Картирование хромосом
Лекция №7 Хромосомная теория наследственности.
План лекции: 1. Основные положения хромосомной теории наследственности.
2. Генетический анализ полного сцепления.
3. Генетический анализ неполного сцепления.
4. Картирование хромосом.
Основные положения хромосомной теории наследственности.
Основные положения хромосомной теории наследственности были сформулированы в 1910-1916 годах Т.Морганом с сотрудниками.
Основные положения:
- Гены находятся в хромосомах, линейно, на определённом расстоянии друг от друга.
- Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют одну группу сцепления и наследуются совместно (сцепленно); число групп сцепления определяется гаплоидным набором хромосом (1п), у гетерогаметного пола число групп сцепления может быть на одну больше (1п+1).
- У гетерозиготных особей группы сцепления могут изменяться в результате кроссинговера – обмена участками гомологичных хромосом.
- Частота кроссинговера определяется по проценту кроссоверных особей и зависит от расстояния между генами: чем гены дальше друг от друга находятся, тем чаще наблюдается кроссинговер, но не более 50%.
- Используя закономерности линейного расположения генов в хромосомах и частоту кроссинговера как показатель расстояния между отдельными парами генов, можно построить карты расположения генов в хромосомах (картировать хромосомы); расстояние определяется в процентах кроссоверных особей или в сантиморганидах (1% = 1сМ).
Генетический анализ полного сцепления.
Полное сцепление означает, что гены, находящиеся в одной паре гомологичных хромосом, своего места расположения не изменяют и наследуются совместно. Кроссинговер, даже если и происходит, то исходную комбинацию генов в каждой из хромосом не затрагивает. Такая комбинация генов передаётся из поколения в поколение в одном и том же сочетании.
Определение групп сцепления основано на изучении характера фенотипического расщепления у гибридов второго поколения (F2) полученного по схеме дигибридного скрещивания в соответствии с третьим законом Г.Менделя. Если у потомков F2 наблюдается сочетание признаков такое же, как и у исходных родителей (либо одного, либо другого) в соотношении 3:1, то это говорит о полном сцеплении,так как при независимом наследовании должны были появиться четыре фенотипических класса особей в соотношении 9:3:3:1.
P AABB × aabb
F1 AaBb
F2
| AB | ab | |
| AB | AABB | AaBb |
| ab | AaBb | аabb |
Генетический анализ неполного сцепления.
Неполное сцепление генов наблюдается в том случае, если происходит кроссинговер. Ответить на вопрос, произошёл или не произошёл кроссинговер, можно лишь на основе сравнительного анализа определённых схем скрещивания. Рассмотрим три схемы.
Схема 1. Скрещивание при условии независимого наследования.
Р ААВВ × аавв
F1 AaBb × aabb
F2
| AB | Ab | aB | ab | |
| ab | AaBb | Aabb | aaBb | aabb |
| 25% | 25% | 25% | 25% |
Схема 2. Скрещивание при условии полного сцепления.
P AABB × aabb
F1 AaBb × ааbb
F2
| AB | ab | |
| Ab | AABB | AaBb |
| 50% | 50% |
Схема 3. Скрещивание при условии неполного сцепления, кроссинговер 20% .
Р ААВВ × аавв
F1 AaBb × aabb
F2
| AB | Ab | aB | ab | |
| ab | AaBb | Aabb | aaBb | aabb |
| 40% | 10% | 10% | 40% | |
| 40% | 20% | 40% |
Как видно, все три схемы до второго поколения выглядят совершенно одинаково. Сравнительный анализ расщепления в первой и второй схеме наглядно показывает различия между независимым наследованием и полным сцеплением (во второй схеме отсутствуют два фенотипа, что говорит о нарушении третьего закона Г.Менделя). Сравнительный анализ расщепления во второй и третьей схеме наглядно показывает различия между полным и неполным сцеплением (появление в третьей схеме ещё двух фенотипов при условии, что гены А и В составляют одну группу сцепления). Однако, сравнивая первую и третью схемы, видно, что они очень похожи: в каждой по четыре фенотипа. Различить их можно только на основе анализа числового расщепления по фенотипу. Кроссоверные особи, отличающиеся от родителей сочетанием признаков, составляют 20% от общего числа, некроссоверные 80%. При этом видна ещё одна закономерность: группы кроссоверных и некроссоверных особей, в свою очередь каждая, разбиваются на два равных по частоте встречаемости фенотипа (кроссоверные 2×10%, некроссоверные 2×40%). Следовательно, различить первую и третью схемы можно лишь на основе анализа числового расщепления с применением методов математической статистики.
Картирование хромосом.
Закон Моргана: Если А, В и С – гены, расположенные в одной хромосоме, и известно расстояние между А и В, В и С, то расстояние между А и С есть функция суммы или разности этих расстояний.
Картирование хромосом начинается с определения расстояния между конкретными парами генов (А-В, В-С, А-С) на основе анализа стандартных схем скрещивания.
Сначала определяется расстояние между генами А и В:
Р ААВВ × ааbb
F1 AaBb × aabb
F2
| AB | Ab | aB | ab | |
| ab | AaBb | Aabb | aaBb | aabb |
| 40% | 10% | 10% | 40% | |
| 40% | 20% | 40% |
По данной схеме расстояние между генами А и В = 20% (или сМ). Далее создаётся рисунок условной хромосомы, на котором произвольно отмечаются две точки, обозначающие локусы генов А и В. На рисунке расстояние отмеряется в «см» или «мм» и, следовательно, неметрическая система измерения (% или сМ) заменяется метрической. Это даёт возможность использовать выбранное расстояние как эталон, по которому в соответствии с величиной кроссинговера определяется место расположения других генов.
Далее определяется расстояние между генами А и С (вновь по общепринятой схеме).
Р ААCC × ааcc
F1 AaCc × aacc
F2
| AC | Ac | aC | ac | |
| ac | AaCc | Aacc | aaCc | Aacc |
| 47,5% | 2,5% | 2,5% | 47,5% | |
| 47,5% | 5% | 47,5% |
По данной схеме расстояние между генами А и С = 5%. Для гена С появляются два возможных места положения, находящиеся на одинаковом расстоянии (5%) справа и слева от гена А. Однако, один ген не может занимать одновременно два локуса, следовательно одна точка лишняя (неверная), её надо удалить. Для определения точного места расположения гена С проводится очередное скрещивание (по стандартной схеме), в котором определяется расстояние между генами В и С. В соответствии с предложенным условием расстояние между генами может быть либо 15%, либо 25%. Если расстояние между генами В и С оказывается равным 15%, то ген С должен быть расположен между А и С (А-С-В). Если же расстояние будет равно 25%, то ген С должен быть расположен слева от гена А (С-А-В).
Для определения места расположения следующего гена проводится изучение расстояния от неизвестного гена до двух уже изученных. Вновь сначала появляются две точки, одна из которых затем исключается. Такая работа проводится до полного определения места расположения всех генов после чего крайний ген принимается за точку отсчёта, а остальные располагаются по отношению к нему с нарастающим эффектом в соответствии с величиной кроссинговера. Так появляется обозначение всех локусов.