I n v
e s
t i c
e d
o r
o z
v o
j e
v z
d ě
l áv
án
í
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Inovace studia molekulárnía buněčné biologie
reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354
I n v
e s
t i c
e d
o r
o z
v o
j e
v z
d ě
l áv
án
í
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Předmět: KBB/OGPSB
I n v
e s
t i c
e d
o r
o z
v o
j e
v z
d ě
l áv
án
í
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Vazba genů
Dana Šafářová
Cíl přednášky: Seznámení se s podstatou uspořádánígenů na chromozomech; existence vazbových skupin a využití hodnocení síly vazby v molekulární genetice
Klíčová slova: Vazba genů (cis, trans), vazbová skupina. Batsonovo a Morganovo číslo. Morganovy zákony. Tříbodový test. Chromozómová a genetická mapa.
Vazba genů – historie objevu
• 1905 – W. Bateson, E. Sanders, R. Punnet- experimenty s hrachorem- některé geny se předávají v párech- zásadní, statisticky průkazná, výjimka z MZ
• 1909, 1910 – T. H. Morgan, A. H. Sturtevant- experimenty s drosophilami, „fly room“
• 1913 – A.H. Sturtevant- genetické mapování
Objev exxistence vazbyBateson, Sanders, Punnet
(hrachor – tvar pylu/zbarvení květů)P: PP LL x pp ll
F1: PpLl
F2 (FT): 14 PL : 1 Pl : 1 pL : 4 pl
Stav „coupling“
Vysvětlení – Morgan, SturtevantZnaky octomilky se předávají společně ve čtyřech skupinách……..2n=8
proto geny lokalizované pohromadě na čtyřech různých chromozómech!
P:
Gamety
F1:
P
L
P
L
p
l
p
lP
L
p
l
P
L
p
l
P
l
p
L
P
L
p
l
P
l
p
L
P
L
p
l
P
l
p
LB1
p
l
p
l
p
l
p
l
Fáze CIS
Crossingover
Hrachor Hrachor –– VYSVVYSVĚĚTLENTLENÍÍ::
Testovací křížení (a vazba)jsou-li geny ve vazbě, vykazují znaky odlišný fenotypový štěpný poměr než při mendelovské dědičnosti
AaBb x aabb
B1: (geny ve vazbě)
x
1
Ab
1
aB
1
Ab
1ab
AB
Převahaaž 50%
minim.až 0%
minim.až 0%
Převahaaž 50%pl
plpLPlPL
PL / pl pl / pl
B1
P
L
p
l
p
l
p
l
B1: (volná kombinovatelnost)
P:
GametyCrossingover
F1:
P
L
P
L
p
l
p
lP
L
p
l
P
L
p
l
P
l
p
L
P
L
p
l
P
l
p
L
P:
GametyCrossingover
F1:
P
l
P
l
p
L
p
LP
l
p
L
P
l
p
L
P
L
p
l
P
l
p
L
P
L
p
l
P
L
p
l
P
l
p
LB1
p
l
p
l
p
l
p
l
P
l
p
L
P
l
p
l
p
l
P
l
p
L
p
LB1
Fáze CIS Fáze TRANS
Vazba genů• alely odpovídajících si (stejných) genů leží na stejných
(homologních) chromozomech.
• Na jednom chromozómu leží více různých genů
• Takovéto geny se předávají společně, jako samostatnéjednotky, mezi generacemi, protože jsou fyzicky lokalizovány dohromady na témže chromozomu a nejsou proto volně kombinovatelné.
• Jediný způsob, jakým může dojít ke vzniku novékombinace těchto genů, je proces crossing-overu (neboli rekombinace).
Vazba genů – terminologie
• Geny ležící na témže chromozomu se označují jako VÁZANÉ
• VAZBA GENŮ
= faktický proces lokalizace genů na témže chromozomu
= fyzická lokalizace genů na témže chromozómu
• VAZBOVÁ SKUPINA= všechny geny umístěné na témže chromozomu
• SÍLA VAZBY= vzájemný vztah genů téže skupiny
Vztah mezi geny (na chromozomu)
A
A
B
B
a
a
b
b
FÁZE
CIS (coupling) – ab/AB
nese-li jeden rodič(chromozom) alely dominantní a druhý recesivní, tj. na jednom chromozomu leží geny stejné formy
TRANS (repulsion) – aB/Ab
Rodič(chromozom) nese dominantní i recesivní alely, tj. na jednom chromozomu leží geny různé formy
Chromozomy (Fenotypy)
• Rodičovské / Nerodičovské• Nerekombinované /Rekombinované
ZÁKONITOSTI VAZBY GENŮ= Morganovy zákony
1. Geny jsou umístěny na chromosomech v lineárním pořadí (za sebou).
2. Geny lokalizované na jednom chromozómu tvořívazbovou skupinu.Počet vazbových skupin genů každého druhu organismů se rovná jeho chromosomovému číslu, tj. počtu párů homologních chromozómů v diploidním jádře; navýšenému o nepárový heterochromozóm, pokud existuje.
3. Síla vazby je nepřímo-úměrná vzdálenosti genů. Vzdálenost mezi dvěma geny odpovídá průměrnému počtu výměn mezi nimi.Čím jsou geny blíže u sebe, tím silnější je vazba mezi nimi; tím menší je pravděpodobnost že mezi nimi dojde ke crossing-overu.
Hodnocení vazby = Síla vazby• Hodnocení podle frekvence rekombinace• Stanovení poměru jedinců vykazujících rodičovský a
nerodičovský fenotyp• Ideálně testovacím křížení
a4a3a2a1Frekvence FT:aabbaaBbAabbAaBbab
abaBAbABB1
Vztah Cis: rodičovský FT: a1, a4nerodičovský FT: a2, a3
Vztah Trans: rodičovský FT: a2, a3nerodičovský FT: a1, a4
Hodnocení síly vazby – „čísla“
c = (a2+a3)/(a1+a4)Trans:c = (a1+a4)/(a2+a3)Cis:
číslo
Σnerekombinovaní/Σrekombinovaní<1; ∞)
Batesonovo
c =c =
Hodnocení síly vazby – „čísla“
p=[(a1+a4)/(a1+a2+a3+a4)] *100 [cM]Trans:p=[(a2+a3)/(a1+a2+a3+a4)] *100 [cM]Cis:
- [ centiMorgan ]
[ rekombinovaní/všichni ] *100 [cM]<0; 50> [cM]
Morganovo číslo
p =p =
- užijeme-li výslednou hodnotu a cM jako jednotku, pak se využívá pro stanovení vzájemné polohy genů a určení jejich relativní vzdálenosti.
Hodnocení vazby
4035 ab152 aB149 Ab4032 ABfenotypyCis
AaBb x aabbB1
c (nerekombinovaní / rekombinovaní)= (4032+4035)/(149+152)= 26,8
p (rekombinovaní / všichni * 100)= (149+152)/(4032+ 149+152+4035) * 100= 3,5 cM
Hodnocení vazby
58 ab5720 aB5780 Ab56 ABfenotypyTrans
AaBb x aabbB1
c (nerekombinovaní / rekombinovaní) = (5780+5720)/(56+58)= 100
p (rekombinovaní / všichni * 100) = (56+58)/(56 +5780+5720+58) * 100= 0,98 cM
Využití hodnocení síly vazby= konstrukce vazbových map
• Genetická mapa- schéma, které vyjadřuje vzájemnou polohu a relativnívzdálenost jednotlivých genů (genových lokusů) v určitévazbové skupině nebo v jednotlivých vazbových skupinách.
• Cytologická mapa- schéma, které vyjadřuje skutečný vztah genů na chromozómu - jejich poloha a vzdálenost (mikroskopicky zjistitelná)
V zásadě platí, že pořadí genů si odpovídá. Liší se především relativní a skutečné vzdálenosti, dochází ke zkracování skutečných vzdáleností.
Konstrukce map – Tříbodový test• Morganovo číslo je vyjádřeno v relativních jednotkách
(cM) a proto umožňuje vyjádřit vzájemný vztah genů a vyjádřit ho jejich relativní vzdáleností = konstrukce map.
• Experimentální stanovení v testovacím křížení (B1)• Tříbodový test – B1 křížení při němž je sledován projev
tří znaků= zjištění vzdálenosti a pořadí genů na chromozómu.
Pozn. Proč 3 body (tj. 3 znaky)?2 body – zjištění pouze vzdálenosti3 body – zjištění vzdálenosti a pořadí4 body – není možné hodnotit, z důvodu nemožnosti rozlišit
míru C.O. (jednoduchý, dvojitý, trojitý x žádný)
Konstrukce map – Tříbodový testABCabc x
abcabcB1:
FT: abcaBcabCAbcaBCAbCABcABC
301512101833
P(AB)= (Ab + aB)/ všichni * 100 => (1+10+12+1)/100 * 100= 24 cM
P(BC)= (Bc + bC)/ všichni * 100 => (8+1+5+1)/100 * 100= 15 cM
P(AC)= (Ac + aC)/ všichni * 100 => (8+10+12+5)/100 * 100= 35 cM
A B C24 15
35
Konstrukce map – Tříbodový testP(AB)= (Ab + aB)/ všichni * 100 => (1+10+12+1)/100 * 100= 24 cM
P(BC)= (Bc + bC)/ všichni * 100 => (8+1+5+1)/100 * 100= 15 cM
P(AC)= (Ac + aC)/ všichni * 100 => (8+10+12+5)/100 * 100= 35 cM
A B C24 15
35
Pozn.Proběhlý vícenásobný crossing-over vede k relativnímu „zmenšení“ vzdálenosti mezi geny ( proto 24 AB + 15 BC ≠ 35 AC
Faktory modifikující vyjádření vazby
1. několikanásobný crossing-over
• reciproký c.o. - postihuje pouze dvě ze 4 nesesterských chromatid
• komplementární c.o. - jeden c.o. postihne jednu dvojici nesesterských chromatid a druhý c.o. druhou dvojici nesesterských chromatid
• diagonální c.o. - 3 chromatidy, z nichž jedna prodělá dvě výměny, zbývající dvě chromatidy pouze po jedné výměně
• dvouchromatidový, tříchromatidový a čtyřchromatidový
Faktory modifikující vyjádření vazby
2. Interference - vznik c.o. v určitém místě chromozómu více nebo méně znemožňuje vznik druhého c.o.
• Je/li A-B p=0,2 a B-C p=0,2, pak ppd dvojitého c.o. je 0,2x0,2, ve skutečnosti je tato frekvence ještě nižší.
• koeficient koincidence: vzájemný poměr mezi skutečným a teoretickým počtem dvojitých rekombinant
3. Absolutní vazba - situace, kdy je vzniku c.o. zabráněno nebo vznikají rekombinanti neschopníexistence.
4. Pseudoalelismus – situace, kdy geny vykazujícísilnou vazbu jsou vzájemně rekombinovatelné. – „hotspots“
