Transcript Genetický polymorfismus

Genetický polymorfismus
Řecky morphos = tvar
polymorfní = vícetvarý, mnohotvárný
Genetický polymorfismus je tedy označení pro výskyt
téhož znaku ve více tvarech, formách, přičemž tato
mnohotvárnost je geneticky podmíněna.
Znak s nejméně 2
geneticky
podmíněnými variantami v 1 populaci, kdy
zřídkavá varianta má alespoň 1% výskyt.
Do polymorfismu nepatří:
- znaky, jejichž variabilita není podmíněna
geneticky
- znaky se zřídkavým výskytem (např. dědičné
choroby)
- znaky s kontinuální proměnlivostí
- znaky, které jsou polymorfní mezi více
populacemi téhož druhu, ale ne v rámci jedné
Členění:
1/ polymorfismus DNA
2/ polymorfismus biochemický
3/ polymorfismus imunologický
4/ polymorfismus morfologický
1/ polymorfismus DNA
Všechny typy genetického
polymorfismu mají svůj podklad v
polymorfismu v kódujících
sekvencích DNA.
2 hlavní typy polymorfismu DNA:
• bodový polymorfismus
• polymorfismus repetitivních sekvencí
Bodový polymorfismus:
většinou záměna báze (substituce),
méně často jiné typy mutací.
Single Nucleotide Polymorphism
SNP
SNP
AGT CAG TC
TCA GTC AG
AGT GAG TC
TCA CTC AG
SNP
Změna báze/bází v kódující sekvenci
může
vést k změně aminokyseliny a tím k projevu ve
fenotypu, tj. k polymorfismu biochemickému,
imunologickému nebo morfologickému.
SNP
Změna báze/bází v nekódující sekvenci
se ve fenotypu neprojeví.
U eukaryot cca 1 polymorfismus na
500
nukleotidů v kódující a
50
nukleotidů v nekódující sekvenci
SNP
Metody genotypizace:
•
•
•
•
PCR/RFLP
RT-PCR
DNA microarrays
a další přístrojové techniky
SNP
V
současné
době
intenzívního výzkumu.
jsou
Hlavní využití:
genomická selekce
objektem
Genomická selekce:
Genotypizace SNP na principu
• hybridizace
• alelově specifického značení
• odečtení genotypu
Genomická selekce:
Vysoce kapacitní přístrojová metoda,
analýza 54
000 SNP na jednom chipu.
Nové čipy – analýza 777
000 SNP.
Genomická selekce:
Hledání vztahu mezi alelickou variantou
SNP a plemennou hodnotou – vazba mezi
lokusy.
Genomická selekce:
Výhoda:
SNPs jsou rovnoměrně rozloženy po celém
genomu.
Genomická selekce:
Výhoda:
Selekci lze provést okamžitě po narození!!!
SNP
Další aplikace:
• Konstrukce genetických map
• Ověřování rodičovství
• Identifikace jedinců
•Populačně – genetické studie
Polymorfismus repetitivních
sekvencí
VNTR
Variable Number of Tandem Repeats
• Výskyt mnoha relativně krátkých sekvencí v
genomu ve formě tzv. tandemových repetic
• Třídění podle délky sekvence: maxisatelity,
minisatelity a mikrosatelity
Polymorfismus repetitivních sekvencí:
mikrosatelity
repetitivní motiv tvořen 2-6 bázemi
Mikrosatelity jsou krátké segmenty DNA s opakující
se sekvencí, např. CACACACA, vět. se vyskytují v
nekódující DNA. V řadě mikrosatelitů se repetitivní
motiv (např. CA) opakuje 4x, v jiných 7x, 2x nebo
30x.
V diploidních organismech má každé individuum
dvě kopie mikrosatelitu. Např. otec má genotyp s
12 a 19 opakováními, matka 18 a 15 opakování,
potomek 12 a 15 opakování.
Ověření parentity
12,19
15,18
12,15
12,18
19,15
19,18
15,21 !!!
Genotypizace metodou PCR a elektroforézy, v
souč. na automatických kapilárních přístrojích.
Aplikace:
• Markery asistovaná selekce MAS
•Konstrukce genetických map
• Ověřování rodičovství
• Identifikace jedinců
•Populačně – genetické studie
2/ biochemický polymorfismus
Výskyt strukturně či funkčně odlišných variant 1
proteinu, jehož syntéza je řízena z 1 lokusu
•
•
•
•
•
Polymorfní systém Hb
Alely HbA, HbB
Polymorfní varianta HbA, HbB
Genotyp HbA/HbA, HbB/HbB, HbA/HbB
Polymorfní typ HbA, HbB, HbAB
Variabilita proteinů
• Dána změnami v jejich primární struktuře,
prostetické skupině apod.
• Příčiny: 1) mnohotný alelismus
(mutace)
2) posttranslační změny
3) více genů kódujících týž protein
Typy biochemické variability
• Variabilita bez detekovatelné změny aktivity
• Strukturálně odlišný protein, změna
vlastností – aktivita, rychlost rozpadu
Typy biochemické variability
• Mutace jiného genu, která modifikuje aktivitu
proteinu
• Ztráta proteinu – nulová alela
• Hybridní proteiny
Populačně – genetické mechanismy rozšíření
biochemického polymorfismu
• Selekce
• Genetický drift – zřejmě významnější
Využití biochem. polymorfismu
• Vztah mezi polymorfismem a užitkovou
vlastností – kappa-kasein, DGAT1 atd.
• Markery pro užitkové vlastnosti (stejně jako
kterýkoliv jiný polymorfismus)
• Mapování genomu
• Populačně – genetické studie
Protein
(polymorfní systém)
skot : mléko
aS1 kasein
aS2 kasein
b kasein
k kasein
a laktalbumin
b laktoglobulin
imunoglobulin
skot: sérum
transferin
albumin
postalbumin
alkalická fosfatáza
amyláza I
amyláza II
ceruloplazmin
skot : erytrocyty
hemoglobin
karbonic. anhydráza
alely
A, B, C, D, E, nejčastější je B s frekvencí 90% a více
A, B, C, D
A1, A2, A3, B1, B2, C, D, E, nejč. A2 (23-75%) a A1 (10-78%)
A, B, C, D, E, F, G, nejč. A (40-85%) a B (10-50%, holštýn i méně)
A, B, C, u evropských plemen skotu se vyskytuje pouze alela B
A, B, C, D, E, F, W, X, nejvíce A (25-60%) a B (40-60%)
G1, G2, A, M
A, D1, D2, E, B, F, N
A, B, C a další
F, S
A,O
A,B,C a další
A,B
A,B,C
A, B, C a další
F, S a další
3) Imunologický polymorfismus
• Imunogenetika – zabývá se genetickými
aspekty imunologického systému
• Antigen x protilátka
Imunologický polymorfismus
• v širším slova smyslu: nauka o genetické podstatě
vzniku (založení) antigenů a tvorbě protilátek
• v užším slova smyslu: nauka o alloantigenech
(erytrocytárních a histokompatibilních) aj.
- nauka o krevních skupinách
- nauka o tkáňové snášenlivosti
Antigen: - látka, která je u příjemce schopna vyvolat
imunitní reakci
- je nejčastěji charakteru glykoproteinů
nebo glykolipidů
Antigeny: - xenoantigeny (cizodruhové), např. viry,
bakterie
- alloantigeny (stejnodruhové), vlastní
antigeny determinující specifitu
každého jedince
Protilátky (imunoglubuliny):
-protein vznikající jako odezva na působení
antigenu
-monospecifický protein eliminující příslušný
antigen
Protilátky:
- přirozené (vznikají bez antigenního podnětu,
přesněji bez známého podnětu)
- imunní (vznikají po působení antigenu –
imunizaci)
Erytrocytární antigeny
• Krevní faktor – geneticky determinovaný erytrocytární
antigen
• Krevně skupinový systém – souhrn antigenů
determinovaných z jednoho
lokusu
• Krevní skupina – kombinace antigenů jednoho
individua děděných na jednom chrom.
lokusu
• Krevní typ – souhrn všech erytrocytárních antigenů
jedince
Erytrocytální antigeny
• Na povrchu erytrocytů
• Rozčleněny do polymorfních (krevně
skupinových) systémů (člověk 15, skot 12, prase
15)
• Každý systém tvořen alelami z jednoho lokusu
• Vytvářejí druhovou i individuální specifitu
Krevně-skupinové systémy
• Komplexní
• Jednoduché
• Uzavřené
• Otevřené
Dědičnost krevně skup. systémů
1 alela = 1 antigen
Např. F-V systém skotu
Alela F1- antigen F1
Dědičnost krevně skup. systémů
1 alela = žádný antigen
Např. systém ABO u člověka
Alela 0 – žádný antigen
Dědičnost krevně skup. systémů
1 komplexní alela = skupina antigenů
Např. B systém u skotu
Komplexní alela O1T1Y2E3´F´I´K´
antigeny O1,T1,Y2,E3´,F´,I´,K´
Dědičnost krevně skup. systémů
Až na výjimky kodominantní dědičnost,
nulové alely se chovají jako recesívní.
krevní
skupina
genotyp
antigen
protilátky
0
I0/I0
-
anti-A,
anti-B
A
IA/IA, IA/I0
A
anti-B
B
IB/IB, IB/I0
B
anti-A
AB
IA/IB
A, B
-
P
F1
HH IAIB
x
HH I0I0
AB
0
HH IAI0
HH IBI0
A
B
P
hh IAIB
0
F1
Hh IAI0
A
x
HH I0I0
0
Hh IBI0
B
Druh
Počet
systémů
Označení systémů a minimální
známý počet krevních skupin
Skot
12
A(10), B(500), C(70), FV(5), J(4), L(2), M(3), N(2),
S(8), Z(3), R'S'(3),T'(2)
Ovce
8
R(2), I(2), A(4), B(60), C(4), D(2), M(3), XZ(2)
Kůň
8
A(5), C(2), D(3), K(2), P(3), Q(6), T(2), U(2)
Prase
15
A(2), B(2), C(2), D(2), E(13), F(3), G(2), H(6), I(2),
J(3), K(5), L(6), M(9), N(3), O(2)
Kur
12
A(5), B(35), C(5), D(5), E(9), H(3), I(5), J(3), K(4),
L(2), P(10), R(2)
Krevně-skupinové systémy u lidí (14)
Využití krevně-skupinových systémů
• Ověřování původu
• Paternita a parentita
Histokompatibilní komplex
• Tzv. transplantační antigeny
• Na plazmatické membráně každé buňky
• Působí jako alloantigen
MHC
- Major histocompatibility complex
MHL
- Major histocompatibility locus
HLA
- Human lymphocyte antigens
BOLA - Bovine lymphocyte antigens
PLA
- Pig lymphocyte antigens
Hlavní histokompatibilní komplex (MHC)
• na 6. chromozomu
• je tvořen velkým počtem genů
• geny rozděleny do tříd I., II. III.
• každá z nich je vysoce polymorfní
• třída I. a II. obsahuje geny pro leutocytární
antigeny (HLA), které mají zásadní význam pro
odvržení transplantátu
• třída III. zahrnuje řadu genů které asociují s
některými onemocněními
BP, PQ, DR = geny antigenů II. třídy
B, C, A = geny antigenů I. třídy
LMP = geny kódující velké multifunkční proteázy
DM = heterodimér DMA a DMB genů kódující antigen zpracovávající molekulu
potřebnou pro vazbu peptidu s antigeny II. třídy
Haplotyp
Souhrn alel na jednom chromozomu.
MHC haplotyp
Souhrn alel na MHC lokusu.
Dědičnost HLA haplotypů
• Každý rodič má dva exprimované haplotypy
• Alely na MHC lokusu jsou těsně vázané,
nedochází k rekombinacím
• Potomkovi předává každý rodič jeden haplotyp
• Rodič a potomek sdílejí jeden shodný haplotyp
• Některé haplotypy jsou mnohem častější, jiné
vzácné
• Většina z 3x107 kombinací (haplotypů) nebyla
nikdy nalezena
• Existují významné etnické distribuce haplotypů
(rozdíly mezi etniky)
4) Morfologický polymorfismus
• má multifaktoriální etiologii
• např. otisky prstů