Картування геному. Картування та визначення первинної структури геному людини Картування геномів фізичні та генетичні карти

03.09.2022

Алфред Стертевант (співробітник Моргана) припустив, що частота кросинговера на ділянці між генами, локалізованими в одній хромосомі, може бути мірою відстані між генами. Іншими словами, частота кросинговера, що виражається ставленням числа кросоверних особин до загального числа особин, прямо пропорційна відстані між генами. Тоді можна використовувати частоту кросинговера для того, щоб визначати взаємне розташування генів та відстань між генами.

Генетичне картування – це визначення положення будь-якого гена стосовно двох (як мінімум) інших генів. Постійність відсотка кросинговеру між певними генами дозволяє їх локалізувати. Одиницею відстані між генами служить 1% кросинговеру; на честь Моргана ця одиниця називається морганіда(М), або сантиморганіду (СМ).

У першому етапі картування необхідно визначити приналежність гена до групи зчеплення. Чим більше генів відомо у цього виду, тим точніше результати картування. Усі гени розбивають на групи зчеплення.

Число груп зчеплення відповідає гаплоїдного набору хромосом.Наприклад, у D. melanogaster 4 групи зчеплення, у кукурудзи – 10, у миші – 20, у людини – 23 групи зчеплення. За наявності статевих хромосом вони вказуються додатково (наприклад, у людини 23 групи зчеплення плюс Y-хромосома).

Як правило, кількість генів у групах зчеплення залежить від лінійних розмірів відповідних хромосом. Так, у плодової мушки є одна (IV) точкова (при аналізі у світловому мікроскопі) хромосома. Відповідно число генів у ній набагато менше, ніж у інших, значно перевершують її за довжиною. Слід також зазначити, що у гетерохроматичних районах хромосом генів немає чи майже немає, тому протяжні області конститутивного гетерохроматину можуть дещо змінити пропорційність числа генів та довжини хромосоми.

З генетичного картування складаються генетичні карти. На генетичних картах крайнього гена (тобто найбільш віддаленого від центроміру) відповідає нульова (початкова) точка. Відстань будь-якого гена від нульової точки позначається в морганідах.

Якщо хромосоми досить довгі, то видалення гена від нульової точки може перевищувати 50 М – тоді виникає суперечність між зазначеними на карті відстанями, що перевищують 50%, і постульованим вище положенням, згідно з яким 50% кросоверів, отриманих в експерименті, фактично повинні означати відсутність зчеплення, т. е. локалізацію генів у різних хромосомах. Ця суперечність пояснюється тим, що при складанні генетичних карт підсумовуються відстані між двома найближчими генами, що перевищує експериментально спостерігається відсоток кросинговера.

Картування генів- Визначення положення даного гена на будь-якій хромосомі щодо інших генів. Використовують три основні групи методів картування генів - фізичне (визначення за допомогою рестрикційних карт, електронної мікроскопіїта деяких варіантів електрофорезу міжгенних відстаней – у нуклеотидах), генетичне (визначення частот рекомбінацій між генами, зокрема, у сімейному аналізі та ін.) та цитогенетичне (гібридизації in situ, отримання монохромосомних клітинних гібридів, делеційний метод та ін.). У генетиці людини прийняті 4 ступеня надійності локалізації даного гена - підтверджена (встановлена у двох і більше незалежних лабораторіях або на матеріалі двох і більше незалежних тест - об'єктів), попередня (1 лабораторія або 1 аналізована сім'я), суперечлива (несупад даних різних дослідників), сумнівна (не уточнені дані однієї лабораторії).

Генетичне картування передбачає визначення відстаней частоти рекомбінацій між генами. Фізичне картування використовує деякі методи молекулярної генетики визначення відстані в нуклеотидах. Генетичне картування - це визначення групи зчеплення і положення гена, що картується, щодо інших генів даної хромосоми.
Чим більше генів відомо у цього виду, тим точніше результати цієї процедури. Як правило, кількість генів у групах зчеплення залежить від лінійних розмірів відповідних хромосом. Однак, протяжні області конститутивного гетерохроматину (в районі центроміри та тіломірних ділянок) практично не містять генів і, таким чином, порушують цю залежність.

На першому етапі картування визначають належність гена до тієї чи іншої групи зчеплення. Як відомо, у D. melanogaster у диплоїдному наборі чотири пари хромосом: перша пара – статеві хромосоми (XX – у самок, XY – у самців), друга, третя та четверта – аутосоми. Число генів у Y-хромосомі самців дуже мало. Для локалізації новоствореної мутації необхідно розташовувати набором маркерних генів для кожної хромосоми. Картування мутації полягає в аналізі її зчеплення з цими маркерами. Наприклад, якщо мутація, що нас цікавить, успадковується незалежно від маркерів другої хромосоми, робиться висновок про її приналежність до іншої групи зчеплення.

Про значення картування генів, і в першу чергу генів людини, говорить створення Міжнародної програми "Геном людини", яка ставить перед собою грандіозне завдання картувати всі гени людини та секвенувати повністю всю ДНК геному. Програма розробляється у сотнях лабораторій у багатьох країнах світу. Використовуються методи молекулярної біології, цитогенетики та генетики соматичних клітин. Розроблено критерії, що визначають достовірність картування. Визначено різні рівні достовірності локалізації гена.

Важливим внеском у розвиток генетики стала хромосомна теорія спадковості, розроблена насамперед завдяки зусиллям американського генетика Томаса Ханта Моргана та його учнів та співробітників, які обрали об'єктом своїх досліджень плодову мушку. Drosophila melanogaster. Вивчення закономірностей зчепленого наслідування дозволило шляхом аналізу результатів схрещувань скласти карти розташування генів у «групах зчеплення» та зіставити групи зчеплення із хромосомами (1910-1913 рр.).

Генетичне картування. Методи картування генів. Севостьянова Наталія Володимирівна, доктор медичних наук, Професор кафедри біології та генетики

Слайд 2

План лекції Картування генів. Хромосомні картки. Цитологічні карти. Методи картування генів. Тестування мутацій на алелізм. Хромосомні мутації.

Слайд 3

Генетичне картування - це визначення положення гена, що картується, щодо інших генів даної хромосоми. Чим більше генів відомо у цього виду, тим точніше результати.

Слайд 4

Генетична карта хромосоми - це схема взаємного розташування генів, що знаходяться в одній групі зчеплення. Як відомо, у D. melanogaster у диплоїдному наборі чотири пари хромосом.

Слайд 5

Скласти таку карту можна тільки для об'єктів, у яких вивчено велику кількість мутантних генів. Наприклад, у дрозофіли ідентифіковано понад 500 генів, локалізованих у 4 групах зчеплення. I група – статеві хромосоми (XX – самки, XY – самці), II, III, IV – аутосоми.

Слайд 6

У кукурудзи – понад 400 генів, розподілених у 10 групах зчеплення

Слайд 7

Для складання генетичних карт хромосом необхідне виявлення множини мутантних генів та проведення численних схрещувань.

Слайд 8

Генетичні карти хромосом становлять кожної пари гомологічних хромосом. Групи зчеплення нумерують послідовно, у міру їхнього виявлення. Також вказують повні чи скорочені назви мутантних генів, їх відстані у морганідах. Позначають місце центроміри.

Слайд 9

У менш вивчених об'єктів число виявлених груп зчеплення менше гаплоїдного числа хромосом. У бактерій, які є гаплоїдними організмами, є одна, найчастіше безперервна, кільцева хромосома та всі гени утворюють одну групу зчеплення. Генетична карта хромосоми кишкової палички.

Слайд 10

Методи картування генів Фізичні визначення за допомогою рестрикційних карт електронної мікроскопії варіантів електрофорезу міжгенних відстаней – у нуклеотидах Генетичні визначення частот рекомбінацій між генами, зокрема, у сімейному аналізі та ін. Цитогенетичні гібридизації in situ одержання монохромосомних клітинних гібридів.

Слайд 11

Тестування мутацій на алелізм Функціональний тест на алелізм, який дозволяє визначити, чи мутантні алелі належать одному локусу або різним. Одержують гібридів (гетерокаріонів), у яких дві досліджувані мутації знаходяться на різних гомологічних хромосомах – транс-положення.

Слайд 12

Якщо обидві мутації діють різні незалежні функції (зачіпають два різних гена), такий гібрид має дикий фенотип, оскільки утворюється дигетерозигота, у якій нормальні алелі домінують над мутантними. Якщо досліджувані мутації діють на ту саму функцію (пошкоджують той самий ген), то гібрид повинен мати мутантний фенотип.

Слайд 13

Цис-тест отримують гібридів, у яких обидві досліджувані мутації привнесені одним з батьків, тоді як у хромосомах інших містяться нормальні алелі. Гібриди з цис-положенням мутацій повинні мати фенотип дикого типу незалежно від того, чи належать досліджувані мутації до одного або різних генів. Це є причиною рідкісного використання цис-тесту.

Слайд 14

Для побудови генетичної карти хромосоми еукаріотів використовують мейотичний та мітотичний кросинговер. Порівняння генетичних карт хромосом, побудованих різними методами в одного й того ж виду, виявляє однаковий порядок розташування генів, хоча відстань між конкретними генами на мейотичних та мітотичних генетичних картах хромосом можуть відрізнятися. Деякі з таких помилок можна спостерігати, використовуючи цитогенетичні методи

Слайд 15

Мейотичний кросинговер - це складний процес, під час якого можливі помилки. Кросоверний обмін здійснюється за типом розрив-возз'єднання. Цитологічною ілюстрацією цього механізму може бути мейотичний кросинговер між різнобарвними сестринськими хроматидами. Іноді возз'єднання хроматид відбувається неправильно, і це може призводити до утворення дицентричних хромосом та ацентричних фрагментів.

Слайд 16

У нормі генетичні карти хромосом у еукаріотів лінійні. При побудові генетичних карт хромосом у гетерозигот транслокації виходить генетична карта хромосом у вигляді хреста. Це свідчить про те, що форма карт відбиває характер кон'югації хромосом.

Слайд 17

Кросоверні обміни з помилками возз'єднання хроматид називаються U-обмінами. U-обміни виявлені у багатьох видів рослин та тварин. Найбільш докладно вони вивчені у жита (Jones, Brumpton, 1971). Частота U-конфігурацій у жита може досягати 30-40% на клітину, або 4-5% на бівалент. Частота несестринських U-обмінів значно вища, ніж сестринських. Неправильне возз'єднання хроматид може бути одним із факторів, що призводять до утворення незбалансованих гамет.

Слайд 18

Цитологічна карта складається на підставі вивчення політенних хромосом, що дозволяє зіставити структуру синтезованого білка з певною ділянкою хромосоми (геном), так як ділянка, що транскрибується, визначається під мікроскопом у вигляді пуфа. Це дозволяє визначити локалізацію гена.

Слайд 19

Цитологічна карта хромосоми є фотографією або точний малюнок хромосоми, на якому відзначається послідовність розташування генів. Її будують на основі зіставлення результатів аналізуючого схрещування та хромосомних перебудов. Наприклад, якщо хромосома з домінантними генами послідовно втрачатиме окремі локуси (при впливі на неї мутагенів), то в гетерозиготі почнуть виявлятися рецесивні ознаки. Порядок прояву ознак вказуватиме на послідовність розташування генів.

Слайд 20

Метод цитологічних карт ґрунтується на використанні хромосомних перебудов. При опроміненні та дії мутагенів у хромосомах часто спостерігаються втрати (делеції) або вставки (дуплікації) невеликих фрагментів, які можна порівняти за величиною з одним або декількома локусами. Наприклад, можна використовувати гетерозиготи по хромосомах, одна з яких нестиме групу наступних один за одним домінантних алелів, а гомологічна їй - групу рецесивних алелей тих же генів ABCDE / abcde. Якщо в хромосомі з домінантними генами відбулася втрата окремих генів, наприклад DE, то у гетерозиготи ABC/abcde виявлятимуться рецесивні ознаки de. На цьому принципі заснований метод перекриття делеції, що використовується при побудові цитологічних карт!

Слайд 21

Цитогенетичні карти хромосом складаються на основі диференціального забарвлення (темні та світлі смуги) та картування генів в окремих локусах хромосом.

Слайд 22

Цитогенетичні карти дають інформацію про розташування гена на хромосомі щодо її ділянок, що ідентифікуються методами диференціального фарбування. Завдяки такому фарбуванню хромосома у полі зору мікроскопа виглядає «поперечно вичерченою».

Слайд 23

Розташування пофарбованих ділянок (бендів) специфічне кожної хромосоми.

Слайд 24

Використання FISH-методу дозволяє побудувати цитогенетичні карти з роздільною здатністю 2-5 Мб, а його модифікації для інтерфазних хромосом – 0,1 Мб. Таким чином, локалізація картованого за допомогою FISH-методу гена може бути встановлена з точністю до субсегменту та локусабенду.

Слайд 25

Картування генів за допомогою хромосомних мутацій. Внутрішньохромосомні мутації – перетворення генетичного матеріалу в межах однієї хромосоми. Міжхромосомні – перебудови, внаслідок яких дві негомологічні хромосоми обмінюються своїми ділянками. Хромосомні мутації – це зміни у структурі хромосом

Слайд 26

Інверсії - хромосомні перебудови, пов'язані з поворотом окремих ділянок хромосоми на 180 °, були відкриті А. Стертевантом в 1926 році.

Слайд 27

Парацентрична інверсія – відбуваються два розриви хромосом, обидва по одну сторону від центроміру. На ділянці між точками розриву відбувається поворот 180. Перицентрическая інверсія – точки розривів розташовані з обох боків від центроміру.

Слайд 28

У особин, гетерозиготних за інверсією, у хромосомах утворюється петля. У гомозиготних особин за інверсіями кросинговер відбувається без змін.

Слайд 29

У гетерозиготних особин за парацентричною інверсією відбувається «запирання» кросинговеру наступним чином: у разі перехреста між генами С і D утворюються два продукти: ацентричні хромосоми та дицентричні хромосоми, тобто без центроміри та з двома центромірами відповідно. Обидві комбінації летальні.

Слайд 30

Дицентрик утворює хромосомний міст в анафазі 1 мейозу, який видно під мікроскопом. Обидві комбінації летальні. Таким чином, в результаті кросинговера утворюються нежиттєздатні гамети, і потомства немає.

Слайд 31

При перицентричній інверсії, у разі перехреста між генами С та Д, також виходять два продукти. Дуплікація А та делеція F. Кожна з отриманих хромосом несе дуплікацію одного неінвертованого району хромосом та делецію іншого. В результаті такі гамети нежиттєздатні та кросовери не виявляються. Так само як і парацентричні, перицентричні інверсії «замикають» кросинговер. Оскільки кросинговер в інвертованій ділянці хромосоми «замкнений», у ньому можуть формуватися блоки мутацій, відмінні від тих, що локалізовані в гомологічному фрагменті хромосоми, але не інвертованому. Це називають інверсійний поліморфізм популяцій.

Слайд 32

Хромосоми з множинними інверсіями використовують під час створення балансерів, т. е. ліній, дозволяють підтримувати летальні мутації і мутації по плодючості. Одне з прикладів - лінія З L У. Більш надійними балансерами, т. е. які містять кілька інверсій, є лінії Base, Binsn. Конструювання балансерних хромосом по суті є першим прикладом генетичної інженерії. Інший приклад балансерів – лінія Су (загнуті крила, летальність), в якій домінантна мутація пов'язана з довгою інверсією, що захоплює майже всю другу хромосому. У потомстві від схрещування гетерозигот по Су виживають лише мухи батьківських класів, тобто лінія збалансована, і досліджувана леталь /, постійно в ній підтримується в гетерозиготному стані.

Слайд 33

Використання делецій для локалізації генів названо методом делеційного картування. Делеції Делеція – втрата ділянки хромосоми. Делеції було відкрито 1917 р. До. Бриджесом генетичними методами. У нормальній хромосомі гени розташовані в певному порядку: tABCDEF При втраті фрагмента хромосоми можливі два принципові варіанти: ABEF або ABC тобто може бути втрачена середня або кінцева частина хромосоми.

Слайд 34

Транслокації Хромосомні перебудови, в результаті яких частина хромосоми переноситься в інше місце цієї хромосоми або на іншу хромосому. Але загальне числогенів не змінюється! Транслокації були відкриті К. Бріджес в 1923 р. у дрозофіли.

Слайд 35

Внутрішньохромосомні транслокації виникають в результаті утворення трьох розривів та перенесення хромосомного сегмента в інший район тієї ж хромосоми. Міжхромосомні реципрокні транслокації виникають у результаті утворення двох розривів та обміну ділянками негомологічних хромосом.

Слайд 36

Дві хромосоми внаслідок реципрокного обміну фрагментами утворюють гетерозиготну транслокацію. Якщо утворюються три розриви та фрагмент хромосоми видаляється з однієї хромосоми та вбудовується в іншу – це інсерційна транслокація.

Слайд 37

Найяскравішим прикладом, коли за допомогою транслокації було картовано ген, є міопатія Дюшенна. Ген міопатії Дюшенна локалізований у X хромосомі і зазвичай проявляється тяжкою міопатією у хлопчиків. Однак виявили кілька випадків типової клінічної картини міопатії у жінок. Вони виявилися пов'язаними з транслокаціями між хромосомою X та аутосомами, причому у хромосомі X розрив завжди локалізувався в районі Хр21.

Слайд 38

Картування гена іноді можна досягти з допомогою використання ефекту дози гена. Що стосується делеції слід очікувати зменшення на 50 % продукту гена (це передусім може бути фермент). Саме таким способом було картовано ген кислої фосфатази еритроцитів у хромосомі 2.

gene mapping, mapping- картування генів.

визначення положення даного гена на будь-якій хромосомі щодо інших генів; використовують три основні групи методів К.р.- фізичне (визначення за допомогою рестрикційних карт, електронної мікроскопії та деяких варіантів електрофорезу міжгенних відстаней - у нуклеотидах), генетичне (визначення частот рекомбінацій між генами, зокрема, у сімейному аналізі та ін.) та цитогенетичне (гібридизації in situ<in situ hybridization>, одержання монохромосомних клітинних гібридів<monochromosomal cell hybrid>, делеційний метод<deletion mapping> та ін); в генетиці людини прийнято 4 ступеня надійності локалізації даного гена - підтверджена (встановлена у двох і більше незалежних лабораторіях або на матеріалі двох і більше незалежних тест-об'єктів), попередня (1 лабораторія або 1 аналізована сім'я), суперечлива (несупад даних різних дослідників), сумнівна (не уточнені дані однієї лабораторії); у Додатку 5 наведено зведення (станом на 1992-93) структурних генів, онкогенів та псевдогенів у геномах людини та - включаючи деякі мутації - миші.

(Джерело: «Англо-російський тлумачний словник генетичних термінів». Ареф'єв В.А., Лісовенко Л.А., Москва: Вид-во ВНІРО, 1995 р.)

- Складання схем, в яких брало гени розташовані в лінійному порядку із зазначенням відносних відстаней між ними. Методи Г. к.: комбінаційні, рестрикційні, фізичні, транскрипційні, трансляційні...
Словник мікробіології
- Вивчення географічного розподілу алелів генів за допомогою картування генетичних даних по популяціях з подальшим аналізом геногеографічних карт. Мета методу - вивчення просторових...
- Див. Географічний метод...
Фізична антропологія. Ілюстрований тлумачний словник
- genetic mapping - .Визначення положення генів на генетичній карті , що базується на оцінці частоти рекомбінації між ними, а також маркерними генами.
- deletion mapping - .Метод визначення положення генних локусів у геномі за допомогою невеликих делецій з відомою локалізацією...
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- denaturation mapping - .Метод ідентифікації частково денатурованих молекул ДНК за розташуванням уздовж неї легкоплавких АТ-багатих ділянок, що відображає особливості первинної структури.
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- exclusive mapping - .Спосіб картування генів на хромосомі , що складається у виключенні ділянок, що захоплюються делеціями з відомим становищем.
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- backcross mapping - .Генетичний метод картування, заснований на отриманні беккросних гібридів споріднених форм та аналізі розщеплення варіантів алелів, поліморфних за довжинами рестрикційних фрагментів.
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- crossing-over mapping - .Метод визначення міжлокусних відстаней за частотою утворення кросоверних фенотипів, ці відстані виражають у кросоверних одиницях; точність К.п.к. залежить від прояву інтерференції <...
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- positional cloning - .Початковий етап визначення гена, мутація в якому обумовлює аналізоване НЗЧ.
Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник
- встановлення порядку розташування генів та відносної відстані між ними у групі зчеплення.
Великий медичний словник
- Ті, хто ввів це поняття, розглядається як одна з геол. дисциплін, що вивчає методи складання геол. карт та їх практичне застосування...
Геологічна енциклопедія
- складання геоморфологічної карти будь-якого м-ба в полі на відміну від картографування геоморфологічного - складання оглядових зведених геоморфологічних карт шляхом генералізації геоморфологічних карт.
Геологічна енциклопедія
- Складання карт та картосхем біогеохім. районування. Картування біогеохімічне - необхідний метод вивчення будови біосфери та районування біогеохімічного...
Екологічний словник
- карт"...
Російський орфографічний словник
- ...
Форми слова

"картування генів" у книгах

1. Промотори генів

З книги Гени та розвиток організму автора Нейфах Олександр Олександрович

1. Промотори генів У цьому розділі ми коротко розповімо у тому, які нуклеотидні послідовності, прилеглі до генів, котрий іноді всередині гена, відповідальні за процес транскрипції. У прокаріотів ці ділянки, з якими зв'язується молекула РНК-полімерази і звідки

Картування геному людини

автора Глед Джон

Дуплікація генів

З книги Еволюція [Класичні ідеї у світлі нових відкриттів] автора Марков Олександр Володимирович

Думка про те, що дуплікація генів служить найважливішим джерелом еволюційних нововведень, була висловлена ще в 1930-і роки видатним біологом Джоном Холдейном. Сьогодні в цьому немає жодних

Картування геному людини

З книги «Майбутня еволюція людини». Євгеніка XXI століття автора Глед Джон

Картування геному людини Нам нема чого богів даремно турбувати - Є нутрощі жертв, щоби про війну ворожити, Раби, щоб мовчати, і каміння, щоб будувати! Осип Мандельштам, "Природа - той же Рим ..." Генетика - молода наука. Еволюція видів була по-справжньому відкрита

Генов

З книги Велика Радянська Енциклопедія(ГЕ) автора Вікіпедія

Когнітивне картування та операційне кодування

З книги Інформаційні війни [Основи військово-комунікативних досліджень] автора Почепцов Георгій Георгійович

Когнітивне картування та операційне кодування Тепер ми зупинимося на когнітивному моделюванні політики. Проблема когнітивного моделювання формулюється як пошук кореляції «між лінгвістичними структурами тексту та структурами уявлень його

3 Інтегральний інтелект: картування патернів людського вулика

автора Хемілтон Мерілін

3 Інтегральний інтелект: картування патернів людського вулика «Той факт, що бджоли сьогодні мають карту, необов'язково означає, що в них вона була до того, як еволюціонував їх танець: карта могла прийти пізніше у вигляді економічного способу роботи зі складною

Картування основних патернів міського життя

Із книги Інтегральне місто. Еволюційні інтелекти людського вулика автора Хемілтон Мерілін

Картування основних патернів міського життя Для того щоб зрозуміти природу міст як живих систем (і тим самим їх фрактальну, голографічну та морфічну природу), ми повинні розглянути чотири основні карти міського життя:? чотирисекторну

Визначення поняття «картування ідей»

автора Наст Джеймі

Визначення поняття «картування ідей» «Ментальна карта використовує весь діапазон здібностей кори головного мозку із застосуванням слів, зображень, чисел, логіки, ритму, кольору, а також просторових відносин у єдиній унікально потужній техніці. Завдяки