Сцепление генов и картирование
Исследование сцепления генов - важнейший подход, используемый как для картирования генома, так и в генодиагностике. Вероятность кроссинговера между двумя генами определяет генетическое расстояние между ними, выражаемое в сантиморганидах . Расстояние между генами в одну сантиморганиду означает, что вероятность их рекомбинации в мейозе составляет 1 %. В среднем в мейозе у мужчин происходит 30-35 рекомбинаций, а у женщин - вдвое больше.
Существенный вклад в исследование сцепления генов внесло открытие полиморфизма длин рестрикционных фрагментов - то есть различия в длинах фрагментов ДНК, получаемых из генома разных людей (не однояйцевых близнецов) после обработки рестриктазами. Полиморфизм длин фрагментов ДНК - отражение гетерогенности, причем варианты полиморфизма наследуются в соответствии с законами Менделя ( рис. 65.11 ).
Обработка ДНК рестриктазами с последующим блоттингом по Саузерну позволяет использовать эти варианты в качестве маркеров определенных участков генома.
Замена нуклеотидов в рестрикционном сайте или изменение длины ДНК приводят к изменению длин рестрикционных фрагментов. Особенно информативен полиморфизм вариабельных по числу тандемных повторов . Такие участки, состоящие из повторяющихся сегментов длиной в десятки или сотни нуклеотидов каждый, расположены на разных хромосомах. В результате неравновесного кроссинговера возникают участки разной длины, которые являются аллелями данного локуса. В гене апопротеина(а) вариабельные по числу тандемные повторы включают два экзона , поэтому возникает полиморфизм не только длины гена, но и белка.
Короткими тандемными повторами называют повторяющиеся моно-, ди-, три- и тетрануклеотиды. Их полиморфизм возникает вследствие "пробуксовывания" ДНК-полимеразы при репликации, увеличивающего или сокращающего число повторов. Для коротких тандемных повторов характерна очень высокая степень полиморфизма, они широко распространены в геноме и легко поддаются анализу ( рис. 65.12 ).
При анализе сцепления (с целью диагностики или составления генетической карты) выбирают маркеры ДНК, имеющие множественные аллели , чтобы можно было различить две гомологичные хромосомы одного человека и проследить их передачу потомству.
Вероятность кроссинговера можно определить между любыми генетическими маркерами, один из которых может быть мутантным геном, вызывающим болезнь.
Человек наследует по одной копии каждой хромосомы от каждого из родителей. На рис. 65.13 , А показана пара готовых к мейозу хромосом с нормальным (белый квадрат) и мутантным (серый квадрат) аллелями структурного гена. Четыре генетических маркера (обычно это полиморфные участки с динуклеотидными повторами), представленные аллелями A/В, F/G, К/L и R/S, расположены на расстоянии О, 1, 10 и более 50 сантиморганид от структурного гена. После мейоза, при котором происходят три кроссинговера , образуются гаметы , в которых каждая хромосома составлена из участков исходных хромосом. Маркер A расположен внутри, a F - рядом со структурным геном, поэтому они попадают в хромосому с нормальным аллелем структурного гена. Маркеры, расположенные дальше от гена, с большей вероятностью подвергаются кроссинговеру. Например, маркер L теперь находится на хромосоме с нормальным аллелем, хотя до мейоза он был на одной хромосоме с мутантным аллелем. Чем больше расстояние между маркерами и генами, тем выше вероятность кроссинговера. Если аллели структурного гена и маркеры расположены на разных хромосомах, то они наследуются независимо.
На рис. 65.13 , Б показан пример распределения генетических маркеров в семье с аутосомно-доминантным заболеванием - болезнью Гентингтона . Маркер К/L расположен на расстоянии 10 сантиморганид от мутантного гена, а маркер Y/Z - на другой хромосоме. При попытке картирования мутантного гена, вызывающего заболевания, сначала будет изучено много маркеров типа Y/Z, наследование которых не связано с наличием заболевания. В конце концов будет найден маркер типа К/L, который расположен близко к нужному гену.
Если обследование и других семей подтвердит это наблюдение, то такой генетический маркер можно использовать для диагностики, например в семье, представленной на рис. 65.13 , и последующего клонирования.
Вероятность кроссинговера (такого, как произошел у последнего ребенка на рис. 65.13 , Б) является мерой генетического расстояния между маркером и геном.
Когда сцепленный маркер обнаружен, можно легко выявить маркеры, расположенные еще ближе к гену.
