Картирование генома. Картирование и определение первичной структуры генома человека Картирование геномов физические и генетические карты

03.09.2022

Алфред Стёртевант (сотрудник Моргана) предположил, что частота кроссинговера на участке между генами, локализованными в одной хромосоме, может служить мерой расстояния между генами. Иными словами, частота кроссинговера, выражаемая отношением числа кроссоверных особей к общему числу особей, прямо пропорциональная расстоянию между генами. Тогда можно использовать частоту кроссинговера для того, чтобы определять взаимное расположение генов и расстояние между генами.

Генетическое картирование – это определение положения какого-либо гена по отношению к двум (как минимум) другим генам. Постоянство процента кроссинговера между определенными генами позволяет локализовать их. Единицей расстояния между генами служит 1 % кроссинговера; в честь Моргана эта единица называется морганида (М), или сантиморганида (сМ).

На первом этапе картирования необходимо определить принадлежность гена к группе сцепления. Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты картирования. Все гены разбивают на группы сцепления.

Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом. Например, у D. melanogaster 4 группы сцепления, у кукурузы – 10, у мыши – 20, у человека – 23 группы сцепления. При наличии половых хромосом они указываются дополнительно (например, у человека 23 группы сцепления плюс Y-хромосома).

Как правило, число генов в группах сцепления зависит от линейных размеров соответствующих хромосом. Так, у плодовой мушки имеется одна (IV) точечная (при анализе в световом микроскопе) хромосома. Соответственно число генов в ней во много раз меньше, чем в остальных, значительно превосходящих ее по длине. Следует также отметить, что в гетерохроматических районах хромосом генов нет или почти нет, поэтому протяженные области конститутивного гетерохроматина могут несколько изменить пропорциональность числа генов и длины хромосомы.

На основании генетического картирования составляются генетические карты. На генетических картах крайнему гену (т.е. наиболее удаленному от центромеры) соответствует нулевая (исходная) точка. Удаленность какого-либо гена от нулевой точки обозначается в морганидах.

Если хромосомы достаточно длинные, то удаление гена от нулевой точки может превышать 50 М – тогда возникает противоречие между отмеченными на карте расстояниями, превышающими 50%, и постулированным выше положением, согласно которому 50 % кроссоверов, полученных в эксперименте, фактически должны означать отсутствие сцепления, т. e. локализацию генов в разных хромосомах. Это противоречие объясняется тем, что при составлении генетических карт суммируются расстояния между двумя наиболее близкими генами, что превышает экспериментально наблюдаемый процент кроссинговера.

Картирование генов - определение положения данного гена на какой-либо хромосоме относительно других генов. Используют три основные группы методов картирования генов – физическое (определение с помощью рестрикционных карт, электронной микроскопии и некоторых вариантов электрофореза межгенных расстояний – в нуклеотидах), генетическое (определение частот рекомбинаций между генами, в частности, в семейном анализе и др.) и цитогенетическое (гибридизации in situ, получение монохромосомных клеточных гибридов, делеционный метод и др.). В генетике человека приняты 4 степени надежности локализации данного гена – подтвержденная (установлена в двух и более независимых лабораториях или на материале двух и более независимых тест - объектов), предварительная (1 лаборатория или 1 анализируемая семья), противоречивая (несовпадение данных разных исследователей), сомнительная (не уточненные окончательно данные одной лаборатории).

Генетическое картирование предполагает определение расстояний по частоте рекомбинаций между генами. Физическое картирование использует некоторые методы молекулярной генетики для определения расстояния в нуклеотидах. Генетическое картирование - это определение группы сцепления и положения картируемого гена относительно других генов данной хромосомы.
Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты этой процедуры. Как правило, число генов в группах сцепления зависит от линейных размеров соответствующих хромосом. Однако, протяженные области конститутивного гетерохроматина (в районе центромеры и теломерных участков) практически не содержат генов и, таким образом, нарушают эту зависимость.

На первом этапе картирования определяют принадлежность гена к той или иной группе сцепления. Как известно, у D. melanogaster вдиплоидном наборе четыре пары хромосом: первая пара - половые хромосомы (XX - у самок, XY - у самцов), вторая, третья и четвертая - аутосомы. Число генов в Y-хромосоме самцов очень мало. Для локализации вновь возникшей мутации необходимо располагать набором маркерных генов для каждой хромосомы. Картирование мутации основывается на анализе ее сцепления с этими маркерами. Например, если интересующая нас мутация наследуется независимо от маркеров второй хромосомы, делается вывод о ее принадлежности к другой группе сцепления.

О значении картирования генов, и в первую очередь генов человека, говорит создание Международной программы "Геном человека ", которая ставит перед собой грандиозную задачу картировать все гены человека и секвенировать полностью всю ДНК генома. Программа разрабатывается в сотнях лабораторий во многих странах мира. Используются методы молекулярной биологии, цитогенетики и генетики соматических клеток. Разработаны критерии, определяющие достоверность картирования. Определены различные уровни достоверности локализации гена.

Важным вкладом в развитие генетики стала хромосомная теория наследственности, разработанная, прежде всего, благодаря усилиям американского генетика Томаса Ханта Моргана и его учеников и сотрудников, избравших объектом своих исследований плодовую мушку Drosophila melanogaster . Изучение закономерностей сцепленного наследования позволило путем анализа результатов скрещиваний составить карты расположения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцепления с хромосомами (1910-1913 гг.).

Генетическое картирование. Методы картирования генов. Севостьянова Наталия Владимировна доктор медицинских наук, Профессор кафедры биологии и генетики

Слайд 2

План лекции Картирование генов. Хромосомные карты. Цитологические карты. Методы картирования генов. Тестирование мутаций на аллелизм. Хромосомные мутации.

Слайд 3

Генетическое картирование - это определение положения картируемого гена относительно других генов данной хромосомы. Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты.

Слайд 4

Генетическая карта хромосомы это схема взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления. Как известно, у D. melanogaster в диплоидном наборе четыре пары хромосом.

Слайд 5

Составить такую карту можно только для объектов, у которых изучено большое число мутантных генов Например, у дрозофилы идентифицировано свыше 500 генов, локализованных в 4 группах сцепления. I группа - половые хромосомы (XX - самки, XY - самцы), II, III, IV - аутосомы.

Слайд 6

У кукурузы - свыше 400 генов, распределенных в 10 группах сцепления

Слайд 7

Для составления генетических карт хромосом необходимо выявление множество мутантных генов и проведения многочисленных скрещиваний.

Слайд 8

Генетические карты хромосом составляют для каждой пары гомологичных хромосом. Группы сцепления нумеруют последовательно, по мере их обнаружения. Также указывают полные или сокращённые названия мутантных генов, их расстояния в морганидах. Обозначают место центромеры.

Слайд 9

У менее изученных объектов число обнаруженных групп сцепления меньше гаплоидного числа хромосом. У бактерий, которые являются гаплоидными организмами, имеется одна, чаще всего непрерывная, кольцевая хромосома и все гены образуют одну группу сцепления. Генетическая карта хромосомы кишечной палочки.

Слайд 10

Методы картирования генов Физические определение с помощью рестрикционных карт электронной микроскопии вариантов электрофореза межгенных расстояний – в нуклеотидах Генетические определение частот рекомбинаций между генами, в частности, в семейном анализе и др. Цитогенетические гибридизации in situ получение монохромосомных клеточных гибридов делеционный метод и др.

Слайд 11

Тестирование мутаций на аллелизм Функциональный тест на аллелизм, который позволяет определить, принадлежат ли мутантные аллели одному локусу или разным. Получают гибридов (гетерокарионов), у которых две исследуемые мутации находятся на разных гомологичных хромосомах - Транс-положение.

Слайд 12

Если обе мутации действуют на разные независимые функции (затрагивают два разных гена), то такой гибрид имеет дикий фенотип, так как образуется дигетерозигота, в которой нормальные аллели доминируют над мутантными. Если исследуемые мутации действуют на одну и ту же функцию (повреждают один и тот же ген), то гибрид должен иметь мутантный фенотип.

Слайд 13

Цис-тест - получают гибридов, у которых обе исследуемые мутации привнесены одним из родителей, тогда как в хромосомах других содержатся нормальные аллели. Гибриды с цис-положением мутаций должны иметь фенотип дикого типа независимо от того, относятся ли исследуемые мутации к одному или разным генам. Это причина редкого использования цис-теста.

Слайд 14

Для построения генетической карты хромосомы эукариот используют мейотический и митотический кроссинговер. Сравнение генетических карт хромосом, построенных разными методами у одного и того же вида, выявляет одинаковый порядок расположение генов, хотя расстояние между конкретными генами на мейотических и митотических генетических картах хромосом могут различаться. Некоторые из таких ошибок можно наблюдать, используя цитогенетические методы

Слайд 15

Мейотический кроссинговер - это сложный процесс, в ходе которого возможны ошибки. Кроссоверный обмен осуществляется по типу разрыв-воссоединение. Цитологической иллюстрацией этого механизма может служить мейотический кроссинговер между разноокрашенными сестринскими хроматидами. Иногда воссоединение хроматид происходит неправильно, и это может приводить к образованию дицентрических хромосом и ацентрических фрагментов.

Слайд 16

В норме генетические карты хромосом у эукариот линейные. При построении генетических карт хромосом у гетерозигот по транслокации получается генетическая карта хромосом в виде креста. Это указывает на то, что форма карт отражает характер конъюгации хромосом.

Слайд 17

Кроссоверные обмены с ошибками воссоединения хроматид называются U-обменами. U-обмены обнаружены у многих видов растений и животных. Наиболее подробно они изучены у ржи (Jones, Brumpton,1971). Частота U-конфигураций у ржи может достигать 30-40% на клетку, или 4-5% на бивалент. Частота несестринских U-обменов значительно выше, чем сестринских. Неправильное воссоединение хроматид может быть одним из факторов, приводящих к образованию несбалансированных гамет.

Слайд 18

Цитологическая карта составляется на основании изучения политенных хромосом, что позволяет сопоставить структуру синтезируемого белка с определенным участком хромосомы (геном), так как транскрибируемый участок определяется под микроскопом в виде пуфа. Это позволяет определить локализацию гена.

Слайд 19

Цитологическая карта хромосомы представляет собой фотографию или точный рисунок хромосомы, на котором отмечается последовательность расположения генов. Ее строят на основе сопоставления результатов анализирующего скрещивания и хромосомных перестроек. Например, если хромосома с доминантными генами будет последовательно терять отдельные локусы (при воздействии на нее мутагенов), то в гетерозиготе начнут проявляться рецессивные признаки. Порядок проявления признаков будет указывать на последовательность расположения генов.

Слайд 20

Метод цитологических карт основан на использовании хромосомных перестроек. При облучении и действии мутагенов в хромосомах часто наблюдаются потери (делеции) или вставки (дупликации) небольших фрагментов, сравнимых по величине с одним или несколькими локусами. Например, можно использовать гетерозиготы по хромосомам, одна из которых будет нести группу следующих друг за другом доминантных аллелей, а гомологичная ей - группу рецессивных аллелей тех же генов ABCDE /abcde. Если в хромосоме с доминантными генами произошла утрата отдельных генов, например DE, то у гетерозиготы ABC/abcde будут проявляться рецессивные признаки de. На этом принципе основан метод перекрывающихся делеции, используемый при построении цитологических карт!!!

Слайд 21

Цитогенетические карты хромосом составляются на основе дифференциальной окраски (темные и светлые полосы) и картирования генов в отдельных локусах хромосом.

Слайд 22

Цитогенетические карты дают информацию о расположении гена на хромосоме относительно ее участков, идентифицируемых методами дифференциального окрашивания. Благодаря такому окрашиванию хромосома в поле зрения микроскопа выглядит «поперечно исчерченной».

Слайд 23

Расположение окрашенных участков (бэндов) специфично для каждой хромосомы.

Слайд 24

Использование FISH-метода позволяет построить цитогенетические карты с разрешением 2-5 Мб, а его модификации для интерфазных хромосом - 0, 1 Мб. Таким образом, локализация картированного с помощью FISH-метода гена может быть установлена с точностью до субсегмента и локусабэнда.

Слайд 25

Картирование генов с помощью хромосомных мутаций Внутрихромосомные мутации – преобразование генетического материала в пределах одной хромосомы. Межхромосомные – перестройки, в результате которых две негомологичные хромосомы обмениваются своими участками. Хромосомные мутации – это изменения в структуре хромосом

Слайд 26

Инверсии Инверсии - хромосомные перестройки, связанные с поворотом отдельных участков хромосомы на 180°, были открыты А. Стёртевантом в 1926 г.

Слайд 27

Парацентрическая инверсия – происходят два разрыва хромосом, оба по одну сторону от центромеры. На участке между точками разрыва происходит поворот 180. Перицентрическая инверсия – точки разрывов расположены по обе стороны от центромеры.

Слайд 28

У особей, гетерозиготных по инверсии, в хромосомах образуется петля. У гомозиготных особей по инверсиям кроссинговер происходит без изменений.

Слайд 29

У гетерозиготных особей по парацентрической инверсии происходит «запирание» кроссинговера следующим образом: в случае перекреста между генами С и D образуются два продукта: ацентрические хромосомы и дицентрические хромосомы, т. е. без центромеры и с двумя центромерами соответственно. Обе комбинации летальны.

Слайд 30

Дицентрик образует «хромосомный мост» в анафазе 1 мейоза, который виден под микроскопом. Обе комбинации летальны. Таким образом, в результате кроссинговера образуются нежизнеспособные гаметы, и потомства нет.

Слайд 31

При перицентрической инверсии, в случае перекреста между генами С и Д, также получаются два продукта. Дупликация А и делеция F. Каждая из полученных хромосом несет дупликацию одного неинвертированного района хромосом и делецию другого. В результате такие гаметы нежизнеспособны и кроссоверы не выявляются. Так же как и парацентрические, перицентрические инверсии «запирают» кроссинговер. Поскольку кроссинговер в инвертированном участке хромосомы «заперт », в нем могут формироваться блоки мутаций, отличные от тех, которые локализованы в гомологичном фрагменте хромосомы, но не инвертированном. Это явление называют инверсионный полиморфизм популяций.

Слайд 32

Хромосомы с множественными инверсиями используют при создании балансеров, т. е. линий, позволяющих поддерживать летальные мутации и мутации по плодовитости. Один из примеров - линия С L В. Более надежными балансерами, т. е. содержащими несколько инверсий, являются линии Base, Binsn. Конструирование балансерных хромосом по существу представляет собой первый пример генетической инженерии. Другой пример балансеров - линия Су (загнутые крылья, летальность), в которой доминантная мутация сопряжена с длинной инверсией, захватывающей почти всю вторую хромосому. В потомстве от скрещивания гетерозигот по Су выживают только мухи родительских классов, т. е. линия сбалансирована, и исследуемая леталь /, постоянно в ней поддерживается в гетерозиготном состоянии.

Слайд 33

Использование делеций для локализации генов было названо методом делеционного картирования. Делеции Делеция – утрата участка хромосомы. Делеции были открыты в 1917 г. К. Бриджесом генетическими методами. В нормальной хромосоме гены расположены в определенном порядке: tABCDEF При потере фрагмента хромосомы возможны два принципиальных варианта: ABEF или ABC т. е. может быть потеряна средняя или концевая часть хромосомы.

Слайд 34

Транслокации Хромосомные перестройки, в результате которых часть хромосомы переноситься в другое место этой же хромосомы или на другую хромосому. Но общее число генов не меняется!!! Транслокации были открыты К. Бриджесом в 1923 г. у дрозофилы.

Слайд 35

Внутрихромосомные транслокации возникают в результате образования трех разрывов и перенесения хромосомного сегмента в другой район той же хромосомы. Межхромосомные реципрокные транслокации возникают в результате образования двух разрывов и обмена участками негомологичных хромосом.

Слайд 36

Две хромосомы в результате реципрокного обмена фрагментами образуют гетерозиготную транслокацию. Если образуются три разрыва и фрагмент хромосомы удаляется из одной хромосомы и встраивается в другую - это инсерционная транслокация.

Слайд 37

Самым ярким примером, когда с помощью транслокации был картирован ген, является миопатия Дюшенна. Ген миопатии Дюшенна локализован в X хромосоме и обычно проявляется тяжелой миопатией у мальчиков. Однако обнаружили несколько случаев типичной клинической картины миопатии у женщин. Они оказались связанными с транслокациями между хромосомой X и аутосомами, причем в хромосоме X разрыв всегда локализовался в районе Хр21.

Слайд 38

Картирование гена иногда может быть достигнуто за счет использования эффекта дозы гена. В случае делеции следует ожидать уменьшение на 50 % продукта гена (это прежде всего может быть фермент). Именно таким способом был картирован ген кислой фосфатазы эритроцитов в хромосоме 2.

gene mapping, mapping - картирование генов.

Oпределение положения данного гена на какой-либо хромосоме относительно других генов; используют три основные группы методов К.г. - физическое (определение с помощью рестрикционных карт, электронной микроскопии и некоторых вариантов электрофореза межгенных расстояний - в нуклеотидах), генетическое (определение частот рекомбинаций между генами, в частности, в семейном анализе и др.) и цитогенетическое (гибридизации in situ <in situ hybridization >, получение монохромосомных клеточных гибридов <monochromosomal cell hybrid >, делеционный метод <deletion mapping > и др.); в генетике человека приняты 4 степени надежности локализации данного гена - подтвержденная (установлена в двух и более независимых лабораториях или на материале двух и более независимых тест-объектов), предварительная (1 лаборатория или 1 анализируемая семья), противоречивая (несовпадение данных разных исследователей), сомнительная (не уточненные окончательно данные одной лаборатории); в Приложении 5 приведена сводка (по состоянию на 1992-93) структурных генов, онкогенов и псевдогенов в геномах человека и - включая некоторые мутации - мыши.

(Источник: «Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.)

- составление схем, в к-рых гены расположены в линейном порядке с указанием относительных расстояний между ними. Методы Г. к.: комбинационные, рестрикционные, физические, транскрипционные, трансляционные...
Словарь микробиологии
- изучение географического распределения аллелей генов с помощью картирования генетических данных по популяциям с последующим анализом геногеографических карт. Цель метода - изучение пространственных...
- см. Географический метод...
Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь
- genetic mapping - .Определение положения генов на генетической карте , базирующееся на оценкe частоты рекомбинации между ними, а также маркерными генами...
- deletion mapping - .Mетод определения положения генных локусов в геноме с помощью небольших делеций с известной локализацией...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- denaturation mapping - .Метод идентификации частично денатурированных молекул ДНК по расположению вдоль нее легкоплавких АТ-богатых участков, которое отражает особенности первичной структуры...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- exclusive mapping - .Способ картирования генов на хромосоме , состоящий в исключении участков, захватываемых делециями с известным положением...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- backcross mapping - .Генетический метод картирования, основанный на получении бэккроссных гибридов родственных форм и анализе расщепления вариантов аллелей, полиморфных по длинам рестрикционных фрагментов <...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- crossing-over mapping - .Mетод определения межлокусных расстояний по частоте образования кроссоверных фенотипов, эти расстояния выражают в кроссоверных единицах; точность К.п.к. зависит от проявления интерференции <...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- positional cloning - .Начальный этап определения гена, мутация в котором обусловливает анализируемое НЗЧ...
Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь
- установление порядка расположения генов и относительного расстояния между ними в группе сцепления...
Большой медицинский словарь
- теми, кто ввел это понятие, рассматривается как одна из геол. дисциплин, изучающая методы составления геол. карт и их практическое применение...
Геологическая энциклопедия
- составление геоморфологической карты любого м-ба в поле в отличие от картографирования геоморфологического - составления обзорных сводных геоморфологических карт путем генерализации геоморфологических карт...
Геологическая энциклопедия
- составление карт и картосхем биогеохим. районирования. Картирование биогеохимическое - необходимый метод изучения строения биосферы и районирования биогеохимического...
Экологический словарь
- карт"...
Русский орфографический словарь
- ...
Формы слова

"картирование генов" в книгах

1. Промоторы генов

Из книги Гены и развитие организма автора Нейфах Александр Александрович

1. Промоторы генов В этом разделе мы кратко расскажем о том, какие нуклеотидные последовательности, прилегающие к генам, а иногда и внутри гена, ответственны за процесс транскрипции. У прокариот эти участки, с которыми связывается молекула РНК-полимеразы и откуда

Картирование генома человека

автора Глэд Джон

Дупликация генов

Из книги Эволюция [Классические идеи в свете новых открытий] автора Марков Александр Владимирович

Дупликация генов МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЫ - ОСНОВА ЭВОЛЮЦИОННЫХ НОВШЕСТВ.Мысль о том, что дупликация генов служит важнейшим источником эволюционных новшеств, была высказана еще в 1930-е годы выдающимся биологом Джоном Холдейном (Haldane, 1933). Сегодня в этом нет никаких

Картирование генома человека

Из книги Будущая эволюция человека. Евгеника XXI века автора Глэд Джон

Картирование генома человека Нам незачем богов напрасно беспокоить - Есть внутренности жертв, чтоб о войне гадать, Рабы, чтобы молчать, и камни, чтобы строить! Осип Мандельштам, «Природа - тот же Рим…» Генетика - молодая наука. Эволюция видов была по-настоящему открыта

Генов

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГЕ) автора БСЭ

Когнитивное картирование и операционное кодирование

Из книги Информационные войны [Основы военно-коммуникативных исследований] автора Почепцов Георгий Георгиевич

Когнитивное картирование и операционное кодирование Теперь мы остановимся на когнитивном моделировании политики. Проблема когнитивного моделирования формулируется как поиск корреляции «между лингвистическими структурами текста и структурами представлений его

3 Интегральный интеллект: картирование паттернов человеческого улья

автора Хэмилтон Мэрилин

3 Интегральный интеллект: картирование паттернов человеческого улья «Тот факт, что пчёлы сегодня располагают картой, необязательно значит, что у них она была до того, как эволюционировал их танец: карта могла прийти позднее в виде экономичного способа работы со сложной

Картирование основополагающих паттернов городской жизни

Из книги Интегральный город. Эволюционные интеллекты человеческого улья автора Хэмилтон Мэрилин

Картирование основополагающих паттернов городской жизни Для того чтобы понять природу городов как живых систем (и тем самым их фрактальную, голографическую и морфическую природу), мы должны рассмотреть четыре основополагающих карты городской жизни:? четырёхсекторную

Определение понятия «картирование идей»

автора Наст Джейми

Определение понятия «картирование идей» «Ментальная карта использует весь диапазон способностей коры головного мозга с применением слов, изображений, чисел, логики, ритма, цвета, а также пространственных отношений в единственной, уникально мощной технике. Благодаря