a genomtérképezés területén kétféle “térkép” létezik: genetikai térképek és fizikai térképek. Míg mindkét térkép genetikai markerek és génlókuszok gyűjteménye, a genetikai térképek távolsága a genetikai kapcsolódási információkon alapul, míg a fizikai térképek a tényleges fizikai távolságokat használják, általában bázispárok számában mérve. Míg a fizikai térkép a genom “pontosabb” ábrázolása lehet, a genetikai térképek gyakran betekintést nyújtanak a kromoszóma különböző régióinak természetébe, pl. a genetikai távolság és a fizikai távolság aránya nagymértékben változik a különböző genomi régiókban, ami tükrözi a különböző rekombinációs arányokat, és ez az arány gyakran jelzi a genom euchromatikus (általában génben gazdag) vs heterokromatikus (általában génszegény) régióit.
Gene mappingEdit
a kutatók vérminták gyűjtésével kezdik meg a genetikai térképet., nyál, vagy olyan családtagok szövete, amelyek kiemelkedő betegséget vagy tulajdonságot hordoznak, és olyan családtagok, akik nem. a géntérképezésben, különösen a személyes genomikai tesztekben használt leggyakoribb minta a nyál. A tudósok ezután elkülönítik a DNS-t a mintákból, és alaposan megvizsgálják, egyedi mintákat keresve a betegséget hordozó családtagok DNS-ében, amelyek nem hordozzák a betegséget. Ezeket az egyedi molekuláris mintákat a DNS-ben polimorfizmusoknak vagy markereknek nevezzük.
a genetikai térkép elkészítésének első lépései a genetikai markerek és a feltérképező populáció fejlesztése. Minél közelebb van két marker a kromoszómán, annál valószínűbb, hogy együtt adják át őket a következő generációnak. Ezért az összes marker” együttes szegregációs ” mintái felhasználhatók sorrendjük rekonstruálására. Ezt szem előtt tartva az egyes genetikai markerek genotípusait mind a szülők, mind az egyes egyének számára rögzítik a következő generációkban. A genetikai térképek minősége nagymértékben függ a következő tényezőktől: a térképen található genetikai markerek számától és a feltérképező populáció méretétől. A két tényező összekapcsolódik, mivel egy nagyobb térképpopuláció növelheti a térkép “felbontását”, és megakadályozhatja a térkép”telítettségét”.
a géntérképezésben bármely szekvencia jellemző, amely hűen megkülönböztethető a két szülőtől, genetikai markerként használható. A géneket ebben a tekintetben olyan “tulajdonságok” képviselik, amelyek hűen megkülönböztethetők két szülő között. Más genetikai markerekkel való kapcsolatukat ugyanúgy számítják ki, mintha közös markerek lennének, majd a tényleges génlókuszokat a két legközelebbi szomszédos marker közötti régióban zárójelbe teszik. Ezután az egész folyamatot megismételjük úgy, hogy további markereket vizsgálunk, amelyek az adott régiót célozzák meg, hogy a gén szomszédságát nagyobb felbontásra térképezzék fel, amíg egy specifikus okozati lokusz nem azonosítható. Ezt a folyamatot gyakran “helyzeti klónozásnak” nevezik, és széles körben használják a növényfajok tanulmányozásában. Az egyik növényfaj, különösen amelyben helyzeti klónozást alkalmaznak, a kukorica. A genetikai térképezés nagy előnye, hogy kizárólag fenotípusos hatásuk alapján képes azonosítani a gének relatív helyzetét.
a genetikai térképezés egy módja annak, hogy pontosan meghatározzuk, melyik kromoszómának melyik génje van, és pontosan meghatározzuk, hogy az adott gén hol fekszik az adott kromoszómán. A leképezés módszerként szolgál annak meghatározására is, hogy melyik gén a legvalószínűbb rekombináció a két gén közötti távolság alapján. A két gén közötti távolságot centimorgan néven ismert egységekben mérik. A centimorgan olyan gének közötti távolság, amelyeknél a meiózis egyik terméke százban rekombináns. A további két gén egymástól származik, annál valószínűbb, hogy rekombinálódnak. Ha közelebb lenne, az ellenkezője történne.
fizikai mappingEdit
mivel a tényleges bázispár távolságokat általában nehéz vagy lehetetlen közvetlenül mérni, a fizikai térképeket valójában úgy készítik el, hogy először a genomot hierarchikusan kisebb darabokra törik. Az egyes darabok jellemzésével és összeszerelésével ezeknek a kis töredékeknek az átfedő útja vagy “csempézési útja” lehetővé tenné a kutatók számára, hogy fizikai távolságokat vonjanak le a genomi jellemzők között. A genom fragmentációja restrikciós enzimvágással vagy a genom fizikai összetörésével érhető el olyan folyamatokkal, mint az ultrahangos kezelés. A vágás után a DNS-fragmenseket elektroforézissel választják el. Az így kapott DNS-migrációs mintát (azaz genetikai ujjlenyomatát) használják annak azonosítására, hogy a klónban milyen DNS-szakasz található. Az ujjlenyomatok elemzésével a kontigokat automatizált (FPC) vagy kézi eszközökkel (útkeresők) állítják össze átfedő DNS-szakaszokba. Most egy jó választás a klónok lehet tenni, hogy hatékonyan szekvenálja a klónok, hogy meghatározzák a DNS-szekvencia a vizsgált szervezet.
a fizikai leképezésben nincsenek közvetlen módszerek egy adott gén megjelölésére, mivel a leképezés nem tartalmaz semmilyen tulajdonságokra és funkciókra vonatkozó információt. A genetikai markerek összekapcsolhatók egy fizikai térképpel olyan folyamatokkal, mint az in situ hibridizáció. Ezzel a megközelítéssel a fizikai térképkapcsolók” lehorgonyozhatók ” egy genetikai térképre. A fizikai térképkapcsolókban használt klónok ezután helyi léptékben szekvenálhatók, hogy elősegítsék az új genetikai marker kialakítását és a kórokozó lokuszok azonosítását.
a Makrorestrikció a fizikai leképezés egy olyan típusa, amelyben a nagy molekulatömegű DNS-t egy restrikciós enzimmel emésztjük, amelynek kevés restrikciós helye van.
alternatív módszerek vannak annak meghatározására, hogy a klónok csoportjában a DNS átfedésben van-e a klónok teljes szekvenálása nélkül. A térkép meghatározása után a klónok erőforrásként használhatók a genom nagy szakaszainak hatékony tárolására. Ez a fajta térképezés pontosabb, mint a genetikai térképek.
mutációs helyek feltérképezése egy génen belül
az 1950-es évek elején az uralkodó nézet az volt, hogy a kromoszómában lévő gének különálló entitások, genetikai rekombinációval oszthatatlanok, és gyöngyökhöz hasonlóan vannak elrendezve egy húron. 1955 és 1959 között Benzer genetikai rekombinációs kísérleteket végzett a T4 bakteriofág rII mutánsainak felhasználásával. Megállapította, hogy rekombinációs tesztek alapján a mutáció helyeit lineáris sorrendben lehet feltérképezni. Ez az eredmény bizonyítékot szolgáltatott arra a kulcsfontosságú elképzelésre, hogy a gén lineáris szerkezete megegyezik a DNS hosszával, sok olyan hellyel, amelyek önállóan mutálhatnak.
1961-ben Francis Crick, Leslie Barnett, Sydney Brenner és Richard Watts-Tobin genetikai kísérleteket végeztek, amelyek kimutatták a fehérjék genetikai kódjának alapvető természetét. Ezek a kísérletek, amelyek magukban foglalják a mutációs helyek feltérképezését a riib génje bakteriofág T4, kimutatta, hogy a gén DNS-jének három szekvenciális nukleobázisa határozza meg kódolt fehérje minden egymást követő aminosavát. Így a genetikai kód triplett kódnak bizonyult, ahol minden triplett (kodonnak nevezett) meghatároz egy adott aminosavat. Bizonyítékot szereztek arra is, hogy a kodonok nem fedik egymást a fehérjét kódoló DNS-szekvenciában, és hogy egy ilyen szekvenciát rögzített kiindulási pontból olvasnak.
Edgar et al. végzett térképezési kísérletek a T4 bakteriofág r mutánsaival, amelyek azt mutatják, hogy a rII mutánsok közötti rekombinációs frekvenciák nem szigorúan additív. A rekombinációs frekvencia két rII mutáns keresztjéből (a x d) általában kisebb, mint a szomszédos belső részintervallumok rekombinációs frekvenciáinak összege (a x b) + (b x c) + (c x d). Bár nem szigorúan additív, szisztematikus összefüggést mutattak ki, amely valószínűleg tükrözi a genetikai rekombináció mögöttes molekuláris mechanizmusát.
Genom szekvenálás
a genom szekvenálást a nem biológusok néha tévesen “Genom térképezésnek” nevezik. A “shotgun szekvenálás” folyamata hasonlít a fizikai leképezés folyamatára: apró darabokra töri a genomot, jellemzi az egyes töredékeket, majd újra összerakja őket (az újabb szekvenálási technológiák drasztikusan különböznek egymástól). Míg a hatókör, a cél és a folyamat teljesen más, a genom-összeállítás a fizikai térkép “végső” formájának tekinthető, mivel sokkal jobb módon nyújt minden olyan információt, amelyet a hagyományos fizikai térkép kínálhat.