"Биология (углублённый уровень)", Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М., Рувинский А.О. и др./ Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Картирование хромосом человека помогает выяснить, где расположены гены и как они связаны друг с другом. Для генетической карты используют наследование маркеров в семьях и частоту рекомбинаций — новых сочетаний участков хромосом, возникающих при кроссинговере. Чем реже рекомбинируют два гена, тем ближе они обычно расположены на карте. Такая карта показывает относительные расстояния, а данные о последовательности ДНК позволяют уточнить физическое положение генов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Генетическая карта хромосомы — схема взаимного расположения генов, построенная по частоте рекомбинаций между ними. Она показывает не точную длину ДНК, а относительное положение генов. Такая схема нужна, чтобы сравнивать их расположение и предполагать, какие участки наследуются совместно.
Группа сцепления — совокупность генов, расположенных в одной хромосоме и обычно наследуемых совместно. Гены оказываются связаны потому, что находятся на одной молекуле ДНК. Понятие группы сцепления помогает отличать совместное наследование от независимого, хотя обмен участками может его нарушить.
Частота рекомбинаций — доля рекомбинантных потомков среди всех изученных. Рекомбинантами называют потомков с сочетаниями вариантов генов, отличающимися от родительских. По этой доле оценивают генетическое расстояние: чем она выше, тем вероятнее кроссинговер между генами.
Генетический маркер — наследуемый признак или участок ДНК, по которому можно прослеживать расположение участка хромосомы. Маркер должен различаться у людей, чтобы его передачу можно было распознать. Он позволяет изучать наследование соседнего гена, даже если сам ген напрямую не наблюдают.
Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, потому что при мейозе хромосома передаётся как единая молекула. Поэтому сочетания аллелей на одной хромосоме часто переходят к потомству вместе. Однако гомологичные хромосомы могут обмениваться соответствующими участками при кроссинговере, и тогда гены по разные стороны от места обмена попадают в новые сочетания.
Вероятность того, что кроссинговер произойдёт между двумя генами, обычно возрастает с расстоянием между ними. Между близкими участками меньше пространства, в котором может произойти обмен, поэтому рекомбинантные сочетания возникают реже. Частоту рекомбинаций используют как оценку расстояния, но она зависит также от особенностей участка хромосомы и не является прямым измерением длины ДНК.
У человека исследователь прослеживает в родословной, какие варианты маркеров передаются вместе с изучаемым геном. Если у родственников встречаются новые сочетания маркера и гена, их считают рекомбинантными и сопоставляют с общим числом наблюдений. Доля рекомбинантов меньше 50% указывает на сцепление; чем доля меньше, тем ближе участки обычно расположены на генетической карте.
Сопоставляя частоты рекомбинаций для разных пар генов, исследователи устанавливают их порядок и строят генетическую карту. Для небольших расстояний 1% рекомбинаций приблизительно соответствует 1 сантиморгану (сМ). Но одинаковые генетические расстояния не обязательно означают одинаковую физическую длину: в одних участках кроссинговер происходит чаще, чем в других, а несколько обменов могут скрыть исходное родительское сочетание.
Генетическое картирование опирается на наследование и частоту рекомбинаций, физическое — на непосредственное изучение участков ДНК и их последовательности. Цитогенетическое картирование определяет положение участка по видимым особенностям строения хромосомы. Генетический метод связывает гены через передачу потомкам, физический уточняет координаты в молекуле, а цитогенетический помогает соотнести участок с крупной областью хромосомы.
| Способ | На чём основан | Что позволяет установить | Особенность |
|---|---|---|---|
| Генетическое картирование по сцеплению | Частота рекомбинаций между генами и маркерами | Относительный порядок и генетическое расстояние | Расстояние зависит от кроссинговера, а не напрямую от длины ДНК |
| Анализ наследования маркеров в родословных | Прослеживание маркеров у родственников | Совместное наследование и возможное сцепление с геном | Нужны информативные семьи и достаточно наблюдений |
| Физическое картирование по участкам ДНК | Изучение фрагментов и последовательности ДНК | Положение участков и их порядок в молекуле | Даёт координаты в ДНК, например в парах оснований |
| Цитогенетическое картирование по структуре хромосом | Анализ видимых особенностей и участков хромосом | Принадлежность гена к хромосоме и крупной области | Разрешение обычно ниже, чем у анализа последовательности ДНК |
Сравнивайте способы по тому, какие данные они используют и насколько точно определяют положение участка. Родословные показывают наследование, но сами по себе не дают физических координат. Для уточнения результата генетическую карту сопоставляют с физическими и цитогенетическими данными.
Два маркера выявлены в одной хромосоме и часто передаются вместе. Нужно решить, достаточно ли этого, чтобы считать их сцепленными. Одного факта расположения в одной хромосоме недостаточно: нужно оценить рекомбинантные сочетания.
Ответ: маркеры можно считать сцепленными, если наблюдения показывают частоту рекомбинаций меньше 50%. Для уверенного вывода нужны данные о родительских и рекомбинантных сочетаниях и достаточное число потомков.
В родословной среди 200 потомков обнаружено 20 рекомбинантов. Требуется рассчитать частоту рекомбинаций и оценить расстояние от маркера до исследуемого гена. Поскольку полученное расстояние небольшое, можно применить приближение 1% рекомбинаций ≈ 1 сМ.
Ответ: частота рекомбинаций равна 10%, а генетическое расстояние оценивается примерно в 10 сМ. Это оценка по наследованию, а не точное расстояние в парах оснований.
Для маркеров A, B и C известно, что A ближе к B, чем к C, а B ближе к C, чем A. Нужно предложить их порядок на карте. Эти сравнения указывают, что B — ближайший сосед A и C, поэтому возможное расположение — A—B—C или обратное C—B—A.
Ответ: вероятный порядок — A—B—C или C—B—A. Чтобы подтвердить его, нужны численные попарные расстояния и проверка их согласованности с рекомбинациями и независимыми данными.
Ошибка 1: считать, что гены одной хромосомы всегда наследуются вместе. Такое представление возникает из-за того, что хромосома обычно передаётся целиком. Но кроссинговер может разделить гены и создать новые сочетания аллелей. Проверьте себя: учитывайте долю рекомбинантов, а не только принадлежность генов одной хромосоме.
Ошибка 2: приравнивать частоту рекомбинаций к физическому расстоянию в ДНК. Частоту принимают за линейную меру, потому что для небольших интервалов она приблизительно пропорциональна расстоянию. Однако вероятность кроссинговера неодинакова в разных областях, а обмены могут происходить несколько раз. Проверка: сантиморган обозначает генетическое расстояние, тогда как длину ДНК измеряют, например, в парах оснований.
Ошибка 3: считать, что частота рекомбинаций может превышать 50%. Путаница возникает, если воспринимать частоту как прямую меру числа обменов. При значении около 50% родительские и рекомбинантные сочетания не позволяют отличить сцепление от независимого наследования. Проверяйте, как определяется доля рекомбинантов, и не трактуйте значения выше 50% как более сильное сцепление.
Ошибка 4: путать генетическую карту с физической. Обе карты показывают положение участков, поэтому их названия легко смешать. Генетическая карта строится по рекомбинациям, а физическая указывает расположение участков в ДНК и их последовательность. Перед выводом проверьте единицы: сМ относятся к генетическому расстоянию, пары оснований — к физической длине.
Для понимания картирования нужны знания о строении хромосом, генах и аллелях, мейозе, кроссинговере и закономерностях наследования. Картирование помогает находить положение генов, связанных с наследственными заболеваниями, поэтому оно важно для генетики человека и медицинской диагностики. С геномикой и секвенированием оно связано через физические карты и последовательности ДНК: эти данные уточняют участки, найденные по наследованию.
Почему гены одной хромосомы не всегда наследуются вместе?
Во время мейоза может происходить кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами. Если обмен затрагивает промежуток между генами, их исходное сочетание нарушается.
Как по родословной определить, сцеплены ли два гена?
Прослеживают наследование вариантов генов или маркеров у родственников и подсчитывают рекомбинантные сочетания. Если их доля устойчиво меньше 50%, это служит признаком сцепления; для надёжного вывода нужна достаточная выборка.
Что означает расстояние между генами в сантиморганах?
Это генетическое расстояние, связанное с частотой рекомбинаций между генами. Для небольших расстояний 1% рекомбинантов приблизительно соответствует 1 сантиморгану, но сантиморган не задаёт точную длину ДНК.
Почему частота рекомбинаций не может быть больше 50%?
При частоте около 50% рекомбинантные и родительские сочетания встречаются одинаково часто, поэтому по наблюдениям сцепление неотличимо от независимого наследования. Более высокие наблюдаемые доли не используют как свидетельство сильного сцепления.
Чем генетическая карта отличается от физической?
Генетическая карта отражает частоту рекомбинаций и показывает относительные расстояния между генами. Физическая карта указывает положение участков непосредственно в ДНК, например число пар оснований между ними.
§ 53. Картирование хромосом человека
