Crossing-over. Synaptonemální komplex. Crossing-over a výměna genetického materiálu. Párování homologních chromosomů

Transkript

1 Vazba genů

2 Crossing-over V průběhu profáze I meiózy Princip rekombinace genetického materiálu mezi maternálním a paternálním chromosomem Synaptonemální komplex Zlomy a nová spojení chromatinových řetězců nutná přítomnost konkrétních štěpících enzymů a DNA-polymeráz Jeden párový chromosom Crossing-over a výměna genetického materiálu Párování homologních chromosomů Zlom na nesesterských chromatidách Crossing-over mezi nesesterskými chromatidami Dekondenzovaná smyčka DNA Synaptonemální komplex Svazky proteinů Rekombinační uzel Druhý párový chromosom

3 Vazba genů V rámci jednoho chromosomu jsou geny uspořádány lineárně Mezi jednotlivými geny téhož chromosomu tedy existuje vazba celá jejich sada (vazbová skupina) migruje do nově vznikajících gamet celé chromosomy se dostanou do konkrétní gamety Ale protože existuje crossing-over, může během meiózy nastat výměna úseků DNA mezi homologními (maternálními a paternálními) chromosomy - rekombinace Frekvence crossing-overů závisí na mapové vzdálenosti Vazba úplná, neúplná, volná kombinovatelnost A) silnější vazba oproti B), kde je mezi lokusy větší vzdálenost a tak větší pravděpodobnost rekombinací A B

4 A a Vazba genů A B C B b a b c C c A A a a B B b b C c C c Šipky znázorňují místo zlomu při crossing-overu, což zapříčiní rekombinaci mezi původním postavením alel ABC / abc nesesterských chromatid homologních chromosomů na ABc / abc

5 Trans nebo cis pozice alel CIS fáze: pokud jsou dominantní alely obou genů na jednom chromosomu a recesivní alely týchž genů na druhém A a cis B b TRANS fáze: pokud je na chromosomu dominantní alela jednoho genu a recesivní alela druhého genu a na druhém je tomu naopak A a trans b B

6 Rekombinační zlomek

7 Morgan a centimorgan Popis pozice genů na základě jejich fenotypového projevu základy položil Morgan na začátku 20. století Podle něj je pojmenována jednotka relativní vzdálenosti genů (lokusů) v genetické mapě 1 cm (centimorgan) odpovídá pravděpodobnosti rekombinace 1% Vzdálenost lokusu A a B je 12,3 cm : ve 12,3 děleních ze sta dojde mezi lokusy A a B ke crossing-overu (rekombinaci)

8 Vazba genů A] vazba úplná: 0 cm, nedochází ke crossing-overu B] neúplná vazba, frekvence rekombinací závisí na mapové vzdálenosti 0 > - <50cM C] volná kombinovatelnost: 50cM A B C

9 Zpětné (testovací) křížení - výklad Testovací křížení AaBb x aabb Gamety Genotypy [AB, Ab, ab, ab] x [ab] AB/ab, Ab/ab, ab/ab, ab/ab AaBb aabb Lokalizace na dvou chromosomových párech VOLNÁ KOMBINOVATELNOST Fenotypové štěpné poměry: 1:1:1:1 VAZBA GENŮ oba lokusy na tomtéž chromosomu Odchylky štěpných poměrů při srovnání štěpných poměrů s dihybridismem nebo testovacím křížením popsaným Mendelem

10 Zpětné křížení Fáze cis AaBb x aabb A a a a B b b b Gamety nerekombinované: AB ab ab ab rekombinované: Ab ab ab ab

11 Fáze cis Příklad: Testovací zpětné křížení AaBb x aabb Genotyp a jeho frekvence 0 cm 10 cm 50 cm

12 Výsledek:Testovací zpětné křížení Fáze cis AaBb x aabb Genotyp a jeho frekvence 0 cm AB/ab ab/ab 0,5 0,5 10 cm AB/ab Ab/ab ab/ab ab/ab 0,45 0,05 0,05 0,45 50 cm AB/ab Ab/ab ab/ab ab/ab 0,25 0,25 0,25 0,25

13 Zpětné křížení Fáze trans AaBb x aabb A a a a b B b b Gamety nerekombinované: Ab ab ab ab rekombinované: AB ab ab ab

14 Příklad: Fáze trans Testovací zpětné křížení AaBb x aabb Genotyp a jeho frekvence 0 cm 22 cm 50 cm

15 Výsledek: Fáze trans Testovací zpětné křížení AaBb x aabb Genotyp a jeho frekvence 0 cm Ab/ab ab/ab 0,5 0,5 22 cm AB/ab Ab/ab ab/ab ab/ab 0,11 0,39 0,39 0,11 50 cm AB/ab Ab/ab ab/ab ab/ab 0,25 0,25 0,25 0,25

16 Vazba genů Bylo provedeno testovaní zpětné křížení dvojnásobného heterozygota AaBb s dvojitým recesivním homozygotem aabb. U získaného potomstva byly získány tyto fenotypové skupiny: Znak A a B byl pozorován u 18 jedinců 20 jedinců neexprimovalo ani znak A, ani znak B 378 jedinců mělo znak A, ale nikoliv znak B 384 jedinců mělo znak B, ale ne znak A a) Jaké jsou genotypy potomků? Jaké jsou jejich frekvence v %? b) Vypočítejte rekombinační zlomek (ratio). c) Určete fázi vazby u F1 hybrida. 28

17 Vazba genů a) number phenotype AB Ab ab ab genotype AB/ab Ab/ab ab/ab ab/ab b) c) Konfigurace: trans 29

18 Genetická Mapy Na základě zjištění vazeb je možné určit relativní vzdálenost genů Vzdálenost určuje pravděpodobnost rekombinace mezi zvolenými lokusy nízká míra rekombinace indikuje blízkost sledovaných lokusů Fyzická Přesně určuje pozici genu v chromosomu např. metoda FISH, sekvenování Projekt HUGO celkový genom člověka

19 Zjištění sekvence DNA všech 23 chromosomů V sekvenci hledat charakteristické motivy určující např. oblast promotoru, strukturního genu, repetitivní sekvence a mnoho dalších K nalezeným sekvencím genů hledat konkrétní protein Fyzické mapy

20 Genetické mapování

21 Určování genetické mapy u lidí Frekvence rekombinace lokusů většiny chromosomů je větší u žen - proto jsou genetické mapy ženských chromosomů Sledování znaků u nejméně tří generací rodiny, čím více početnější rodokmen, tím lze lépe hodnotit frekvenci rekombinací U lidí je obecně málo potomků ke sledování štěpných poměrů v F1 generaci Ke studiím genetické mapy lidí mohou například sloužit vzorky krve početné rodiny Mormonů z Utahu

22 Genetické mapování Obrázek zobrazuje část chromozomu 2 Drosophily a zobrazuje 2 mutace (black a vestigial). Jaká je přibližná vzdálenost mutace b od mutace pr (v cm), když : gen apterous wings, "ap", je vzdálen 7 cm od genu b gen apterous wings, "ap", je vzdálen 12 cm od genu vg gen cinnabar eye color, "cn", je vzdálen 9 cm od genu b gen cinnabar eye color, "cn", je vzdálen 2 cm od genu ap gen purple eye color, "pr", je vzdálen 1 cm od genu ap gen purple eye color, "pr", je vzdálen 13 cm od vg

23 Genetické mapování ap pr cn Vzdálenost mezi genem pr a b je 6 cm.

24 Genetické mapování

25 Chromozom 7

26 Mapy - aplikace Přibližně 1cM = bp - určeno na základě sledování chiasmat v průběhu meiózy u vybraných markerů Lokalizace a identifikace mutovaných genů Genová vazba mezi vybraným markerem a genem asociovaným s určitým onemocněním metodika k odhalení podstaty onemocnění je vedená do oblasti markeru. Genetický marker je známá sekvence DNA, která může být jednoduše identifikována. Na příklad: metoda RFLP vazba restrikčního místa se sledovaným genem a vazba extragenové sondy se sledovaným genem

27 Haplotypy Haplotypy, jsou bloky sousedících genů, které se zpravidla dědí společně. Výraz haplotyp vznikl zkrácením tvaru haploidní genotyp. Jeden ze současných názorů na variabilitu lidského genomu říká, že chromosomy jsou složeny především z krátkých segmentů, které v rámci krátké evoluční historie člověka prodělaly minimální počet rekombinačních změn a proto tyto segmenty je možné u většiny populace charakterizovat jen několika častými haplotypy.

28 Haplotypy Haplotyp může představovat sadu dvou a více míst (až po kompletní chromosom) v závislosti na počtu rekombinací, které se vyskytly v rámci dané sady. Celá kombinace alel představující haplotyp je přenášena společně (nebo s minimem rekombinací). Haploskupina je skupina haplotypů, což jsou kombinace alel na různých místech daného chromosomu. Chromosom Y se na rozdíl od jiných chromosomů nevyskytuje v páru. Každý muž má jeho jedinou kopii. Díky tomu odpadá nejistota, která kopie se bude přenášet na potomstvo, zároveň nehrozí riziko jinak běžných rekombinací mezi těmito kopiemi. Z těchto důvodů zůstává haplotyp na chromosomu Y značně homogenní a při přenosu z otce na syna je až na velmi ojedinělé výjimky prakticky totožný. Této vlastnosti se využívá v genealogii pro zjišťování otcovské linie.

29 Legenda Tmavě zabarvené symboly značí jedince s eliptocytózou (heterozygoti El/el). Rh genotypy odpovídají haplotypům v daném rodokmenu Označení haplotypů Rh systému r: dce R1: DCe R2: DcE

30 Vazebná analýza I R1R2 R1r 1 2 II R1R2 R1r R2r R1R2 R1R2 R1R1 R1R2 R1r R1R2

31 Vazebná analýza I R1 el R2 el R1 EL r el 1 2 II R1R2 R1r R2r R1R2 R1R2 R1R1 R1R2 R1r R1R2 R1 R1 r R2 r R2 R1 R2 R1 R1 R1 R2 R1 R1 r R2 El el el el el el El el El el El el el el el el R2 el R1 El Rekombinační zlomek = 1/9 Vzdálenost obou lokusů je 11,1 cm Rekombinant

32 Vazba v rodokmenu (sy nail-patella) 28 I 00 B0 II B0 B0 00 B0 B0 A B B0 III B0 B0 B0 A0 A0

33 B I NPS + NPS + 00 B0 NPS + NPS mut II B0 B0 00 B0 B0 A B B0 III B0 B0 B0 A0 A0 NPS NPS mut obr. č. VII/2 0 B NPS + NPS +

34 Nepřímá DNA diagnostika Využívá vazebné markery polymorfní DNA sekvence, které slouží jako značky Markery nejsou příčinou dané choroby - vyskytují se běžně v populaci - leží v těsné blízkosti genu odpovědného za dané onemocnění - umožňují sledovat segregaci alel studovaného genu z rodičů na potomky

35 Nepřímá DNA diagnostika Využívá se v případech: - mutace ve velkém genu (např. dystrofin) - rozptýlení mutací v celém genu (např. CFTR) - pokud existují homologní pseudogeny Nepřímá diagnostika se může použít v rodinách se jedním, dvěma a více jedinci s klinicky potvrzenou diagnózou. Existuje možnost rekombinace mezi sledovaným genem a markerem, proto se používá více různých polymorfních markerů.