Transcript Картирование генов
Slide 1
Выполнила: Голубева Ю.В. 410гр
Slide 2
• Одна из основных задач современной генетики
заключается в выяснении природы комплексных
признаков, к которым в частности относятся
многие распространенные болезни человека и
характеристики продуктивности
сельскохозяйственных животных. Стартовым
этапом на пути решения этого вопроса
является
Slide 3
Картирование генов -
Slide 4
Стратегические подходы
к картированию геномов
Slide 5
Стратегия прямой
генетики
Различия во времени появления,
необходимой методической базой и
спектре возможностей. Функция гена
известна хотя бы частично.
Slide 6
Функциональное
картирование
Основа - наличие некоторой информации о
биохимическом полиморфизме, лежащем в
основе того или иного наследственного
признака.
начинается с выделения в чистом виде
белкового продукта гена.
к нему по аминокислотной последовательности
подбирают вырожденные праймеры
проводят ПЦР-скрининг
Slide 7
• большинство генов, функция которых
была известна, уже клонированы и
локализованы.
Slide 8
• Для большинства генов, которые
были локализованы, характерны
структурные аномалии (как
правило, это гены, ответственные за
наследственные заболевания
человека), что существенно
облегчает заключительную стадию
поиска гена - выделение и
локализацию гена.
Slide 9
Кандидатное
картирование
информация о функциональном
изменении недостаточно полна, чтобы
точно указать ген
Информации достаточна для того,
чтобы выдвинуть предположения о
возможных кандидатах либо по их
функции, либо по положению на
хромосоме
Slide 10
Общее:
при функциональном, и при
кандидатном подходе клонирование
гена, как правило, предшествует его
точной локализации в геноме
локализовать ген означает пройти путь
от его функции к локализации на
хромосоме (позиции)
Slide 11
Стратегия обратной
генетики
От хромосомной карты к функции
гена. Возникло благодаря появление в
конце 80-х годов множества
высокополиморфных ДНК-маркеров
Slide 12
Позиционное
картирование
локализация гена при отсутствии всякой
функциональной информации о нем
место гена на карте устанавливают по
результатам анализа его сцепления с
ранее локализованными генетическими
маркерами, далее исследуется уже
область генома рядом с маркером
Slide 13
Генетический маркёр
(genetic marker)
• Ген, детерминирующий
отчетливо выраженный
фенотипический признак,
используемый для
генетического картирования
и индивидуальной
идентификации организмов
или клеток. Также в качестве
генетических маркеров
могут служить целые
(маркерные) хромосомы.
Slide 14
Минусы
• ограничением позиционного
подхода является низкая
разрешающая способность
генетических карт - интервал между
двумя соседними маркерами, в
котором локализован ген, может
оказаться слишком велик и
недоступен физическому
картированию.
Slide 15
Картирование генов –
виды
Физическое картирование
Генетическое картирование
Цитогенетическое(цитологическое)
картирование
Slide 16
Физическое
картирование
• обширная группа методов, позволяющая строить
карты генома (обычно их называют физическими)
высокого уровня разрешения и определять
расстояния между локализуемыми нуклеотидными
последовательностями с точностью от нескольких
десятков тысяч п.н. до одной нуклеотидной пары.
Пример: картирование
генов с помощью
хромосомных мутаций
Slide 17
Типы физического
картирования
• рестрикционное картирование
• RH-картирование
• клонирование в YAC (от англ. yeast artificial
chromosome)
• BAC (от англ. bacterial artificial
chromosome) в космидах, плазмидах и
других векторах и контиг-картирование на
их основе
• секвенирование ДНК
Slide 18
• В том случае, когда известна
последовательность ДНК интересующего
локуса, эту последовательность можно
использовать для гибридизации с
хромосомами in situ, и место гибридизации
будет однозначно указывать на локализацию
локуса в определенном районе определенной
же хромосомы
Slide 19
Генетическое
картирование
• картирование, основанное
на методах классической
генетики - определении
групп сцепления, частоты
рекомбинации и
построении генетических
карт, где единицей
измерения служат
проценты рекомбинации
Slide 20
• Первый ген человека
был локализован на
Х-хромосоме в 1911
г.
• первый аутосомный
ген - только в 1968 г
Slide 21
Генетическая карта
(genetic map
• Схема взаимного
расположения генов на
хромосоме (в группе
сцепления) и их
распределения по
разным хромосомам,
как правило,
включающая данные об
относительном
удалении генов друг от
друга (генетические
расстояния).
Slide 22
• Генетическая карта
американской норки
включает 127 генов
(черный текст) и 39
микросателлитных
последовательностей
(красным текст).
Разным цветом
выделены районы
хромосом норки
гомологичные
хромосомным.
Slide 23
Преимущества
• большое число консервативных групп
сцепления
• создание банков клеточных культур
• для локализации вновь возникшей
мутации к настоящему моменту есть
набор маркерных генов для каждой
хромосомы.
Slide 24
Построение
генетической карты
Шаг 1: формирование групп
сцепления генов и исследование их
взаимного расположения(Скрещивания
проводятся до тех пор, пока не удастся выявить
сцепленное наследование анализируемой
мутации с маркерными мутациями какой-либо
хромосомы)
Шаг 2: подсчитывание расстояния
между исследуемым геном и уже
известными маркерными генами
Slide 25
Единицы измерения
Генетическое расстояние между линейно
расположенными генами, выраженно в процентах
рекомбинации -
Два гена на хромосоме
находятся на расстоянии 1
сМ, если вероятность
рекомбинации между ними
в процессе мейоза
составляет 1%.
Классический пример Моргана –
расстояния между генами
дрозофилы
Slide 26
4 степени надежности
локализации данного гена
подтвержденная (установлена в двух и
более независимых лабораториях или на
материале двух и более независимых тестобъектов),
предварительная (1 лаборатория или 1
анализируемая семья),
противоречивая (несовпадение данных
разных исследователей),
сомнительная (не уточненные
окончательно данные одной лаборатории)
Slide 27
Минусы:
частота рекомбинации в
разных точках генома
различна, и расстояние
может существенно
варьировать
Необходим
тщательный
анализ
родословной
(если
картируется ген
заболевания)
в результате карты
сцеплений не отражают
реальных физических
расстояний между
маркерами и генами
на хромосомах.
Slide 28
Цитогенетическое
картирование
• осуществляется с применением
методов цитогенетики, когда для
локализации каких-либо
нуклеотидных
последовательностей и
определения их взаимного
расположения используются
цитологические препараты
Slide 29
Цитологические карты
• Метод цитологических карт основан на
использовании хромосомных перестроек –
перекрывающихся делеций.
При облучении и действии других
мутагенов в хромосомах часто
наблюдаются потери (делеции)
или вставки (дупликации)
небольших фрагментов,
сравнимых по величине с одним
или несколькими локусами.
Slide 30
Принципы:
• Используются гетерозиготы по хромосомам, одна из которых
будет нести группу следующих друг за другом доминантных
аллелей, а гомологичная ей — группу рецессивных аллелей тех же
генов .
• Если в хромосоме с доминантными генами произошла утрата
отдельных генов, например DE, то у гетерозиготы ABC/abcde будут
проявляться рецессивные признаки de. На этом принципе основан
метод перекрывающихся делеции, используемый при построении
цитологических карт.
Slide 31
Методы
дифференциального
окрашивания позволяют
идентифицировать на
препарате как отдельную
хромосому, так и любой
участок хромосомы
Разработанный на дрозофиле
специальный метод
перекрывающихся делеций был
использован для
цитологического картирования
генов у представителей многих
видов.
Slide 32
• Хромосомные комплексы китайского хомячка
(А), мыши (Б) и их соматического гибрида (В)
Slide 33
• сравнение генетических и
цитологических карт хромосом
показывает их соответствие:
чем больший процент
кроссинговера разделяет пару
генов, тем больше и физическое
расстояние между ними.
Slide 34
Запись локализации
гена
• Согласно официально утвержденной номенклатуре
(ISCN,1978), каждая хромосома человека после
дифференциальной окраски может быть разделена на
, нумерация которых начинается от
центромеры вверх (
), либо вниз
(
).
в каждом
участке тоже нумеруются в аналогичном порядке. Крупные
полосы разделяются на более мелкие
Slide 35
Slide 36
Алгоритм решения
задач на картирование
генов
Slide 37
Пример:
• Составьте карту хромосомы,
содержащую гены , , , , , если
частота кроссинговера между
генами и равна 2,5%, и —
3,7%, и —6%, и - 2,8%, и —
6,2%, и — 15%, и — 8,8%
Slide 38
Ответ:
D
E
2,8%
A
6%
8,8 %
C
3,7%
6,2%
B
2,5%
Slide 39
Используемая
литература
• Э. Р. Рахманалиев, Е. А. Климов, Г. Е. Сулимова МЕТОДЫ
КАРТИРОВАНИЯ ГЕНОМОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ.
КАРТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИАЦИОННЫХ
ГИБРИДОВ (RH КАРТИРОВАНИЕ)
• Аксенович Т.И. Проблемы картирования QTL (Институт
цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск)
• Мяндлина Г.И. Молекулярные основы медицинской
генетики(кафедра биологии и общей генетики,
медицинского факультета РУДН)
• В.И. Иванов Генетика Учебник для вузов, 2006
Выполнила: Голубева Ю.В. 410гр
Slide 2
• Одна из основных задач современной генетики
заключается в выяснении природы комплексных
признаков, к которым в частности относятся
многие распространенные болезни человека и
характеристики продуктивности
сельскохозяйственных животных. Стартовым
этапом на пути решения этого вопроса
является
Slide 3
Картирование генов -
Slide 4
Стратегические подходы
к картированию геномов
Slide 5
Стратегия прямой
генетики
Различия во времени появления,
необходимой методической базой и
спектре возможностей. Функция гена
известна хотя бы частично.
Slide 6
Функциональное
картирование
Основа - наличие некоторой информации о
биохимическом полиморфизме, лежащем в
основе того или иного наследственного
признака.
начинается с выделения в чистом виде
белкового продукта гена.
к нему по аминокислотной последовательности
подбирают вырожденные праймеры
проводят ПЦР-скрининг
Slide 7
• большинство генов, функция которых
была известна, уже клонированы и
локализованы.
Slide 8
• Для большинства генов, которые
были локализованы, характерны
структурные аномалии (как
правило, это гены, ответственные за
наследственные заболевания
человека), что существенно
облегчает заключительную стадию
поиска гена - выделение и
локализацию гена.
Slide 9
Кандидатное
картирование
информация о функциональном
изменении недостаточно полна, чтобы
точно указать ген
Информации достаточна для того,
чтобы выдвинуть предположения о
возможных кандидатах либо по их
функции, либо по положению на
хромосоме
Slide 10
Общее:
при функциональном, и при
кандидатном подходе клонирование
гена, как правило, предшествует его
точной локализации в геноме
локализовать ген означает пройти путь
от его функции к локализации на
хромосоме (позиции)
Slide 11
Стратегия обратной
генетики
От хромосомной карты к функции
гена. Возникло благодаря появление в
конце 80-х годов множества
высокополиморфных ДНК-маркеров
Slide 12
Позиционное
картирование
локализация гена при отсутствии всякой
функциональной информации о нем
место гена на карте устанавливают по
результатам анализа его сцепления с
ранее локализованными генетическими
маркерами, далее исследуется уже
область генома рядом с маркером
Slide 13
Генетический маркёр
(genetic marker)
• Ген, детерминирующий
отчетливо выраженный
фенотипический признак,
используемый для
генетического картирования
и индивидуальной
идентификации организмов
или клеток. Также в качестве
генетических маркеров
могут служить целые
(маркерные) хромосомы.
Slide 14
Минусы
• ограничением позиционного
подхода является низкая
разрешающая способность
генетических карт - интервал между
двумя соседними маркерами, в
котором локализован ген, может
оказаться слишком велик и
недоступен физическому
картированию.
Slide 15
Картирование генов –
виды
Физическое картирование
Генетическое картирование
Цитогенетическое(цитологическое)
картирование
Slide 16
Физическое
картирование
• обширная группа методов, позволяющая строить
карты генома (обычно их называют физическими)
высокого уровня разрешения и определять
расстояния между локализуемыми нуклеотидными
последовательностями с точностью от нескольких
десятков тысяч п.н. до одной нуклеотидной пары.
Пример: картирование
генов с помощью
хромосомных мутаций
Slide 17
Типы физического
картирования
• рестрикционное картирование
• RH-картирование
• клонирование в YAC (от англ. yeast artificial
chromosome)
• BAC (от англ. bacterial artificial
chromosome) в космидах, плазмидах и
других векторах и контиг-картирование на
их основе
• секвенирование ДНК
Slide 18
• В том случае, когда известна
последовательность ДНК интересующего
локуса, эту последовательность можно
использовать для гибридизации с
хромосомами in situ, и место гибридизации
будет однозначно указывать на локализацию
локуса в определенном районе определенной
же хромосомы
Slide 19
Генетическое
картирование
• картирование, основанное
на методах классической
генетики - определении
групп сцепления, частоты
рекомбинации и
построении генетических
карт, где единицей
измерения служат
проценты рекомбинации
Slide 20
• Первый ген человека
был локализован на
Х-хромосоме в 1911
г.
• первый аутосомный
ген - только в 1968 г
Slide 21
Генетическая карта
(genetic map
• Схема взаимного
расположения генов на
хромосоме (в группе
сцепления) и их
распределения по
разным хромосомам,
как правило,
включающая данные об
относительном
удалении генов друг от
друга (генетические
расстояния).
Slide 22
• Генетическая карта
американской норки
включает 127 генов
(черный текст) и 39
микросателлитных
последовательностей
(красным текст).
Разным цветом
выделены районы
хромосом норки
гомологичные
хромосомным.
Slide 23
Преимущества
• большое число консервативных групп
сцепления
• создание банков клеточных культур
• для локализации вновь возникшей
мутации к настоящему моменту есть
набор маркерных генов для каждой
хромосомы.
Slide 24
Построение
генетической карты
Шаг 1: формирование групп
сцепления генов и исследование их
взаимного расположения(Скрещивания
проводятся до тех пор, пока не удастся выявить
сцепленное наследование анализируемой
мутации с маркерными мутациями какой-либо
хромосомы)
Шаг 2: подсчитывание расстояния
между исследуемым геном и уже
известными маркерными генами
Slide 25
Единицы измерения
Генетическое расстояние между линейно
расположенными генами, выраженно в процентах
рекомбинации -
Два гена на хромосоме
находятся на расстоянии 1
сМ, если вероятность
рекомбинации между ними
в процессе мейоза
составляет 1%.
Классический пример Моргана –
расстояния между генами
дрозофилы
Slide 26
4 степени надежности
локализации данного гена
подтвержденная (установлена в двух и
более независимых лабораториях или на
материале двух и более независимых тестобъектов),
предварительная (1 лаборатория или 1
анализируемая семья),
противоречивая (несовпадение данных
разных исследователей),
сомнительная (не уточненные
окончательно данные одной лаборатории)
Slide 27
Минусы:
частота рекомбинации в
разных точках генома
различна, и расстояние
может существенно
варьировать
Необходим
тщательный
анализ
родословной
(если
картируется ген
заболевания)
в результате карты
сцеплений не отражают
реальных физических
расстояний между
маркерами и генами
на хромосомах.
Slide 28
Цитогенетическое
картирование
• осуществляется с применением
методов цитогенетики, когда для
локализации каких-либо
нуклеотидных
последовательностей и
определения их взаимного
расположения используются
цитологические препараты
Slide 29
Цитологические карты
• Метод цитологических карт основан на
использовании хромосомных перестроек –
перекрывающихся делеций.
При облучении и действии других
мутагенов в хромосомах часто
наблюдаются потери (делеции)
или вставки (дупликации)
небольших фрагментов,
сравнимых по величине с одним
или несколькими локусами.
Slide 30
Принципы:
• Используются гетерозиготы по хромосомам, одна из которых
будет нести группу следующих друг за другом доминантных
аллелей, а гомологичная ей — группу рецессивных аллелей тех же
генов .
• Если в хромосоме с доминантными генами произошла утрата
отдельных генов, например DE, то у гетерозиготы ABC/abcde будут
проявляться рецессивные признаки de. На этом принципе основан
метод перекрывающихся делеции, используемый при построении
цитологических карт.
Slide 31
Методы
дифференциального
окрашивания позволяют
идентифицировать на
препарате как отдельную
хромосому, так и любой
участок хромосомы
Разработанный на дрозофиле
специальный метод
перекрывающихся делеций был
использован для
цитологического картирования
генов у представителей многих
видов.
Slide 32
• Хромосомные комплексы китайского хомячка
(А), мыши (Б) и их соматического гибрида (В)
Slide 33
• сравнение генетических и
цитологических карт хромосом
показывает их соответствие:
чем больший процент
кроссинговера разделяет пару
генов, тем больше и физическое
расстояние между ними.
Slide 34
Запись локализации
гена
• Согласно официально утвержденной номенклатуре
(ISCN,1978), каждая хромосома человека после
дифференциальной окраски может быть разделена на
, нумерация которых начинается от
центромеры вверх (
), либо вниз
(
).
в каждом
участке тоже нумеруются в аналогичном порядке. Крупные
полосы разделяются на более мелкие
Slide 35
Slide 36
Алгоритм решения
задач на картирование
генов
Slide 37
Пример:
• Составьте карту хромосомы,
содержащую гены , , , , , если
частота кроссинговера между
генами и равна 2,5%, и —
3,7%, и —6%, и - 2,8%, и —
6,2%, и — 15%, и — 8,8%
Slide 38
Ответ:
D
E
2,8%
A
6%
8,8 %
C
3,7%
6,2%
B
2,5%
Slide 39
Используемая
литература
• Э. Р. Рахманалиев, Е. А. Климов, Г. Е. Сулимова МЕТОДЫ
КАРТИРОВАНИЯ ГЕНОМОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ.
КАРТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИАЦИОННЫХ
ГИБРИДОВ (RH КАРТИРОВАНИЕ)
• Аксенович Т.И. Проблемы картирования QTL (Институт
цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск)
• Мяндлина Г.И. Молекулярные основы медицинской
генетики(кафедра биологии и общей генетики,
медицинского факультета РУДН)
• В.И. Иванов Генетика Учебник для вузов, 2006