Генетична връзка — определение, рекомбинация и генетична картография

Генетична връзка, рекомбинация и генетична картография — ясни дефиниции, методи за изчисление на честота на рекомбинантност и картографиране на гени (сантиморгани).

Генетичната връзка се появява, когато алелите в различни локуси не се разделят на случаен принцип. По този начин се нарушава вторият закон на Мендел. С прости думи: два гена са в генетична връзка, когато унаследяването на алел на единия ген влияе на вероятността за унаследяване на алел на другия ген.

Защо гените се свързват

Гените са свързани, когато се намират в една и съща хромозома. В такъв случай те обикновено остават „заседнали“ заедно и се предават като блок по време на мейозата. Алелите за гени върху различни хромозоми обикновено се разпределят независимо, поради независимото подреждане на хромозомите в метафазата на мейозата.

Рекомбинация и кръстосване

По време на мейозата, когато хомоложните хромозоми се сдвоят, често се случва кръстосване на участъци от ДНК. При това се обменят парчета хроматиди и се образуват рекомбинантни хромозоми — комбинации от алели, които не са били съчетани в родителите. Вероятността за рекомбинация между два гена зависи главно от физическото им разстояние: колкото по-далеч са един от друг, толкова по-вероятно е между тях да настъпи кръстосване.

Измерване на генетично разстояние и картографиране

Относителното разстояние между два гена се оценява чрез наблюдение на потомството на организъм, носещ две различни наследствени признака. Брои се процентът от продуктите на мейозата (потомството), в които признаците са рекомбинирани — т.нар. честота на рекомбинантност (recombination frequency, RF). Тази честота често се преобразува в генетични единици:

• 1 % рекомбинация = 1 генетична картографска единица (м.е.) или сантиморган (cM).
• Например RF = 5 % ≈ 5 cM (приблизително).

Това е една от първите техники за картографиране на гени върху хромозомите: чрез изчисляване на броя на рекомбинантите може да се оцени разстоянието между гените и да се построи карта на връзките. Картите се съставят чрез намиране на разстояния между множество признаци на една и съща хромозома; идеално е да се избягват големи пропуски, които могат да скрият възможността за многократно кръстосване.

Ограничения на честотата на рекомбинация

Честотата на рекомбинация е добра приблизителна мярка за кратки разстояния, но подценява действителното физическо разстояние при по-големи отстояния. Причината е, че между два далечни гена могат да се случат два или повече кръстосвания (двойни, тройни и т.н.), които възстановяват първоначалната комбинация и остават незабелязани като рекомбинация. За корекция се използват т.нар. картографски функции (например Haldane и Kosambi), които преобразуват наблюдаваната RF в очакван брой кросинговери и дават по-точна оценка на разстоянието.

Друг феномен е интерференцията — склонността едно кръстосване да повлияе на вероятността за появата на друго в близост; при положителна интерференция двойните кръстосвания са по-редки от очакваното.

Експериментални подходи и съвременни методи

• Класически генетични кръстоски: тесткрос (кръстоска с хомозиготен рецесивен индивид) и обратно кръстосване се използват за откриване на рекомбинации и изчисляване на RF.
• Фаза на алелите: при двоен хетерозигот е важно да се знае дали алелите са в „куплинг“ (в същия хомоложен хроматид) или в „репулсия“ (разпръснати), тъй като това променя очакваните фенотипни съотношения.
• Молекулярни маркери: микросателити, SNP (еднобазови замени) и други маркери позволяват висока резолюция при изграждане на генетични карти.
• Съвременни подходи: високопроходно секвениране и геномни асоциационни изследвания (GWAS) дават много подробни карти и позволяват локализиране на гени, свързани с болести или стопански качества.
• Анализи на родословни данни и LOD-скор (логаритмичен шанс) се използват в човешката генетика за откриване на връзка между маркери и болестни варианти.

Практически съображения

• Рекомбинационните честоти могат да се различават между полове (сексуален диморфизъм в рекомбинацията).
• Има региони с много висока (hotspots) или потисната (напр. около центромера) рекомбинация — това влияе върху картографската резолюция.
• Генетичните карти отразяват честота на кръстосване, а не директно физическо разстояние (bp). Съществува несъответствие между генетични и физични карти, особено при големи региони.
• Генетична конверсия — несиметрично събитие на обмяна на кратки участъци — може да промени локалните честоти и да усложни анализа.

Генетичната връзка и картографирането остават основни инструменти в класическата и молекулярната генетика — от основните изследвания на наследствеността до прилагането им в селекцията, идентификацията на гени за болести и изследването на еволюционни процеси.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява генетичното свързване?

Въпрос: Как алелите на една и съща хромозома могат да се разделят?

Въпрос: Каква техника е използвана за картографиране на гените върху хромозомите?

Въпрос: Какво представлява единицата на генетичната карта (m.u.) или сантиморган?

В: Как се създава карта на връзките?

В: Какво се случва, ако при създаването на карта на връзките има значителни пропуски между признаците?

Търсене по буква