Гаплотип - Haplotype

Молекула ДНК 1 отличается от молекулы ДНК 2 по расположению одной пары оснований (полиморфизм C / A).

А гаплотип (гаплоидный генотип ) - это группа аллели в организм которые наследуются вместе от одного родителя.[1][2]

Многие организмы содержат генетический материал (ДНК ), полученный от двух родителей и объединенный. Обычно ДНК этих организмов организована в виде двух наборов попарно схожих хромосомы. Потомство получает по одной хромосоме в каждой паре от каждого родителя. Набор пар хромосом называется диплоид и набор, состоящий только из одной половины каждой пары, называется гаплоидным. Гаплоидный генотип (гаплотип) - это генотип, который учитывает отдельные хромосомы, а не пары хромосом. Это могут быть все хромосомы одного из родителей или небольшая часть хромосомы, например последовательность из 9000 пар оснований.

Однако есть и другие варианты использования этого термина. Во-первых, он используется для обозначения набора определенных аллелей (то есть конкретных ДНК последовательности) в кластере тесно связанных генов на хромосома которые, вероятно, будут унаследованы вместе, то есть они, вероятно, будут сохраняется как последовательность это переживает происхождение многих поколений воспроизводства.[3][4] Второе использование - обозначать набор связаны однонуклеотидный полиморфизм (SNP) аллели, которые, как правило, всегда встречаются вместе (т.е. связаны статистически ). Считается, что идентификация этих статистических ассоциаций и нескольких аллелей определенной последовательности гаплотипов может облегчить идентификацию все другие такие полиморфные участки, расположенные рядом на хромосоме. Такая информация имеет решающее значение для исследования генетики обычных болезни; которые фактически были исследованы на людях Международный проект HapMap.[5][6] В-третьих, многие компании, занимающиеся генетическим тестированием человека, используют этот термин третьим образом: для обозначения индивидуального набора конкретных мутаций в пределах данного генетического сегмента; (видеть короткий тандемный повтор мутация).

Период, термин 'гаплогруппа 'относится к SNP /полиморфизм уникального события (UEP) мутации, представляющие клады к которому принадлежит коллекция определенных человеческих гаплотипов. (Клэйд здесь относится к набору гаплотипов, имеющих общего предка.)[7] А гаплогруппа представляет собой группу похожих гаплотипов, имеющих общего предка с однонуклеотидный полиморфизм мутация.[8][9] Митохондриальная ДНК проходит по материнская линия это может быть тысячи лет назад.[8]

Разрешение гаплотипа

Организма генотип не может однозначно определять свой гаплотип. Например, рассмотрим диплоид организм и два биаллельных места (Такие как SNP ) на той же хромосоме. Предположим, что у первого локуса есть аллели. А или же Т и второй локус грамм или же C. Таким образом, оба локуса имеют три возможных генотипы: (AA, В, и TT) и (GG, GC, и CC), соответственно. Для данного человека существует девять возможных конфигураций (гаплотипов) в этих двух локусах (показано на Площадь Пеннета ниже). Для людей, гомозиготных по одному или обоим локусам, гаплотипы однозначны - это означает, что нет никакой дифференциации гаплотипа T1T2 по сравнению с гаплотипом T2T1; где T1 и T2 помечены, чтобы показать, что они являются одним и тем же локусом, но помечены как таковые, чтобы показать, что не имеет значения, в каком порядке вы их рассматриваете, конечный результат - два T-локуса. Для физических лиц гетерозиготный в обоих локусах гаметическая фаза является двусмысленный - в этих случаях вы не знаете, какой у вас гаплотип, например, TA vs AT.

AAВTT
GGAG AGAG TGТГ ТГ
GCAG ACAG TC
или же
AC TG		ТГ ТК
CCAC ACAC TCTC TC

Единственный однозначный метод разрешения фазовой неоднозначности - это последовательность действий. Однако можно оценить вероятность конкретного гаплотипа, когда фаза неоднозначна, используя выборку людей.

Учитывая генотипы для ряда людей, гаплотипы могут быть выведены с помощью разрешения гаплотипов или методов фазирования гаплотипов. Эти методы работают на основе наблюдения, что определенные гаплотипы распространены в определенных областях генома. Следовательно, учитывая набор возможных разрешений гаплотипов, эти методы выбирают те, которые в целом используют меньше различных гаплотипов. Специфика этих методов различается - некоторые из них основаны на комбинаторных подходах (например, скупость ), в то время как другие используют функции правдоподобия, основанные на различных моделях и предположениях, таких как Принцип Харди – Вайнберга, то коалесцентная теория модель или совершенная филогения. Затем параметры в этих моделях оцениваются с использованием таких алгоритмов, как алгоритм максимизации ожидания (ЭМ), Цепь Маркова Монте-Карло (MCMC), или скрытые марковские модели (ХМ).

Микрожидкостное гаплотипирование всего генома это метод физического отделения отдельных хромосом от метафаза ячейка с последующим прямым разрешением гаплотипа для каждого аллеля.

Гаплотипы Y-ДНК из генеалогических ДНК-тестов

Основная статья: Генеалогический ДНК-тест

В отличие от других хромосом, Y-хромосомы обычно не попадают в пары. Каждый мужчина (кроме мужчин с XYY синдром ) имеет только одну копию этой хромосомы. Это означает, что нет никаких случайных вариаций того, какая копия наследуется, а также (для большей части хромосомы) нет перетасовки между копиями посредством рекомбинация; так, в отличие от аутосомный гаплотипов, фактически нет никакой рандомизации гаплотипа Y-хромосомы между поколениями. Мужчина-мужчина должен в основном иметь ту же Y-хромосому, что и его отец, плюс-минус несколько мутаций; таким образом, Y-хромосомы, как правило, передаются от отца к сыну в значительной степени неповрежденными, с небольшим, но накапливающимся числом мутаций, которые могут служить для дифференциации мужских линий. В частности, Y-ДНК представлена ​​как пронумерованные результаты Y-ДНК генеалогический ДНК-тест должны совпадать, за исключением мутаций.

Результаты UEP (результаты SNP)

Полиморфизмы уникальных событий (UEP), такие как SNP, представляют гаплогруппы. STR представляют собой гаплотипы. Результаты, которые составляют полный гаплотип Y-ДНК из теста ДНК Y-хромосомы, можно разделить на две части: результаты для UEP, иногда свободно называемые результатами SNP, поскольку большинство UEP однонуклеотидные полиморфизмы, а результаты для микроспутник короткий тандемный повтор последовательности (Y-STR ).

Результаты UEP представляют собой наследие событий, которые, как можно предположить, произошли только один раз за всю историю человечества. Их можно использовать для идентификации личности Y-ДНК гаплогруппа, его место в «генеалогическом древе» всего человечества. Различные гаплогруппы Y-ДНК идентифицируют генетические популяции, которые часто отчетливо связаны с определенными географическими регионами; их появление в более поздних популяциях, расположенных в разных регионах, представляет собой миграции десятков тысяч лет назад прямых патрилинейный предки нынешних особей.

Y-STR гаплотипы

Генетические результаты также включают Y-STR гаплотип, набор результатов тестируемых маркеров Y-STR.

В отличие от UEP, Y-STR мутируют намного легче, что позволяет использовать их для различения недавней генеалогии. Но это также означает, что, а не популяция потомков генетического события, все разделяющие одно и тоже В результате гаплотипы Y-STR, вероятно, разделились, чтобы сформировать кластер более или менее похожих результатов. Как правило, этот кластер будет иметь определенный наиболее вероятный центр - модальный гаплотип (предположительно похожий на гаплотип исходного события основания), а также разнообразие гаплотипов - степень его распространения. Чем дальше в прошлом произошло определяющее событие и чем раньше происходил последующий рост популяции, тем большее разнообразие гаплотипов будет для определенного числа потомков. Однако, если разнообразие гаплотипов меньше для определенного числа потомков, это может указывать на более недавнего общего предка или недавнее расширение популяции.

Важно отметить, что, в отличие от UEP, два человека со сходным гаплотипом Y-STR не обязательно могут иметь сходное происхождение. События Y-STR не уникальны. Вместо этого кластеры результатов гаплотипа Y-STR, унаследованные от разных событий и разных историй, имеют тенденцию перекрываться.

В большинстве случаев прошло много времени с момента определения событий гаплогрупп, поэтому обычно кластер результатов гаплотипа Y-STR, связанных с потомками этого события, становится довольно широким. Эти результаты будут иметь тенденцию значительно перекрывать (аналогично широкие) кластеры гаплотипов Y-STR, связанные с другими гаплогруппами. Это делает невозможным для исследователей предсказать с абсолютной уверенностью, на какую гаплогруппу Y-ДНК укажет гаплотип Y-STR. Если UEP не тестируются, Y-STR могут использоваться только для прогнозирования вероятностей происхождения гаплогруппы, но не определенности.

Аналогичный сценарий существует при попытке оценить, указывают ли общие фамилии на общее генетическое происхождение. Кластер похожих гаплотипов Y-STR может указывать на общего общего предка с идентифицируемым модальным гаплотипом, но только если кластер достаточно отличается от того, что могло случиться случайно у разных людей, исторически принимавших одно и то же имя независимо. Например, многие имена были заимствованы из общих занятий или были связаны с местами проживания. Для установления генетической генеалогии необходимо более обширное типирование гаплотипов. Коммерческие компании, занимающиеся тестированием ДНК, теперь предлагают своим клиентам тестирование большего количества наборов маркеров, чтобы улучшить определение их генетического происхождения. Количество протестированных наборов маркеров увеличилось с 12 в первые годы до 111 в последнее время.

Установление правдоподобного родства между разными фамилиями, полученными из базы данных, значительно сложнее. Исследователь должен установить, что очень близко член рассматриваемой популяции, специально выбранный из популяции по этой причине, вряд ли совпадет случайно. Это более чем доказательство того, что случайно выбранных такой близкий член населения вряд ли окажется случайно. Из-за сложности установить родство между разными фамилиями, как в таком сценарии, вероятно, будет невозможно, за исключением особых случаев, когда есть конкретная информация, которая резко ограничивает размер рассматриваемой совокупности кандидатов.

Разнообразие

Разнообразие гаплотипов - это мера уникальности конкретного гаплотипа в данной популяции. Разнообразие гаплотипов (H) рассчитывается как:[10]

куда - (относительная) частота гаплотипов каждого гаплотипа в выборке и размер выборки. Разнообразие гаплотипов приведено для каждого образца.

Смотрите также

Программного обеспечения

  • FAMHAP[11] - FAMHAP - это программа для анализа одного маркера и, в частности, совместного анализа нефазированных данных генотипа по тесно связанным маркерам (анализ гаплотипов).
  • Фуга — ЭМ оценка гаплотипов и ассоциативные тесты на основе неродственных и нуклеарных семей.
  • HPlus[12] - Пакет программного обеспечения для вменения и тестирования гаплотипов в ассоциативных исследованиях с использованием модифицированного метода, который включает алгоритм максимизации ожидания и байесовский метод, известный как прогрессивное лигирование.
  • HaploBlockFinder - Программный комплекс для анализа блочной структуры гаплотипов.
  • Haploscribe[13] - Реконструкция полных хромосомных гаплотипов на основе всех генотипированных позиций в нуклеарной семье, включая редкие варианты.
  • Haploview[14] - Визуализация нарушение равновесия по сцеплению, оценка гаплотипа и тегирование гаплотипа (Домашняя страница ).
  • HelixTree - Программное обеспечение для анализа гаплотипов - Регрессия тренда гаплотипов (HTR), тесты гаплотипических ассоциаций и оценка частоты гаплотипов с использованием как алгоритма ожидания-максимизации (EM), так и метода составных гаплотипов (CHM).
  • ФАЗА - Программное обеспечение для реконструкции гаплотипов и оценки скорости рекомбинации по данным населения.
  • ФОРМА[15] - SHAPEIT2 - это программа для оценки гаплотипов генотипов SNP в больших когортах по всей хромосоме.
  • SNPHAP — ЭМ программное обеспечение на основе для оценки частот гаплотипов из нефазированных генотипов.
  • WHAP[16] — гаплотип анализ ассоциаций на основе.

Рекомендации

  1. ^ Авторы К. Барри Кокс, Питер Д. Мур, Ричард Ладл. Wiley-Blackwell, 2016. ISBN  978-1-118-96858-1 p106. Биогеография: экологический и эволюционный подход
  2. ^ Редакционная коллегия V&S Publishers, 2012 г., ISBN  9381588643 p137.Краткий научный словарь
  3. ^ BiologyPages / H / Haplotypes.html Страницы биологии Кимбалла (Лицензия Creative Commons Attribution 3.0)
  4. ^ "гаплотип / гаплотипы | Изучите науку в Scitable". www.nature.com.
  5. ^ Международный консорциум HapMap (2003). «Международный проект HapMap» (PDF). Природа. 426 (6968): 789–796. Дои:10.1038 / природа02168. HDL:2027.42/62838. PMID  14685227. S2CID  4387110.
  6. ^ Международный консорциум HapMap (2005). «Карта гаплотипов генома человека». Природа. 437 (7063): 1299–1320. Дои:10.1038 / природа04226. ЧВК  1880871. PMID  16255080.
  7. ^ «Факты и гены. Том 7, выпуск 3». Архивировано из оригинал 9 мая 2008 г.
  8. ^ а б Арора, Девендер; Сингх, Аджит; Шарма, Викрант; Бхадурия, Харвендра Сингх; Патель, Рам Бахадур (2015). "Hgs Db: База данных гаплогрупп для понимания миграции и оценки молекулярных рисков ". Биоинформация. 11 (6): 272–5. Дои:10.6026/97320630011272. ЧВК  4512000. PMID  26229286.
  9. ^ Международное общество генетической генеалогии 2015 Глоссарий по генетике
  10. ^ Масатоши Ней и Фумио Таджима, «Полиморфизм ДНК, обнаруживаемый эндонуклеазами рестрикции», Genetics 97: 145 (1981)
  11. ^ Беккер Т .; Кнапп М. (2004). «Оценка максимального правдоподобия частот гаплотипов в нуклеарных семьях». Генетическая эпидемиология. 27 (1): 21–32. Дои:10.1002 / gepi.10323. PMID  15185400.
  12. ^ Ли С.С .; Халид Н .; Карлсон С .; Чжао Л.П. (2003). «Оценка частот гаплотипов и стандартных ошибок для множественных однонуклеотидных полиморфизмов». Биостатистика. 4 (4): 513–522. Дои:10.1093 / биостатистика / 4.4.513. PMID  14557108.
  13. ^ Roach J.C .; Глусман Г .; Hubley R .; Монтсаров С.З .; Холлоуэй А.К .; Маулдин Д.Э .; Шривастава Д .; Гарг В .; Поллард К.С.; Galas D.J .; Вытяжка L .; Смит А.Ф.А. (2011). «Хромосомные гаплотипы генетическим анализом человеческих семей». Американский журнал генетики человека. 89 (3): 382–397. Дои:10.1016 / j.ajhg.2011.07.023. ЧВК  3169815. PMID  21855840.
  14. ^ Barrett J.C .; Fry B .; Maller J .; Дэйли М.Дж. (2005). «Haploview: анализ и визуализация LD и карт гаплотипов». Биоинформатика. 21 (2): 263–265. Дои:10.1093 / биоинформатика / bth457. PMID  15297300.
  15. ^ Делано О., Загури Дж. Ф., Маркини Дж. (2013). «Улучшенная фазировка всей хромосомы для генетических исследований болезней и популяций». Методы природы. 10 (1): 5–6. Дои:10.1038 / nmeth.2307. PMID  23269371. S2CID  205421216.
  16. ^ Purcell S .; Дэйли М. Дж .; Шам П. С. (2007). «WHAP: анализ ассоциаций на основе гаплотипов». Биоинформатика. 23 (2): 255–256. Дои:10.1093 / биоинформатика / btl580. PMID  17118959.

внешняя ссылка