Volná kombinovatelnost – geny se nachází v různých nehomologických chromozomech počet genů > počtu páru homologických chromozomů např. Drosophila melanogaster.

Prezentace na téma: "Volná kombinovatelnost – geny se nachází v různých nehomologických chromozomech počet genů > počtu páru homologických chromozomů např. Drosophila melanogaster."— Transkript prezentace:

1 volná kombinovatelnost – geny se nachází v různých nehomologických chromozomech počet genů > počtu páru homologických chromozomů např. Drosophila melanogaster – popsáno více jak 400 znaků jednoduše geneticky založených = počet chromozomů 2n = 8 (4 páry) -> jeden chromozom = větší počet genů Jednotkou segregace není gen, ale celá skupina genů lokalizovaných v témže chromozomu. Geny lokalizované v jednom chromozomu tvoří genovou vazbu, náleží do téže vazbové skupiny (tj. téhož chromozomu). Organizmus má tolik vazbových skupin, kolik má párů homologických chromozomů.

2 Morganova pravidla (1926) 1.Geny jsou lokalizovány na chromozomech a jsou na nich uspořádány lineárně (za sebou). 2.Geny jednoho chromozomu tvoří vazbovou skupinu. Organismus má tolik vazbových skupin, kolik má párů homologických chromozomů. 3.Mezi geny homologického páru chromozomů může proběhnout genová výměna (c.-o.), jejichž frekvence je přímo úměrná vzdálenosti genů. Thomas Hunt Morgan (1866-1945) (home.tiscalinet.ch)

3 Mechanizmem genové výměny (rekombinace genů) je crossing-over (c.o.), tj. výměna částí nesesterských chromatid. Pravděpodobnost vzniku c. o. je větší, čím větší je vzdálenost mezi lokusy a naopak. ABAbABAb ABAbABAb schematické znázornění crossing-overu sesterské chromatidy (a) nesesterské chromatidy (b) (b) (a) pár homologických chromozomů

4 Rekombinace můžeme detekovat u dihybridů F 1 generace zpětným testovacím křížením (B 1, syn. BC 1 ) s recesivně homozygotním rodičem. A)F 1 generace netvoří rekombinované gamety (nemůže proběhnout c.o.) = vazba úplná (totální) B)F 1 generace tvoří rekombinované gamety (proběhl c.o.) = neúplná vazba !!častěji!! AB - čitatel ♀ ab - jmenovatel ♂ AB gamety s c.o. (crossoverové) + gamety bez c.o. (noncrossoverové) Zdroj: Nečas et al. (2000)

5 Vazbové fáze, síla vazby vazbová fáze coupling (kapling) – cis-fáze ABxabF 1 AB ABabab vazbová fáze repulsion (ripalšn) – trans-fáze AbxaBF 1 Ab AbaBaB Určení vazbové fáze je důležité a určuje způsob výpočtu síly vazby při stanovení procenta rekombinací v potomstvu zpětného křížení. Síla vazby se stanovuje pomocí zpětného testovacího křížení nebo podle frekvence štěpných poměrů v F 2 generaci. Mírou síly vazby, tj. vzdálenosti mezi geny na chromozomu, je frekvence rekombinací, u nichž se příslušné geny od sebe oddělí.

6 Sílu vazby vyjadřujeme: Morganovým číslem (p) – podíl rekombinovaných gamet na celkovém počtu případů (n) sílu udáváme v cM (centimorganech) -> 1 cM = 1 % rekombinací Batesonovým číslem (c) – udává, kolikrát častěji vznikají gamety s nerekombinovaným uspořádaním alel, než s uspořádáním rekombinovaným William Bateson (1861-1926) (www.en.wikipedia.org)

7 Stanovení síly vazby ve fázi coupling AB x ab ab p = a 2 + a 3 n c = a 1 + a 4 a 2 + a 3 Stanovení síly vazby ve fázi repulsion Ab x ab aB ab p = a 1 + a 4 n c = a 2 + a 3 a 1 + a 4 Gamety P 1 R 1 R 2 P 2 AB Ab aB ab ab genotypy zygot AB Ab aB ab ab ab ab ab třídy a 1 a 2 a 3 a 4 Gamety R 1 P 1 P 2 R 2 AB Ab aB ab ab genotypy zygot AB Ab aB ab ab ab ab ab třídy a 1 a 2 a 3 a 4

8 Rozlišení úplné vazby a volné kombinovatelnosti pomocí Morganova a Batesonova čísla: Morganovo číslo (p) p = 0=> úplná (totální) vazba – nevznikají rekombinované gamety (není c.o.) p = 0,5=> volná kombinovatelnost – vznik nere- a rekombinovaných gamet stejný Batesonovo číslo (c) c = 1 => volná kombinovatelnost - stejná četnost nere- a rekombinovaných gamet c = ∞=> úplná (totální) vazba /x : 0 = ∞/ - nevznikají rekombinované gamety Vztahy mezi Morganovým a Batesonovým číslem: 1 – p 1 c =p = p c + 1

9 Crossing-over Crossing-over je velmi důležitý mechanizmus, při kterém v profázi meióze I (méně často v mitóze) vznikají nové genové kombinace v důsledku výměny různě velkých chromozomových segmentů. profáze I – diplotene a pachytene, výměna nesesterských chromatid v rámci bivalentů homologických chromozomů Překřížení jako náhodný proces je možné v kterémkoliv místě homologických chromozomů. Je možné i vícenásobné překřížení, např. u bobu (Vicia faba) bylo u nejdelšího páru chromozomů zaznamenáno 12 chiazmat (nejvyšší zaznamenaný počet). zdroj: Nečas et al. (2000)

10 Jednoduchý crossing-over Dvě možnosti: a) jednoduchý c.o. mezi geny A a B crossverové gamety:aBC, Abc crossverové zygoty BC 1 :aBCAbcabc b) jednoduchý c.o. mezi geny B a C crossverové gamety:ABc, abC crossverové zygoty BC 1 :ABcabCabc Jednoduchý c.o. se realizuje pouze v jednom místě mezi homologickými chromozomy. př. triheterozygot ABCnoncrossverové gamety ABC, abc abc

11 Dvojitý crossing-over Dvojitý c.o. vznikne, jestliže nastane zlom a výměna nesesterských chromatid ve dvou bodech chromozomů bivalentu. Typy: a) reciproký c.o. – postihuje dvě ze čtyř chromatid b) komplementární c.o. – jeden c.o. postihne jednu dvojici nesesterských chromatid a druhý c.o. druhou dvojici nesesterských chromatid c) diagonální c.o. – rekombinace u tří chromatid, z nichž jedna má dvě výměny, ostatní dvě chromatidy pouze jednu výměnu

12 Příklad testovacího zpětného křížení triheterozygota při účasti obou jednoduchých c.o. a dvojitého c.o. ABCxabc abcabc Gamety F 1 Genotypy zygotPočet jedinců Počet jedinců v % ABC nerekombinované abc ABC abc 150 143 celkem 293 56,2 A / bc jednoduchý c.o. úsek I a / BC Abc abc aBC abc 37 42 celkem 79 15,2 AB / c jednoduchý c.o. úsek II ab / C ABc abc abC abc 70 65 celkem 135 25,9 A / b / C dvojitý c.o. a / B / c AbC abc aBc abc 8 6 celkem 14 2,7 Celkový počet jedinců521100 Procento c.o. mezi geny A a B: ((79+14)/521)x100 = 17,9 cM Procento c.o. mezi geny B a C: ((135+14)/521)x100 = 28,6 cM Vzdálenost A – C = součet frekvencí dvou jednoduchých c. o. (17,9+28,6 = 46,5 cM) jednoduché c.o. 41,1% 46,5 – 41,1 = 5,4 % k jednoduchým c.o. nutno připočítat 2 x 2,7% (Proč?) dvojitého c.o. = dva nezávislé jednoduché zlomy ve dvou bodech 41,1 + 5,4 = 46,5 % (cM)

13 Interference a koincidence Bylo zjištěno, že skutečné procento dvojitých c.o. bývá často nižší než teoreticky očekávané. Jednou z příčin snížení frekvence dvojitých c.o. je potlačen c.o. v blízkosti místa, kde již výměna proběhla. Potlačení c.o. v jednom místě vznikem c.o. v blízké oblasti se nazývá interference. Viz. příklad pokud c.o. v úsecích A-B a B-C, jsou nezávislé a nahodilé, pak pravděpodobnost dvojitých c.o. mezi A-C je rovna součinu hodnot c.o. v úsecích A-B (17,9%) a B-C (28,6%), tj. (/17,9 : 100/ x /28,6 : 100/) x 100 = 5,12 % (teoretická hodnota) v pokusu bylo 14 jedinců z 521 jedinců = 2,68 % (skutečná hodnota) Koeficient koincidence – udává podíl mezi počtem vznikajících c.o. a jejich teoreticky předpokládaným počtem. 2,68 : 5,21 = 0,52, tj. 52% vzniká 52% dvojitých c.o. ze 100% teoreticky předpokládaných dva zlomy blízko => koeficient koincidence menší než 1 vliv interference jen do určité vzdálenosti a poté mizí => koeficient koincidence roven 1 neboli 100%.

14 Mapování genomu Pro určení polohy genu v chromozomu je nutno nejprve určit vazbovou skupinu, v níž se uvažovaný gen nachází, a poté je možno přistoupit k lokalizaci genů v rámci této vazbové skupiny. -určení vazbové skupiny umožňují geny markery jednotlivých vazbových skupin -markerovací geny - geny determinující fenotypové změny geneticky jednoduše založených znaků -zjišťování vazby s genem markerem (jen jedna vazbová skupina), s geny ostatních vazbových skupin bude volná kombinovatelnost (potvrdí frekvence genotypů v F 2 a B 1 generaci) Genetické mapování – je zjišťování místa lokalizace genů v chromozomech a výsledkem pak je chromozomová mapa (cytologická mapa).

15 Pořadí a relativní vzdálenost genů na chromozomu určujeme pomocí tříbodového testu. -síla vazby, a tím i relativní vzdálenost dvou genů, vyjadřuje obecně podíl rekombinant -další možnosti – chromozomální aberace (malé delece), somatické buněčné hybridy -při mapování chromozomů se zjištěný sled a vzdálenost mezi lokusy vztahují k terminálně lokalizovanému genu -popis chromozomových map obsahuje: -označení vazbové skupiny -úplný nebo zkrácený název genu -označení vzdálenosti v morganech od jednoho konce chromozomu nebo od centromery Genetické mapy (genové mapy) – tj. zobrazení sekvence nukleotidů v genech (na základě metod molekulární genetiky) - nejčastěji: restrikční analýza, sekvenační analýza atd.

16 Konstrukce genetických map chromozomová mapa eukaryontů (pro lineární DNA) – pro každý homologický pár - schéma relativního umístění genů v daném chromozomu genetická (rekombinační) mapa – vyjadřuje vazbovou skupinu, symboly mutantních genů, vzdálenost genů v cM z jednoho konce a označení centromery fyzická mapa – založena na sekvencování a jednotky jsou přímo nukleotidy chromozomální mapa (cytologická) fyzická mapa genetická mapa (rekombinační) úsek 17. chromozomu člověka gen Tcp – vztah k tvorbě inzulinu velký rozsahmalý rozsah zdroj: www.inforamtic.jax.org

17 Další příklady genetických map genetická mapa bakteriálního chromozomu Escherichia coli genetická mapa a fyzikální mapa chloroplastové DNA (ctDNA) rýže ctDNA rýže zdroj: www.shigen.nig.ac.jpzdroj: www.cbs.dtu.dk