Полная связь

В генетике . полное (или абсолютное ) сцепление ^{[ 1 ]} определяется как состояние, при котором два локуса расположены настолько близко друг к другу, что аллели этих локусов практически никогда не разделяются при кроссинговере . Чем ближе физическое расположение двух генов в ДНК, тем меньше вероятность того, что они будут разделены в результате кроссинговера. У самцов дрозофилы полное отсутствие рекомбинантных типов из-за отсутствия кроссинговера. Это означает, что все гены, которые начинаются в одной хромосоме, в конечном итоге окажутся в той же самой хромосоме в своей первоначальной конфигурации. В отсутствие рекомбинации ожидаются только родительские фенотипы. ^{[ 2 ]}

Связь

Генетическое сцепление — это тенденция аллелей, расположенных близко друг к другу на хромосоме, наследоваться вместе в процессе мейоза у организмов, размножающихся половым путем. В процессе мейоза гомологичные хромосомы объединяются в пары и могут обмениваться соответствующими участками ДНК. В результате гены, первоначально находившиеся в одной хромосоме, могут оказаться в разных хромосомах. Этот процесс известен как генетическая рекомбинация . Скорость рекомбинации двух дискретных локусов соответствует их физической близости. Аллели, расположенные ближе друг к другу, имеют более низкую скорость рекомбинации, чем те, которые расположены далеко друг от друга. Расстояние между двумя аллелями на хромосоме можно определить, рассчитав процент рекомбинации между двумя локусами. Эти вероятности рекомбинации можно использовать для построения карты сцепления или графического представления расположения генов и гена относительно друг друга. Если сцепление полное, не должно происходить событий рекомбинации, разделяющих два аллеля, и, следовательно, у потомства должны наблюдаться только родительские комбинации аллелей. Связь между двумя локусами может иметь серьезные последствия для наследования определенных типов заболеваний. ^{[ 3 ]}

Карты генов или карты локусов качественных признаков (QTL) могут быть созданы с использованием двух отдельных методов. Один из способов использует частоту маркерных аллелей и сравнивает их с особями, выбранными из двух хвостов распределения признаков. Это называется подходом, основанным на признаках, и фенотипическая информация используется строго только для отбора людей для выборки. Другой подход называется подходом Marker-Base (MB) и при отборе образцов использует как разницу в частотах маркерных аллелей, так и фенотипические значения каждого маркерного генотипа. ^{[ 4 ]}

(Нажмите здесь, чтобы получить дополнительную информацию о картах связей [1] )

Рекомбинация во время мейоза

В диплоидных эукариотических клетках рекомбинация может происходить в процессе мейоза. Гомологичные хромосомы объединяются во время мейоза, а затем окончательно разделяются, в результате чего образуются две гаплоидные дочерние клетки, каждая из которых содержит по одной копии каждой хромосомы. Пока гомологичные хромосомы выстраиваются в ряд, они могут обмениваться соответствующими сегментами своей собственной ДНК с ДНК своего гомолога. В результате появляются хромосомы, несущие как материнскую, так и отцовскую ДНК. Благодаря рекомбинации дочерние клетки обладают наибольшим генетическим разнообразием. ^{[ 5 ]}

(Нажмите здесь, чтобы просмотреть видеоурок, объясняющий генетическую рекомбинацию)

Методы анализа

Иерархическая кластеризация

Один мощный инструмент для интерпретации и графического отображения наборов данных о связях называется иерархической кластеризацией . Кластеризация организует объекты в группы на основе сходства. В случае сцепления сходство соответствует физической близости хромосомы. Иерархическая кластеризация — это восходящий подход к кластерному анализу, при котором две ближайшие точки данных группируются вместе и обрабатываются как одна точка данных для последующей кластеризации. При иерархической кластеризации с полной связью этот процесс объединения точек данных в кластеры увеличивающегося размера повторяется до тех пор, пока все данные не станут частью одного кластера. ^{[ 6 ]} Диаграмма, полученная в результате иерархического кластерного анализа, называется дендрограммой , в которой данные вложены в скобки возрастающего несходства. Две распространенные проблемы с иерархической кластеризацией включают определение определенного расстояния «сходства» между двумя точками данных, чтобы создать значимые ассоциации между точками данных, а также то, как объединять точки данных таким образом, чтобы это было полезно для дальнейшей кластеризации, когда они были признаны аналогичными. Разработан алгоритм кросс-кластеризации с автоматической оценкой количества кластеров, который помогает решить часть этих проблем. За счет точной настройки ожидаемого количества кластеров возможность объединения двух несвязанных кластеров сводится к минимуму. ^{[ 7 ]} Опять же, при этом типе анализа единственный результирующий кластер означает полную связь, поскольку все точки данных находятся в пределах заданного сходства.

(Нажмите здесь, чтобы просмотреть интерактивную демонстрацию иерархической кластеризации)

История

Идея генетического сцепления была впервые открыта британскими генетиками Уильямом Бейтсоном , Эдит Ребеккой Сондерс и Реджинальдом Паннеттом . Томас Хант Морган расширил идею сцепления, заметив, что в некоторых случаях наблюдаемая частота событий кроссинговера отличалась от ожидаемой частоты событий кроссинговера. Он объяснил снижение скорости рекомбинации меньшим пространственным разделением генов на хромосоме; Выдвинута гипотеза о том, что гены, которые более близко расположены на хромосоме, будут иметь меньшую скорость рекомбинации, чем те, которые расположены дальше друг от друга. ^{[ 8 ]} Единицей измерения, описывающей расстояние между двумя сцепленными генами, является сантиморган , названный в честь Томаса Ханта Моргана. Сантиморган эквивалентен проценту рекомбинации. два локуса с частотой рекомбинации 2% расположены на расстоянии 2 сантиморганов друг от друга. ^{[ 9 ]}

${\text{recombination frequency}}={\frac {\text{Number Recombinant Progeny}}{\text{Total Number Progeny}}}\times 100\%$ ^{[ 10 ]}

Использование в исследованиях

Экономические выгоды

Возможность определить связь между генами также может иметь серьезные экономические выгоды. Изучение взаимосвязи характеристик сахарного тростника привело к более продуктивному и прибыльному росту этой культуры. Сахарный тростник — устойчивая культура, которая является одним из наиболее экономически выгодных возобновляемых источников энергии. QTL-анализ сахарного тростника был использован для построения карты сцепления, которая идентифицировала кластеры генов и важные связанные локусы , которые можно использовать для прогнозирования реакции на грибковую инфекцию в конкретной линии сахарного тростника. ^{[ 11 ]}

Медицинские льготы

Картирование связей также может быть полезно при определении закономерностей наследования таких черт, как психологические заболевания. Исследования связи панического расстройства и тревожных расстройств выявили области интереса на конкретных хромосомах. Хромосомы 4q21 и 7p считаются сильными кандидатами на локусы тревожных расстройств, связанных с паникой и страхом. Знание конкретного местоположения этих локусов и вероятности их совместного наследования на основе их сцепления может дать представление о том, как эти нарушения передаются и почему они часто встречаются у пациентов вместе. ^{[ 12 ]}

Ссылки

^ «7.3: Связывание снижает частоту рекомбинации» . Свободные тексты по биологии . 03.06.2016 . Проверено 28 августа 2021 г.
^ «Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 10 апреля 2016 г.
^ Холост, Ричард М.; Стрейер, Ник; Томсон, Гленис; Паунич, Ваня; Альбрехт, Марк; Майерс, Мартин (07 сентября 2015 г.). «Асимметричное неравновесие по сцеплению: инструменты для оценки мультиаллельной LD» . Иммунология человека . 77 (3): 288–94. дои : 10.1016/j.humimm.2015.09.001 . ISSN 1879-1166 . ПМИД 26359129 .
^ Тенеса, Альберт; Вишер, Питер М.; Карозерс, Эндрю Д.; Нотт, Сара А. (1 марта 2005 г.). «Картирование локусов количественных признаков с использованием неравновесия по сцеплению: методы, основанные на маркерах и признаках». Генетика поведения . 35 (2): 219–228. дои : 10.1007/s10519-004-0811-5 . ISSN 0001-8244 . PMID 15685434 . S2CID 17237877 .
^ «Генетическая рекомбинация | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 26 марта 2016 г.
^ Шарма, Алок; Бороевич, Даичи; Каматани, Ёитиро; Кубо, Мичиаки ( Тацухико 2016-03-2016 , . ) ): 112–122.doi : 10.1109 . hdl : 10072/343356 . ISSN 1558-2531 . PMID 27046867 . / TBME.2016.2542212
^ Теллароли, Паола; Бацци, Марко; Донато, Мишель; Браззале, Алессандра Р.; Драгич, Сорин (01 января 2016 г.). «Кросс-кластеризация: алгоритм частичной кластеризации с автоматической оценкой количества кластеров» . ПЛОС ОДИН . 11 (3): e0152333. Бибкод : 2016PLoSO..1152333T . дои : 10.1371/journal.pone.0152333 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4807765 . ПМИД 27015427 .
^ «Первая карта генетических связей | Калифорнийский технологический институт» . Калифорнийский технологический институт . 21 марта 2013 года . Проверено 26 марта 2016 г.
^ Шталь, ФРВ (01 января 2001 г.). Сентиморган (см) А2 - Хьюз, Стэнли МалойКелли . Сан-Диего: Академическая пресса. п. 495. ИСБН 9780080961569 .
^ «Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 10 апреля 2016 г.
^ ПАЛХАРЕС, Алессандра К.; РОДРИГ-МОРЕ, Тейслин Б.; Ван Слейс, Мари-Анн; Домингес, Дуглас С.; Маккерони, Уолтер; Джордан, Гамильтон; СОУЗА, Анете П.; Маркони, Тьяго Г.; Моллинари, Марсело (01 января 2012 г.). «Новая карта связей сахарного тростника с доказательствами кластеризации маркеров на основе ретротранспозонов» . БМК Генетика . 13:51 . дои : 10.1186/1471-2156-13-51 . ISSN 1471-2156 . ПМЦ 3443450 . ПМИД 22742069 .
^ Лог, Марк В.; Баувер, Сара Р.; Ноулз, Джеймс А.; Гамерофф, Марк Дж.; Вайсман, Мирна М.; Кроу, Раймонд Р.; Файер, Эбби Дж.; Гамильтон, Стивен П. (01 апреля 2012 г.). «Многофакторный анализ тревожных расстройств дает дополнительные доказательства связи с хромосомами 4q21 и 7p в семьях с паническими расстройствами» . Американский журнал медицинской генетики, часть B. 159Б (3): 274–280. дои : 10.1002/ajmg.b.32024 . ISSN 1552-485X . ПМК 3306232 . ПМИД 22253211 .

[1] «7.3: Связывание снижает частоту рекомбинации» . Свободные тексты по биологии . 03.06.2016 . Проверено 28 августа 2021 г.

[2] «Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 10 апреля 2016 г.

[3] Холост, Ричард М.; Стрейер, Ник; Томсон, Гленис; Паунич, Ваня; Альбрехт, Марк; Майерс, Мартин (07 сентября 2015 г.). «Асимметричное неравновесие по сцеплению: инструменты для оценки мультиаллельной LD» . Иммунология человека . 77 (3): 288–94. дои : 10.1016/j.humimm.2015.09.001 . ISSN 1879-1166 . ПМИД 26359129 .

[4] Тенеса, Альберт; Вишер, Питер М.; Карозерс, Эндрю Д.; Нотт, Сара А. (1 марта 2005 г.). «Картирование локусов количественных признаков с использованием неравновесия по сцеплению: методы, основанные на маркерах и признаках». Генетика поведения . 35 (2): 219–228. дои : 10.1007/s10519-004-0811-5 . ISSN 0001-8244 . PMID 15685434 . S2CID 17237877 .

[5] «Генетическая рекомбинация | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 26 марта 2016 г.

[6] Шарма, Алок; Бороевич, Даичи; Каматани, Ёитиро; Кубо, Мичиаки ( Тацухико 2016-03-2016 , . ) ): 112–122.doi : 10.1109 . hdl : 10072/343356 . ISSN 1558-2531 . PMID 27046867 . / TBME.2016.2542212

[7] Теллароли, Паола; Бацци, Марко; Донато, Мишель; Браззале, Алессандра Р.; Драгич, Сорин (01 января 2016 г.). «Кросс-кластеризация: алгоритм частичной кластеризации с автоматической оценкой количества кластеров» . ПЛОС ОДИН . 11 (3): e0152333. Бибкод : 2016PLoSO..1152333T . дои : 10.1371/journal.pone.0152333 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4807765 . ПМИД 27015427 .

[8] «Первая карта генетических связей | Калифорнийский технологический институт» . Калифорнийский технологический институт . 21 марта 2013 года . Проверено 26 марта 2016 г.

[9] Шталь, ФРВ (01 января 2001 г.). Сентиморган (см) А2 - Хьюз, Стэнли МалойКелли . Сан-Диего: Академическая пресса. п. 495. ИСБН 9780080961569 .

[10] «Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 10 апреля 2016 г.

[11] ПАЛХАРЕС, Алессандра К.; РОДРИГ-МОРЕ, Тейслин Б.; Ван Слейс, Мари-Анн; Домингес, Дуглас С.; Маккерони, Уолтер; Джордан, Гамильтон; СОУЗА, Анете П.; Маркони, Тьяго Г.; Моллинари, Марсело (01 января 2012 г.). «Новая карта связей сахарного тростника с доказательствами кластеризации маркеров на основе ретротранспозонов» . БМК Генетика . 13:51 . дои : 10.1186/1471-2156-13-51 . ISSN 1471-2156 . ПМЦ 3443450 . ПМИД 22742069 .

[12] Лог, Марк В.; Баувер, Сара Р.; Ноулз, Джеймс А.; Гамерофф, Марк Дж.; Вайсман, Мирна М.; Кроу, Раймонд Р.; Файер, Эбби Дж.; Гамильтон, Стивен П. (01 апреля 2012 г.). «Многофакторный анализ тревожных расстройств дает дополнительные доказательства связи с хромосомами 4q21 и 7p в семьях с паническими расстройствами» . Американский журнал медицинской генетики, часть B. 159Б (3): 274–280. дои : 10.1002/ajmg.b.32024 . ISSN 1552-485X . ПМК 3306232 . ПМИД 22253211 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]