Genetický polymorfismus

Transkript

1 Genetický polymorfismus

2 Řecky morphos = tvar polymorfní = vícetvarý, mnohotvárný

3 Genetický polymorfismus je tedy označení pro výskyt téhož znaku ve více tvarech, formách, přičemž tato mnohotvárnost je geneticky podmíněna.

4 Znak s nejméně 2 geneticky podmíněnými variantami v 1 populaci, kdy zřídkavá varianta má alespoň 1% výskyt.

5 Do polymorfismu nepatří: - znaky, jejichž variabilita není podmíněna geneticky - znaky se zřídkavým výskytem (např. dědičné choroby) - znaky s kontinuální proměnlivostí - znaky, které jsou polymorfní mezi více populacemi téhož druhu, ale ne v rámci jedné

6 Členění: 1/ polymorfismus DNA 2/ polymorfismus biochemický 3/ polymorfismus imunologický 4/ polymorfismus morfologický

7 1/ polymorfismus DNA

8 Všechny typy genetického polymorfismu mají svůj podklad v polymorfismu v kódujících sekvencích DNA.

9 2 hlavní typy polymorfismu DNA: bodový polymorfismus polymorfismus repetitivních sekvencí

10 Bodový polymorfismus: většinou záměna báze (substituce), méně často jiné typy mutací. Single Nucleotide Polymorphism SNP

11

12 SNP AGT CAG TC TCA GTC AG AGT TAG TC TCA ATC AG

13 Typy SNP Nekódující oblasti Kódující oblasti Synonymní Nesynonymní Změna smyslu - missense Ztráta smyslu nonsense

14 SNP Změna báze/bází v kódující sekvenci může vést k změně aminokyseliny a tím k projevu ve fenotypu, tj. k polymorfismu biochemickému, imunologickému nebo morfologickému.

15 SNP Změna báze/bází v nekódující sekvenci se ve fenotypu neprojeví.

16 Chromosome Length(bp) All SNPs TSC SNPs Total SNPs kb per SNP Total SNPs kb per SNP 1 214,066, , , ,889, , , ,938,000 93, , ,035,000 84, , ,954, , , ,022,000 96, , ,414,000 71, , ,148,000 57, , ,440,000 62, , ,894,000 61, , ,193,000 84, , ,198,000 59, , ,711,000 53, , ,344,000 44, , ,467,000 37, , ,037,000 38, , ,367,000 34, , ,078,000 45, , ,044,000 25, , ,317,000 29, , ,824,000 20, , ,786,000 28, , X 131,245,000 34, , Y 21,753,000 4, , RefSeq 15,696,674 14, Totals 2,710,164,000 1,419, ,

17 U eukaryot cca 1 polymorfismus na 500 nukleotidů v kódující a 50 nukleotidů v nekódující sekvenci

18 SNP Metody genotypizace: PCR/RFLP RT-PCR DNA microarrays a další přístrojové techniky

19 DNA microarrays Genotypizace SNP na principu hybridizace alelově specifického značení odečtení genotypu

20 DNA microarrays sondy pevně přichycené na podkladu označený fragment genomové DNA jedince jednotlivé SNP hybridizace (navázání) fragmentu DNA na komplementární sondu

21

22 Vysoce kapacitní přístrojová metoda, např. čip fy Illumina analyzuje SNP. Nové čipy analýza SNP.

23 V současné době jsou SNP objektem intenzívního výzkumu. Hlavní využití:

24 Genomická selekce

25 Pracuje na základě rozdělení celého genomu do chromozómových úseků. Tento úsek obsahuje tzv. QTL, lokusy pro kvantitativní vlastnost (užitkovost). Úsek nesoucí QTL je předáván potomstvu spolu se sousedním markerem, kterým je SNP. Úsek chromozomu s QTL pro nižší užitkovost marker 2 Úsek chromozomu s QTL pro vyšší užitkovost marker 1

26 Genotyp markeru určíme na čipu. Vybereme jedince s markerem, který je v LD s takovou variantou QTL, která zvyšuje užitkovost. Předpokládáme, že efekty chromozómových úseků budou shodné v celé populaci, protože markery jsou ve vazbové nerovnováze (LD) s QTL. Hustota markerů musí být dostatečná, aby zajistila, že všechny QTL jsou v dostatečném LD s markery nebo haplotypy markerů.

27 Tj. hledáme vztah mezi alelickou variantou SNP a plemennou hodnotou vazba mezi lokusy. Vztah mezi SNP a PH analyzujeme v referenční populaci. Např. u bovinního čipu Illumina 19 plemen. Následně selekce podle genotypu, již není nutné!!! provádět kontrolu dědičnosti podle užitkovosti potomstva.

28 Genomická selekce Výhoda: SNPs jsou rovnoměrně rozloženy po celém genomu.

29 Genomická selekce: Výhoda: Selekci lze provést okamžitě po narození!!! Tím se zkracuje generační interval a zvyšuje genetický zisk na jeden rok.

30 SNP Další aplikace: Konstrukce genetických map Ověřování rodičovství Identifikace jedinců Populačně genetické studie

31 Ověření parentity AA AC AA AC CC!!!

32 Ověření parentity Pro ověření pomocí SNP se pro skot doporučuje min. 200 markerů pro vyloučení falešně negativního výsledku, 700 markerů pro vyloučení falešně pozitivního výsledku.

33

34 Polymorfismus repetitivních sekvencí

35 VNTR Variable Number of Tandem Repeats

36 Výskyt mnoha relativně krátkých sekvencí v genomu ve formě tzv. tandemových repetic Třídění podle délky sekvence: maxisatelity, minisatelity a mikrosatelity

37 Polymorfismus repetitivních sekvencí: mikrosatelity repetitivní motiv tvořen 2-6 bázemi

38

39 Mikrosatelity jsou krátké segmenty DNA s opakující se sekvencí, např. CACACACA, vět. se vyskytují v nekódující DNA. V řadě mikrosatelitů se repetitivní motiv (např. CA) opakuje 4x, v jiných 7x, 2x nebo 30x.

40 Tetranukleotidová tandemová repetice

41 Genotypizace mikrosatelitů metodou PCR a elektroforézy, v souč. na automatických kapilárních přístrojích.

42 Aplikace: Markery asistovaná selekce MAS Konstrukce genetických map Ověřování rodičovství Identifikace jedinců Populačně genetické studie

43 Ověření parentity 12,19 15,18 12,15 12,18 19,15 19,18 15,21!!!

44 Ověření parentity Pro ověření pomocí mikrosatelitů se pro skot doporučuje min. 9 lokusů, u nás se používá 11.

45 2/ biochemický polymorfismus

46 Výskyt strukturně či funkčně odlišných variant 1 proteinu, jehož syntéza je řízena z 1 lokusu Polymorfní systém Hb Alely Hb A, Hb B Polymorfní varianta HbA, HbB Genotyp Hb A /Hb A, Hb B /Hb B, Hb A /Hb B Polymorfní typ HbA, HbB, HbAB

47 Variabilita proteinů Dána změnami v jejich primární struktuře, prostetické skupině apod. Příčiny: 1) mnohotný alelismus (mutace) 2) posttranslační změny 3) více genů kódujících týž protein

48 Typy biochemické variability Variabilita bez detekovatelné změny aktivity Strukturálně odlišný protein, změna vlastností aktivita, rychlost rozpadu

49 Typy biochemické variability Mutace jiného genu, která modifikuje aktivitu proteinu Ztráta proteinu nulová alela Hybridní proteiny

50 Populačně genetické mechanismy rozšíření biochemického polymorfismu Selekce Genetický drift zřejmě významnější

51 Využití biochem. polymorfismu Vztah mezi polymorfismem a užitkovou vlastností kappa-kasein, DGAT1 atd. Markery pro užitkové vlastnosti (stejně jako kterýkoliv jiný polymorfismus) Mapování genomu Populačně genetické studie

52 Protein alely (polymorfní systém) skot : mléko as1 kasein A, B, C, D, E, nejčastější je B s frekvencí 90% a více as2 kasein A, B, C, D b kasein A1, A2, A3, B1, B2, C, D, E, nejč. A2 (23-75%) a A1 (10-78%) k kasein A, B, C, D, E, F, G, nejč. A (40-85%) a B (10-50%, holštýn i méně) a laktalbumin A, B, C, u evropských plemen skotu se vyskytuje pouze alela B b laktoglobulin A, B, C, D, E, F, W, X, nejvíce A (25-60%) a B (40-60%) imunoglobulin G1, G2, A, M skot: sérum transferin A, D1, D2, E, B, F, N albumin A, B, C a další postalbumin F, S alkalická fosfatáza A,O amyláza I A,B,C a další amyláza II A,B ceruloplazmin A,B,C skot : erytrocyty hemoglobin A, B, C a další karbonic. anhydráza F, S a další

53 3) Imunologický polymorfismus Imunogenetika zabývá se genetickými aspekty imunologického systému Antigen x protilátka

54 Antigen: - látka, která je u příjemce schopna vyvolat imunitní reakci - je nejčastěji charakteru glykoproteinů nebo glykolipidů Antigeny: - xenoantigeny (cizodruhové), např. viry, bakterie - alloantigeny (stejnodruhové), vlastní antigeny determinující specifitu každého jedince

55 Protilátky (imunoglubuliny): -protein vznikající jako odezva na působení antigenu -monospecifický protein eliminující příslušný antigen Protilátky: - přirozené (vznikají bez antigenního podnětu, přesněji bez známého podnětu) - imunní (vznikají po působení antigenu imunizaci)

56 Erytrocytární antigeny Krevní faktor geneticky determinovaný erytrocytární antigen Krevně skupinový systém souhrn antigenů determinovaných z jednoho lokusu Krevní skupina kombinace antigenů jednoho individua děděných na jednom chrom. lokusu Krevní typ souhrn všech erytrocytárních antigenů jedince

57 Erytrocytální antigeny Na povrchu erytrocytů Rozčleněny do polymorfních (krevně skupinových) systémů (člověk 15, skot 12, prase 15) Každý systém tvořen alelami z jednoho lokusu Vytvářejí druhovou i individuální specifitu

58 Krevně-skupinové systémy Komplexní Jednoduché Uzavřené Otevřené

59 Dědičnost krevně skup. systémů 1 alela = 1 antigen Např. F-V systém skotu Alela F 1 - antigen F 1

60 Dědičnost krevně skup. systémů 1 alela = žádný antigen Např. systém ABO u člověka Alela 0 žádný antigen

61 Dědičnost krevně skup. systémů 1 komplexní alela = skupina antigenů Např. B systém u skotu Komplexní alela O 1 T 1 Y 2 E 3 F I K antigeny O 1,T 1,Y 2,E3,F,I,K

62 Dědičnost krevně skup. systémů Až na výjimky kodominantní dědičnost, nulové alely se chovají jako recesívní.

63 krevní skupina genotyp antigen protilátky 0 I 0 /I 0 - anti-a, anti-b A I A /I A, I A /I 0 A anti-b B I B /I B, I B /I 0 B anti-a AB I A /I B A, B -

64

65 P HH I A I B x HH I 0 I 0 AB 0 F 1 HH I A I 0 HH I B I 0 A B

66 P hh I A I B x HH I 0 I F 1 Hh I A I 0 Hh I B I 0 A B

67 Druh Počet systémů Označení systémů a minimální známý počet krevních skupin Skot 12 A(10), B(500), C(70), FV(5), J(4), L(2), M(3), N(2), S(8), Z(3), R'S'(3),T'(2) Ovce 8 R(2), I(2), A(4), B(60), C(4), D(2), M(3), XZ(2) Kůň 8 A(5), C(2), D(3), K(2), P(3), Q(6), T(2), U(2) Prase 15 A(2), B(2), C(2), D(2), E(13), F(3), G(2), H(6), I(2), J(3), K(5), L(6), M(9), N(3), O(2) Kur 12 A(5), B(35), C(5), D(5), E(9), H(3), I(5), J(3), K(4), L(2), P(10), R(2)

68 Krevně-skupinové systémy u lidí (zde 14, celkem je jich ale přes 20)

69 BLOOD GROUP SYSTEMS ABO ABO MNSs MNS P P Rh RH Lutheran LU Kell KEL Lewis LE Duffy FY Kidd JK Diego DI Cartwright YT Xg XG Scianna SC Dombrock DO Colton CO Landsteiner-Wiener LW Chido/Rogers CH/RG Hh H Kx XK Gerbich GE CONVENTIONAL NAME ISBT NUMBER ANTIGENS

70 Hh H Kx XK Gerbich GE Cromer CROMER Knops KN Indian IN Ok OK Raph RAPH JMH JMH ANTIGEN COLLECTIONS Cost COST Ii I Er ER P, P1, LKE GLOBO Lewis-like: Le-c, Le-d Wright WR Low Prevalence Low Prevalence High Prevalence High Prevalence

71 Využití krevně-skupinových systémů Ověřování původu Paternita a parentita

72 Histokompatibilní komplex Tzv. transplantační antigeny Na plazmatické membráně každé buňky Působí jako alloantigen

73 MHC MHL HLA - Major histocompatibility complex - Major histocompatibility locus - Human lymphocyte antigens BOLA - Bovine lymphocyte antigens PLA - Pig lymphocyte antigens

74 Hlavní histokompatibilní komplex (MHC) na 6. chromozomu je tvořen velkým počtem genů geny rozděleny do tříd I., II. III. každá z nich je vysoce polymorfní třída I. a II. obsahuje geny pro leutocytární antigeny (HLA), které mají zásadní význam pro odvržení transplantátu třída III. zahrnuje řadu genů které asociují s některými onemocněními

75 BP, PQ, DR = geny antigenů II. třídy B, C, A = geny antigenů I. třídy LMP = geny kódující velké multifunkční proteázy DM = heterodimér DMA a DMB genů kódující antigen zpracovávající molekulu potřebnou pro vazbu peptidu s antigeny II. třídy

76 Haplotyp Souhrn alel na jednom chromozomu. MHC haplotyp Souhrn alel na MHC lokusu.

77 Dědičnost HLA haplotypů

78 Každý rodič má dva exprimované haplotypy Alely na MHC lokusu jsou těsně vázané, nedochází k rekombinacím Potomkovi předává každý rodič jeden haplotyp Rodič a potomek sdílejí jeden shodný haplotyp

79 Některé haplotypy jsou mnohem častější, jiné vzácné Většina z 3x10 7 kombinací (haplotypů) nebyla nikdy nalezena Existují významné etnické distribuce haplotypů (rozdíly mezi etniky)

80 4) Morfologický polymorfismus má multifaktoriální etiologii např. otisky prstů