Genetická väzba: definícia, mapovanie génov, rekombinácia a centimorgan
Genetická väzba, mapovanie génov, rekombinácia a centimorgan — jasný prehľad princípov, výpočtov a metód na tvorbu genetických máp a meranie vzdialeností medzi génmi.
Genetická väzba nastáva vtedy, keď sa alely v rôznych lokusoch nesegregujú náhodne a pozorujeme odchýlku od očakávanej nezávislej segregácie. Druhý Mendelov zákon je teda v takýchto prípadoch lokálne porušený – alely, ktoré sú blízko seba na tom istom chromozóme, majú tendenciu byť dedené spolu.
Prečo sa gény viažu
Gény sú prepojené, ak sa nachádzajú na tom istom chromozóme. Počas meiózy sú chromatidy (a s nimi gény) skúsené procesom rekombinácie. Ak sú dva gény veľmi blízko pri sebe, pravdepodobnosť, že medzi nimi dôjde k výmene génového materiálu, je nízka, takže zostávajú v rovnakých kombináciách – dediace teda vykazuje väzbu. Naopak alely génov umiestnených na rôznych chromozómoch sa zvyčajne dedia nezávisle, keďže celé chromozómy sa pri meióze rozdeľujú nezávisle.
Mechanizmus rekombinácie
Počas segregácie chromozómov dochádza počas meiózy k kríženiu medzi homológnymi chromozómami, pri ktorom môže prebehnúť výmena DNA. Výsledkom takéhoto kríženia sú rekombinantné chromatidy, ktoré kombinujú alely z oboch rodičovských chromozómov. Pravdepodobnosť oddelenia dvoch alel rastie s fyzickou vzdialenosťou medzi nimi: čím ďalej od seba sú, tým väčšia je šanca, že medzi nimi nastane aspoň jedno kríženie.
Mapovanie génov pomocou frekvencie rekombinantov
Relatívnu vzdialenosť medzi dvoma génmi možno odhadnúť pomocou analýzy potomstva jedinca, ktoré vykazuje dva prepojené genetické znaky. Postup bežne zahŕňa kríženie, pri ktorom sú rodičia heterozygotní v dvoch lokusoch (alebo testcross), a potom spočítanie potomkov s rodičovskými (parentálnymi) a rekombinantnými kombináciami znakov. Frekvencia rekombinantov (RF) sa vypočíta ako
- RF = (počet rekombinantov / celkový počet potomstva) × 100 %.
Táto hodnota približne korešponduje s fyzickou vzdialenosťou medzi génmi v jednotkách mapy: čím vyššie percento rekombinantov, tým väčšia vzdialenosť. Príklad: zo 1000 potomkov je 120 rekombinantov → RF = 12 % → približne 12 jednotiek mapy (12 centimorganov).
Centimorgan a jednotky mapy
Táto metóda bola jednou z prvých použitých na mapovanie génov na chromozómoch. Vzdialenosť medzi génmi sa často udáva v jednotkách genetickej mapy (m.j.) alebo v centimorganoch
Mapové funkcie a obmedzenia
Aby sa zohľadnili viacnásobné kríženia a lepšie prepočetli frekvenciu rekombinantov na skutočnú genetickú vzdialenosť, používajú sa mapové funkcie (napr. Haldaneova a Kosambiho funkcia). Tieto funkcie upravujú priame percento rekombinantov na odhadovateľnú vzdialenosť (v cM) tak, aby boli výsledné mapy konzistentnejšie pri väčších vzdialenostiach.
Ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú mapovanie a interpretáciu väzby:
- Interferencia: prítomnosť jedného kríženia môže znižovať pravdepodobnosť blízkeho druhého kríženia.
- Fáza väzby (coupling vs repulsion): konfigurácia alel (cis alebo trans) ovplyvňuje, ktoré potomky považujeme za rekombinantné.
- Veľkosť vzorky: malé počty potomkov vedú k veľkým náhodným chybám v odhade RF.
- Heterochromatín a štruktúra chromozómu: niektoré oblasti majú nízku frekvenciu kríženia, čo skresľuje mapovanie.
Praktické využitie
Mapovanie väzbou slúži ako nástroj v genetike a genomike na určenie relatívnej polohy génov, identifikáciu génov zodpovedných za znaky (napr. dedičné choroby, agronomické vlastnosti) a na konštrukciu genetických máp, ktoré sú základom pre následné fyzické mapovanie a sekvenovanie. Pri použití tejto metódy je dôležité získavať dostatočne veľké a dobre kontrolované križovania a používať vhodné mapové funkcie na korekciu za viacnásobné rekombinácie.
Zhrnutie: genetická väzba odráža fyzické umiestnenie génov na tom istom chromozóme a meria sa prostredníctvom frekvencie rekombinantov medzi znakmi; 1 % rekombinantov približne zodpovedá 1 centimorganu, ale pri väčších vzdialenostiach treba využiť mapové funkcie a zohľadniť viacnásobné kríženia a interference.
Súvisiace stránky
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to genetická väzba?
Odpoveď: Genetická väzba nastáva vtedy, keď sa alely v rôznych lokusoch nesegregujú náhodne, čím sa porušuje druhý Mendelov zákon. Gény sú spojené, keď sú na tom istom chromozóme a majú tendenciu zostať spolu počas meiózy.
Otázka: Ako sa môžu alely na tom istom chromozóme oddeliť?
Odpoveď: Alely na tom istom chromozóme sa môžu oddeliť krížením DNA počas meiózy, keď sa chromozómy segregujú. Pravdepodobnosť, že sa to stane, sa zvyšuje, ak sú alely na chromozóme ďaleko od seba, pretože je pravdepodobnejšie, že medzi nimi dôjde k prekríženiu.
Otázka: Aká technika sa použila na mapovanie génov na chromozómoch?
Odpoveď: Prvou technikou použitou na mapovanie génov na chromozómoch bolo vypočítanie relatívnej vzdialenosti medzi dvoma génmi pomocou potomstva organizmu, ktorý vykazuje dva súvisiace genetické znaky. Zaznamenalo sa percento potomstva, v ktorom sa tieto dva znaky nevyskytujú spoločne, a vyššie percentá naznačujú bližšie umiestnenie génov na chromozóme.
Otázka: Čo je to jednotka genetickej mapy (m.j.) alebo centimorgán?
Odpoveď: Jednotka genetickej mapy (m.j.) alebo centimorgan je definovaná ako vzdialenosť medzi génmi, pre ktoré je jeden produkt meiózy zo 100 rekombinantný. Rekombinantná frekvencia (RF) 1 % zodpovedá 1 m.u.
Otázka: Ako sa vytvára mapa väzieb?
Odpoveď: Mapu väzieb možno vytvoriť zistením mapových vzdialeností medzi viacerými znakmi, ktoré sa nachádzajú na tom istom chromozóme, pričom je ideálne vyhnúť sa výrazným medzerám medzi znakmi, aby sa zabránilo súčasnému viacnásobnému kríženiu.
Otázka: Čo sa stane, ak sú medzi znakmi pri vytváraní mapy väzieb výrazné medzery?
Odpoveď: Ak sú pri vytváraní mapy väzieb medzi znakmi výrazné medzery, zvyšuje sa možnosť, že sa súčasne vyskytne viacero krížení, čo by mohlo viesť k získaniu nepresných výsledkov mapovania umiestnenia génov a ich vzájomných vzdialeností pozdĺž chromozómov.
Prehľadať