Кіріспе

Сандық белгінің өзгеруімен байланысты ДНК локусы

Сандық белгі локусы (QTL) – организмдер популяциясының фенотипіндегі сандық белгінің өзгеруімен байланысты ДНК бөлігі (локус). QTL-дер молекулалық маркерлердің (мысалы, SNP немесе AFLP) байқалған белгімен байланысын анықтау арқылы картаға түсіріледі. Бұл көбінесе белгінің өзгеруіне себеп болатын нақты гендерді анықтаудың бастапқы қадамы болып табылады.

Анықтама

Санаттық белгілер локусы (QTL) – белгілі бір фенотиптік қасиетпен байланысты ДНК аймағы, оның дәрежесі әртүрлі және полигендік әсерлерге, яғни екі немесе одан көп гендердің және олардың қоршаған ортасының әрекетіне байланысты болатын қасиет. Бұл QTL-дар көбінесе әртүрлі хромосомаларда кездеседі. Фенотиптік қасиеттегі өзгеріштікті түсіндіретін QTL-дардың саны қасиеттің генетикалық архитектурасын көрсетеді. Бұл өсімдік биіктігін кішкентай әсер ететін көптеген гендер немесе үлкен әсер ететін аздаған гендер бақылайтынын көрсетуі мүмкін. Әдетте, QTL-дар үздіксіз қасиеттерге (мысалы, биіктік сияқты үздіріліссіз өзгеретін қасиеттер) негізделеді, дискретті қасиеттерге (екі немесе бірнеше белгілік мәндері бар қасиеттер, мысалы, адамдардағы қызыл шаш – рецессивтік қасиет немесе Мендель тәжірибелерінде қолданған тегіс және қырлы бұршақ) қарағанда. Сонымен қатар, бір ғана фенотиптік қасиет әдетте көптеген гендермен анықталады. Сәйкесінше, көптеген QTL-дар бір қасиетпен байланысты болуы мүмкін. QTL-дардың тағы бір пайдасы – қасиеттің негізін құрайтын үміткер гендерді анықтау. Осы аймақтағы кез келген гендердің ДНК тізбегін функциясы белгілі гендердің ДНК базасымен салыстыруға болады, бұл маркерлік көмекпен егінге жақсарту жасау үшін маңызды міндет болып табылады.

Жалпы көп факторлы қасиеттер

Қоршаған орта мен генетикалық факторлардың әсерінен қалыптасқан қасиеттер көпфакторлы деп аталады. Әдетте, аурудан басқа көпфакторлы белгілер организмдерде, әсіресе адамдарда үздіксіз сипаттамалар түрінде көрінеді, мысалы: бой. Бұл фенотиптердің барлығы гендер мен қоршаған ортаның әсері арасындағы күрделі өзара әрекеттесумен сипатталады. Сондықтан, полигендік қасиеттердің ерекшелігіне байланысты, мұрагерлік қарапайым моногибридтік немесе дигибридтік будандастыру үлгісін қайталай бермейді. QTL картасын қолданатын статистикалық генетиктердің тағы бір қызығушылығы – фенотиптік белгіге жататын генетикалық құрылымның күрделілігін анықтау. Мысалы, олар фенотипті көптеген тәуелсіз локустар немесе аздаған локустар қалыптастыра ма, және олардың арасында өзара әрекеттесу бар ма деп білгісі келеді. Бұл фенотиптің қалай эволюцияға ұшырағаны туралы мәлімет бере алады. Соңғы кезде классикалық QTL талдаулары гендік экспрессияны анықтаумен, яғни ДНК микромассивтерімен біріктірілді. Мұндай экспрессиялық QTL (eQTL) көбінесе аурулармен байланысты гендердің экспрессиясын бақылайтын цис және транс элементтерін сипаттайды. Байқалған эпистаздық әсерлер, метаболикалық жолдар мен ғылыми әдебиеттердің дерекқорларындағы өзара әрекеттесетін локустардағы гендерді салыстырып тексеру арқылы жауапты генді анықтауға көмектеседі.

Дисперсиялық талдау

QTL картасын құрудың ең қарапайым әдісі – маркер локустарындағы дисперсия талдауы (ANOVA, кейде «маркер регрессиясы» деп аталады). Бұл әдісте кері будандастыруда екі маркерлік генотиптік топтардың орташаларын салыстыру үшін t статистикасын есептеуге болады. Басқа типтегі будандастыруларда (мысалы, аралас будандастыруда), екіден астам мүмкін генотиптер болғанда, F статистикасын беретін ANOVA-ның жалпы түрі қолданылады. QTL картасын құруда ANOVA әдісінің үш маңызды кемшілігі бар. Біріншіден, QTL орналасуы мен QTL әсерінің жеке бағалауларын алмаймыз. QTL орналасуы тек генотиптік топтардың орташа көрсеткіштері арасындағы ең үлкен айырмашылықты көрсететін маркерлерді қарастыру арқылы анықталады, ал маркердегі көрінетін QTL әсері, маркер мен QTL арасындағы рекомбинация нәтижесінде нақты QTL әсерінен кішірек болады. Екіншіден, маркерде генотипі жоқ жеке тұлғаларды шығарып тастау қажет. Үшіншіден, маркерлер кеңінен орналасқанда QTL барлық маркерлерден қашықта болуы мүмкін, сондықтан QTL-ды анықтау мүмкіндігі төмендейді.

Композиттік аралық картасы (CIM)

Бұл әдісте маркерлік локустардың ішкі жиыны ковариаттар ретінде қолданылып, интервалдық карталау жүргізіледі. Бұл маркерлер басқа QTL-дардың орнына қолданылатын шамалар болып табылады, интервалдық карталаудың дәлдігін арттырады, байланысты QTL-дарды ескереді және қалдық вариацияны азайтады. CIM-нің басты мәселесі – ковариаттар ретінде қолданылатын тиісті маркерлік локустарды таңдау болып табылады; олар таңдалғаннан кейін CIM модельдік таңдау мәселесін бір өлшемді іздеуге айналдырады. Алайда, маркерлік ковариаттарды таңдау мәселесі шешілмеген. Күтпеген нәрсе емес, ең тиімді маркерлер нақты QTL-дарға ең жақын болады, сондықтан егер оларды табу мүмкін болса, QTL карталау мәселесі бәрібір толыққандай аяқталады. QTL карталаудың мүмкін әдісі ретінде инклюзивті композиттік интервалдық карталау (ICIM) ұсынылған.

Отбасылық ата-тегінен тұратын карта

Отбасыға негізделген QTL картасы немесе Отбасылық тұқым тегіне негізделген карта (Қосылым және қауымдастық картасы) бір отбасының орнына бірнеше отбасыны қамтиды. Отбасыға негізделген QTL картасы эксперименттік будандастырулар жасау қиын болған гендерді карталаудың жалғыз тәсілі болды. Дегенмен, кейбір артықшылықтарының болуына байланысты, қазір өсімдік генетиктері адам генетикасындағы жаңалықтардың кейбір әдістерін қолдануға ұмтылуда. Отбасылық тұқым тегіне негізделген тәсілді қолдану талқыланды (Bink et al. 2008). Отбасылық қосылым және қауымдастыру сәтті іске асырылды (Rosyara et al. 2009).