случай отталкивания двух генов с 25% перекреста в F2 .
Такой эмпирический путь сравнительной оценки различных методов, конечно, слишком груб – в разных типах скрещиваний при различных искажениях амплитуды могут оказаться иными.
Фишером предложена теория оценки различных методов и произведено сравнение пяти различных методов. Эти методы следующие.
1. Метод сумм, представителем которого является метод Эммерсона
nx = a – b – c + d
Здесь и в следующих формулах х – квадрат перекреста, выраженного в долях единицы ( например, 10% перекреста: x = (0,1)2 = 0,001); a, b, c, d,- частоты четырех классов фенотипов в F2 , n – число особей, т.е.
n = a + b + c + d.
Установить группы сцепления, а тем более построить карты хромосом человека, пользуясь традиционными методами, принятыми для растений и животных невозможно. Для этого используется метод гибридизации соматических клеток человека и мыши в культуре ткани, при обработке их вирусом Сендай. При этом образуются гибридомы (гибридные клетки), содержащие хромосомы одного и другого вида. В норме клетки мыши имеют 40 хромосом, человека - 46 хромосом, в гибридных клетках следует ожидать суммарное число хромосом - 86, но обычно этого не бывает, чаще всего гибридные клетки содержат от 41 до 55 хромосом. При этом хромосомы мыши сохраняются все, а утрачиваются какие - либо хромосомы человека. Потеря тех или иных хромосом случайна, поэтому гибридные клетки имеют разные наборы хромосом.
В гибридных клетках функционируют и хромосомы человека и хромосомы мыши, синтезируя соответствующие белки. Морфологически каждую из хромосом человека и мыши можно отличить и установить какие именно хромосомы человека присутствуют в данном наборе, и выяснить, синтез каких белков связан с генами данных хромосом. Гибридные клетки обычно теряют ту или иную хромосому целиком. Это дает возможность определить, какие гены должны быть отнесены к одной группе сцепления. Этим методом удалось установить все возможные для человека группы сцепления. Используя хромосомные аберрации можно определить расположение генов в хромосоме. Наибольшее число генов удалось локализовать в X-хромосоме. Здесь их известно 95. В первой хромосоме известно 24 гена. Гены, определяющие группы крови по системе АВО, локализованы в 9-й хромосоме, определяющие группы крови по системе MN - во второй; ген Rh - фактора - в первой. В этой же хромосоме расположен ген, определяющий форму эритроцитов. В настоящее время полностью картированы 11; 17; 19; 21 и Х – хромосома человека. Составляется хромосомная карта 3-ей хромосомы. В настоящее время завершён первый этап международной программы «Геном человека». Установлено, что имеются следующие особенности генома человека: гены в хромосомах располагаются группами, между которыми находятся обширные незанятые области; в разных хромосомах находится различное количество генов, больше всего их в 19 хромосоме; общее количество генов – более 30 000; на 1 ген у человека приходится около 3-х разновидностей белка; более 200 генов напрямую унаследованы от бактерий. Средняя длина повторяющихся последовательностей – 200-300 базовых нуклеотидов; уровень мутаций у мужчин в 2 раза выше, чем у женщин; все представители Homo sapiens на 99,9% идентичны по ДНК.
Составление хромосомных карт человека, определение локализации патологических генов в хромосомах имеет большое значение для диагностики и профилактики наследственных заболеваний человека.
Соседние файлы в папке Биология