Введение

Техника молекулярной биологии
В молекулярной биологии полиморфизм длин фрагментов рестрикции (RFLP) – это техника, использующая вариации в гомологичных последовательностях ДНК, известных как полиморфизмы, в популяциях или видах, для определения местоположения генов в последовательности. Термин может относиться как к самому полиморфизму, обнаруживаемому по различным расположениям участков рестрикционных ферментов, так и к соответствующей лабораторной методике, позволяющей визуализировать эти различия. При анализе RFLP образец ДНК расщепляется одним или несколькими рестрикционными ферментами на фрагменты, которые затем разделяются с помощью гель-электрофореза по размеру. Анализ RFLP в настоящее время в значительной степени устарел благодаря появлению недорогих технологий секвенирования ДНК, однако это был первый метод профилирования ДНК, достаточно доступный для широкого применения. Анализ RFLP являлся важным ранним инструментом в картировании генома, локализации генов, ответственных за генетические заболевания, определении предрасположенности к заболеваниям и установлении отцовства.

Анализ РФПП

Основной метод обнаружения RFLP заключается во фрагментации образца ДНК с использованием рестрикционного фермента, который селективно разрезает молекулу ДНК в местах распознавания короткой, специфической последовательности в процессе, известном как рестрикционный анализ. Полученные в результате анализа фрагменты ДНК затем разделяют по длине с помощью агарозного гелевого электрофореза и переносят на мембрану посредством процедуры Саузерн-блоттинга. Гибридизация мембраны с меченым ДНК-зондом определяет длину фрагментов, комплементарных этому зонду. Полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов наблюдается, когда длина обнаруженного фрагмента различается у разных индивидуумов, что свидетельствует о неидентичных гомологиях последовательностей. Каждая длина фрагмента рассматривается как аллель, независимо от того, содержит ли она кодирующую область или нет, и может быть использована в последующем генетическом анализе.

Примеры

Существует два основных механизма, посредством которых может изменяться размер конкретного рестрикционного фрагмента. На первой схеме небольшой участок генома детектируется ДНК-зондом (отображен более толстой линией). В аллеле А геном расщепляется ферментом рестрикции в трех близко расположенных участках (обозначенных треугольниками), но зонд обнаруживает только самый правый фрагмент. В аллеле a ограничительный участок 2 был потерян в результате мутации, поэтому зонд теперь обнаруживает более крупный, объединенный фрагмент, простирающийся от участков 1 до 3. На второй диаграмме показано, как это изменение размера фрагмента будет выглядеть на саузерн-блоте, и как каждый аллель (по два на индивидуума) может наследоваться членами семьи. На третьей схеме зонд и фермент рестрикции выбраны для обнаружения области генома, содержащей сегмент с переменным числом тандемных повторов (VNTR) (обозначен прямоугольниками на схеме). В аллеле c в VNTR содержится пять повторов, и зонд обнаруживает более длинный фрагмент между двумя участками рестрикции. В аллеле d в VNTR содержится только два повтора, поэтому зонд обнаруживает более короткий фрагмент между теми же двумя участками рестрикции. Другие генетические процессы, такие как вставки, делеции, транслокации и инверсии, также могут приводить к полиморфизмам. Для проведения RFLP-тестов требуется значительно большее количество ДНК, чем для тестов на короткие тандемные повторы (STR).

Приложения

Анализ вариаций RFLP в геномах ранее был важнейшим инструментом в картировании генома и анализе генетических заболеваний. Если исследователи пытались первоначально определить хромосомную локализацию гена, вызывающего заболевание, они анализировали ДНК членов семьи, страдающих этим заболеванием, и искали аллели RFLP, демонстрирующие схожую с заболеванием картину наследования (см. генетическую связь). После локализации гена заболевания, анализ RFLP в других семьях мог выявить людей, находящихся в группе риска, или вероятных носителей мутантных генов. RFLP-тест используется для идентификации и дифференциации организмов путем анализа уникальных паттернов в геноме. Он также применяется для определения частоты рекомбинации в локусах между участками рестрикции. Анализ RFLP также лег в основу ранних методов генетического типирования, полезных для идентификации образцов, полученных с мест преступлений, установления отцовства и характеристики генетического разнообразия или закономерностей размножения в популяциях животных.

Альтернативы

Однако методика анализа RFLP является медленной и трудоемкой. Она требует большого количества ДНК-образца, а совместный процесс мечения зондов, фрагментации ДНК, электрофореза, переноса на мембрану, гибридизации, промывки и авторадиографии может занимать до месяца. Ограниченная версия метода RFLP, использующая олигонуклеотидные зонды, была описана в 1985 году. Результаты проекта «Геном человека» во многом устранили необходимость в RFLP-картировании, а идентификация множества однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в рамках этого проекта (а также прямое выявление многих генов и мутаций, вызывающих заболевания) заменила необходимость в анализе генетической связи заболеваний с помощью RFLP (см. генотипирование SNP). Анализ аллелей VNTR продолжается, но теперь обычно выполняется методами полимеразной цепной реакции (ПЦР). Например, стандартные протоколы дактилоскопии ДНК включают ПЦР-анализ панелей, содержащих более десятка VNTR. RFLP до сих пор используется в маркерной селекции. Полиморфизм длины терминальных рестрикционных фрагментов (TRFLP или иногда T RFLP) – это методика, первоначально разработанная для характеристики бактериальных сообществ в образцах, содержащих несколько видов. Эта методика также применяется к другим группам, включая почвенные грибы. TRFLP основана на ПЦР-амплификации ДНК с использованием пар праймеров, меченных флуоресцентными метками. Продукты ПЦР затем подвергаются воздействию ферментов RFLP, а полученные паттерны визуализируются с помощью секвенатора ДНК. Результаты анализируются либо путем простого подсчета и сравнения полос или пиков в профиле TRFLP, либо путем сопоставления полос из одной или нескольких серий TRFLP с базой данных известных видов. Разработано несколько различных программных инструментов для автоматизации процесса сопоставления полос, их сравнения и создания баз данных профилей TRFLP. В некоторых аспектах эта методика схожа с электрофорезом с градиентом температуры или денатурирующим градиентом (TGGE и DGGE). Изменения в последовательности, непосредственно связанные с RFLP, также могут быть проанализированы быстрее с помощью ПЦР. Амплификация может быть направлена на участок, содержащий измененный сайт рестрикции, а продукты перевариваются ферментом рестрикции. Этот метод получил название расщепленной амплифицированной полиморфной последовательности (CAPS). В качестве альтернативы, амплифицированный фрагмент может быть проанализирован с помощью аллель-специфических олигонуклеотидных (ASO) зондов, что часто можно сделать с помощью простого блот-анализа.