Кіріспе
Молекулалық биология техникасы
Молекулалық биологияда шектеу фрагментінің ұзындығы полиморфизмі (RFLP) – гомологты ДНК тізбектеріндегі, полиморфизмдер деп аталатын өзгерістерді пайдаланатын, популяциялар немесе түрлер арасындағы айырмашылықтарды анықтауға немесе тізбектегі гендердің орналасқан жерін табуға мүмкіндік беретін техника. Бұл термин полиморфизмнің өзін, рестрикциялық ферменттердің орналасу жерлерінің өзгешелігі арқылы анықталғанда, немесе мұндай айырмашылықтарды көрсетуге арналған зертханалық техникаға қатысты болуы мүмкін. RFLP талдауында ДНК үлгісі бір немесе бірнеше рестрикциялық ферменттермен фрагменттерге бөлінеді, ал нәтижеде алынған фрагменттер мөлшеріне қарай гельдік электрофорез арқылы бөлінеді. RFLP талдауы қазіргі таңдағы арзан ДНК тізбектемелеу технологияларының дамуына байланысты көнеріп қалған, бірақ кеңінен қолданылуға жеткілікті түрде төмен бағалы алғашқы ДНК-профильдеу әдісі болды. RFLP талдауы геномды карталау, генетикалық ауруларға жауапты гендерді анықтау, ауруларға бейімділікті бағалау және әкелікке қатысты тексерулер үшін маңызды құрал болды.
In molecular biology, restriction fragment length polymorphism (RFLP) is a technique that exploits variations in homologous DNA sequences, known as polymorphisms, populations, or species or to pinpoint the locations of genes within a sequence. The term may refer to a polymorphism itself, as detected through the differing locations of restriction enzyme sites, or to a related laboratory technique by which such differences can be illustrated. In RFLP analysis, a DNA sample is digested into fragments by one or more restriction enzymes, and the resulting restriction fragments are then separated by gel electrophoresis according to their size. RFLP analysis is now largely obsolete due to the emergence of inexpensive DNA sequencing technologies, but it was the first DNA profiling technique inexpensive enough to see widespread application. RFLP analysis was an important early tool in genome mapping, localization of genes for genetic disorders, determination of risk for disease, and paternity testing.
РФЛП-ны талдау
РФЛП-ні анықтаудың негізгі техникасы ДНК үлгісін шектеу ферментін қолдану арқылы фрагменттеуді қамтиды, бұл фермент қысқа, нақты тізбек танылған жерде ДНК молекуласын таңдап кесуге мүмкіндік береді, бұл процесс шектеу ферментімен кесу деп аталады. Кесу нәтижесінде алынған ДНК фрагменттері агароздық гель электрофорезі деп аталатын процесс арқылы ұзындығы бойынша бөлінеді және Southern blot әдісі арқылы мембранаға көшіріледі. Мембрананы белгіленген ДНК зондымен гибридтеу, зондқа толық сәйкес келетін фрагменттердің ұзындығын анықтайды. Шектеу фрагменті ұзындығының полиморфизмі, егер анықталған фрагменттің ұзындығы жеке адамдар арасында өзгеше болса, яғни тізбек гомологиясы толық бірдей болмаса, орын алады. Әр фрагмент ұзындығы аллель ретінде қарастырылады, ол кодтау аймағын қамтиды немесе қамтимайды, және оны келесі генетикалық талдауларда пайдалануға болады.
Мысалдар
Белгілі бір шектеу фрагментінің мөлшері екі жалпы механизм арқылы өзгеруі мүмкін. Бірінші схемада геномның шағын сегменті ДНК зондымен (қалың сызық) анықталады. А-аллельде геном үш жақын орналасқан рестрикциялық ферменттермен (үшбұрыштар) кесіледі, бірақ зонд тек оң жақ фрагментті ғана анықтайды. a-аллельде 2-ші шектеу орны мутация нәтижесінде жойылған, сондықтан зонд енді 1-ші және 3-ші орындар арасындағы үлкен біріккен фрагментті анықтайды. Екінші диаграммада осы фрагмент мөлшерінің өзгеруі оңтүстік блоттан қалай көрінетіні және әр аллельдің (әр адамда екі) отбасы мүшелерінде қалай мұраға берілуі мүмкін екендігі көрсетілген. Үшінші схемада зонд пен рестрикциялық фермент геномның өзгермелі санды тандемді қайталау (VNTR) сегментін қамтитын аймақты анықтау үшін таңдалады (схемалық диаграммадағы тіктөртбұрыштар). c-аллельде VNTR-да бес қайталау бар, ал зонд екі шектеу орны арасындағы ұзын фрагментті анықтайды. d-аллельде VNTR-да тек екі қайталау бар, сондықтан зонд сол екі шектеу орны арасындағы қысқа фрагментті анықтайды. Басқа генетикалық процестер, мысалы, енгізілімдер, жойылулар, транслокациялар және инверсиялар да полиморфизмдерге алып келуі мүмкін. RFLP тесттері қысқа тандемді қайталау (STR) тесттеріне қарағанда ДНК-ның әлдеқайда үлкен үлгілерін қажет етеді.
Қолданбалар
РФЛП геномдардағы вариацияны талдау бұрын геномдық карта жасау және генетикалық ауруларды зерттеуде өте маңызды құрал болған. Егер зерттеушілер белгілі бір аурудың генінің хромосомалық орналасуын анықтауға тырысса, олар ауруға шалдыккан отбасы мүшелерінің ДНК-сын талдап, аурудың мұрагерлік үлгісімен ұқсас үлгіні көрсететін РФЛП аллельдерін іздейтін (генетикалық байланысқа қараңыз). Ауру гені локалдасқаннан кейін, басқа отбасылардың РФЛП талдауы ауруға шалдығу қаупі бар немесе мутациялық гендерді тасымалдаушы болуы мүмкін кімдерді анықтауға көмектесетін. РФЛП тестісі геномдағы ерекше үлгілерді талдау арқылы организмдерді анықтау және ажырату үшін қолданылады. Бұл сонымен қатар рестрикциялық сайттар арасындағы локустардағы рекомбинация деңгейін анықтау үшін де пайдаланылады. РФЛП талдауы алғашқы генетикалық саусақ іздерін жасау әдістерінің негізі болды, ол қылмыс орындарынан алынған үлгілерді анықтау, әкелікті анықтау және жануарлар популяцияларындағы генетикалық әртүрлілікті немесе өсіру үлгілерін сипаттау үшін пайдалы болды.
Баламалар
Алайда, RFLP талдау әдісі баяу және күрделі. Ол үшін үлкен көлемде ДНК үлгісі қажет, ал зондты белгілеу, ДНК-ны фрагментациялау, электрофорез, блоттинг, гибридтеу, жуу және авторадиографияның біріктірілген процесі бір айға дейін созылуы мүмкін. 1985 жылы олигонуклеотидтік зондтарды қолданған RFLP әдісінің шектеулі нұсқасы жарияланды. Адам геномдық жобасының нәтижелері RFLP карталау қажеттілігін көбінесе алмастырды, ал жобадағы көптеген бір нуклеотидтік полиморфизмдерді (SNP) анықтау (сондай-ақ көптеген ауру гендері мен мутацияларын тікелей анықтау) RFLP арқылы аурумен байланысты талдау қажеттілігін алмастырды (SNP генотипілеуге қараңыз). VNTR аллельдерін талдау жалғасуда, бірақ қазір көбінесе полимераза тізбектік реакция (ПТР) әдістерімен жүзеге асырылады. Мысалы, ДНК саусақ іздерін анықтаудың стандартты протоколдары оннан астам VNTR панельдерінің ПТР талдауын қамтиды. RFLP әлі де маркерлік таңдауда қолданылады. Терминалды шектеу фрагментінің ұзындығы полиморфизмі (TRFLP немесе кейде T RFLP) – бұл әртүрлі түрлердің қосылған үлгілерінде бактериялық қауымдастықтарды сипаттау үшін бастапқыда әзірленген әдіс. Бұл әдіс басқа топтарға, соның ішінде топырақтағы саңырауқұлақтарға да қолданылған. TRFLP флуоресцентті таңбалармен белгіленген праймер жұптарын пайдалана отырып ДНК-ны ПТР арқылы амплификациялау арқылы жұмыс істейді. Содан кейін ПТР өнімдері RFLP ферменттерімен қорытылады және нәтижелер ДНК секвенсер арқылы визуализацияланады. Нәтижелер TRFLP профиліндегі жолақтар мен шыңдарды санау және салыстыру арқылы немесе TRFLP жүрісінің бірінен немесе бірнешеуінен алынған жолақтарды белгілі түрлердің деректер базасымен сәйкестендіру арқылы талданады. TRFLP профильдерін жолақты сәйкестендіру, салыстыру және деректерді базаға енгізу процесін автоматтандыру үшін бірнеше бағдарламалық құралдар әзірленді. Бұл әдіс кейбір аспектілерінде температуралық градиенттік немесе денатурациялық градиенттік гель электрофорезіне (TGGE және DGGE) ұқсас. RFLP-қа тікелей қатысы бар тізбек өзгерістерін ПТР арқылы жылдам талдауға болады. Амплификация өзгертілген шектеу орнына бағытталуы мүмкін, ал өнімдер шектеу ферментімен қорытылады. Бұл әдіс Cleaved Amplified Polymorphic Sequence (CAPS) деп аталады. Балама ретінде, амплификацияланған сегмент аллельге тән олигонуклеотидтік (ASO) зондтар арқылы талдануы мүмкін, бұл процесті көбінесе қарапайым нүктелі блот арқылы орындауға болады.