Генетическая карта — это последовательность маркеров в хромосоме и расстояния между ними, следующие из частот генетических рекомбинаций. Одна единица карты соответствует 1 % рекомбинации или одному сантиморгану (1 сМ).
Проведем следующую аналогию, чтобы было легче понять, почему длина карты человека равна больше, чем 100 %. Один и тот же термин иногда используется в разных смыслах: 100 градусов — температура кипения воды. 90 градусов — прямой угол. 40 градусов — крепость водки. И обычно эти смыслы никто не путает
То же и с термином процент (pro cent = на сто) который используется в разных смыслах при описании рекомбинации.
1) Генетическое расстояние между двумя маркерами (1 сантиморган, сМ=1 % рекомбинации). Например, наблюдаемый процент рекомбинации в потомстве (12 % рекомбинантов, как описывалось выше), где общее число потомков равно 100 %. Доля рекомбинантов по одной паре маркеров не может превышать 50 % от общего числа потомков (несцепленное наследование);
2) Общая длина генетической карты организма (N сантиморган = N %) Рассчитывается как сумма минимальных экспериментально определенных генетических расстояний между парами маркеров, и для каждого вида своя.
Количество последовательно расположенных пар маркеров, каждый из которых равен, например, 12 %, может быть и не ограниченным. Восемь таких отрезков составят в сумме 96 %, а восемьдесят отрезков — 960 %. Хотя доля рекомбинантов между любыми двумя из этих 81 маркеров, конечно, не может превышать 50 % от общего числа потомков.
Отметим, в заключение, что длина генетической карты человека определялась по цитологическим данным, которые были доступны уже достаточно давно. В отличие от мухи, установить длину генетической карты человека на основе экспериментов по скрещиванию невозможно.
Поиск или диагностика мутации, вызывающей заболевание, наследуемое по Менделю, часто проводится по сонаследованию признака «болезнь» и маркера-свидетеля, расположенного рядом с мутантным геном. Маркер-свидетель — это такой маркер, который легко обнаружить при анализе. Источник ошибки диагностики — утрата связи при рекомбинации между мутацией, вызывающей заболевание и маркером-свидетелем. Точность диагностики тем выше, чем меньше это расстояние.
Вопрос. Сколько генетических маркеров нужно иметь в геноме человека, чтобы обеспечить >95 % точность диагностики для любого гена, если длина генома человека — 3000 %.
Точность не менее 95 % означает, что не более генетическое расстояние между мутацией вызывающей заболевание и маркером составляет не более 5 % рекомбинации. Следовательно до ближнего к маркеру левого и до ближнего правого маркера должно быть не более 5 %, то есть расстояние между маркерами не более 5 % х 2 = 10 % рекомбинации. В 10 %-х интервалов в карте длиной 3000 % будет 3000/10=300. То есть 300 равноудаленных маркеров будет достаточно, чтобы картировать или выявить мутацию с точностью >95 %, даже ничего не зная о том, где находится исследуемый ген. Ясно, что когда это только начали делать, примерно 10 лет назад, маркеры ложились случайно, поэтому генетическую карту пришлось составить из нескольких тысяч маркеров, чтобы большинство интервалов между маркерами не превышало 10 %. Сегодня в практической работе по общегеномному скринингу у человека используют панель из 384 равноудаленных маркеров.
Молекулярный механизм гомологичной рекомбинации, предложен Холидеем.
Рассмотрим две гомологичные хромосомы: папину и мамину. В них, как предполагается, происходит однонитевой идентичный в обеих хромосомах разрыв, после которого эти части, перекрещиваясь, образуют так называемую структуру Холидея (который данную схему рекомбинации первым предложил). Далее происходит перенос точки надреза вдоль хромосомы, в результате чего части гомологичных хромосом меняются местами. В результате получаются хромосомы, составленные из кусков папиных и маминых хромосом. Механизм гомологичной рекомбинации — однонитевой разрыв в каждой из двунитевых молекул ДНК, вытеснение и замещение нити, миграция разрыва и разрешение единичной структуры Холидея.
Гомологичная рекомбинация, механизм: однонитевой разрыв в каждой из двунитевых молекул ДНК, вытеснение и замещение нити, миграция разрыва и разрешение единичной структуры Холидея
Геномные, хромосомные и генные мутации
Теперь поговорим о мутациях: геномных, хромосомных и генных.
Пример геномной мутации — удвоение всего числа хромосом в геноме (автополиплоидия), она может возникать из-за нерасхождения хромосом в митозе или мейозе.