Hay dos tipos distintos de «Mapas» utilizados en el campo del mapeo genómico: mapas genéticos y mapas físicos. Si bien ambos mapas son una colección de marcadores genéticos y loci de genes, las distancias de los mapas genéticos se basan en la información de enlace genético, mientras que los mapas físicos utilizan distancias físicas reales, generalmente medidas en número de pares de bases. Mientras que el mapa físico podría ser una representación más» precisa » del genoma, los mapas genéticos a menudo ofrecen información sobre la naturaleza de diferentes regiones del cromosoma, p. ej. la relación de distancia genética a distancia física varía mucho en diferentes regiones genómicas, lo que refleja diferentes tasas de recombinación, y dicha tasa a menudo es indicativa de regiones eucromáticas (generalmente ricas en genes) vs heterocromáticas (generalmente pobres en genes) del genoma.
Mapa génicoeditar
Los investigadores comienzan un mapa genético recolectando muestras de sangre. la muestra más común utilizada en el mapeo genético, especialmente en las pruebas genómicas personales, es la saliva. Luego, los científicos aíslan el ADN de las muestras y lo examinan de cerca, buscando patrones únicos en el ADN de los miembros de la familia que portan la enfermedad que el ADN de aquellos que no portan la enfermedad no tiene. Estos patrones moleculares únicos en el ADN se conocen como polimorfismos o marcadores.
Los primeros pasos para construir un mapa genético son el desarrollo de marcadores genéticos y una población cartográfica. Cuanto más cerca estén los dos marcadores en el cromosoma, más probabilidades habrá de que se transmitan juntos a la siguiente generación. Por lo tanto, los patrones de «co-segregación» de todos los marcadores se pueden usar para reconstruir su orden. Con esto en mente, los genotipos de cada marcador genético se registran tanto para los padres como para cada individuo en las generaciones siguientes. La calidad de los mapas genéticos depende en gran medida de estos factores: el número de marcadores genéticos en el mapa y el tamaño de la población cartográfica. Los dos factores están interrelacionados, ya que una población cartográfica más grande podría aumentar la «resolución» del mapa y evitar que el mapa se «sature».
En el mapeo genético, cualquier característica de secuencia que pueda distinguirse fielmente de los dos padres puede usarse como marcador genético. Los genes, en este sentido, están representados por «rasgos» que se pueden distinguir fielmente entre dos padres. Su vinculación con otros marcadores genéticos se calcula de la misma manera que si fueran marcadores comunes y los loci reales del gen se colocan entre corchetes en una región entre los dos marcadores vecinos más cercanos. Todo el proceso se repite al observar más marcadores que se dirigen a esa región para mapear el vecindario del gen a una resolución más alta hasta que se pueda identificar un locus causal específico. Este proceso a menudo se conoce como» clonación posicional», y se usa ampliamente en el estudio de especies de plantas. Una especie de planta, en particular en la que se utiliza la clonación posicional, es el maíz. La gran ventaja del mapeo genético es que puede identificar la posición relativa de los genes basándose únicamente en su efecto fenotípico.
El mapeo genético es una forma de identificar exactamente qué cromosoma tiene qué gen y señalar exactamente dónde se encuentra ese gen en ese cromosoma en particular. El mapeo también actúa como un método para determinar qué gen es más probable que se recombine en función de la distancia entre dos genes. La distancia entre dos genes se mide en unidades conocidas como centimorgan. Un centimorgan es una distancia entre los genes para que un producto de la meiosis en cien es recombinante. Mientras más genes estén el uno del otro, más probabilidades habrá de que se recombinen. Si estuviera más cerca, ocurriría lo contrario.
Mapeo físicoeditar
Dado que las distancias reales de los pares de bases son generalmente difíciles o imposibles de medir directamente, los mapas físicos se construyen primero rompiendo el genoma en pedazos jerárquicamente más pequeños. Al caracterizar cada pieza y volver a ensamblarla, la trayectoria superpuesta o «trayectoria de mosaico» de estos pequeños fragmentos permitiría a los investigadores inferir distancias físicas entre características genómicas. La fragmentación del genoma se puede lograr cortando la enzima de restricción o rompiendo físicamente el genoma mediante procesos como la sonicación. Una vez cortados, los fragmentos de ADN se separan mediante electroforesis. El patrón resultante de la migración del ADN (es decir, su huella genética) se utiliza para identificar qué tramo de ADN está en el clon. Al analizar las huellas dactilares, los contiguos se ensamblan por medios automatizados (FPC) o manuales (trazadores de ruta) en estiramientos de ADN superpuestos. Ahora se puede hacer una buena elección de clones para secuenciar eficientemente los clones y determinar la secuencia de ADN del organismo en estudio.
En el mapeo físico, no hay formas directas de marcar un gen específico, ya que el mapeo no incluye ninguna información que se refiera a rasgos y funciones. Los marcadores genéticos se pueden vincular a un mapa físico mediante procesos como la hibridación in situ. Con este enfoque, los contiguos físicos del mapa se pueden «anclar» en un mapa genético. Los clones utilizados en los contiguos del mapa físico se pueden secuenciar a escala local para ayudar al nuevo diseño de marcadores genéticos y a la identificación de los loci causantes.
La macrorestricción es un tipo de mapeo físico en el que el ADN de alto peso molecular se digiere con una enzima de restricción que tiene un bajo número de sitios de restricción.
Hay formas alternativas de determinar cómo se superpone el ADN en un grupo de clones sin secuenciar completamente los clones. Una vez que se determina el mapa, los clones se pueden usar como un recurso para contener de manera eficiente grandes extensiones del genoma. Este tipo de mapeo es más preciso que los mapas genéticos.
Mapeo de sitios mutacionales dentro de un geneeditar
A principios de la década de 1950, la opinión predominante era que los genes en un cromosoma son entidades discretas, indivisibles por recombinación genética y dispuestas como cuentas en una cuerda. Durante 1955 a 1959, Benzer realizó experimentos de recombinación genética utilizando mutantes rII del bacteriófago T4. Descubrió que, sobre la base de pruebas de recombinación, los sitios de mutación se podían mapear en un orden lineal. Este resultado proporcionó evidencia para la idea clave de que el gen tiene una estructura lineal equivalente a una longitud de ADN con muchos sitios que pueden mutar de forma independiente.
En 1961, Francis Crick, Leslie Barnett, Sydney Brenner y Richard Watts-Tobin realizaron experimentos genéticos que demostraron la naturaleza básica del código genético para las proteínas. Estos experimentos, que involucraron el mapeo de sitios mutacionales dentro del gen rIIB del bacteriófago T4, demostraron que tres nucleobases secuenciales del ADN del gen especifican cada aminoácido sucesivo de su proteína codificada. Por lo tanto, se demostró que el código genético era un código de triplete, donde cada triplete (llamado codón) especifica un aminoácido en particular. También obtuvieron evidencia de que los codones no se superponen entre sí en la secuencia de ADN que codifica una proteína, y que dicha secuencia se lee desde un punto de partida fijo.
Edgar et al. se realizaron experimentos de mapeo con mutantes r del bacteriófago T4 que mostraron que las frecuencias de recombinación entre mutantes rII no son estrictamente aditivas. La frecuencia de recombinación de un cruce de dos mutantes rII (a x d) es generalmente menor que la suma de frecuencias de recombinación para sub-intervalos internos adyacentes (a x b) + (b x c) + (c x d). Aunque no es estrictamente aditivo, se demostró una relación sistemática que probablemente refleja el mecanismo molecular subyacente de la recombinación genética.
Secuenciación genómicaedItar
La secuenciación genómica a veces se conoce erróneamente como «mapeo genómico» por los no biólogos. El proceso de «secuenciación de escopeta» se asemeja al proceso de mapeo físico: rompe el genoma en pequeños fragmentos, caracteriza cada fragmento y luego los vuelve a unir (las tecnologías de secuenciación más recientes son drásticamente diferentes). Si bien el alcance, el propósito y el proceso son totalmente diferentes, un ensamblaje del genoma puede verse como la forma «última» de mapa físico, en el sentido de que proporciona de una manera mucho mejor toda la información que un mapa físico tradicional puede ofrecer.