Genetska povezanost: povezani geni, rekombinacija in centimorgan
Do genetske povezanosti pride, kadar se aleli na različnih lokusih ne ločijo naključno. Mendlov drugi zakon je s tem kršen.
Geni so povezani, če so na istem kromosomu. Tako ostanejo skupaj tudi med mejozo. Aleli za gene na različnih kromosomih običajno niso povezani zaradi neodvisnega razporejanja kromosomov med mejozo.
Med mejozo, ko se kromosomi ločijo, pride do križanja DNK. Tako se lahko aleli na istem kromosomu ločijo in preidejo v različne hčerinske celice. Verjetnost, da se to zgodi, je večja, če sta alela na kromosomu daleč narazen, saj je večja verjetnost, da bo med njima prišlo do križanja. Relativno razdaljo med dvema genoma lahko izračunamo na podlagi potomcev organizma, ki ima dve povezani genetski lastnosti. Upoštevamo odstotek potomcev, pri katerih se obe lastnosti ne pojavljata skupaj. Večji kot je odstotek potomcev, ki imajo obe lastnosti, bližje sta si gena na kromosomu.
To je bila prva tehnika, uporabljena za kartiranje genov na kromosomih. Z določitvijo števila rekombinantov je mogoče dobiti merilo za razdaljo med geni. Ta razdalja se imenuje enota genetske karte (m.u.) ali centimorgan in je opredeljena kot razdalja med geni, za katere je en produkt meioze od 100 rekombinanten. Frekvenca rekombinantov (RF) 1 % je enaka 1 m.u. Povezovalni zemljevid se ustvari tako, da se poiščejo razdalje med številnimi lastnostmi, ki so prisotne na istem kromosomu, pri čemer se je najbolje izogniti velikim vrzelim med lastnostmi, da se prepreči možnost večkratnega križanja.
Kaj dodatno je pomembno o genetski povezanosti
Parentalni in rekombinantni genotipi: Pri dveh lokusih ločimo parentalne (stari kombinaciji alelov, iz katerih izhajata starša) in rekombinantne potomce (z novimi kombinacijami alelov, ki nastanejo z rekombinacijo). Če sta gena zelo tesno povezana, bodo parentalni genotipi bistveno pogostejši kot rekombinanti.
Meja 50 %: Največja mogoče opažena frekvenca rekombinantov je približno 50 %. Če sta mesta na različnih kromosomih ali sta dovolj daleč drug od drugega na istem kromosomu, je porazdelitev alelov med potomci enaka kot pri neodvisnem razporejanju — rekombinantov je okoli polovice, kar pomeni, da ne moremo z gotovostjo ločiti, ali sta loci nepovezana ali tako oddaljena, da se videz povezave izgubi.
Večkratna križanja in podcenjevanje razdalje: En sam križec (crossover) med dvema lokusoma ustvarja rekombinant. Če pa se med njima zgodita dva križanja (dvojni križec), se lahko učinek dveh križanj med drugim prekrije in povzročita videz parentalnega kombiniranja, kar pomeni, da neposredno izmerjena frekvenca rekombinantov podcenjuje pravo fizično razdaljo med genoma. Zato se za velike razdalje uporabljajo matematične korekcije (mapne funkcije, npr. Haldane, Kosambi), ki upoštevajo verjetnost večkratnih križanj.
Centimorgan in fizična razdalja
Centimorgan (cM) je enota genetske razdalje, ne fizične dolžine DNK. 1 cM približno pomeni 1 % verjetnost rekombinacije med dvema lokusoma v eni meiosi. V praksi 1 cM ne pomeni vedno enega milijona baznih parov (1 Mb); razmerje cM ↔ Mb se med vrstami, kromosomskimi regijami in celo med spoloma razlikuje. Pri ljudeh je povprečno razmerje približno 1 cM ≈ 1 Mb, vendar so velike lokalne razlike (na primer centromerni in telomerni regiji).
Posebnosti in praktična uporaba
- Spolne razlike: V mnogih vrstah, vključno z ljudmi, se stopnja rekombinacije razlikuje med spoloma — običajno imajo samice več rekombinacij kot samci, kar vpliva na dolžino genetskih kart.
- Interference: Pojav, pri katerem eno križanje zmanjša verjetnost, da bo v njegovi bližini prišlo do drugega križanja. Interference vpliva na pričakovano porazdelitev križanj in je upoštevana v nekaterih mapnih funkcijah.
- Učinkovitost kartiranja: Zdaj se za kartiranje genov in označevalnih mest pogosto uporablja veliko število SNP markerjev in sekvenčni podatki, kar omogoča natančnejše karte kot klasificiranje po fenotipih. V klasičnih križanjih pa je še vedno ključnega pomena, da so markerji sorazmerno blizu, da se izognemo težavam z večkratnimi križanji.
- Analiza povezave: V družinskih študijah in pri iskanju genov za bolezni se uporablja statistika povezave (npr. LOD-skor), ki ocenjuje verjetnost, da sta gen in mark kazalec genetsko povezana v primerjavi z nesorazmernostjo.
Zaključek
Genetska povezanost je temeljni koncept pri razumevanju prenosa in razporeditve alelov med generacijami. Razdalje med geni izračunavamo iz frekvence rekombinantov in jih izražamo v centimorganih. Pri interpretaciji teh razdalj moramo upoštevati omejitve, kot so meja 50 %, možnost večkratnih križanj, interference in razlike med spoloma. Sodobne molekularne metode in goste genetske karte so znatno povečale natančnost mapiranja in omogočile prehod od klasičnega fenotipnega kartiranja k visoko resolucijskemu molekularnemu kartiranju.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je genetska povezanost?
O: Do genetske povezanosti pride, kadar se aleli na različnih lokusih ne segregirajo naključno, s čimer se krši drugi Mendlov zakon. Geni so povezani, kadar so na istem kromosomu in med mejozo ostanejo skupaj.
V: Kako se lahko aleli na istem kromosomu ločijo?
O: Aleli na istem kromosomu se lahko ločijo s križanjem DNK med mejozo, ko se kromosomi segregirajo. Verjetnost, da se to zgodi, se poveča, če sta alela na kromosomu daleč narazen, saj je večja verjetnost, da bo med njima prišlo do križanja.
V: Katera tehnika je bila uporabljena za kartiranje genov na kromosomih?
O: Prva tehnika, uporabljena za kartiranje genov na kromosomih, je bila izračun relativne razdalje med dvema genoma na podlagi potomcev organizma, ki je imel dve povezani genetski lastnosti. Zabeleži se odstotek potomcev, pri katerih se obe lastnosti ne pojavljata skupaj, višji odstotki pa kažejo na bližje lokacije genov na kromosomu.
V: Kaj je enota genetske karte (m.u.) ali centimorgan?
O: Enota genetske karte (m.u.) ali centimorgan je opredeljena kot razdalja med geni, za katere je en produkt meioze od 100 rekombinanten. Frekvenca rekombinantnosti (RF) 1 % je enaka 1 m.u.
V: Kako se ustvari zemljevid povezav?
O: Povezovalni zemljevid se lahko ustvari tako, da se poiščejo razdalje med številnimi lastnostmi, ki so prisotne na istem kromosomu, pri čemer se je najbolje izogniti pomembnim vrzelim med lastnostmi, da se prepreči hkratno večkratno križanje.
V: Kaj se zgodi, če so pri ustvarjanju zemljevida povezav med lastnostmi velike vrzeli?
O: Če so med lastnostmi pri ustvarjanju zemljevida povezav znatne vrzeli, se poveča možnost, da se hkrati pojavi več križanj, kar lahko privede do netočnih rezultatov pri kartiranju lokacij genov in medsebojnih razdalj vzdolž kromosomov.
