Введение

Переменный тандемный повтор (или VNTR) — это участок в геноме, где короткая последовательность нуклеотидов организована в виде тандемных повторов. Они могут встречаться на многих хромосомах и часто демонстрируют вариации в длине (количестве повторов) у разных людей. Каждый вариант функционирует как наследуемый аллель, что позволяет использовать их для идентификации личности или установления родства. Анализ VNTR полезен в генетических и биологических исследованиях, криминалистике и ДНК-дактилоскопии.

Структура и аллельные вариации

На схеме выше прямоугольные блоки представляют каждую из повторяющихся последовательностей ДНК в конкретном VNTR-локусе. Повторы расположены тандемно – то есть, они сгруппированы вместе и ориентированы в одном направлении. Отдельные повторы могут быть удалены из (или добавлены в) VNTR в результате рекомбинации или ошибок репликации, что приводит к образованию аллелей с разным числом повторов. Фланкирующие области – это сегменты неповторяющихся последовательностей (изображены здесь тонкими линиями), позволяющие выделять блоки VNTR с помощью рестрикционных ферментов и анализировать их методом RFLP, либо амплифицировать методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) и определять их размер с помощью гель-электрофореза.

Использование в генетическом анализе

VNTR были важным источником генетических маркеров RFLP, используемых в анализе сцепления (картировании) диплоидных геномов. В настоящее время, когда многие геномы секвенированы, VNTR стали незаменимы в судебно-медицинских криминалистических расследованиях, посредством ДНК-дактилоскопии и базы данных CODIS. При выделении из окружающей ДНК методами ПЦР или RFLP и определении их размера с помощью гель-электрофореза или саузерн-блоттинга, они образуют уникальный для каждого человека рисунок полос. При анализе с использованием группы независимых VNTR-маркеров вероятность совпадения аллельных профилей у двух неродственных людей крайне низка. Анализ VNTR также применяется для изучения генетического разнообразия и закономерностей размножения в популяциях диких или домашних животных. Благодаря этому VNTR могут быть использованы для дифференциации штаммов бактериальных патогенов. В области микробиологической криминалистики такие анализы обычно называют анализом множественных локусов VNTR или MLVA.

Связь с другими типами повторяющейся ДНК

Повторяющаяся ДНК, составляющая более 40% генома человека, организована в ошеломляющем разнообразии структур. Повторы были впервые обнаружены при выделении спутниковой ДНК, однако это не позволило выяснить, как они организованы в геноме. Использование рестрикционных ферментов показало, что некоторые повторяющиеся блоки распределены по всему геному. Последующее секвенирование ДНК выявило, что другие повторы сгруппированы в определенных участках, при этом тандемные повторы встречаются чаще, чем инвертированные повторы (которые могут нарушать репликацию ДНК). VNTR – это класс сгруппированных тандемных повторов, демонстрирующих аллельную вариабельность по длине.

Классы

VNTR – это тип минисателлитов, в которых размер повторяющейся последовательности обычно составляет от десяти до ста пар оснований. Минисателлиты – это тип тандемных повторов ДНК, что означает, что последовательности повторяются одна за другой, без каких-либо других последовательностей или нуклеотидов между ними. Минисателлиты характеризуются повторяющейся последовательностью длиной примерно от десяти до ста нуклеотидов, а число повторов этой последовательности варьируется от пяти до пятидесяти. Последовательности минисателлитов длиннее, чем у микросателлитов, в которых повторяющаяся последовательность обычно состоит из 1–6 нуклеотидов. Оба типа повторяющихся последовательностей являются тандемными, но различаются по длине повторяющейся последовательности. Таким образом, VNTR, поскольку они содержат повторяющиеся последовательности длиной от десяти до ста нуклеотидов, причем каждое повторение идентично, классифицируются как минисателлиты. Однако, хотя все VNTR являются минисателлитами, не все минисателлиты являются VNTR. Число повторов VNTR может варьироваться у разных индивидуумов, в то время как некоторые минисателлиты, не являющиеся VNTR, имеют повторяющиеся последовательности, которые повторяются одинаковое количество раз у всех индивидуумов, содержащих эти тандемные повторы в своих геномах.