Составление генетических карт

Составление генетических карт

Генетической картой хромосом называют схему относительного положения генов, находящихся в одной группе сцепления.

В настоящее время построены генетические карты хромосом человека, мыши, сельскохозяйственных животных и многих других организмов. Эти данные так же доступны в Internet (см. приложение, примечание 7). 
 
Генетические карты разных видов. 
 
Генетическую карту составляют для каждой пары гомологичных хромосом. Группы сцепления нумеруют последовательно, по мере их обнаружения. Кроме номера группы сцепления, указывают полные или сокращённые названия мутантных генов, их расстояния в морганидах от одного из концов хромосомы, принятого за нулевую точку, а также место центромеры. Составить генетическую карту можно только для объектов, у которых изучено большое число мутантных генов. 
 
Например, у дрозофилы идентифицировано свыше 500 генов, локализованных в её 4 группах сцепления(см. приложение, рис.1), у кукурузы — около 400 генов, распределенных в 10 группах сцепления (см. приложение, рис. 2). У менее изученных объектов число обнаруженных групп сцепления меньше гаплоидного числа хромосом. Так, у домовой мыши выявлено около 200 генов, образующих 15 групп сцепления (на самом деле их 20); у кур изучено пока всего 8 из 39. У человека из ожидаемых 23 групп сцепления (23 пары хромосом) идентифицировано только 10, причём в каждой группе известно небольшое число генов; наиболее подробные карты составлены для половых хромосом. У бактерий, которые являются гаплоидными организмами, имеется одна, чаще всего непрерывная, кольцевая хромосома и все гены образуют одну группу сцепления (см. приложение, рис.3). При переносе генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент, например при конъюгации ,кольцевая хромосома разрывается и образующаяся линейная структура переносится из одной бактериальной клетки в другую (у кишечной палочки в течение 110—120 мин). Искусственно прерывая процесс конъюгации, можно по возникшим типам рекомбинантов установить, какие гены успели перейти в клетку-реципиент. В этом состоит один из методов построения генетических карт бактерий. 
 
Построение генетических карт. 
 
Существование кроссинговера побудило Моргана разработать в 1911-1914 гг. принцип построения генетических карт хромосом. В основу этого принципа, как было замечено выше, положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. За единицу расстояния между двумя генами условились принимать 1 % перекреста между ними. 
 
Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. Между ними обнаружен перекрест в 10 %. Следовательно, гены А и В находятся на расстоянии 10 единиц. Допустим далее, что к этой же группе сцепления относится ген С. Чтобы узнать его место в хромосоме, необходимо выяснить, какой процент перекреста он дает с обоими из двух уже известных генов. Например, если с А он дает 3 % перекреста, то можно предположить, что ген С находится либо между А и В, либо с противоположной стороны, то есть А расположен между В и С.  
 
Существует формула закономерности: если гены А, В и С относятся к одной группе сцепления и расстояние между генами А и В равно нескольким единицам, а расстояние между В и С - одной единице, то расстояние между А и С может быть либо k +1, либо k-1. 
 
Чем дальше друг от друга гены лежат в хромосоме, тем чаще для них будет наблюдаться кроссинговер . Представим себе, что гены лежат на разных концах хромосомы (см. приложение, рис. 4). Тогда в каком бы месте не произошел кроссинговер, эти гены разойдутся в разные хромосомы.  
 
Теперь представим себе, что два гена лежат близко друг от друга. Такие гены будут расходиться в разные хромосомы только в том случае, когда точка перекрестка хромосом окажется на коротком участке между ними, т.е. редко. Таким образом, вероятность расхождения генов при кроссинговере зависит от расстояния между генами на хромосоме. Значит, измеряя частоту кроссинговера между разными генами, можно определить расстояние между ними на хромосоме.  
 
А если изучать кроссинговер не для двух, а для трех генов, то можно выяснить, какой из трех генов лежит между двумя другими. Пусть, например, кроссинговер между генами A и В встречается в 1% случаев, между генами В и С в 2% случаев, а между генами A и С в 3% случаев. Тогда ясно, что ген В лежит между генами A и С, и что ген С лежит от гена В вдвое дальше, чем ген A. Таким образом, изучение кроссинговера позволяет определить положение генов на хромосоме и расстояние между ними, т.е., как говорят, построить генетическую карту хромосомы. Пример участка генетической карты для одной из хромосом дрозофилы приведен на (первые такие карты были опубликованы в книге Моргана и его сотрудников в 1915 г.). При построении генетических карт было выяснено, что число генов на хромосоме примерно пропорционально длине хромосомы: на длинных хромосомах расположено больше генов. Генетические карты составлены для многих животных и растений, а также для человека. При составлении генетических карт человека было показано, что перекрест между двумя генами происходит в 1% случаев, если расстояние между ними на молекуле ДНК составляет примерно миллион нуклеотидов. 

Построения генетической карты для бактерий.

 
Интересный способ построения генетической карты для бактерий был использован Э.Вольманом и Ф.Жакобом . При конъюгации бактерий одноцепочечная молекула ДНК переходит из одной бактерии в другую, там она достраивается и замыкается в кольцо. При этом существуют штаммы бактерий-доноров - тех, которые передают свою ДНК, и штаммы бактерий-реципиентов - тех, которые ДНК получают (иногда говорят, что доноры - это "мужской пол" у бактерий, а реципиенты - "женский").  
 
Вольман и Жакоб смешивали штаммы доноров и реципиентов кишечной палочки . Между бактериями начиналась конъюгация. А затем исследователи резко встряхивали пробирку с культурой бактерий, так что клетки конъюгирующих бактерий отделялись друг от друга, а молекула ДНК разрывалась. Такое встряхивание производили через разное время после начала конъюгации (через 5, 10, 20, 30, 40... мин). Если встряхивание производили раньше, чем через 8 мин после смешивания культур, в реципиентах вообще не обнаруживали чужой ДНК. Если пробирки встряхивали через 10 мин, т.е. в начале конъюгации, в бактерию-реципиента успевал проникнуть небольшой кусочек чужой ДНК; если через 20 мин, в реципиента успевало попасть примерно 20% молекулы ДНК и т.д. (см. приложение, рис. 5). После этого изучали, какие чужие гены попадали в реципиента с кусочками ДНК разной длины. Так строили генетическую карту бактерии. К 1985 г. на генетическую карту кишечной палочки удалось нанести таким методом более 1000 генов.