Geneetiline seos: rekombinatsioon, kromosoomid ja geenide kaardistamine

Geneetiline seos tekib siis, kui eri lokkide alleelid ei segregeeru juhuslikult. Seega on Mendeli teine seadus rikutud.

Geenid on seotud, kui nad asuvad samal kromosoomil. Siis kipuvad nad meioosi ajal koos püsima. Erinevatel kromosoomidel asuvate geenide alleelid ei ole tavaliselt seotud, kuna kromosoomid on meioosi käigus sõltumatult sorteerunud.

Kromosoomide segregatsiooni ajal toimub meioosi käigus DNA ristumine. Seega võivad samal kromosoomil olevad alleelid eralduda ja minna erinevatesse tütarrakkudesse. Selle tõenäosus on suurem, kui alleelid on kromosoomil üksteisest kaugel, sest siis on tõenäolisem, et nende vahel toimub ristumine. Kahe geeni vahelist suhtelist kaugust saab arvutada, kasutades kahe seotud geneetilise tunnusega organismi järglasi. Märgitakse nende järglaste protsent, kelle puhul need kaks omadust ei jookse koos. Mida suurem on nende järglaste osakaal, kellel on mõlemad tunnused olemas, seda lähemal kromosoomil on need kaks geeni.

See oli esimene tehnika, mida kasutati geenide kaardistamiseks kromosoomidel. Rekombinantide arvu arvutamise teel on võimalik saada geenide vahelise kauguse mõõtühik. Seda vahemaad nimetatakse geneetiliseks kaardistamisühikuks (m.u.) ehk sentimeetriks ja see on määratletud kui geenide vaheline kaugus, mille puhul üks meioosiprodukt 100-st on rekombinantsed. Rekombinatsioonisagedus (RF) 1 % vastab ühele m.u. Seosekaart luuakse, leides kaardikaugused mitmete samal kromosoomil esinevate tunnuste vahel, vältides ideaaljuhul märkimisväärseid lünki tunnuste vahel, et vältida mitmekordse ristumise võimalust.

Rekombinatsioonisageduse (RF) arvutamine ja tähendus

Rekombinatsioonisagedus arvutatakse lihtsa valemiga:

RF (%) = (rekombinantide arv / kõikide järglaste arv) × 100

Näide: kui 100 järglase hulgas on 10 rekombinanti, siis RF = 10% → 10 m.u. (samas kui 10 cM, kus cM = centimorgan). RF annab hinnangu kahe geeni vahelisele geneetilisele kaugusele, kuid see ei ole täpne mõõt füüsilisele DNA-pikkusele, sest rekombinatsiooni esinemine ei ole kõikjal kromosoomil ühtlane.

Piirangud ja kastid, mida meeles pidada

• Max RF 50%: Kui kahe geeni vahel on RF ~50%, neid geene näidatakse kui mitteseotud — see on olukord, kus ristumine toimub nii sageli, et alleelid segunevad nagu erinevatel kromosoomidel. Seetõttu ei saa RF üle 50% korrektse kauguse indikaatorina kasutada.
• Topeltristumised: Kui kahe geeni vahel on pikk vahemaa, võivad esineda topeltristumised, mis varjavad tegelikku rekombinatsiooni hulka ja alahindavad kaugust. Selle vältimiseks kasutatakse kolmepunktseid ristamisi ja kaardifunktsioone.
• Kaardifunktsioonid: Haldane'i ja Kosambi kaardifunktsioonid teisendavad täheldatud RF-i (mis ei ole lineaarselt additiivne) geneetiliseks kauguseks, arvestades topeltristumiste tõenäosust ja (Kosambi puhul) ristumiste vahelist interferentsi.
• Interferents: Üks ristumine võib mõjutada teise esinemist samal kromosoomil. Kui üks ristumine vähendab teise tõenäosust, räägitakse positiivsest interferentsist; vastupidine olukord on negatiivne interferents. Interferentsi mõõdetakse koefitsiendiga, mida nimetatakse coincidence'iks ja interferentsiks (I = 1 − C).

Praktilised kaardistamismeetodid

• Testcross/backcross: sageli ristatakse heterosügootne isend testiisendiga (homoosügootne retsessiivne), et lihtsustada rekombinantide tuvastamist ja RF mõõtmist.
• Kolmepunktilised ristamised: võimaldavad samaaegselt hinnata kolme geeni järjestust ja tuvastada topeltristumisi, mis aitab määrata geenide õiget järjestust ja täpsemat kaugust.
• Molekulaarsed markerid: kaasaegsed uuringud kasutavad SNP-sid, mikrosatelliite ja teisi markereid, mis võimaldavad katta kogu genoomi tihedama kaardiga ja leida rekombinatsioonisageduse läbimurdepunkte (hotspotid).

Rakendus ja erinevus teistest mõistetest

Geenide seose teave on oluline meditsiinilises geneetikas (haigusega seotud geenide kaardistamine), põllumajanduses (põllukultuuride ja tõuaretuse tunnuste ligikaudne positsioneerimine) ning evolutsioonilistes uuringutes. On oluline eristada termineid:

• Geneetiline seos (linkage) viitab sellele, et geenid paiknevad samal kromosoomil ja edasikantavad mittejuhuslikult.
• Linkage disequilibrium (LD) on populatsiooni tasemel esinev seose muster alleelide vahel, mis võib olla põhjustatud seosest, valikust, populatsiooni ajaloost või muust demograafiast ning ei tähenda tingimata füüsilist lähedust ühe kromosoomi piires.
• Geneetiline kaart vs füüsiline kaart: geneetiline kaart mõõdab rekombinatsioonipõhist kaugust (m.u. või cM), füüsiline kaart mõõdab aluste (nt bp) arvu. Need kaks võivad erineda, sest rekombinatsioon ei jaotu kogu kromosoomil ühtlaselt.

Kokkuvõte

Geneetiline seos tekib siis, kui geenid asuvad samal kromosoomil ja ei segrupeeru täielikult sõltumatult. Ristumine (rekombinatsioon) meioosis võib neid geene eraldada; selle sagedus annab hinnangu geneetilisele kaugusele. Rekombinatsioonisagedus (RF) on praktiline ja lihtne mõõde, mille põhjal koostati esimesed geneetilised kaardid. Tänapäeval täiendavad ja täpsustavad neid tulemusi molekulaarsed markerid, kaardifunktsioonid ning arusaam interferentsist ja rekombinatsiooni hotspotidest.

Küsimused ja vastused

K: Mis on geneetiline seos?

K: Kuidas võivad samal kromosoomil olevad alleelid eralduda?

K: Millist tehnikat kasutati geenide kaardistamiseks kromosoomidel?

K: Mis on geneetilise kaardi ühik (m.u.) ehk sentimorgan?

K: Kuidas koostatakse seosekaarti?

K: Mis juhtub, kui tunnuste vahel on märkimisväärseid lünki seosekaardi loomisel?

Otsing