Полная связь - Complete linkage

Для метода кластеризации см. Кластеризация с полной связью

В генетика, полная связь определяется как состояние, в котором два места так близко друг к другу, что аллели этих локусов практически никогда не разделены пересекая. Чем ближе физическое расположение двух генов на ДНК, тем меньше вероятность их разделения в результате кроссинговера. В случае мужчины Дрозофила полное отсутствие рекомбинантных типов из-за отсутствия кроссинговера. Это означает, что все гены, которые начинаются на одной хромосоме, в конечном итоге окажутся на этой же хромосоме в своей исходной конфигурации. В отсутствие рекомбинации ожидаются только родительские фенотипы.[1]

Связь

Сестринские хромосомы с рекомбинантной ДНК

Генетическая связь это тенденция аллелей, которые расположены близко друг к другу на хромосоме, наследоваться вместе в процессе мейоз в организмах, размножающихся половым путем. В процессе мейоза гомологичные хромосомы объединяются в пары и могут обмениваться соответствующими участками ДНК. В результате гены, изначально находившиеся на одной и той же хромосоме, могут оказаться на разных хромосомах. Этот процесс известен как генетическая рекомбинация. Скорость рекомбинации двух дискретных локусов соответствует их физической близости. Аллели, которые расположены ближе друг к другу, имеют более низкую скорость рекомбинации, чем те, которые расположены далеко друг от друга. Расстояние между двумя аллелями на хромосоме можно определить, вычислив процент рекомбинации между двумя локусами. Эти вероятности рекомбинации можно использовать для построения карта связей, или графическое представление расположения генов и гена по отношению друг к другу. Если сцепление полное, не должно быть событий рекомбинации, которые разделяют два аллеля, и поэтому у потомства должны наблюдаться только родительские комбинации аллелей. Связь между двумя локусами может иметь важные последствия в отношении наследования определенных типов заболеваний.[2]

Карты генов или карты локусов качественных признаков (QTL) могут быть созданы с использованием двух отдельных методов. Один из способов использует частоту маркерных аллелей и сравнивает их с индивидуумами, выбранными из двух хвостов распределения признаков. Это называется подходом на основе признаков и строго использует фенотипическую информацию только для отбора людей для выборки. Другой подход называется подходом Marker-Base (MB), и при отборе образцов используется как разница в частотах аллелей маркеров, так и фенотипические значения каждого маркерного генотипа.[3]

(Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о картах связи [1] )

Рекомбинация во время мейоза

В диплоидных эукариотических клетках рекомбинация может происходить в процессе мейоза. Гомологичные хромосомы объединяются в пары во время мейоза перед окончательным расщеплением, в результате чего образуются две гаплоидные дочерние клетки, каждая из которых имеет по одной копии каждой хромосомы. В то время как гомологичные хромосомы выстроены в линию, они могут свободно обменивать соответствующие сегменты своей собственной ДНК на ДНК своего гомолога. В результате получаются хромосомы, несущие как материнскую, так и отцовскую ДНК. Благодаря рекомбинации дочерние клетки обладают наибольшим генетическим разнообразием.[4]

(Щелкните здесь, чтобы просмотреть видеоурок, объясняющий генетическую рекомбинацию)

Методы анализа

Иерархическая кластеризация

Дендрограмма нескольких кластеров

Один мощный инструмент для интерпретации и построения графиков наборов данных о связях называется Иерархическая кластеризация. Кластеризация объединяет вещи в группы на основе сходства. В случае сцепления сходство означает физическую близость на хромосоме. Иерархическая кластеризация - это восходящий подход к кластерному анализу, при котором две ближайшие точки данных группируются вместе и рассматриваются как одна точка данных для последующей кластеризации. В иерархической кластеризации с полной связью этот процесс объединения точек данных в кластеры увеличивающегося размера повторяется до конца даты как часть единого кластера.[5] Полученная диаграмма из иерархического кластерного анализа называется дендрограмма, в котором данные заключены в скобки, увеличивая несходство. Две общие проблемы с иерархической кластеризацией включают в себя определение определенного расстояния «сходства» между двумя точками данных для создания значимых ассоциаций между точками данных, а также способ объединения точек данных таким образом, чтобы это было полезно для дальнейшей кластеризации, когда они были сочтены похожими. Был разработан алгоритм кросс-кластеризации с автоматической оценкой количества кластеров, который помогает решить некоторые из этих проблем. За счет точной настройки ожидаемого количества кластеров возможность связывания двух несвязанных кластеров сводится к минимуму.[6] Опять же, при этом типе анализа единый результирующий кластер означает полную связь, поскольку все точки данных находятся в пределах заданного диапазона сходства.

(Щелкните здесь, чтобы просмотреть интерактивную демонстрацию иерархической кластеризации)

История

Томас Хант Морган

Идея генетической связи была впервые открыта британскими генетиками. Уильям Бейтсон, Эдит Ребекка Сондерс и Реджинальд Паннетт. Томас Хант Морган расширили идею сцепления, заметив, что в некоторых случаях наблюдаемая скорость кроссинговера отличается от ожидаемой скорости кроссинговера. Он объяснил пониженную скорость рекомбинации меньшим пространственным разделением генов на хромосоме; Предполагается, что гены, которые более близко расположены на хромосоме, будут иметь меньшую скорость рекомбинации, чем гены, расположенные дальше друг от друга.[7] Единицей измерения расстояния между двумя сцепленными генами является Сентиморган, и назван в честь Томаса Ханта Моргана. Сантиморган эквивалентен проценту рекомбинации. два локуса с частотой рекомбинации 2% расположены на расстоянии 2 сантиметров друг от друга.[8]

[9]

Использование в исследованиях

Экономическая выгода

Возможность определять связь между генами также может иметь серьезные экономические преимущества. Изучение взаимосвязи характеристик сахарного тростника привело к более продуктивному и прибыльному росту урожая. Сахарный тростник - это экологически чистая культура, которая является одним из наиболее экономически жизнеспособных возобновляемых источников энергии. QTL-анализ сахарного тростника был использован для построения карты сцепления, которая идентифицировала кластеры генов и важные связанные места это может быть использовано для прогнозирования реакции на грибковую инфекцию в определенной линии сахарного тростника.[10]

Медицинские пособия

Картирование сцепления также может быть полезно при определении моделей наследования таких черт, как психологическое заболевание. Исследования связей паническое расстройство и тревожные расстройства указали интересующие области на конкретных хромосомах. Хромосомы 4q21 и 7p считаются сильными кандидатами в локусы паники и тревожных расстройств, связанных со страхом. Знание конкретного местоположения этих локусов и их вероятности наследования вместе на основе их сцепления может дать представление о том, как эти расстройства передаются по наследству и почему они часто возникают вместе у пациентов.[11]

использованная литература

  1. ^ "Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучение науки в Scitable". www.nature.com. Получено 2016-04-10.
  2. ^ Сингл, Ричард М .; Страйер, Ник; Томсон, Гленис; Паунич, Ваня; Альбрехт, Марк; Майерс, Мартин (07.09.2015). «Асимметричное неравновесие по сцеплению: инструменты для оценки мультиаллельной LD». Иммунология человека. 77 (3): 288–94. Дои:10.1016 / j.humimm.2015.09.001. ISSN  1879-1166. PMID  26359129.
  3. ^ Тенеса, Альберт; Visscher, Питер М .; Карозерс, Эндрю Д .; Нотт, Сара А. (2005-03-01). «Картирование локусов количественных признаков с использованием неравновесного сцепления: методы на основе маркеров и признаков». Поведенческая генетика. 35 (2): 219–228. Дои:10.1007 / s10519-004-0811-5. ISSN  0001-8244. PMID  15685434.
  4. ^ «Генетическая рекомбинация | Изучение науки в Scitable». www.nature.com. Получено 2016-03-26.
  5. ^ Шарма, Алок; Бороевич, Кейт; Сигемидзу, Даичи; Каматани, Ёитиро; Кубо, Мичиаки; Цунода, Тацухико (24 марта 2016). "Иерархический подход к кластеризации максимального правдоподобия". IEEE Transactions по биомедицинской инженерии. 64 (1): 112–122. Дои:10.1109 / TBME.2016.2542212. HDL:10072/343356. ISSN  1558-2531. PMID  27046867.
  6. ^ Теллароли, Паола; Бацци, Марко; Донато, Микеле; Brazzale, Alessandra R .; Дрэгич, Сорин (01.01.2016). «Кросс-кластеризация: алгоритм частичной кластеризации с автоматической оценкой количества кластеров». PLOS ONE. 11 (3): e0152333. Дои:10.1371 / journal.pone.0152333. ISSN  1932-6203. ЧВК  4807765. PMID  27015427.
  7. ^ "Первая карта генетической связи | Калтех". Калифорнийский технологический институт. Получено 2016-03-26.
  8. ^ Шталь, Ф. В. (01.01.2001). Сентиморган (cM) A2 - Хьюз, Стэнли Мэлой Келли. Сан-Диего: Academic Press. п. 495. ISBN  9780080961569.
  9. ^ «Генетическая рекомбинация и картирование генов | Изучение науки в Scitable». www.nature.com. Получено 2016-04-10.
  10. ^ Palhares, Alessandra C .; Rodrigues-Morais, Taislene B .; Ван Слейс, Мари-Энн; Домингес, Дуглас С .; Маккерони, Вальтер; Жордау, Гамильтон; Souza, Anete P .; Маркони, Тьяго Дж .; Моллинари, Марсело (01.01.2012). «Новая карта сцепления сахарного тростника с доказательствами кластеризации маркеров на основе ретротранспозона». BMC Genetics. 13: 51. Дои:10.1186/1471-2156-13-51. ISSN  1471-2156. ЧВК  3443450. PMID  22742069.
  11. ^ Лог, Марк В .; Баувер, Сара Р .; Ноулз, Джеймс А .; Gameroff, Marc J .; Weissman, Myrna M .; Crowe, Raymond R .; Файер, Эбби Дж .; Гамильтон, Стивен П. (2012-04-01). «Многофакторный анализ тревожных расстройств дает дополнительные доказательства связи с хромосомами 4q21 и 7p в семьях с паническим расстройством». Американский журнал медицинской генетики, часть B. 159B (3): 274–280. Дои:10.1002 / ajmg.b.32024. ISSN  1552-485X. ЧВК  3306232. PMID  22253211.