Типы карт хромосом в программе геном человека

После того как была установлена связь генов с хромосомами и обнаружено, что частота кроссинговера всегда вполне опреде­ленная для каждой пары генов, расположенных в одной группе сцепления, встал вопрос о пространственном расположении генов в хромосомах. На основе анализа генетических исследова­ний Т. Морган и его ученик А. Стертевант выдвинули гипотезу линейного расположения генов в хромосоме.

Изучение взаимо­отношений между тремя генами при неполном сцеплении пока­зало, что частота (процент) перекреста между первым и вторым, вторым и третьим, первым и третьим генами равна сумме или разности между ними. Так, в одной группе сцепления располо­жены 3 гена — А, В, С. Оказалось, что процент перекреста между генами АС равен сумме процентов перекреста между генами АВ и ВС, частота перекреста между генами АВ оказалась равной АС — ВС, а между генами ВС = АС — АВ. Приведенные данные соответствуют геометрической закономерности в расстояниях между тремя точками на прямой. На этом основании был сделан вывод: гены расположены в хромосомах в линейной последователь­ности на определенных расстояниях друг от друга.

Гены, ДНК и хромосомы

На основании анализа частоты кроссинговера между генами к настоящему времени для многих видов животных и растений построены карты хромосом. Картой хромосом называется план расположения генов в хромосоме.

Кестл провел опыт анализирующего тригибридного скрещива- ния кроликов с тройными рецессивами с целью выяснения сцеп­ления между такими генами:

сплошная окраска — С, гималайская окраска — с* 1 ;

белый жир — Y, желтый жир — у;

черная окраска — В, коричневая окраска — Ъ.

В результате анализирующего скрещивания было получено 908 кроликов восьми разных фенотипов соответственно количе­ству разных сортов гамет (табл. 4). Численное соотношение осо­бей разных фенотипических классов указывало на отсутствие» независимого наследования по этим трем парам аллелей. Нужно было установить порядок расположения этих генов в хромосоме.

Поскольку известно, что численность гамет родительских форм должна значительно превышать численность кроссоверных гамет, то можно прийти к выводу, что родительские комбинации генов были с*]КВ и СуЪ (276 + 275 = 551). Они составляли от общего числа 60,7 %. Далее при анализе исходим из того, что двойных перекрестов должно быть значительно меньше, чем одинарных.

Меньше всего было комбинаций с**уВ и CYb (7 + 16 = = 23) — 2,5 %. Генотипы этих кроликов отличались отродитель-ских только тем, что Y и у поменялись местами. Так могло произойти только при двойном перекресте, и это является под­тверждением того, что расположение генов было именно таким. Вычисляем частоту одиночных перекрестов.

От одиночного перекреста да первом участке образовались гаметы CYB и chyb (рис. 15). Случаев одиночного перекреста на первом участке бтыло 101 (55 + 46), или 11,1 %. В результате одиночного пере­креста на втором участке образовались гаметы cfiYb и Су В и получено особей 233 (125 + 108), или 25,7 %. Для того чтобы определить более правильно частоту одиночных перекрестов, мы должны к каждому из них прибавить величину двойного пере­креста — 2,5 %, так как двойной перекрест проходил по обоим участкам хромосомы. Следовательно, частота кроссинговера на

Гены и геном человека (рассказывает профессор Константин Северинов)

первом участке между генами с* и у составит 13,6 % (11,1 + 2,5). На втором участке между генами у и Ь — 28,2 % (25,7 + 2,5). Отсюда общая протяженность обоих участков, или процент пере­креста между генами с* и Ъ составит 41,8 (13,6 + 28,2). Расстояние между генами с* и b можно определить и путем учета общего числа одиночных перекрестов (без включения двойных перекрестов).

Оно составляет 36,8 %. Прибавив к этому удвоенный процент двойных перекрестов, т. е. 5,0 % (2,5 ■ 2), получим 41,8 %, что совпадает с результатами уже сделанного расчета по сумме перекрестов на каждом из участков. Теперь можно проверить, насколько фактическая величина двойного перекреста совпадает с теоретически ожидаемой. Теоретически ожидаемую величину рассчитывают путем перемножения про­центов перекреста между генами на первом и втором участках, т. е. (13,6: 100)(28,2: 100)100 = 3,83 %. Фактически их было 2,5 %. Уменьшение числа ожидаемых двойных кроссоверов по­казывает, что кроссинговер на одном участке влияет на прохож­дение обмена на соседнем участке.

Явление торможения кроссинговера на одном участке кроссинго-вером на другом получило Название интерференции. Чем меньше будет расстояние, разделяющее три гена, тем больше интерфе­ренция.

Принимая во внимание линейное расположение генов в хро­мосоме, взяв за единицу расстояния частоту кроссинговера, Морган с сотрудниками составили первую карту расположения генов в одной из хромосом дрозофилы. Затем были составлены карты других ее хромосом. Оказалось, что установленное распре­деление генов в хромосоме является общебиологической законо­мерностью.

К настоящему времени составлены карты хромосом для животных и растений многих видов. Если для какого-то вида установлена группа сцепления, которая содержит три и более гена, можно составить план их расположения в хромосоме.

Так, в разобранном выше примере кроссинговер между генами с* и у обнаружен у 13,6 % кроликов, между генами у и Ь — у 28,2, а между генами с» и Ъ с учетом двойного перекреста — у 41,8 % животных. Ген Ъ не может быть расположен между генами с* и у, так как расстояние его от гена с* значительно больше, чем между генами с* и у (41,8 % против 13,6 %).

Следовательно, три изученных гена расположены в хромосоме в таком порядке: Внизу цифрами указано расстояние между генами. Далее уста­навливают сцепление хотя бы одного из этих генов с каким-то четвертым геном и снова проводят анализирующее скрещивание, выявляя частоту кроссинговера между вновь изучаемым геном и прежними хотя бы двумя уже изученными. На основании вели­чины кроссинговера определяют его место в отношении к из­вестным генам. При построении карт в хорошо изученных хро­мосомах указывают не расстояние между генами, а расстояние до каждого гена от нулевой точки начала хромосомы.

Для лучшего усвоения материала нами везде доминантный аллель обозначается прописной буквой, рецессивный — строч­ной. В специальной литературе и при построении карт хромосом название (символ) гена может включать от 1 до 4 букв. Берется такое минимальное количество букв, чтобы сокращенное обо­значение не совпало с любым другим обозначением генов данно­го вида организмов.

При сокращении символа гена, как правило, ‘ берут первую букву названия признака и в случае необходимости добавляют буквы из середины или конца слова либо из других слов, входящих в название. Для обозначения генов рекомендует­ся использовать прилагательные или существительные латинско­го или английского языка. Например, гены курицы обозначают: Barring — В (оперение полосатое); Crest — Сг (черепно-мозговая грыжа); Prenatal — pn (гибель на поздней стадии инкубации).

После построения генетических карт встал вопрос о том, от­вечает ли расположение генов в хромосоме, построенное на ос­новании частоты кроссинговера, истинному расположению. С этой целью генетические карты нужно было сравнить с цитоло­гическими.

В 30-х годах нашего столетия Пайнтер открыл в слюнных железах дрозофилы гигантские хромосомы, строение которых можно было изучать под микроскопом. Хромосомы эти имеют характерный для них поперечный рисунок в виде дисков разной толщины, которые окрашиваются кармином.

Каждая хромосома по длине имеет специфические рисунки дисков, что позволяет отличать разные ее участки друг от друга. Появилась возможность сверить генетические карты с фактическим распо­ложением генов в хромосомах.

Материалом для проверки служи­ли хромосомы, у которых вследствие мутации возникали различ­ные хромосомные перестройки: или не хватало отдельных дис­ков, или они были перевернуты, или удвоены и т. д. Диски служили маркерами, с их помощью определяли характер хромо­сомных перестроек и место расположения генов, о существова­нии которых было известно на основании данных генетического анализа. При сопоставлении генетических карт хромосом с цито­логическими было установлено, что каждый ген находится в определенном месте (локусе) хромосомы и что гены в хромосо­мах расположены в определенной линейной последовательности. В то же время было обнаружено, что физические расстояния между генами на генетической карте не вполне соответствуют установленным цитологически. Однако это не снижает ценности генетических карт хромосом для предсказания вероятности появ­ления особей с новыми сочетаниями признаков.

На основании анализа результатов многочисленных экспери­ментов с дрозофилой Т. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности, сущность которой заключается в сле­дующем: 1) гены находятся в хромосомах, располагаются в них линейно на определенном расстоянии друг от друга; 2) гены, расположенные в одной хромосоме, относятся к одной группе сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному числу хромосом; 3) признаки, гены которых находятся в одной хромосоме, наследуются сцепленно; 4) в потомстве гетерозигот­ных родителей новые сочетания генов, расположенных в одной паре хромосом, могут возникать в результате кроссинговера в процессе мейоза. Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами; 5) на основании линейного расположения генов в хромосоме и частоты кроссинговера как показателя расстояния между генами можно построить карты хромосом.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru

Типы карт хромосом в программе геном человека

Проект геном человека. Генетическое картирование

Одним из важных промежуточных результатов исследовательского проекта «Геном человека» стало создание все более и более насыщенной транскрипционной карты генома, содержащей сведения о тысячах уже известных генов и экспрессирующихся нуклеотидных последовательностей. Это способствовало значительному развитию еще одного подхода к идентификации первичного генетического дефекта, при котором после предварительного картирования мутантного гена проводится скрининг подходящих генов-кандидатов, расположенных в том же хромосомном участке («positional candidate approach») [Collins F., 1995].

20. Карты хромосом: генетическая, цитологическая, физическая, химическая, секвенсовая. Картирование хромосом человека.

Генетические карты хромосом — это схема взаимного расположения и относительных расстояний между генами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления.

Впервые в 1913 — 1915 годах на возможность построения генетических карт хромосом указывают Т. Морган и его сотрудники. Они экспериментально показали, что основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера можно построить генетические карты хромосом. Возможность картирования основана на постоянстве процента кроссинговера между определенными генами. Генетические карты хромосом составлены для многих видов организмов: насекомых (дрозофила, комар, таракан и др.), грибов (дрожжи, аспергилл), для бактерий и вирусов.

Генетические карты человека используются в медицине при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетических карты разных видов живых организмов. Помимо генетических, существуют и другие карты хромосом.

Рестрикционная карта – вид физической карты, на которой указан порядок следования и расстояния между сайтами расщепления ДНК рестриктазами (обычно участок узнавания рестриктазы 4-6 п.н.). Маркерами этой карты являются рестрикционные фрагменты/сайты рестрикции.

Цитологические карты хромосом, схематическое изображение хромосом с указанием мест фактического размещения отдельных генов, полученное с помощью цитологических методов. Ц. к. х. составляют для организмов, для которых обычно уже имеются генетические карты хромосом.

Каждое место расположения гена (локус) на генетической карте организма, установленное на основе частоты перекреста участков хромосом (кроссинговера), на Ц. к. х. привязано к определённому, реально существующему участку хромосомы, что служит одним из основных доказательств хромосомной теории наследственности. Для построения Ц. к. х. используют данные анализа хромосомных перестроек (вставки, делеции и др.) и, сопоставляя изменения морфологических признаков хромосом при этих перестройках с изменениями генетических свойств организма, устанавливают место того или иного гена в хромосоме. Цитологическими методами легко определить отсутствие участка хромосомы или перенос его в др. место. Сопоставление Ц. к. х. с генетическими показало, что физическое расстояние между генами в хромосомах не соответствует генетическому (видимо, частота кроссинговера неодинакова в разных участках хромосом), поэтому плотность распределения генов на цитологических и генетических картах хромосом различна. Так было установлено важное генетическое явление — неравномерность частот перекреста по длине хромосомы. Линейное расположение генов и их последовательность, установленные генетическими методами, подтверждаются Ц. к. х.

Физическая карта – графическое представление порядка следования физических маркеров (фрагментов молекулы ДНК), расстояние между которыми определяется в парах нуклеотидов.

Рестрикционная карта – представление генома в виде упорядоченного набора рестрикционных фрагментов, получаемые ферментами – реструктазами (обычно используют несколько реструктаз).

Химическая карта – расположение по длине хромосомы А-Т и Г-Ц пар при нуклеотидных оснований, выявляемых методами химического анализа.

Секвенсовая карта – определение первичной структуры ДНК (расположение в нуклеотидной цепочке) методами секевнирования. Метод Сенгера (дезокси метод): основан на синтезе изучаемой цепи ДНК in vitro остановкой синтеза на заданном основании путем присоединения дидезоксинуклеотида.

Группы сцепления генов у человека, их характеристика.

Cовместное наследование дискретных менделевских факторов. Сцепление обусловлено расположением локусов в одной хромосоме.

Число генов у каждого организма значительно превышает число хромосом. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов. Каковы же закономерности наследования генов, локализованных в одной хромосоме? Этот вопрос был изучен американским генетиком Т. Морганом и его учениками.

Предположим, что два гена — А и В — находятся в одной хромосоме и организм, взятый для скрещивания, гетерозиготен по этим генам. В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки и образуется два сорта гамет — АВ и ab (вместо четырех, как это должно быть при дигибридном скрещивании ), которые повторяют комбинацию генов в хромосоме родителя.

Такое отклонение от независимого распределения означает, что гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, или сцепленно (закон Т. Моргана). Группы генов, расположенных в одной хромосоме, составляют группу сцепления. Сцепленные гены расположены в хромосомах в линейном порядке. Число групп сцепления соответствует числу пар хромосом, т.е. гаплоидному набору. Так, у человека 46 хромосом — 23 группы сцепления, у дрозофилы 8 хромосом — 4 группы сцепления.

Однако при анализе наследования сцепленных генов было установлено, что сцепление не бывает абсолютным, может нарушаться, в результате чего возникают новые гаметы и аВ Аb с новыми комбинациями генов, отличающимися от родительской гаметы. Причина нарушения сцепления и возникновения новых гамет — кроссинговер — перекрест хромосом в профазе мейоза I, Перекрест и обмен участками гомологичных хромосом приводит к возникновению качественно новых хромосом и, следовательно, к постоянной «перетасовке» — рекомбинации генов.

Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем выше вероятность перекреста между ними и тем больший процент гамет с рекомбинированными генами, а следовательно, и больший процент особей, отличных от родителей. Т. Морган и его сотрудники показали, что, изучив явление сцепления и перекреста, можно построить карты хромосом с нанесенным на них порядком расположения генов. Карты, построенные на этом принципе, созданы для многих генетически хорошо изученных организмов: человека, дрозофилы, мыши, кукурузы, гороха, пшеницы, дрожжей и др.

Источник: studfile.net