Методы классической генетики Картирование генов

Методы классической генетики
Картирование генов
Законы Менделя
Законы Менделя
1. Закон единообразия гибридов
первого поколения (закон
доминирования признаков)
2. Закон расщепления признаков (закон
чистоты гамет)
3. Закон независимого наследования
признаков
Типы доминирования
Хромосомная теория
наследственности
Томас Хант Морган
Хромосомная теория
наследственности
• Гены расположены линейно в хромосомах.
Каждый ген занимает в хромосоме строго
определённое место (локус).
• Группы генов, расположенных в одной
хромосоме, образуют группы сцепления.
• Между гомологичными хромосомами может
происходить обмен участками (кроссинговер).
• Расстояние между генами в хромосоме
пропорционально частоте кроссинговера
между ними.
Кроссинговер – обмен участками гомологичных
хромосом во время коньюгации в мейозе
Иллюстрация кроссинговера, Томас Хант Морган (1916)
7
If two genes are on different
chromosomes…
Half look like they got a set of the
parents chromosomes…
And half look like they got a mix of
both parents chromosomes…
8
If two genes are on the same chromosome…
9
If two genes are on the same
chromosome…
10
Two Point Cross Example
• Parent #1
– BbVv
• Grey with normal
wings
• Parent #2
– bbvv
• Black with vestigial
wings1
Two-Point Cross
BV
bv
BbVv
bv
bbvv
Bv
Bbvv
bV
bbVv
• Calculations
– Parental Genotypes
• 965 (42%) +944 (41%) = 1909
• 1909/2300 = 83%
– Recombinant Genotypes
Expected 575
Results
575
Actual
Results
944
965
575
206
575
185
• 206 (9%)+185 (8%) = 391
• 391/2300 = 17%
– If independent assortment was
to occur, the percentages would
be 25% a piece.
– Based on the data, the
recombinants arose because of
crossing over
Генетическое картирование
• Анализ сцепления – основа генетического
картирования
• Измерение частоты рекомбинации между
сцепленными генами (частота рекомбинации
зависит от расстояния между генами)
• 1 сМ (сантиморган) = частота рекомбинации
1%
• В среднем у человека 1 Mb = 1,22 cM
cM or centimorgan
1% Recombination = 1 cM
Частота кроссоверов никогда не
превышает 50%
Двойной кроссинговер
Одиночные и двойные кроссоверы
Интерференция – это подавление кроссинговера на участках, непосредственно
прилегающих к точке происшедшего обмена.
18
Карта
– линейная схема расположения генов, регуляторных
элементов, а также генетических маркеров в хромосоме
• Генетические – карты сцепления
• Физические – реальное положение
различных последовательностей на
хромосоме
– Цитогенетические
– С использованием различных маркерных
последовательностей
– Полные последовательности ДНК
Маркеры генетического картирования,
приводящие к изменению фенотипа
• Морфологические – гены, мутации в которых
приводят к заметным морфологическим
изменениям
Drosophila melanogaster
• Биохимические – гены, мутации в которых
приводят к изменениям биохимических
процессов
Микроорганизмы
• и т.д.
Маркеры генетического картирования,
не приводящие к изменению фенотипа
• Restriction fragment length polymorphisms
(RFLPs)
• Single nucleotide polymorphisms (SNPs)
• Simple sequence length polymorphisms
(SSLPs)
RFLP
• Restriction-fragment length polymorphism
– Cut genomic DNA from two individuals with restriction
enzyme
– Run Southern blot
– Probe with different pieces of DNA
– Sequence difference creates different band pattern
200
1
GGATCC
CCTAGG
400
GTATCC
GATAGG
200 *
2
GGATCC
CCTAGG
400
GCATCC
GGTAGG
*
GGATCC
CCTAGG
600
400
GGATCC
CCTAGG
200
1
2
*
*
SNP
• Single-nucleotide polymorphism
– One-nucleotide difference in sequence of two
organisms
– Example: Between any two humans, on average one
SNP every 1,000 base pairs
1
2
ATCGATTGCCATGAC
ATCGATGGCCATGAC
SNP
SSLP/Microsatellites
Simple-sequence length polymorphism
•
•
•
•
Most genomes contain repeats of three or four
nucleotides
Length of repeat varies due to slippage in replication
Use PCR with primers external to the repeat region
On gel, see difference in length of amplified fragment
1
1 ATCCTACGACGACGACGATTGATGCT
18
2 ATCCTACGACGACGACGACGACGATTGATGCT
12
2
Физические карты
• Точное картирование маркеров на
хромосоме
• Разрешение может варьировать (до
единичных нуклеотидов)
• Недостатки генетических карт:
– ограниченная точность
– ограниченное разрешение
Типы физических карт
Рестрикционное картирование
• Составление карты сайтов узнавания
рестриктазами для отдельных фрагментов
генома
• Используется несколько разных рестриктаз
для создания карт фрагментов
• Из фрагментов можно собирать контиги за
счет перекрывания
Contigs from overlapping restriction
fragments
• Cut inserts with
restriction enzyme
• Look for similar pattern
of restriction fragments
– Known as
“fingerprinting”
• Line up overlapping
fragments
• Continue until a contig
is built
Contigs
• Contigs are groups of overlapping pieces of chromosomal
DNA
– Make contiguous clones
• “Minimum tiling path”
– Contig of smallest number of inserts that covers a region of
the chromosome
genomic DNA
contig
minimum
tiling path
STS - sequence-tagged site
(уникальные последовательности 60-1000 п.н.)
EST - expressed sequence tags
(короткие уникальные последовательности,
являются участками генов)
Позиции STS и EST детектируются ПЦР
или гибридизацией
Цитогенетические карты
Карты разрыва хромосом
Генетические карты коллинеарны
физическим, расстояния могут
отличаться
Сравнение генетической и цитологической карт
хромосом дрозофилы
35
Распределение частот
рекомбинации вдоль
хромосом постоянно и
зависит от пола
Male
Female
Recombination hotspots
При более выском разрешении обнаруживаются «горячие точки» рекомбинации.
Гаплотип — совокупность аллелей на локусах одной хромосомы, обычно
наследуемых вместе.
Генетическое картирование человека
Родословные
Генеалогический анализ –метод
родословных
•
•
•
•
Установление наследственного характера признака
Выяснение типа передачи НБ
Анализ пенетрантности и экспрессивности признака
Сцепление признака с генетическими и молекулярными
маркерами
• Медико-генетическое консультирование
Пробанд - больной или его родственник,
с которого начинается составление родословной.
Cимволы, используемые в при
составлении родословных
Аутосомно-доминантный (ахондроплазия, синдром Марфана,
нейрофиброматоз, миотоническая дистрофия, хорея
Гентингтона) – популяционная частота - 0,5-1,0%
•
•
•
•
•
Прослеживается в родословных только по вертикали
Соотношение больных и здоровых детей 1:1
Здоровые дети от больных родителей имеют здоровое потомство
Соотношение больных мальчиков и девочек одинаково
Пациенты независимо от пола одинаково часто передают
болезнь
• У гомозигот болезнь нередко летальна
• Болезнь - часто результат спонтанных мутаций
Аутосомно-рецессивный (муковисцидоз, ФКУ, СМА,
АГС, мукополисахаридозы) - популяционная частота - 0,25%
• Родители клинически здоровы
• Соотношение больных и здоровых детей 1:3
• Если больны оба супруга – дети всегда больные
• Оба пола поражаются одинаково часто
• Не исключено кровное родство супругов
• В браке больного и носителя рождается 50% больных,
больного и здорового –рождаются только здоровые
Х-сцепленные заболевания
- популяционная частота 0,25%
Доминантное наследование (болезнь Ретта, витамин D
резистентный рахит)
• Поражаются мальчики в 2 раза чаще, чем девочки
• Женщины болеют менее тяжело, передают болезнь 50%
сыновьям и 50% дочерям
• Больные мужчины передают болезнь всем дочерям
Х-сцепленные заболевания
- популяционная частота 0,25%
Рецессивное наследование (миодистрофия Дюшенна,
гемофилии, синдромы Мартина-Белла, Леш-Нихана,
Хантера)
 Болеют только мальчики,
 2/3 случаев наследуются от матерей-носительниц, 1/3 спонтанных
 Сестры больных братьев в 50% - носители мутации
 Здоровые мужчины не передают заболевание
Другие типы наследования
Y-сцепленные (нарушения сперматогенеза, рост тела,
конечностей, зубов)
• Передаются только по мужской линии
• Болеют только мальчики
Митохондриальные болезни (атрофия
зрительного нерва Лебера, кардиомиопатии,
миоклоническая эпилипсия, митохондриальная миопатия,
прогрессирующая офтальмоплегия)
• Болезнь передается только по материнской линии
• Болеют мальчики и девочки
• Больные мужчины не передают болезнь потомству
Для анализа сцепления необходимы
информативные мейозы
Можно сказать, произошла ли рекомбинация между
признаком и маркером
А, B – неинформативные
C – информативный нерекомбинантный
D – информативный рекомбинантный
Phase known – известно, какая комбинация аллелей унаследована
от какого родителя
LOD score
• Статистический метод для анализа
неполных родословных
• LOD = логарифм отношения вероятности,
что гены сцеплены, к вероятности, что не
сцеплены
LOD = Z =
Log10 probability
of birth sequence with a given linkage
probability of birth sequence with no linkage
• Оценивается для набора значений
предполагаемых частот рекомбинации
• Предполагаемая частота рекомбинации с
наибольшим значением LOD считается
более вероятной
θ – принятая частота рекомбинации
Вероятность того, что мейоз был рекомбинантный = θ
Вероятность того, что мейоз был нерекомбенантный = (1- θ)
• LOD > 3 считается
доказательством
сцепления
• LOD < -2 считается
доказательством
отсутствия сцепления
Спасибо за внимание