Definicija genskega lokusa. Določanje razmerja med dvema genskima lokusoma. Zaznavanje povezave. Poglejte, kaj je "Locus" v drugih slovarjih

V prašičereji v Evropi in Ameriki se začenja uporabljati genomska selekcija. Njegove tehnologije omogočajo dešifriranje genotipa prašičev že ob rojstvu in izbiro najboljših živali za vzrejo. Ta najnovejša tehnologija je zasnovana tako, da dodatno poveča natančnost vzreje in zanesljivost plemenske vrednosti prašičev.

Prednik genomske selekcije je selekcija markerjev.

Selekcija markerjev je uporaba markerjev za označevanje genov kvantitativne lastnosti, ki omogoča ugotavljanje prisotnosti ali odsotnosti določenih genov (genskih alelov) v genomu.

Gen je del DNK, določeno zaporedje nukleotidov, v katerem so kodirane informacije o sintezi ene proteinske molekule (ali RNA) in posledično zagotavlja nastanek katere koli lastnosti in njen prenos z dedovanjem.

Geni, zastopani v populaciji v več oblikah – aleli – so polimorfni geni. Alele genov delimo na dominantne in recesivne. Genski polimorfizem zagotavlja različne lastnosti znotraj vrste.

Vendar pa je le nekaj lastnosti pod nadzorom posameznih genov (na primer barva las). Kazalniki produktivnosti so praviloma kvantitativne lastnosti, za razvoj in manifestacijo katerih so odgovorni številni geni. Nekateri od teh genov imajo lahko bolj izrazit učinek. Takšni geni se imenujejo jedrni geni lokusov kvantitativnih lastnosti (QTL). Lokusi kvantitativnih lastnosti (QTL) so segmenti DNK, ki vsebujejo gene ali so povezani z geni, ki so podlaga za kvantitativno lastnost.

Prvič je idejo o uporabi markerjev pri vzreji teoretično utemeljil A.S. Serebrovsky že v 20. letih. Po mnenju A. S. Serebrovsky je marker (takrat imenovan »signal«, angleški izraz »marker« se je začel uporabljati pozneje) alel gena, ki ima jasno izraženo fenotipsko manifestacijo, lokaliziran poleg drugega alela, ki določa gospodarsko pomemben preučevana lastnost, vendar nima jasne fenotipske manifestacije; tako pri izbiri za fenotipsko manifestacijo tega signalnega alela pride do izbora povezanih alelov, ki določajo manifestacijo preučevane lastnosti.

Sprva so bile morfološke (fenotipske) lastnosti uporabljene kot genetski markerji. Vendar pa imajo kvantitativne lastnosti zelo pogosto kompleksno naravo dedovanja, njihova manifestacija je odvisna od okoljskih razmer, število označevalcev, ki se uporabljajo kot fenotipske lastnosti, pa je omejeno. Nato so bili genski produkti (beljakovine) uporabljeni kot markerji. Toda najučinkovitejši način za testiranje genetskega polimorfizma ni na ravni genskih produktov, temveč neposredno na ravni genov, torej z uporabo polimorfnih nukleotidnih zaporedij DNK kot markerjev.

Običajno se fragmenti DNK, ki ležijo blizu skupaj na kromosomu, podedujejo skupaj. Ta lastnost omogoča uporabo markerja za določitev natančnega dednega vzorca gena, ki še ni bil natančno lociran.

Tako so markerji polimorfne regije DNK z znanim položajem na kromosomu, vendar neznanimi funkcijami, ki jih je mogoče uporabiti za identifikacijo drugih genov. Genetski označevalci morajo biti zlahka prepoznavni, povezani s specifičnim lokusom in zelo polimorfni, ker homozigoti ne zagotavljajo informacij.

Široka uporaba variant polimorfizma DNK kot genetskih markerjev se je začela leta 1980. Molekularno genetske markerje so uporabljali za programe ohranjanja genskih skladov pasem kmetijskih živali, z njimi so reševali probleme izvora in razširjenosti pasem, ugotavljali sorodstvo, kartiranje glavnih lokusov kvantitativnih lastnosti, proučevanje genetskih vzrokov dednih bolezni, pospeševanje selekcije posameznih lastnosti - odpornost na določene dejavnike, glede na produktivne kazalnike. V Evropi se genetski označevalci uporabljajo v prašičereji od zgodnjih devetdesetih let prejšnjega stoletja. osvoboditi populacijo gena za halotan, ki povzroča stresni sindrom pri prašičih.

Obstaja več vrst molekularno genetskih markerjev. Do nedavnega so bili mikrosateliti zelo priljubljeni, saj so zelo razširjeni v genomu in imajo visoka stopnja polimorfizem. Mikrosateliti - SSR (Simple Sequence Repeats) ali STR (Simple Tandem Repeats) so sestavljeni iz segmentov DNK, dolgih 2-6 baznih parov, ki se večkrat ponovijo v tandemu. Ameriško podjetje Applied Biosystems je na primer razvilo testni sistem za genotipizacijo 11 mikrosatelitov (TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA126, TGLA122, INRA23, ETH3, ETH225, BM1824). Vendar mikrosateliti niso dovolj za fino kartiranje posameznih regij genomov, visoki stroški opreme in reagentov ter razvoj avtomatiziranih metod z uporabo čipov SNP jih izrivajo iz prakse.

Zelo priročna vrsta genetskih markerjev je SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) – snip oz. polimorfizem enega nukleotida- gre za razlike v zaporedju DNK enega nukleotida v genomu predstavnikov iste vrste ali med homolognimi regijami homolognih kromosomov posameznika. SNP so točkovne mutacije, ki se lahko pojavijo kot posledica spontanih mutacij in delovanja mutagenov. Razlika celo enega para baz lahko povzroči spremembo lastnosti. SNP-ji so zelo razširjeni v genomu (človek ima približno 1 SNP na 1000 baznih parov). Genom prašiča ima na milijone točkovnih mutacij. Nobena druga vrsta genomske razlike ne more zagotoviti takšne gostote markerjev. Poleg tega imajo SNP nizko raven mutacij na generacijo (~ 10-8), v nasprotju z mikrosateliti, zaradi česar so primerni označevalci za populacijsko genetsko analizo. Glavna prednost SNP-jev je možnost uporabe avtomatskih metod za njihovo odkrivanje, na primer uporaba DNK predlog.

Da bi povečali število označevalcev SNP, so številna tuja podjetja nedavno združila moči, da bi ustvarila enotno bazo podatkov, da bi lahko testirali veliko število živali, testiranih na produktivnost na polimorfizem, in ugotovili prisotnost povezav med znanimi točkami. mutacije in produktivnost.

Trenutno je bilo ugotovljeno veliko število polimorfnih genskih variant in njihov medsebojni vpliv na produktivne lastnosti prašičev. Nekateri genetski testi z uporabo markerjev uspešnosti so javno dostopni in se uporabljajo v programih za vzrejo. Z uporabo takšnih označevalcev lahko izboljšate nekatere produktivne kazalnike.

Primeri označevalcev produktivnosti:

• označevalci plodnosti: ESR, gen estrogenskega receptorja, EPOR, gen receptorja za eritropoetin;
• markerji odpornosti na bolezni – gen receptorja ECR F18;
• označevalci učinkovitosti rasti, mesne produktivnosti - MC4R, HMGA1, CCKAR, POU1F1.

MC4R - gen receptorja melanokortina 4 pri prašičih se nahaja na kromosomu 1 (SSC1) q22-q27. Zamenjava enega nukleotida A z G vodi do spremembe aminokislinske sestave receptorja MC4. Posledično pride do kršitve regulacije izločanja celic maščobnega tkiva, kar vodi do kršitve presnove lipidov in neposredno vpliva na proces nastajanja znakov, ki so značilni za pitanje in mesne lastnosti prašičev. Alel A določa hitro rast in veliko debelino slanine, alel G pa je odgovoren za učinkovitost rasti in velik odstotek pustega mesa. Homozigotni prašiči z genotipom AA dosežejo tržno težo tri dni hitreje kot homozigotni za alel G (GG), vendar imajo prašiči z genotipom GG 8 % manj maščobe in imajo večjo konverzijo krme.

Na produktivnost mesa in pitanja vplivajo tudi drugi geni, ki nadzorujejo kompleks povezanih fizioloških procesov. Gen POU1F1, hipofizni transkripcijski faktor, je regulatorni transkripcijski faktor, ki določa izražanje rastnega hormona in prolaktina. Pri prašičih je lokus POU1F1 preslikan na kromosom 13. Njegov polimorfizem je posledica točkovne mutacije, ki vodi do tvorbe dveh alelov, C in D. Prisotnost alela C v genotipu prašičev je povezana s povečano povprečno dnevno težo. pridobitev in večja zgodnja zgodnja.

Označevalci omogočajo tudi testiranje genotipa merjasca glede spolno omejenih lastnosti, ki se pojavljajo samo pri svinjah. To je na primer plodnost (število pujskov na prasico), ki jo merjasec prenese na potomce. Na primer, testiranje genotipa merjasca na markerje estrogenskih receptorjev (ESR) bo omogočilo izbiro tistih merjascev za vzrejo, ki bodo prenesli višje reproduktivne lastnosti na svoje hčere.

Na podlagi rezultatov selekcije markerjev je mogoče oceniti pogostost pojavljanja zaželenih in nezaželenih alelov za pasmo ali linijo, nadaljnjo selekcijo pa je treba izvesti tako, da imajo vse živali v pasmi le prednostne alele genov.

riž. 1. Princip delovanja oligonukleotidnega biočipa

DNK čip je substrat s celicami, na katerih je odložena reagentna snov. Testni material je označen z različnimi oznakami (pogosto fluorescenčnimi barvili) in nanešen na biočip. Kot je prikazano na sliki, se reagentna snov – oligonukleotid – veže v testni material – fluorescenčno označeni fragmenti DNK – le komplementarni fragment. Posledično se na tem elementu biočipa opazi sijaj.

Leta 2009 je bil dešifriran prašičji genom. Razvit čip SNP ( Različica DNK mikročipa), ki vsebuje 60.000 genetskih markerjev genoma. Za pospešitev raziskav so bili celo ustvarjeni posebni roboti za branje izrezkov. Vzorec prašičje DNK je mogoče testirati na prisotnost ali odsotnost skoraj vseh pomembnih točkovnih mutacij, ki določajo produktivne lastnosti. Tako lahko izbira najboljših živali temelji na genetskih označevalcih brez merjenja fenotipskih kazalnikov.

Ta napredek je pripeljal do uvedbe nove tehnologije – genomske selekcije. Genomska selekcija je testiranje genoma hkrati za veliko število označevalcev, ki pokrivajo celoten genom, tako da so lokusi kvantitativnih lastnosti (QTL) v neravnovesju povezave z vsaj enim markerjem. Pri genomski vzreji se skeniranje genoma izvaja z uporabo čipov (matrik) s 50-60 tisoč SNP (ki označujejo glavne gene kvantitativnih lastnosti) za identifikacijo posameznih nukleotidnih polimorfizmov vzdolž genoma živali, določitev genotipov z želeno manifestacijo nabora proizvoda. , in oceniti plemensko vrednost živali.

Izraz "genomska selekcija" sta prvič uvedla Haley in Wisher leta 1998. Meuwissen in drugi so leta 2001 razvili in predstavili metodologijo za analitično vrednotenje plemenske vrednosti z uporabo zemljevida označevalcev celotnega genoma.

Praktična uporaba genomske selekcije se je začela leta 2009.

Od leta 2009 so največja podjetja v ZDA (Cooperative Resources International), na Nizozemskem, v Nemčiji in Avstraliji začela uvajati genomsko selekcijo v govedorejske programe. Biki različnih pasem so bili genotipizirani za več kot 50.000 SNP.

Hypor je prvi objavil celoten tržni program genomske vzreje, kar bo povečalo natančnost vzreje v prašičereji. Junija 2012 je bilo v medijih objavljeno, da lahko Hypor svojim strankam ponudi stalež genomske plemenske vrednosti.

Genetsko podjetje Hypor uporablja genomsko selekcijo od leta 2010 in tesno sodeluje s Centrom znanstvena raziskava in nove tehnologije skupine Hendrix Genetics (Hendrix Genetics). Hendrix Genetics testira več kot 60.000 markerjev SNP in te informacije uporablja za raziskave DNK. Genomski indeks genetskega potenciala prašičev se izračuna po analizi 60.000 genskih markerjev (snip) za žival. V teoriji, če je dovolj genetskih označevalcev, ki pokrivajo vso DNK prašiča (njegov genom), je mogoče opisati vse genetske variacije za vse merljive lastnosti. V pripravi je sodobna matematično-genetska programska oprema za obdelavo podatkov.

Genetsko podjetje Hendrix Genetics ima veliko biobanko – v njej so shranjeni vzorci krvi in ​​tkiv plemenskih živali več farm in generacij za raziskave DNK (identifikacija genetske vrednosti živali) in analizo genotipa živali. Hypor že več kot dve leti izvaja testiranje prašičje DNK v svojih rejnih obratih. Vsi vzorci iz različnih plemenskih obratov, ki se nahajajo v različnih državah, se pošljejo v predelavo v novi Hendrix Genetics Central Genomic Laboratory v Ploufragant (Francija). Gerard Albers, direktor Centra za raziskave in nove tehnologije, poudarja: "Genomski laboratorij je dragoceno premoženje, ki si ga delijo vsa genetska podjetja, ki sestavljajo Hendrix Genetics, in je resnično edinstvena v industriji prašičev."

Genomska selekcija je močno orodje za prihodnjo uporabo. Trenutno je učinkovitost genomske selekcije omejena z različno naravo interakcije med lokusi kvantitativnih lastnosti, variabilnostjo kvantitativnih lastnosti pri različnih pasmah in vplivom okoljskih dejavnikov na manifestacijo lastnosti. Toda rezultati študij v mnogih državah so potrdili, da uporaba statističnih metod v povezavi z genomskim skeniranjem povečuje zanesljivost napovedi plemenske vrednosti.

Za izbor prašičev s statističnimi metodami za nekatere kazalnike (na primer odpornost na bolezni, kakovost mesa, plodnost) je značilna nizka učinkovitost. To se zgodi zaradi naslednjih dejavnikov:

• nizka dednost lastnosti,
• velik vpliv na ta znak okoljskih dejavnikov,
• zaradi spolno omejene manifestacije,
• manifestacija lastnosti le pod vplivom določenih dejavnikov,
• ko se manifestacija simptoma pojavi relativno pozno,
• zaradi dejstva, da je značilnosti težko izmeriti (na primer zdravstvene značilnosti),
• prisotnost skritih nosilcev-znakov.

Takšno napako pri prašičih, kot je občutljivost na stres, je na primer težko diagnosticirati in se kaže v povečani umrljivosti pujskov pod vplivom stresa (prevoz ipd.) in poslabšanju kakovosti mesa. Testiranje DNK z uporabo genskih označevalcev omogoča identifikacijo vseh nosilcev te okvare, vključno s latentnimi, in ob upoštevanju tega izvajanja selekcije.

Za oceno kazalnikov produktivnosti, ki jih je težko napovedati s statističnimi metodami, je za njihovo zanesljivejšo oceno potrebna analiza potomstva, torej je treba počakati na potomstvo in analizirati njegovo plemensko vrednost. In uporaba označevalcev DNK omogoča analizo genotipa takoj ob rojstvu, ne da bi čakali na manifestacijo lastnosti ali videz potomcev, kar bistveno pospeši selekcijo.

Indeksno vrednotenje živali se izvaja glede na zunanje in proizvodne lastnosti (zgodnja zrelost pujskov itd.). V obeh primerih se uporabljajo fenotipski kazalniki, zato je za uporabo teh lastnosti v izračunih potrebno poznati njihov koeficient dednosti. Vendar pa se bomo tudi v tem primeru ukvarjali z verjetnostjo genetske utemeljitve katere koli lastnosti, povprečnimi kazalniki njenih prednikov in potomcev (ni mogoče ugotoviti, katere gene je mlada žival podedovala: boljše ali slabše od tega povprečja). ). S pomočjo analize genotipa je mogoče natančno ugotoviti dejstvo dedovanja določenih genov že ob rojstvu, oceniti genotipe neposredno in ne preko fenotipskih manifestacij.

Vendar, če so prašiči izbrani zaradi lastnosti, ki so zelo dedne, kot je lahko merljivo število seskov, genomska selekcija ne bo prinesla bistvenih koristi.

Izbira označevalcev ne zanika tradicionalnih pristopov k določanju plemenske vrednosti. Tehnologije statistične analize in genomske selekcije se dopolnjujejo. Uporaba genetskih označevalcev omogoča pospešitev postopka selekcije živali, indeksnih metod pa za natančnejšo oceno učinkovitosti te selekcije.

Genomska vzreja je priložnost, da pridelava prašičev postane natančna proizvodnja. Uporaba tehnologij genomske selekcije bo omogočila proizvodnjo različnih mesnih izdelkov, ki bodo ustrezali povpraševanju potrošnikov.

Ponovno objavljanje gradiva s tega spletnega mesta je dovoljeno le, če navedete hiperpovezavo do vira informacij!

PREDAVANJE 1. Klasična in molekularna genetika. Osnovni pojmi: lastnost, fenotip, genotip, gen, lokus, alel, homozigot, heterozigot, hemizigot.

ICG SB RAS in FEN NSU, Novosibirsk, 2012

1.1. Klasična in molekularna genetika

Današnje predavanje je uvodno, na podrobnosti bomo prešli kasneje. Kot v primeru skoraj vsake znanosti je precej težko začrtati meje genetike in zelo splošno opredelitev " genetika - znanost o dednosti« ni posebej plodno. Žimulev je na primer nekoč dejal, da je zdaj genetika prisotna povsod – v medicini, forenziki, evolucijski teoriji, arheologiji, v genetiki sami pa so celo nukleinske kisline skoraj nevidne – v celoti interakcije z beljakovinami. Tako je pravzaprav postavil znak enakosti med genetiko in vso sodobno biologijo. Po drugi strani pa je bila genetika približno v prvih dveh tretjinah 20. stoletja morda najbolj izolirano in jasno opredeljeno področje biologije, ki ga je odlikovala predvsem sintetična metodologija, v nasprotju z analitično metodologijo drugih vej biologije. Da bi izvedela zgradbo svojega predmeta, ga ni razdelila na dele, ampak je dele presojala posredno, z opazovanjem celote (in sicer z opazovanjem obnašanja znakov na križiščih) in opiranjem na matematiko, in je bila prepričana v pravilnost svojih zaključkov, prejemala žive organizme s predvidenimi lastnostmi. Tako je imela genetika že od samega začetka sposobnost ustvarjanja nečesa novega in ne le opisovanja opaženega. Hkrati se je v drugi polovici 20. stoletja hitro razvijala molekularna biologija - sprva čisto analitična znanost, ki se je razdelila na dele. Vendar je bil njen napredek v veliki meri dosežen z genetskimi metodami - ne pozabite na primer, da je bila genetska koda ustanovljena v poskusih Benzerja in Cricka z uporabo mutacij v bakteriofagih. Vendar je bila v tem primeru uporabljena genetika mikroorganizmov, napredek »klasične« genetike pa je bil vedno povezan z genetiko evkariontov.

Zaradi tega je molekularna biologija dobila skoraj izčrpno znanje o tem, kaj in kako je urejen živi organizem. Predmeti molekularne biologije in genetike so se v mnogih pogledih prekrivali: oba sta preučevala prenos in izvajanje dednih informacij (in živi organizem je realizacija dednih informacij), vendar sta se premaknila k razumevanju tega predmeta z nasprotnih strani - genetike " od zunaj", molekularna biologija "od znotraj".

V zadnji tretjini dvajsetega stoletja sta se tako rekoč srečali molekularna biologija in genetika, tudi pri preučevanju evkariontov. Špekulativni predmeti genetike so se spremenili v popolnoma specifične fizikalne in kemične objekte znane strukture, molekularna biologija pa je postala sintetična znanost, ki je sposobna po lastni presoji vplivati ​​na višje večcelične organizme - na primer gensko modifikacijo. Tu so bile meje genetike kot znanosti izbrisane do nerazločljivosti - postalo je nemogoče reči, kje se konča molekularna biologija in začne genetika. Poleg tega se je zdelo, da izraz "molekularna genetika" označuje nastalo sintetično znanost, zaradi česar je postalo nejasno, kaj točno je ostalo v genetiki zunaj slednje. Genetika predmolekularnega obdobja je z vsemi pristopi, ki temeljijo na križanju in teoriji verjetnosti, dobila častni naziv »klasična genetika«. Po drugi strani pa je bila s tem nazivom tako rekoč poslana v častno upokojitev. Lahko se spomnimo, kako sta Watson in Crick zavrnila razpravo o svojem modelu strukture DNK v svojem dokumentu Nature, ker so bile posledice prevelike in očitne. Na neki točki se lahko zdi, da vsa genetika izhaja iz tega modela.

Pojavlja se paradoksalna situacija. Vsi tečaji genetike se začnejo z zgodovino te znanosti. Razume, kako je Mendel delal z grahom, kaj je dobil in kako je to interpretiral na podlagi svojega znanja, nato pa kako sta Morgan in njegova šola delala z Drosophilo, kaj sta dobila in kako sta to interpretirala. Obe temi je nemogoče izpustiti - Mendel je primer osebe, ki se je razvila iz nič in sijajno uporabila genetsko metodologijo, ki temelji na matematiki, šola Morgan pa je razvila kromosomsko teorijo dednosti in pravzaprav vso klasično genetiko v prva tri desetletja dvajsetega stoletja. Nadalje lahko tečaje genetike razdelimo v dva široka razreda. Nekateri podrobno razčlenjujejo celotno zgodovino in notranjo logiko razvoja te znanosti ter dokazujejo tako moč njene metodologije kot zmožnosti človeškega uma pri špekulativnem prodiranju v globine stvari. Drugi tečaji, ki so hitro preskočili to zgodovinsko obdobje, nadaljujejo z molekularno genetiko in tam preučijo, kaj je trenutno znano o zgradbi in delovanju genov. Pravzaprav obe vrsti tečajev postavljata klasično genetiko v preteklost in se razlikujeta le v podrobnostih retrospekcije. Izkazalo se je, da ima klasična genetika tako rekoč le zgodovinski pomen. Vendar njegova močna metodologija ni izginila in je potrebna za zelo širok spekter študij. Če pogledamo prispevke s precej molekularno biološkimi naslovi in ​​objavljene v najboljših revijah, bomo videli, da vsi temeljijo na obsežnem gradivu o stotinah posameznih mutacij in njihovih kombinacij, ob upoštevanju razmerja med naravo mutacij in fenotipom. ki jih povzročajo. To velja tako za drozofilo ali miši, za katere so zbrane ogromne genetske zbirke in ustvarjene posebne laboratorijske linije (nekatere pred približno sto leti, druge pred kratkim), kot za ljudi, kjer velika količina medicinsko-genetski – pravzaprav populacijsko-genetski – podatki, povezani z dednimi boleznimi. In bogatejši kot je ta arzenal znanja in modelnih organizmov, bolj elegantno je delo. Vse te več kot resne študije so nemogoče brez hkratnega obvladovanja metodologije klasične in molekularne genetike. Zato je najbolje preučevati ti "dve genetiki" vzporedno, ne glede na to, kako težko je organizirati.

V sodobni znanosti je mogoče opaziti tudi primere, kako zanemarjanje »zastarele« klasične genetike vodi v radovednosti. Na primer, skupina evropskih znanstvenikov je morala dobiti heterozigota za translokacijo v grahu. (Zdaj govorim na podlagi tega, da imate neko predstavo o tem, kaj je na kocki. Če je nimate, je vseeno, vse to bomo obravnavali skoraj preveč podrobno; zaenkrat se pogovarjamo o potrebi po genetskem znanju). Dobili so ga s fuzijo protoplastov starševskih linij. Regeneracija iz celične kulture pri grahu je izjemno težka, je izjemno naporna pot. Zakaj so to storili? Očitno so mislili, da se nosilci translokacije ne križajo z navadnim grahom! Dejansko se pri križanju staršev, ki se razlikujejo po translokaciji, pojavijo težave z razmnoževanjem, vendar šele v naslednji generaciji in so v izgubi le polovice plodnosti.

Toda ti znanstveniki so potrebovali vsaj heterozigota. Medtem pa splošna fascinacija nad molekularno biologijo in zanemarjanje klasične genetike pripelje do dejstva, da je obstoj heterozigotov – to je, da je pri evkariontih vsak gen predstavljen v dveh kopijah, ki se lahko razlikujeta ali pa sta lahko enaka – pogosto popolnoma pozabljena. . V moj pregled je na primer prišel članek nemških avtorjev, v katerem so neposredno prebrali določeno nekodirano zaporedje DNK iz 38 posameznikov kačjih pastirjev, ujetih v različnih regijah (Zahodna Evropa, Zahodna Sibirija, Japonska in Severna Amerika) in našli 20 variant to. Pisalo se je, kot da bi se pri vsakem posamezniku našla le ena varianta. Če pa je variabilnost res tako visoka, kot trdijo, potem verjetnost, da je v njihovem vzorcu vsaj en posameznik, za katerega sta obe kopiji tega zaporedja enaki, ni zelo različna od nič. In o tem se sploh ni razpravljalo. Po pregledu so zapisali, da je v petih primerih obstajal sum na heterozigotnost. Če jih je res le pet, potem so imeli v rokah neverjeten fenomen preoblikovanja heterozigotov v homozigote s pomočjo mehanizmov, ki še niso znani, a tega niti niso razumeli.

Rekonstrukcije filogenije, ki temeljijo na določenih zaporedjih DNK, so zdaj zelo razširjene. Tako se precej pogosto poskuša na podlagi časa razhajanja med populacijami presoditi, ali te populacije pripadajo isti biološki vrsti ali različnim. (Upoštevajte, da je ocenjen čas razhajanja, saj preučevani geni, katerih variabilnost je skozi čas bolj ali manj konstantna, očitno niso tisti geni, katerih sprememba bi lahko bila povezana s speciacijo). Medtem pa čas divergence na splošno nima veliko opraviti s tem problemom - trenutki pridobitve reproduktivne izolacije s strani določene lokalne populacije, torej trenutki speciacije, se pojavijo pod določenimi pogoji in običajno ne vzamejo veliko časa od paleontološke stališča (desetine do sto tisoč let), nato pa, kako se lahko populacije dolgo časa razlikujejo brez speciacije. Prav vprašanje je ugotoviti, ali obstaja (vsaj potencialna) reproduktivna izolacija med populacijami. Če želite to narediti, bi morali videti, ali obstaja izmenjava genov med njimi (če je to fizično možno) ali ne. Tukaj je le zelo pomembno ugotoviti, ali so heterozigoti prisotni na stičišču populacij glede na alele, značilne za vsako od njih, in kakšna je njihova pogostost. A tega skoraj nihče ne počne in ali populacije pripadajo isti ali različni vrsti, presojamo po stopnji razlik med njimi in jih primerjamo z razlikami v tistih primerih, za katere se domneva, da so nedvomne.

Na splošno, če lahko en sam organizem (na primer kot predstavnika njegove vrste) preučimo z metodami molekularne genetike, potem takoj, ko gre za množico organizmov, torej nastane populacijsko genetski problem - in tako Problem se pogosto pojavlja, na primer v populacijski biologiji in vzreji - brez pristopov klasične genetike ne gre. Klasična genetika je nepogrešljiva v vsem, kar zadeva individualne razlike in značilnosti številnih osebkov iste vrste. Prav to je njen element in ravno v njem se tisti sedanji znanstveniki, ki so klasično genetsko izobraževanje zamenjali z molekularno biološko vzgojo, pogosto znajdejo nemočni.

Na podlagi navedenega vidim svojo nalogo v tem, da klasično genetiko predstavim ne toliko v zgodovinskem vidiku, po velikih znanstvenikih preteklosti, ampak izhajam predvsem iz sedanjega stanja znanosti, ne da bi abstrahirali od znanja, ki ga že imate. prejeli na tečajih molekularne biologije in citologije. Hkrati pa nekateri vzorci, odkriti kot čisto empirični na ravni organizmov, dobijo povsem naravno interpretacijo na molekularni ravni in izgledajo skoraj trivialno. Hkrati je treba te zakonitosti jasno razumeti, saj jih je treba uporabiti na ravni organizmov. V nekem smislu je takšen tečaj genetike mišljen kot nekaj takega kot »demonstracija trikov z razkritji« – kjer sta tako sam trik kot njegovo ozadje enako »medicinska dejstva«. Takšen tečaj bi bil zasnovan tako, da bi poučeval zelo produktivno metodologijo: spustiti se od lastnosti do genov in se z razumevanjem mehanizma njihovega delovanja povzpeti nazaj do sinteze novih lastnosti.

Kot ste že razumeli, je trenutno vsebina genetike ogromna in heterogena, tako da je čas, ki nam je namenjen, komaj dovolj niti za kratek uvod. To nas sili, da zgodovino genetike pustimo za kulisje kot samostojno temo, ki bi ji moral biti posvečen poseben tečaj.

Na žalost noben od razpoložljivih učbenikov ne ustreza zgoraj opisanemu idealu preučevanja genetike v sedanji fazi – od lastnosti do gena in obratno, najverjetneje zato, ker se ta znanost zdaj prehitro razvija. Kot neko kompenzacijo za to okoliščino bom poskušal svoja skromna predavanja objaviti na svoji spletni strani, kjer bodo na voljo tistim, ki jim dam naslov – torej vam. Priporočam, da za osnovo vzamete učbenik - Vechtomov "Genetika z osnovami selekcije." Znan je tudi učbenik akademika Igorja Fedoroviča Žimuleva »Splošna in molekularna genetika«, v katerem je glavni poudarek na molekularni genetiki, Leonid Vladimirovič pa ga priporoča kot osnovni učbenik. Razumem, da dva osnovna učbenika nista najbolj priročna situacija za opravljanje izpita. Vendar prispeva k razumevanju teme. Lahko rečem, da sem osebno tukaj in na splošno delam na Inštitutu za citologijo in genetiko izključno zato, ker sem opravil tečaj genetike pri Vladimirju Aleksandroviču Berdnikovu. To je bil najboljši predmet, kar sem jih kdaj slišal, in sploh ni ustrezal nobenemu učbeniku, ker ga je V. A. pripravil na podlagi najnovejših recenzij v znanstvenih revijah, ki še niso vključene v noben učbenik. Igor Fedorovič je tudi svoj izvirni tečaj predavanj spremenil v učbenik.

Osnove genetike se bomo dotaknili zelo temeljito, da bi jih dobro občutili. Začeli bomo od vsega začetka, kljub temu, da so v šoli zajeti najosnovnejši temelji genetike, da, bog ne daj, ne zamudimo česa preprostega, a pomembnega. Po drugi strani pa imam opravka z dodiplomskimi študenti, ki so že opravili predmet molekularne biologije in trenutno študirajo teorijo verjetnosti in matematične statistike, kar mi omogoča, da me gradiva teh predmetov ne motijo ​​preveč, ki so tako potrebno za študij genetike. Na primer, predvidevam, da veste (ali boste vedeli ob pravem času), kaj je alternativno spajanje ali Poissonova distribucija.

Standardna logika za predstavitev biologije na univerzitetnih predmetih je premikanje od spodaj navzgor, od atomov do molekul in makromolekul, nato do struktur celice, do življenja same celice in nato do večceličnega organizma. Ko poznamo načela organiziranja življenja do konca, se ta vrstni red predstavitve izkaže za organski in naraven. Ta načela vključujejo tudi mehanizem delovanja nukleinskih kislin kot nosilca informacij, predvsem o različnih beljakovinah in funkcionalnih RNA (ki so se po odkritju majhnih RNA izkazale za bolj raznolike, kot se je prej mislilo), ne le o njihovi strukturi, pa tudi o tem, kdaj, kje in koliko določenih RNA ali beljakovin je treba sintetizirati. Nadzor teh procesov se ponovno izvaja s pomočjo določenih beljakovin (in pogosto RNA). V razvoju genetskih nadzornih sistemov obstaja kaskadno načelo – geni kodirajo beljakovine (RNA), potrebne za nadzor genov, ki kodirajo druge beljakovine (RNA) itd. Ker skoraj vse v telesu »izdelajo« beljakovine (in nekaj RNA) , se izkaže, da so v resnici informacije o celotnem organizmu zapisane v nukleinskih kislinah - vendar je branje teh informacij nemogoče brez predhodno sintetiziranih (spet glede na matriko DNK) beljakovin, ki delujejo na DNK.

Ta vrstni red predstavitve popolnoma sovpada z vrstnim redom, v katerem se je razvilo samo življenje. Sprva so bili to nekakšni "preprosti" (vendar le v primerjavi s tistim, kar je kasneje nastalo iz njih) sistemi samoreproducirajočih se makromolekul, očitno nukleinskih kislin. Nato so se slučajno obdali s fosfolipidno membrano, ki jim je omogočila, da so znotraj nje zgradili svoj mikrokozmos. Tako so se rodile celice. Beljakovine so imele vse pomembnejšo vlogo pri delovanju teh prvih živih bitij, vendar so nukleinske kisline obdržale popoln nadzor. Celice so postale bolj zapletene in se naučile vse bolj pravilno deliti. Po delitvi se včasih niso razpršili in so tvorili kolonije. Te kolonije so se zaradi svoje velikosti in oblike soočale z vedno bolj zapletenimi težavami – vse celice v koloniji je bilo treba opremiti z vsem, kar je bilo potrebno za življenje. Rešitev teh problemov je bila dosežena z določeno strukturo kolonij in delitvijo dela med njihovimi sestavnimi celicami. Enostavne kolonije so se spremenile v stanja celic, torej v večcelične organizme. Rešeni so bili tudi problemi njihove samorazmnoževanja kot kompleksnih struktur, to pa je bilo realizirano tako, da se je vsak organizem lahko razvil iz ene celice z uporabo kompleksnega genetskega programa, ki uravnava celično delitev in interakcijo med njimi.

Vendar je ta standardni vrstni red predstavitve biološkega znanja odmaknjen od načina, kako je bilo pridobljeno. In nastali so, ko se je znanost razvijala v nasprotni smeri – od organizmov do organov, celic, makromolekul in atomov. Ko so se potopili v vsako od teh ravni, so znanstveniki lahko le ugibali, kako deluje globlja raven. Nekoč je bilo največ, kar so lahko naredili, da odprejo telo, pogledajo organe in ugibajo, kako delujejo. Ko so kletke odprli, so najprej mislili, da so napolnjene s praznino. Nato so odkrili protoplazmo, a so jo sprva videli le kot viskozno tekočino, v kateri pa je na nek skrivnosten način vsebovalo bistvo življenja. Odkril je jedro in organele celice. Našli so barvila, ki jih različno obarvajo, in se tako približali njihovi kemični sestavi. Konec devetnajstega stoletja. odkrili nukleinske kisline in ugotovili njihovo približno kemično sestavo, vendar je njihova specifična struktura dolgo ostala skrivnost, katere rešitev je bila videti tako briljantna. Na tem potopu v globine biologije se je morda ustavil. Prišlo je obdobje kopičenja podrobnosti na tej globoki molekularni ravni. Bilo je nenavadno veliko podrobnosti. Zdaj gremo skozi obdobje, ko se to ogromno podrobnosti začne združevati v neko koherentno sliko - model strukture živega organizma. Poleg tega je ta model tako zapleten, da ga človeški um ne more v celoti zaznati, tako da je brez sodobnih računalnikov nemogoča ne le njegova konstrukcija, temveč tudi vizualni opis in uporaba. Vendar pa je do konca dvajsetega stoletja. odkrili so vsa osnovna načela biologije. Klasična genetika se je s prizadevanji nekaj nadarjenih znanstvenikov skoraj v celoti razvila v prvih treh desetletjih 20. stoletja kot koherentna in logična znanost.

Klasična genetika je le nazoren primer premika raziskovalca z makro ravni na mikro raven. Rekonstruira shemo sistema iz njegovega vedenja in se mu približuje kot črna skrinjica. Kot da bi tuji mehanizmi neznane naprave padli v roke znanstvenikom brez kakršnih koli shem in navodil zanje. Omeniti je mogoče dve glavni značilnosti. Prvič, to je neverjetna globina rekonstrukcije, ki jo je dosegla s pomanjkanjem neposrednih informacij o strukturi objekta. Moč klasičnega genetskega pristopa je impresivna: ukvarjanje samo z vidnimi znaki je omogočilo ustvarjanje ideje o razumljivih genih, o njihovi umestitvi v nekakšne skrivnostne linearne nosilce, o spremembah v genih in teh nosilcih. Na podlagi vzorca dedovanja lastnosti je bila z njegovo pomočjo pridobljena ideja o strukturi nosilcev genetskih informacij, prenosu teh informacij na potomce in njihovi preobrazbi v živo meso. Druga značilnost je že omenjena sintetična in ne analitična narava genetskega znanja, katerega veljavnost se je v samem procesu pridobivanja takoj utelešila v ustvarjanju nekega novega - organizmov z novimi lastnostmi. Dovolj je, da imamo dobro raziskano genetiko nekaj modelnih predmetov, nato pa lahko ostale predmete ocenimo glede na njihovo podobnost. Znani aforizem Thomasa Morgana "kar velja za muho, velja za slona", je seveda precej močno pretiravanje in to bomo videli. Vendar ta pristop (ki najde svoj izraz tudi v tako imenovanem zakonu homoloških vrst) še vedno deluje.

Križanje je glavna metoda klasične genetike. Genetiki so do večine zaključkov prišli z opazovanjem vedenja lastnosti staršev in potomcev, dejanja raziskovalca z vsako novo generacijo pa določajo rezultati, pridobljeni v prejšnji. Zato so genetske raziskave nekoliko podobne igri šaha. Zaključki, pridobljeni iz takšnih študij, so bili izjemno podrobni in, kot je pokazal nadaljnji razvoj znanosti, pravilni. Gregor Mendel v svojih poskusih na grahu ob koncu 19. stoletja. dejansko postulirala obstoj in opisala obnašanje kromosomov v mejozi, ne da bi imela najmanjše pojma o kromosomih. Odnos genov do kromosomov je bil vzpostavljen šele v začetku 20. stoletja, skoraj do njegove sredine pa je bil močan sum, da so proteini materialni nosilec dednosti. Z drugimi besedami, če druge veje biologije niso bile zelo ločene od deskriptivnega pristopa, je bila genetika v svojih modelih daleč pred časom, ko bi lahko predmete, ki jih je preučevala, opisali kot materialne entitete. V tragičnem obdobju zgodovine ruske znanosti, ki je padlo pod ideološki diktat v 30-50-ih letih prejšnjega stoletja, je to povzročilo, da so genetiko razglasili za idealistično psevdoznanost in našo državo, ki je bila v njenem ospredju, vrgli daleč nazaj, in fizično uničiti najboljše genetike.

Takšna kognitivna moč klasične genetike kot znanosti, ki je sposobna narediti pravilne zaključke o obnašanju določenih celičnih mikrostruktur na podlagi obnašanja lastnosti v križancih, tudi ne da bi vedeli, iz česa so sestavljeni, je predvsem posledica dejstva. da genetika vključuje veliko matematike iz svojih različnih panog. In ta okoliščina svoj obstoj dolguje dejstvu, da predmet genetike ni določena biološka struktura, ampak informacija. Informacije je mogoče preučevati ne glede na materialni medij, na katerem se izvajajo. Tako programerju pri svojem delu ni treba vedeti, kako natančno bo njegov program utelešen v stanju kristalov v računalniškem procesorju, čeprav se zaveda, da bo izveden prav na tej fizični podlagi. Genetika je v bistvu biološka informatika. Računalništvo se je včasih imenovalo kibernetika. In to je bila še ena "psevdoznanost", ki je bila preganjana pod Stalinom in Hruščovim, zaradi vse razlike med njima. (Na srečo takrat še ni bila tako razvita kot veja matematike kot genetika kot veja biologije in je posledično to podjetje naredilo manj škode).

"klasična" genetika(včasih se imenuje mendelski, čeprav je mišljeno veliko širše od tega, kar je odkril Mendel, in bi bila tu bolj primerna zloglasna ideološka stigma "Mendelizem-Morganizem") lahko opredelimo kot znanost o dednosti, ki deluje z abstraktnimi elementi sistema nadzora razvoja organizma, ki so odvrnjeni od svojega materialnega nosilca in ga pravzaprav ne potrebujejo. oz. molekularna genetika se lahko opredeli kot znanost o molekularnih mehanizmih, na katerih temelji dednost. Upam, da bi bilo odveč pozivati, da tem in podobnim formalnim opredelitvam ne pripisujemo velikega pomena. V resnični znanstveni praksi "dveh genetikov", še več, med njima ni meje, same zgornje definicije pa le nakazujejo splošno smer misli ...

Znano pa je, da je vsaka definicija česar koli nepopolna, saj naše razmišljanje ni matematična logika in koncepti – na kar deluje naše mišljenje – ne segajo v besede – tiste, s pomočjo katerih popravljamo in komuniciramo z določenimi izgubami. rezultati razmišljanja. Koncepti lahko samo razumeti(z različno stopnjo razločnosti), opazovanje njihove interakcije s prejšnjimi priče konceptov na nizu besedil, kjer so pojmi označeni z besedami. Opredelitev je le najbolj jedrnato in učinkovito besedilo, ki vas približa razumevanju, a vedno bodo situacije, ko katera koli definicija ne deluje (kljub temu, da koncepti delujejo). Kjer je le mogoče, poskušam podati definicije, ki se mi zdijo najuspešnejše, brez posebne skrbi, kako ustrezajo tistim, ki so bile prej predlagane ali izvirne, vendar jih ne jemljem preveč resno in sem zelo daleč od ideje, da bi jih zapisoval iz narek in pomnjenje lahko olajšata razumevanje predmeta.

Sprva je bila genetika samotni podvig edinega znanstvenika, ki ga ni razumel noben sodobnik in ki je zaradi osebnega genija in vsestranske izobrazbe sam predlagal plodno metodologijo ter skrbno izvajal dolgotrajne in obsežne poskuse ter naredil neočitno špekulativna predpostavka. Kmalu po ponovnem odkritju genetike, torej njenem nastanku kot znanosti mnogih, se je odkrilo, da se dejavniki dednosti nahajajo v strogo določenem vrstnem redu in na določeni razdalji drug od drugega v več linearnih strukturah, število, relativna velikost in obnašanje, ki je sovpadalo s številom, glede na velikost in obnašanje kromosomov med mejozo. Kromosomska teorija dednosti je bila oblikovana v letih 1900-1903. Ameriškega citologa Williama Settona in nemškega embriologa Theodora Boverija ter nadalje razvil slavni ameriški genetik Thomas Morgan in njegova šola - Möller, Sturtevant, Brizhdes. (To je bilo prvič po letu 1906, da so začeli raziskovati drozofilo in sprva načrtovali zajce, a tega načrta ni zamudil finančni direktor njihove univerze. Charles Woodworth je bil prvi, ki je gojil drozofilo, je tudi predlagal da bi lahko postal priročen predmet za preučevanje dednosti.) In ta pomemben sklep o iskanju dednih faktorjev v kromosomih, pridobljen tako zgodaj, je uradna znanost v ZSSR od poznih štiridesetih do zgodnjih šestdesetih let prejšnjega stoletja zavračala!

Primerjava špekulativnih genetskih kart (relativna lokacija genov v teh strukturah) in različnih delov kromosomov je pokazala, da se geni nahajajo v njih. A to za klasično genetiko ni tako nujno – njeni modeli, preizkušeni z rezultati križanja, postavljajo gene v nekakšne "virtualne kromosome". Tako do danes za večino predmetov obstajata dve vrsti kromosomskih kart: fizične kartice, natančno pokaže, kje na kromosomih, ki so vidni pod mikroskopom ali na molekuli DNK, se nahajajo geni, in genetski, oz rekombinacijske kartice, rekonstrukcija medsebojni dogovor geni iz križanj. Vrstni red genov v teh dveh vrstah zemljevidov popolnoma sovpada, relativne razdalje med njima še zdaleč niso vedno in za to obstajajo precej izčrpne razlage, o katerih bomo govorili kasneje.

Kot znanost o informacijah in nadzoru ima klasična genetika celo strukturo, podobno matematiki. V celoti temelji na sistemu spekulativnih apriornih konceptov, s katerimi so povezani opazovani pojavi (v nasprotju na primer s citologijo, katere pojmovni aparat je uveden na podlagi empiričnih dejstev, vidnih očesu). Žal se je v terminologiji, ki ustreza tem pojmom (in pojmi in izrazi niso isto), v času obstoja genetike nabrala določena nedoslednost, na katero se bom posebej osredotočil, da vas ne zavedejo različne rabe besed v genetska literatura. Seveda se genetski pojmi uvajajo na podlagi opaženih dejstev. Toda glavni so predstavljeni bolj kot špekulativni matematični koncepti. V genetiki obstaja veliko konceptov in ustreznih izrazov. Vendar so resnično potrebni in, ko so enkrat predstavljeni, praktično izčrpajo temo. V mnogih primerih je dovolj, da opazovani pojav primerjamo s primernim konceptom in vse postane jasno. Morda bi dobra knjiga lahko služila kot učbenik o genetiki. slovar genetski izrazi. Pedagoško bi bilo pravilneje uvesti pojmovni aparat in terminologijo, ko bosta potrebna. Nič pa ne škodi, če že od samega začetka uvedemo in razpravljamo o osnovnih pojmih, nato pa označimo mesta, kjer so potrebni. Izhajali bomo iz dejstva, da ste z nekaterimi pojmi vsaj iz šolskega tečaja že seznanjeni in jih včasih uporabite, še preden jih podrobno obravnavate.

1.2. znaki organizmov. Fenotip in genotip.

Morda je najpomembnejši genetski koncept znak. Genetika kot znanost se je začela ravno v trenutku, ko je Gregor Mendel začel analizirati posamezne lastnosti in ne vse dednosti kot celote. Mi lahko poveš, kaj je znak? In koliko jih je lahko? Znak je vse, kar je povezano s posameznikom, če obstaja način, da ga nekako registriramo. Višina, teža, barva, višina klica, polovica dolžine repa, dodana kvadratnemu korenu tretjine dolžine nosu, število dlak v bradi, oblika jame ali mravljišča, število samcev, ki lovijo eno samico, čas, v katerem ste ne more dihati pod vodo, število ljubimcev, ki jih ima mati ali hči preučevanega subjekta. Ne hecam se – med znaki nosilcev določene variante enega od dopaminskih receptorjev je visoka frekvenca znaka »odraščal brez očeta« (jasno je, da je tu šlo bolj za znak eden od staršev, in ne obravnavani subjekt, ki pa bi lahko podedoval predispozicijo).

Izbira je ogromna, a uspešnejši, modrejši ali duhovitejši ko izberete znamenje, več informacij se boste naučili iz izkušenj. Jasno je, da kvadratnega korena dolžine nosu ne bi smeli dodati dolžini repa, saj imata obe dolžini enako dimenzijo, in posledično boste dobili matematično abrakadabro. Če pa dolžini repa prištejemo kubusni koren telesne mase, je to bolj smiselno, saj je masa odvisna od kocke linearnih dimenzij in po ekstrakciji kubnega korena dobimo vrednost, sorazmerno z dolžino repa in s seštevanjem obeh omenjenih količin dobimo določeno mero linearnih dimenzij.

Preprosto je razumeti, da niso vsi znaki iz njihove neskončne raznolikosti enako informativni. Nekateri so enako informativni, vendar drug drugemu nič ne dodajajo. Na primer, če vzamemo dva taka znaka: dolžino desne noge in dolžino leve noge, potem je celo intuitivno jasno, da čeprav se lahko dve nogi nekoliko razlikujeta po dolžini, bo drugi malo dodal prvemu. Vzemite naslednje znake: dolžino leve noge in višino. Kaj lahko rečemo o njih? Večja kot je višina, večja je dolžina nog - to je povsem očitno. Višina in dolžina nog sta povezani - nič več, ne manj. Dejansko, če vzamemo vzorec ljudi, izmerimo višino in dolžino nog ter izračunamo korelacijski koeficient, potem bo precej blizu enote in zelo zanesljiv. Vemo pa, da so ljudje na splošno kratkonogi in dolgonogi. In če vzamemo višino in razmerje med dolžino noge in višino, dobimo dve popolnoma neodvisni lastnosti - linearne dimenzije in dolge noge, ki ju lahko podedujemo neodvisno.

Imamo razmerje dveh izmerjenih vrednosti. Praviloma delo s številnimi funkcijami takoj zahteva pravilno statistično obdelavo. Za takšno obdelavo ni zelo priročno ukvarjati z odnosi. Vendar obstaja niz matematičnih metod, ki se imenujejo multivariatna statistika(še posebej, metoda glavne komponente za kvantitativne lastnosti), ki nam omogoča, da iz N vseh lastnosti, ki smo jih izmerili, pridobimo N novih lastnosti, ki so linearne kombinacije prvotnih (njihove vsote z različnimi koeficienti), ki med seboj ne korelirajo. To pomeni, da bo vsak od njih nosil neodvisne informacije. In če pogledamo, kako je sestavljeno N teh novih lastnosti, bomo videli, da ena od njih odraža na primer linearne dimenzije (to bo vključevalo vse dolžine telesa, rok, nog itd.), druga - debelina, tretja – neenakomernost debeline (izrazit pas, boki in prsi), četrta – relativne velikosti glave, peta – temna koža itd. Takšne značilnosti so najbolj informativne in imajo drugačen prispevek k celotna variabilnost objektov, ki jo je mogoče tudi oceniti. Vendar pa metode multivariatne analize ne rešujejo problema podvajanja značilnosti, saj podvajanje vpliva na omenjeni relativni prispevek k skupni variabilnosti nove značilnosti, v katero spadajo. Ta problem v matematični statistiki doslej še ni bil rešen.

Znaki so lahko zelo različni, vendar spadajo v dva velika razreda - kakovost, oz alternativa, in kvantitativno, oz neprekinjeno. Lastnost je kvalitativna v primeru, ko se variabilnost kaže v obstoju več alternativnih variant lastnosti, to je v pripadnosti posameznika določenemu jasnemu razredu in je nedvomno njegova uvrstitev v enega od razredov. Na primer, ločimo lahko dva taka razreda človeških posameznikov, kot sta moški in ženske. Ženske lahko razdelimo tudi v več alternativnih razredov. Recimo, da je dekle oblečeno v hlače ali pa so njene noge oblečene v en sam valjast kos snovi - obleko ali krilo. Dobimo dva razreda. Zadnji primer lahko razdelimo v dva razreda - oblečeni v obleko ali v krilo. Imamo tri razrede žensk. Ženske zagotovo razlikujejo številne alternativne razrede glede oblačil in hkrati ne bodo imele niti najmanjših težav pri razvrščanju. Klasični primeri: grahovi cvetovi so beli ali vijolični, oči sadne muhe so spet bele ali vijolične; smešno, a oba organa sta lahko tudi rožnata, in to je drugo stanje kvalitativne lastnosti, ločen razred. V primerih, ko je mogoče razlikovati kvalitativne (alternativne) značilnosti in se v naravi redno nahajajo posamezniki, ki pripadajo različnim razredom (variantam), je običajno govoriti o polimorfizem, razredi (različice) teh lastnosti pa se običajno imenujejo preobrazbe, ali oblike Prvotno je ista beseda, v grščini in latinščini, vendar je pomen druge preveč dvoumen in se ji je bolje izogniti. Etimološko obe besedi označujeta obliko, vendar se izrazi uporabljajo za vse značilnosti, na primer tiste, povezane z barvo. Spodaj sta dve obliki - z rumenimi oziroma vijoličnimi cvetovi - altajske vijolice, ki se v naravi pojavljata približno enako pogosto.

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

Ker smo vsi hodili v šolo, lahko sumimo, da sta bela in vijolična šarenica za nekatere alele homozigotna, lila pa je za te alele heterozigotna. Toda mi (zlasti jaz) še nimamo takšnih informacij in vsekakor moramo začeti z ugotavljanjem treh barvnih oblik.

Omenili smo tri jasne razrede barve cvetov graha - belo, vijolično in roza. Toda jablane z vijoličnimi cvetnimi listi rastejo na ulici Zolotodolinskaya. In obstajajo jablane z roza, z rahlo rožnatimi in belimi cvetnimi listi. Pri nageljnih, ki se prodajajo na stojnicah, se nam zdi, da je barva cvetov znak kakovosti – obstajajo rdeči, beli, rožnati in beli cvetni listi z rdečo obrobo. In rejci cvetja imajo verjetno tako raznolikost nageljnov, da se lastnost spremeni v kvantitativno. Lahko vzamete spektrofotometer, ekstrahirate antocianinski pigment iz standardnega vzorca cvetnih listov in izmerite intenzivnost vijolične antocianske barve ter jo izrazite s številko. In potem dobimo kvantitativna lastnost- to je znak, ki ga lahko izrazimo kot realno število. En in isti znak v različnih situacijah lahko deluje tako kvantitativno kot kvalitativno. Za skoraj vsako kvalitativno lastnost lahko najdete način, kako jo izmeriti in jo tako obravnavati kot kvantitativno. Nasprotno, večine kvantitativnih značilnosti ni mogoče šteti za kvalitativne, saj so vrednosti merjenega parametra redko združene v jasno razločljive razrede.

Človeška višina (če izvzamemo očitno pritlikavost) je tipična kvantitativna lastnost. Koliko možnosti rasti je za normalno osebo? Tako je, nemogoče je reči – to je pozitivno realno število, število »možnosti« pa je odvisno od natančnosti, s katero merimo in kakšne so fizične meje te količine. Višina mnogih ljudi je lahko označena z njeno povprečno vrednostjo. Potrebujemo pa tudi nekatere značilnosti njegove variabilnosti. Da bi to naredili, bomo morali preučiti frekvenčno porazdelitev kvantitativne lastnosti. Še en primer iz učbenika: če vzamete veliko ljudi, izmerite njihovo višino na najbližji centimeter in jih zgradite po višini tako, da ljudje z enako višino stojijo v enem stolpcu, dobimo naslednjo sliko: dolžina stolpcev tvori nekakšno zvonaste krivulje. Z zadostno frakcionacijo merjenja višine in števila ljudi bo reproducirala dobro znano v teoriji verjetnosti - normalno oz Gaussova porazdelitev.

Disperzija" href="/text/category/dispersiya/" rel="bookmark">disperzija - povprečni kvadrat odstopanj posameznih vrednosti od povprečja. Kvadratni koren te vrednosti daje standardni odklon, njegova dimenzija sovpada z dimenzijo merjene količine in lahko služi kot merilo razširjenosti lastnosti. Približno 70 % vseh normalno porazdeljenih predmetov je v območju vrednosti od povprečja minus standardni odklon do povprečja plus standardni odklon, ne glede na to, koliko jih izmerimo. Če se ta interval okoli povprečja podvoji, bo okoli 90%, če trikrat, potem približno 99% predmetov.

Osrednji mejni izrek matematične statistike pravi, da se porazdelitev vsote velikega števila neodvisnih naključnih spremenljivk približuje normalni. In skoraj vsaka kvantitativna lastnost se oblikuje pod vplivom velikega števila večsmernih in različnih dejavnikov moči (to še posebej velja za velikost telesa). Zato večina kvantitativnih značilnosti ustreza normalni porazdelitvi.

Vendar je ta trditev resnična le v prvem približku. Kot je znano, je za oceno sprejemljivosti modela treba biti pozoren na mejne pogoje. Normalna porazdelitev je simetrična in je podana na celotnem nizu realnih števil, od - do +, čeprav gostota verjetnosti precej hitro pade pri odmiku od srednje vrednosti. Vrnimo se kot primer k znaku »človeška višina«. Dejansko nimamo trde zgornje meje višine osebe in ne glede na to, kakšnega rekorderja najdemo, nikoli ni zagotovila, da se slej ko prej ne bo našel višji subjekt. Toda obstaja celo teoretična spodnja meja - navsezadnje višina osebe po definiciji ne more biti manjša od nič. To pomeni, da mejni pogoji ne dopuščajo Gaussovega modela človeške rasti. Poleg tega, če vzamemo veliko ljudi, ugotovimo, da je porazdelitev njihove višine rahlo asimetrična in nagnjena v desno – fizična spodnja meja na ničle se čuti! Kateri model lahko ponudimo namesto Gaussovega kot ustreznejšega za kvantitativne značilnosti bioloških objektov?

Razmislimo o tem. Znaki nastanejo v teku individualnega razvoja organizma, kar je pravzaprav zelo kompleksna kemična reakcija, ki poteka pod nadzorom genov, ki v določenih trenutkih zagotavljajo določene koncentracije določenih snovi. Te koncentracije delujejo kot dejavniki v enačbah hitrosti, ki sestavljajo posamezen razvoj reakcij (na primer Michaelisove enačbe), vrednosti znakov pa so neposredno odvisne od nekaterih od teh (ali celo vseh) hitrosti. Zato se posamezni prispevki posameznih genov k kvantitativni lastnosti običajno ne seštevajo, ampak se pomnožijo, torej vsak gen za nekajkrat poveča ali zmanjša vrednost lastnosti. Produkt mnogih neodvisnih naključnih spremenljivk teži k lognormalna porazdelitev. Posledično resnične porazdelitve kvantitativnih lastnosti organizmov niso normalne, ampak log-normalne. Res sta si zelo podobna, a vseeno nekoliko asimetrična – bolj nežna v desno.

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

Običajni (A in B) in pritlikavi (C) grah

Prav ta lastnost - relativna dolžina internodija - je tu alternativna lastnost, medtem ko se rast rastlin zelo redko obnaša kot prava alternativna lastnost.

Obstaja še en pogojno ločen razred funkcij, o katerih morate imeti jasno predstavo. Vzemimo tak znak kot število procesov na rogovih jelena. Najmanjši rogovi so nerazvejani. V največjem primeru imamo 10 procesov na obeh rogovih. Ne bomo imeli nobenih težav pri dodelitvi tega ali onega ropa v razred z določenim številom procesov in na podlagi tega lahko mislimo, da je to kakovostna lastnost. Toda kakovost je tukaj v korelaciji s celim številom, število razredov pa je, kot niz celih števil, neomejeno (nihče ne more zagotoviti, da prej ali slej ne bomo naleteli na jelena z 11 ali več procesi). Takšni znaki se imenujejo štetje; imenujejo se tudi meristična, kar je lahko zmedeno, saj nam tukaj ni treba meriti, ampak šteti. Pravzaprav je tukaj preprost vzorec - večji kot je rog, več procesov ima; samo da se doda dodatek, mora rudiment roga pridobiti nekaj kritične mase. Torej je štetje število procesov le merilo velikosti roga. Pri številu celic na krilu kačjega pastirja postane to še bolj očitno. Enako mero dobimo pri merjenju, ko se ustavimo pri neki njeni natančnosti. Predstavljajte si, če ne štejemo odrastkov rogovja jelena, ampak dlake na njegovih mladih rogovjih. Pravzaprav imamo različni ukrepi velikosti rog, vendar z drugačno višino (zaokroževanje).

S štetnimi predznaki delujejo po enakih pristopih kot s kvantitativnimi, z nekaterimi značilnostmi matematične obdelave. In napačno bi bilo, če bi zanje uporabili enake pristope, ki se uporabljajo za alternativne značilnosti. Na primer, ena moskovska skupina znanstvenikov je preučevala število celic na določenih območjih kačjih kril. Prešteli so povprečno število celic, določili povprečje in standardne deviacije ter na primer ugotovili, da se ta povprečja statistično značilno razlikujejo v dveh različnih vodnih telesih. Ugotovili so, da so populacije na obeh jezerih genetsko specifične, na podlagi tega, da morajo alternativne lastnosti nujno določiti dedni dejavniki, eden ali več. Potem pa so s svojim predznakom operirali kot s kvantitativnim! Najverjetneje so se v enem od rezervoarjev kačji pastirji razvili v manj ugodnih razmerah in so imeli manjšo površino kril, ki je vsebovala manj celic, katerih velikost je v ontogeniji precej standardizirana.

Končno se pogosto razlikuje še tretji velik razred lastnosti - značilnosti ranga. Govorimo o tistih primerih, ko lahko predmete razvrstimo po načelu "več" / "manj" ("boljše" / "slabše"), vendar nimamo neposredne priložnosti, da bi izrazili te kvalitete superiornosti nekaterih nad drugi številčno. Situacije, v katerih se pojavljajo znaki razvrščanja, so precej raznolike. Na paradnem poligonu zlahka zgradimo vojake po višini brez merjenja njihove višine, na istem mestu jih zlahka prepoznamo po naramnicah vojaške vrste, vedoč, v kakšnem vrstnem redu so razvrščeni drug glede drugega. V nekaterih primerih smo prisiljeni subjektivno ovrednotiti nekatere kompleksne integralne parametre, na primer "moč" posameznih rastlin in jih razvrstiti na "močne", "srednje" in "šibke".

Zanimivo je, da takoj, ko imamo uvrstitve, že imamo grobo številčno merjenje lastnosti, čeprav zelo približne ali subjektivne. Tako so rangi, ki so redna števila, sama po sebi cela števila. In z njimi je že mogoče delovati kot z merljivimi znaki. Z vsemi konvencijami takšnega "merjenja", razvitih matematične metode, kar omogoča, da na njihovi podlagi naredimo zelo zanesljive zaključke. Poleg tega je mogoče tudi nedvomne kvalitativne lastnosti precej približno obravnavati kot kvantitativne. Recimo, da če imamo štiri barvne oblike, jih lahko obravnavamo ne kot eno kvalitativno lastnost, ampak kot štiri kvantitativne lastnosti, od katerih lahko vsaka prevzame dve vrednosti - 0 (posameznik ne spada v to obliko) in 1 ( posameznik pripada dani obliki). Izkušnje kažejo, da je tako podobne umetne »kvantitativne lastnosti« mogoče uspešno obdelati.

Kot kažejo primeri rasti graha, je lahko ista lastnost tako kvantitativna kot kakovostna. Vsako kakovost, ki jo ločimo, lahko vedno nekako izmerimo (tudi pripadnost moškemu in ženskemu spolu se lahko meri kot razmerje določenih hormonov). Izbira načina delovanja z znakom – kot vrednostjo številčnega parametra ali kot indikatorjem pripadnosti razredu – narekuje specifika posamezne naloge. V primeru bimodalne porazdelitve je koristno vse posameznike razdeliti v dva razreda, vsaj v prvem približku, tudi če se dve grbi porazdelitve združita in posameznikov, ki sodijo mednje, ne moremo enolično razvrstiti, razen s formalno uvedba mejne vrednosti.

Tako kvalitativne kot kvantitativne lastnosti se lahko do neke mere podedujejo in zato spadajo v vidno polje genetike. Za analizo kvantitativnih in kvalitativnih lastnosti genetika uporablja različne modele. Dedovanje kvalitativnih lastnosti (prav z njimi je delal Mendel) je opisano v smislu kombinatorike in teorije verjetnosti na preprostejši in natančnejši način, s čimer se bomo ukvarjali predvsem. Dedovanje kvantitativnih lastnosti je opisano z vidika matematične statistike in temelji predvsem na analizi korelacije in dekompoziciji na komponente variance. Kot že omenjeno, lahko dedovanje kvalitativnih lastnosti obravnavamo tudi kot dedovanje kvantitativnih lastnosti, kar se v nekaterih primerih izkaže za zelo ploden pristop. Upam, da bomo imeli čas, da na kratko pregledamo začetke kvantitativne genetike lastnosti. Medtem pa še malo terminologije.

Dva nič manj široka pojma kot znak, brez katerih pa ne gre - genotip in fenotip. Ti izrazi sami, kot je izraz " gen", ki ga je leta 1909 uvedel danski genetik Wilhelm Ludwig Johansen. Fenotip je vse, kar zadeva značilnosti zadevnih organizmov, genotip je vse, kar zadeva njihove gene. Jasno je, da je lahko neskončno število znakov in da je na deset tisoče genov. Poleg tega nihče ne registrira velike večine lastnosti in nihče ne pozna velike večine genov. Toda fenotip in genotip sta delovna koncepta, katerih vsebino v vsakem primeru narekuje genetski poskus. Genetski poskus je običajno v tem, da nekoga križajo z nekom, pogosto v več generacijah, in sledijo znakom potomcev, ki jih lahko v skladu s temi znaki izberemo, križamo itd. Ali pa je vzorec posameznikov odstranjeni iz narave, registrirajte njihove značilnosti, ugotovite, katere različice predstavljajo nekateri geni, opazujte dinamiko njihovih frekvenc. V vsakem primeru iščemo dobro opredeljene lastnosti in gene, pogosto nekaj. In ko govorimo o fenotipu, mislimo na vrednosti oziroma stanja prav teh lastnosti, ko govorimo o genotipu, pa na nabor teh genov. Obstaja odvisnost prvega od drugega, vendar, kot bomo videli, ne najbolj neposrednega. Genetika je v veliki meri sestavljena iz razjasnitve te odvisnosti. In samo, če se zaporedje DNK pojavi kot lastnost, fenotip sovpada z genotipom.

Šele pred kratkim je postalo mogoče izvesti visokotehnološke poskuse za sledenje vsem znanim genom tistih predmetov, v katerih so znani (na primer ljudje) - na primer s prisotnostjo ali odsotnostjo vse sporočilne RNA ali vseh beljakovin v določenem tkivo. Ustrezna področja sta bila poimenovana "proteomika" oziroma "transkriptomika" in celota vseh beljakovin ali sporočilne RNA, prisotnih v določenem objektu, oziroma proteoma in transkriptoma.

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

Na podlagi naše predhodne trditve, da je v genetiki veliko matematike, bi morali v njej pričakovati terminološko strogost. Na žalost je to tudi empirična znanost, ki obstaja na ogromnem in heterogenem eksperimentalnem materialu, ki ga izvajajo številni znanstveniki različnih specializacij (in različne izobrazbe!), In to je privedlo do obstoja različnih terminoloških "narečij" v genetiki, tudi v stvari zelo pomembne. Preidimo na koncept, ki se morda zdi osrednji za genetiko, a se je v resnici izkazal za preveč nejasen za to. Povej mi, kaj je gen? To je pravzaprav zelo nesrečen koncept, zato ima zdaj več pomenov. V klasični genetiki gen je dedni dejavnik, ki vpliva na lastnosti organizma. Nekoč je veljal za nadaljnjo nedeljivo enoto dednosti. Po odkritju strukture DNK je hitro postalo jasno, da so številni klasični geni deli DNK, ki kodirajo določen protein, na primer encim, ki določa dedno lastnost. To je bil velik preboj v znanosti in na tem valu se je sprva tako zdelo vse geni klasične genetike so ravno to. Razvita je bila naslednja formula: En gen - ena polipeptidna veriga". V izvirni formulaciji "en gen - en encim" sta ga leta 1941 (torej 12 let pred dekodiranjem strukture DNK s strani Watsona in Cricka) predlagala George Beadle in Edward Tatham (našli boste portrete teh in mnogi drugi znanstveniki v učbeniku), ki so delali s sevi plesni nevrospor, ki so se razlikovali po sposobnosti izvajanja določenih biokemičnih reakcij in ugotovili, da je vsak gen odgovoren za eno specifično biokemično reakcijo, torej za določeno stopnjo presnove plesni. Za ta dela so leta 1948 prejeli Nobelovo nagrado. Upoštevajte, da je bil v tej fazi gen še vedno razumljen precej klasično, vendar so bile izvedene aktivne raziskave, da bi ugotovili, kaj fizično predstavlja. In po odkritju strukture DNK se je zdelo, da se je vse postavilo na svoje mesto in genom se je začel imenovati segment DNK, ki kodira polipeptidno verigo.

Sčasoma pa se je izkazalo, da so poleg kodirnega zaporedja vedno tudi regulativna zaporedja DNK, ki sama nič ne kodirajo, ampak vplivajo na vklop in izklop ter na intenzivnost transkripcije tega gena. Dobro jih poznate: to je promotor - pristajalno mesto RNA polimeraze, operaterji - pristajalna mesta regulativnih beljakovin, tudi ojačevalci- tudi mesta za regulativne proteine, ki spodbujajo transkripcijo, vendar se nahajajo na neki, včasih pomembni, razdalji od kodirnega zaporedja, in dušilci zvoka- zaporedja, ki preprečujejo transkripcijo itd. Včasih se nahajajo na stotine in tisoče nukleotidov (na lestvici kromosoma to ni toliko), vendar še vedno delujejo kot cis-dejavniki (tj. v bližini), ki se fizično nahajajo v bližini zaradi določenega zlaganja DNK. Vso to ekonomijo so začeli obravnavati kot pripadajoč genu, ki nekaj kodira. Tako v molekularni genetiki evkariontov gen je kodirajoča regija DNK skupaj s sosednjimi regijami DNK, ki vplivajo na njeno transkripcijo.

Za takšno mesto je leta 1957 S. Benzer predlagal razjasnitveni izraz cistron, kar je bilo tudi nesrečno, saj je ta izraz začel označevati le kodirno regijo DNK (t. i. odprti bralni okvir), včasih pa tudi območje DNK med promotorjem in terminatorjem, iz katerega se bere ena sama molekula RNA. Se spomnite, da je pri prokariotih, pri katerih so molekularno genetske mehanizme začeli pojasnjevati že prej, razširjena operonska organizacija genov, ko imajo zaporedja, ki kodirajo več polipeptidnih verig, skupno regulacijo in se berejo kot del ene same mRNA. To ne dovoljuje uporabe zgornje definicije pojma "gen". Po drugi strani pa je izraz "cistron" tukaj malo uporaben: ker je opredeljen kot regija DNK, iz katere se prebere ena sama RNA, bo vključevala regije, ki kodirajo več različnih proteinov, kar se je po drugi strani nekoč imenovalo "policistronski princip organizacije genskega materiala." Posledično je uporaba izrazov "gen" in "cistron" brez pojasnila (vsaj za katero kraljestvo gre) trenutno polna nesporazumov.

Upoštevajte, da se je v molekularno-biološkem smislu izkazalo, da je gen razdeljen na dele - eksone, introne, operaterje, ojačevalce in končno - posamezne nukleotide. In regulativna sekvenca DNK, vzeta kot taka, je izgubila pravico, da se imenuje gen, saj sama nič ne kodira. Toda zaradi vpliva na transkripcijo gena lahko to zaporedje vpliva tudi na neko lastnost (tj. fenotip), ki bo podedovana skupaj s tem zaporedjem. In ga je mogoče ločiti z rekombinacijo od kodirnega zaporedja, še posebej, če je daljinski ojačevalec. Povedano drugače, regulativno zaporedje je tudi poseben dedni dejavnik, ki ima tudi svoje mesto na kromosomu. Nekatera regulatorna zaporedja, kot so ojačevalci, lahko vplivajo na transkripcijo več genov hkrati, torej zasedajo svoje specifično mesto v regulativni mreži, ki nadzoruje razvoj in delovanje organizma. V razumevanju klasične genetike obstajajo vsi znaki gena.

To protislovje med klasičnim in molekularno biološkim konceptom gena, ki je nastalo v času, ko se je zdelo, da so vsi klasični geni transkribirani deli DNK, ki kodirajo protein ali RNA, še ni bilo premagano, kar pa ni posebej pomembno, saj se beseda "gen" že dolgo ne uporablja kot strog izraz. V povezavi s hitrim razvojem molekularne biologije zmaga molekularna biologija: gen je transkribirani del DNK skupaj z njegovimi regulativnimi zaporedji DNK. Vendar je bil klasični koncept, da je gen dedni dejavnik (ne glede na to, kako deluje, kaj je in iz česa sestavljen), zgodovinsko prvi, trajal več kot pol stoletja in se je izkazal za izjemno plodnega. Zavedati se morate tega protislovja in se naučiti razumeti, kaj je povedano iz konteksta.

V praksi se to protislovje rešuje na dva načina: bodisi pred uporabo besede "gen" je njen pomen predhodno določen ali pa se ne uporablja kot izraz. Primer prvega primera: v rubriki »materiali in metode« v članku, posvečenem štetju genov v genomu, bo zapisano, po katerem kriteriju je bil gen določen – preštelo se je na primer število odprtih bralnih okvirjev. V naslednjem članku bodo zapisali: analizirali smo izraz in pokazali, da nekateri najdeni potencialni bralni okvirji niso nikoli transkribirani in očitno niso geni, ampak psevdogeni. Primer druge situacije: preučuje se lokus, iz katerega je narejenih več tisoč proteinov zaradi dejstva, da obstajajo trije alternativni promotorji, trije alternativni terminatorji in ducat intronov, ki so predmet alternativnega spajanja. Kje je tu gen in koliko genov je na tem mestu? V tem primeru bo beseda "gen" omenjena le v uvodu, kot sinonim za besedo "lokus". Če vzamemo frazo, ki vsebuje besedo "gen", iz populacijsko genetskega konteksta in jo vstavimo v molekularno biološki kontekst, potem izgubimo pomen.

Različne različice istega gena so v kakršnem koli smislu označene z izrazom aleli. V tej obliki je izraz predlagal W. Johansen leta 1926 na podlagi izraza "alomorfni par", ki ga je leta 1902 uvedel W. Batson). Koncept "alela" se je pojavil, ko ni bilo nič znanega o strukturi DNK in je bil predstavljen ravno kot alternativna različica gena. Ta koncept je še posebej pomemben za diploidne organizme, ki prejemajo enak nabor genov od očeta in matere in je posledično vsak od njih prisoten v genomu v dveh izvodih, ki sta lahko enaka ali drugačna, vendar ne na takšen način. tako da ni mogoče reči, da gre za "isti gen". Ti dve kopiji se imenujeta aleli.

Smešno je, toda v zvezi z izrazom "alel" ni nedvoumne rešitve za tako preprosto vprašanje, kot je slovnični spol te besede v ruščini. Moskva, pa tudi šole v Kijevu in Novosibirsku menijo, da je alel moški, Leningrad (Sankt Peterburg) - to je ženski. Vidite lahko, da se tudi v dveh priporočenih učbenikih ta beseda uporablja na različne načine.

Izraz "aleli" je bil prvotno uveden, da se nanaša na različice gena, odgovornega za določeno lastnost, ki so povezane s stanjem te lastnosti. Vendar se je izkazalo, da lahko geni, neodvisni drug od drugega, vplivajo na isto lastnost na enak način. To odpira problem razlikovanja med aleli istih ali različnih genov. Na srečo je že prej postalo jasno, da se geni nahajajo v strogo določenem zaporedju v linearnih strukturah - kot se je izkazalo v kromosomih - tako da vsak gen zaseda strogo določeno mesto na enem od kromosomov. Zato bi lahko vsak gen prepoznali ne le po njegovem vplivu na lastnost, temveč tudi po njegovem mestu na določenem kromosomu. Izkazalo se je, da je vsako mesto na kromosomu odgovorno za neko lastnost - mesto- je zaseden z enim od alelov - posamezne različice gena. Diploidno jedro vsebuje dva alela vsakega lokusa, pridobljena od matere in očeta, različna ali enaka. Lokus je mogoče opredeliti kot položaj na kromosomu, ki ga zaseda določen dedni faktor, a alel- kako različica določenega dednega dejavnika, in ker je lokus tisti, ki daje gotovost dednemu faktorju, vendar je alel varianta dednega faktorja, ki se nahaja na določenem lokusu. Očitno je ta definicija podana z vidika klasične genetike. V tem primeru je bolje reči "lokus na kromosomu". in ne »lokus kromosoma«, ker se v drugem primeru morda zdi, da je kromosom sestavljen samo iz takih lokusov, ki imajo genetski pomen. Čeprav gen v klasičnem smislu res ustreza določenemu segmentu DNK kromosoma, in čeprav lahko zelo pogosto kodirajoči segmenti DNK vsaj posredno vplivajo na nekaj (npr. prisotnost bloka ponovitev lahko prispeva k zbijanju kromatina in s tem vpliva na intenzivnost transkripcije kodirajočih segmentov DNK, ki se nahajajo tudi na precejšnji razdalji od nje), kljub temu pa zagotovo obstajajo razširjeni deli DNK, ki nimajo nobene genetske vsebine, torej ne vplivajo na nič in so ne geni v nobenem smislu.

Toda izraza "lokus" in "alel" imata tudi smešen ekspanzivni pomen. Če preučimo samo zaporedje DNK, ki je v tem primeru tako naša lastnost kot naš gen, saj se dobesedno kodira, lahko kateri koli del, ki ga je mogoče prepoznati na kakršen koli način, imenujemo kot lokus, njegovo različico pa kot alel . Na primer, v genomu so tako imenovani "mikrosateliti" - zaporedja zelo kratkih, sestavljenih iz dveh ali treh črk, tandemskih (razporejenih ena za drugo) ponovitev. Število teh ponovitev se zelo enostavno spremeni zaradi mehanizmov, povezanih z zdrsom med replikacijo ali napačno rekombinacijo. Pravzaprav se zaradi teh mehanizmov »zaženejo« v genomu, medtem ko nimajo lastne funkcije in niso geni v molekularnem smislu. Zaradi velike variabilnosti mikrosateliti radi preučujejo evolucijsko genetiko – saj je število kopij ponovitev mogoče z določeno mero gotovosti uporabiti za presojo razmerja. Torej je v tem primeru običajno govoriti tudi o alelih, ki s to besedo označujejo zaporedja mikrosatelitov različnih dolžin (to je z različnim številom kopij ponovitev).

Izkazalo se je, da lahko besedo "gen" v klasični genetiki povsem opustimo. Obstaja lokus - mesto na kromosomu, ki ga vedno zaseda eden od alelov. Razmerje med lokusom in alelom je enako razmerju med spremenljivko in njeno vrednostjo. Poleg tega je v skladu s klasično definicijo tako lokus gen (kot generični koncept), kot alel pa je gen (kot individualni koncept). Pogosto lahko slišite »ti geni med seboj niso alelni«, torej govorijo o alelnih in nealelnih genih, torej o alelih enega lokusa in alelih različnih lokusov. V praksi genetike se je uveljavila ne preveč toga tradicija, da se beseda "gen" uporablja kot sopomenka za besedo "lokus", takšne primere pa bomo našli tudi v našem besedilu.

Toda obstajajo situacije, ko se je besedi "gen" težko izogniti. Na primer, grah z rdečimi cvetovi so obdelali s kemičnim mutagenom in dobili grah z belimi cvetovi. Ugotovljeno je bilo, da se lastnost "barva cvetov" podeduje, kot jo določa en lokus - v takih primerih je običajno govoriti o monogen znak (čeprav bi bil neobstoječi izraz "monolokalni" bolj natančen). Vendar pa je belocvetni grah že znan in to lastnost določa alel znanega lokusa. Vprašanje je, ali smo dobili isti alel na istem lokusu ali drugačen (na ravni zaporedja DNK) alel na istem lokusu, kar pa vodi tudi do belih cvetov? Ali alel novega, prej neznanega lokusa – ki lahko recimo za povsem drugo stopnjo sinteze pigmenta? Dokler se to ne ugotovi, je treba leno reči: "Dobili smo gen za belo cvetenje." Mimogrede, opisana je resnična situacija iz življenja našega laboratorija - prejeli smo gen, ki določa belocvetenje, za katerega se je izkazalo, da je alel na slabo poznan lokus, odgovoren za antociansko barvo cveta. a, ampak na malo znano mesto a2 .

Izraza lokus in alel lahko uporabimo tudi za gen v molekularno genetskem smislu – in sicer na specifično nukleotidno zaporedje. Tukaj je pomen izrazov "lokus" in "gen" enak, alel pa bo pomenil specifično nukleotidno zaporedje danega gena. Vendar pa se v okviru molekularne genetike potreba po teh izrazih ne pojavlja zelo pogosto, saj je molekularno-biološki premislek običajno odmaknjen od obstoja v diploidnem organizmu drugega takega gena, z enakim ali nekoliko drugačnim zaporedjem, v homologni kromosom.

Za obstoj verjetno veste iz molekularne biologije multigenske družine: ko je v genomu več genov v molekularnem smislu, ki kodirajo beljakovinski produkt iste vrste – isti encim npr. Poleg tega se lahko nekoliko razlikujejo po primarni strukturi: tako DNK kot beljakovinskem produktu, pa tudi po nekaterih fizikalno-kemijskih lastnostih beljakovinskega produkta - intenzivnosti molekularne funkcije, pa tudi v značilnostih izražanja - tj. kraj, čas in intenzivnost sinteze. Isti grah ima sedem genov (v molekularnem smislu) histona H1, vsak od njih kodira posebno različico molekule, od katerih je eden prisoten le v aktivno delijočih se celicah in izgine iz kromatina celic, ki so končale delitev. Vsako zaporedje katerega koli od teh genov bi bilo različica histonskega gena H1. Toda znotraj istega genoma teh sedem genov zaseda različne lokuse, zato bodo aleli le različne različice določenega lokusa. Morate biti seznanjeni s konceptom homologijo- podobnost na podlagi skupnega izvora, in homologi- predmeti, ki imajo tako podobnost. V molekularni genetiki ločimo dve vrsti genske homologije. Homologni, a nealelni geni v istem haploidnem genomu, ki zasedajo različne lokuse, se imenujejo paralogi(iz grškega "para" - blizu, blizu). Imenujejo se posamezne različice istega lokusa pri različnih posameznikih ortologi(iz grškega "orto" - neposredno, nasprotno; spomnite se orto-para izomerov v organskih snoveh). V bistvu so ortologi aleli. Vendar pa izraz "ortolog" običajno uporabljajo molekularni biologi pri preučevanju genov različnih vrst - v primerih, ko je mogoče nedvoumno ugotoviti, da imajo isti lokus, medtem ko se izraz "alel" uporablja le za gensko varianto v iste pri isti vrsti ali pri tesno sorodnih vrstah, ki so kljub temu sposobne križanja (na primer pšenica in njeni divji sorodniki). Alel je torej genetski pojem; o alelih govorimo, kadar načeloma lahko sodelujejo pri križanju.

Postavimo si vprašanje – od kod so prišli paralogi? Logično in pravilno je domnevati, da so nastali kot posledica podvajanja genov - torej redkih primerov "reprodukcije" gena v genomu. Seveda se vsak tak dogodek, pa čeprav redek, zgodi v mejah katere koli vrste. Posledično imamo situacijo, ko imajo nekateri posamezniki iste vrste dva lokusa v genomu, ki sta po primarni strukturi enaka (sčasoma se lahko kopičijo razlike), drugi pa le enega. Predpostavimo, da sta dve kopiji razmnoženega gena nameščeni drug ob drugem, tako da se oba nova lokusa nahajata na istem mestu, kjer je bil en stari. In tako začnejo kopičiti razlike. Kje in kaj so tukaj aleli? Upoštevali smo situacijo, ko koncept "alela" ne uspe, in to je zelo dobro, saj smo pri tem zasledili mejo njegove uporabnosti.

Mimogrede, nepričakovano netrivialno vprašanje je, kaj so različni in enaki aleli. V zgodnjih fazah razvoja genetike so alele prepoznavali le po fenotipu, za različne alele pa so veljali le tisti, ki vodijo do različnih fenotipov. Najpogosteje sta obstajala dva alela - normalen in okvarjen (mutant), tako da je bila v zgodnjih fazah razvoja genetike priljubljena "teorija prisotnosti in odsotnosti" (določene funkcije). Z razvojem genetike pa je postalo znanih vedno več primerov, ko ima ista lastnost več dednih variant, kar je na koncu privedlo do pojava slavni aforizem Thomas Morgan: "Ena prisotnost ne more ustrezati več odsotnostim." In v primeru kvantitativnih lastnosti, ki jih določa veliko genov hkrati, sploh ni posebne fenotipske manifestacije posameznega alela. Posledično so se odločili, da so aleli veljali za očitno različne, če v tem poskusu niso bili očitno podedovani od istega posameznika, torej niso bili identični po izvoru ali taka identiteta ni bila ugotovljena. V naravi na primer ulovimo sto navidez enakih posameznikov, da bi preučili majhne odtenke fenotipske manifestacije določenega gena, jih križali s posebnimi testerskimi linijami, preučevani gen, pridobljen iz njih, prenesli na identično gensko ozadje, izmerili lastnost, ki nas zanima - hkrati pa verjamemo, da v poskusu sodeluje sto različnih (po izvoru) normalnih (!) alelov (vsi so pridobljeni iz narave od sposobnih posameznikov).

Razumete, da ko je postalo mogoče razvozlati primarno strukturo proučenih genov, je vprašanje identitete alelov prenehalo biti teoretično in se je zmanjšalo na identiteto njihove primarne strukture (nukleotidno zaporedje). Če obstaja vsaj ena substitucija, so aleli različni, če ne, so enaki, saj so popolnoma identične molekule. Glede na možnost kopičenja nukleotidnih substitucij, od katerih mnoge ne vplivajo na delovanje lokusa, se v praksi ta pristop malo razlikuje od a priori, da se vsi aleli, neodvisno pridobljeni od različnih posameznikov, razlikujejo. Vendar pa se stopnja pojavljanja substitucij zelo razlikuje od lokusa do lokusa – na primer pri nekaterih lokusih smo opazili identično zaporedje nukleotidov tudi pri alelih, pridobljenih iz različnih podvrst graha (divjega in gojenega).

Dotaknimo se takšnih nestrogih, priljubljenih izrazov, kot so "aleli divjega tipa", "mutantni aleli" in "ničelni aleli". Zgornja "teorija prisotnosti-odsotnosti" je v mnogih primerih zelo uporabna. Vzemimo za primer isti grah. Cvetovi graha imajo pigment – ​​antocian, ki jih obarva v rožnato rdečo (vijolično) barvo. Če je kateri od proteinov, vključenih v biokemično verigo sinteze antocianinov, okvarjen ali odsoten, se antocian ne sintetizira in cvetovi ostanejo beli. Recimo, da je v določenem kromosomu lokus, označimo ga a, ki vsebuje zaporedje DNK, ki kodira enega od teh proteinov. Običajno pravijo manj strogo, a bolj preprosto - v določenem kromosomu je gen a, ki kodira enega od teh proteinov (grah ima tak gen s to oznako in kodira regulativni protein, ki se veže na DNK, in ne encim, ki sodeluje pri sintezi antocianina). Naj ima ta gen dva alela, označimo jih A in a. alel AMPAK kodira normalno funkcionalno beljakovino. alel a ne kodira funkcionalne beljakovine. Kako je to mogoče - bomo govorili kasneje, za nas je zdaj pomembno, da ta alel preprosto "ne deluje" - ne izpolnjuje svoje molekularne funkcije, tudi če nam ni znana. V takih primerih se imenuje normalni alel divji tip/ Na primeru graha je ta izraz dvojno pravilen. Grah je tako gojen kot divji (predstavniki iste vrste še vedno obstajajo v naravi). In ves divji grah ima vijolične cvetove, gojeni pa tako vijolične kot bele cvetove, v zelenjavnih in žitnih sortah evropske selekcije pa prevladuje beli. Alel, ki ne more tvoriti funkcionalnega beljakovinskega produkta, se pogosto imenuje tudi ničelni alel.

Obstajajo primeri, ko koncept "divje vrste" ali "ničelnega alela" ni uporaben. Na primer v dvokraki pikapolonici Adalia bipunctata Obstajata dve obliki - rdeča s črnimi lisami in črna z rdečo. (Mimogrede, to je eden od klasičnih predmetov populacijske genetike, ki ga je v to znanost uvedel Timofejev-Resovski.) Oba sta zastopana v evropskem delu Rusije, nobeden ni boljši od drugega (v Novosibirsku pa le drugo se najde). Nobenega od njih ni mogoče imenovati divjega tipa v nasprotju z drugim. Možno pa je, da je eden od teh alelov povezan z izgubo molekularne funkcije beljakovinskega produkta tega lokusa, ki je tako kot drugi geni individualnega razvoja verjetno dejavnik, ki vpliva na izražanje drugih genov.

Potem je tu še priljubljen izraz v genetiki - mutacija. Zgodovinsko gledano je koncept uvedel Hugo De Vries v smislu, ki se približuje tistemu, ki zdaj obstaja v grozljivkah - nenadna sprememba dednih nagnjenj, ki vodi do radikalne spremembe fenotipa. De Vries je delal z eno od vrst jegličev ( Oenothera), ki ima, kot se je pozneje izkazalo, zelo izvirno citogenetiko: zaradi večkratnih kromosomskih preureditev se celoten genom deduje kot en alel. Vendar je ta beseda postala široko uporabljen izraz in ne samo v Hollywoodu. Sergej Sergejevič Četverikov, eden od ustanoviteljev populacijske genetike, je uporabil izraz "genovariacija", ki je bolj pravilen, vendar se ni uveljavil (čeprav je bil Četverikov eden od domačih genetikov, ki je pomembno vplival na svetovno genetiko, ustanovitev populacijske genetike). Trenutno pod mutacija razumel kakršna koli sprememba primarne strukture DNK- od zamenjave enega nukleotida do izgube ogromnih delov kromosomov. Rad bi vas opozoril na dejstvo, da se beseda »mutacija« nanaša na sam dogodek spremembe. Vendar pa se v nestrogi, a vztrajni genetski praksi ista beseda "mutacija" pogosto uporablja za njen rezultat, to je za alel, ki je nastal kot posledica mutacije. Pravijo: "V poskusu sodelujejo drozofile - nosilci mutacije belo". Nihče ni zabeležil samega mutacijskega dogodka, ki je pripeljal do nastanka te klasične mutacije – mimogrede, povezana je z vstavitvijo mobilnega genetskega elementa v encimski gen kopija, ki se premika izjemno redko – a vsi kar naprej govorijo »mutacija« namesto »mutantni alel«. Razume se, da je nekoč prišlo do mutacije, ki je pokvarila normalni alel, kar je povzročilo mutantnega. Preprosto je razumeti, da je "mutantni alel" tudi antonim izraza "alel divjega tipa", vendar širši od "ničelnega alela", saj omogoča različna odstopanja od alela divjega tipa, ki vodi do popolnega izguba molekularne funkcije (enako " več odsotnosti!) in ne vodi.

Obstaja še ena zelo neprijetna terminološka situacija, s katero se boste morali nekateri od vas soočiti v človeški genetiki. Kot bomo videli kasneje, je človeška genetika na splošno, terminološko, precej odstopala od splošne genetike. Razlog je v tem, da po eni strani to specializirano področje znanosti sodi tako v biologijo kot medicino in je čisto institucionalno izolirano od vse druge genetike in v tem smislu vre v svojem soku. Po drugi strani pa je to področje zaradi svojega praktičnega pomena po obsegu zelo veliko – po številu raziskovalcev in njihovih študij, revij, člankov –, zaradi česar je njegova notranja tradicija odporna na zunanje vplive, vključno s tistimi od »matere«. splošna genetika. Sodobna človeška genetika je tako napredovala, da je v mnogih primerih uresničila starodavne sanje genetikov, in sicer se je izkazalo, da zna določene znake (tudi patološke) povezati s prisotnostjo določenih nukleotidov v določenih legah specifičnih geni. A tu je prišlo do nesrečne terminološke zamenjave. Ko primerjamo številne alele glede na primarno strukturo DNK, se izkaže, da je v nekaterih legah vedno isti specifični nukleotid, v nekaterih legah pa so možne nukleotidne substitucije. (Obstaja sum, da lahko v genomih vseh ljudi človeštva najdete kateri koli nukleotid v katerem koli položaju, kar sproža smešno filozofsko vprašanje - kaj je človeški genom). Bili so pravilno poimenovani. polimorfni položaji- in res, vsak tak položaj kaže alternativno variabilnost - to je polimorfizem - glede na to, kateri od štirih nukleotidov lahko zasede. A tu je nekako prišlo do zamenjave pojmov. "Polimorfizem" se je začel poimenovati specifičen nukleotid na določenem polimorfnem položaju (kar bi morali imenovati "morf"). Začeli so govoriti nekako takole: »Pri toliko ljudeh smo sekvencirali takšen in ta gen in našli dvanajst polimorfizmov, dva v položajih takih in drugačnih, šest v takšnem in drugačnem in štiri v takem in drugačnem. Dva od polimorfizmov v takem in takšnem položaju sta pokazala pomembno povezavo s sindromom takega in takšnega. Najverjetneje se je taka zamenjava zgodila na ravni laboratorijskega slenga, ki obstaja v vsakem znanstvenem delu in je sestavljen iz poenostavitve terminologije, pogosto nepismene. Študentje, ki pridejo v laboratorij, včasih zamenjujejo sleng za terminologijo in jo začnejo uporabljati z vso resnostjo. V nekem trenutku se zgodi, da sta tako avtor članka kot recenzenti v znanstveni reviji navajena istega slenga, nato prodre v znanstveni tisk in se z določeno verjetnostjo fiksira. (Slika, mimogrede, je več kot poznana iz populacijske genetike in popolnoma posnema proces speciacije – ko se v izolirani populaciji pojavijo naključni pojavi, sovpadajo pri različnih spolih in se določijo anomalije v sistemu prepoznavanja primernih spolnih partnerjev, ki postanejo norma pri novi vrsti in vodijo do njenega nekrižanja s staro .) Poleg etimološkega protislovja (ena sama oblika se imenuje beseda, ki kaže, da obstaja veliko oblik) in slabega okusa ima taka zamenjava tudi posledica tega je, da so se raziskovalci, ki uporabljajo ta žargon, prikrajšali za izraz "polimorfizem" v njegovem pravilnem pomenu. In ko je treba izraziti ustrezen koncept (ki ni izginil), se morajo namesto nedvoumnega izraza zateči k besednim opisom. Recimo, da se morajo v situacijah, za katere obstaja izraz "uravnotežen polimorfizem" - ko ima ena od morf v nekaterih pogojih prednost, druga - v drugih, tako da sobivajo in ne iztiskajo drug drugega -, se morajo vedno zateči k dolgo opisi, kot je zgornji.

V smislu, da vas seznanimo s tradicionalno in ne vedno dosledno genetsko terminologijo, je treba omeniti precej smešen izraz marker. Ta izraz je bil uveden za lokuse, ki za nas niso pomembni sami po sebi, ampak kolikor označujejo določeno regijo kromosoma. Pojav takega izraza je bil povezan z dolgim ​​časovnim obdobjem, ko ni bilo znanih veliko genetskih lokusov. Potreben je bil v situacijah, ko je bilo treba vstaviti na novo odkrit gen ali, pa čeprav se sliši paradoksalno, delati z geni, ki še niso bili odkriti. Na primer, narava genov, ki nadzorujejo gospodarsko dragocene kvantitativne lastnosti rastlin in živali, je bila dolgo časa popolnoma neznana in tudi zdaj je o njih malo znanega. Hkrati ni bilo nobenega dvoma, da ti geni obstajajo in se nahajajo na kromosomih. Z manipuliranjem z znanimi lokusi – markerji – je bilo mogoče identificirati regije kromosomov, s katerimi so povezani določeni učinki na kvantitativne lastnosti, in jih uporabiti pri vzrejnem delu. Sprva so bili to večinoma »vidni markerji« – lokusi, ki so imeli alele z vidnim učinkom. Vendar pa se je v prihodnosti ta pristop resno razvil zaradi vključevanja v genetsko analizo biokemičnih lastnosti (praviloma tudi funkcionalno ne povezanih z ekonomsko dragocenimi lastnostmi), kasneje pa zaradi pojava priložnosti za delo s polimorfizmom. same kromosomske DNK. To je privedlo do pojava koncepta "molekularnega markerja". Tako je izraz "marker" le sinonim za izraz "lokus", vendar poudarja, da nas ta lokus ne zanima kot tak, ampak le kot mejnik na kromosomu. Vendar se je izraz tako navadil, da so ga začeli uporabljati v primerih, ko je lokus neposredno preučevani predmet. Paradoksalno je, da se v študijah molekularne filogenije analizirane sekvence pogosto imenujejo tudi markerji. Tu bi lahko namigovali, da so le časovni mejniki in nukleotidne substitucije v njih označujejo evolucijske dogodke, ki seveda niso omejeni le na spremembe v analiziranih sekvencah.

Geni (natančneje, lokusi) so običajno označeni z okrajšavami, sestavljenimi iz latinskih črk in številk. Vendar pa za temi označbami stojijo polna imena genov, latinska ali pogosteje angleška. Tako polna imena kot okrajšave za gene so vedno napisana v poševnem tisku. Za gene z vidno ekspresijo je to običajno beseda, ki opisuje mutantni fenotip: w – belo(bele oči muhe), y – rumena(rumeno telo v muhi), a – antocianin inhibicija(za grah) op – ovula pestilloida(za grah) bth – bitoraks- ni ravno dobro ime za mutacijo pri Drosophili, pri kateri se na metatoraksu (metotoraksu) pojavi drugi par kril (kot na mezotoraksu) - vendar je napisano, kot da bi se torakalna tagma podvojila. Obstaja celo mutacija Drosophila z uradnim imenom fushi tarazu(skrajšani simbol - ftz) - japonski. Veseli Američani so enega od genov poimenovali matere proti dekapentaplegik, po analogiji z organizacijami, kot so "mame proti vojni v Iraku" - pri samicah sadnih muh, nosilkah te mutacije, potomci, ki nosijo gen, ne bodo preživeli dekapentaplegik. Okrajšava za ta gen zveni prav tako dobro: noro. Občasno in ne v najbolj priljubljenih predmetih uradno ime gena in njegova okrajšava nista povezana med seboj: mutacija, ki spremeni vitice graha v liste, ima oznako tl(od brez vitic), naslov pa je klavikula. Če je gen poznan po njegovem molekularnem produktu (beljakovini ali RNA), bo ta gen sam poimenovan po njegovem produktu: mtTrnK – mitohondrijske prevoz RNA za lizin, Rbcl – ribuloza bifosfat karboksilaze velik podenota. Pomembno je, da ima vsaka vrsta popolnoma neodvisno uradno nomenklaturo genskih simbolov, kar vodi v nekatere težave v današnjem času, ko se je povečalo število objektov z razvito zasebno genetiko in število objektov, v katerih se geni ne preučujejo. genetskih poskusov, vendar z neposrednim branjem zaporedij DNK – raste kot plaz (na primer projekt »10.000 genomov vretenčarjev« že deluje).

Genetika se je začela s primeri, ko sta bila na vsakem lokusu znana le dva alela in ju je bilo mogoče razlikovati s pisanjem z veliko ali malo črko, kar je začel Mendel. Za dominantni alel je bila uporabljena velika začetnica (kaj to pomeni že iz šole, fenomena dominacije se bomo podrobneje dotaknili kasneje) – to je običajno alel divjega tipa; kot bi zdaj rekli – alel z normalno, neokrnjeno molekularno funkcijo. Hkrati je bil lokus označen z malo črko, to je, da je njegova oznaka sovpadala z oznako recesivnega, torej mutantnega, nefunkcionalnega alela, saj so se znanstveniki najprej naučili obstoj takšnega alela. o obstoju lokusa. V redkih primerih, ko se je izkazalo, da je mutantni alel prevladujoč, sta bila tako on kot sam lokus označena z veliko začetnico.

Ko in zelo kmalu se je pokazalo, da je v lokusu veliko alelov (zdaj vemo, da jih je veliko), so bile uvedene oznake alelov, ki so zapisane v nadpisu za označbo lokusov. Simbol »+« se pogosto uporablja kot tak indeks za alel divjega tipa, včasih ni indeksa. Recimo, na prvem znanem mestu Drosophila belo (w) alel divjega tipa je označen w+ , alel, odgovoren za bele oči w, in odgovoren za marelice - wa (polno ime - beloapricot).

Opozarjam vas na dejstvo, da za tradicionalne genetske objekte z razvito zasebno genetiko še vedno obstajajo različne tradicije pri pisanju označb lokusov in njihovih alelov. Do sedaj sem našel tri izmed njih:

Lokuse z vidno manifestacijo pišemo z malo ali veliko začetnico, odvisno od tega, ali je lokus glede na divji tip opisan z recesivnim ali dominantnim alelom; in z veliko začetnico, če je lokus znan iz molekularne funkcije. Hkrati se za lokuse z vidno manifestacijo in dominantnostjo ohranja tradicija, da se recesivni aleli pišejo z malo, dominantni pa z veliko začetnico. Takšna je genetska nomenklatura, na primer pri grahu in miših. Na primer, lokus graha a, odgovoren za barvo cvetov, ima alele A in a.

Kot v prejšnjem primeru, vendar so velike in male črke v označbi lokusa in njegovih alelov togo fiksne. Tak sistem se uporablja pri Drosophila. Tukaj so oznake w in W pripadajo popolnoma različnim lokusom. belo in Zguban. Alel divjega tipa je tukaj vedno označen z indeksom "+". (Zanimivo je, da se genetiki drozofile in miši, ki so vajeni sistema, ki so ga sprejeli njihovi subjekti, običajno niti ne zavedajo obstoja drugega sistema za poimenovanje lokusov.)

Vse črke v označbah lokusov so vedno velike. Tak sistem se zdaj uporablja v človeški genetiki in je bil sprejet pred kratkim.

Za fenotipe se uporabljajo enake oznake alelov, vendar vedno brez ležečega. Torej, če opišete rezultate poskusa, v katerem ste opazili toliko rastlin graha z vijoličnimi cvetovi in ​​toliko z belimi cvetovi, in veste, da je belo cvetenje v poskusu povezano z lokusom a, potem boste v tabeli pojavljanja označili vijoličaste in belocvetne rastline s črkama A in a, tudi če ne poznate njihovega genotipa. Enako se naredi, če ugotovite prisotnost elektroforetskih variant nekega izoencima: tam je skladnost fenotipa z genotipom večja, vendar tudi ni vedno enoznačna.

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

V vsakem diploidnem organizmu je vsak kromosom (razen spolnih kromosomov) predstavljen v dveh izvodih - homologih, prejetih od očeta oziroma matere. Vsak od homologov ima enak nabor lokusov in v vsakem od homologov vsak lokus zaseda nek alel. Zato vsak diploidni organizem nosi dva alela vsakega lokusa. Pri zapisovanju njegovega genotipa se zaporedoma zapišeta označbi dveh alelov, ki sta prisotna v lokusu (lokusih), ki nas zanima, na primer, če je v lokusu a aleli graha A in a Obstajajo trije možni genotipi: A A, A a in a a.

Če v obeh homologih lokus predstavlja isti alel, potem rečemo, da je posameznik homozigoten na tem alelu ali na tem mestu. Še več, ko pravijo, da so homozigotni za lokus, je poudarek na tem, da pri obeh homologih v njem ni razlik, ko pravijo, da so homozigotni za alel, je poudarek na tem, kateri alel. Če je v obeh homologih lokus predstavljen z različnimi aleli, potem posameznika heterozigoten za to mesto. Zaradi poenostavitve se imenujejo homozigotni in heterozigotni posamezniki homozigoten in heterozigota. Glede na zgoraj povedano o identiteti/razlikih alelov pravi homozigoti v naravi niso zelo pogosti. Vendar pa se v določenem poskusu nihče ne trudi prezreti razlik, ki jih v tem poskusu ne zaznamo ali jih ni mogoče zaznati, in obravnavati posameznike, pri katerih imata obe kopiji lokusa identično fenotipsko manifestacijo, kot homozigote. V študijah, ki so vključevale sorodne posameznike, naletimo na znane homozigote - posameznike, pri katerih sta oba alela nekega lokusa po izvoru enaka. Takšne študije pogosto uporabljajo pojem povprečna heterozigotnost je delež heterozigotnih lokusov med vsemi lokusi.

Dodajmo še en izraz hemizigota- gre za posameznika, pri katerem očitno ni dva, ampak le en alel. No, na primer, verjetno veste, da imajo moški samo en spolni kromosom X in drugega spolni kromosom, Y-kromosom mu ni homologen (z izjemo majhnih območij), saj ni brez večine regij, nasičenih z genetskimi informacijami. Zato aleli iz tistih regij kromosoma X, ki niso predstavljeni na kromosomu Y, nimajo homologov v jedru, torej so v hemizigoti. Včasih kromosom izgubi del svojega fragmenta skupaj z geni (ali en gen) v njem. V tem primeru so aleli teh genov v homolognem kromosomu tudi v hemizigoti. Vendar pa pri genetskem poskusu pogosto ne vemo, kaj se je zgodilo v kromosomih, in gene sodimo le po fenotipu. V tem primeru se odsotnost gena morda ne razlikuje od njegove "razčlenitve" - ​​izgube njegove funkcije. In dokler ne poznamo, recimo, molekularnega ozadja, a nekako ugotovimo, da je molekularna funkcija izgubljena, bomo govorili le o alelu ali "ničelnem alelu".

Razlikovanje med homozigotom, heterozigotom in hemizigotom je lahko pomembno pri diploidnih organizmih, ker odmerek ustrezni alel v genomu se v tem primeru razlikuje za polovico (npr. v primeru lokusa v kromosomu X dve kopiji na genom pri ženskah in ena pri moških), kar je lahko pomembno. Molekularna genetika se običajno razlikuje od homozigotnosti/heterozigotnosti svojih subjektov. Vendar se ta koncept pogosto uporablja tukaj. genske doze, torej število alelov z neokrnjeno molekularno funkcijo v genomu - običajno se giblje od 0 do 2, lahko pa se poveča z gensko modifikacijo, torej z umetnim vnašanjem dodatnih kopij v genom.

V primeru haploidnih organizmov je običajno reči, da so na splošno vsi aleli vseh genov v hemizigoti. Kakšne haploidne organizme imamo? Prokarioti, nižje glive in askomiceti, rastlinski gametofiti. Naj opozorimo na eno podrobnost – haploidi niso tisti, ki imajo v celici strogo en haploiden genom. V večini bakterijskih celic je več nukleoidov, ki se še niso imeli časa ločiti – vendar so vsi enaki (do de novo mutacij). Pri nižjih glivah hife pogosto sploh niso razdeljene na posamezne celice. Pomembno je, da ima haploidni organizem v svojih celicah eno samo različico haploidnega genoma. Končno, nekatere živali - kot je Hymenoptera - imajo haploidni spol - verjetno veste, da so čebelji droni haploidni. Hkrati se v somatskih celicah podvoji nabor kromosomov, iz katerih ne prenehajo biti haploidi. Mitohondriji in plastidi so pogosteje podedovani le od matere, zato so celice hemizigotne za gene, ki se nahajajo v genomih teh organelov. Vendar pa imajo plastidi v mnogih rastlinah včasih biparentalno dedovanje, pri drugih se to zgodi občasno, očetovski mitohondriji pa izredno redko prodrejo v zigoto. V takih primerih potomci prejmejo od obeh staršev določen različen delež teh organelov, ki ni nujno enak 1/2. V takih primerih je običajno govoriti o heteroplazmija.

05.05.2015 13.10.2015

Izrazi aleli, lokusi, markerji se pogosto uporabljajo v sodobni genetski znanosti. Medtem je usoda otroka pogosto odvisna od razumevanja tako ozkih izrazov, saj je diagnoza očetovstva neposredno povezana s temi pojmi.

Človeška genetska značilnost

Vsaka oseba ima svoj edinstven nabor genov, ki jih prejme od svojih staršev. Kot rezultat kombinacije nabora starševskih genov dobimo popolnoma nov, edinstven organizem otroka z lastnim naborom genov.
V genetski znanosti so sodobni raziskovalci identificirali določena področja človeških genov, ki imajo največjo variabilnost – lokuse (njihovo drugo ime so DNK markerji) za diagnostiko.
Vsak od teh lokusov ima številne genetske variacije - alele (alelne variante), katerih sestava je povsem edinstvena in povsem individualna za vsako osebo. Na primer, lokus barve las ima dva možna alela, temna ali svetla. Vsak marker ima svoje individualno število alelov. Nekateri markerji vsebujejo 7-8, drugi več kot 20. Kombinacija alelov za vse preučevane lokuse se imenuje profil DNK določene osebe.
Prav variabilnost teh odsekov genov omogoča izvedbo genetskega pregleda sorodstva med ljudmi, saj otrok od svojih staršev prejme enega od lokusov od vsakega starša.

Načelo genetskega testiranja

Genetski postopek za ugotavljanje biološkega očetovstva pomaga ugotoviti, ali je moški, ki se ima za starša določenega otroka, pravi oče ali je to dejstvo izključeno. Za preiskavo biološkega očetovstva analiza primerja lokuse med starši in njihovim otrokom.
Sodobne metode analize DNK lahko hkrati preučujejo človeški genom na več lokusih. Na primer, standardizirana genska študija je vključevala pregled 16 markerjev hkrati. Toda danes se v sodobnih laboratorijih izvajajo strokovne raziskave na skoraj 40 lokusih.
Analize se izvajajo z uporabo sodobnih genskih analizatorjev – sekvencerjev. Na izhodu raziskovalec prejme elektroforegram, ki označuje lokuse in alele analiziranega vzorca. Tako se kot rezultat analize DNK analizira prisotnost določenih alelov v analiziranem vzorcu DNK.

Določanje verjetnosti razmerja

Za ugotavljanje stopnje povezanosti se statistično obdelajo DNK profili, ki so bili pridobljeni za posameznega udeleženca preiskave, na podlagi rezultatov katerih izvedenec sklepa o odstotni verjetnosti razmerja.
Za izračun stopnje razmerja določen statistični program primerja prisotnost istih alelnih variant vseh proučevanih lokusov od analiziranih. Izračun se izvede med vsemi udeleženci analize. Rezultat izračuna je določitev kombiniranega indeksa očetovstva. Drugi indikator je verjetnost očetovstva. Visoka vrednost vsake od ugotovljenih vrednosti je dokaz biološkega očetovstva pregledanega moškega. Za izračun kazalnikov sorodstva se praviloma uporablja baza podatkov o alelnih frekvencah, pridobljenih za prebivalstvo Rusije.
Pozitivna primerjava 16 različnih, naključno izbranih DNK markerjev omogoča, po statističnih podatkih, določitev verjetnosti očetovstva. Če pa se rezultati za alele 3 ali več markerjev od 16 ne ujemajo, se rezultat preiskave biološkega očetovstva šteje za negativnega.

Točnost rezultatov pregleda

Na natančnost rezultatov genetskega testiranja vpliva več dejavnikov:
število analiziranih genetskih lokusov;
narava lokusa.
Genetska analiza čim več lokusov, ki so edinstveni za določeno osebo, omogoča natančnejše določitev (ali, nasprotno, zavrnitev) stopnje verjetnosti očetovstva.
Tako je dosegljiva stopnja verjetnosti pri hkratni analizi do 40 različnih lokusov do 99,9 % za potrditev verjetnosti biološkega očetovstva in do 100 %, če dobimo negativen rezultat.
Določanje biološkega očetovstva s stopnjo verjetnosti 100 % je nemogoče zaradi teoretične možnosti obstoja moškega z enakim naborom DNK markerjev kot oče otroka. Vendar pa se pri 99,9-odstotni verjetnosti preiskava šteje za pozitivno, očetovstvo pa je dokazano.

Kateri viri DNK so primerni za analizo?

DNK preiskava je zelo občutljiv postopek, ki ne zahteva velike količine vzorec za ekstrakcijo DNK. Zahvaljujoč sodobnemu znanstvenemu napredku lahko genetsko testiranje za ugotavljanje verjetnosti očetovstva izvedemo tako z uporabo biološkega materiala, pridobljenega od določene osebe (bris iz ust, las, krvi), kot nebiološkega materiala, torej samo v stiku. z osebo (na primer njegova zobna ščetka, oblačilo, otroška duda, kuhinjski pripomočki). To je mogoče zaradi dejstva, da so v vseh človeških celicah, ne glede na njihov izvor, molekule DNK popolnoma enake, kar omogoča primerjavo vzorcev DNK, pridobljenih iz bolnikovih ust, z vzorcem krvi ali iz vzorca DNK. pridobljeno iz zobne ščetke ali oblačil.

Nov napredek pri ugotavljanju očetovstva

Nova beseda v definiciji očetovstva je bil razvoj diagnostike mikročipov. Zahvaljujoč navedbi na mikročipu (majhni plošči) skoraj vseh človeških genov določitev očetovstva ne bo težavna. Ta tehnologija je podobna genetskemu "potnem listu". Z odvzemom vzorca krvi ali amnijske tekočine iz ploda bo mogoče iz njega enostavno izvleči DNK in izvesti hibridizacijo na mikromrežih staršev. Raziskovalci nameravajo to tehnologijo uporabiti tudi za odkrivanje dednih bolezni.

Gene- strukturna in funkcionalna enota dednosti živih organizmov. Gen je del DNK, ki določa zaporedje določenega polipeptida ali funkcionalne RNA.

Peptidi- družina snovi, katerih molekule so zgrajene iz dveh ali več aminokislinskih ostankov, povezanih v verigo s peptidnimi (amidnimi) vezmi -C (O) NH -. Običajno se nanaša na peptide, sestavljene iz aminokislin. Peptide, katerih zaporedje je krajše od približno 10-20 aminokislinskih ostankov, lahko imenujemo tudi oligopeptidi, z večjo dolžino zaporedja se imenujejo polipeptidi.

beljakovine običajno imenovani polipeptidi, ki vsebujejo približno 50 aminokislinskih ostankov.

Genom- celota dednega materiala, ki ga vsebuje celica telesa. Genom vsebuje biološke informacije, potrebne za izgradnjo in vzdrževanje organizma. Večina genomov, vključno s človeškim genomom in genomi vseh drugih celičnih oblik življenja, je zgrajena iz DNK, nekateri virusi pa imajo genome RNA. Pri človeku (Homo sapiens) je genom sestavljen iz 23 parov kromosomov, ki se nahajajo v jedru, in mitohondrijske DNK. Dvaindvajset avtosomov, dva spolna kromosoma X in Y ter človeška mitohondrijska DNK skupaj vsebuje približno 3,1 milijarde baznih parov.

Skupaj z okoljskimi dejavniki določa genom fenotip organizem.

Genotip- niz genov določenega organizma, ki je značilen za posameznika. Izraz "genotip" je skupaj z izrazoma "gen" in "fenotip" uvedel genetik V. L. Johansen leta 1909 v svojem delu "Elementi natančne doktrine dednosti". Običajno se o genotipu govori v kontekstu določenega gena, pri poliploidnih posameznikih pa označuje kombinacijo alelov določenega gena. Večina genov se pojavlja v fenotipu organizma, vendar se fenotip in genotip razlikujeta na naslednje načine:

1. Glede na vir informacij (genotip se določi s preučevanjem DNK posameznika, fenotip se zabeleži z opazovanjem videza organizma)
2. Genotip ne ustreza vedno istemu fenotipu. Nekateri geni se v fenotipu pojavijo le pod določenimi pogoji. Po drugi strani pa so nekateri fenotipi, kot je barva živalskega krzna, posledica interakcije več genov glede na vrsto komplementarnosti.

aleli- različne oblike istega gena, ki se nahajajo v istih regijah (lokusih) homolognih kromosomov in določajo alternativne variante razvoja iste lastnosti. V diploidnem organizmu sta lahko dva enaka alela istega gena, v tem primeru se organizem imenuje homozigoten ali dva različna, kar ima za posledico heterozigoten organizem. Izraz "alel" je predlagal tudi W. Johansen (1909).

Lokus- v genetiki pomeni lokacijo določenega gena na genetski ali citološki karti kromosoma. Različica zaporedja DNK na danem lokusu se imenuje alel. Imenuje se urejen seznam lokusov za kateri koli genom genetski zemljevid.

Gensko kartiranje je definicija lokusa za specifično biološko lastnost.

kromosomi- nukleoproteinske strukture v jedru evkariontske celice, v katerih je koncentrirana večina dednih informacij in ki so zasnovane za njihovo shranjevanje, izvajanje in prenos. Kromosomi so jasno vidni pod svetlobnim mikroskopom le v obdobju mitotične ali mejotske celične delitve. Nabor vseh kromosomov celice, imenovan kariotip, je za vrsto značilna lastnost, za katero je značilna relativno nizka stopnja individualne variabilnosti.

Izraz je bil prvotno predlagan, da se nanaša na strukture, ki jih najdemo v evkariontskih celicah, v zadnjih desetletjih pa se vse pogosteje govori o bakterijskih ali virusnih kromosomih. Zato je širša definicija definicija kromosoma kot strukture, ki vsebuje nukleinska kislina in katerih funkcija je shranjevanje, izvajanje in posredovanje dednih informacij. Evkariontski kromosomi so strukture, ki vsebujejo DNK v jedru, mitohondrijih in plastidih. Prokariontski kromosomi so strukture, ki vsebujejo DNK v celici brez jedra.

Virusni kromosomi je molekula DNK ali RNA v kapsidi.

Lokus (iz lat. locus - kraj)

kromosom Linearni del kromosoma, ki ga zaseda en sam gen. S pomočjo genetskih in citoloških metod je mogoče določiti lokalizacijo gena, torej ugotoviti, na katerem kromosomu se ta gen nahaja, pa tudi položaj njegove L. glede na L. drugih genov. ki ležijo na istem kromosomu (glej Genetski zemljevidi kromosomov). Kot je prikazano pri nekaterih mikroorganizmih, se geni, ki nadzorujejo določeno zaporedje biokemičnih reakcij, nahajajo v sosednjih L., L. pa se nahajajo v istem vrstnem redu, v katerem potekajo reakcije biosinteze; za višje organizme to pravilo ni uveljavljeno. Izraz "L." v genetski literaturi se včasih uporablja kot sinonim za izraza Gen in Cistron.

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

Poglejte, kaj je "Locus" v drugih slovarjih:

lokus(i)- * lokus(a) * lokus(a) 1. Lokacija določenega gena (njegovi specifični aleli) na kromosomu ali znotraj segmenta genomske DNK. 2. Lokacija določene mutacije ali gena na genetski karti. Pogosto se uporablja namesto izrazov "mutacija" ... ... Genetika. enciklopedični slovar

- (lat. locus) lokacija določenega gena na genetski karti kromosoma ... Veliki enciklopedični slovar

- (iz lat. locus place), lokacija določenega gena (njegovih alelov) na genetiki. ali citologijo. kromosomski zemljevid. Včasih izraz "L." neupravičeno uporabljen kot sinonim za izraz "gen". .(Vir: "Biološki enciklopedični slovar." Pogl. ... ... Biološki enciklopedični slovar

Ah, m. (… Slovar tujih besed ruskega jezika

LOCUS- (iz lat. locus place), lokacija tega gena v kromosomu. Ekološki enciklopedični slovar. Kišinjev: Glavna izdaja Moldavskega Sovjetska enciklopedija. I.I. dedek. 1989... Ekološki slovar

Lokus- lokacija določenega gena (njegovih alelov) na kromosomu ... Vir: METODOLOŠKA PRIPOROČILA NAKID, ZGODNJA PREKLINIČNA DIAGNOSTIKA IN PREPREČEVANJE INZULIN-ODVISNEGA SLADKORNEGA MELITUSA (N 15) (potrdil predsednik komisije .... .. Uradna terminologija

Obstaja., Število sinonimov: 1 mesto (170) Slovar sinonimov ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Slovar sinonimov

mesto- Lokacija alelnega gena v kromosomu Teme biotehnologije EN lokus ... Priročnik tehničnega prevajalca

Ta izraz ima druge pomene, glej Locus (pomeni). Shematski prikaz kromosoma: (1) Kromatida, eden od dveh enakih delov kromosoma po fazi S. (2) Centromere, kraj, kjer so kromatide skupaj ... Wikipedia

- (lat. locus), lokacija določenega gena na genetski karti kromosoma. * * * LOCUS LOCUS (lat. locus), lokacija določenega gena na genetski karti kromosoma ... enciklopedični slovar

Lokus lokus. Lokacija gena (ali njegovih specifičnih alelov) na zemljevidu kromosomov organizma; pogosto izraz "L." neprimerno uporabljen namesto izraza "gen" . (Vir: "Angleško-ruski pojasnjevalni slovar genetskih izrazov". Arefiev V ... Molekularna biologija in genetika. Slovar.

knjige

• Lokus nadzora za mladoletne prestopnike, Elena Smoleva. V prispevku so podrobno obravnavana vprašanja diagnostike in korekcije lokusa kontrole (stopnja subjektivne kontrole) mladoletnikov. Posebna pozornost je namenjena empiričnim študijam ravni ...