Презентация на тему "Генетический анализ: картирование хромосом"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  ​Генетический анализ: картирование хромосом, кроссинговер и группы сцепления генов

  • Минск, 2010
• 
  Слайд 2
  

  • Генетические задачи решаются легко только тогда, когда они предварительно уже решены другими. Поэтому необходимо предостеречь тех, кто впервые приступает к генетическому анализу, от уныния и пессимизма, если их первые попытки окажутся неудачными.
  • Александр Сергеевич Серебровский
• 
  Слайд 3

  Вопросы

  • Сцепленное наследование признаков: группы сцепления и кроссинговер.
  • Картирование хромосом.
• 
  Слайд 4
  

  • Сцепленное наследование признаков
• 
  Слайд 5

  Группа сцепления

  • Группа сцепления - совокупность генов, лежащих в одном генетическом носителе (одной хромосоме или одном нехромосомном элементе), для которой характерен совместный характер наследования в ряду поколений.
  • Особенности:
  • - Сцепленные гены, а также детерминируемые ими признаки в ряду поколений передаются вместе, единым блоком.
  • Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. Исключением являются высшие организмы c гетерогаметным полом (у человека диплоидный набор равен 46 хромосомам, но у ♂ 24 группы сцепления: 22 соответствуют 22 аутосомам и 2 – X- и Y-хромосомам).
  • Совместное наследование генов ограничивает их свободное комбинирование во время гаметогенеза.
  • Нарушение сцепления обеспечивает дополнительный источник комбинативной изменчивости.
• 
  Слайд 6

  Особенности проявления

  • Сцепление отсутствует – независимое наследование признаков (генов), лежащих в одном генетическом носителе (одной хромосоме или одном нехромосомном элементе), для которых совместный характер наследования не выявляется в ряду поколений.
  • - Равновероятностное образование гамет всех классов (2n, где n-число анализируемых генов).
  • - Наследование подчиняется законам независимого наследования признаков.
  • Сцеплениеполное – наследование признаков (генов), локализованных в одном генетическом носителе (одной хромосоме или одном нехромосомном элементе), для которых установлен строгий (полный) совместный характер наследования в ряду поколений.
  • - Для одной группы сцепления характерно образование в равном соотношении только двух классов гамет с исходным родительским сочетанием аллелей.
  • - Наследование группы сцепления подчиняется законам моногибридного скрещивания.
• 
  Слайд 7
  

  • Сцепление неполное - наследование признаков (генов), локализованных в одном генетическом носителе (одной хромосоме или одном нехромосомном элементе), для которых установлен нестрогий (неполный) совместный характер наследования в ряду поколений.
  • Образование гамет всех классов (2n, где n-число анализируемых генов).
  • Образованные гаметы представлены 2 группами: гаметы родительского типа (некроссоверные, 2 класса), несущих родительские комбинации аллелей, и 2n-2 (максимально) классов кроссоверных, или рекомбинантных гамет, которые несут хромосомы с новыми комбинациями аллелей. При этом соотношение таких классов гамет и, как следствие, фенотипических классов потомства, будет иным, нежели при независимом наследовании: частота появления особей родительского типа будет достоверно выше, чем частота появления особей кроссоверного типа. Внутри одного типа (родительского или кроссоверного) гаметы представлены парами с одинаковой частотой, такие пары называют реципрокными классами.
• 
  Слайд 8

  Примеры

  • P: ♀ AABB ♂ aabbP: ♀ AA//BB ♂aa//bb
  • Gp: AB ab Gp: AB ab
  • F1: ♀ AaBb  ♂AaBb F1: ♀ AB//ab  ♂AB//ab
  • единообразие единообразие
  • GF1: ¼ AB ¼ Ab ¼ aB ¼ ab GF1: ½ AB ½ ab
  • F2: расщепление по генотипу (1:2:1)2 или1:2:1:2:4:2:1:2:1 , по фенотипу (3:1)2 или 9:3:3:1
  • Сцепление отсутствуетСцеплениеполное
  • F2: расщепление по генотипу 1:2:1, по фенотипу 3:1
• 
  Слайд 9

  Сцепление неполное

  • Дигибридное Тригибридное
  • P: ♀ AB//AB♂ ab//abP: ♀ ABC//ABC  ♂ abc//abc
  • Gp: AB ab Gp: ABC abc
  • F1: ♀ AB//ab  ♂ AB//ab F1: ♀ ABC//abc  ♂ ABC//abc
  • единообразие единообразие
  • GF1: родительский рекомбинантныйGF1: родительский рекомбинантный
  • 2 2n-2 2 2n-2
  • AB - 40%Ab - 10% ABC - 34% Abc - 8,5%
  • ab - 40% aB - 10% abc - 34% aBC - 8,5%
  • ABc - 6%
  • abC - 6%
  • AbC - 1,5%
  • aBc - 1,5%
  • F2: расщепление
  • по генотипу 1 :2 :1 :2 :4 :2 :1 :2 :1 по фенотипу 9 :3 :3 :1 16 :8 :1 :8 :34 :8 :1 :8 :16 66 :9 :9 :16
  • 2n
  • AB – 20 cM, BC – 15 cM
• 
  Слайд 10
  

  • Частота появления кроссоверных особей определяется частотой кроссинговера (rf), происходящего между двумя сцепленными генами. Этот показатель рассчитывается по формуле:
  • сумма кроссоверных особей
  • rf =  100%
  • сумма всех особей
  • Величина кроссинговера является мерой расстояния (силы сцепления) между генами: чем ближе друг к другу расположены гены в хромосоме, тем реже между ними происходит кроссинговер, и, наоборот, чем дальше друг от друга гены располагаются, тем чаще между ними возможен перекрест. Т.е. гены могут принадлежать к одной группе сцепления, но находится на расстоянии более 50 сМ друг от друга (1сМ = 1% кроссинговера). Поскольку частота кроссинговера между ними составляет 50% и более считается, что такие гены наследуются независимо, а детерминируемые ими признаки не сцеплены Так, гены, контролирующие окраску цветка и семени у садового гороха, локализованы в одной хромосоме на расстоянии 200 сМ.
• 
  Слайд 11

  Анализирующее скрещивание

  • Разная частота появления особей в анализирующем скрещивании позволяет:
  • - утверждать о том, что гены сцеплены;
  • - установить силу сцепления (частоту кроссинговера) между этими генами;
  • - установить частоту образования кроссоверных гамет и гамет родительского типа (100% - GК, где GК- частота кроссоверных гамет);
  • - определить генотип гетерозиготного родителя (по классам особей родительского типа, т.е. особей, возникающих с большей частотой).
  • Следует помнить, что генотип кроссоверных гамет и, как следствие, кроссоверных особей, зависит от исходного положения доминантных аллелей в гомологичных хромосомах дигетерозиготной особи (цис- и транс- положения).
• 
  Слайд 12
  

  • Картирование хромосом
• 
  Слайд 13
  

  • Картирование – это определение локализации и расположения генов и/или других структурных элементов ДНК друг относительно друга на последовательности хромосом или других нехромосомных элементов.
  • Одним из основных методов построения генетических карт является трехфакторное анализирующее скрещивание, которое позволяет определить принадлежность изучаемых генов к одной (или разным) группе сцепления, оценить относительное расстояние между ними и их взаимное расположение на хромосоме.скрещивание, в котором родительские формы различаются по одной паре альтернативных признаков, контролируемых аллелями одного гена.
• 
  Слайд 14

  ​Трехфакторное анализирующее скрещивание

  • P: ♀ ABC//abc  ♂ abc//abc
  • G♀: G♂:abc
  • родительский (2) Fa :
  • ABC 38,25 AaBbCc
  • abc 38,25 aabbcc
  • рекомбинантный (2n-2 )
  • кросс. класс (X)
  • Abc 4,25 Aabbcc
  • aBC 4,25 aaBbCc
  • кросс. класс (Y)
  • ABc 6,75 AaBbcc
  • abC 6,75 aabbCc
  • Дв. кросс. класс (Z)
  • AbC 0,75 AabbCc
  • aBc 0,75 aaBbcc
  • A B C
  • a b c
  • Между генами А и В частота рекомбинации определяется как доля кроссоверных гамет (т.е. гамет Аb_ и aB_ типа), возникающих в результате кроссинговера на участке AB и двойного кроссинговера: X + Z
  • rfAB =  100% (1)
  • сумма всех особей
  • Аналогично определяется расстояние между генами В и С (как доля кроссоверных гамет _Bc и _bC типа):
  • Y + Z
  • rfBC =  100% (2)
  • сумма всех особей
  • Расстояние между крайними генами А и С определяется как доля кроссоверных гамет А_с и a_C типа, возникающих в результате одиночных обменов на участках AB и BC:
  • X + Y
  • rfAC =  100% (3)
  • сумма всех особей
  • Для определения расстояния между генами, необходимо определить частоту рекомбинации на участках AB, BC и АС
  • 76,5 %
  • 8,5 %
  • 13,5 %
  • 1,5 %
  • Σ= 100 %
• 
  Слайд 15

  ​Правило аддитивности

  • A 10 сМ B 15 сМ C
  • a 8,5% b 13,5 % c
  • X + Y
  • rfAC =  100% (3)
  • сумма всех особей
  • = 22 %
  • Расстояние между крайними генами А и С, должно равняться сумме расстояний между генами А-В и В-С:
  • rfAC = rfAB + rfBC (4)= 25 %
  • Однако это правило справедливо только в том случае, когда расстояние между крайними генами не превышает 10–15 сМ. Если же расстояние между крайними генами больше 15 сМ, то
  • rfAC < rfAB + rfBC (5)
  • Это обусловлено двумя факторами:
  • множественным кроссинговером, протекающим между крайними генами,
  • низкой разрешающей способностью классического гибридологического анализа.
  • Множественный кроссинговер – это одновременный кроссинговер, протекающий сразу на нескольких участках хромосомы. Частный случай - двойной кроссинговер, который приводит к образованию класса двойных кроссоверных гамет (AbC и aBc), возникающих в результате одновременного протекания кроссинговера на участках между генами A и B и генами B и C. С помощью классического гибридологического анализа такие гаметы можно обнаружить только тогда, когда расстояние между крайними генами превышает 15 cM. В конечном итоге их обнаружение будет искажать истинное расстояние между крайними генами, т.е. значение rfAC, рассчитанное по формуле 3 будет меньше суммы rfAB и rfBC. Для снятия этого противоречия для нахождения rfAC необходимо использовать расширенную запись формулы 4 в виде формулы 6:
  • Истинное расстояние между генами А и С равно сумме частот rfAB и rfBC или(=) сумме определенной по числу образования гамет, возникающих в результате одиночного кроссинговера на участке АС, и удвоенного числа образования двойных кроссоверных гамет. Если же расстояние между крайними генами составляет менее 15 сМ, то в анализирующем скрещивании реально не обнаруживается класса двойных кроссоверных гамет.
  • X + Y +2Z
  • rfAC =  100% (6)
  • сумма всех особей
• 
  Слайд 16

  Интерференция и коинциденции

  • Практический (или наблюдаемый) двойной кроссинговер можно определить по результатам трехфакторного анализирующего скрещивания как долю двойных кроссоверных гамет. При этом практический двойной кроссинговер происходит, как правило, с меньшей частотой, чем теоретически ожидаемый двойной кроссинговер (определяется как произведение частот одиночных кроссинговеров). Это противоречие возникает в силу положительной интерференции – явления, при котором кроссинговер, происходящий на одном участке, препятствует одновременному прохождению кроссинговера на соседнем участке. Значение интерференции определяется по формуле:
  • I = 1 – Cгде С – коэффициент коинциденции (или коэффициент совпадения).
  • В свою очередь коэффициент коинциденции рассчитывается по формуле:
  • практический двойной кроссинговер
  • С= 
  • теоретический двойной кроссинговер
  • Общие выводы
  • Картирование генов осуществляют по результатам трехфакторных анализирующих скрещиваний. При этом расстояние между генами определяют в процентах кроссинговера.
  • В силу линейного расположения генов, расстояние между крайними генами равно сумме расстояний между промежуточными генами.
  • Наиболее точно можно картировать гены, когда расстояние между крайними генами не превышает 10–15 сМ.
  • Частота кроссинговера между крайними генами, расположенными на расстоянии более 15 сМ, всегда меньше суммы частот рекомбинации между промежуточными генами на удвоенное значение двойного кроссинговера.
  • Наиболее точно картировать гены можно тогда, когда отсутствует практический двойной кроссинговер (С = 0, I = 1).
• 
  Слайд 17

  Общие принципы картирования

  • При построения генетических карт:
  • учитывают максимальное расстояние между генами;
  • наносят на карту два каких-либо гена, локализованных на наибольшем расстоянии друг от друга;
  • находят положение третьего гена, расположенного на небольшом расстоянии относительно первых двух. Он может быть либо между ними, либо справа, либо слева от них, что определяется путем сопоставления расстояний между первым и вторым, первым и третьим, вторым и третьим генами;
  • последовательно располагая близко лежащие гены относительно уже картированных, определяют порядок их локализации в хромосоме, т.е. строят генетическую карту.