Definicija genskog lokusa. Određivanje odnosa između dva genska lokusa. Detekcija veze. Pogledajte šta je "Locus" u drugim rječnicima

U svinjogojstvu u Evropi i Americi počinje da se koristi genomska selekcija. Njegove tehnologije omogućavaju dešifriranje genotipa svinja već pri rođenju i odabir najboljih životinja za uzgoj. Ova najnovija tehnologija je dizajnirana da dodatno poveća tačnost uzgoja i pouzdanost uzgojne vrijednosti svinja.

Predak genomske selekcije je selekcija markera.

Selekcija markera je upotreba markera za obilježavanje gena kvantitativne osobine, što omogućava utvrđivanje prisutnosti ili odsustva određenih gena (genskih alela) u genomu.

Gen je dio DNK, određene sekvence nukleotida, u kojoj je kodirana informacija o sintezi jednog proteinskog molekula (ili RNK), i kao rezultat, osigurava formiranje bilo koje osobine i njen prijenos nasljeđivanjem.

Geni predstavljeni u populaciji u nekoliko oblika – alela – su polimorfni geni. Aleli gena dijele se na dominantne i recesivne. Polimorfizam gena pruža različite osobine unutar vrste.

Međutim, samo nekoliko osobina je pod kontrolom pojedinačnih gena (na primjer, boja kose). Pokazatelji produktivnosti, u pravilu, su kvantitativne osobine, za čiji su razvoj i ispoljavanje odgovorni mnogi geni. Neki od ovih gena mogu imati izraženiji efekat. Takvi geni se nazivaju geni jezgra kvantitativnih osobina (QTL). Lokusi kvantitativnih svojstava (QTL) su segmenti DNK koji sadrže gene ili su povezani sa genima koji leže u osnovi kvantitativne osobine.

Po prvi put, ideju o korištenju markera u uzgoju teorijski je potkrijepio A.S. Serebrovsky još 20-ih godina. Prema AS Serebrovsky, marker (tada nazvan "signal", engleski izraz "marker" počeo se koristiti kasnije) je alel gena koji ima jasno izraženu fenotipsku manifestaciju, lokaliziran pored drugog alela koji određuje ekonomski važan osobina koja se proučava, ali nema jasnu fenotipsku manifestaciju; tako, vršeći selekciju za fenotipsku manifestaciju ovog signalnog alela, dolazi do selekcije povezanih alela koji određuju manifestaciju proučavane osobine.

U početku su morfološke (fenotipske) osobine korištene kao genetski markeri. Međutim, vrlo često kvantitativne osobine imaju složenu prirodu nasljeđivanja, njihovu manifestaciju određuju uslovi okoline, a broj markera koji se koriste kao fenotipske osobine je ograničen. Zatim su genski proizvodi (proteini) korišteni kao markeri. Ali najefikasniji način testiranja genetskog polimorfizma nije na nivou genskih proizvoda, već direktno na nivou gena, odnosno korištenje polimorfnih DNK nukleotidnih sekvenci kao markera.

Obično se fragmenti DNK koji leže blizu jedan drugom na hromozomu nasljeđuju zajedno. Ovo svojstvo omogućava da se marker koristi za određivanje tačnog uzorka nasljeđivanja gena koji još nije precizno lociran.

Dakle, markeri su polimorfne regije DNK sa poznatom pozicijom na hromozomu, ali nepoznatim funkcijama, koje se mogu koristiti za identifikaciju drugih gena. Genetski markeri moraju biti lako prepoznatljivi, povezani sa određenim lokusom i visoko polimorfni jer homozigoti ne daju nikakvu informaciju.

Široka upotreba varijanti DNK polimorfizma kao genetskih markera počela je 1980. godine. Molekularno genetski markeri su korišćeni za programe očuvanja genofonda rasa poljoprivrednih životinja, korišćeni su za rešavanje problema porekla i distribucije rasa, utvrđivanje srodstva. , mapiranje glavnih lokusa kvantitativnih osobina, proučavanje genetskih uzroka nasljednih bolesti, ubrzanje selekcije za pojedinačne osobine - otpornost na određene faktore, prema produktivnim pokazateljima. U Evropi se genetski markeri koriste u uzgoju svinja od ranih 1990-ih. osloboditi populaciju od halotan gena, koji uzrokuje stresni sindrom kod svinja.

Postoji nekoliko tipova molekularno genetskih markera. Donedavno su mikrosateliti bili veoma popularni, jer su široko rasprostranjeni u genomu i imaju visok nivo polimorfizma. Mikrosateliti - SSR (Simple Sequence Repeats) ili STR (Simple Tandem Repeats) sastoje se od segmenata DNK dugih 2-6 parova baza, koji se ponavljaju u tandemu mnogo puta. Na primjer, američka kompanija Applied Biosystems razvila je test sistem za genotipizaciju 11 mikrosatelita (TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA126, TGLA122, INRA23, ETH3, ETH225, BM1824). Međutim, mikrosateliti nisu dovoljni za fino mapiranje pojedinačnih regija genoma, visoka cijena opreme i reagensa, te razvoj automatiziranih metoda korištenjem SNP čipova tjeraju ih iz prakse.

Vrlo pogodan tip genetskih markera je SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) - snip ili polimorfizam jednog nukleotida- to su razlike u sekvenci DNK jednog nukleotida u genomu predstavnika iste vrste ili između homolognih regija homolognih hromozoma pojedinca. SNP-ovi su tačkaste mutacije koje mogu nastati kao rezultat spontanih mutacija i djelovanja mutagena. Razlika čak i od jednog para baza može uzrokovati promjenu osobine. SNP-ovi su široko rasprostranjeni u genomu (ljudi imaju oko 1 SNP na 1000 baznih parova). Genom svinje ima milione tačkastih mutacija. Nijedna druga vrsta genomske razlike ne može pružiti takvu gustoću markera. Osim toga, SNP-ovi imaju nizak nivo mutacija po generaciji (~10-8), za razliku od mikrosatelita, što ih čini pogodnim markerima za populacijsku genetičku analizu. Glavna prednost SNP-a je mogućnost korištenja automatskih metoda za njihovu detekciju, na primjer, korištenje DNK šablona.

U cilju povećanja broja SNP markera, brojne strane kompanije su nedavno udružile snage kako bi stvorile jedinstvenu bazu podataka kako bi mogle testirati veliki broj životinja testiranih na produktivnost na polimorfizam i identificirati prisutnost veza između poznatih tačaka. mutacije i produktivnost.

Trenutno je identifikovan veliki broj polimorfnih varijanti gena i njihov međusobni uticaj na proizvodne osobine svinja. Neki genetski testovi koji koriste markere performansi su javno dostupni i koriste se u programima uzgoja. Koristeći takve markere, možete poboljšati neke produktivne pokazatelje.

Primjeri markera produktivnosti:

• markeri plodnosti: ESR, gen receptora estrogena, EPOR, gen receptora za eritropoetin;
• markeri otpornosti na bolesti – gen receptora ECR F18;
• markeri efikasnosti rasta, produktivnosti mesa - MC4R, HMGA1, CCKAR, POU1F1.

MC4R - gen receptora melanokortina 4 kod svinja nalazi se na hromozomu 1 (SSC1) q22-q27. Zamjena jednog nukleotida A sa G dovodi do promjene aminokiselinskog sastava MC4 receptora. Kao rezultat toga, dolazi do kršenja regulacije lučenja stanica masnog tkiva, što dovodi do kršenja metabolizma lipida i direktno utiče na proces formiranja znakova koji karakteriziraju tov i mesne kvalitete svinja. Alel A određuje brz rast i veliku debljinu slanine, a G alel je odgovoran za efikasnost rasta i veliki postotak nemasnog mesa. Homozigotne svinje sa AA genotipom dostižu tržišnu težinu tri dana brže od onih homozigotnih za alel G (GG), ali svinje sa genotipom GG imaju 8% manje masti i imaju veću konverziju hrane.

Drugi geni koji kontroliraju kompleks povezanih fizioloških procesa također utiču na produktivnost mesa i tova. POU1F1 gen, faktor transkripcije hipofize, je regulatorni transkripcijski faktor koji određuje ekspresiju hormona rasta i prolaktina. Kod svinja, POU1F1 lokus je mapiran na hromozomu 13. Njegov polimorfizam je posljedica mutacije tačke koja dovodi do formiranja dva alela, C i D. Prisustvo alela C u genotipu svinja povezano je s povećanom prosječnom dnevnom težinom dobitak i veća prerano sazrevanje.

Markeri također omogućavaju testiranje genotipa nerasta na spolno ograničene osobine koje se pojavljuju samo kod krmača. To je, na primjer, plodnost (broj prasadi po prasili) koju vepar prenosi na potomstvo. Na primjer, testiranje genotipa svinja na markere estrogenskih receptora (ESR) omogućit će odabir onih nerastova za priplod koji će prenijeti veće reproduktivne kvalitete na svoje kćeri.

Koristeći rezultate selekcije markera, moguće je procijeniti učestalost pojavljivanja poželjnih i nepoželjnih alela za rasu ili liniju, a zatim izvršiti daljnju selekciju tako da sve životinje u rasi imaju samo preferirane alele gena.

Rice. 1. Princip rada oligonukleotidnog biočipa

DNK čip je supstrat sa ćelijama na koje je deponovana supstanca reagensa. Ispitni materijal je označen raznim etiketama (često fluorescentnim bojama) i nanese se na biočip. Kao što je prikazano na slici, supstanca reagensa - oligonukleotid - vezuje se za test materijal - fluorescentno obeležene DNK fragmente - samo komplementarni fragment. Kao rezultat, uočava se sjaj na ovom elementu biočipa.

2009. godine dešifrovan je genom svinje. SNP čip razvijen ( Varijanta DNK mikročipa) koji sadrži 60.000 genetskih markera genoma. Da bi se ubrzalo istraživanje, čak su stvoreni posebni roboti za čitanje isječaka. Uzorak DNK svinje može se testirati na prisustvo ili odsustvo gotovo svih važnih tačkastih mutacija koje određuju produktivne osobine. Stoga se odabir najboljih životinja može zasnivati ​​na genetskim markerima bez mjerenja fenotipskih pokazatelja.

Ovaj napredak doveo je do uvođenja nove tehnologije - genomske selekcije. Genomska selekcija je testiranje genoma odjednom za veliki broj markera koji pokrivaju cijeli genom, tako da su kvantitativni lokusi svojstava (QTL) u neravnoteži veza s najmanje jednim markerom. U genomskom uzgoju, skeniranje genoma se događa korištenjem čipova (matrica) sa 50-60 hiljada SNP-ova (koji označavaju glavne gene kvantitativnih osobina) za identifikaciju pojedinačnih nukleotidnih polimorfizama duž genoma životinje, određivanje genotipova sa željenim manifestacijama skupa proizvoda. , i procijeniti uzgojnu vrijednost životinje.

Termin "genomska selekcija" prvi su uveli Haley i Wisher 1998. godine. Meuwissen i saradnici su 2001. godine razvili i predstavili metodologiju za analitičku procjenu uzgojne vrijednosti koristeći mapu markera u cijelom genomu.

Praktična primjena genomske selekcije počela je 2009. godine.

Od 2009. godine najveće kompanije u SAD (Cooperative Resources International), Holandiji, Njemačkoj i Australiji počele su da uvode genomsku selekciju u programe uzgoja goveda. Bikovi različitih pasmina su genotipizirani za više od 50.000 SNP.

Hypor je prvi objavio kompletan tržišni program genomskog uzgoja, što će povećati tačnost uzgoja u svinjogojstvu. U medijima je objavljeno u junu 2012. da bi Hypor svojim kupcima mogao ponuditi zalihe genomske uzgojne vrijednosti.

Hypor, genetička kompanija, koristi genomsku selekciju od 2010. godine, blisko sarađujući sa Hendrix Genetics Centrom za istraživanje i nove tehnologije. Hendrix Genetics testira preko 60.000 SNP markera i koristi ove informacije za istraživanje DNK. Genomski indeks genetskog potencijala svinja izračunava se nakon analize 60.000 genskih markera (snip) za životinju. U teoriji, ako postoji dovoljno genetskih markera da pokriju svu DNK svinje (njezin genom), moguće je opisati sve genetske varijacije za sve mjerljive osobine. U pripremi je savremeni matematičko-genetički softver za obradu podataka.

Genetska kompanija Hendrix Genetics ima veliku biobanku - u njoj se pohranjuju uzorci krvi i tkiva rasplodnih životinja nekoliko farmi i generacija za istraživanje DNK (identifikacija genetske vrijednosti životinja) i analizu genotipa životinja. Hypor provodi DNK testiranje svinja u svojim uzgojnim objektima više od dvije godine. Svi uzorci iz različitih uzgojnih biljaka lociranih u različitim zemljama šalju se na obradu u novi Hendrix Genetics Central Genomic Laboratory u Ploufragantu (Francuska). Gerard Albers, direktor Centra za istraživanje i nove tehnologije, naglašava: “Genomska laboratorija je vrijedna imovina koju dijele sve genetske kompanije koje čine Hendrix Genetics i zaista je jedinstvena u industriji svinja.”

Genomska selekcija je moćan alat za buduću upotrebu. Trenutno je efikasnost genomske selekcije ograničena različitom prirodom interakcije između lokusa kvantitativnih osobina, varijabilnosti kvantitativnih osobina u različitim rasama i uticajem faktora sredine na ispoljavanje osobine. Ali rezultati studija u mnogim zemljama potvrdili su da upotreba statističkih metoda u kombinaciji sa genomskim skeniranjem povećava pouzdanost predviđanja vrijednosti uzgoja.

Selekciju svinja statističkim metodama za neke pokazatelje (npr. otpornost na bolesti, kvalitet mesa, plodnost) karakteriše niska efikasnost. To se dešava zbog sljedećih faktora:

• niska heritabilnost osobina,
• veliki uticaj na ovaj znak faktora sredine,
• zbog spolno ograničene manifestacije,
• ispoljavanje osobine samo pod uticajem određenih faktora,
• kada se manifestacija simptoma javi relativno kasno,
• zbog činjenice da je karakteristike teško izmjeriti (na primjer, zdravstvene karakteristike),
• prisustvo skrivenih nosilaca-znakova.

Na primjer, takav nedostatak kod svinja kao što je osjetljivost na stres teško je dijagnosticirati i očituje se povećanom smrtnošću prasadi pod utjecajem stresa (transport i sl.) i pogoršanjem kvalitete mesa. DNK testiranje pomoću genskih markera omogućuje identifikaciju svih nositelja ovog defekta, uključujući i latentne, te da se izvrši selekcija uzimajući u obzir to.

Za procjenu pokazatelja produktivnosti koje je teško predvidjeti statističkim metodama, za njihovu pouzdaniju procjenu potrebna je analiza podmlatka, odnosno potrebno je sačekati potomstvo i analizirati njegovu uzgojnu vrijednost. A korištenje DNK markera omogućava analizu genotipa odmah pri rođenju, bez čekanja na ispoljavanje osobine ili pojavu potomstva, što značajno ubrzava selekciju.

Indeksno ocjenjivanje životinja vrši se prema eksterijeru i proizvodnim kvalitetima (ranozrelost prasadi i sl.). U oba slučaja koriste se fenotipski indikatori, pa je za korištenje ovih osobina u proračunima potrebno poznavati njihov koeficijent heritabilnosti. Međutim, čak iu ovom slučaju bavit ćemo se vjerojatnošću genetske potvrđivanja bilo koje osobine, prosječnim pokazateljima njenih predaka i potomaka (ne postoji način da se utvrdi koje gene je mlada životinja naslijedila: bolje ili lošije od ovog prosjeka ). Uz pomoć analize genotipa moguće je precizno utvrditi činjenicu nasljeđivanja određenih gena već pri rođenju, procijeniti genotipove direktno, a ne kroz fenotipske manifestacije.

Međutim, ako su svinje odabrane za osobine koje su visoko nasljedne, kao što je broj sisa koji se lako može izmjeriti, genomska selekcija neće donijeti značajne koristi.

Selekcija markera ne negira tradicionalne pristupe određivanju uzgojne vrijednosti. Statistička analiza i tehnologije genomske selekcije se međusobno nadopunjuju. Upotreba genetskih markera omogućava da se ubrza proces selekcije životinja, a indeksnih metoda - da se preciznije procijeni efikasnost ove selekcije.

Genomski uzgoj je prilika da se proizvodnja svinja pretvori u preciznu proizvodnju. Korištenje tehnologija genomske selekcije omogućit će proizvodnju raznih mesnih proizvoda koji zadovoljavaju potražnju potrošača.

Ponovno objavljivanje materijala sa ove stranice je dozvoljeno samo ako navedete hipervezu na izvor informacija!

PREDAVANJE 1. Klasična i molekularna genetika. Osnovni pojmovi: osobina, fenotip, genotip, gen, lokus, alel, homozigot, heterozigot, hemizigot.

ICG SB RAS i FEN NSU, Novosibirsk, 2012

1.1. Klasična i molekularna genetika

Današnje predavanje je uvodno, na detalje ćemo preći kasnije. Kao iu slučaju gotovo svake nauke, prilično je teško ocrtati granice genetike i dati vrlo opštu definiciju " genetika - nauka o nasledstvu' nije posebno plodonosno. Žimulev je, na primjer, jednom rekao da je genetika sada prisutna posvuda - u medicini, forenzici, teoriji evolucije, arheologiji, a u samoj genetici čak su i nukleinske kiseline gotovo nevidljive - u potpunosti interakcije proteina. Tako je zapravo stavio znak jednakosti između genetike i cjelokupne moderne biologije. S druge strane, otprilike prve dvije trećine 20. stoljeća, genetika je možda bila najizolovanija i najjasnije definirana oblast biologije, koja se odlikovala prvenstveno sintetičkom metodologijom, za razliku od analitičke metodologije drugih grana biologije. Da bi saznala strukturu svog predmeta, nije ga dijelila na dijelove, već je o dijelovima prosuđivala posredno, posmatrajući cjelinu (naime, posmatrajući ponašanje osobina u ukrštanjima) i oslanjajući se na matematiku, te se uvjerila ispravnosti njenih zaključaka, primanje živih organizama sa predviđenim svojstvima. Dakle, genetika je od samog početka imala sposobnost da stvara nešto novo, a ne samo da opisuje uočeno. Istovremeno, u drugoj polovini 20. veka, molekularna biologija se ubrzano razvija - u početku čisto analitička nauka, koja se deli na delove. Međutim, njegov napredak je ostvaren uglavnom genetskim metodama - sjetite se, na primjer, da je genetski kod ustanovljen u eksperimentima Benzera i Cricka koristeći mutacije u bakteriofagima. Međutim, u ovom slučaju korištena je genetika mikroorganizama, a napredak "klasične" genetike oduvijek je povezivan s genetikom eukariota.

Kao rezultat toga, molekularna biologija je dobila gotovo iscrpna znanja o tome šta i kako je uređen živi organizam. Predmeti molekularne biologije i genetike preklapali su se u mnogo čemu: obojica su proučavali prijenos i implementaciju nasljednih informacija (a živi organizam je realizacija nasljednih informacija), međutim, krenuli su ka razumijevanju ove teme sa suprotnih strana - genetike " izvana", molekularna biologija "iznutra".

U posljednjoj trećini dvadesetog stoljeća, molekularna biologija i genetika susrele su se, da tako kažem, uključujući i proučavanje eukariota. Spekulativni objekti genetike pretvorili su se u potpuno specifične fizičke i kemijske objekte poznate strukture, a molekularna biologija je postala sintetička znanost, sposobna utjecati po vlastitom nahođenju i na više višećelijske organizme - na primjer, genetsku modifikaciju. Ovdje su granice genetike kao nauke izbrisane do nerazlučivosti - postalo je nemoguće reći gdje prestaje molekularna biologija i počinje genetika. Štaviše, činilo se da termin "molekularna genetika" označava nastalu sintetičku nauku, usled čega je postalo nejasno šta je tačno ostalo u genetici van ove poslednje. Genetika premolekularnog perioda, sa svim svojim pristupima zasnovanim na ukrštanju i teoriji vjerovatnoće, dobila je počasni naziv "klasična genetika". S druge strane, sa ovom titulom, ona je takoreći poslata u počasnu penziju. Može se prisjetiti kako su Watson i Crick odbili raspravljati o svom modelu strukture DNK u svom radu o prirodi jer su implikacije bile prevelike i očigledne. U nekom trenutku može se činiti da sva genetika proizlazi iz ovog modela.

Nastaje paradoksalna situacija. Svi kursevi iz genetike počinju istorijom ove nauke. Razumije kako je Mendel radio sa graškom, šta je dobio i kako je to tumačio na osnovu svog znanja, zatim kako su Morgan i njegova škola radili sa Drosophilom, šta su dobili i kako su interpretirali. Nemoguće je izostaviti obje ove teme - Mendel je primjer osobe koja se razvila od nule i briljantno primijenila genetsku metodologiju zasnovanu na matematici, a Morgan škola je razvila hromozomsku teoriju nasljeđa i, zapravo, svu klasičnu genetiku u prve tri decenije dvadesetog veka. Nadalje, kursevi iz genetike mogu se podijeliti u dvije široke klase. Neki detaljno razrađuju čitavu istoriju i unutrašnju logiku razvoja ove nauke, pokazujući kako snagu njene metodologije, tako i sposobnosti ljudskog uma u spekulativnom prodiranju u dubine stvari. Drugi kursevi, koji su brzo preskočili ovaj istorijski period, prelaze na molekularnu genetiku i tamo razmatraju ono što je trenutno poznato o strukturi i radu gena. U stvari, oba tipa kurseva klasičnu genetiku stavljaju u prošlost i razlikuju se samo po detaljima retrospekcije. Ispada da klasična genetika ima, takoreći, samo istorijski značaj. Međutim, njegova moćna metodologija nije nestala i neophodna je za vrlo širok spektar studija. Ako pogledamo radove sa prilično molekularnim biološkim naslovima i objavljene u najboljim časopisima, vidjet ćemo da su svi zasnovani na obimnom materijalu koji se tiče stotina pojedinačnih mutacija i njihovih kombinacija, uzimajući u obzir odnos između prirode mutacija i fenotipa. koje uzrokuju. To vrijedi i za Drosophila ili miševe, za koje su prikupljene ogromne genetske kolekcije i stvorene posebne laboratorijske linije (neke prije stotinjak godina, druge nedavno), i za ljude, gdje je ogromna količina medicinskih i genetskih, u činjenica, na osnovu populacije, akumulirana je genetska - podaci povezani sa nasljednim bolestima. I što je bogatiji ovaj arsenal znanja i modela organizama, to je rad elegantniji. Sve ove više nego ozbiljne studije nemoguće su bez istovremenog savladavanja metodologije klasične i molekularne genetike. Stoga je najbolje paralelno proučavati ove “dvije genetike”, ma koliko to bilo teško organizirati.

U modernoj nauci mogu se uočiti i primjeri kako zanemarivanje "zastarjele" klasične genetike dovodi do radoznalosti. Na primjer, grupa evropskih naučnika morala je da dobije heterozigot za translokaciju u grašku. (Sada govorim na osnovu toga da imate neku predstavu o čemu se radi. Ako je nemate, nema veze, sve ćemo to razmotriti gotovo previše detalja; za sada pričamo o potrebi za genetskim znanjem). Dobili su ga fuzijom protoplasta roditeljskih linija. Regeneracija iz ćelijske kulture u grašku je izuzetno teška, izuzetno je naporan put. Zašto su to uradili? Očigledno su mislili da se prenosioci translokacije ne ukrštaju sa običnim graškom! Zapravo, problemi s reprodukcijom kod ukrštanja roditelja koji se razlikuju u translokaciji se javljaju, ali tek u sljedećoj generaciji i sastoje se u gubitku samo polovice plodnosti.

Ali ovim naučnicima je barem bio potreban heterozigot. U međuvremenu, opća fascinacija molekularnom biologijom i zanemarivanje klasične genetike dovodi do činjenice da se postojanje heterozigota – odnosno da je kod eukariota svaki gen predstavljen u dvije kopije, koje se mogu razlikovati, ili mogu biti identične – često potpuno zaboravljeno . Na primjer, u moju recenziju došao je članak njemačkih autora u kojem su direktno pročitali određenu nekodirajuću sekvencu DNK od 38 jedinki vretenaca uhvaćenih u različitim regijama (Zapadna Evropa, Zapadni Sibir, Japan i Sjeverna Amerika) i pronašli 20 varijanti to. Pisalo se kao da je kod svakog pojedinca pronađena samo jedna varijanta. Međutim, ako je varijabilnost zaista tako velika kao što oni tvrde, onda vjerovatnoća da postoji barem jedna individua u njihovom uzorku za koju su obje kopije ovog niza iste nije mnogo različita od nule. A o tome se nije ni razgovaralo. Nakon pregleda, napisali su da je u pet slučajeva postojala sumnja na heterozigotnost. Ako ih zaista ima samo pet, onda su u svojim rukama imali nevjerovatan fenomen transformacije heterozigota u homozigote kroz mehanizme koji su još uvijek nepoznati, ali to nisu ni shvatili.

Filogene rekonstrukcije zasnovane na određenim sekvencama DNK sada su široko rasprostranjene. Dakle, vrlo često se pokušava prosuditi, na osnovu vremena divergencije među populacijama, da li ove populacije pripadaju istoj biološkoj vrsti ili različitim. (Imajte na umu da se procjenjuje vrijeme divergencije, budući da proučavani geni, čija je varijabilnost manje-više konstantna tokom vremena, očigledno nisu oni geni čija bi promjena mogla biti povezana sa specijacijom). U međuvremenu, vrijeme divergencije općenito nema puno veze s ovim problemom – trenuci stjecanja reproduktivne izolacije od strane određene lokalne populacije, odnosno trenuci specijacije, javljaju se pod određenim uvjetima i obično ne oduzimaju puno vremena od paleontološke gledišta (desetine do stotine hiljada godina), zatim kako se populacije mogu razlikovati dugo vremena bez specijacije. Pitanje je upravo da se otkrije postoji li reproduktivna izolacija (barem potencijalna) među populacijama. Da biste to učinili, trebali biste vidjeti postoji li razmjena gena između njih (ako je to fizički moguće) ili ne. Ovdje je samo vrlo važno saznati da li su heterozigoti prisutni na spoju populacija prema alelima karakterističnim za svaku od njih i koja je njihova učestalost. Ali gotovo niko to ne radi, a da li populacije pripadaju istoj ili različitim vrstama se prosuđuje po nivou razlika među njima, upoređujući ih sa razlikama u onim slučajevima za koje se pretpostavlja da su nesumnjive.

Općenito, ako se jedan organizam (na primjer, kao predstavnik svoje vrste) može proučavati metodama molekularne genetike, onda čim se radi o mnoštvu organizama, odnosno nastaje populacijski genetski problem - i to Problem se često javlja, na primjer, u populacijskoj biologiji i uzgoju - ne može se bez pristupa klasične genetike. Klasična genetika je neophodna u svemu što se tiče individualnih razlika i karakteristika mnogih jedinki iste vrste. Upravo je to njegov element i upravo u njemu oni sadašnji znanstvenici koji su klasično genetičko obrazovanje zamijenili molekularno biološkim obrazovanjem često se nalaze bespomoćni.

Na osnovu navedenog, svoj zadatak vidim u tome da klasičnu genetiku predstavim ne toliko u istorijskom aspektu, prateći velike naučnike prošlosti, već polazeći od trenutnog stanja nauke, posebno, ne apstrahujući od znanja koje već imate. pohađao kurseve molekularne biologije i citologije. Istovremeno, neki obrasci, otkriveni kao čisto empirijski na nivou organizama, dobijaju potpuno prirodnu interpretaciju na molekularnoj razini i izgledaju gotovo trivijalno. Istovremeno, same ove pravilnosti treba jasno razumjeti, jer ih treba koristiti na nivou organizama. U određenom smislu, takav kurs iz genetike smatra se nečim poput "demonstracije trikova s ​​otkrićima" - gdje su i sam trik i njegova pozadina podjednako "medicinske činjenice". Takav kurs bi bio osmišljen tako da podučava vrlo produktivnu metodologiju: sići od osobine do gena i, kroz razumijevanje mehanizma njihovog djelovanja, penjati se nazad do sinteze novih osobina.

Kao što ste već shvatili, u ovom trenutku sadržaj genetike je ogroman i heterogen, tako da je vrijeme koje nam je dodijeljeno teško dovoljno čak ni za kratak uvod. To nas tjera da ostavimo iza kulisa historiju genetike kao samostalnu temu, kojoj je trebao biti posvećen poseban kurs.

Nažalost, gore navedeni ideal proučavanja genetike u sadašnjoj fazi – od osobine do gena i nazad – ne odgovara nijednom dostupnom udžbeniku, najvjerovatnije zato što se ova nauka sada prebrzo razvija. Kao kompenzaciju za ovu okolnost, pokušaću da svoja skromna predavanja postavim na svoju web stranicu, gdje će biti dostupna onima kojima dam adresu – odnosno vama. Preporučio bih da za osnovu uzmete udžbenik - Vechtomov "Genetika sa osnovama selekcije". Poznat je i udžbenik akademika Igora Fedoroviča Žimuljeva "Opšta i molekularna genetika" u kojem je glavni akcenat na molekularnoj genetici, a Leonid Vladimirovič ga preporučuje kao osnovni udžbenik. Razumijem da dva osnovna udžbenika nisu najpogodnija situacija za polaganje ispita. Ali doprinosi razumijevanju teme. Mogu reći da sam lično ovde i generalno radim u Institutu za citologiju i genetiku isključivo zato što sam pohađao kurs iz genetike kod Vladimira Aleksandroviča Berdnikova. Bio je to najbolji kurs koji sam ikada čuo, i nije odgovarao nijednom udžbeniku, jer ga je V. A. pripremio na osnovu najnovijih recenzija u naučnim časopisima, koji još nisu ušli ni u jedan udžbenik. Igor Fedorovič je takođe pretvorio svoj originalni kurs predavanja u udžbenik.

Dotaknut ćemo se osnova genetike vrlo temeljito kako bismo ih dobro osjetili. Krenut ćemo od samog početka, uprkos tome što se u školi obrađuju najelementarniji temelji genetike, da, ne daj Bože, ne propustimo nešto jednostavno, ali važno. S druge strane, bavim se studentima tetama koji su već pohađali kurs molekularne biologije i trenutno studiraju teoriju vjerovatnoće i matematičku statistiku, što mi omogućava da ne budem previše ometan materijalima ovih kurseva, koji su toliko potrebni za proučavanje genetike. Na primjer, pretpostavit ću da znate (ili ćete znati u pravo vrijeme) šta je alternativno spajanje ili Poissonova distribucija.

Standardna logika predstavljanja biologije na univerzitetskim kursevima je da se kreće odozdo prema gore, od atoma do molekula i makromolekula, zatim do strukture ćelije, do života same ćelije, a zatim do višećelijskog organizma. Kada poznajemo principe organizovanja života do kraja, ovaj redosled predstavljanja ispada organski i prirodan. Ovi principi uključuju i mehanizam funkcionisanja nukleinskih kiselina kao nosioca informacija, prvenstveno o raznim proteinima i funkcionalnim RNK (za koje se nakon otkrića malih RNK ​​pokazalo da su raznovrsnije nego što se mislilo), ne samo o njihovoj strukturi, ali io tome kada, gdje i koliko određenih RNK ​​ili proteina treba sintetizirati. Kontrola ovih procesa se opet vrši uz pomoć određenih proteina (a često i RNK). Postoji kaskadni princip u razvijanju sistema genetske kontrole - geni kodiraju proteine ​​(RNA) neophodne za kontrolu gena koji kodiraju druge proteine ​​(RNA) itd. RNA) , ispostavilo se da su, zapravo, informacije o cijelom organizmu zabilježene u nukleinskim kiselinama - međutim, čitanje ovih informacija nemoguće je bez prethodno sintetiziranih (opet, prema DNK matrici) proteina koji djeluju na DNK.

Ovaj redoslijed predstavljanja potpuno se poklapa sa redoslijedom kojim se sam život razvijao. U početku su to bili neka vrsta "jednostavnih" (ali samo u poređenju s onim što je kasnije iz njih proizašlo) sistemi samoreproducirajućih makromolekula, naizgled, nukleinskih kiselina. Tada su se slučajno okružili fosfolipidnom membranom, koja im je omogućila da izgrade svoj mikrokosmos unutar nje. Tako su rođene ćelije. Proteini su igrali sve važniju ulogu u funkcionisanju ovih prvih živih bića, ali su nukleinske kiseline zadržale potpunu kontrolu. Ćelije su postale složenije i naučile su se sve pravilnije dijeliti. Nakon podjele, ponekad se nisu raspršili, formirajući kolonije. Ove kolonije su se suočavale sa sve složenijim problemima zbog svoje veličine i oblika – sve ćelije u koloniji morale su biti snabdjevene svime potrebnim za život. Rješavanje ovih problema postignuto je određenom strukturom kolonija i podjelom rada između njihovih sastavnih ćelija. Jednostavne kolonije su se pretvorile u stanja ćelija, odnosno u višećelijske organizme. Rešeni su i problemi njihove samoreprodukcije kao složenih struktura, a to je ostvareno na način da se svaki organizam razvija iz jedne ćelije primenom složenog genetskog programa koji reguliše deobu ćelije i međusobnu interakciju.

Međutim, ovaj standardni redoslijed predstavljanja biološkog znanja je skrenut s načina na koji je ono dobijeno. A dobijeni su kako se nauka razvijala u suprotnom smjeru - od organizama do organa, stanica, makromolekula i atoma. Dok su uranjali u svaki od ovih nivoa, naučnici su mogli samo da nagađaju o tome kako dublji nivo funkcioniše. Nekada su maksimalno mogli da otvore telo, pogledaju organe i pogode kako rade. Kada su kavezi otvoreni, prvo se mislilo da su ispunjeni prazninom. Tada su otkrili protoplazmu, ali su je isprva vidjeli samo kao viskoznu tekućinu, u kojoj je, međutim, na neki misteriozan način sadržana suština života. Otkrio je jezgro i organele ćelije. Pronašli su boje koje ih drugačije boje i tako se približili njihovom hemijskom sastavu. Krajem devetnaestog veka. otkrili nukleinske kiseline i otkrili njihov približni hemijski sastav, ali njihova specifična struktura dugo je ostala misterija, čije je rješenje izgledalo tako briljantno. Na ovom poniranju u dubine biologije, možda je i stalo. Došao je period akumulacije pojedinosti na ovom dubokom molekularnom nivou. Postojao je neobično veliki broj pojedinosti. Sada prolazimo kroz period kada se ovaj ogroman broj detalja počinje spajati u određenu koherentnu sliku - model strukture živog organizma. Štaviše, ovaj model je toliko složen da je daleko od toga da ga u potpunosti percipira ljudski um, tako da je ne samo njegova konstrukcija, već i vizuelni opis i upotreba nemoguća bez savremenih kompjutera. Međutim, do kraja dvadesetog veka. otkriveni su svi osnovni principi biologije. Klasična genetika, trudom nekolicine talentovanih naučnika, razvila se gotovo u celini tokom prve tri decenije 20. veka kao koherentna i logična nauka.

Klasična genetika je samo živopisan primjer kretanja istraživača sa makro nivoa na mikro nivo. On rekonstruiše šemu sistema iz njegovog ponašanja, pristupajući mu kao crnoj kutiji. Kao da su vanzemaljski mehanizmi nepoznate naprave pali u ruke naučnika bez ikakvih šema i uputstava za njih. Mogu se uočiti dvije glavne karakteristike. Prvo, ovo je nevjerovatna dubina rekonstrukcije, koju je postigla nedostatkom direktnih informacija o strukturi objekta. Snaga klasičnog genetskog pristupa je impresivna: baveći se samo vidljivim znakovima, omogućilo je stvaranje ideje o inteligibilnim genima, o njihovom smještaju u nekakve misteriozne linearne nosioce, o promjenama u genima i tim nosiocima. Na osnovu obrasca nasljeđivanja osobina, uz njegovu pomoć, stečena je ideja o strukturi nosilaca genetske informacije, prijenosu tih informacija na potomke i njihovoj transformaciji u živo meso. Druga osobina je već spomenuta sintetička, a ne analitička priroda genetskog znanja, čija se valjanost, u samom procesu njegovog sticanja, odmah oličila u stvaranju nekog novog - organizama s novim svojstvima. Dovoljno je imati dobro proučenu genetiku nekoliko modela objekata, onda se o ostalim objektima može suditi prema njihovoj sličnosti. Dobro poznati aforizam Tomasa Morgana „ono što je istina za muvu, istina je i za slona“, naravno, prilično je preterivanje, a to ćemo videti. Međutim, ovaj pristup (koji takođe nalazi svoj izraz u tzv. zakonu homoloških nizova) i dalje funkcioniše.

Ukrštanje je glavna metoda klasične genetike. Genetičari su do većine zaključaka došli posmatrajući ponašanje osobina roditelja i potomstva, a radnje istraživača sa svakom novom generacijom određuju rezultati dobijeni u prethodnoj. Stoga je genetsko istraživanje pomalo poput igre šaha. Zaključci izvedeni iz takvih studija bili su izuzetno detaljni i, kako je pokazao dalji razvoj nauke, bili su tačni. Gregor Mendel u svojim eksperimentima na grašku krajem 19. stoljeća. zapravo je pretpostavio postojanje i opisao ponašanje hromozoma u mejozi, a da nema ni najmanjeg pojma o hromozomima. Odnos gena i hromozoma ustanovljen je tek početkom 20. veka, a skoro do njegove sredine se snažno sumnjalo da su proteini materijalni nosilac nasleđa. Drugim riječima, ako druge grane biologije nisu bile mnogo odvojene od deskriptivnog pristupa, onda je genetika u svojim modelima bila daleko ispred vremena kada su se objekti koje je proučavala mogli opisati kao materijalni entiteti. U tragičnom periodu u istoriji ruske nauke, koji je 30-50-ih godina prošlog veka potpao pod ideološki diktat, to je dalo povoda da se genetika proglasi idealističkom pseudonaukom i da se naša zemlja, koja je bila na njenom čelu, izbaci daleko unazad, i fizički uništavajući najbolje genetičare.

Takva kognitivna moć klasične genetike kao nauke koja je sposobna da izvede ispravne zaključke o ponašanju određenih ćelijskih mikrostruktura na osnovu ponašanja osobina u ukrštanjima, čak i bez pojma od čega se one sastoje, prvenstveno je posledica činjenice da da genetika uključuje mnogo matematike iz svojih različitih industrija. A ova okolnost duguje svoje postojanje činjenici da predmet genetike nije određena biološka struktura, već informacija. Informacije se mogu proučavati bez obzira na materijalni medij na kojem se implementiraju. Dakle, u svom radu programer ne mora da zna kako će se tačno njegov program otelotvoriti u stanju kristala u kompjuterskom procesoru, iako je svestan da će biti implementiran upravo na ovoj fizičkoj osnovi. Genetika je u suštini biološka informatika. Računarska nauka se nekada zvala kibernetika. I to je bila još jedna "pseudonauka" koja je proganjana pod Staljinom i Hruščovom, uprkos svim razlikama između njih. (Srećom, u to vrijeme nije bila razvijena kao grana matematike koliko genetika kao grana biologije, pa je kao rezultat toga ova kompanija napravila manje štete).

"klasična" genetika(ponekad se zove Mendelski, iako se misli na mnogo šire od onoga što je Mendel otkrio, a zloglasna ideološka stigma "Mendelizam-Morganizam" bi ovdje bila prikladnija) može se definirati kao nauka o naslijeđu, operišući sa apstraktnim elementima sistema kontrole razvoja organizma, odvraćaju pažnju od svog materijalnog nosioca i, zapravo, nemaju potrebu za njim. odnosno molekularna genetika može se definisati kao nauka o molekularnim mehanizmima koji leže u osnovi nasljeđa. Nadam se da bi bilo suvišno pozivati ​​da se ovim i sličnim formalnim definicijama ne pridaje veliki značaj. U stvarnoj naučnoj praksi „dva genetičara“, pa čak i više, ne postoji granica između njih, a same gornje definicije samo ukazuju na opšti pravac razmišljanja...

Međutim, poznato je da je svaka definicija bilo čega nesavršena, budući da naše razmišljanje nije matematička logika i pojmovi – ono čime naše mišljenje funkcionira – ne svode se na riječi – ono uz pomoć kojih popravljamo i komuniciramo s određenim gubicima. rezultati razmišljanja. Koncepti mogu samo razumeti(sa različitim stepenom jasnoće), posmatrajući njihovu interakciju sa prethodnim svjedoci pojmovi na skupu tekstova, gdje su pojmovi označeni riječima. Definicija je samo najsažetiji i najdjelotvorniji tekst koji vas približava razumijevanju, ali uvijek će postojati situacije u kojima bilo koja definicija ne funkcionira (uprkos činjenici da koncepti rade). Gde je moguće, pokušavam da dam definicije koje mi se čine najuspešnijim, bez mnogo brige o tome koliko odgovaraju onima koje su prethodno predložene ili originalne, ali ih ne shvatam previše ozbiljno i veoma sam daleko od ideje da ih zapisujem iz diktat i pamćenje mogu olakšati razumijevanje predmeta.

U početku se genetika sastojala od usamljenog podviga jedinog naučnika kojeg nije razumio nijedan savremenik i koji je, zahvaljujući ličnom genijalnosti i svestranom obrazovanju, sam predložio plodonosnu metodologiju, te savjesno izvodio duge i opsežne eksperimente i napravio neočigledan spekulativna pretpostavka. Ubrzo nakon ponovnog otkrivanja genetike, odnosno njenog nastanka kao nauke o mnogima, otkriveno je da su faktori nasljeđa locirani u strogo određenom redoslijedu i na određenoj udaljenosti jedan od drugog u više linearnih struktura, broj, relativni veličina i ponašanje koje se poklapa sa brojem, u odnosu na veličinu i ponašanje hromozoma tokom mejoze. Kromosomska teorija nasljeđa formulirana je 1900-1903. Američki citolog William Setton i njemački embriolog Theodore Boveri i dalje razvijen od strane poznatog američkog genetičara Thomasa Morgana i njegove škole - Möller, Sturtevant, Brizhdes. (Ovo je bio prvi put od 1906. da su počeli da istražuju drozofilu, i isprva su planirali zečeve, ali taj plan nije propustio finansijski menadžer njihovog univerziteta. Charles Woodworth je bio prvi koji je uzgajao drozofilu, takođe je predložio da bi mogao postati zgodan predmet za proučavanje naslijeđa.) I ovaj važan zaključak o pronalaženju faktora nasljeđa u hromozomima, dobijen tako rano, odbacila je zvanična nauka u SSSR-u od kasnih 1940-ih do ranih 1960-ih!

Poređenje spekulativnih genetskih mapa (relativne lokacije gena u ovim strukturama) i različitih dijelova hromozoma pokazalo je da se geni nalaze u njima. Ali to nije toliko neophodno za klasičnu genetiku - njeni modeli, testirani rezultatima ukrštanja, stavljaju gene u svojevrsne "virtuelne hromozome". Dakle, do danas za većinu objekata postoje dvije vrste hromozomskih mapa: fizičke kartice, pokazujući tačno gdje se na hromozomima vidljivim pod mikroskopom ili na molekuli DNK nalaze geni, i genetski, ili rekombinacione kartice, rekonstruišući međusobni raspored gena na osnovu rezultata ukrštanja. Redoslijed gena u ove dvije vrste mapa potpuno se poklapa, relativne udaljenosti između njih nisu uvijek, a za to postoje prilično iscrpna objašnjenja, o kojima će biti riječi kasnije.

Kao nauka o informacijama i kontroli, klasična genetika čak ima strukturu sličnu matematici. Ona u potpunosti počiva na sistemu spekulativnih apriornih koncepata sa kojima su u korelaciji posmatrani fenomeni (za razliku, na primer, od citologije, čiji je konceptualni aparat uveden na osnovu empirijskih činjenica vidljivih oku). Nažalost, u terminologiji koja odgovara ovim pojmovima (a pojmovi i pojmovi nisu ista stvar) nakupila se određena nedosljednost tokom postojanja genetike, na koju ću se posebno osvrnuti kako vas ne bi zavarale razne upotrebe riječi u genetska literatura. Naravno, genetski koncepti se uvode na osnovu uočenih činjenica. Ali glavni su predstavljeni prije kao spekulativni matematički koncepti. U genetici postoji mnogo koncepata i odgovarajućih termina. Ali oni su zaista potrebni i, jednom uvedeni, praktično iscrpljuju predmet. U mnogim slučajevima dovoljno je uporediti posmatrani fenomen sa odgovarajućim konceptom i sve postaje jasno. Možda bi dobra knjiga mogla poslužiti kao udžbenik o genetici. Rječnik genetski termini. Pedagoški bi bilo ispravnije uvoditi konceptualni aparat i terminologiju kada postanu neophodni. Ali nema nikakve štete od samog početka uvesti i prodiskutovati osnovne pojmove, a zatim zabilježiti mjesta gdje su oni potrebni. Polazit ćemo od činjenice da ste već upoznati s nekim konceptima barem iz školskog kursa i ponekad ih koristite čak i prije nego što ih detaljno prodiskutujete.

1.2. znakovi organizama. Fenotip i genotip.

Možda je najvažniji genetski koncept sign. Genetika kao nauka počela je upravo u trenutku kada je Gregor Mendel počeo da analizira pojedinačne osobine, a ne svu nasljednost u cjelini. Možete li mi reći šta je znak? A koliko ih može biti? Znak je sve što je povezano sa pojedincem, sve dok postoji način da se to na neki način registruje. Visina, težina, boja, visina poziva, polovina dužine repa dodata kvadratnom korijenu trećine dužine nosa, broj dlaka u bradi, oblik jazbine ili mravinjaka, broj mužjaka koji jure jednu ženku, dužina vremena tokom kojeg ste ne mogu disati pod vodom, broj ljubavnika koje majka ili kćerka ispitanika ima. Ne šalim se - među znakovima nosilaca određene varijante jednog od dopaminskih receptora, postoji velika učestalost znaka "odrastao bez oca" (jasno je da se ovdje više radilo o znaku jedan od roditelja, a ne subjekt o kojem se raspravlja, koji bi, međutim, mogao naslijediti predispoziciju).

Izbor je ogroman, ali što uspješniji, mudriji ili duhovitiji odaberete znak, to ćete više informacija naučiti iz iskustva. Jasno je da ne treba dodati kvadratni korijen dužine nosa na dužinu repa, jer obje dužine imaju istu dimenziju, a kao rezultat ćete dobiti matematičku abrakadabru. Ali ako dužini repa dodamo kubni korijen tjelesne mase, onda to ima više smisla, jer masa ovisi o kocki linearnih dimenzija i, nakon što izvučemo kubni korijen, dobijemo vrijednost srazmjernu dužini repa, a zbrajanjem dvije navedene veličine dobijamo određenu mjeru linearnih dimenzija.

Lako je shvatiti da nisu svi znakovi iz njihove beskonačne raznolikosti jednako informativni. Neki su podjednako informativni, ali ništa ne dodaju jedno drugom. Na primjer, ako uzmemo dva takva znaka: dužinu desne noge i dužinu lijeve noge, onda je čak intuitivno jasno da iako se dvije noge mogu malo razlikovati po dužini, drugi će malo dodati prvom. Uzmite sljedeće znakove: dužinu lijeve noge i visinu. Šta možemo reći o njima? Što je veća visina, to je veća dužina nogu - to je sasvim očigledno. Visina i dužina nogu su u korelaciji - ni više, ni manje. Zaista, ako uzmemo uzorak ljudi, izmjerimo visinu i dužinu nogu i izračunamo koeficijent korelacije, onda će on biti prilično blizu jedinice i vrlo pouzdan. Ali znamo da su ljudi općenito kratkonogi i dugonogi. A ako uzmemo visinu i omjer dužine nogu i visine, dobijamo dvije potpuno nezavisne osobine - linearne dimenzije i duge noge, koje se mogu naslijediti nezavisno.

Imamo omjer dvije izmjerene vrijednosti. Po pravilu, rad sa mnogim karakteristikama odmah zahteva ispravnu statističku obradu. Za takvu obradu nije baš zgodno baviti se odnosima. Ali postoji skup matematičkih metoda tzv multivarijantna statistika(posebno, metoda glavne komponente za kvantitativne osobine), što nam omogućava da dobijemo N novih osobina od N bilo kojih osobina koje smo izmjerili, a koje su linearne kombinacije originalnih (njihove sume s različitim koeficijentima) koje neće međusobno korelirati. To znači da će svaki od njih nositi nezavisne informacije. A ako pogledamo kako je N ovih novih karakteristika sastavljeno, vidjet ćemo da jedna od njih odražava, na primjer, linearne dimenzije (ovo će uključivati ​​sve dužine tijela, ruku, nogu, itd.), a druga - debljina, treća – neujednačenost debljine (izraženi struk, bokovi, poprsje), četvrta – relativne dimenzije glave, peti – tamna koža itd. ukupna varijabilnost objekata, koja se takođe može procijeniti. Međutim, metode multivarijantne analize ne rješavaju problem dupliciranja obilježja, budući da dupliciranje utiče na spomenuti relativni doprinos ukupnoj varijabilnosti novog obilježja u koji spadaju. Ovaj problem do sada nije riješen u matematičkoj statistici.

Znakovi mogu biti vrlo različiti, ali spadaju u dvije velike klase - kvaliteta, ili alternativa, i kvantitativno, ili kontinuirano. Osobina je kvalitativna u slučaju kada se varijabilnost manifestuje u postojanju više alternativnih varijanti osobine, odnosno u pripadnosti jedinke određenoj jasnoj klasi, a njeno pripisivanje jednoj od klasa je nesumnjivo. Na primjer, možemo razlikovati dvije takve klase ljudskih individua kao što su muškarci i žene. Žene se također mogu podijeliti u nekoliko alternativnih klasa. Pretpostavimo da je djevojka obučena u pantalone ili su joj noge obučene u jedan cilindrični komad materije - haljinu ili suknju. Dobijamo dva razreda. Posljednji slučaj se može podijeliti u dvije klase - obučeni u haljinu ili u suknju. Imamo tri klase žena. Žene zasigurno mogu razlikovati mnoge alternativne klase u pogledu odjeće i istovremeno neće imati ni najmanju poteškoću u klasifikaciji. Klasični primjeri: cvjetovi graška su bijeli ili ljubičasti, oči voćne mušice su opet bijele ili ljubičaste; smiješno, ali oba organa mogu biti i ružičasta, a to je još jedno stanje kvalitativne osobine, posebna klasa. U slučajevima kada je moguće razlikovati kvalitativne (alternativne) karakteristike, a u prirodi se redovno nalaze jedinke koje pripadaju različitim klasama (varijantama), uobičajeno je govoriti o polimorfizam, a klase (varijante) ovih karakteristika se obično nazivaju morphs, ili oblici Izvorno je ista riječ, na grčkom i na latinskom, ali značenje druge je previše dvosmisleno i bolje je izbjegavati ga. Etimološki, obje riječi označavaju oblik, ali kao termini se koriste za bilo koje karakteristike, na primjer, one povezane s bojom. Ispod su dvije morfologije - sa žutim i ljubičastim cvjetovima, redom - altajske ljubičice, koje se u prirodi javljaju s približno jednakom učestalošću.

https://pandia.ru/text/78/138/images/image002_73.jpg" width="283" height="311 src=">.jpg" width="347" height="453 src=">

Pošto smo svi išli u školu, možemo posumnjati da su bijela i ljubičasta perunika homozigotne za neke alele, a jorgovanka za ove alele. Ali mi (posebno ja) još nemamo takve informacije i u svakom slučaju moramo početi od utvrđivanja tri morfa boja.

Spomenuli smo tri jasne klase boje cvijeta graška - bijelu, ljubičastu i ružičastu. Ali stabla jabuke s ljubičastim laticama rastu u ulici Zolotodolinskaya. A tu su i stabla jabuke sa ružičastim, sa blago ružičastim i belim laticama. U slučaju karanfila koji se prodaje na tezgama, čini nam se da je boja cvijeća znak kvalitete - tu su crvene, bijele, roze i bijele latice sa crvenim obrubom. A uzgajivači cvijeća vjerojatno imaju toliku raznolikost karanfila da se ta osobina pretvara u kvantitativnu. Možete uzeti spektrofotometar, izdvojiti antocijanski pigment iz standardnog uzorka latica i izmjeriti intenzitet ljubičaste boje antocijana, izražavajući ga brojem. I onda dobijamo kvantitativni atribut- ovo je znak koji se može izraziti kao realan broj. Jedan te isti znak u različitim situacijama može djelovati i kvantitativno i kvalitativno. Za gotovo svaku kvalitativnu osobinu možete pronaći način da je izmjerite i tako je smatrate kvantitativnom. Naprotiv, većina kvantitativnih karakteristika ne može se smatrati kvalitativnim, jer se vrijednosti mjerenog parametra rijetko grupišu u jasno prepoznatljive klase.

Ljudska visina (ako izuzmemo očigledan patuljastost) je tipična kvantitativna osobina. Koliko opcija rasta postoji za normalnu osobu? Tako je, nemoguće je reći - ovo je pozitivan realan broj, a broj "opcija" zavisi od tačnosti kojom merimo i koje su fizičke granice ove količine. Visina mnogih ljudi može se okarakterisati njegovom prosječnom vrijednošću. Ali trebamo i neke karakteristike njegove varijabilnosti. Da bismo to učinili, morat ćemo proučiti distribuciju frekvencija kvantitativne osobine. Još jedan primjer iz udžbenika: ako uzmemo puno ljudi, izmjerimo njihovu visinu na najbliži centimetar i iscrtamo ih po visini tako da ljudi iste visine stanu u jednu kolonu, dobićemo sljedeću sliku: dužina stupova čini neku vrstu zvonastog oblika. Uz dovoljnu frakcionu mjeru visine i broja ljudi, reproducirat će dobro poznato u teoriji vjerovatnoće - normalno ili Gausova raspodjela.

Disperzija" href="/text/category/dispersiya/" rel="bookmark">disperzija - prosječni kvadrat odstupanja pojedinačnih vrijednosti od srednje vrijednosti. Kvadratni korijen ove vrijednosti daje standardna devijacija, njegova dimenzija se poklapa sa dimenzijom mjerene veličine i može poslužiti kao mjera širenja neke karakteristike. Oko 70% svih normalno raspoređenih objekata, bez obzira koliko ih mjerimo, leži u rasponu vrijednosti od srednje vrijednosti minus standardna devijacija do srednje vrijednosti plus standardna devijacija. Ako se ovaj interval oko prosjeka udvostruči, tada će biti oko 90%, ako tri puta, onda oko 99% objekata.

Centralna granična teorema matematičke statistike kaže da se distribucija zbira velikog broja nezavisnih slučajnih varijabli približava normalnoj. I gotovo svaka kvantitativna osobina formira se pod utjecajem velikog broja višesmjernih i različitih faktora snage (ovo posebno vrijedi za veličinu tijela). Zbog toga većina kvantitativnih karakteristika podliježe normalnoj distribuciji.

Međutim, ova izjava je tačna samo u prvoj aproksimaciji. Kao što je poznato, da bi se procijenila prihvatljivost modela, potrebno je obratiti pažnju na granične uslove. Normalna raspodjela je simetrična i data je na cijelom skupu realnih brojeva, od - do +, iako gustina vjerovatnoće opada prilično brzo kada se udaljava od srednje vrijednosti. Vratimo se kao primjer znaku "ljudska visina". Zaista, nemamo čvrstu gornju granicu visine osobe, i bez obzira na to kojeg rekordera nađemo, nikada ne postoji garancija da se prije ili kasnije neće naći viši subjekt. Ali postoji čak i teoretska donja granica - na kraju krajeva, visina osobe, po definiciji, ne može biti manja od nule. To znači da granični uslovi ne dozvoljavaju Gausov model za ljudski rast. Štaviše, ako uzmemo puno ljudi, otkrićemo da je raspodjela njihove visine blago asimetrična i nagnuta udesno – fizička donja granica na nuli se osjeća! Koji model možemo ponuditi umjesto Gaussovog kao adekvatnijeg za kvantitativne karakteristike bioloških objekata?

Hajde da razmislimo o ovome. Znakovi se formiraju tokom individualnog razvoja organizma, što je zapravo vrlo složena hemijska reakcija koja se odvija pod kontrolom gena, koji u određenim trenucima obezbeđuju određene koncentracije određenih supstanci. Ove koncentracije djeluju kao faktori u jednadžbama brzina koje čine individualni razvoj reakcija (na primjer, Michaelisove jednadžbe), a vrijednosti predznaka direktno zavise od nekih od ovih (ili čak svih) brzina. Stoga se pojedinačni doprinosi pojedinih gena kvantitativnoj osobini obično ne zbrajaju, već se množe, odnosno svaki gen povećava ili smanjuje vrijednost osobine za nekoliko puta. Proizvod mnogih nezavisnih slučajnih varijabli teži ka lognormalna distribucija. Kao rezultat toga, stvarne distribucije kvantitativnih osobina organizama nisu normalne, već log-normalne. Oni su zaista vrlo slični, ali ipak donekle asimetrični - nježniji udesno.

https://pandia.ru/text/78/138/images/image007_23.jpg" width="304" height="416 src=">

Normalni (A i B) i patuljasti (C) grašak

Upravo ova osobina - relativna dužina internodija - je ovdje alternativno svojstvo, dok se rast biljaka vrlo rijetko ponaša kao prava alternativna osobina.

Postoji još jedna uslovno izdvojena klasa karakteristika o kojoj morate imati jasnu predstavu. Uzmimo takav znak kao broj procesa na rogovima jelena. Najmanji rogovi su nerazgranati. U maksimalnom slučaju imamo 10 procesa na oba roga. Nećemo imati nikakvih poteškoća da ovaj ili onaj rog dodijelimo klasi s određenim brojem procesa i na osnovu toga možemo misliti da je to kvalitativna karakteristika. Ali kvalitet je ovdje u korelaciji s cijelim brojem, a broj klasa, kao niz cijelih brojeva, je neograničen (niko ne može garantirati da prije ili kasnije nećemo naići na jelena sa 11 ili više procesa). Takvi znakovi se nazivaju countable; oni se takođe zovu meristic, što može biti zbunjujuće, jer ovdje ne treba mjeriti, već računati. Zapravo, ovdje postoji jednostavan obrazac - što je rog veći, to ima više procesa; samo da bi se dodatak dodao, rudiment roga treba da dobije kritičnu masu. Dakle, prebrojiv broj procesa je samo mjera veličine roga. U slučaju broja ćelija na krilu vretenca, to postaje još očiglednije. Istu mjeru dobijamo prilikom mjerenja, kada se zaustavimo na nekoj njegovoj tačnosti. Zamislite ako ne računamo procese rogova jelena, već dlake na njegovim mladim rogovima. U stvari, imamo razne mjere veličine rog, ali sa drugačijim tonom (zaokruživanje).

Oni rade sa prebrojivim predznacima koristeći iste pristupe kao i sa kvantitativnim, uz neke karakteristike matematičke obrade. I bilo bi pogrešno primijeniti na njih iste pristupe koji se primjenjuju na alternativne karakteristike. Na primjer, jedna moskovska grupa naučnika proučavala je broj ćelija u određenim područjima krila vretenca. Izbrojali su prosječan broj ćelija, odredili srednju vrijednost i standardne devijacije i, na primjer, otkrili da su ove sredine statistički značajno različite u dva različita vodna tijela. Zaključili su da su populacije na dva jezera genetski specifične, na osnovu toga da alternativne osobine nužno moraju biti određene nasljednim faktorima, jednim ili nekoliko. Ali tada su operisali svojim predznakom kao kvantitativnim! Najvjerojatnije, u jednom od akumulacija, vretenci su se razvijali u nepovoljnijim uvjetima i imali su manju površinu krila, koja je sadržavala manje ćelija, čija je veličina prilično standardizirana u ontogeniji.

Konačno, često se izdvaja treća velika klasa karakteristika – karakteristike ranga. Riječ je o onim slučajevima kada objekte možemo rangirati po principu "više" / "manje" ("bolje" / "gore"), ali nemamo direktnu priliku da iskažemo ovu kvalitetu superiornosti nekog nad drugi brojčano. Situacije u kojima se pojavljuju znakovi rangiranja prilično su raznolike. Na paradnom poligonu lako možemo izgraditi vojnike po visini bez mjerenja njihove visine; na istom mjestu, po naramenicama, lako prepoznajemo vojne činove, znajući unaprijed kojim redoslijedom su rangirani jedni prema drugima. U nekim slučajevima, prisiljeni smo subjektivno procijeniti neke složene integralne parametre, na primjer, "snagu" pojedinih biljaka, klasificirajući ih na "jake", "srednje" i "slabe".

Zanimljivo je da čim imamo rangove, već imamo grubo numeričko mjerenje osobine, iako vrlo približno ili subjektivno. Dakle, rangovi su, kao redni brojevi, sami po sebi cijeli brojevi. I već je moguće operirati s njima kao sa mjerljivim znakovima. Uz sve konvencije ovakvog „mjerenja“, razvijene matematičke metode, što omogućava da se na osnovu njih izvuku vrlo pouzdani zaključci. Štaviše, čak i nesumnjive kvalitativne karakteristike mogu se prilično približno tretirati kao kvantitativne. Pretpostavimo, ako imamo četiri morfa boja, onda ih možemo smatrati ne kao jednu kvalitativnu osobinu, već kao četiri kvantitativne osobine, od kojih svaka može imati dvije vrijednosti - 0 (pojedinac ne pripada ovom morfu) i 1 ( pojedinac pripada datom obliku). Iskustvo pokazuje da se takve slične umjetne "kvantitativne karakteristike" mogu uspješno obraditi.

Kao što pokazuju primjeri rasta graška, ista osobina može biti i kvantitativna i kvalitativna. Svaki kvalitet koji razlikujemo uvijek se može nekako izmjeriti (čak i pripadnost muškom i ženskom polu može se mjeriti kao odnos određenih hormona). Izbor načina rada sa znakom - kao vrijednošću numeričkog parametra ili kao pokazateljem pripadnosti klasi - diktiran je specifičnostima određenog zadatka. U slučaju bimodalne distribucije, korisno je podijeliti sve pojedince u dvije klase, barem kao prvu aproksimaciju, čak i ako se dvije grbe distribucije spoje i ne možemo jedinstveno klasificirati pojedince koji padaju između njih, osim formalno uvođenje granične vrijednosti.

I kvalitativne i kvantitativne osobine mogu se donekle naslijediti, pa stoga spadaju u vidno polje genetike. Za analizu kvantitativnih i kvalitativnih osobina, genetika koristi različite modele. Nasljeđivanje kvalitativnih osobina (upravo s njima je Mendel radio) opisano je u terminima kombinatorike i teorije vjerojatnosti na jednostavniji i precizniji način, a mi ćemo se njime uglavnom baviti. Nasljeđivanje kvantitativnih osobina opisano je u terminima matematičke statistike i zasniva se uglavnom na analizi korelacija i dekompoziciji na komponente varijanse. Kao što je već spomenuto, nasljeđivanje kvalitativnih osobina može se tretirati i kao nasljeđivanje kvantitativnih osobina, što se u nekim slučajevima pokazuje kao vrlo plodan pristup. Nadam se da ćemo imati vremena da ukratko pregledamo početke kvantitativne genetike osobina. U međuvremenu, malo više terminologije.

Dva ništa manje široka pojma od znaka, bez kojih se, međutim, ne može - genotip i fenotip. Sami ovi termini, poput izraza " gen", koju je 1909. uveo danski genetičar Wilhelm Ludwig Johansen. Fenotip je sve što se tiče karakteristika dotičnih organizama, genotip je sve što se tiče njihovih gena. Jasno je da može postojati beskonačan broj znakova, a da postoje desetine hiljada gena. Štaviše, niko ne registruje veliku većinu osobina, i niko ne poznaje veliku većinu gena. Ali fenotip i genotip su radni koncepti, čiji sadržaj u svakom slučaju diktira genetski eksperiment. Genetski eksperiment se obično sastoji u tome da se neko ukršta s nekim, često kroz više generacija, i prati znakove potomstva, koje se prema tim znakovima može odabrati, ukrstiti i sl. Ili je uzorak jedinki uklonjene iz prirode, registrovati njihove karakteristike, saznati koje varijante predstavljaju neki geni, posmatrati dinamiku njihovih frekvencija. U svakom slučaju tražimo dobro definirane osobine i gene, često nekoliko. A kada govorimo o fenotipu, mislimo na vrijednosti ili stanja upravo ovih osobina, a kada govorimo o genotipu, onda na skup ovih gena. Postoji zavisnost prvog od drugog, ali, kao što ćemo vidjeti, ne najdirektnije. Genetika se uglavnom sastoji u razjašnjavanju ove zavisnosti. I samo ako se sama sekvenca DNK pojavljuje kao karakteristika, fenotip se poklapa sa genotipom.

Tek nedavno je postalo moguće provoditi visokotehnološke eksperimente na praćenju svih poznatih gena onih objekata u kojima su poznati (na primjer, ljudi) - na primjer, prisustvom ili odsutnošću sve RNK za prijenos poruka ili svih proteina u određenom tkiva. Odgovarajuće oblasti su nazvane, respektivno, "proteomika" i "transkriptomika", a ukupnost svih proteina ili glasničke RNK prisutnih u određenom objektu, respektivno - proteom i transkriptom.

1.3. Koncepti "gen", "lokus", "alel", "ortolog", "paralog", "mutacija".

Na osnovu naše preliminarne tvrdnje da u genetici ima mnogo matematike, treba očekivati ​​terminološku strogost u njoj. Nažalost, i ovo je empirijska nauka koja postoji na ogromnom i heterogenom eksperimentalnom materijalu, a radili su je mnogi naučnici različitih specijalizacija (i različitog obrazovanja!), a to je dovelo do postojanja različitih terminoloških „dijalekata“ u genetici, uključujući i stvari veoma važne. Pređimo na koncept koji se možda čini ključnim za genetiku, ali koji se u stvarnosti pokazao previše neodređenim za ovo. Reci mi šta je gen? To je zapravo vrlo nesretan koncept, tako da sada ima više značenja. U klasičnoj genetici gen je nasljedni faktor koji utiče na osobine organizma. Nekada se smatralo dalje nedjeljivom jedinicom nasljedstva. Nakon otkrića strukture DNK, brzo je postalo jasno da su mnogi klasični geni dijelovi DNK koji kodiraju određeni protein, na primjer, enzim, koji određuje nasljednu osobinu. Ovo je bio veliki napredak u nauci, a na ovom talasu je u početku tako izgledalo sve geni klasične genetike su upravo to. Razvijena je sljedeća formula: Jedan gen - jedan polipeptidni lanac". Predložili su ga, u originalnoj formulaciji "jedan gen - jedan enzim", 1941. (dakle, 12 godina prije dekodiranja strukture DNK od strane Watsona i Cricka) George Beadle i Edward Tatham (naći ćete portrete ovih i mnogi drugi naučnici u udžbeniku) koji su radili sa sojevima neurospore plijesni koji su se razlikovali po svojoj sposobnosti da izvode određene biohemijske reakcije i otkrili da je svaki gen odgovoran za jednu specifičnu biohemijsku reakciju, odnosno za određeni stupanj metabolizma plijesni. Za ove radove dobili su Nobelovu nagradu 1948. godine. Napominjemo da se u toj fazi gen još uvijek shvaćao prilično klasično, ali su se provodila aktivna istraživanja kako bi se otkrilo šta on fizički predstavlja. A nakon otkrića strukture DNK, činilo se da je sve došlo na svoje mjesto i genom se počeo zvati segmentom DNK koji kodira polipeptidni lanac.

Međutim, vremenom se pokazalo da pored kodirajuće sekvence uvijek postoje regulatorne DNK sekvence koje same ništa ne kodiraju, ali utiču na uključivanje i isključivanje i intenzitet transkripcije ovog gena. Dobro ih poznajete: ovo je promotor - mjesto slijetanja RNA polimeraze, operateri - mjesta slijetanja regulatornih proteina, također pojačivači- također mjesta za regulatorne proteine ​​koji potiču transkripciju, ali se nalaze na nekoj, ponekad značajnoj udaljenosti od kodirajuće sekvence, i prigušivači- sekvence koje sprečavaju transkripciju itd. Ponekad se nalaze na stotine i hiljade nukleotida (na skali hromozoma to nije toliko), ali ipak funkcionišu kao cis-faktori (tj. u blizini), fizički locirani u blizini zbog određenog slaganja DNK. Sva ova ekonomija počela se smatrati pripadajućim genu koji nešto kodira. Dakle, u molekularnoj genetici eukariota gen je kodirajući region DNK zajedno sa susednim regionima DNK koji utiču na njegovu transkripciju.

Za takvo mjesto 1957. S. Benzer je predložio pojašnjavajući termin cistron, što je takođe bilo nesretno, jer je ovaj termin počeo označavati samo kodirajuću regiju DNK (tzv. otvoreni okvir čitanja), a ponekad i DNK regiju između promotora i terminatora, iz koje se čita jedan molekul RNK. Sjećate se da je kod prokariota, kod kojih su molekularni genetski mehanizmi počeli da se razjašnjavaju ranije, operonska organizacija gena široko rasprostranjena, kada sekvence koje kodiraju nekoliko polipeptidnih lanaca imaju zajedničku regulaciju i čitaju se kao dio jedne mRNA. Ovo ne dozvoljava upotrebu gornje definicije pojma "gen". S druge strane, termin "cistron" ovdje je od male koristi: budući da je definiran kao DNK regija iz koje se čita jedna RNK, ona će uključivati ​​regije koje kodiraju nekoliko različitih proteina, što se, s druge strane, nekada nazivalo "policistronski princip organizacije genetskog materijala." Kao rezultat toga, upotreba pojmova "gen" i "cistron" bez objašnjenja (barem o kakvom kraljevstvu je u pitanju) trenutno je puna nesporazuma.

Imajte na umu da se u molekularno-biološkom smislu pokazalo da je gen podijeljen na dijelove - egzone, introne, operatere, pojačivače i na kraju - pojedinačne nukleotide. A regulatorna sekvenca DNK, uzeta kao takva, izgubila je pravo da se zove gen, jer sama ništa ne kodira. Ali zbog efekta na transkripciju gena, ova sekvenca također može utjecati na neku osobinu (tj. fenotip) koja će se naslijediti zajedno sa ovom sekvencom. I može se odvojiti rekombinacijom od kodirajućeg niza, posebno ako je to daljinski pojačivač. Drugim riječima, regulatorna sekvenca je također poseban nasljedni faktor, koji također ima svoje mjesto na hromozomu. Neke regulatorne sekvence, poput pojačivača, mogu uticati na transkripciju nekoliko gena odjednom, odnosno zauzeti svoje specifično mjesto u regulatornoj mreži koja kontrolira razvoj i funkcioniranje organizma. U razumijevanju klasične genetike postoje svi znaci gena.

Ova kontradikcija između klasičnog i molekularno biološkog koncepta gena, koja je nastala u vrijeme kada se činilo da su svi klasični geni transkribovani dijelovi DNK koji kodiraju protein ili RNK, do sada nije prevladana, što, međutim, nije posebno važno, jer se riječ "gen" već dugo ne koristi kao striktan termin. U vezi sa brzim razvojem molekularne biologije, molekularna biološka pobjeđuje: gen je transkribovani dio DNK zajedno sa njegovim regulatornim sekvencama DNK. Međutim, klasični koncept da je gen nasljedni faktor (bez obzira na to kako funkcionira, šta je i od čega se sastoji) bio je povijesno prvi, trajao je više od pola stoljeća i pokazao se izuzetno plodonosnim. Morate biti svjesni ove kontradikcije i naučiti razumjeti ono što se govori iz konteksta.

U praksi, ova kontradikcija se rješava na dva načina: ili prije upotrebe riječi "gen" njeno značenje se preliminarno precizira, ili se ne koristi kao pojam. Primjer prvog slučaja: u dijelu "materijali i metode" u članku posvećenom prebrojavanju gena u genomu biće napisano po kom kriteriju je gen određen - na primjer, broj otvorenih okvira za čitanje. U sljedećem članku će pisati: analizirali smo izraz i pokazali da neki od pronađenih potencijalnih okvira čitanja nikada nisu transkribovani i, po svemu sudeći, nisu geni, već pseudogeni. Primjer druge situacije: proučava se lokus iz kojeg se stvara nekoliko hiljada proteina zbog činjenice da postoje tri alternativna promotora, tri alternativna terminatora i desetak introna podložnih alternativnom spajanju. Gdje je ovdje gen i koliko gena ima na ovom lokusu? U ovom slučaju, riječ "gen" će biti spomenuta samo u uvodu, kao sinonim za riječ "lokus". Ako frazu koja sadrži riječ "gen" uzmemo iz populacijskog genetskog konteksta i ubacimo je u molekularno biološki kontekst, izgubit ćemo značenje.

Različite varijante istog gena, u bilo kom smislu, označavaju se ovim pojmom alela. U ovom obliku, termin je predložio W. Johansen 1926. godine, na osnovu pojma "alomorfni par" koji je uveo W. Batson 1902. godine). Koncept "alela" pojavio se kada se ništa nije znalo o strukturi DNK, a uveden je upravo kao alternativna verzija gena. Ovaj koncept je posebno važan za diploidne organizme koji dobijaju isti set gena od oca i majke i kao rezultat toga svaki od njih je prisutan u genomu u dvije kopije, koje mogu biti identične ili različite, ali ne i za takve do te mjere da se ne može reći da se radi o "istom genu". Ove dvije kopije se nazivaju aleli.

Smiješno je, ali što se tiče pojma "alel", ne postoji jednoznačno rješenje za tako jednostavno pitanje kao što je gramatički rod ove riječi u ruskom. Moskva, kao i škole u Kijevu i Novosibirsku, veruju da je alel muški, Lenjingrad (Sankt Peterburg) - da je ženski. Možete vidjeti da se čak i u dva preporučena udžbenika ova riječ koristi na različite načine.

Termin "aleli" je prvobitno uveden da se odnosi na varijante gena odgovornih za određenu osobinu koje su povezane sa stanjem te osobine. Međutim, pokazalo se da geni neovisni jedan o drugom mogu utjecati na istu osobinu na isti način. Ovo postavlja problem razlikovanja između alela istih ili različitih gena. Na sreću, još ranije je postalo jasno da su geni locirani u strogo određenom nizu u linearnim strukturama - kako se ispostavilo, u hromozomima - tako da svaki gen zauzima strogo određeno mjesto na jednom od hromozoma. Stoga se svaki gen može identifikovati ne samo po njegovom uticaju na osobinu, već i po svom mestu na određenom hromozomu. Ispostavilo se da je svako mjesto na hromozomu odgovorno za neku osobinu - locus- zauzima jedan od alela - pojedinačne varijante gena. Diploidno jezgro sadrži dva alela svakog lokusa, dobijena od majke i oca, različita ili identična. Lokus se može definirati kao položaj na hromozomu koji zauzima određeni nasljedni faktor, a alel- kako varijanta određenog naslednog faktora, i pošto je lokus taj koji daje sigurnost naslednom faktoru, ali alel jeste varijanta nasljednog faktora koji se nalazi na određenom lokusu. Očigledno, ova definicija je data sa stanovišta klasične genetike. U ovom slučaju, bolje je reći "lokus na hromozomu". a ne „lokus hromozoma“, jer u drugom slučaju može izgledati da se hromozom sastoji samo od takvih lokusa koji imaju genetsko značenje. Iako gen u klasičnom smislu zaista odgovara određenom segmentu DNK hromozoma, i iako vrlo često kodirajući segmenti DNK mogu utjecati na nešto barem indirektno (npr. prisustvo bloka ponavljanja može doprinijeti zbijanju hromatina i na taj način utiču na intenzitet transkripcije kodirajućih segmenata DNK koji se nalaze čak i na znatnoj udaljenosti od nje), ali svakako postoje produženi delovi DNK koji nemaju genetski sadržaj, odnosno ne utiču ni na šta i su ne geni u bilo kom smislu.

Ali izrazi 'lokus' i 'alel' također imaju smiješno ekspanzivno značenje. Ako proučavamo samu sekvencu DNK, koja je u ovom slučaju i naša osobina i naš gen, budući da se doslovno kodira, svaki njen dio koji se može prepoznati na bilo koji način možemo nazvati lokusom, a njegovu varijantu alelom . Na primjer, u genomu postoje takozvani "mikrosateliti" - nizovi vrlo kratkih, koji se sastoje od dva ili tri slova, tandem (poređani jedno za drugim) ponavljanja. Broj ovih ponavljanja se vrlo lako mijenja zbog mehanizama povezanih s proklizavanjem tokom replikacije ili netačne rekombinacije. Zapravo, zahvaljujući ovim mehanizmima, oni se „pokreću“ u genomu, a nemaju nikakvu funkciju i nisu geni u molekularnom smislu. Zbog svoje velike varijabilnosti, mikrosateliti vole proučavati evolucijsku genetiku - budući da se broj kopija ponavljanja može koristiti sa određenim stepenom sigurnosti za procjenu odnosa. Dakle, u ovom slučaju uobičajeno je govoriti i o alelima, označavajući ovom riječju sekvence mikrosatelita različite dužine (odnosno s različitim brojem kopija ponavljanja).

Ispostavilo se da se riječ "gen" u klasičnoj genetici može potpuno napustiti. Postoji lokus - mjesto na hromozomu, koje uvijek zauzima jedan od alela. Odnos između lokusa i alela je isti kao i odnos između varijable i njene vrijednosti. Štaviše, u skladu sa klasičnom definicijom, i lokus je gen (kao generički koncept), a alel je gen (kao individualni koncept). Često se može čuti "ovi geni nisu alelni jedni prema drugima", odnosno govore o alelnim i nealelnim genima, odnosno o alelima jednog lokusa i alelima različitih lokusa. U praksi genetike uspostavljena je ne baš kruta tradicija da se riječ "gen" koristi kao sinonim za riječ "lokus", a takvi primjeri će se naći i u našem tekstu.

Ali postoje situacije kada je riječ "gen" teško izbjeći. Na primjer, grašak s crvenim cvjetovima tretirali su kemijskim mutagenom i dobili grašak s bijelim cvjetovima. Utvrđeno je da se osobina "boja cvijeta" nasljeđuje kako je određena jednim lokusom - u takvim slučajevima uobičajeno je govoriti o monogeno znak (iako bi nepostojeći izraz "monolokalni" bio tačniji). Međutim, grašak s bijelim cvjetovima već je poznat i ovu osobinu određuje alel dobro poznatog lokusa. Pitanje je da li smo dobili isti alel na istom lokusu, ili drugačiji (na nivou sekvence DNK) alel na istom lokusu, koji, međutim, takođe dovodi do bijelih cvjetova? Ili alel novog, do sada nepoznatog lokusa - koji bi mogao, recimo, za sasvim drugu fazu sinteze pigmenta? Dok se to ne utvrdi, treba lijeno reći: "Dobili smo gen za bijelo cvjetanje." Inače, opisana je stvarna situacija iz života naše laboratorije - dobili smo gen koji određuje bijelo-cvjetanje, a pokazalo se da je alelan prema nedovoljno poznatom lokusu odgovornom za antocijansku boju cvijeta. a, ali na malo poznato mjesto a2 .

Termini lokus i alel se također mogu primijeniti na gen u molekularnom genetičkom smislu – naime, na specifičnu sekvencu nukleotida. Ovdje je značenje pojmova "lokus" i "gen" isto, a alel će značiti specifična nukleotidna sekvenca datog gena. Međutim, u okviru molekularne genetike, potreba za ovim terminima ne javlja se često, budući da se molekularno biološko razmatranje obično skreće sa postojanja u diploidnom organizmu drugog takvog gena, sa identičnim ili malo drugačijim nizom, u homologni hromozom.

Vjerovatno znate iz molekularne biologije za postojanje multigenske porodice: kada u genomu postoji nekoliko gena u molekularnom smislu koji kodiraju proteinski proizvod istog tipa - isti enzim, na primjer. Štaviše, mogu se donekle razlikovati po primarnoj strukturi: i DNK i proteinskom proizvodu, kao i nekim fizičko-hemijskim svojstvima proteinskog proizvoda - intenzitetu molekularne funkcije, kao i karakteristikama ekspresije - tj. mjesto, vrijeme i intenzitet sinteze. Isti grašak ima sedam gena (u molekularnom smislu) za histon H1, od kojih svaki kodira posebnu varijantu molekule, od kojih je jedan prisutan samo u ćelijama koje se aktivno dijele i nestaje iz kromatina stanica koje su završile diobu. Bilo koja sekvenca bilo kojeg od ovih gena bi bila varijanta gena H1 histona. Ali unutar istog genoma, ovih sedam gena zauzimaju različite lokuse, tako da će samo različite varijante određenog lokusa biti aleli. Morate biti upoznati sa konceptom homologija- sličnost na osnovu zajedničkog porijekla, i homolozi- objekti koji imaju takvu sličnost. U molekularnoj genetici razlikuju se dva tipa homologije gena. Homologni, ali nealelni geni u istom haploidnom genomu koji zauzimaju različite lokuse nazivaju se paralozi(od grčkog "para" - blizu, blizu). Pojedinačne varijante istog lokusa kod različitih pojedinaca nazivaju se ortolozi(od grčkog "orto" - direktno, suprotno; zapamtite orto-para izomere u organskoj materiji). U osnovi, ortolozi su aleli. Međutim, termin "ortolog" obično koriste molekularni biolozi kada proučavaju gene različitih vrsta - u slučajevima kada se može nedvosmisleno utvrditi da imaju isti lokus, dok se izraz "alel" koristi samo za varijantu gena u iste iste vrste, ili u blisko srodnim vrstama koje su ipak sposobne za ukrštanje (na primjer, pšenica i njeni divlji srodnici). Dakle, alel je genetski koncept; o alelima se govori kada, u principu, mogu učestvovati u ukrštanju.

Postavimo sebi pitanje - odakle su došli paralozi? Logično je i ispravno pretpostaviti da su nastali kao rezultat umnožavanja gena - odnosno rijetkih slučajeva "reprodukcije" gena u genomu. Naravno, svaki takav događaj, koliko god rijedak, događa se unutar granica bilo koje vrste. Kao rezultat toga imamo situaciju da neke jedinke iste vrste imaju dva lokusa u genomu koja su identična po svojoj primarnoj strukturi (može akumulirati razlike tokom vremena), dok druge imaju samo jedan. Pretpostavimo da su dvije kopije propagiranog gena smještene jedna pored druge, tako da se oba nova lokusa nalaze na istom mjestu gdje se nalazio jedan stari. I tako počinju da gomilaju razlike. Gdje i koji su aleli ovdje? Razmotrili smo situaciju kada koncept "alela" ne uspijeva, i to je jako dobro, jer smo na taj način ucrtali granicu njegove primjenjivosti.

Inače, neočekivano netrivijalno pitanje je koji su to različiti i identični aleli. U ranim fazama razvoja genetike, aleli su prepoznavani samo po fenotipu, a samo oni koji dovode do različitih fenotipova smatrani su različitim alelima. Najčešće su postojala dva alela - normalni i defektni (mutant), tako da je u ranim fazama razvoja genetike bila popularna "teorija prisutnosti-odsutnosti" (određene funkcije). Međutim, kako se genetika razvijala, saznalo se sve više slučajeva kada ista osobina ima nekoliko nasljednih varijanti, što je na kraju dovelo do pojave poznati aforizam Thomas Morgan: "Jedno prisustvo ne može odgovarati nekoliko odsutnosti." A u slučaju kvantitativnih osobina koje određuju mnogi geni odjednom, uopće ne postoji posebna fenotipska manifestacija jednog alela. Kao rezultat toga, odlučili su se na činjenicu da se aleli smatraju očigledno različitim ako u ovom eksperimentu nisu očigledno naslijeđeni od iste osobe, odnosno nisu bili identični porijeklom ili takav identitet nije utvrđen. Na primjer, uhvatimo stotinu naizgled identičnih jedinki u prirodi kako bismo proučili male nijanse fenotipske manifestacije određenog gena, ukrstili ih posebnim tester linijama, prenijeli proučavani gen koji je od njih dobijen na identičnu pozadinu gena, izmjerili osobina koja nas zanima - a istovremeno vjerujemo da u eksperimentu učestvuje stotinu različitih (po porijeklu) normalnih (!) alela (svi su dobijeni iz prirode od održivih jedinki).

Razumijete da kada je postalo moguće dešifrirati primarnu strukturu proučavanih gena, pitanje identiteta alela prestalo je biti teorijsko i svedeno je na identitet njihove primarne strukture (nukleotidna sekvenca). Ako postoji barem jedna supstitucija, aleli su različiti; ako ne, oni su isti, jer su potpuno identični molekuli. S obzirom na mogućnost akumulacije nukleotidnih supstitucija, od kojih mnoge ne utječu na funkciju lokusa, u praksi se ovaj pristup malo razlikuje od apriornog razmatranja različitih alela koji su neovisno dobiveni od različitih individua. Međutim, stopa pojavljivanja supstitucija uvelike varira od lokusa do lokusa - na primjer, u nekim lokusima smo uočili identičnu sekvencu nukleotida čak i kod alela dobijenih iz različitih podvrsta graška (divljeg i kultiviranog).

Dotaknimo se takvih nestrogih, popularnih izraza kao što su "aleli divljeg tipa", "mutantni aleli" i "nulti aleli". Gornja "teorija prisutnosti-odsutnosti" u mnogim slučajevima je prilično primjenjiva. Uzmimo za primjer isti grašak. Cvjetovi graška imaju pigment - antocijanin, koji ih boji u ružičasto-crvenu (ljubičastu) boju. Ako je bilo koji od proteina uključenih u biohemijski lanac sinteze antocijana neispravan ili odsutan, antocijanin se ne sintetizira i cvjetovi ostaju bijeli. Pretpostavimo da postoji lokus u određenom hromozomu, označimo ga a, koji sadrži sekvencu DNK koja kodira jedan od ovih proteina. Obično kažu manje strogo, ali jednostavnije - u određenom hromozomu postoji gen a, koji kodira jedan od ovih proteina (Grašak ima takav gen sa ovom oznakom i kodira regulatorni protein koji se vezuje za DNK, a ne enzim uključen u sintezu antocijanina). Neka ovaj gen ima dva alela, označimo ih A i a. alel A kodira normalan funkcionalni protein. alel a ne kodira funkcionalni protein. Kako je to moguće - pričaćemo kasnije, za nas je sada važno da ovaj alel jednostavno "ne radi" - ne ispunjava svoju molekularnu funkciju, čak i ako nam je nepoznata. U takvim slučajevima se naziva normalni alel divlji tip/ Na primjeru graška, ovaj izraz je dvostruko tačan. Grašak se uzgaja i divlji (predstavnici iste vrste i dalje postoje u divljini). I sav divlji grašak ima ljubičaste cvjetove, dok kultivirani ima i ljubičaste i bijele cvjetove, ali bijeli preovlađuje u povrtarskim i žitnim sortama evropske selekcije. Za alel koji nije sposoban da formira funkcionalni proteinski proizvod, termin se takođe često koristi. nulti alel.

Postoje slučajevi kada koncept "divljeg tipa" ili "nulti alel" nije primjenjiv. Na primjer, u dvokrakoj bubamari Adalia bipunctata Postoje dva oblika - crvena sa crnim mrljama i crna sa crvenim. (Inače, ovo je jedan od klasičnih objekata populacione genetike, koji je u ovu nauku uveo Timofejev-Resovski.) Oba su zastupljena u evropskom delu Rusije, nijedan nije bolji od drugog (u Novosibirsku, međutim, samo drugi je pronađen). Nijedan od njih se ne može nazvati divljim tipom za razliku od drugog. Međutim, moguće je da je jedan od ovih alela povezan sa gubitkom molekularne funkcije proteinskog produkta ovog lokusa, koji će, kao i drugi geni individualnog razvoja, vjerovatno biti faktor koji utječe na ekspresiju drugih gena.

Zatim postoji popularan termin u genetici - mutacija. Istorijski gledano, koncept je uveo Hugo De Vries u smislu koji se približava onom koji sada postoji u horor filmovima - iznenadna promjena u nasljednim sklonostima, što je dovelo do radikalne promjene u fenotipu. De Vries je radio sa jednom od vrsta jaglaca ( Oenothera), koji, kako se kasnije pokazalo, ima vrlo originalnu citogenetiku: zbog višestrukih kromosomskih preuređivanja, cijeli genom se nasljeđuje kao jedan alel. Međutim, riječ je postala široko korišten izraz, i to ne samo u Hollywoodu. Sergej Sergejevič Četverikov, jedan od osnivača populacione genetike, koristio je termin "genovarijacija", što je tačnije, ali nije zaživeo (iako je Četverikov bio jedan od domaćih genetičara koji je imao značajan uticaj na svetsku genetiku, zapravo osnivajući populaciju genetika). Trenutno ispod mutacija razumeo svaka promjena u primarnoj strukturi DNK- od zamjene jednog nukleotida do gubitka ogromnih dijelova hromozoma. Skrećem vam pažnju da se riječ "mutacija" odnosi na sam događaj promjene. Međutim, u nestrogo, ali upornoj genetskoj praksi, ista riječ "mutacija" često se primjenjuje na njen rezultat, odnosno na alel koji je nastao kao rezultat mutacije. Kažu: „U eksperimentu učestvuju drozofile - nosioci mutacije bijela". Sam događaj mutacije, koji je doveo do pojave ove klasične mutacije, niko nije zabilježio - inače, povezuje se s umetanjem mobilnog genetskog elementa u gen enzima copia, koji se kreće izuzetno rijetko - ali svi stalno govore "mutacija" umjesto "mutantni alel". Podrazumijeva se da je jednom postojala mutacija koja je pokvarila normalni alel, što je rezultiralo mutiranim. Lako je shvatiti da je "mutantni alel" također antonim izraza "alel divljeg tipa", ali širi od "nulti alel", jer dozvoljava različita odstupanja od alela divljeg tipa, što dovodi do potpunog gubitka. molekularne funkcije (isto „nekoliko odsutnosti!), a ne vodeći.

Postoji još jedna vrlo gadna terminološka situacija s kojom će se neki od vas morati suočiti u ljudskoj genetici. Kao što ćemo kasnije vidjeti, ljudska genetika općenito, terminološki, dosta je odstupila od opće genetike. Razlog je u tome što, s jedne strane, ova specijalizovana oblast nauke pripada i biologiji i medicini i čisto institucionalno je izolovana od sve druge genetike, te u tom smislu ključa u svom soku. S druge strane, zbog svog praktičnog značaja, ovo područje je vrlo veliko po obimu - po broju istraživača i njihovih studija, časopisa, članaka - što čini njegovu unutrašnju tradiciju otpornom na vanjske utjecaje, uključujući i one od "majke" opšta genetika. Moderna ljudska genetika je toliko napredovala da je u mnogim slučajevima ostvarila vjekovni san genetičara, naime, pokazalo se da može povezati određene znakove (uključujući i patološke) sa prisustvom određenih nukleotida na specifičnim pozicijama specifičnih geni. Ali tu je došlo do nesretne terminološke zamjene. Kada uporedimo mnoge alele u odnosu na primarnu strukturu DNK, ispada da se na nekim pozicijama uvijek nalazi isti specifični nukleotid, a na nekim pozicijama su moguće zamjene nukleotida. (Postoji sumnja da u genomima svih ljudi čovječanstva možete pronaći bilo koji nukleotid u bilo kojoj poziciji, što postavlja smiješno filozofsko pitanje - šta je ljudski genom). Oni su tačno imenovani. polimorfne pozicije- i zaista, svaka takva pozicija pokazuje alternativnu varijabilnost - to jest, polimorfizam - u odnosu na to koji od četiri nukleotida može biti zauzet. Ali ovdje je, nekako, došlo do zamjene pojmova. "Polimorfizam" se počeo nazivati ​​specifičnim nukleotidom na specifičnoj polimorfnoj poziciji (ono što bi se trebalo nazvati "morfom"). Počeli su da govore otprilike ovako: „Sekvencionirali smo taj i takav gen kod toliko ljudi i pronašli dvanaest polimorfizama, dva u takvim i takvim pozicijama, šest u takvim i takvima, a četiri u takvim i takvim. Dva polimorfizma u takvom i takvom položaju pokazala su značajnu povezanost sa sindromom tog i tog. Najvjerovatnije se takva zamjena dogodila na nivou laboratorijskog slenga, koji postoji u svakom naučnom radu i sastoji se od pojednostavljivanja terminologije, često nepismene. Studenti koji dođu u laboratoriju ponekad pomiješaju žargon sa terminologijom i počnu je upotrebljavati potpuno ozbiljno. U nekom trenutku se desi da se i autor članka i recenzenti u naučnom časopisu naviknu na isti žargon, onda to prodre u naučnu štampu i, sa izvesnom verovatnoćom, bude fiksirano. (Slika je, inače, više nego poznata iz populacione genetike i u potpunosti replicira proces specijacije – kada se u izolovanoj populaciji dogode slučajne pojave, one se poklapaju u različitim polovima i fiksiraju se anomalije u sistemu prepoznavanja odgovarajućih seksualnih partnera, koji postaju norma u novoj vrsti i dovode do njenog neukrštanja sa starom.) Pored etimološke kontradikcije (jedan jedini morf se naziva riječju koja označava da postoji mnogo morfova) i lošeg ukusa, takva zamjena ima i posljedica toga da su se istraživači koji koriste ovaj žargon lišili pojma "polimorfizam" u njegovom ispravnom značenju. A kada postane potrebno izraziti odgovarajući koncept (koji nije nestao), umjesto nedvosmislenog pojma, moraju se poslužiti opširnim opisima. Pretpostavimo da u situacijama za koje postoji termin "uravnoteženi polimorfizam" - kada jedan od morfa ima prednost u nekim uslovima, drugi - u drugim, pa koegzistiraju i ne istiskuju jedan drugog - oni uvijek moraju pribjegavati dugotrajnom opisi poput onog iznad.

U smislu upoznavanja sa tradicionalnom i ne uvijek dosljednom genetskom terminologijom, potrebno je spomenuti prilično smiješan termin marker. Ovaj termin je uveden za lokuse koji nam nisu važni sami po sebi, već utoliko što označavaju određenu regiju hromozoma. Pojava takvog pojma bila je povezana sa dugim periodom kada nije bilo poznato mnogo genetskih lokusa. Bio je potreban u situacijama kada je bilo potrebno uložiti novootkriveni gen ili, koliko god to paradoksalno zvučalo, raditi sa genima koji još nisu otkriveni. Na primjer, priroda gena koji kontroliraju ekonomski vrijedne kvantitativne osobine biljaka i životinja dugo je bila potpuno nepoznata, a i sada se o njima malo zna. Istovremeno, nije bilo sumnje da ovi geni postoje i da se nalaze na hromozomima. Manipulirajući poznatim lokusima - markerima - bilo je moguće identificirati regije hromozoma sa kojima su povezani određeni efekti na kvantitativne osobine i koristiti ih u oplemenjivačkom radu. U početku su to uglavnom bili "vidljivi markeri" - lokusi koji su imali alele sa vidljivim efektom. Međutim, u budućnosti se ovaj pristup ozbiljno razvijao zbog uključivanja u genetičku analizu biohemijskih osobina (po pravilu, takođe funkcionalno nevezanih za ekonomski vredne osobine), a kasnije i zbog pojave mogućnosti rada sa polimorfizmom. same hromozomske DNK. To je dovelo do pojave koncepta "molekularnog markera". Dakle, termin "marker" je samo sinonim za pojam "lokus", ali naglašava da nas ovaj lokus ne zanima kao takav, već samo kao orijentir na hromozomu. Međutim, termin se toliko naviknuo da se počeo koristiti u slučajevima kada je lokus direktno proučavan objekt. Paradoksalno, u studijama molekularne filogenije, same analizirane sekvence se takođe obično nazivaju markerima. Ovdje bi se moglo implicirati da su oni samo orijentiri u vremenu i nukleotidne supstitucije u njima označavaju evolucijske događaje, koji, naravno, nisu ograničeni samo na promjene u analiziranim sekvencama.

Geni (tačnije, lokusi) se obično označavaju skraćenicama koje se sastoje od latiničnih slova, kao i brojeva. Međutim, iza ovih oznaka stoje puni nazivi gena, latinski ili, češće, engleski. I puna imena i skraćenice za gene uvijek se pišu kurzivom. Za gene sa vidljivom ekspresijom, ovo je obično riječ koja opisuje mutantni fenotip: w – bijela(bijele oči muhe), y – žuta(žuto tijelo u mušici), a – antocijanin inhibicija(za grašak) op – ovula pestilloida(za grašak) bth – bithorax- nije baš dobar naziv za mutaciju kod drozofile, u kojoj se drugi par krila pojavljuje na metatoraksu (metotoraksu) (kao na mezotoraksu) - ali je napisano kao da se torakalna tagma udvostručila. Postoji čak i mutacija Drosophile sa službenim imenom fushi tarazu(skraćeni simbol - ftz) - Japanski. Veseli Amerikanci nazvali su jedan od gena majke protiv decapentaplegičar, po analogiji sa organizacijama poput "majke protiv rata u Iraku" - kod ženki voćnih mušica, nosilaca ove mutacije, potomci koji nose gen neće preživjeti decapentaplegičar. Skraćenica za ovaj gen zvuči jednako dobro: Mad. Povremeno, a ne u najpopularnijim objektima, službeni naziv gena i njegova skraćenica nisu povezani jedno s drugim: mutacija koja pretvara vitice graška u lišće ima oznaku tl(od bez vitica), a naslov je clavicula. Ako je gen poznat po svom molekularnom proizvodu (protein ili RNA), onda će i sam gen dobiti ime po svom proizvodu: mtTrnK – mitohondrijski transport RNA za lizin, Rbcl – ribuloza bifosfat karboksilaze veliko podjedinica. Važno je da svaka vrsta ima potpuno nezavisnu službenu nomenklaturu simbola gena, što dovodi do određenih poteškoća u današnje vrijeme, kada je povećan broj objekata sa razvijenom privatnom genetikom, a broj objekata u kojima se geni proučavaju ne od strane genetskim eksperimentima, ali direktnim čitanjem sekvenci DNK – raste kao lavina (npr. projekat „10.000 genoma kičmenjaka” je već u funkciji).

Genetika je počela sa slučajevima kada su na svakom lokusu bila poznata samo dva alela i bilo ih je moguće razlikovati pisanjem velikim ili malim slovom, što je inicirao Mendel. Za dominantni alel korišteno je veliko slovo (znate šta to znači iz škole, kasnije ćemo se detaljnije dotaknuti fenomena dominacije) - to je obično alel divljeg tipa; kako bismo sada rekli - alel s normalnom, nenarušenom molekularnom funkcijom. Istovremeno, lokus je označen malim slovom, odnosno njegova oznaka se poklapala sa oznakom recesivnog, odnosno mutantnog, nefunkcionalnog alela, jer su upravo postojanje takvog alela naučnici prvi saznali. o postojanju lokusa. U rijetkim slučajevima, kada se pokazalo da je mutantni alel dominantan, i on i sam lokus označavani su velikim slovom.

Kada je, i vrlo brzo, postalo jasno da u lokusu ima mnogo alela (sada znamo da ih ima mnogo), uvedene su oznake alela koje se pišu superskriptom iza oznake lokusa. Simbol “+” se često koristi kao takav indeks za alel divljeg tipa, ponekad nema indeksa. Pretpostavimo, na prvom poznatom lokusu Drosophila bijela (w) alel divljeg tipa je označen w+ , alel odgovoran za bijele oči w, i odgovoran za marelicu - wa (puno ime - bijelaapricot).

Skrećem vam pažnju da za tradicionalne genetske objekte sa razvijenom privatnom genetikom i dalje koegzistiraju različite tradicije u pisanju oznaka lokusa i njihovih alela. Do sada sam pronašao tri od njih:

Lokusi sa vidljivom manifestacijom pišu se malim ili velikim slovom, u zavisnosti od toga da li je lokus opisan recesivnim ili dominantnim alelom u odnosu na divlji tip; i napisano velikim slovima ako je lokus poznat iz molekularne funkcije. Istovremeno, za lokuse sa vidljivim ispoljavanjem i dominacijom, očuvana je tradicija da se recesivni aleli pišu malim, a dominantni aleli velikim slovom. Takva je genetska nomenklatura, na primjer, kod graška i miševa. Na primjer, lokus graška a, odgovorna za boju cvijeća ima alele A i a.

Kao iu prethodnom slučaju, ali velika i mala slova u oznaci lokusa i njegovih alela su čvrsto fiksirani. Takav sistem se koristi u Drosophila. Evo oznaka w i W pripadaju potpuno različitim lokusima. bijela i Naborano. Alel divljeg tipa je ovdje uvijek označen indeksom "+". (Zanimljivo je da genetičari drozofile i miša, koji su navikli na sistem koji su usvojili njihovi subjekti, obično nisu ni svjesni postojanja drugog sistema za imenovanje lokusa.)

Sva slova u oznakama lokusa su uvijek velika. Takav sistem se danas koristi u ljudskoj genetici, a usvojen je sasvim nedavno.

Za fenotipove se koriste iste oznake alela, ali uvijek bez kurziva. Dakle, ako opišete rezultate eksperimenta u kojem ste primijetili toliko biljaka graška s ljubičastim cvjetovima i toliko s bijelim cvjetovima, i znate da je bijelo cvjetanje u eksperimentu povezano s lokusom a, tada ćete u tabeli pojavljivanja označiti biljke ljubičastih i bijelih cvjetova slovima A i a, čak i ako ne znate njihov genotip. Isto se radi i ako se utvrdi prisustvo elektroforetskih varijanti nekog izoenzima: tamo je korespondencija fenotipa sa genotipom veća, ali ni ona nije uvijek jednoznačna.

1.4. Koncepti "homozigota", "heterozigota", "hemizigota".

U svakom diploidnom organizmu, svaki hromozom (osim polnih) je predstavljen u dvije kopije - homolozi dobijeni od oca, odnosno majke. Svaki od homologa ima isti skup lokusa, au svakom od homologa svaki lokus zauzima neki alel. Dakle, svaki diploidni organizam nosi dva alela svakog lokusa. Prilikom snimanja njegovog genotipa, redom se ispisuju oznake dva alela prisutna u lokusu (lokusu) koji nas zanima, na primjer, ako postoji u lokusu a alela graška A i a Postoje tri moguća genotipa: A A, A a i a a.

Ako je u oba homologa lokus predstavljen istim alelom, onda se kaže da je pojedinac homozigot na ovom alelu, ili na ovom lokusu. Štaviše, kada kažu da su homozigotni po lokusu, naglasak je na činjenici da u oba homologa nema razlike u tome, kada kažu da su homozigotni za alel, akcenat je na tome koji alel. Ako je u oba homologa lokus predstavljen različitim alelima, onda je pojedinac heterozigot za ovaj lokus. Radi jednostavnosti, homozigotne i heterozigotne osobe nazivaju se respektivno homozigot i heterozigota. Uzimajući u obzir ono što je gore rečeno o identitetu/razlikama alela, pravi homozigoti u prirodi nisu baš česti. Međutim, u određenom eksperimentu, niko se ne trudi zanemariti razlike koje nisu otkrivene ili se ne mogu otkriti u ovom eksperimentu, i da se pojedinci kod kojih obje kopije lokusa imaju identičnu fenotipsku manifestaciju smatraju homozigotima. U studijama koje su uključivale srodne osobe, susreću se poznati homozigoti - jedinke kod kojih su oba alela nekog lokusa identična po poreklu. Takve studije često koriste taj pojam prosječna heterozigotnost je udio heterozigotnih lokusa među svim lokusima.

Dodajmo još jedan termin hemizigota- radi se o individui kod koje su očigledno prisutna ne dva, već samo jedan alel. Pa, na primjer, vjerovatno znate da muškarci imaju samo jednu polni X hromozom, a drugi spolni hromozom, Y hromozom, nije mu homologan (sa izuzetkom malih područja), budući da nije lišen većine regija zasićenih genetskim informacijama. Dakle, aleli iz onih regija X hromozoma koji nisu zastupljeni na Y hromozomu nemaju homologe u jezgru, odnosno nalaze se u hemizigotu. Ponekad hromozom izgubi dio svog fragmenta zajedno sa genima (ili jednim genom) u njemu. U ovom slučaju, aleli ovih gena u homolognom hromozomu su takođe u hemizigotu. Međutim, u genetskom eksperimentu često ne znamo šta se dogodilo u hromozomima, a gene prosuđujemo samo po fenotipu. U ovom slučaju, odsustvo gena se možda neće razlikovati od njegovog "sloma" - gubitka njegove funkcije. I dok ne saznamo, recimo, molekularnu pozadinu, ali nekako zaključimo da je molekularna funkcija izgubljena, pričaćemo samo o alelu, ili "nultom alelu".

Razlikovanje između homozigota, heterozigota i hemizigota može biti važno kod diploidnih organizama jer doza odgovarajući alel u genomu u ovom slučaju se razlikuje za pola (na primjer, u slučaju lokusa u X hromozomu, dvije kopije po genomu kod žena i jedna kod muškaraca), što može biti važno. Molekularna genetika obično odstupa od homozigotnosti/heterozigotnosti svojih subjekata. Međutim, koncept se ovdje često koristi. doze gena, odnosno broj alela sa nenarušenom molekularnom funkcijom u genomu - obično varira od 0 do 2, ali se može povećati modifikacijom gena, odnosno vještačkim unošenjem dodatnih kopija u genom.

U slučaju haploidnih organizama, uobičajeno je reći da su generalno svi aleli svih gena u hemizigotu. Kakve haploidne organizme imamo? Prokarioti, niže gljive i askomicete, biljni gametofiti. Napomenimo jedan detalj - haploidi nisu oni koji imaju striktno jedan haploidni genom u ćeliji. U većini bakterijskih ćelija postoji nekoliko nukleoida koji se još nisu imali vremena odvojiti - ali su svi identični (do de novo mutacija). Kod nižih gljiva, hife se često uopće ne dijele na pojedinačne ćelije. Važno je da haploidni organizam ima jednu varijantu haploidnog genoma u svojim ćelijama. Konačno, neke životinje - poput Hymenoptera - imaju haploidni spol - vjerovatno znate da su pčelinje trutove haploidne. Istovremeno, u somatskim ćelijama skup hromozoma se udvostručuje, od čega oni ne prestaju biti haploidi. Mitohondrije i plastidi se češće nasljeđuju samo od majke, pa su ćelije hemizigotne za gene koji se nalaze u genomima ovih organela. Međutim, u mnogim biljkama plastidi ponekad imaju biparentalno nasljeđe, kod drugih se to događa povremeno, a očinske mitohondrije također izuzetno rijetko prodiru u zigotu. U takvim slučajevima, potomci primaju od oba roditelja određeni promjenjivi udio ovih organela, koji nije nužno jednak 1/2. U takvim slučajevima uobičajeno je govoriti o heteroplazmija.

05.05.2015 13.10.2015

Termini aleli, lokusi, markeri se široko koriste u modernoj genetičkoj nauci. U međuvremenu, sudbina djeteta često ovisi o razumijevanju tako uskih pojmova, jer je dijagnoza očinstva u direktnoj vezi sa ovim pojmovima.

Ljudska genetska karakteristika

Svaka osoba ima svoj jedinstveni skup gena koje dobija od svojih roditelja. Kao rezultat kombinacije skupa roditeljskih gena, dobija se potpuno novi, jedinstveni organizam djeteta sa vlastitim setom gena.
U genetskoj nauci, savremeni istraživači su identifikovali određena područja ljudskih gena koja imaju najveću varijabilnost - lokuse (njihovo drugo ime je DNK markeri) za dijagnostiku.
Bilo koji od ovih lokusa ima mnogo genetskih varijacija - alela (alelne varijante), čiji je sastav čisto jedinstven i čisto individualan za svaku osobu. Na primjer, lokus boje kose ima dva moguća alela, tamni ili svijetli. Svaki marker ima svoj individualni broj alela. Neki markeri sadrže 7-8, drugi više od 20. Kombinacija alela za sve proučavane lokuse naziva se DNK profil određene osobe.
Upravo varijabilnost ovih genskih sekcija omogućava provođenje genetskog ispitivanja srodstva među ljudima, jer dijete od svojih roditelja dobija jedan od lokusa od svakog roditelja.

Princip genetskog testiranja

Genetski postupak utvrđivanja biološkog očinstva pomaže da se utvrdi da li je muškarac koji sebe smatra roditeljem određenog djeteta pravi tata ili je ta činjenica isključena. Za ispitivanje biološkog očinstva, analiza upoređuje lokuse između roditelja i njihovog djeteta.
Moderne metode analize DNK mogu istovremeno proučavati ljudski genom na nekoliko lokusa. Na primjer, standardizirana studija gena uključivala je ispitivanje 16 markera odjednom. Ali danas se u modernim laboratorijama vrše stručna istraživanja na skoro 40 lokusa.
Analize se vrše korišćenjem savremenih genskih analizatora - sekvencera. Na izlazu, istraživač prima elektroforegram, koji ukazuje na lokuse i alele analiziranog uzorka. Tako se kao rezultat DNK analize analizira prisustvo određenih alela u analiziranom DNK uzorku.

Određivanje vjerovatnoće veze

Da bi se utvrdio nivo srodstva, DNK profili koji su dobijeni za određenog učesnika u ispitivanju podvrgavaju se statističkoj obradi na osnovu koje veštak donosi zaključak o procentualnoj verovatnoći srodstva.
Da bi se izračunao nivo povezanosti, određeni statistički program upoređuje prisustvo istih alelnih varijanti svih proučavanih lokusa sa analiziranim. Obračun se vrši između svih učesnika u analizi. Rezultat izračunavanja je određivanje kombinovanog indeksa očinstva. Drugi pokazatelj je vjerovatnoća očinstva. Visoka vrijednost svake od utvrđenih vrijednosti dokaz je biološkog očinstva ispitivanog muškarca. U pravilu se za izračunavanje pokazatelja srodstva koristi baza podataka o alelnim frekvencijama dobivenim za stanovništvo Rusije.
Pozitivno poređenje 16 različitih, nasumično odabranih DNK markera omogućava, prema statistikama, da se utvrdi vjerovatnoća očinstva. Međutim, ako se rezultati za alela 3 ili više markera od 16 ne poklapaju, rezultat ispitivanja biološkog očinstva smatra se negativnim.

Tačnost rezultata ispitivanja

Nekoliko faktora utiče na tačnost rezultata genetskog testiranja:
broj analiziranih genetskih lokusa;
priroda lokusa.
Genetska analiza što većeg broja lokusa koji su jedinstveni za određenu osobu omogućava preciznije utvrđivanje (ili, obrnuto, opovrgavanje) stepena vjerovatnoće očinstva.
Tako je dostižni stepen vjerovatnoće u simultanoj analizi do 40 različitih lokusa do 99,9% za potvrdu vjerovatnoće biološkog očinstva, odnosno do 100% ako se dobije negativan rezultat.
Utvrđivanje biološkog očinstva sa stepenom vjerovatnoće od 100% nemoguće je zbog teorijske mogućnosti postojanja muškarca sa istim skupom DNK markera kao i otac djeteta. Međutim, na nivou vjerovatnoće od 99,9%, pregled se smatra pozitivnim, a očinstvo je dokazano.

Koji izvori DNK su pogodni za analizu?

DNK ispitivanje je veoma osetljiva procedura koja ne zahteva velike količine uzorak za ekstrakciju DNK. Zahvaljujući savremenim naučnim dostignućima, genetsko testiranje za utvrđivanje verovatnoće očinstva može se obaviti korišćenjem kako biološkog materijala dobijenog od određene osobe (bris iz usta, kose, krvi) tako i nebiološkog materijala, odnosno samo u kontaktu. sa osobom (na primjer, njegova četkica za zube, odjevni predmet, duda za bebe, kuhinjski pribor). To je moguće zbog činjenice da su u svim ljudskim stanicama, bez obzira na njihovo porijeklo, molekule DNK potpuno iste, što omogućava upoređivanje uzoraka DNK dobijenih iz usta pacijenta sa uzorkom krvi, odnosno uzorkom DNK. dobijene četkicom za zube ili odjećom.

Novi napredak u utvrđivanju očinstva

Nova riječ u definiciji očinstva bila je razvoj mikročip dijagnostike. Zahvaljujući indikaciji na mikročipu (maloj pločici) gotovo svih ljudskih gena, utvrđivanje očinstva neće biti teško. Ova tehnologija je slična genetskom "pasošu". Uzimanjem uzorka krvi ili amnionske tečnosti iz fetusa, biće moguće lako izdvojiti DNK iz njega i provesti hibridizaciju na mikromrežama roditelja. Istraživači planiraju koristiti ovu tehnologiju i za otkrivanje nasljednih bolesti.

Gene- strukturna i funkcionalna jedinica naslijeđa živih organizama. Gen je dio DNK koji određuje sekvencu određenog polipeptida ili funkcionalne RNK.

Peptidi- familija supstanci čiji su molekuli izgrađeni od dva ili više aminokiselinskih ostataka povezanih u lanac peptidnim (amidnim) vezama -C (O) NH -. Obično se odnosi na peptide koji se sastoje od aminokiselina. Peptidi čija je sekvenca kraća od oko 10-20 aminokiselinskih ostataka mogu se takođe nazvati oligopeptidi, sa većom dužinom niza se nazivaju polipeptidi.

proteini obično se nazivaju polipeptidi koji sadrže oko 50 aminokiselinskih ostataka.

Genom- ukupnost nasljednog materijala sadržanog u ćeliji tijela. Genom sadrži biološke informacije potrebne za izgradnju i održavanje organizma. Većina genoma, uključujući ljudski genom i genome svih drugih ćelijskih oblika života, izgrađeni su od DNK, ali neki virusi imaju RNA genome. Kod ljudi (Homo sapiens) genom se sastoji od 23 para hromozoma koji se nalaze u jezgru, kao i mitohondrijalne DNK. Dvadeset i dva autosoma, dva polna hromozoma X i Y, i ljudska mitohondrijska DNK zajedno sadrže približno 3,1 milijardu parova baza.

Zajedno sa faktorima okoline, genom određuje fenotip organizam.

Genotip- skup gena datog organizma koji karakteriše pojedinca. Termin „genotip”, zajedno sa terminima „gen” i „fenotip”, uveo je genetičar V. L. Johansen 1909. godine u svom delu „Elementi egzaktne doktrine nasledstva”. Obično se o genotipu govori u kontekstu određenog gena; kod poliploidnih pojedinaca, on označava kombinaciju alela datog gena. Većina gena se pojavljuje u fenotipu organizma, ali se fenotip i genotip razlikuju na sljedeće načine:

1. Prema izvoru informacija (genotip se utvrđuje proučavanjem DNK pojedinca, fenotip se bilježi posmatranjem izgleda organizma)
2. Genotip ne odgovara uvijek istom fenotipu. Neki geni se pojavljuju u fenotipu samo pod određenim uslovima. S druge strane, neki fenotipovi, kao što je boja životinjskog krzna, rezultat su interakcije nekoliko gena prema vrsti komplementarnosti.

alela- različiti oblici istog gena, locirani u istim regionima (lokusima) homolognih hromozoma i određujući alternativne varijante razvoja iste osobine. U diploidnom organizmu mogu postojati dva identična alela istog gena, u kom slučaju se organizam naziva homozigotnim, ili dva različita, što rezultira heterozigotnim organizmom. Termin "alel" također je predložio W. Johansen (1909).

Locus- u genetici označava lokaciju određenog gena na genetskoj ili citološkoj mapi hromozoma. Varijanta DNK sekvence na datom lokusu naziva se alel. Uređena lista lokusa za bilo koji genom se zove genetska mapa.

Gensko mapiranje je definicija lokusa za specifično biološko svojstvo.

hromozomi- nukleoproteinske strukture u jezgru eukariotske ćelije, u kojima je koncentrisana većina nasljednih informacija i koje su namijenjene za njihovo skladištenje, implementaciju i prijenos. Hromozomi su jasno vidljivi pod svetlosnim mikroskopom samo u periodu mitotičke ili mejotičke deobe ćelije. Skup svih hromozoma ćelije, nazvan kariotip, je osobina specifična za vrstu koju karakteriše relativno nizak nivo individualne varijabilnosti.

Prvobitno je predložen termin da se odnosi na strukture pronađene u eukariotskim stanicama, ali se posljednjih decenija sve više govori o bakterijskim ili virusnim hromozomima. Stoga je šira definicija definicija hromozoma kao strukture koja sadrži nukleinska kiselina i čija je funkcija pohranjivanje, implementacija i prenošenje nasljednih informacija. Eukariotski hromozomi su strukture koje sadrže DNK u jezgru, mitohondrijima i plastidima. Prokariotski hromozomi su strukture koje sadrže DNK u ćeliji bez jezgra.

Virusni hromozomi je DNK ili RNK molekul u kapsidi.

Locus (od lat. locus - mjesto)

hromozom Linearni dio hromozoma koji zauzima jedan gen. Uz pomoć genetskih i citoloških metoda moguće je odrediti lokalizaciju gena, odnosno utvrditi na kojem se hromozomu nalazi ovaj gen, kao i položaj njegovog L. u odnosu na L. drugih gena. koji leže na istom hromozomu (vidi Genetske mape hromozoma). Kao što je pokazano kod nekih mikroorganizama, geni koji kontrolišu određeni niz biohemijskih reakcija nalaze se u susednom L., a L. se nalaze istim redosledom kojim se odvijaju reakcije biosinteze; za više organizme ovo pravilo nije uspostavljeno. Izraz "L." u genetskoj literaturi, ponekad se koristi kao sinonim za termine Gen i Cistron.

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte šta je "Locus" u drugim rječnicima:

lokus(i)- * lokus(i) * lokus(i) 1. Lokacija određenog gena (njegovi specifični aleli) na hromozomu ili unutar segmenta genomske DNK. 2. Lokacija date mutacije ili gena na genetskoj mapi. Često se koristi umjesto izraza "mutacija" ... ... Genetika. enciklopedijski rječnik

- (lat. locus) lokacija određenog gena na genetskoj mapi hromozoma... Veliki enciklopedijski rječnik

- (od lat. locus place), lokacija određenog gena (njegovih alela) na genetici. ili citologija. mapa hromozoma. Ponekad izraz "L." neopravdano korišten kao sinonim za pojam "gen". .(Izvor: "Biološki enciklopedijski rečnik." Ch. ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

Ah, m. (… Rječnik stranih riječi ruskog jezika

LOCUS- (od lat. locus place), lokacija ovog gena u hromozomu. Ekološki enciklopedijski rječnik. Kišinjev: Glavno izdanje moldavskog Sovjetska enciklopedija. I.I. Deda. 1989... Ekološki rječnik

Locus- lokacija određenog gena (njegovih alela) na hromozomu ... Izvor: METODOLOŠKE PREPORUKE PREDVIĐANJE, RANA PREKLINIČKA DIJAGNOSTIKA I PREVENCIJA INZULIN-ZAVISNOG DIJABETESA MELITUSA (N 15) (odobren od strane predsjednika Komisije .... .. Zvanična terminologija

Postoji., Broj sinonima: 1 mjesto (170) Rječnik sinonima ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Rečnik sinonima

locus- Lokacija alelnog gena u hromozomu Teme biotehnologije EN lokus ... Priručnik tehničkog prevodioca

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Lokus (značenja). Šematski prikaz hromozoma: (1) Hromatida, jedan od dva identična dijela hromozoma nakon S faze. (2) Centromera, mjesto gdje su hromatide zajedno... Wikipedia

- (lat. locus), lokacija određenog gena na genetskoj mapi hromozoma. * * * LOKUS LOCUS (lat. locus), lokacija određenog gena na genetskoj mapi hromozoma... enciklopedijski rječnik

Locus locus. Lokacija gena (ili njegovih specifičnih alela) na mapi hromozoma organizma; često izraz "L." neprikladno korišten umjesto izraza "gen" . (Izvor: "Englesko-ruski eksplanatorni rečnik genetskih pojmova". Arefiev V ... Molekularna biologija i genetika. Rječnik.

Knjige

• Lokus kontrole za maloljetne prestupnike, Elena Smoleva. U radu se detaljno razmatraju pitanja dijagnostike i korekcije lokusa kontrole (nivoa subjektivne kontrole) maloletnika. Posebna pažnja posvećena je empirijskim studijama nivoa ...