Женетикалық байланыс – хромосомадағы жақын ДНК тізбектерінің бірге келу мүмкіндігі. Гендердің жақын орналасуы рекомбинацияны азайтады, мөлшерлеуге көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Хромосомада бір-біріне жақын орналасқан ДНК тізбектерінің бірге мұрагерлікке ұшырау тенденциясы.
Tendency of DNA sequences that are close together on a chromosome to be inherited together
Генетикалық байланыс – жыныстық көбеюдің мейоз фазасында хромосомада бір-біріне жақын орналасқан ДНК тізбектерінің бірге мұрагерлікке ұшырау тенденциясы. Бір-біріне физикалық жақын екі генетикалық маркер хромосомалық кроссинг-овер кезінде әртүрлі хроматидтерге бөлінуі аз мүмкін, сондықтан олар бір-бірінен алыс маркерлерге қарағанда күшті байланысты деп есептеледі. Басқаша айтқанда, екі ген хромосомада неғұрлым жақын болса, олардың арасында рекомбинация болу ықтималдығы соғұрлым төмен, ал бірге мұрагерлікке ұшырау ықтималдығы жоғары. Әртүрлі хромосомалардағы маркерлер толығымен байланыспайды, бірақ басқа аллельдердің болуы зиянды аллельдердің өтуіне әсер етуі мүмкін, және бұл басқа аллельдер басқа хромосомаларда орналасуы мүмкін, бірақ зиянды аллель орналасқан хромосомадан өзгеше. Генетикалық байланыс – Грегор Мендельдің тәуелсіз таралу заңының ең маңызды ерекшелігі. Байланысты көрсеткен алғашқы тәжірибе 1905 жылы жүргізілді. Ол кезде кейбір белгілердің бірге мұрагерлікке ұшырауының себебі белгісіз болды. Кейінгі зерттеулер гендердің физикалық қашықтықпен байланысты физикалық құрылымдар екенін көрсетті. Генетикалық байланыстың стандартты бірлігі – сантиморган (сМ). Екі маркердің арасындағы 1 сМ қашықтық, маркерлердің орташа есеп бойынша 100 мейоз өнімінде, яғни 50 мейозда бір рет әртүрлі хромосомаларға бөлінуін білдіреді.
Genetic linkage is the tendency of DNA sequences that are close together on a chromosome to be inherited together during the meiosis phase of sexual reproduction. Two genetic markers that are physically near to each other are unlikely to be separated onto different chromatids during chromosomal crossover, and are therefore said to be more linked than markers that are far apart. In other words, the nearer two genes are on a chromosome, the lower the chance of recombination between them, and the more likely they are to be inherited together. Markers on different chromosomes are perfectly unlinked, although the penetrance of potentially deleterious alleles may be influenced by the presence of other alleles, and these other alleles may be located on other chromosomes than that on which a particular potentially deleterious allele is located. Genetic linkage is the most prominent exception to Gregor Mendel's Law of Independent Assortment. The first experiment to demonstrate linkage was carried out in 1905. At the time, the reason why certain traits tend to be inherited together was unknown. Later work revealed that genes are physical structures related by physical distance. The typical unit of genetic linkage is the centimorgan (cM). A distance of 1 cM between two markers means that the markers are separated to different chromosomes on average once per 100 meiotic product, thus once per 50 meioses.
Байланыс картасы
Байланыс картасы (генетикалық карта деп те аталады) – белгілі бір түрдің немесе тәжірибелік популяцияның тізімі, ол әрбір хромосоманың нақты физикалық қашықтығынан гөрі, гендерінің немесе генетикалық маркерлерінің бір-біріне қатысты рекомбинация жиілігі арқылы орналасуын көрсетеді. Байланыс карталарын алғаш Томас Хант Морганның шәкірті Альфред Стюртевант жасаған. Байланыс картасы – гомологты хромосомалардың кроссингі кезінде маркерлер арасындағы рекомбинация жиілігіне негізделген карта. Екі генетикалық маркердің рекомбинация (бөліну) жиілігі жоғары болса, олардың арақашықтығы алыс деп есептеледі. Керісінше, маркерлер арасындағы рекомбинация жиілігі төмен болса, олардың арасындағы физикалық қашықтық аз болады. Тарихи тұрғыдан алғанда, бастапқыда қолданылған маркерлер ДНК-ның кодталатын тізбектерінен алынған анықталатын фенотиптер (фермент өндірісі, көз түсі) болды; кейіннен микросателлиттер немесе рестрикциялық фрагмент ұзындығы полиморфизмін (RFLP) тудыратын расталған немесе болжанған кодталмаған ДНК тізбектері пайдаланылды. Байланыс карталары зерттеушілерге басқа маркерлерді, мысалы, басқа гендерді табуға көмектеседі, бұрыннан белгілі маркерлердің генетикалық байланысын тексеру арқылы. Байланыс картасын жасаудың бастапқы кезеңдерінде деректер байланыс топтарын – гендердің белгілі бір жиынтығын құрастыру үшін қолданылады. Білімнің артуымен топқа көбірек маркерлер қосылуы мүмкін, осылайша топ бүкіл хромосоманы қамтиды. Жақсы зерттелген организмдер үшін байланыс топтары хромосомалармен сәйкес келеді. Байланыс картасы физикалық карта (мысалы, сәулелендіру арқылы азайтылған гибридтік карта) немесе гендік карта емес.
A linkage map (also known as a genetic map) is a table for a species or experimental population that shows the position of its known genes or genetic markers relative to each other in terms of recombination frequency, rather than a specific physical distance along each chromosome. Linkage maps were first developed by Alfred Sturtevant, a student of Thomas Hunt Morgan. A linkage map is a map based on the frequencies of recombination between markers during crossover of homologous chromosomes. The greater the frequency of recombination (segregation) between two genetic markers, the further apart they are assumed to be. Conversely, the lower the frequency of recombination between the markers, the smaller the physical distance between them. Historically, the markers originally used were detectable phenotypes (enzyme production, eye colour) derived from coding DNA sequences; eventually, confirmed or assumed noncoding DNA sequences such as microsatellites or those generating restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) have been used. Linkage maps help researchers to locate other markers, such as other genes by testing for genetic linkage of the already known markers. In the early stages of developing a linkage map, the data are used to assemble linkage groups, a set of genes which are known to be linked. As knowledge advances, more markers can be added to a group, until the group covers an entire chromosome. For well studied organisms the linkage groups correspond one to one with the chromosomes. A linkage map is not a physical map (such as a radiation reduced hybrid map) or gene map.
Шектеулер
Байланысты талдаудың бірқатар әдістемелік және теориялық шектеулері бар, олар 1-тип қателік деңгейін күрт арттырып, адамның сандық белгілер локустарын (QTL) іздеу мүмкіндігін азайтуы мүмкін. Байланысты талдау Гантингтон ауруы сияқты сирек кездесетін ауруларға себеп болатын генетикалық варианттарды анықтауда табысқа жеткенімен, жүрек аурулары немесе әртүрлі қатерлі ісіктер сияқты жиі кездесетін ауруларға қолданғанда тиімді болмады. Бұған себеп – жиі кездесетін ауруларға әсер ететін генетикалық механизмдер, кейбір сирек кездесетін ауруларды тудыратын механизмдерден мүлдем өзгеше болуы мүмкін.
Linkage analysis has a number of methodological and theoretical limitations that can significantly increase the type 1 error rate and reduce the power to map human quantitative trait loci (QTL). While linkage analysis was successfully used to identify genetic variants that contribute to rare disorders such as Huntington disease, it did not perform that well when applied to more common disorders such as heart disease or different forms of cancer. An explanation for this is that the genetic mechanisms affecting common disorders are different from those causing some rare disorders.
Генетикалық сайттардың ген ішіндегі байланысы
1950 жылдардың басында хромосомадағы гендер генетикалық рекомбинация арқылы бөлінбейтін, жіптегі моншақтар сияқты тізілген дискретті бірліктер деп есептелді. 1955-1959 жылдары Бензер бактериофаг Т4-тің rII мутанттарын пайдаланып, генетикалық рекомбинация бойынша эксперименттер жүргізді. Ол рекомбинациялық тесттер нәтижесінде мутация орындарын сызықтық тәртіппен картаға түсіруге болатынын анықтады. Бұл нәтиже геннің ДНҚ-ның белгілі бір бөлігі сияқты сызықтық құрылымы бар екенін, және оның көптеген орындарында тәуелсіз мутациялар бола беретінін көрсетті. Эдгар және авторлар тобы бактериофаг Т4-тің r мутанттарымен карта жасау эксперименттерін жүргізіп, rII мутанттары арасындағы рекомбинация жиілігінің қатаң қосымша емес екенін көрсетті. Екі rII мутанттың (a x d) будандастыруынан алынған рекомбинация жиілігі, көбінесе, жақын ішкі аралықтардың рекомбинация жиіліктерінің қосындысынан (a x b) + (b x c) + (c x d) кем болады. Қатаң қосымша болмаса да, генетикалық рекомбинацияның молекулалық механизмін көрсететін жүйелі байланыс байқалды.
In the early 1950s the prevailing view was that the genes in a chromosome are discrete entities, indivisible by genetic recombination and arranged like beads on a string. During 1955 to 1959, Benzer performed genetic recombination experiments using rII mutants of bacteriophage T4. He found that, on the basis of recombination tests, the sites of mutation could be mapped in a linear order. This result provided evidence for the key idea that the gene has a linear structure equivalent to a length of DNA with many sites that can independently mutate. Edgar et al. performed mapping experiments with r mutants of bacteriophage T4 showing that recombination frequencies between rII mutants are not strictly additive. The recombination frequency from a cross of two rII mutants (a x d) is usually less than the sum of recombination frequencies for adjacent internal sub intervals (a x b) + (b x c) + (c x d). Although not strictly additive, a systematic relationship was observed that likely reflects the underlying molecular mechanism of genetic recombination.
Рекомбинация жиілігінің өзгеруі
Хромосомалардың рекомбинациясы мейоз кезіндегі маңызды процесс болғанымен, организмдер мен түрлер арасында кросс-оверлер жиілігінің кең ауқымы кездеседі. Жыныстық диморфизмді рекомбинация деңгейлері гетерохиазма деп аталады және еркектер мен әйелдер арасындағы ортақ деңгейге қарағанда көбірек байқалады. Сүтқоректілерде әйелдерде рекомбинация деңгейі еркектерге қарағанда көбінесе жоғары болады. Бұл айырмашылыққа әсер ететін ерекше таңдау немесе мейоздық драйверлер бар деген теория бар. Деңгейлердегі айырмашылық, сондай-ақ, оогенез бен сперматогенездегі мейоздың өте әртүрлі ортасы мен жағдайларын көрсетеді.
While recombination of chromosomes is an essential process during meiosis, there is a large range of frequency of cross overs across organisms and within species. Sexually dimorphic rates of recombination are termed heterochiasmy, and are observed more often than a common rate between male and females. In mammals, females often have a higher rate of recombination compared to males. It is theorised that there are unique selections acting or meiotic drivers which influence the difference in rates. The difference in rates may also reflect the vastly different environments and conditions of meiosis in oogenesis and spermatogenesis.
Рекомбинация жиілігіне әсер ететін гендер
ДНҚ өңдеуге қатысатын белоктарды кодтайтын гендердегі мутациялар көбінесе рекомбинация жиілігіне әсер етеді. Бактериофаг T4-те репликациялық ДНК полимеразаның экспрессиясын азайтатын мутациялар [гендік өнім 43 (gp43)] рекомбинацияны бірнеше есе арттырады (байланыстың күшін азайтады). Рекомбинацияның артуы ақаулы ДНК полимеразаның репликация кезіндегі қателіктеріне байланысты болуы мүмкін, бұл қателіктердің өзі рекомбинациялық оқиғалар, мысалы, матрицалық ауысу, яғни көшірме таңдау рекомбинациясы. ДНК лигазасының экспрессиясын төмендететін мутациялар да рекомбинацияны арттырады (gp30). uvsX гені рекомбинацияда маңызды рөл атқаратын, жақсы зерттелген Escherichia coli recA генімен ұқсас.
Mutations in genes that encode proteins involved in the processing of DNA often affect recombination frequency. In bacteriophage T4, mutations that reduce expression of the replicative DNA polymerase [gene product 43 (gp43)] increase recombination (decrease linkage) several fold. The increase in recombination may be due to replication errors by the defective DNA polymerase that are themselves recombination events such as template switches, i. e. copy choice recombination events. Recombination is also increased by mutations that reduce the expression of DNA ligase (gp30) The uvsX gene is analogous to the well studied recA gene of Escherichia coli that plays a central role in recombination.
Мейоз көрсеткіштері
Өте үлкен шежірелермен немесе толық геномдық тізбектеу сияқты өте тығыз генетикалық маркерлік деректермен рекомбинацияларды дәл анықтау мүмкін. Мұндай генетикалық талдау кезінде, әрбір шежіредегі әр мейоз үшін геномның әрбір позициясына мейоз индикаторы тағайындалады. Индикатор ата-аналық хромосоманың қай данасы берілген гаметаға сол позицияда үлес қосатынын көрсетеді. Мысалы, ата-аналық хромосоманың "бірінші" данасынан аллель берілсе, онда осы мейозға "0" саны тағайындалуы мүмкін. Егер ата-аналық хромосоманың "екінші" данасынан аллель берілсе, онда осы мейозға "1" саны тағайындалады. Ата-ананың екі аллелі де әрқайсы әртүрлі әкесінен және шешесінен келген. Бұл индикаторлар кейіннен тектік жақындық (IBD) күйлерін немесе мұрагерлік күйлерін анықтау үшін қолданылады, олар өз кезегінде ауруларға жауапты гендерді анықтауға көмектеседі.
With very large pedigrees or with very dense genetic marker data, such as from whole genome sequencing, it is possible to precisely locate recombinations. With this type of genetic analysis, a meiosis indicator is assigned to each position of the genome for each meiosis in a pedigree. The indicator indicates which copy of the parental chromosome contributes to the transmitted gamete at that position. For example, if the allele from the 'first' copy of the parental chromosome is transmitted, a '0' might be assigned to that meiosis. If the allele from the 'second' copy of the parental chromosome is transmitted, a '1' would be assigned to that meiosis. The two alleles in the parent came, one each, from two grandparents. These indicators are then used to determine identical by descent (IBD) states or inheritance states, which are in turn used to identify genes responsible for diseases.