Тема 6. Картирование хромосом

Картирование – это определение локализации и расположения генов (или каких то других последовательностей ДНК) друг относительно друга на хромосомах. Одним из основных методов построения генетических карт является трехфакторное анализирующее скрещивание, которое позволяет определить принадлежность изучаемых генов к одной (или разным) группе сцепления, оценить относительное расстояние между ними и их взаимное расположение на хромосоме.

В качестве примера рассмотрим трехфакторное анализирующее скрещивание, в потомстве которого выявляется восемь типов особей, что соответствует восьми типам гамет, образующимся в мейозе у анализируемой особи. Выпишем их реципрокными классами (т.е. классами, возникающими с одинаковой вероятностью).

P: A B C ´ a b c

a b c a b c

G _P:

гаметы анализируемой особи	гаметы особи-анализатора
ABC	Родительский класс гамет	abc
abc
Abc aBC	Кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке AB (обозначим их количество через X)
ABc abC	Кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке BC (обозначим их количество через Y)
AbC aBc	Двойной кроссоверный класс гамет, возникающий в результате одновременной рекомбинации на участке AB и BC (обозначим их количество через Z)

Для определения расстояния между генами, необходимо определить частоту рекомбинации на участках AB, BC и АС. Между генами А и В частота рекомбинации определяется как доля кроссоверных гамет, т.е. гамет Аb и aB типа, которые возникают в результате кроссинговера на участке AB и двойного кроссинговера. Следовательно:

X + Z

rf _AB = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ ´ 100% (1)

сумма всех особей

Аналогичным образом можно определить расстояние между генами В и С (как долю кроссоверных гамет Bc и bC типа):

Y + Z

rf _BC = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ ´ 100% (2)

сумма всех особей

При определении расстояния между крайними генами, т.е. генами А и С, кроссоверные гаметы Ас и aC типа возникают в результате одиночных обменов на участках AB и BC. Следовательно:

X + Y

rf _AC = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ ´ 100% (3)

сумма всех особей

Если в хромосоме гены расположены линейно, то расстояние между крайними генами А и С, которое измеряется в процентах кроссинговера, или сантиморганидах (1 сМ = 1% кроссинговера), должно быть равно сумме расстояний между генами А и В и генами В и С. Однако это правило, названное правилом аддитивности, справедливо только в том случае, когда расстояние между крайними генами не превышает 10–15 сМ. Если же расстояние между крайними генами больше 15 сМ, то rf _AC < rf _AB + rf _BC. Это обусловлено двумя факторами: множественным кроссинговером, протекающим между крайними генами, и низкой разрешающей способностью классического гибридологического анализа.

Множественный кроссинговер – это одновременный кроссинговер, протекающий сразу на нескольких участках хромосомы. Частным случаем множественного кроссинговера является двойной кроссинговер, который приводит к образованию класса двойных кроссоверных гамет. В рассматриваемом выше примере это гаметы AbC и aBc, возникающие в результате одновременного протекания кроссинговера на участках между генами A и B и генами B и C. С помощью классического гибридологического анализа такие гаметы можно обнаружить только тогда, когда расстояние между крайними генами превышает 15 cM. В конечном итоге их обнаружение будет искажать истинное расстояние между крайними генами, т.е. расчетное значение rf _AC будет меньше суммы rf _AB и rf _BC. Для снятия этого противоречия необходимо прибавить к значению частоты кроссинговера между крайними генами удвоенный показатель двойного кроссинговера. В рассматриваемом нами примере истинное расстояние между генами А и С в таком случае будет равно сумме rf _AC и (2 ´ двойной кроссинговер). Если же расстояние между крайними генами составляет менее 15 сМ, то rf _AC = rf _AB + rf _BC, поскольку в этом случае в анализирующем скрещивании реально не обнаруживается класса двойных кроссоверных гамет.

Практический (или наблюдаемый) двойной кроссинговер можно определить по результатам трехфакторного анализирующего скрещивания как долю двойных кроссоверных гамет. При этом практический двойной кроссинговер происходит, как правило, с меньшей частотой, чем теоретическиожидаемый двойной кроссинговер (определяется как произведение частот одиночных кроссинговеров). Это противоречие возникает в силу положительной интерференции – явления, при котором кроссинговер, происходящий на одном участке, препятствует одновременному прохождению кроссинговера на соседнем участке. Значение интерференции определяется по формуле:

I = 1 – C (4)

где С – коэффициент коинциденции (или коэффициент совпадения).

В свою очередь коэффициент коинциденции рассчитывается по формуле:

практический двойной кроссинговер

С = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ (5)

теоретический двойной кроссинговер

Отметим, что наиболее точно картировать гены можно тогда, когда отсутствует практический двойной кроссинговер и коэффициент коинциденции равен нулю (С = 0), при этом интерференция равна единице (I = 1).

Согласно вышесказанному можно сделать следующие выводы:

1. Картирование генов осуществляют по результатам трехфакторных анализирующих скрещиваний. При этом расстояние между генами определяют в процентах кроссинговера.

2. В силу линейного расположения генов, расстояние между крайними генами равно сумме расстояний между промежуточными генами.

3. Наиболее точно можно картировать гены, когда расстояние между крайними генами не превышает 10–15 сМ.

4. Частота кроссинговера между крайними генами, расположенными на расстоянии более 15 сМ, всегда меньше суммы частот рекомбинации между промежуточными генами на удвоенное значение двойного кроссинговера.

Эти выводы могут быть весьма полезными при решении генетических задач по теме «Картирование хромосом». Для построения же генетических карт учитывают, прежде всего, максимальное расстояние между генами: сначала на карту наносят два каких-либо гена, локализованных на наибольшем расстоянии друг от друга. Затем находят положение третьего гена, расположенного на небольшом расстоянии относительно первых двух. Он может быть либо между ними, либо справа, либо слева от них, что определяется путем сопоставления расстояний между первым и вторым, вторым и третьим генами. Последовательно располагая близко лежащие гены относительно уже картированных, определяют порядок их локализации в хромосоме, т.е. строят генетическую карту.