Bilgi

7.3: Bağlantı Rekombinasyon Sıklığını Azaltır - Biyoloji

7.3: Bağlantı Rekombinasyon Sıklığını Azaltır - Biyoloji



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Yukarıda bağlantısız lokusları inceledikten sonra, bir kromozom üzerinde iki lokusun birbirine çok yakın olduğu ve alellerin ebeveyn kombinasyonlarının her zaman birlikte ayrıldığı ters duruma dönelim (Şekil (PageIndex{3})). Bu tamamlayınız (veya mutlak) bağlantı ve nadirdir, çünkü lokuslar arasında geçişler asla tespit edilemeyecek kadar birbirine yakın olmalıdır.


7.3: Bağlantı Rekombinasyon Sıklığını Azaltır - Biyoloji

Genin kimyasal yapısı ortaya çıktığında, genetik zaten olgun bir bilimdi. Aslında Mendel'in kalıtımın temel ilkelerini formüle etmesi, genlerin kromozomlar içinde var olduğu gerçeğinin anlaşılmasına bile bağlı değildi. Daha ziyade, genlerin varlığı, yalnızca ebeveyn ve büyükanne ve büyükbaba nesillerinde mevcut olan özelliklere dayalı olarak öngörülen sıklıklarda görünür özelliklerin yavrularındaki ifadesinden çıkarılmıştır. Bugün, elbette, genetik alanı, gen regülasyonu üzerine moleküler çalışmalardan doğal popülasyonlardaki alel frekanslarının analizlerine kadar, aralarında birçok alt alan bulunan geniş bir araştırma yelpazesini kapsamaktadır. Genetiğin Mendel ve takipçilerinin orijinal versiyonunu daha sonra geliştirilen çeşitli ilgili alanlardan ayırt etmek için, "formal" genetik, "transmisyon" genetik veya & #034klasik#034 genetik. Aktarım genetiği, genotiplerin ve fenotiplerin ebeveynlerden yavrulara aktarımının bir analizi yoluyla Mendel verilerinin elde edildiği süreci en iyi karakterize eden özelliğe doğrudan değindiği için en bilgilendirici terimdir.

Mendel, eşeyli üreyen organizmalardan bulaşma genetiği konusundaki tüm çalışmaların altında yatan üç genel özellikten yalnızca ikisini formüle etti. Onun formülasyonları iki yasa halinde kodlanmıştır. Birinci yasa, modern terimlerle, her bireyin her genin iki kopyasını taşıdığını ve bu iki kopyadan yalnızca birinin her çocuğa iletildiğini belirtir. Bu denklemin diğer ucunda, bir çocuk, her bir genin iki kopyasını içeren bir genotipin restorasyonuna yol açan her ebeveynden bir tam gen seti alacaktır. Her bir genin iki kopyasını taşıyan bireyler (ve hücreler) #034diploid olarak kabul edilir.

Mendel'in ilk yasası, diploid bireyler, her biri yalnızca tek bir tam gen kümesi taşıyan "haploid" gamet — sperm veya yumurta — ürettiğinde devreye girer. Hayvanlarda, yalnızca #034germ hücresi #034 — olarak bilinen belirli bir yüksek düzeyde özelleşmiş hücre tipi mayoz olarak bilinen bir süreçle diploidden haploid duruma dönüşüm geçirme yeteneğine sahiptir. Bu dönüşümün meydana geldiği hücre bölünmesinde, her bir genin iki kopyası ayrılacak veya ayrım yapmak birbirinden ayrılarak farklı kız (veya erkek kardeş) hücrelerine geçerler. Bu olay Mendel'in birinci yasasının adını sağlar: #034ayrışma yasası.#034 Ayrışma yalnızca iki ayırt edilebilir alel ile heterozigot olan lokuslardan gözlemlenebilir. Ayrışmanın bir sonucu olarak, bireyin gametlerinin yarısı bu alellerden birini içerecek ve yarısı da diğerini içerecektir. Böylece, bir çocuk her iki aleli de eşit olasılıkla alabilir. 43

Mendel'in birinci yasası, bireysel genlerin birbirinden izole olarak aktarılması ile ilgiliyken, ikinci yasası, farklı genlerin birbirine göre iletilme şeklini kodlamak amacıyla formüle edilmiştir. Modern terimlerle, Mendel'in ikinci yasası, alellerin herhangi bir lokustan ayrılmasının, alellerin başka bir lokustan ayrılması üzerinde hiçbir etkisi olmayacağını belirtir. Olasılık dilinde bu, her ayrılma olayının diğerlerinden bağımsız olduğu anlamına gelir ve bu, Mendel'in ikinci yasasının adını sağlar: #034bağımsız çeşitlilik yasası.#034

İki farklı lokustaki bağımsız alel çeşitleri örneğin, A ve B — sadece, her ikisinde de formun bir genotipi ile heterozigot olan bir bireyden gözlemlenebilir. A/a, B/B Şekil 7.2'de gösterildiği gibi. Böyle bir birey tarafından üretilen her gamet, hücreden sadece bir alel taşıyacaktır. A lokus ve sadece bir alel B yer. İki alel birbirinden bağımsız olarak elde edildiğinden, her birinin tek başına meydana gelme olasılığını basitçe çarparak herhangi bir özel alelik kombinasyonunun olasılığını hesaplamak mümkündür. Örneğin, bir gametin A alel 0,5'tir (ayrışma yasasından) ve bu aynı gametin B alel benzer şekilde 0,5'tir. Böylece, bir gametin birleşik olma olasılığı bir b genotip 0,5 x 0,5 = 0,25'tir. Dört olası alelik kombinasyonun tümü için aynı olasılıklar elde edilir (bir B, bir b, bir b, bir B). Bir birey tarafından üretilen gamet sayısı çok fazla olduğu için, bu olasılıklar doğrudan her bir gamet tipinin gerçekte mevcut olduğu frekanslara ve sırayla her birinin yavrulara iletileceği frekansa dönüşür (Şekil 7.2).

Bugün hepimizin bildiği gibi, Mendel'in ikinci yasası sadece aynı kromozom üzerinde birbirine bağlı olmayan genler için geçerlidir. 44 Ne zaman genler A ve B bağlıysa, dört alel setinin her biri için beklenen sayılar %25'ten çarpık hale gelir (Şekil 7.3). İki alel kombinasyonu, ebeveyn kromozomları üzerindeki bağlantı düzenlemelerini temsil edecektir (örneğin, bir B ve bir b) ve bu kombinasyonların her biri %25'ten daha yüksek bir frekansta iletilecektir. Kalan iki sınıf, %25'in altındaki bir frekansta iletilecek olan rekombinant düzenlemeleri temsil edecektir. Aşırı mutlak bağlantı durumunda, her biri %50'lik bir frekansta yalnızca iki ebeveyn sınıfı iletilecektir. Ara bağlantı seviyelerinde, iki ebeveyn sınıfının birlikte iletimi %50'den fazla, ancak %100'den az olacaktır.

1905'te, alelleri bağımsız olarak gruplanmayan lokuslar biçiminde bağlantı kanıtıyla ilk kez karşılaşıldığında, önemi takdir edilmedi (Bateson ve diğerleri, 1905). Şartlar kaplin ve itme Bu olağandışı bulguyu bir tür altta yatan fiziksel güç aracılığıyla açıklamak için icat edildi. 1911 tarihli bir genetik kitabında Punnett, farklı genlerin alellerinin birbirini itebileceğini, adeta aynı zigota girmeyi reddedebileceğini ya da birbirlerini çekebileceklerini ve birbirine bağlanarak aynı gamete geçebileceklerini hayal etti. , tercih edildiği gibi#034 (Punnett, 1911). Bu hipotezin açıklayamadığı şey, bir nesilde birbirini iten alellerin bir sonraki nesilde neden birbirine bağlanabileceğidir. Ancak Punnett'in genetik metni yayınlanırken bile bir açıklama hazırdı. 1912'de Morgan ve meslektaşları, eşleşme ve itmenin aslında genlerin aynı kromozomda ortak lokalizasyonunun bir sonucu olduğunu öne sürdüler: eşleşmiş aleller aynı ebeveyn homologunda bulunanlardır ve itmedeki aleller, alternatif homologlarda bulunanlardır (Morgan). ve Cattell, 1912 ve Şekil 7.3). Bir nesilde itilen aleller (örneğin A ve B Şekil 7.3'teki aleller, aynı homolog — üzerinde bir araya getirilebilir ve böylece bir sonraki nesilde — birleştirilebilir. 1913'te Sturtevant, Drosophila X kromozomu üzerinde altı gen içeren ilk bağlantı haritasını geliştirmek için farklı lokus çiftleri arasında çapraz geçişin meydana gelme oranlarını kullandı (Sturtevant, 1913). Bu yeni anlayışla birlikte çiftleşme ve itme terimlerinin orijinal mantığı ortadan kalkmış olsa da, terimlerin kendileri genetikçilerin (özellikle insan genetikçilerinin) dilinde korunmuştur. İki bağlantılı lokustaki alellerin eşleştirilmiş mi yoksa itme halinde mi olduğu, alel olarak adlandırılır. bağlantı aşaması.

Bu bölümün amacı, çağdaş fare çalışmalarına uygulandıkları şekliyle aktarım genetiği kavramlarını geliştirmektir. Bu tartışmanın kapsamlı olması amaçlanmamıştır. Bunun yerine, fare bağlantı haritasına gen yerleştirmeye çalışan araştırmacılar ve farklı hayvanlar veya suşlar tarafından farklı şekilde ifade edilen çeşitli özelliklerin genetik temelini belirlemek isteyenler için en uygun olan spesifik protokoller ve problemlere odaklanacaktır.

7.2.2 Bağlantı ve rekombinasyon

7.2.2.1 Geri çaprazlama

Genetik bağlantının doğrudan bir sonucudur. fiziksel diploid genom içinde belirli bir kromozom homologları setini tanımlayan aynı DNA molekülü çifti içindeki iki veya daha fazla lokusun bağlanması. Genetik bağlantı, farelerde, bir veya her iki ebeveynin, araştırılan lokusların her birinde saptanabilir şekilde heterozigot olduğu üreme deneyleri yoluyla gösterilmiştir. Geri çaprazlama olarak adlandırılan en basit bağlantı analizi biçiminde — yalnızca bir ebeveyn iki veya daha fazla lokusun her birinde heterozigottur ve diğer ebeveyn bu aynı lokuslarda homozigottur. Sonuç olarak, alternatif alellerin ayrılması yalnızca bir ebeveynden türetilen gametlerde meydana gelir ve yavruların genotipleri, bu gametlerin alelik yapısının doğrudan belirlenmesini sağlar. Geri çaprazlama, genetik verilerin yorumlanmasını büyük ölçüde basitleştirir, çünkü kişinin, yavruların genotiplerinden, heterozigot ebeveyn tarafından farklı mayotik ürünlerin oluşturulduğu frekanslara doğrudan atlamasına izin verir.

Geri çaprazlamada incelenen her lokus için, yavruların her birinde alellerin heterozigot ebeveynlerden ayrılmasının izlenebilmesi için uygun heterozigot ve homozigot genotipler seçilmelidir. Klonlanmamış lokuslar için, yavruların genotipi sadece fenotipik bir analiz ile belirlenebilir. Bu durumda heterozigot ebeveynde bulunan iki alel tam bir baskın/çekinik ilişki gösteriyorsa, diğer ebeveyn çekinik alel için homozigot olmalıdır. Örneğin, A aguti lokusundaki alel, bir farenin bantlı bir "agouti" kaplama rengine sahip olmasına neden olurken, a alel, katı bir "agouti olmayan" kaplama rengini belirler. Beri A alel baskındır a, homozigot ebeveyn a/ a olmalıdır. Bir A/a'da x bir / bir ters çaprazlama, agouti yavrularının ortaya çıkması, A heterozigot ebeveynden alel ve aguti olmayan yavruların ortaya çıkması, a alel.

Az önce açıklanan durumda, vahşi tip alel (A) baskındır ve mutant alel (a) çekiniktir. Bu nedenle homozigot ebeveyn, mutant aleli taşımalıdır (bir / bir) ve aguti olmayan bir kaplama rengini ifade eder. Ancak diğer durumlarda, baskın olan mutasyonlar ve çekinik olan vahşi tip aleller ile durum tersine çevrilir. Örneğin, T mutasyon T lokus, kuyruğun baskın bir şekilde kısalmasına neden olur. Böylece, eğer T lokus bir geri çaprazlamaya dahil edilecek olsaydı, heterozigot genotip olurdu T/#043 ve homozigot genotip vahşi tip olacaktır (+/+) birinin iletimini ayırt etmesine izin vermek için T alel (kısa kuyruklu yavrular içinde) + alel (normal kuyruklu yavrular içinde).

Bölüm 8'de tartışıldığı gibi, çoğu lokus artık doğrudan DNA tabanlı tekniklerle yazılmaktadır. Belirli bir lokustaki her iki DNA alleli birbirinden ayırt edilebildiği sürece,45 homozigot ebeveynin genel genotipine dahil edilmek üzere hangisinin seçildiği önemli değildir. Aynısı, alel çiftlerinin eş baskın veya eksik baskın bir şekilde hareket ettiği fenotipik olarak tanımlanmış tüm lokuslar için de geçerlidir. Tüm bu durumlarda, heterozigot (1 /A2 örneğin) her iki homozigottan da ayırt edilebilir (1/A1 ve A2 /A2 ).

7.2.2.2 Harita mesafeleri

Şekil 7.3'te sunulan örnekte, bir hayvan iki bağlantılı lokusun her ikisinde de heterozigottur, bu da iki tamamlayıcı eşleşmiş alel seti ile sonuçlanır — bir B ve bir b. Bu hayvanın genotipi aşağıdaki gibi yazılır: AB/ab. 46 Mayoz bölünme sırasında homologlar arasında geçiş olmaması durumunda, bir veya diğer birleştirilmiş küme — bir B veya bir b — her gamete iletilecektir. Ancak, arasında bir çaprazlama olayı meydana gelirse, A ve B loci, her gamete ebeveyn olmayan bir alel kombinasyonu iletilecektir. Şekil 7.3'de gösterilen örnekte, lokuslar arasındaki rekombinasyon sıklığı A ve B iki ebeveyn olmayan veya #034rekombinant #034 alel kombinasyonundan birini içeren gametlerden oluşan yavruların yüzdesi belirlenerek doğrudan hesaplanabilir. Bu örnekte, rekombinasyon frekansı %10'dur.

Birinci derecede çaprazlama, genomdaki tüm kromozomlar boyunca rastgele yerlerde meydana gelir. Bu rastgeleliğin doğrudan bir sonucu, birbirine bağlı iki lokus birbirinden ne kadar uzaksa, aralarında bulunan kromozom uzunluğu içinde bir yerde bir çaprazlama olayının meydana gelme olasılığı o kadar yüksektir. Böylece, rekombinasyon sıklığı, genetik uzaklığın nispi bir tahminini sağlar. Genetik mesafeler santimorganlarda (cM) ölçülür ve bir santimorgan, %1'lik bir sıklıkta yeniden birleşen iki lokus arasındaki mesafe olarak tanımlanır. Bu nedenle, başka bir örnek olarak, eğer iki lokus %2.5'lik bir frekansla yeniden birleşirse, bu, yaklaşık 2.5 cM'lik bir genetik mesafeyi temsil eder. Farede, genetik ve fiziksel mesafeler arasındaki korelasyonlar, bir santimorganın, ortalamada, 2.000 kilobaz'a eşdeğerdir. Bununla birlikte, Bölüm 7.2.3'te tartışılan çok sayıda faktör nedeniyle eşdeğerlik oranının büyük ölçüde değişebileceğinin farkında olmak önemlidir.

İki lokus arasındaki rekombinasyon sıklığı, onları ayıran DNA'nın uzunluğu ile kabaca orantılı olmasına rağmen, bu uzunluk çok büyük olduğunda, frekans %50'ye yaklaşacaktır, bu da bağlanmamış lokuslarla beklenenden ayırt edilemez. Bir fare kromozomunun ortalama boyutu 75 cM'dir. Bu nedenle, genler aynı kromozom üzerinde yer alsalar bile, mutlaka bulunmaları gerekmez. birbirine bağlı terimin resmi tanımına göre. Ancak, bir bağlantı grubu ilişkilendirme ile bağlanmış tüm genleri içerir. Böylece, eğer gen A gen ile bağlantılıdır Bve gen B gen ile bağlantılıdır C, üç gen birlikte — bir B C — grubun en uzak üyeleri birbirine bağlantı göstermese bile bir bağlantı grubu oluşturur.

7.2.2.3 Genetik etkileşim

A priori olarak, aynı mayotik hücre içindeki tüm rekombinasyon olaylarının birbirinden bağımsız olması gerektiği varsayılabilir. Bu varsayımın doğrudan bir sonucu, rekombinasyon frekansı ile tek basamaklı santimorgan aralığında — görünen genetik uzaklık — arasındaki doğrusal ilişkinin artan mesafelerle birlikte dejenere olması gerektiğidir. Bu dejenerasyonun nedeni, iki lokus arasındaki mesafe arttıkça, aralarında çoklu rekombinasyon olaylarının meydana gelme olasılığının da artmasıdır. Ne yazık ki, eğer iki, dört veya herhangi bir çift sayıda çapraz geçiş meydana gelirse, ortaya çıkan gametler, Şekil 7.4'te gösterildiği gibi, analiz altındaki iki lokusta eşleşmiş alellerin ebeveyn kombinasyonunu yine de koruyacaktır. Çift (aynı zamanda dörtlü) rekombinantlar, rekombinant olmayanlardan saptanabilir şekilde farklı olmayacaktır. Sonuç olarak, gözlemlenen rekombinasyon frekansı, gerçek rekombinasyon frekansından daha az olacaktır.

Örneğin, 20 cM'lik gerçek bir genetik mesafeyle ayrılmış iki lokus düşünün. Basit olasılık teorisine göre, bu aralıkta iki bağımsız rekombinasyon olayının meydana gelme olasılığı, 20 cM'lik bir mesafe için 0.20 olan her birinin tek başına meydana geleceği tahmin edilen frekansların ürünüdür. Böylece, bir çift rekombinasyon olayının olasılığı 0,2 x 0,2 = 0,04'tür. Gametlerin %4'ünde rekombinasyonun saptanamaması, 20 cM ile ayrılmış iki lokusun yalnızca göstermek 0.16 frekansında rekombinasyon. 47 Benzer bir hesaplama, 30 cM'de rekombinant ürünlerin gözlemlenen sıklığının 0.21'de daha da kaldırılacağını gösterir. 1919'da Haldane, az önce açıklanan formülasyona dayalı olarak tüm harita mesafelerinde rekombinasyon kesirleri için değerler sağlayabilecek genel bir denklem geliştirerek bu tür hesaplamayı basitleştirdi. Bu denklem "Haldan haritalama fonksiyonu#034 olarak bilinir ve yavruların beklenen fraksiyonunu saptanabilir rekombinant kromozomlarla ilişkilendirir (r) morgan cinsinden gerçek harita mesafesine (m) iki lokusu ayıran 48 (Haldane, 1919):

Bu varsayımsal rekombinasyon oranları üzerinde çalıştıktan sonra, şimdi aynı kromozom üzerindeki çoklu rekombinasyon olaylarının birbirinden bağımsız olmadığını belirtmenin zamanı geldi. Özellikle, bir kromozom üzerinde bir konumdaki bir rekombinasyon olayı, çevresindeki diğer rekombinasyon olaylarının başlamasına müdahale edecek şekilde hareket edecektir. Bu fenomen, uygun şekilde, #034girişim olarak bilinir.#034 Girişim, ilk olarak, üzerinde yürütülen en eski bağlantı çalışmalarından bazılarından elde edilen verilerde beklenenden önemli ölçüde daha düşük sayıda çift çapraz geçiş bağlamında gözlemlendi. Meyve sineği (Müller, 1916). O zamandan beri, yeterli genetik verinin üretildiği her yüksek ökaryotik organizmada girişim gösterilmiştir.

Memelilerde çok uzun mesafelere yayıldığı önemli parazit bulunmuştur. Etkileşimin en kapsamlı nicel analizi, 17,316 mayotik olayın ürünlerinde tiplenen insan kromozomu 9 işaretçileri üzerinde gerçekleştirilmiştir (Kwiatkowski ve diğerleri, 1993). 10 cM aralıklarla, yalnızca iki çift çaprazlama olayı bulundu, bu gözlemlenen 0.0001 frekansı, girişim olmadığında beklenenden 100 kat daha düşük. 20 cM aralıklarla, 10 çift çaprazlama olayı (yukarıdaki ikisi dahil) vardı, bu gözlemlenen 0.0005 sıklık, parazit olmadan tahmin edilenden hala 80 kat daha düşük.Harita mesafeleri 20 cM'nin üzerine çıktıkça girişimin gücü azalır, ancak 50 cM'ye kadar olan mesafelerde bile etkileri hala gözlemlenebilir (Povey ve diğerleri, 1992). 49

İnsan kromozomu 9'un rekombinasyon özellikleri bakımından benzersiz olmadığı varsayılırsa, bu analizin anlamı, 1000'den daha az insan mayotik olayının yazıldığı deneyler için, 10 cM aralıklarla ve 25 cM içinde çoklu çaprazlamaların son derece olası olmayacağıdır. aralıklarla, yine de oldukça nadir olacaklar. Faredeki çift çapraz geçişleri değerlendiren veriler o kadar kapsamlı değildir, ancak benzer derecede bir girişim olduğunu düşündürür (King ve diğerleri, 1989). Bu nedenle, tüm pratik amaçlar için, 0.25 veya daha düşük rekombinasyon fraksiyonlarını, 100 ile basit bir çarpma yoluyla doğrudan centimorgan mesafelerine dönüştürmek uygundur.

0.25'ten daha büyük olan yeniden birleştirme kesirleriyle çalışmak gerektiğinde, bir harita mesafesi tahminine müdahaleyi dahil eden bir haritalama fonksiyonunun kullanılması yararlı olur. Girişimin etkileri yalnızca ampirik olarak belirlenebildiğinden, ilk ilkelerden böyle bir haritalama işlevi türetilemez.

Bunun yerine çeşitli türlerde gözlemlenen sonuçlara uyan denklemler geliştirilmiştir (Crow, 1990). En iyi bilinen ve en yaygın olarak kullanılan eşleme işlevi, Kosambi (1944) tarafından geliştirilen ilk işlevdir:

Gözlenen rekombinasyon fraksiyonu için Denklem 7.2'yi çözerek, r, harita mesafesinin "Kosambi tahmini" elde edilir, mK 100 ile çarpma yoluyla santimorganlara dönüştürülür. Daha sonra, Carter ve Falconer (1951), faredeki bağlantı çalışmaları ile elde edilen sonuçlara dayanarak daha da yüksek düzeyde girişim kabul eden bir haritalama işlevi geliştirdi: 50

Carter-Falconer haritalama fonksiyonunun fare verileri için en doğru olduğu açık olsa da, Kosambi denklemi ucuz, sofistike el hesap makinelerinin mevcut olduğu günlerde daha kolay çözülebilirdi. Carter-Falconer işlevi günümüzde kolayca çözülebilir olmasına rağmen, çok iyi bilinmemekte ve yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Girişim, iki nedenden dolayı bağlantı çalışmaları yapan genetikçilerin yararına çalışır. İlk olarak, rekombinasyon frekansı ve genetik mesafe arasındaki yaklaşık doğrusallık, kesinlikle bağımsız olaylardan beklenenden çok daha fazla genişletilir. 51 İkincisi, çoklu rekombinasyon olaylarının çok düşük olasılığı, bir 20 cM aralığı içinde belirteçler arasında çift rekombinant gerektiren herhangi bir sıralama şüpheli olduğundan, üç lokuslu bir çaprazda doğru gen sırasını ayırt etmek için bir araç olarak hizmet edebilir. Tüm olası gen düzenleri bir çift veya üçlü çaprazlama olayı gerektirdiğinde, araştırmacının geri dönüp olayın sözde meydana geldiği numuneyi veya numuneleri yeniden analiz etmesi gerekir. Son olarak, genotiplemelerin doğru olduğu gösterilirse, onu çevreleyenlerden farklı olan tek lokusta izole edilmiş bir gen dönüşüm olayının meydana gelme olasılığı göz önünde bulundurulmalıdır.

7.2.3 Çapraz siteler rastgele dağıtılmaz

7.2.3.1 İdeal durumda teorik düşünceler

Genetik müdahale, çaprazlama olaylarının bireysel gametler içinde birbirine göre dağıtıldığı rastgeleliği kısıtlayacak olsa da, çok sayıda bağımsız mayotik üründe gözlemlenen çaprazlama bölgelerinin rastgele dağılımını etkilemeyecektir. Böylece, Önselyine de, bir bağlantı haritasının çözünürlüğünün, bir genetik çaprazlamada yazılan yavru sayısı ile doğrusal olarak artması beklenebilir. Rastgele rekombinasyon bölgeleri varsayıldığında, bir çaprazdan gelen yavrular arasında gözlemlenen çaprazlama olayları arasındaki ortalama mesafe, santimorgan cinsinden basit formüle (100/N) göre hesaplanabilir, burada N, yazılan özyoz olayı sayısıdır. Örneğin, 200 mayoz olayının (200 ters çaprazlama veya 100 çapraz çaprazlama) analizinde, ortalama olarak her 0,5 cM'de bir rekombinasyon olayı gözlemlenecektir. 1.000 mayotik olayla, ortalama mesafe, yaklaşık 200 kb DNA'ya eşdeğer olan yalnızca 0.1 cM olacaktır. 10.000 yavru ile bu formüle göre daha da ileri gidildiğinde, 20 kb'ye yaklaşan bir genetik çözünürlük elde edilecektir. Bu, genomdaki ortalama büyüklükteki genlerin çoğunluğunu birbirine göre ayırmak ve haritalamak için yeterli olacaktır.

Ancak bir kez daha gerçek deneylerde elde edilen sonuçlar teorik tahminlerle uyuşmamaktadır. Aslında, rekombinasyon sitelerinin dağılımı, birkaç farklı seviyede rastgelelikten önemli ölçüde sapabilir. Birincisi, genel olarak, tüm kromozomların telomerik kısımları, hem farelerde (de Boer ve Groen, 1974) hem de insanlarda (Laurie ve Hulten, 1985) sentromere daha yakın olan bölgelerden çok daha fazla rekombinojeniktir. Bu etki en çok erkeklerde belirgindir ve erkek ve dişi bağlantı haritalarını birbirine göre yönlendirmeye çalıştığınızda lastik bant gibi bir etkiye yol açar (Donis-Keller ve diğerleri, 1987). İkincisi, tüm kromozom boyunca farklı bölgeler, rekombinasyona az çok eğilimlidir. Üçüncüsü, aynı genomik bölge içinde bile, rekombinasyon oranları, analiz için kullanılan hibriti üretmek için kullanılan belirli fare suşlarına bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir (Seldin ve diğerleri, 1989 Reeves ve diğerleri, 1991 Watson ve diğerleri, 1992). . Son olarak, melezin cinsiyeti de rekombinasyon oranları üzerinde dramatik bir etkiye sahip olabilir (Reeves ve diğerleri, 1991).

7.2.3.2 Rekombinasyon oranlarında cinsiyete özgü farklılıklar

Rekombinasyon oranlarındaki cinsiyete özgü farklılıklar iyi bilinmektedir. Genel olarak, rekombinasyonun erkek mayozda dişi mayozda olduğundan daha az sıklıkta gerçekleştiği söylenebilir. Bu genel kuralın uç bir örneği şurada görülmektedir: Drosophila melanogaster erkekte rekombinasyon tamamen ortadan kalkar. Farede durum, dişilerde gözlenenin ortalama %50-85'i olan bir rekombinasyon oranı gösteren erkeklerde olduğu kadar aşırı değildir (Davisson ve diğerleri, 1989). Bununla birlikte, erkek/dişi rekombinasyon oranları oranı, fare genomunun farklı bölgeleri arasında büyük ölçüde değişebilir. Birkaç bölgede, rekombinasyon oranları cinsiyetler arasında ayırt edilemez ve daha da az bölgede, erkeklerin rekombinasyon oranları kadın oranlarını aşmaktadır. Bununla birlikte, dişilerde daha yüksek rekombinasyon oranları genel kuralı, bir geri çaprazlamada heterozigot bir F 1 hayvanı için uygun cinsiyeti seçerek veri üretimini en üst düzeye çıkarmak için kullanılabilir. Örneğin, bağlantı için ilk kanıt bulma şansını en üst düzeye çıkarmak için F1 hayvanları olarak erkekler seçilebilir, ancak tanımlanmış bir bölgedeki genetik haritanın çözünürlüğünü en üst düzeye çıkarmak için dişileri kullanmak daha iyi olur. Bu hususlar Bölüm 9.4'te daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

7.2.3.3 Rekombinasyonel sıcak noktalar

Sınırsız bağlantı analizi gücüne en ciddi darbe, küçük, iyi tanımlanmış genomik bölgelerde rekombinasyon için binlerce yavrunun yazıldığı çaprazlamaların sonuçlarından geldi. Bu çaprazlamalarda üretilen rekombinant kromozomlar DNA düzeyinde incelendiğinde, çaprazlama bölgelerinin dağılımının rastgele olmaktan uzak olduğu bulunmuştur (Steinmetz ve diğerleri, 1987). Bunun yerine, boyut olarak birkaç kilobaz veya daha küçük olan çok küçük "rekombinasyonlu sıcak noktalarda" kümelenme eğilimindeydiler (Zimmerer ve Passmore, 1991 Bryda ve diğerleri, 1992). Toplanan veriler, bu küçük sıcak noktaların ortalama mesafelerde dağılabileceğini gösteriyor. Bu sitelerle sınırlı tüm çaprazlama olaylarının% 90'ı veya daha fazlası ile birbirinden birkaç yüz kilobaz.

Farelerde rekombinasyonel sıcak noktaların bulunması şaşırtıcıdır çünkü daha önce gerçekleştirilen çok yüksek çözünürlüklü haritalama çalışmalarından tahmin edilmemiştir. Meyve sineği bu, kilobaz analiz düzeyine kadar bağlantı ve fiziksel mesafeler arasında mükemmel bir uyum gösterdi (Kidd ve diğerleri, 1983). Bu nedenle, bu genetik fenomen — benzeri genomik damgalama (Bölüm 5.5) — memelilere özgü olabilir. Bununla birlikte, damgalamadan farklı olarak, belirli rekombinasyonlu sıcak noktaların yerleri, farklı alt türler arasında veya hatta farklı laboratuvar faresi türleri arasında korunmuş gibi görünmüyor.

Şekil 7.5, bağlantı ve fiziksel haritalar arasındaki ilişkide sıcak nokta-tercihli geçişin sonuçlarını göstermektedir. Bu örnekte, bir geri çaprazlamadan 2.000 yavru, hayali arasındaki rekombinasyon olayları için analiz edildi. A ve F yer. Bu lokuslar, 1.500 kb'lik bir fiziksel mesafe ile ayrılmıştır ve örneğimizde, 2.000 yavru arasında 17 çaprazlama olayı (bağlantı haritasında kısa dikey çizgilerle gösterilmiştir) gözlemlenmiştir. 17/2.000'lik bir rekombinasyon frekansı, 0.85 cM'lik bir bağlantı mesafesi anlamına gelir. Bu bağlantı mesafesi, deneysel olarak belirlenen 2.000 kb ila 1 cM eşdeğerinden tahmin edilen 0.75 cM'ye çok yakındır. Ancak, aradaki lokuslara daha yakından bakıldığında A ve F, durum önemli ölçüde değişir. NS B ve C lokuslar fiziksel haritada birbirinden yalnızca 20 kb uzaktadır, ancak aralarındaki bölgede bir sıcak nokta oluştuğundan bağlantı haritasında birbirinden 0,4 cM uzaktadır. Rastgele geçiş yerleri ile, 0,4 cM'lik bağlantı değeri, 800 kb'lik bir fiziksel mesafeyi öngörebilirdi. Lokus için karşılıklı durum oluşur NS ve E 400 kb fiziksel mesafe ile ayrılan ancak 2000 yavruda rekombinasyon göstermeyen. Bu durumda, rastgele geçiş, 100 kb'den daha az bir fiziksel mesafeyi öngörebilirdi.

Rekombinasyonel sıcak noktaların varlığı ve sonuçları, maddenin nicelenmiş doğasına benzetilebilir. Düşük çözünürlük seviyelerinde gerçekleştirilen deneyler için — örneğin, gram veya stimorgan — ölçümlerinde hem madde hem de geçiş bölgelerinin dağılımı sürekli görünecektir. Bununla birlikte, çok yüksek çözünürlük seviyelerinde, her ikisinin de süreksiz doğası ortaya çıkacaktır. Pratik açıdan, sıcak noktaların bir fare bağlantı haritasının çözünürlüğü üzerindeki olumsuz sonuçları, ancak 0.2 cM analiz seviyesinin altına inildiğinde ortaya çıkmaya başlayacaktır.

Bugüne kadar gerçekleştirilen sınırlı sayıda çok büyük örnek bağlantı çalışması ile, fare genomunun sıcak noktaya yönelik rekombinasyonun hakim olduğu kısmını tahmin etmek mümkün değildir. Ayrıca, bazı genomik bölgelerin aşağıdaki gibi sınırsız rekombinasyona izin vermesi hala mümkündür. Meyve sineği. Bununla birlikte, mevcut veriler, genomun çoğu için, tek bir çapraza dayalı bağlantı çalışmalarında elde edilebilecek çözünürlük için bir üst sınır olacağını göstermektedir. Bu sınıra, geçiş bölgelerinin yoğunluğunun analiz edilen bölgedeki sıcak noktaların yoğunluğunu geçtiği bir noktada ulaşılacaktır. Halihazırda mevcut olan verilere göre, bu noktanın genellikle, 0.2 cM veya 400 kb'ye tekabül eden 500 mayotik olaya ulaşmadan geçilmesi muhtemel görünmektedir. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için kullanılabilecek bir strateji, her biri muhtemelen farklı sıcak nokta konumlarıyla ilişkili olan, birbiriyle ilişkisiz farklı akrabalarla çeşitli çaprazlamalardan elde edilen bilgileri birleştirmektir. Bu yaklaşım Bölüm 9.4'te daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

7.2.3.4 Rekombinasyon sıklıkları, farklı kromozomal bölgeler arasında büyük farklılıklar gösterebilir.

Daha önce bahsedildiği gibi, kromozomların telomerik kısımları, daha merkezi olarak yerleştirilmiş kromozomal bölgelere göre DNA uzunluğu başına daha yüksek rekombinasyon oranları gösterir. Bununla birlikte, telomerik olmayan farklı bölgeler arasında bile rekombinasyon oranlarında hala büyük farklılıklar vardır. Bazı 1 mb'lik bölgeler, 2 cM veya daha fazlasına eşdeğer bir oranda rekombinant üretirken, eşdeğer büyüklükteki diğer bölgeler, aynı cinsiyetten hayvanlarda yalnızca 0,5 cM veya daha azına eşdeğer bir oranda yeniden birleşir. Bu varyasyon, rekombinasyon sıcak noktalarının sayısı ve yoğunluğundaki farklılıklardan kaynaklanabilir. Ek olarak, tek tek sıcak noktaların rekombinojenite açısından #034gücü#034 bir siteden diğerine farklılık gösterebilir. Bu tür farklılıklar, tek tek sıcak noktalardaki DNA dizileriyle veya daha geniş bir aralıkta birden fazla sıcak noktayı kapsayan kromatinin yapısıyla belirlenebilir. Son bir değişken, sıcak noktalar arasındaki bölgelerde rekombinasyonun meydana gelebileceği oranlardaki genelleştirilmiş farklılıklar olabilir. Bu çeşitli açıklamaları sıralamak için daha birçok ampirik çalışma gerekecektir.

7.2.4 Fare eşleme geçmişi

7.2.4.1 Klasik dönem

Önemi hemen anlaşılmasa da, faredeki ilk bağlantı gösterimi 1915'te yirminci yüzyılın büyük genetikçisi J.B.S. Haldan (1915). Haldane'in bulduğu şey, albinodaki mutasyonlar arasındaki eşleşmenin kanıtıydı (C) ve pembe gözlü seyreltme (P) lokusları, şimdi Chr 7'de 15 cm aralıklarla uzandığını biliyoruz. O zamandan beri, farenin bağlantı haritası, neredeyse üstel bir hızda istikrarlı bir şekilde genişledi. Fare haritası üzerinde yapılan ilk 65 yıllık çalışma boyunca, bu genişleme her seferinde bir lokusta gerçekleşti. İlk olarak, her yeni mutasyonun diğer fenotipik belirteçlerle bir suşa dönüştürülmesi gerekiyordu. Ardından, yeni mutasyonun bu diğer belirteçlerden herhangi biriyle bağlantı gösterip göstermediğini belirlemek için daha fazla üreme yapıldı. Bu işlemin, daha önce haritalanmış başka bir işaretleyiciyle bağlantı kurulana kadar farklı fenotipik işaretleyici gruplarıyla tekrarlanması gerekiyordu. Bu noktada, daha rafine bir harita konumu oluşturmak için aynı bağlantı grubundan ek fenotipik belirteçlerle daha ileri üreme çalışmaları yapılabilir.

Yayınlanan fare genetik verilerinin ilk derlemesinde Laboratuvar Faresinin Biyolojisi 1941'de (Snell, 1941), 15'i iki veya üç lokus içeren yedi bağlantı grubuna yerleştirilebilen toplam 24 bağımsız lokus listelendi, kalan dokuz lokusun birbirine veya herhangi bir lokusa bağlı olmadığı bulundu. yedi onaylanmış bağlantı grubundan. Kitabın ikinci baskısına kadar Laboratuvar Faresinin Biyolojisi 1966'da yayınlandı, haritalanan lokus sayısı 250'ye yükseldi ve bağlantı gruplarının sayısı 19'a yükseldi, ancak dört vakada bunlar sadece iki veya üç lokus içeriyordu (Green, 1966).

İkinci baskısının 1989 yılında yayımlanmasıyla birlikte Laboratuvar Faresinin Genetik Varyantları ve Suşları (Lyon ve Searle, 1989), 965 lokus, 20 yeniden birleşen kromozomun tamamında haritalanmıştır. Bununla birlikte, bu haritanın gerçekten yayına hazırlandığı zamanda bile (yaklaşık 1987 sonlarında), haritalanan lokusların büyük çoğunluğunun, kapsamlı üreme çalışmaları yoluyla tüm genom haritasına özenle dahil edilen mutasyonlar tarafından tanımlandığı hala geçerliydi. .

7.2.4.2 Orta çağ: rekombinant kendilenmiş soylar

Tek lokusları haritalamak için gereken zaman, çaba ve fareleri azaltmayı amaçlayan ilk önemli kavramsal atılım, Jackson Laboratuvarı'nda Donald Bailey ve Benjamin Taylor tarafından rekombinant inbred (kısaltılmış RI) suşların kavramsallaştırılması ve kurulmasıyla geldi (Bailey, 1971 Taylor, 1978 Bailey, 1981). Bölüm 9.2'de ayrıntılı olarak tartışıldığı gibi, bir dizi RI suşu, iki farklı kendilenmiş suştan homologlar arasındaki rekombinasyon olaylarının yeni kendilenmiş suşlar bağlamında korunduğu bir numune koleksiyonu sağlar. RI yaklaşımının gücü, analizlerin kendileri uzun yıllar arayla yapılabilse bile, lokusların aynı #034cross#034 içinde birbirine göre haritalanabilmesidir. RI suşları esasen önceden oluşturulmuş ve ölümsüz olduğundan, yeni tanımlanmış bir lokusun yazılması, yalnızca tipleme testinin kendisi kadar zaman gerektirir.

RI haritalama yaklaşımı teoride son derece güçlü olmasına rağmen, ortaya çıkışından sonraki ilk yirmi yılda, iki ana sorun nedeniyle kullanımı oldukça sınırlıydı. İlk olarak, analiz yalnızca her bir RI setini oluşturmak için kullanılan iki kendilenmiş ebeveyn suşunda alternatif aleller olarak mevcut lokuslarla mümkündü. Bu, büyük fenotipik etkilerle tanımlanan birçok lokusun neredeyse tamamını dışladı. Bu tür lokusların yalnızca bir avuç — esas olarak kürk rengini etkileyenler — farklı kendi soyları arasında polimorfikti. Aslında, prerekombinant DNA çağında, RI analizine uygun olan diğer lokuslar şunlardı: (1) spesifik enzim için işlenen nişasta jelleri üzerinde farklı şekilde göç eden bantlar olarak gözlemlenen polimorfik enzimler (alozimler veya izozimler olarak adlandırılır). analiz altındaki aktivite (Womack, 1979) (2) minör doku uyumluluk lokuslarında tespit edilen immünolojik polimorfizmler (Graff, 1978) ve (3) özel olarak geliştirilmiş "allo-antisera& #034 (Boyse ve diğerleri, 1968). Geriye dönüp bakıldığında, RI suşlarının zamanlarından önce geliştirildiği ve fare genetiğindeki güçleri ve faydalarının ancak şimdi — 1990'larda — tamamen serbest bırakıldığı açıktır.

7.2.4.3 DNA işaretleri ve haritalama paneli dönemi

1980'lerde meydana gelen iki olay, tamamen DNA markör lokuslarına dayanan bir bütün genom fare haritasının ilk geliştirilmesine izin verdi. İlk olay, fare genomundan ve diğer tüm organizmalardan DNA klonları elde etme teknolojisinin küreselleşmesiydi. DNA klonlama teknikleri 1970'lerde geliştirilmiş olmasına rağmen, ABD ve diğer ülkelerdeki katı düzenlemeler, bunların fare gibi memeli türlerine yaygın olarak uygulanmasını engellemişti (Watson ve Tooze, 1981). Bu düzenlemeler, 1980'lerin ilk yıllarında kapsam olarak büyük ölçüde azaltıldı, böylece tipik biyolojik araştırma tesislerindeki araştırmacılar, farelerden gelen genleri klonlamaya ve karakterize etmeye başlayabilirdi. Klonlama teknolojisinin küreselleşmesi, 1982'de Cold Spring Harbor Laboratuvarı'nın resmi olarak adlandırılan ilk oldukça ayrıntılı klonlama kılavuzunun yayınlanmasıyla büyük ölçüde hızlandı. Moleküler Klonlama: Bir Laboratuvar El Kitabı, ancak gayri resmi olarak "The Bible" olarak bilinir (Maniatis ve diğerleri, 1982). 52

Her ne kadar 1980'lerde DNA klonları fare genomu boyunca lokuslardan hızlı bir oranda geri kazanılmış olsa da, bunların bağlantı haritalamasında genel kullanımları kolay değildi. Klonlanmış lokusların haritalanması için o sırada mevcut olan tek uygun teknik, kısıtlama fragmanı uzunluk polimorfizmlerinin (RFLP'ler) tiplenmesiydi. Ne yazık ki, bu kitapta daha önce tartışıldığı gibi (Bölüm 2.3 ve 3.2), geleneksel doğal soyların ortak ataları, çoğu klonlanmış lokusta aralarındaki RFLP'leri tanımlamayı imkansız olmasa da zorlaştırmıştır.

Haritalamadaki tıkanıklık, yeni bir moleküler tekniğin geliştirilmesiyle değil, yeni bir genetik yaklaşımın geliştirilmesiyle kırıldı. Bu, 1980'lerde fare haritalaması açısından ikinci önemli olaydı - türler arası geri çaprazlamanın tanıtılması. François Bonhomme ve Fransız meslektaşları, birbirinden çok farklı iki fare türünün — M. kas ve M. spretus —, verimli F 1 dişi melezleri oluşturmak için laboratuvarda bir araya getirilebilir (Bonhomme ve diğerleri, 1978). Bu ikisini ayıran üç milyon yılla Muş türler (Bölüm 2.3), baz çifti ikameleri, test edilen hemen hemen her DNA probu için RFLP'lerin hızla tanımlanabileceği noktaya kadar birikmiştir. Böylece, bir interspesifik süper heterozigoz Fı dişisinin ebeveyn suşlarından birine geri çaprazlanmasıyla, RFLP analizinin kullanılması yoluyla DNA klonları tarafından tanımlanan lokusların büyük çoğunluğunun ayrılmasını takip etmek mümkün hale gelir.

#034spretus backcross#034, bir dizi RI suşu ile aynı şekilde ölümsüzleştirilemese de, backcross yavrularının her biri, yüzlerce DNA probu ile RFLP analizleri için yeterli olan bir DNA miktarına dönüştürülebilir. Özünde, klasik bir üç lokuslu backcross'tan birkaç yüz lokuslu backcross'a geçmek mümkün hale geldi. Ayrıca, yerleşik #034mapping paneli #034'ün üyelerini taramak için yeni DNA probları kullanıldıkça lokus sayısı artmaya devam edebilir (DNA örnekleri tükenene kadar). NS cin geri çaprazlama, fare genetiği çalışmasında devrim yarattı, çünkü DNA işaretçilerine dayalı fare genomunun ilk tam bağlantı haritasını sağladı ve DNA düzeyinde tanımlanan herhangi bir yeni yeri esasen hızlı bir şekilde haritalamak için kullanılabilecek haritalama panelleri sağladı.

7.2.4.4 Mikro uydular

Genetik analizdeki en son büyük ilerleme, yeni çapraz türlerinin geliştirilmesinden değil, son derece polimorfik olan ve minimum miktarda numune ile çok sayıda hayvanda hızla tiplendirilebilen PCR tabanlı DNA markörlerinin keşfinden ve kullanılmasından gelmiştir. malzeme. Bu güçlü yeni işaretçiler — özellikle mikro uydular — için temel ihtiyacı büyük ölçüde azalttı. cin backcross ve saygıdeğer RI suşlarının kullanışlılığına yeni bir soluk getirdiler. En önemlisi, sınırlı kaynaklara sahip bireysel araştırmacıların, mutant genlerin veya karmaşık hastalık özelliklerinin bağımsız, karmaşık haritalama analizlerini yürütmesi artık mümkün. Paris'teki Pasteur Enstitüsü'nden Philip Avner'ın belirttiği gibi: #03480'ler on yıl olsaydı Muş spretus Kısıtlama parçası uzunluk polimorfizmleri ile birlikte kullanımı fare bağlantı analizinde devrim yaratan ve fareyi genom haritalaması için müthiş verimli bir sistem haline getiren — — 1990'ların başı mikro uydu yılları olarak belirlendi" (Avner, 1991) . Mikrosatellitler ve diğer PCR tipi polimorfik lokuslar Bölüm 8.3'te ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.


Genetik Bağlantısı: Özellikler, Örnekler, Türler ve Önem

Ebeveynlerin iki veya daha fazla karakteri, F gibi birkaç neslin yavrularına iletildiğinde1, F2, F3 vb. herhangi bir rekombinasyon olmadan bağlantılı karakterler olarak adlandırılırlar ve fenomene bağlantı denir.

Bu, Mendel'in bağımsız çeşitlilik ilkesinden bir sapmadır.

Mendel'in bağımsız çeşitlilik yasası, ayrı kromozomlarda bulunan genlere uygulanabilir. Farklı karakterlere ait genler aynı kromozomda yer aldığında, birbirlerine bağlanır ve bağlantılı oldukları söylenir.

Yavrular tarafından birlikte kalıtılırlar ve bağımsız olarak sınıflandırılmazlar. Bu nedenle, aynı kromozomdaki iki veya daha fazla genin kalıtım sürecinde bir arada kalma eğilimine bağlantı denir. Bateson ve Punnet (1906), bezelye (Lathyrus odoratus) ile çalışırken, çiçek renginin ve polen şeklinin bir arada kalma eğiliminde olduğunu ve Mendel'in bağımsız çeşitler yasasına göre birbirinden bağımsız çeşitlenmediğini gözlemlediler.

Biri kırmızı çiçekli ve yuvarlak polen taneli, diğeri mavi çiçekli ve uzun polen taneli iki farklı bezelye çeşidi çaprazlandığında, F1 bitkiler uzun polenli mavi çiçekli idi (mavi uzun karakterler sırasıyla kırmızı ve yuvarlak karakterlere baskındı). Bu mavi uzun (heterozigot) melezler, çift çekinik kırmızı ve yuvarlak (homozigot) bireylerle (test çaprazı) çaprazlandığında, F'de beklenen 1:1:1:1 oranını üretemediler.2 nesil. Bunlar aslında 7 : 1 : 1 : 7 (7 mavi uzun : 1 mavi yuvarlak : 1 kırmızı uzun : 7 kırmızı yuvarlak) oranında aşağıdaki dört kombinasyonu üretti (Şekil 5.6).

Test çaprazının yukarıdaki sonucu, ebeveyn kombinasyonlarının (mavi, uzun ve kırmızı, yuvarlak) ebeveyn olmayan kombinasyonlardan yedi kat daha fazla olduğunu açıkça göstermektedir. Bateson ve Punnet, aynı ebeveynden (BBLL x bbll) gelen genlerin (B ve L gibi) aynı gamete girme ve birlikte kalıtılma (eşleşme) eğiliminde olduğunu öne sürdüler. Benzer şekilde, iki farklı ebeveynden (BBLL x bbll gibi) gelen genler (B ve 1), farklı gametlere girme ve ayrı ayrı ve bağımsız olarak kalıtılma (itme) eğilimindedir.

Morgan'ın Bağlantı Görüşü:

Morgan (1910), Drosophila üzerinde çalışırken, eşleşme ve itmenin bağlantının iki yönü olduğunu belirtti. Bağlantıyı, aynı kromozomda bulunan genlerin orijinal kombinasyonlarında kalma ve aynı gamete birlikte girme eğilimi olarak tanımladı.'

Aynı kromozom üzerinde bulunan ve birlikte kalıtılan genler bağlantılı genler, bunlar tarafından kontrol edilen karakterler ise bağlantılı karakterler olarak bilinir. Rekombinasyon frekansları her zaman %50'den azdır. Tek kromozomda bulunan tüm bu genler bir bağlantı grubu oluşturur. Bir organizmadaki toplam bağlantı grubu sayısı, kromozom çiftlerinin sayısına karşılık gelir. Örneğin insanda 23, bezelyede 7 ve Drosophila melanogaster'da 4 bağlantı grubu vardır.

Bağlantı Teorisinin Özellikleri:

Morgan ve Castle, ‘The Chromosome Theory of Linkage’'yi formüle etti.

Aşağıdaki belirgin özelliklere sahiptir:

1. Bağlantı gösteren genler aynı kromozomda bulunur.

2. Genler, kromozomda doğrusal bir şekilde düzenlenir, yani genlerin bağlantısı doğrusaldır.

3. Bağlantılı genler arasındaki mesafe, bağlantının gücü ile ters orantılıdır. Yakın konumdaki genler güçlü bağlantı gösterirken, geniş olarak ayrılmış genlerin çaprazlama (zayıf bağlantı) yoluyla ayrılma şansı daha fazladır.

4. Bağlantılı genler, kalıtım sırasında orijinal kombinasyonlarında kalır.

5. Bağlantılı genler, kromozom üzerinde iki tip düzenleme gösterir. Bir kromozomda iki veya daha fazla bağlantılı gen çiftinin baskın alelleri mevcutsa ve bunların resesif alelleri diğer homologda (AB/ab) mevcutsa, bu düzenleme cis-düzenlemesi olarak bilinir. Ancak bir kromozomda bir çiftin baskın aleli ve ikinci çiftin çekinik aleli ve homolog bir çiftin (Ab/aB) diğer kromozomunda çekinik ve baskın alel varsa bu düzenlemeye trans dizilimi denir (Şekil 5.7). .

Bağlantı Örnekleri:

Mısır, iyi bir bağlantı örneği sağlar. Hutchinson, renkli ve tam tohumlu (CCSS) mısır çeşitlerini, renksiz ve küçülmüş tohumlu (ccss) mısır çeşitleriyle çaprazladı. Renk için C geni renksiz c aleli üzerinde baskındır ve tam tohum için S geni küçülmüş aleli s üzerinde baskındır. tüm F1 bitkiler renkli ve tam tohum üretti. Ancak bir test çaprazında, böyle bir F1 dişiler (heterozigot) renksiz ve büzülmüş tohumlara sahip (çift çekinik) bir bitkinin poleni ile çapraz tozlanır, dört çeşit tohum üretilir (Şekil 5.8).

Yukarıda belirtilen sonuçtan, ebeveyn kombinasyonlarının yeni kombinasyondan (%3,6) daha fazla sayıda (%96,4) olduğu açıktır. Bu açıkça ebeveyn karakterlerinin birbirine bağlı olduğunu gösterir. Genleri aynı kromozomda bulunur ve sadece %3,6'sında bu genler çaprazlama yapılarak ayrılır. Bu, eksik bağlantıya bir örnektir.

Morgan (1911), gri gövdeli ve uzun kanatlı (BB VV) sıradan bir vahşi tip Drosophila'yı siyah gövdeli ve körelmiş kanatlı (bbvv) başka bir Drosophila (mutant tip) ile geçti. F'deki tüm melezler1 nesil gri gövdeli ve uzun kanatlı (BbVv), yani fenotipik olarak vahşi ebeveyn tipi gibidir. Eğer şimdi F'nin bir erkeği (Bb Vv), siyah gövdeli ve körelmiş kanatlara (bbvv) sahip bir çift çekinik dişi (test çaprazı) ile geri çaprazlanırsa, F'de sadece ebeveyn kombinasyonları oluşur.2 yeni kombinasyonların ortaya çıkmadığı nesil. Sonuçlar, gri gövde karakterinin uzun kanatlarla birlikte miras alındığını göstermektedir.

Bu genlerin birbirine bağlı olduğu anlamına gelir. Benzer şekilde, kara cisim karakteri de körelmiş kanatla ilişkilendirilir. F'nin çocuklarında yalnızca ebeveyn karakter kombinasyonları göründüğü için2 nesil ve yeni veya ebeveyn olmayan kombinasyonlar görünmüyor, bu tam bağlantıyı gösteriyor. Drosophila erkeklerinde tam bağlantı görülür.

Bağlantı Türleri:

Yeni kombinasyonların veya ebeveyn olmayan kombinasyonların varlığına veya yokluğuna bağlı olarak, bağlantı iki tipte olabilir:

İki veya daha fazla karakter birlikte kalıtılırsa ve orijinal veya ebeveyn kombinasyonlarında iki veya daha fazla nesilde tutarlı bir şekilde görünüyorsa, buna tam bağlantı denir. Bu genler ebeveyn olmayan kombinasyonlar üretmezler.

Tam bağlantı gösteren genler, aynı kromozomda yakından yer alır. Erkek Drosophila'daki gri gövde ve uzun kanatlar için genler tam bir bağlantı gösterir.

(ii) Eksik Bağlantı:

Ebeveyn olmayan kombinasyonların bir yüzdesini üreten genler tarafından eksik bağlantı sergilenir. Bu tür genler kromozom üzerinde uzakta bulunur. Çapraz geçiş sırasında kromozomal segmentlerin kazara veya ara sıra kırılmasından kaynaklanır.

Bağlantının Önemi:

(i) Bağlantı, hibridizasyon ve seçim programlarının kapsamının niteliğini belirlemede önemli bir rol oynar.

(ii) Bağlantı, genlerin rekombinasyon şansını azaltır ve böylece ebeveyn özelliklerini bir arada tutmaya yardımcı olur. Böylece organizmanın ebeveyn, ırk ve diğer karakterlerini korumasına yardımcı olur. Bu nedenle bitki ve hayvan yetiştiricileri çeşitli karakterleri bir araya getirmekte zorlanırlar.


Hekzaploid ekmeklik buğdayın rekombinasyon ortamının analizi, rekombinasyonu ve gen dönüşüm sıklığını kontrol eden genleri ortaya çıkarır.

Arka plan: Çaprazlama ve gen dönüşümü yoluyla homolog kromozomlar arasındaki dizi değişimi ökaryotlar arasında yüksek oranda korunur ve genom stabilitesine ve genetik çeşitliliğe katkıda bulunur. Rekombinasyon eksikliği, mahsullerdeki üreme çabalarını sınırlar, bu nedenle, artan rekombinasyon oranları, bağlantı sürüklenmesini azaltabilir ve yeni genetik kombinasyonlar oluşturabilir.

Sonuçlar: Buğdayın hekzaploid genomundaki (Triticum aestivum) çaprazlama ve gen dönüşüm sıklığını değerlendirmek için 13 rekombinant kendi içinde eşlenmiş haritalama popülasyonunun hesaplamalı analizini kullanıyoruz. Yüksek frekanslı çaprazlama sitelerinin popülasyonlar arasında paylaşıldığını ve yakından ilişkili ebeveynlerin daha benzer çaprazlama modellerine sahip popülasyonlara yol açtığını gözlemliyoruz. Gen dönüşümünün buğdayda diğer bitkilere göre daha yaygın olduğunu ve genomun daha fazlasını kapsadığını gösteriyoruz, bu da onu yeni haplotiplerin üretilmesinde, özellikle de çapraz geçişlerin nadir olduğu sentromerik bölgelerde kritik bir süreç haline getiriyor. Değişmiş gen dönüşümü ve çaprazlama frekansı için niceliksel özellik lokuslarını belirliyoruz ve Arabidopsis dahil bazı bitki soylarında eksik olan eski bir klada ait yeni bir RecQ helikaz geninin işlevselliğini onaylıyoruz.

Sonuçlar: Bu, buğdayda gen dönüşümüne dahil olduğu gösterilen ilk gendir. RecQ helikazından yararlanmak, yaygın gen dönüşümlerini kullanarak bağlantı direncini kırma potansiyeline sahiptir.

Anahtar Kelimeler: Çapraz Gen dönüşümü QTL Rekombinasyon Buğday.

Çıkar çatışması beyanı

Etik onay ve katılım onayı

Bu çalışmada kullanılan tüm bitkiler, Norwich Research Park yönergelerine uygun kontrollü büyüme odalarında büyütüldü. Bitki materyali, John Innes Centre, Norwich, İngiltere'deki Germplazm Kaynakları Birimi'nden sağlandı.

Yayın izni
Rekabet eden çıkarlar

Yazarlar, rekabet eden çıkarları olmadığını beyan eder.

Yayıncının Notu

Springer Nature, yayınlanan haritalarda ve kurumsal bağlantılarda yargı yetkisi iddiaları konusunda tarafsız kalır.

Rakamlar

Buğdayın rekombinasyon manzarası. a…

Buğdayın rekombinasyon manzarası. a Her RIL için kaydedilen CO sayısı…

Dizi değişiminin ince ölçekli analizi…

Dizi değişim olaylarının ince ölçekli analizi. a CO'ların ve/veya GC'lerin sayısı…

QTL analizinin çıktısı…

Paragon × Çin Baharı popülasyonundan QTL analizinden elde edilen çıktı. QTL analizi…

Aday genlerin incelenmesi…

QTL analizinden aday genlerin incelenmesi RecQ-7 ve RuvB . a Kutu…


Genetik Bölüm 7

A. Heterozigot ebeveynde dış genlerden biri ile orta gen arasında büyük bir harita mesafesi varken, orta gen ile diğer dış gen arasında kısa bir harita mesafesi vardır.

B. İki gen arasındaki fiziksel mesafe, bu iki gen arasındaki genetik harita mesafesine kıyasla çok kısadır.

C. çaprazlama, kromozomların sentromerinin yakınında bulunan genler için geliştirilmiştir, çünkü ikinci bir çaprazlama olayının meydana gelmesinde bir çaprazlamanın daha az müdahalesi vardır.

D. Bir test çaprazlamasından, ilgili genlerin harita mesafelerinden beklenenden çok daha az çift çaprazlı rekombinant soy elde edildi.

A. bir gen çifti için homozigot çekinik olan bir ebeveyn ve ikinci bir gen çifti için homozigot çekinik olan ikinci bir ebeveyn.

B. iki veya daha fazla gen için heterozigot olan iki ebeveyn.

C. bir veya daha fazla gen için baskın fenotip gösteren bir ebeveyn ve bu genler için homozigot çekinik olan ikinci bir ebeveyn.

D. bir veya daha fazla gen için çekinik fenotip gösteren bir ebeveyn ve bu genler için homozigot baskın olan ikinci bir ebeveyn.

A. Mitoz sırasında metafazda sıralandıklarında çekirdekteki kromozomların yeri

B. iki gen arasındaki nükleotid sayısı olarak mesafe

C. bir kromozom üzerindeki genlerin lineer sırası

D. iki gen arasında meydana gelen çift çaprazlamaların yeri

A. İlişkilendirme çalışmaları, belirgin bir fenotipi olmayan genlerin doğru bir şekilde haritalanmasına olanak tanır.

B. Alellerin genetik rekombinasyonu, kromozomlar arasındaki fiziksel değişim ile ilişkilidir.

C. Erkek Drosophila'da çaprazlama meydana gelmez, dolayısıyla genetik rekombinasyon yoktur.

D. Genler kromozomlar üzerinde bulunur ve aralarındaki harita mesafesi genellikle DNA'daki nükleotidlerin sayısı ile ölçülebilir.

B. tam bağlantı ve kromozom etkileşimi.

C. somatik hücre hibridizasyonu ve kromozom interferansı.

D. kromozom interferansı ve bağımsız çeşitleme.

A. çift çaprazlamalar ve diğer çoklu çaprazlama olayları, genler birbirine yakın olduğunda ve kolaylıkla tespit edilebildiğinde daha sık meydana gelir, bu nedenle bu harita mesafeleri, birbirinden uzak genler için olanlardan daha doğrudur.

B. çapraz geçiş girişimi, beklenenden daha fazla çift çaprazlama ve diğer çoklu çaprazlama olaylarının meydana gelmesine neden olacak ve bu nedenle, birbirinden çok uzak olan genlerde meydana gelmesi beklenenden daha fazla sayıda rekombinant soy ile sonuçlanacaktır.

C. Genler birbirinden uzak olduğunda, tek çaprazlı rekombinant sınıfları saptamak, genlerin birbirine yakın olduğu duruma göre daha zordur.

D. birbirinden uzak genlerle, çift çaprazlamalar ve diğer çoklu çaprazlama olayları sıklıkla rekombinant neslin sayısını azaltan ölümcül rekombinantlara yol açar.


Arka plan

İnsanlarda ve diğer diploid organizmalarda rekombinasyon oranlarındaki çeşitlilik, evrimsel ve moleküler süreçlerle şekillendirilebilir [1], ancak bu kuvvetler sadece kısmen anlaşılmıştır. Yüksek çözünürlüklü insan rekombinasyon haritaları, hem ebeveyn-yavru aktarımı [2, 3] hem de bağlantı dengesizliği (LD) [4,5,6,7] modelleri kullanılarak tahmin edilmiştir. Bunlar, sırasıyla rekombinasyon sıcak noktaları ve soğuk noktalar olarak bilinen daha yüksek veya daha düşük rekombinasyon oranlarına sahip lokalize bölgeleri ortaya çıkarmıştır [5]. Dizi analizi, insan rekombinasyon sıcak noktalarının PRDM9 bağlanma motifleri [8], CpG adaları ve GC açısından zengin tekrarlar [4, 5, 9] gibi bir dizi dizi özelliği ile ilişkili olduğunu ve rekombinasyon soğuk noktalarının tekrarlayan elementlerle ilişkili olduğunu göstermiştir. , kopyalanmış bölgeler ve telomerler [5, 6].

Rekombinasyon noktalarının dışında, epigenomik imzalardaki farklılıklar, rekombinasyon oranındaki farklılıklar ile ilişkilidir [10, 11]. Özellikle, rekombinasyon meydana geldiğinde birincil olarak faz I'de oluşturulan DNA metilasyon seviyesinin [12], rekombinasyon oranı ile pozitif olarak ilişkili olduğu bildirilmektedir [11]. DNA metilasyonunun rekombinasyon oranı üzerinde nedensel bir etkisi, metilasyon eksikliği olan bir suşu kullanılarak belirlendi. Arabidopsis, ökromatik bölgelerde rekombinasyon hızının azaldığını gösterdi [13, 14].


Referanslar

Bernstein K, Gangloff S, Rothstein R. DNA onarımında RecQ DNA sarmalları. Annu Rev Genet. 201044:393–417.

Borrill P, Ramirez-Gonzalez R, Uauy C. expVIP: özelleştirilebilir bir RNA-seq veri analizi ve görselleştirme platformu. Bitki Fizyol. 2016170:2172–86.

Brachet E, Beneut C, Serrentino M, Borde V. CAF-1 ve Hir histon şaperonları, tomurcuklanan mayadaki mayotik çift sarmal kırılma bölgeleriyle ilişkilidir. PLOSone. 201510:5.

Brenchley R, et al. Tam genomlu av tüfeği dizilimi kullanılarak ekmeklik buğday genomunun analizi. Doğa. 2012491:705–10.

Burridge A, Wilkinson P, Winfield M, Barker G, Allen A, Coghill J, Waterfall C, Edwards K. Hekzaploid buğdayda sekanslama ile hedeflenen genotiplemede kullanım için dizi bazlı tek nükleotid polimorfik markörlerin dönüşümü (trityum aestivum). Bitki Biyoteknolojisi J. 201716(4):867–76.

Cesario J, McKim KS. RanGTP, mayotik iğ organizasyonu ve Drosophila'da embriyonik gelişimin başlatılması için gereklidir. J Hücre Bilimi. 2011124(22):3797-810.

Chen J, Cooper D, Chuzhanova N, Ferec C, Patrinos GP. Gen dönüşümü: mekanizmalar, evrim ve insan hastalığı. Nat Rev Genet. 20078:762–75.

Clavijo BJ, et al. Alloheksaploid buğday genomunun geliştirilmiş bir montajı ve açıklaması, agronomik genlerin tam ailelerini tanımlar ve kromozomal translokasyonlar için genomik kanıtlar sağlar. Genom Araş. 201727(5):885–96.

Darrier B, et al. Hekzaploid buğday genomundaki CO olaylarının yüksek çözünürlüklü haritalanması, evrensel bir rekombinasyon mekanizması önerir. Genetik. 2017206(3):1373–88.

Duroc Y, et al. MutLβ heterodimer ve Mer3 helikazın uyumlu eylemi, mayotik gen dönüşümünün küresel kapsamını düzenler. eHayat. 20176:e21900.

Esch E, Szymaniak JM, Yates H, Pawlowski WP, Buckler ES. Global rekombinasyon frekansını kontrol eden nicel özellik lokuslarını belirlemek için rekombinant kendi içinde melezlenmiş hatlarda çapraz geçişlerin kullanılması. Genetik. 2007177(3):1851–8.

Fernandes JB, Séguéla-Arnaud M, Larcheveque C, Lloyd AH, Mercier R. Hibrit bitkilerde mayotik geçişleri serbest bırakmak. PNAS.2018115(10):2431–6.

Gardiner, L., Brabbs, T. ve Hall, A. Hekzaploid ekmeklik buğdayın rekombinasyon manzarası. Veri kümeleri. https://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/PRJEB28231 (2019).

Girard C, Chelysheva L, Choinard S, Froger N, Macaisne N, et al. Düzeltme: AAA-ATPase FIDGETIN-LIKE 1 ve sarmal FANCM, mayotik geçişleri farklı mekanizmalarla antagonize eder. PLoS Genet. 201511(9):e1005448.

Griffiths S, Sharp R, Foote T, Bertin I, Wanous M, Reader S, Colas I, Moore G. Moleküler karakterizasyonu Ph1 poliploid buğdayda majör bir kromozom eşleşme lokusu olarak. Doğa. 2006439:749–52.

Griffiths S, Wingen L, Edwards K. Populations aksiyomu SNPs verileri - John Innes Centre, hdl:11529/10996, CIMMYT Research Data & Software Repository Network, V6 2017.

Halldorsson BV, et al. Mayotik gen dönüşüm oranı cinsiyete ve yaşa göre değişir. Nat Genet. 201648(11):1377–84.

Hartung F, Puchta H. Bitkilerde RecQ gen ailesi. J Bitki Fizyol. 2006163(3):287–96.

Hartung F, Suer S, Puchta H. Yakın ilişkili iki RecQ helikazının homolog rekombinasyonda ve DNA onarımında antagonistik rolleri vardır. Arabidopsis thaliana. Proc Natl Acad Sci. 2007104(47)::18836–41.

Higgins JD, Wright KM, Bomblies K, Franklin FCH. Mayoz bölünmeyi analiz etmek için sitolojik teknikler Arabidopsis arenozası poliploidi adaptasyonunu araştırmak için. Ön Bitki Bilimi. 20134:546.

Hoek M, Myers M, Stillman B. CAF-1 ile etkileşime giren proteinlerin bir analizi, KU kompleksi ve 140303 proteinleri ile dinamik ve doğrudan etkileşimleri ortaya çıkarır. J Biol Chem. 2011286(12):10876-87.

Huang F, Mazina OM, Zentner IJ, Cocklin S, Mazin AV. RAD51 rekombinazını hedefleyerek insan hücrelerinde homolog rekombinasyonun inhibisyonu. J Med Chem. 201255(7):3011–20.

Ürdün KW, et al. Allopoliploid buğdayda genom çapında rekombinasyon oranı varyasyonunun genetik mimarisi, iç içe birleşme haritalaması ile ortaya çıktı. Bitki J. 2018. https://doi.org/10.1111/tpj.14009.

Kalab P, Heald R. Mitotik iğ için RanGTP gradyan-a GPS. J Hücre Bilimi. 2008121:1577–86.

Karow, J., Constantinou, A., Li, Ji-Liang, L., West, S. & Hickson, I. Bloom sendromu gen ürünü, Holliday bağlantılarının dal göçünü destekler. PNAS, 97(12): 6504-6508 (2000).

Krasileva KV, et al. Poliploid buğdaydaki gizli varyasyonu ortaya çıkarmak. Proc Natl Acad Sci. 2017114(6):913–21.

Letunic I, Bork P. Etkileşimli hayat ağacı (iTOL) v3: filogenetik ve diğer ağaçların görüntülenmesi ve açıklanması için çevrimiçi bir araç. Nükleik Asitler Araş. 201644:W242–5.

Li H, Durbin R. Burrows-Wheeler dönüşümü ile hızlı ve doğru kısa okuma hizalaması. Biyoinformatik. 200925:1754–60.

Li H, et al. Sıra hizalama/harita formatı ve SAMtools. Biyoinformatik. 200925:2078–9.

Li HQ, Terada R, Li MR, Lida S. RecQ helikaz bitkilerde homolog rekombinasyonu geliştirir. FEBS Lett. 2004574(1–3):151–5.

Li X, Tyler J. İnsan homolog olmayan uç birleştirme sırasında nükleozom demontajı ve ardından uyumlu HIRA- ve CAF-1'e bağlı yeniden birleştirme. eHayat. 20165:e15129.

Löytynoja A, Goldman N. Çoklu dizi hizalaması için bir evrim ve yapı modeli. Philos Trans R Soc Lond Ser B Biol Sci. 2008363:3913–9.

Mascher M, et al. Arpa genomunun bir kromozom konformasyon yakalama sıralı dizisi. Doğa. 2017544:427–33.

McKenna A, et al. Genom analizi araç takımı: yeni nesil DNA dizileme verilerini analiz etmek için bir MapReduce çerçevesi. Genom Araş. 201020:1297–303.

Mercier R, Mézard C, Jenczewski E, Macaisne N, Grelon M. Bitkilerde mayozun moleküler biyolojisi. Annu Rev Bitki Biol. 201566:297–327.

Pardo-Manuel De Villena F, Sapienza C. Rekombinasyon, memelilerdeki kromozom kollarının sayısı ile orantılıdır. Mamm Genom. 200112:318–22.

Qi J, Chen Y, Copenhaver G, Ma H. Genomik varyasyonların ve DNA polimorfizmlerinin tespiti ve mayotik rekombinasyon ve genetik haritalamanın analizi üzerindeki etkisi. PNAS. 2014111(27):10007–12.

Schnable PS, Hsia A, Nikolau B. Bitkilerde genetik rekombinasyon. Curr Opin Bitki Biol. 19981:123–9.

Séguéla-Arnaud M, et al. Çoklu mekanizmalar mayotik geçişleri sınırlar: TOP3α ve iki BLM homologu, geçişleri FANCM'ye paralel olarak antagonize eder. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015112(15):4713–8.

Shalev G, Sitrit Y, Avivi-Ragolski N, Lichtenstein C, Levy A. Bakteriyel resolvaz RuvC'nin ekspresyonu ile bitkilerde homolog rekombinasyonun uyarılması. PNAS. 199996(13):7398-402.

Shi W, et al. RPA2 fosforilasyonunun replikasyon durmasına yanıt olarak homolog rekombinasyondaki rolü. Karsinojenez. 201031(6):994-1002.

Stamatakis A. RAxML sürüm 8: büyük filogenilerin filogenetik analizi ve analiz sonrası için bir araç. Biyoinformatik. 201430:1312–3.

Sun Y, et al. Tetrad analizi kullanılarak mayotik gen dönüşümünün derin genom çapında ölçümü Arabidopsis Thaliana. PLoS Genet. 20128(10):e1002968.

Szostak JW, Orr-Weaver TL, Rothstein RJ, Stahl FW. Rekombinasyon için çift zincirli kopma onarım modeli. Hücre. 198333:25–35.

Talbert PB, Henikoff S. Centromeres dönüştürüyor ama geçmiyor. PLoS Biol. 20108(3):e1000326.

Uluslararası Buğday Genom Dizileme Konsorsiyumu (IWGSC) ve ark. Tamamen açıklamalı bir referans genom kullanarak buğday araştırma ve ıslahında sınırları değiştirmek. Bilim. 2018361(6403):ear7191.

Waterhouse AM, Procter JB, Martin DMA, Kelepçe M, Barton GJ. Jalview sürüm 2 - çoklu dizi hizalama düzenleyicisi ve analiz tezgahı. Biyoinformatik. 2009. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp033.

Wiedemann G, et al. RecQ sarmalları, Physcomitrella patenlerinde geliştirme, DNA onarımı ve gen hedeflemede işlev görür. Bitki hücresi. 201830:717–36.

Wilkinson PA, Winfield MO, Barker GLA, Allen AM, Burridge A, Coghill JA, Burridge A, Edwards KJ. CerealsDB 2.0: bitki yetiştiricileri ve bilim adamları için entegre bir kaynak. BMC Biyoinformatik. 201213:219.

Wingen LU, et al. Buğday yerel türü genom çeşitliliği. Genetik. 2017205(4):1657–76.

Wijnker E, et al. Arabidopsis thaliana'da mayotik geçitlerin ve gen dönüşümlerinin genomik manzarası. eHayat. 20132:e01426.

Yang S, et al. rekombinasyon olaylarının büyük çoğunluğu Arabidopsis gen dönüşüm olaylarıdır. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012109(51):20992–7.

Zhao Q, Brkljacic J, Meier I. Nükleer zarfla ilişkili sarmal sarmal proteinlerin iki farklı etkileşimli sınıfı, dokuya özgü nükleer zarf hedeflemesi için gereklidir. Arabidopsis RanGAP. Bitki hücresi. 200820(6):1639–51.

Ziolkowski PA, Underwood CJ, Lambing C, Martinez-Garcia M, Lawrence EJ, et al. HEI10 mayotik E3 ligaz kontrolünün doğal varyasyonu ve dozu Arabidopsis çapraz rekombinasyon Genler Dev. 201731:306–17.


Sonuçlar ve tartışma

Yabani ve Evcil Arpa Arasındaki Rekombinasyon Manzaraları Yüksek Derecede Korunmuştur

Rekombinasyon olaylarının fiziksel dağılımı ve sıklığı, yani rekombinasyon ortamı, bazı genlerin diğerlerine göre yeniden birleşmesi daha olası olduğundan, bitki adaptasyonunda rol oynar. Arpa genomu, örneğin kromozomların yüksek oranda yeniden birleşen distal bölgelerinde yer alan hastalık direnci genleri ve düşük yeniden birleşen interstisyel bölgelerde fotosentezde yer alan genler ile yüksek oranda bölümlere ayrılmıştır (Mascher ve diğerleri, 2017). Arpanın rekombinasyon ortamının önceki karakterizasyonları, evcilleştirilmiş arpaya odaklanmıştır (Künzel et al. 2000 Higgins et al. 2012 Phillips et al. 2012, , 2015 Dreissig et al. 2015, , 2017), biraz daha yüksek bir sayıyı ortaya koyan sitolojik çalışmalar dışında yabani arpadan daha evcil arpada chiasmata (Ross-Ibarra 2004). Burada, rekombinasyon olaylarının ince ölçekli fiziksel dağılımının evcil ve yabani arpalar arasında farklılık gösterip göstermediğini sorduk. Farklı rekombinasyon manzaralarının, örneğin Neolitik sonrası çiftçiliğe karşı doğal habitatlar gibi farklı ortamlara adaptasyonun bir sonucu olabileceğini varsaydık.

Yabani arpada rekombinasyon oranlarını tahmin etmek için (H. kaba spp. kendiliğinden (K. Koch) Thell), birleşme teorisini 74 coğrafi referanslı girişten oluşan doğal bir popülasyonda 26.417 pozisyon içeren tek bir nükleotid polimorfizmi (SNP) veri setine uyguladık ( Şekil 1) ( Milner ve diğerleri 2019). LDhat paketindeki Interval programı, yedi arpa kromozomu boyunca popülasyon ölçekli rekombinasyon oranını (ρ) tahmin etmek için kullanıldı. Popülasyon genetik verilerinden tahmin edilen atalardan kalma rekombinasyon oranlarını, bir F'nin polen çekirdeği dizilimi yoluyla elde edilen deneysel ölçümlerle karşılaştırarak doğruladık.1 iki modern arpa çeşidi arasında melez (Dreissig ve ark. 2017). 0,01 (toplam kromozom uzunluğunun %'si, P = 1.48 × 10 -24 ). Bu korelasyonlar, Arabidopsis (Choi et al. 2013) ve buğdayda (Darrier et al. 2017) önceki çalışmalarla karşılaştırılabilir olup, birleşmeye dayalı yöntemlerin rekombinasyon manzaralarının güvenilir tahminlerini sağladığını göstermektedir. Daha sonra, evcilleştirme sürecinin ilgili rekombinasyon manzaraları üzerinde bir etkisi olup olmadığını test etmek için yabani arpa ve evcilleştirilmiş yerel türleri karşılaştırmaya çalıştık. 26.334 SNP ve rastgele seçilmiş 100 coğrafi referanslı arpa yerel çeşidinden oluşan geniş bir SNP veri seti kullanarak yerel arpa türlerinde popülasyon ölçekli rekombinasyon oranını tahmin ettik (şekil 1, Milner ve diğerleri 2019). Hem yabani arpa hem de yerel çeşitler için, ρ nispi kromozomal aralıklar üzerinden toplandı ve yedi kromozomun tamamında ortalaması alındı. Spearman'ın sıralama korelasyonuna dayanarak, iki rekombinasyon manzarası oldukça benzerdir (r = 0.91, P = 2.08 × 10 -39 ). Yüksek rekombinasyon oranları, kromozomların yaklaşık %80'inde neredeyse rekombinasyondan yoksun bırakılarak, distal kromozomal bölgelerle kesinlikle sınırlıdır (şekil 2). Her ikisinde de, yeniden birleştirme bölgesinin kapsamı, tüm kromozomların kısa kolunda daha küçük ve uzun kolunda daha fazladır. Ancak ince ölçekte farklılıklar görünür hale geldi. Uzun kolda, yabani arpada daha fazla interstisyel bölgelerde yüksek rekombinasyon oranları tespit edilir (şekil 2, %80-90 nispi kromozom uzunluğu), bu en çok kromozom 2H, 3H, 5H, 6H ve 7H'de belirgindir ( ek şek. 2, Ek Materyal çevrimiçi). Evcilleştirilmiş yerel ırklarda, yüksek rekombinasyon oranları, 7H dışında kromozomlar arasında çarpıcı bir fark olmaksızın, uzun kolda (%90-100 nispi kromozom uzunluğu) daha distal olarak sınırlandırılır (ek şekil 2, Ek Materyal çevrimiçi). Bununla birlikte, kısa kolda, yüksek rekombinasyon oranları kesinlikle her iki grupta da kromozomun ilk %5'i ile sınırlı olduğundan, durum böyle görünmüyor.

RYT2EruNI95QzM7IknjG1lESeOoUIPHUD4sYvGxYgAyvjALHRnjpeg" />

Yabani arpa ve yerel tür katılımlarının kökeni. Yabani arpa çeşitlerinin (mavi) ve yerel arpa çeşitlerinin (kırmızı) toplanma yerleri gösterilmiştir. Renklendirme, mevcut koşullar altında (°C) yıllık ortalama sıcaklığı temsil eder. Bereketli Hilal'e yakınlaştırılan girişin içindeki siyah ok, yabani arpa alt popülasyonlarının örneklendiği yönü gösterir.

RYT2EruNI95QzM7IknjG1lESeOoUIPHUD4sYvGxYgAyvjALHRnjpeg" />

Yabani arpa ve yerel tür katılımlarının kökeni. Yabani arpa (mavi) ve yerel arpa (kırmızı) toplama alanları gösterilmiştir. Renklendirme, mevcut koşullar altında (°C) yıllık ortalama sıcaklığı temsil eder. Bereketli Hilal'e yakınlaştırılan girişin içindeki siyah ok, yabani arpa alt popülasyonlarının örneklendiği yönü gösterir.

Yabani arpa ve evcilleştirilmiş yerel türler arasındaki rekombinasyon manzaralarının karşılaştırılması. Göreceli kromozomal pozisyonlar boyunca yabani arpa (mavi) ve evcilleştirilmiş yerel türlerin (kırmızı) normalleştirilmiş rekombinasyon oranı (0 = en düşük değer, 1 = bir popülasyon içindeki en yüksek değer) (0 = kısa kolun uzak ucu, 1 = uzun kolun uzak ucu) arm) yedi kromozomun hepsinin ortalamasından türetilmiştir. Kısa kolda, hem yabani hem de evcil arpadaki en yüksek değerler kromozomun distal ucunda (%5) örtüşür. Uzun kolda, en yüksek yabani arpa değerleri kromozom uzunluğunun %80-90'ında bulunurken, evcilleştirilmiş arpanın en yüksek değerleri distal uçta bulunur (%90-100 kromozom uzunluğu). Genomik bölmelerdeki Gen Ontolojisinin Zenginleştirilmesi (GO) terimleri Mascher ve ark. (2017). Renkli dikdörtgenler −log'u gösterir10-dönüştürülmüş P-1,3 (yeşil) ile 18.4 (kırmızı) arasındaki değerler.

Yabani arpa ve evcilleştirilmiş yerel türler arasındaki rekombinasyon manzaralarının karşılaştırılması. Normalleştirilmiş rekombinasyon oranı (0 = en düşük değer, 1 = bir popülasyon içindeki en yüksek değer) yabani arpa (mavi) ve evcilleştirilmiş yerel türlerin (kırmızı) nispi kromozomal konumları boyunca (0 = kısa kolun uzak ucu, 1 = uzun kolun uzak ucu) arm) yedi kromozomun hepsinin ortalamasından türetilmiştir. Kısa kolda, hem yabani hem de evcil arpadaki en yüksek değerler kromozomun distal ucunda (%5) örtüşür. Uzun kolda, en yüksek yabani arpa değerleri kromozom uzunluğunun %80-90'ında bulunurken, evcilleştirilmiş arpanın en yüksek değerleri distal uçta bulunur (%90-100 kromozom uzunluğu). Genomik bölmelerdeki Gen Ontolojisinin Zenginleştirilmesi (GO) terimleri Mascher ve ark. (2017). Renkli dikdörtgenler −log'u gösterir10-dönüştürülmüş P-1,3 (yeşil) ile 18.4 (kırmızı) arasındaki değerler.

Yabani arpanın en son ortak atasından yaklaşık 4 milyon yıl önce ayrıldığı tahmin edilmektedir (Brassac ve Blattner 2015) ve evcilleştirme yaklaşık 10.000 yıl önce başlamıştır ( Badr ve diğerleri 2000). Yabani arpanın rekombinasyon manzarasını evcil arpa yerel türlerininkiyle karşılaştırarak, rekombinasyon manzaralarının evcilleştirme boyunca yüksek oranda korunduğunu gösteriyoruz. Verilerimiz, uzun vadeli atalardan kalma rekombinasyon verilerinde bile, rekombinasyona izin veren kromozomal bölgeler ile rekombinasyon için baskılayıcı kromozomal bölgeler arasında kesin bir ayrım olduğuna dair kanıt sağlar. Önceki çalışma, mayotik rekombinasyonun, CG, CHG ve CHH DNA metilasyonuyla zenginleştirilmiş heterokromatik bölgelerde (Melamed-Bessudo ve Levy 2012 Mirouze ve ark. 2012 Yelina ve ark. 2012) ve H3K27me3, H3K9me3, H3K27me1 gibi histon modifikasyonlarında büyük ölçüde baskılandığını göstermiştir. , ve H3K9me2 (Aliyeva-Schnorr ve diğerleri 2015 Baker ve diğerleri 2015). Gözlemlerimiz için olası bir açıklama, rekombinasyon için baskılayıcı kromatin ortamının evrimsel zaman ölçeklerinde yüksek oranda korunmuş olması olabilir. Bununla birlikte, ince ölçekte, yüksek rekombinasyon oranları, evcilleştirilmiş arpada kromozomların uzun kolundaki daha uzak bölgelere doğru kaydırılır. Distal ve interstisyel bölgeler, savunma yanıt genleri için zenginleştirilmiş distal bölgeler ve nükleik asit metabolizması, DNA onarımı, fotosentez ve mRNA işleme gibi temel hücresel süreçlerde yer alan genler için oldukça zengin interstisyel bölgeler ile farklı gen bağlamları gösterir (şekil 2). Bu bölümlendirmenin bir sonucu olarak, rekombinasyon sıcak noktaları hastalık direnç genlerinin yakınında bulunma eğiliminde olduğundan, arpanın evcilleştirilmesi boyunca savunma tepkisi genlerini barındıran bölgelerdeki yüksek rekombinasyon oranları için seçim nedeniyle rekombinasyon oranındaki farklılıklara neden olabilir (Serra ve ark. 2018). Yüksek patojen basıncına maruz kalmayan ve direnç genleri üzerinde güçlü bir seçim göstermeyen yabani arpa (Stukenbrock ve McDonald 2008 Ma ve diğerleri 2019), bu nedenle farklı bir atasal rekombinasyon manzarası gösterebilir.

Rekombinasyon Oranında Doğal Değişim

Rekombinasyon oranları, kromozomlar, cinsiyetler, bireyler, popülasyonlar ve türler gibi çoklu ölçeklerde oldukça değişkendir ( Stapley ve ark. 2017). Arpa gibi sıkı bir şekilde akrabalı yetiştirme türlerinde (Brown ve diğerleri, 1978), yeniden birleştirme, akrabalı yetiştirme depresyonlarını dengelemek ve zindeliği korumak için seçim altında olabilir (Charlesworth ve diğerleri, 1977). Önceki çalışmalar, akrabalı yetiştirme bitkilerinde artan kiazma sıklığını göstermiştir (Stebbins 1950 Rees ve Ahmad 1963 Zarchi ve diğerleri 1972 Gibbs ve diğerleri 1975). Bu çalışmada, yabani arpanın doğal popülasyonları arasında rekombinasyon oranlarının farklılık gösterip göstermediğini sorduk.

Yabani arpa popülasyonundaki rekombinasyon oranındaki değişimi analiz etmek için, rekombinasyon oranlarının tahmin edilebileceği alt popülasyonların tanımlanması gerekiyordu. Nüfus yapısını test etmek için önce bir temel bileşen analizi (PCA) gerçekleştirdik. İlk iki temel bileşen, gözlemlenen varyansın %8.28'ini açıkladı ve Bereketli Hilal boyunca, onun PCA uzayındaki şekline benzeyen sürekli bir gradyan ortaya çıkardı ( ek şek. 3 A, Ek Materyal çevrimiçi). Nüfus karışımını sNMF kullanarak (Frichot ve diğerleri 2014) atalara ait popülasyonların sayısıyla analiz ettik (K) 1 ile 20 arasında değişmektedir. K arttı, çapraz entropi kriteri azaldı ve yerel minimuma ulaşılmadı ( ek şek. 3 B ve C, Ek Materyal çevrimiçi). Bu, Bereketli Hilal boyunca, büyük coğrafi engellerin yokluğuyla desteklenen sürekli bir genetik gradyan önerdi.

Ata katsayılarına dayalı olarak alt popülasyonları tanımlamak mümkün olmadığından, bunun yerine, PCA alanındaki dağılımlarıyla uyumlu olarak yabani arpanın coğrafi dağılımına dayalı örtüşen alt popülasyonları tanımladık. Alt popülasyonlar, adım boyutu 1 erişim ile pencere başına 20 erişim içeren bir kayan pencere yaklaşımı izlenerek tanımlandı. Sürgülü pencereler, Bereketli Hilal'deki yabani arpanın coğrafi dağılımı boyunca hareket ettirildi ( şek. 1, Russell et al. 2014, 2016). Toplamda, popülasyon ölçekli rekombinasyon oranları (ρ) 55 alt popülasyonda tahmin edildi ve 7 kromozomun tamamında ortalaması alındı. Analizimiz, alt popülasyonlar arasında önemli farklılıklar ortaya çıkardı (şekil 3A). Önemli olarak, bireysel kromozomlar arasında benzer eğilimler gözlendi ( ek şekil 4, Ek Materyal çevrimiçi). Örneğin, genom çapındaki en düşük ve en yüksek ortalama ρ, 5,3 faktörüyle değişmiştir. ρ etkin popülasyon büyüklüğünden etkilendiğinden (ρ = 4ne× r), tahmin ettiğimiz 4ne nükleotid çeşitliliğine dayalı (tetaW, Watterson teta) her alt popülasyonda ve varsayılan bir mutasyon oranı () yılda bp başına 3.5 × 10-9 (Lin ve ark. 2002). Etkili popülasyon büyüklüğü, alt popülasyonlar arasında 1,33 faktörü ile değişmiştir ve ρ ile pozitif korelasyon göstermiştir (şekil 3B, r = 0.79, P = 4.85 × 10 -13 ). 4 tahminini kullandıkne her alt popülasyonda nesil başına etkin rekombinasyon oranını elde etmek için (re = p/4ne). Etkili popülasyon büyüklüğündeki farklılıkları düzelttikten sonra, etkili rekombinasyon oranındaki varyasyon (re), genom çapında en düşük ve en yüksek ortalama ile büyük ölçüde değişmeden kaldı re 4.54 faktörü ile değişen (şekil 3C, Kruskal–Wallis testi, P < 2.2 × 10 −16 ).Bu nedenle, popülasyon ölçekli rekombinasyon oranındaki varyasyonun, tamamen etkin popülasyon büyüklüğündeki farklılıklardan kaynaklanması olası görünmüyordu. Ancak, farklı popülasyonların farklı mutasyon oranları yaşayabileceği göz ardı edilemez. Ayrıca, gözlemlenen modelin, daha geniş coğrafi aralıkları kapsayan alt popülasyonlarda daha yüksek genetik çeşitlilikle sonuçlanabilecek alt popülasyonlar içindeki coğrafi mesafe ile açıklanıp açıklanmadığını da test ettik (Owuor ve diğerleri 1997 Hübner ve diğerleri. 2009 Russell ve diğerleri. 2014) nüfus tahminlerini etkileyen - ölçekli rekombinasyon oranı. Her alt popülasyon için, coğrafi mesafenin bir ölçüsü olarak boylamsal, enlemsel ve yükseklik aralığını hesapladık. Örneğin, neredeyse tüm rekombinasyon oranı değerleri aralığı, farklı coğrafi aralıklarda iki kez bulundu (örneğin, 50-70 ve 300-400 km, ek şekil 5, Ek Malzeme çevrimiçi). Dar popülasyonlarda az sayıda haplotip ve aşırı dağınık popülasyonlarda temas eksikliği, aşırı dar veya dağınık popülasyonlarda düşük rekombinasyon oranlarına neden olabilir. Öte yandan, doğrusal bir ilişkinin olmaması ve benzer coğrafi aralıklar üzerindeki tüm yeniden birleştirme oranı değerlerine ilişkin gözlemimiz, coğrafi mesafenin esas olarak etkin yeniden birleştirme oranındaki değişimi açıklamadığını göstermektedir. Son olarak, etkin rekombinasyon oranlarının tahminleri seçimden etkilenebilir. Yabani arpanın güçlü seleksiyona tabi olmadığını ve daha ziyade rastgele bir genetik sürüklenme durumunda bulunduğunu gösteren önceki çalışmalara dayanarak (Russell ve diğerleri 2016 Milner ve diğerleri 2019), gözlemlenen farklılıkların büyük olasılıkla örüntülerden kaynaklanmadığı sonucuna varıyoruz. seçim. Birlikte ele alındığında, etkili rekombinasyon oranları, çok sayıda popülasyon genetik faktörünün yanı sıra mayotik rekombinasyon oranındaki gerçek farklılıklardan potansiyel olarak etkilenir.

ρ, 4'ün alt popülasyon analizine, ve r coğrafi referanslı yabani arpa katılımlarında. Yetmiş dört coğrafi referanslı yabani arpa girişi, adım büyüklüğü 1 giriş olan bir kayan pencere yaklaşımına göre alt popülasyon başına 20 girişten oluşan 55 alt popülasyona bölündü. Sürgülü pencereler, Bereketli Hilal boyunca yabani arpanın coğrafi dağılımı boyunca hareket ettirilir. (A) Genom çapında ortalama popülasyon ölçekli rekombinasyon oranının (ρ) tahmini. (B) Etkili nüfus büyüklüğü arasındaki korelasyon (4ne), Watterson tetasının tahminlerine dayanarak (tetaW) ve varsayılan bir mutasyon oranı () 3.5 × 10 -9 ve popülasyon ölçekli rekombinasyon oranı (ρ). (C) Genom çapında ortalama etkin rekombinasyon oranı (re) etkin nüfus büyüklüğündeki farklılıklar için düzeltildi.

ρ, 4'ün alt popülasyon analizine, ve r coğrafi referanslı yabani arpa katılımlarında. Yetmiş dört coğrafi referanslı yabani arpa girişi, 1 giriş adım büyüklüğünde kayan pencere yaklaşımına göre alt popülasyon başına 20 erişimden oluşan 55 alt popülasyona bölündü. Sürgülü pencereler, Bereketli Hilal boyunca yabani arpanın coğrafi dağılımı boyunca hareket ettirilir. (A) Genom çapında ortalama popülasyon ölçekli rekombinasyon hızının (ρ) tahmini. (B) Etkili nüfus büyüklüğü arasındaki korelasyon (4ne), Watterson tetasının tahminlerine dayanarak (tetaW) ve varsayılan bir mutasyon oranı () 3.5 × 10 -9 ve popülasyon ölçekli rekombinasyon oranı (ρ). (C) Genom çapında ortalama etkin rekombinasyon oranı (re) etkin nüfus büyüklüğündeki farklılıklar için düzeltildi.

Çevresel Faktörler Doğal Popülasyonlarda Etkili Rekombinasyon Hızını Şekillendirir

Rekombinasyon oranları ve çevresel koşullar arasındaki korelasyonları gösteren çok sayıda deneysel kanıt vardır. Özellikle, sıcaklığın mayotik rekombinasyon üzerindeki etkisi, Drosophila, Arabidopsis, arpa ve diğer bitkiler gibi bir dizi deneysel sistemde incelenmiştir (Dowrick 1957 Mange 1968 Zhuchenko ve diğerleri 1985 Jackson ve diğerleri 2015 Phillips ve diğerleri 2015 Lloyd ve diğerleri 2018 Modliszewski ve diğerleri 2018). Ancak, Lloyd ve ark. (2018), ilginç bir soru, bu gözlemlerin doğal popülasyonlarda meydana gelenleri yansıtıp yansıtmadığıdır. Bu nedenle, doğal popülasyonlarda etkin rekombinasyon oranı ile çevresel koşullar arasındaki ilişkiyi keşfetmeye çalıştık.

Bu soruyu yabani arpanın doğal popülasyonlarında ele almak için, mevcut (1970–2000), Orta Holosen (MH, yaklaşık 6.000 yıllık BP) ve Son Buzul Maksimum (LGM) altında 74 coğrafi referanslı yabani arpa girişi için yıllık ortalama sıcaklık değerlerini çıkardık. , yaklaşık 22.000 yıl BP) koşulları. LGM'den sonra ve MH boyunca yabani arpa, mevcut coğrafi dağılımını yansıtan Bereketli Hilal boyunca bir aralık genişlemesi gösterdi (Russell ve diğerleri 2014). Bu nedenle MH sırasında çevresel koşullara odaklandık. Yıllık ortalama sıcaklığa karşı rekombinasyon hızının çizilmesi, sıcaklık ve rekombinasyon hızı arasında doğrusal olmayan bir ilişki ortaya çıkardı (şekil 4A). 15.6 ile 19.5 °C arasındaki yıllık ortalama sıcaklık aralığında, ölçeğin her iki ucundaki alt popülasyonlarda rekombinasyon oranı daha düşüktü ve ara aralıkta daha yüksekti, bu da ters U şeklinde bir eğri gösteriyordu. Aynı eğilim, farklı sıcaklık koşulları, yani mevcut koşullar, MH koşulları ve LGM koşulları ile rekombinasyonun ilişkilendirilmesiyle gözlendi (ek şekil 6 ve 7, Ek Malzeme çevrimiçi). Mayoz rekombinasyonunun efektif rekombinasyon hızına katkısı düşünüldüğünde mayoz bölünme zamanlamasının dikkate alınması önemlidir. Mayoz genellikle ilkbaharda, yıllık ortalamadan farklı olabilecek sıcaklıklarda gerçekleşir. Bu nedenle, yıllık sıcaklık için gözlemlenen eğilimin, Mart ve Nisan aylarının ortalamasını dikkate aldığımız yaklaşık bahar sıcaklıkları için gözlemlenene benzer olup olmadığını test etmek için mevcut iklim verilerini kullandık. Önemli bir pozitif korelasyon, yıllık ortalama sıcaklık değerlerinin 12 ila 16 °C arasında değişen bahar sıcaklıklarına benzer bir eğilim gösterdiğini göstermiştir (Pearson's r = 0.978, P = 1.28 × 10 −37 ).

Rekombinasyon oranı ve çevresel değişkenler arasındaki korelasyon. Yabani arpanın 55 alt popülasyonunda tahmin edilen rekombinasyon oranı, çevresel değişkenlere karşı çizilir. Siyah çizgi, veriler üzerinde düzleştirilmiş bir eğriyi temsil eder ve gri alan, düzleştirilmiş eğrinin %95 güven aralığını temsil eder. (A) Orta Holosen koşullarında rekombinasyon oranı ile yıllık ortalama sıcaklık arasındaki ilişki. (B) Orta Holosen koşulları altında rekombinasyon hızı ve izotermalite arasındaki ters U-şekilli ilişki. (C) Mevcut koşullar altında rekombinasyon oranı ile yıllık ortalama güneş radyasyonu arasındaki ters U-şekilli ilişki. (NS) Orta Holosen koşullarında rekombinasyon oranı ile yıllık yağış arasındaki korelasyon.

Rekombinasyon oranı ve çevresel değişkenler arasındaki korelasyon. Yabani arpanın 55 alt popülasyonunda tahmin edilen rekombinasyon oranı, çevresel değişkenlere karşı çizilir. Siyah çizgi, veriler üzerinde düzleştirilmiş bir eğriyi temsil eder ve gri alan, düzleştirilmiş eğrinin %95 güven aralığını temsil eder. (A) Orta Holosen koşullarında rekombinasyon oranı ile yıllık ortalama sıcaklık arasındaki ilişki. (B) Orta Holosen koşulları altında rekombinasyon hızı ve izotermalite arasındaki ters U-şekilli ilişki. (C) Mevcut koşullar altında rekombinasyon oranı ile yıllık ortalama güneş radyasyonu arasındaki ters U-şekilli ilişki. (NS) Orta Holosen koşullarında rekombinasyon oranı ile yıllık yağış arasındaki korelasyon.

İlginç bir şekilde, rekombinasyon oranındaki varyasyon en iyi, yazdan kışa sıcaklık aralığına göre gündüzden geceye sıcaklık aralığına dayalı sıcaklık değişkenliğini tanımlayan izotermalite (şekil 4B) ile açıklanmıştır (yani, daha yüksek değerler, daha büyük sıcaklık değişimini gösterir). ve tersi). Ara izotermalite aralığında daha yüksek rekombinasyon oranları ve ölçeğin her iki ucunda daha düşük rekombinasyon oranları gösteren ters U şeklinde bir eğri gözlemledik. Kayan pencere yaklaşımımızda sistematik bir önyargıyı test etmek için, aynı analizi, bir temsili kromozoma odaklanarak, coğrafi dağılıma göre gruplanmış olanın aksine rastgele gruplanmış 55 rastgele alt popülasyon kümesi üzerinde gerçekleştirdik. Alt popülasyonlar rastgele seçildiğinde, sıcaklık veya izotermalite ile herhangi bir korelasyon bulunmadı (MH yıllık ortalama sıcaklık: P = 0.11 MH izotermalitesi: P = 0.11 ek şek. 8, Ek Materyal çevrimiçi).

Sıcaklığa ek olarak, rekombinasyon oranı ile yıllık güneş radyasyonu arasında da doğrusal olmayan bir ilişki gözlemledik ( şekil 4C). Üç farklı iklim koşulunda (şekil 4D, mevcut: r = 0.298, P = 0.027 MH: r = 0.572, P = 5,1 × 10 −6 LGM: r = 0.765, P = 1.1 × 10 -11 ). Bereketli Hilal'de zaman içinde, geçmişten (LGM) günümüz koşullarına kadar yıllık yağışlar genel olarak azalmıştır. İlginç bir şekilde, LGM koşulları altında daha yüksek yağış, rekombinasyon oranındaki farklılıkları açıklamak için daha uygun görünmektedir. Bu, aşılama oranı ile yıllık yağış arasındaki pozitif korelasyon ile uyumludur (Abdel-Ghani ve diğerleri 2004), bu da daha yüksek etkili rekombinasyon oranları ile sonuçlanır ( Nordborg 2000). Arpada, başak hala bayrak yaprağı kılıfı içindeyken kendi kendine döllenme meydana gelir ( Alqudah ve Schnurbusch 2017), bu da verilerimizde yüksek bir akrabalı yetiştirme katsayısı ile sonuçlanır (F = 0.978, CV = %0.02). Bu nedenle, çaprazlamanın bir rol oynamasına rağmen, kesin olarak arpa yetiştirmede küçük bir etkisinin olabileceği sonucuna varıyoruz.

Alt popülasyonlar arasındaki etkin rekombinasyon oranındaki farklılıklar, kesinlikle kromozomun uzak bölgeleriyle sınırlıydı ve interstisyel bölgelerde hiçbir fark gözlenmedi (şekil 5). Mayotik rekombinasyon hızının etkin rekombinasyon hızına katkısı göz önüne alındığında, kromozomların fiziksel olarak sınırlı bölgelerinde bir artışa yol açan moleküler mekanizmalar üzerinde spekülasyon yapmak cazip gelebilir. Bitkilerde, Drosophila ve mayalarda, sıcaklığın sınıf I çapraz geçişin frekansını ve dağılımını, ayrıca mayotik kromozom eksenini ve sinaptonemal kompleks uzunluğunu etkilediği gösterilmiştir (Börner ve ark. 2004 Higgins ve ark. 2012 Aggarwal ve ark. 2015 Phillips ve ark. 2015 Lloyd ve diğerleri 2018 Modliszewski ve diğerleri 2018). Bu, rekombinasyon ortamının sıcaklığa bağlı plastisitesine aracılık etmede mayotik kromozom ekseni, sinaptonemal kompleks ve/veya CO oluşumunda yer alan bazı proteinlerin bu süreçlerde yer alan çeşitli proteinler olarak kısmen biyofiziksel kaynaklı olabilecek mekanik bir rolü ve bunların aktivitelerini ima eder. sıcaklığa duyarlıdır (Morgan et al. 2017). Ek olarak, UV radyasyonu ve bitkinin beslenme durumu, DNA çift zincir kırılmalarının ve mayotik rekombinasyonun oluşumunu etkiler (Grant 1952 Griffing ve Langridge 1963 Ries ve diğerleri 2000 Knoll ve diğerleri. 2014 Aggarwal ve diğerleri. 2015 Mercier ve diğerleri. 2015 Si ve diğerleri 2015 Martín ve diğerleri 2017 Rey ve diğerleri 2018 Aggarwal DD, Rybnikov SR, Cohen I, Rashkovetsky E, Michalak P, Korol AB, yayınlanmamış veriler).

Farklı alt popülasyonların rekombinasyon manzaraları. Kromozom 5H'nin fiziksel uzunluğu boyunca farklı alt popülasyonların (kırmızı = #27, mavi = #4, yeşil = #55) rekombinasyon oranları. Bu üç alt popülasyon, tüm alt popülasyonlar arasında gözlemlenen minimum ve maksimumları temsil edecek şekilde seçilmiştir. Rekombinasyon oranındaki varyasyon, kesinlikle kromozomun distal bölgeleriyle sınırlıdır ve düşük rekombinasyonlu pericentromerik bölgede hiçbir varyasyon gözlenmez.

Farklı alt popülasyonların rekombinasyon manzaraları. Kromozom 5H'nin fiziksel uzunluğu boyunca farklı alt popülasyonların (kırmızı = #27, mavi = #4, yeşil = #55) rekombinasyon oranları. Bu üç alt popülasyon, tüm alt popülasyonlar arasında gözlemlenen minimum ve maksimumları temsil edecek şekilde seçilmiştir. Rekombinasyon oranındaki varyasyon, kesinlikle kromozomun distal bölgeleriyle sınırlıdır ve düşük rekombinasyonlu pericentromerik bölgede hiçbir varyasyon gözlenmez.

Gözlemlerimiz, etkili rekombinasyon oranlarının, aşırı uçlardan ziyade orta yıllık sıcaklık, izotermalite ve güneş radyasyonuna maruz kalan popülasyonlarda daha yüksek olduğunu göstermektedir. Bu, aşırı sıcaklıkların artan rekombinasyon oranı ile ilişkilendirildiği Arabidopsis ve arpada (Phillips ve diğerleri 2015 Lloyd ve diğerleri 2018 Modliszewski ve diğerleri 2018) deneysel çalışmalarda gözlemlenenlerle çelişiyor gibi görünmektedir. Bununla birlikte, gözlemlerimiz ve deneysel çalışmalar arasındaki temel farklar, analiz edilen nesillerin sayısı, dikkate alınan çevresel koşulların çokluğu ve popülasyon genetik faktörleridir. Bağlantı dengesizliği (LD) kalıpları tarafından tahmin edilen etkili rekombinasyon oranları, binlerce rekombinasyon turunun ve seçim, çaprazlama ve atalardan kalma karışım kalıplarının sonucudur. Öte yandan, deneysel çalışmalar, bitkileri yetiştirmek için gereken zaman nedeniyle genellikle bir nesil ile sınırlıdır. Bu nedenle gözlemlerimizi, rekombinasyon makinelerinin kısa vadeli tepkilerinden çevresel strese farklı olabilen uzun vadeli etkili rekombinasyon oranları olarak düşünüyoruz. Uzun ve kısa vadeli etkiler arasındaki bu farklılıklar, mayotik düzenleyicilerin farklı alellerinden etkilenebilir ve bu da rekombinasyon oranlarında farklılıklara yol açar (Sidhu ve ark. 2017 Ziolkowski ve ark. 2017). Ancak, kilit özyoz düzenleyiciler genellikle yüksek dizi korunumu gösterdiğinden (Villeneuve ve Hillers 2001 Sidhu ve ark. 2017), gözlemlerimiz çevreye yönelik özyozlaşma plastisitesi ile açıklanabilir. Verilerimiz, Bereketli Hilal içinde zaman içinde her bir mayotik döngü sırasında her popülasyonun/bireyin karşılaştığı kesin çevresel koşulları incelememize izin vermiyor. Bununla birlikte, doğal popülasyonların rekombinasyon manzarası üzerindeki geniş çevresel etkileri tanımlamamıza izin veriyorlar. Arpa gibi sıkı bir şekilde akrabalı yetiştirme türleri için, gözlemlenen model, akrabalı yetiştirmenin neden olduğu uygunluk kaybını dengelemek için bir ölçü olarak yorumlanabilir. İlginç bir şekilde, Morrell ve ark. (2005), yabani arpada şaşırtıcı derecede düşük LD seviyeleri gözlemledi; zea mayası, bir dış üreme türü. Verilerimiz, Morrell ve ark. (2005).

Birlikte ele alındığında, gözlemlerimiz, rekombinasyon makinelerinin çevresel strese karşı kısa vadeli tepkilerine karşı uzun zaman periyotları boyunca etkili rekombinasyon oranlarının çevresel koşullarla ne kadar ilişkili olduğu konusundaki farklılıkları ima eder. Doğal koşullar altında, bitki popülasyonları sıcaklık, ışık ve yağış gibi birbiriyle sıkı sıkıya bağlı değişen çevresel koşullara maruz kalır. Bununla birlikte, kontrollü deneylerde, etkilerini incelemek için genellikle yalnızca tek bir ilgilenilen parametre değiştirilir. Gözlemlerimiz, yabani arpada etkili rekombinasyon oranında sıcaklık, ışık ve yağış şekillendirme varyasyonu arasında bir etkileşim olduğunu göstermektedir. Ara sıcaklık ve ışık altında maksimum etkili yeniden birleştirme oranı ve ayrıca yüksek yağış, seçimin üzerinde etki edebileceği genetik çeşitlilik üretmenin bir yolu olarak yorumlanabilir (Pregraves 2005). Kesinlikle akrabalı yetiştirme türlerinde bu, akrabalı yetiştirmenin olumsuz etkilerine karşı koymak ve zindeliği korumak için bir mekanizma olabilir.


13.1 Kromozomal Teori ve Genetik Bağlantılar

Bu bölümde, aşağıdaki soruyu keşfedeceksiniz:

AP ® Kursları için Bağlantı

1900'lerin başında Sutton ve Boveri tarafından bağımsız olarak önerilen Kromozomal Kalıtım Teorisi, kromozomların genetik kalıtımın araçları olduğunu belirtir. Keşfettiğimiz gibi, kalıtım kalıpları Mendel'in hayal edebileceğinden daha karmaşıktır. Mendel, genlerin davranışlarını araştırıyordu. Farklı kromozomlar üzerinde veya aynı kromozom üzerinde birbirinden çok uzaklarda bulunan genler tarafından kodlanan özellikleri seçme konusunda şanslıydı. Genler aynı kromozom üzerinde birbirine bağlandığında veya birbirine yakın olduğunda, ayrışma ve bağımsız çeşitleme kalıpları değişir. 1913'te Sturtevant, rekombinasyon sıklığını değerlendirmek ve mayoz bölünme sırasında aralarındaki ortalama geçiş sayısına dayanarak bir kromozom üzerindeki bağlantılı genlerin nispi konumlarını ve mesafelerini çıkarmak için bir yöntem geliştirdi.

Bu bölümde sunulan içerik, AP ® Biyoloji Müfredat Çerçevesinin Büyük Fikir 3'te özetlenen Öğrenme Hedeflerini destekler. AP ® Öğrenme Hedefleri, temel bilgi içeriğini yedi Bilim Uygulamasından bir veya daha fazlasıyla birleştirir. Bu hedefler, sorgulamaya dayalı laboratuvar deneyimleri, öğretim etkinlikleri ve AP ® sınav soruları ile birlikte AP ® Biyoloji kursu için şeffaf bir temel sağlar.

Büyük Fikir 3 Canlı sistemler, yaşam süreçleri için gerekli bilgileri depolar, alır, iletir ve bunlara yanıt verir.
Kalıcı Anlama 3.A Kalıtsal bilgiler yaşamın devamlılığını sağlar.
Temel Bilgi 3.A.2 Ökaryotlarda kalıtsal bilgiler, hücre döngüsü ve mitoz veya mayoz artı döllenmeyi içeren süreçler yoluyla bir sonraki nesle aktarılır.
Bilim Uygulaması 7.1 Öğrenci, fenomenleri ve modelleri mekansal ve zamansal ölçekler arasında bağlayabilir.
Öğrenme Hedefi 3.10 Öğrenci, mayoz bölünme ile evrim için gerekli artan genetik çeşitlilik arasındaki bağlantıyı temsil edebilir.
Temel Bilgi 3.A.3 Kalıtımın kromozomal temeli, genlerin ebeveynden yavruya geçiş (iletim) modelinin anlaşılmasını sağlar.
Bilim Uygulaması 1.1 Öğrenci, alandaki doğal veya insan yapımı fenomen ve sistemlerin temsillerini ve modellerini oluşturabilir.
Bilim Uygulaması 7.2 Öğrenci, kalıcı anlayışlar ve/veya büyük fikirler içinde ve/veya genelinde genelleme yapmak veya tahminde bulunmak için kavramları alan(lar) içinde ve arasında bağlayabilir.
Öğrenme Hedefi 3.12 Öğrenci, mayoz bölünme sürecini özelliklerin ebeveynden yavruya geçişine bağlayan bir temsil oluşturabilir.

Öğretmen Desteği

Bu video gibi görselleri kullanarak genetik bağlantıyı tanıtın.

Öğrenciler bu derleme makalesinde mısır genetiği hakkında bilgi edinebilirler.

Öğrenciler bu makalede bağlantılı genler ve Mendel'in çalışmaları hakkında bilgi edinebilirler.

Aşağıdaki etkinlik sayfasını kullanarak öğrencilerin genlerin bağlantılı olduğu ve farklı kromozomlar üzerinde bulunduğu kalıtım senaryoları üzerinde çalışmasını sağlayın.

Bu aktivite için öğretmen hazırlık notları burada mevcuttur.

Science Practice Challenge Soruları, bu bölüm için AP sınavına hazırlanmanıza yardımcı olacak ek test soruları içerir. Bu sorular aşağıdaki standartları ele almaktadır:
[APLO 3.2][APLO 3.11][APLO 3.14][APLO 3.15][APLO 3.28][APLO 3.26][APLO 3.17][APLO 4.22]

Kromozomların mikroskop altında görüntülenmesinden çok önce, modern genetiğin babası Gregor Mendel, 1843'te kalıtım üzerine çalışmaya başladı.1800'lerin sonlarında mikroskobik tekniklerin gelişmesiyle hücre biyologları, hücre altı yapıları boyalarla boyayabilir ve görselleştirebilir ve hücre bölünmesi ve mayoz bölünme sırasındaki hareketlerini gözlemleyebilir. Her mitotik bölünmeyle, kromozomlar çoğaldı, amorf (sabit bir şekil olmayan) nükleer kütleden farklı X-şekilli gövdelere (özdeş kardeş kromatid çiftleri) yoğunlaştı ve ayrı hücre kutuplarına göç etti.

Kalıtımın Kromozomal Teorisi

Kromozomların kalıtımı anlamanın anahtarı olabileceği yönündeki spekülasyon, birçok bilim insanını Mendel'in yayınlarını incelemeye ve modelini mitoz ve mayoz sırasında kromozomların davranışı açısından yeniden değerlendirmeye yöneltti. 1902'de Theodor Boveri, deniz kestanelerinin uygun embriyonik gelişiminin kromozomlar olmadığı sürece gerçekleşmediğini gözlemledi. Aynı yıl Walter Sutton, mayoz bölünme sırasında kromozomların yavru hücrelere ayrıldığını gözlemledi (Şekil 13.2). Birlikte, bu gözlemler, kromozomları Mendel kalıtımından sorumlu genetik materyal olarak tanımlayan Kromozomal Kalıtım Teorisinin gelişmesine yol açtı.

Kromozomal Kalıtım Teorisi, Mendel yasalarıyla tutarlıydı ve aşağıdaki gözlemlerle desteklendi:

  • Mayoz sırasında, homolog kromozom çiftleri, diğer kromozom çiftlerinden bağımsız olarak ayrı yapılar olarak göç eder.
  • Her homolog çiftten kromozomların pre-gametlere ayrılması rastgele görünmektedir.
  • Her ebeveyn, kromozomal tamamlayıcılarının sadece yarısını içeren gametleri sentezler.
  • Erkek ve dişi gametler (sperm ve yumurta) büyüklük ve morfoloji bakımından farklılık gösterse de, aynı sayıda kromozoma sahiptirler, bu da her ebeveynden eşit genetik katkılar olduğunu gösterir.
  • Gametik kromozomlar, döllenme sırasında ebeveynleri ile aynı kromozom sayısına sahip yavrular üretmek için birleşir.

Mayoz bölünme sırasında kromozomların davranışı ile Mendel'in soyut yasaları arasındaki zorlayıcı korelasyonlara rağmen, Kromozomal Kalıtım Teorisi, özelliklerin kromozomlar üzerinde taşındığına dair herhangi bir doğrudan kanıt bulunmadan çok önce önerildi. Eleştirmenler, bireylerin kromozomlara sahip olduklarından çok daha bağımsız olarak ayrılan özelliklere sahip olduklarına dikkat çekti. Sadece birkaç yıl meyve sineği ile çaprazlama yaptıktan sonraydı, Drosophila melanogasterThomas Hunt Morgan, Kromozomal Kalıtım Teorisini desteklemek için deneysel kanıtlar sağladı.

Genetik Bağlantı ve Mesafeler

Mendel'in çalışması, özelliklerin birbirinden bağımsız olarak kalıtsal olduğunu ileri sürdü. Morgan, ayırma özelliği ile X kromozomu arasında 1:1'lik bir yazışma tanımladı ve bu, kromozomların rastgele ayrılmasının Mendel'in modelinin fiziksel temeli olduğunu öne sürdü. Bu aynı zamanda bağlantılı genlerin Mendel'in tahmin edilen sonuçlarını bozduğunu da gösterdi. Her kromozomun birçok bağlantılı gen taşıyabilmesi gerçeği, bireylerin kromozomlarından çok daha fazla özelliğe nasıl sahip olabileceğini açıklar. Bununla birlikte, Morgan'ın laboratuvarındaki araştırmacılar tarafından yapılan gözlemler, aynı kromozom üzerinde konumlanan alellerin her zaman birlikte kalıtsal olmadığını ortaya koydu. Mayoz sırasında, bağlantılı genler bir şekilde bağlantısız hale geldi.

Homolog rekombinasyon

1909'da Frans Janssen, mayoz bölünmenin ilk bölümünden önce, kromatitlerin birbiriyle temas halinde olduğu ve segment alışverişinde bulunabileceği nokta olan kiazma gözlemledi. Alellerin bağlantısız hale geldiğini ve kromozomların fiziksel olarak segment alışverişi yaptığını öne sürdü. Kromozomlar yoğunlaşıp homologlarıyla eşleştikçe, farklı noktalarda etkileşime giriyor gibi göründüler. Janssen, bu noktaların kromozom parçalarının değiş tokuş edildiği bölgelere karşılık geldiğini öne sürdü. Sinapsis olarak bilinen homolog kromozomlar arasındaki eşleşme ve etkileşimin, homologları ayrı yavru hücrelere göç için organize etmekten daha fazlasını yaptığı artık bilinmektedir. Sinaps oluşturulduğunda, homolog kromozomlar kollarında homolog rekombinasyon veya daha basit olarak "geçiş" adı verilen bir süreçte karşılıklı fiziksel değişimlere uğrarlar.

Araştırmacıların o sırada elde ettiği deneysel sonuçların türünü daha iyi anlamak için, aynı kromozomdaki iki gen için baskın maternal alelleri miras alan heterozigot bir bireyi düşünün (örneğin AB) ve aynı genler için iki resesif paternal alel (örneğin ab). Genler bağlantılıysa, bu bireyin gamet üretmesi beklenir. AB veya ab 1: 1 oranı ile. Genler bağlantılı değilse, birey üretmelidir. AB, Ab, aB, ve ab Mendel'in bağımsız çeşitlilik kavramına göre eşit frekanslı gametler. Yeni alel kombinasyonlarına karşılık geldikleri için, Ab ve aB genotipleri mayoz bölünme sırasında homolog rekombinasyondan kaynaklanan ebeveyn olmayan tiplerdir. Ebeveyn türleri, ebeveynleri ile aynı alelik kombinasyonu sergileyen soylardır. Bununla birlikte, Morgan ve meslektaşları, bu tür heterozigot bireylerin test edildiğinde homozigot çekinik bir ebeveyne geçtiğini buldular (AaBb × aabb), hem ebeveyn hem de ebeveyn olmayan durumlar meydana geldi. Örneğin, 950 yavru kurtarılabilir. AaBb veya aabb, ancak 50 yavru da elde edilecekti. aaa veya aaBb. Bu sonuçlar, bağlantının en sık meydana geldiğini, ancak yavruların önemli bir azınlığının rekombinasyonun ürünleri olduğunu ileri sürdü.

Görsel Bağlantı

  1. Evet, tahmin edilen yavru frekansları %0\% ile %100\% arasında değişir
  2. Hayır, tahmin edilen yavru frekansları %30\%'dan yüksek olamaz.
  3. Evet, tahmin edilen yavru frekansları %0\% ile %60\% arasında değişir.
  4. Hayır, tahmin edilen yavru frekansları %0\% ile %50\% arasında değişir.

AP® Kursları için Bilim Uygulaması Bağlantısı

Bunu düşün

F içeren bir test çaprazı1 dihibrit sinekler, rekombinant tipte yavrulardan daha fazla ebeveyn tipi yavru üretir. Bu gözlemlenen sonuçları nasıl açıklayabilirsiniz?

Öğretmen Desteği

Soru, Öğrenme Hedefi 3.12 ile Bilim Uygulamaları 1.1 ve 7.2'nin ve Öğrenme Hedefi 3.10 ile Bilim Uygulaması 7.1'in bir uygulamasıdır, çünkü öğrenciler mayoz bölünmenin genetik çeşitlilik ile gametlere nasıl yol açabileceğini açıklamaktadırlar, bu gametler yavrularda varyasyona neden olabilir.

Cevap

Dihibrit çaprazlamada incelenen genler birbirine bağlı olduğu için daha fazla ebeveyn tipi yavru üretilir. Lokusları birbirine daha yakın olan genlerin, kromozomal çaprazlama sonucunda mayoz bölünme sırasında farklı kromatitlere ayrılma olasılığı daha düşüktür. Bu nedenle, ebeveyn fenotipi ile rekombinant fenotipten daha fazla yavru olacaktır.

Bağlantılı genler hakkında daha fazla bilgi aşağıdaki kaynaklarda bulunabilir:

AP® Kursları için Günlük Bağlantı

Kanserler için Genetik Belirteçler

Bilim adamları, hastalığa neden olan birçok genin insan genomundaki yerini keşfetmek için genetik bağlantıyı kullandılar. Ailelerin nesiller boyunca kalıtılan özelliklerini izleyerek ve genetik “belirteçler” grupları arasındaki rekombinasyonu ölçen bağlantı haritaları oluşturarak hastalık genlerini bulurlar. Meme ve yumurtalık kanserlerine yol açabilen mutasyonlar olan iki BRCA geni, genetik haritalama ile keşfedilen ilk genlerden bazılarıydı. Ailesinde bu kanser öyküsü olan kadınlar, artık bu genlerden birinin veya her ikisinin de mutasyon taşıyıp taşımadığını belirlemek için taranabilir. Eğer öyleyse, göğüslerinin ve yumurtalıklarının cerrahi olarak alınmasını tercih edebilirler. Bu, daha sonraki yaşamlarında kanser olma şanslarını azaltır. Aktris Angelia Jolie, 2014 ve 2015'te doktorların mutasyona uğramış bir BRCA1 geni taşıdığını tespit etmesinin ardından ameliyatı tercih ettiğinde bunu halkın dikkatine sundu.

  1. Mizaçtan sorumlu genler, belirli yüz özelliklerinden sorumlu genlerle aynı kromozom üzerindedir.
  2. Hem mizaç hem de çene boyutu gibi belirli yüz özelliklerini tek bir gen kodlar.
  3. Hafif mizaçtan sorumlu genler, sadece sevimli bir yüzü kodlayan genler de mevcut olduğunda ifade edilir.
  4. Mizaç kodlayan genlerin ürünleri, yüz özelliklerini kodlayan genlerin ürünleri ile etkileşime girer.

Genetik Haritalar

Janssen, geçişi gösterecek teknolojiye sahip değildi, bu yüzden yaygın olarak kabul edilmeyen soyut bir fikir olarak kaldı. Bilim adamları, chiasmata'nın sinaps üzerindeki bir varyasyon olduğunu düşündüler ve kromozomların nasıl kırılıp yeniden birleşebileceğini anlayamadılar. Yine de veriler, bağlantının her zaman gerçekleşmediği açıktı. Sonuçta, bağlantı ve rekombinasyon problemini matematiksel olarak açıklamak için genç bir lisans öğrencisi ve bir "bütün gece" aldı.

1913'te Morgan'ın laboratuvarında bir öğrenci olan Alfred Sturtevant, laboratuvardaki araştırmacılardan sonuçlar topladı ve bir gece onları düşünmek için eve götürdü. Ertesi sabah, bir kromozom üzerindeki gen düzeninin ve nispi uzaklığın doğrusal bir temsili olan ilk "kromozom haritasını" yaratmıştı (Şekil 13.4).

Görsel Bağlantı

Aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
  1. Kırmızı/kahverengi göz ve uzun/kısa arista alellerinin rekombinasyonu, kanat uzunluğu ve vücut rengi için alellerin rekombinasyonundan daha sık meydana gelecektir.
  2. Vücut renginin ve kırmızı/zinober göz alellerinin rekombinasyonu, kanat uzunluğu ve arista uzunluğu için alellerin rekombinasyonundan daha sık meydana gelecektir.
  3. Vücut rengi ve arista uzunluğu alellerinin rekombinasyonu, kırmızı/kahverengi göz alellerinin ve arista uzunluğu alellerinin rekombinasyonundan daha sık meydana gelecektir.
  4. Gri/siyah gövde rengi ve uzun/kısa arista alellerinin rekombinasyonu meydana gelmez.

Şekil 13.4'te gösterildiği gibi, genetik mesafeyi tahmin etmek için rekombinasyon frekansı kullanılarak, kromozom 2 üzerindeki genlerin nispi sırası çıkarılabilir. Gösterilen değerler, rekombinasyon frekanslarına (yüzde olarak) karşılık gelen santimorgan (cM) cinsinden harita mesafelerini temsil eder. Bu nedenle, vücut rengi ve kanat boyutu için genler 65,5 - 48,5 = 17 cM idi ve bu genler için anne ve baba alellerinin yavruların ortalama yüzde 17'sinde yeniden birleştiğini gösterir.

Bir kromozom haritası oluşturmak için Sturtevant, genlerin ipliksi kromozomlar üzerinde seri olarak sıralandığını varsaydı. Ayrıca, iki homolog kromozom arasındaki rekombinasyon olayının, kromozom uzunluğu boyunca herhangi bir yerde eşit olasılıkla meydana gelebileceğini varsaymıştır. Bu varsayımlar altında çalışan Sturtevant, bir kromozom üzerinde birbirinden çok uzak olan alellerin mayoz bölünme sırasında ayrılma olasılığının daha yüksek olduğunu, çünkü rekombinasyonun meydana gelebileceği daha geniş bir bölge olduğunu öne sürdü. Tersine, kromozom üzerinde birbirine yakın olan alellerin birlikte kalıtsal olması muhtemeldi. İki alel arasındaki ortalama çapraz geçiş sayısı, yani rekombinasyon frekansları, o kromozomdaki diğer genlerin konumlarına göre, birbirlerinden genetik uzaklıkları ile ilişkilidir. Aradaki örnek göz önüne alındığında AaBb ve aabb yukarıda, rekombinasyon sıklığı 50/1000 = 0.05 olarak hesaplanabilir. Yani, genler arasında bir çaprazlama olasılığı A/a ve S/B 0,05 veya yüzde 5 idi. Böyle bir sonuç, genlerin kesin olarak bağlantılı olduğunu, ancak ara sıra geçişlerin meydana gelmesi için yeterince uzak olduklarını gösterecektir. Sturtevant, genetik haritasını, 0,01'lik bir rekombinasyon frekansının 1 cM'ye tekabül ettiği harita birimlerine ya da santimorganlara (cM) böldü.

Alelleri lineer bir haritada temsil eden Sturtevant, genlerin farklı kromozomlar üzerinde olduğu veya genler aynı kromozom üzerinde çok uzakta ayrıldığı zaman, genlerin mükemmel bir şekilde bağlantılı olmaktan (rekombinasyon frekansı = 0) mükemmel bir şekilde bağlantısız olmaya (rekombinasyon frekansı = 0.5) kadar değişebileceğini öne sürdü. kromozom. Mükemmel bir şekilde bağlantısız genler, Mendel'in bir dihibrit çaprazlamada bağımsız olarak tasnif etmek için tahmin ettiği frekanslara karşılık gelir. 0,5'lik bir rekombinasyon frekansı, yavruların yüzde 50'sinin rekombinant olduğunu ve diğer yüzde 50'sinin ebeveyn türleri olduğunu gösterir. Yani, her tür alel kombinasyonu eşit frekansla temsil edilir. Bu temsil, Sturtevant'ın aynı kromozom üzerindeki birkaç gen arasındaki mesafeleri toplamalı olarak hesaplamasına izin verdi. Bununla birlikte, genetik mesafeler 0,50'ye yaklaştıkça, tahminleri daha az doğru hale geldi çünkü genlerin aynı kromozomda mı yoksa farklı kromozomlarda mı çok uzak olduğu net değildi.

1931'de Barbara McClintock ve Harriet Creighton, mısır bitkilerinde homolog kromozomların çapraz geçişini gösterdi. Haftalar sonra, homolog rekombinasyon Meyve sineği Curt Stern tarafından mikroskobik olarak gösterildi. Stern, bir X'in küçük bir terminal segmentinin eksik olduğu ve diğer X'in Y kromozomunun bir parçasına kaynaştığı, yapısal olarak olağandışı ve farklı bir X kromozom çifti ile ilişkili birkaç X'e bağlı fenotip gözlemledi. Stern, sinekleri geçerek, yavrularını gözlemleyerek ve daha sonra yavruların kromozomlarını görselleştirerek, yavru alel kombinasyonunun ebeveyn kombinasyonlarından herhangi birinden saptığı her seferde, karşılık gelen bir X kromozom segmenti değişimi olduğunu gösterdi. Yapısal olarak farklı X kromozomlarına sahip mutant sineklerin kullanılması, rekombinasyon ürünlerini gözlemlemenin anahtarıydı çünkü DNA dizilimi ve diğer moleküler araçlar henüz mevcut değildi. Homolog kromozomların, DNA'larını kesin konumlarda karşılıklı olarak kırarak ve yeniden birleştirerek mayoz bölünmede düzenli olarak segment alışverişi yaptıkları bilinmektedir.

Öğrenme Bağlantısı

Sturtevant'ın burada rekombinasyon frekansları temelinde bir genetik harita oluşturma sürecini gözden geçirin.

  1. Kromozomal çaprazlama, kromozomların birbirine bağlandığı ve genetik çeşitliliğe katkıda bulunan DNA alışverişi yaptığı, rastgele olmayan spesifik bir süreçtir.
  2. Kromozomal çaprazlama, kromozom çiftleri birbirine bağlandığında ve DNA alışverişinde bulunduğunda mayoz bölünme sırasında meydana gelir. Böylece çaprazlama, haploid gamet hücresindeki genetik kombinasyonların varyansını arttırır.
  3. Kromozomal çaprazlama, gelişmiş genetik materyalin yavrular tarafından kalıtımı ile sonuçlanır ve müteakip rekombinasyon olayı, frekans veya lokasyon açısından değişken değildir.
  4. Kromozomal çaprazlama, kromozomlar birbirine bağlandığında ve rekombinasyon gerçekleştiğinde mitotik süreç sırasında meydana gelir ve mitozdan oluşan haploid mitotik hücrelerdeki genetik kombinasyonların varyansını arttırır.

Mendel'in Haritalanmış Özellikleri

Homolog rekombinasyon yaygın bir genetik süreçtir, ancak Mendel bunu hiç gözlemlemedi. Hem bağlantılı hem de bağlantısız genleri araştırmış olsaydı, olasılık hesaplamaları temelinde verilerinin birleşik bir modelini oluşturmak onun için çok daha zor olurdu. O zamandan beri Mendel tarafından araştırılan yedi özelliği bezelye bitkisi genomunun yedi kromozomu üzerine haritalayan araştırmacılar, incelediği tüm genlerin ya ayrı kromozomlar üzerinde olduğunu ya da istatistiksel olarak bağlantısız olacak kadar birbirinden yeterince uzakta olduğunu doğruladılar. Bazıları Mendel'in yalnızca bağlantısız genleri seçtiği için son derece şanslı olduğunu öne sürerken, diğerleri Mendel'in bağlantıyı öneren herhangi bir veriyi atıp atmadığını sorguluyor. Her halükarda Mendel, etkin bir şekilde bağlantısız olan genleri incelediği için tutarlı bir şekilde bağımsız çeşitler gözlemledi.

Bir Amazon İş Ortağı olarak, uygun satın almalardan kazanıyoruz.

Bu kitabı alıntılamak, paylaşmak veya değiştirmek mi istiyorsunuz? Bu kitap Creative Commons Atıf Lisansı 4.0'dır ve OpenStax'ı atfetmeniz gerekir.

    Bu kitabın tamamını veya bir kısmını basılı formatta yeniden dağıtıyorsanız, her fiziksel sayfaya aşağıdaki atıfları eklemelisiniz:

  • Bir alıntı oluşturmak için aşağıdaki bilgileri kullanın. Bunun gibi bir alıntı aracı kullanmanızı öneririz.
    • Yazarlar: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Yayıncı/web sitesi: OpenStax
    • Kitap adı: AP® Kursları için Biyoloji
    • Yayın tarihi: 8 Mart 2018
    • Yer: Houston, Teksas
    • Kitap URL'si: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Bölüm URL'si: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/13-1-chromosomal-theory-and-genetic-linkages

    © 12 Ocak 2021 OpenStax. OpenStax tarafından üretilen ders kitabı içeriği, Creative Commons Atıf Lisansı 4.0 lisansı altında lisanslanmıştır. OpenStax adı, OpenStax logosu, OpenStax kitap kapakları, OpenStax CNX adı ve OpenStax CNX logosu Creative Commons lisansına tabi değildir ve Rice University'nin önceden ve açık yazılı izni olmadan çoğaltılamaz.


    Genlerin Geçişi: Mekanizma, Teoriler ve Türler

    Bağlantı, aynı kromozom üzerinde taşınan bağlantılı genlerden kaynaklanır. Morgan, tam bağlantı olgusunun nadiren meydana geldiğine dikkat çekti, çünkü bazen bağlantılı genler mayoz bölünme sırasında ayrılma eğilimi gösteriyor ve yeni kombinasyonlar oluşuyor.

    Bunun nedeni, “crossing over” teriminin kullanıldığı iki homolog kromozom arasındaki parçaların değiş tokuşudur.

    Bu nedenle çaprazlama, “eşleşme sırasında kromozomal segmentlerin değiş tokuşuna bağlı olarak genlerin rekombinasyon mekanizması" olarak tanımlanabilir.

    Mısır ile yapılan bağlantı deneyinde, tohum rengi C ve tam tohum S için genlerin ebeveyn kombinasyonunda yaklaşık yüzde 96 oranında ilişkili kaldığı, ancak yaklaşık yüzde 4 oranında parçalandığı görülmektedir (bakınız Şekil 5.8). Homolog kromozomlar arasında parça alışverişi yapmak için bağlantılı genlerin bu rekombinasyonu, çaprazlama olarak adlandırılır.

    Çaprazlama kromozomun segmentinde C ve S genlerinin lokusları arasındaki bazı hücrelerde gerçekleşirken diğerlerinde gerçekleşmez, böylece gametlerin yaklaşık yüzde 96'sı ebeveyn gen kombinasyonunu ve yüzde 4'ü rekombinasyonları içerir.

    Geçiş Mekanizması:

    Mayoz bölünmenin ilk profazının zigoten aşamasında, homolog anne ve baba kromozomları eşleşmeye başlar ve yan yana uzanır. Bu fenomene sinaps denir. Bu homolog kromozom çifti, alelik genler arasındaki karşılıklı çekim ile ortaya çıkar. Eşleştirilmiş kromozomlar bivalent olarak bilinir. Yakın tarihli bir çalışma, sinaps ve kiazma oluşumunun, sinaptonemal kompleks adı verilen oldukça organize bir filament yapısı tarafından kolaylaştırıldığını ortaya koymaktadır. Sinapsi, kromozom çiftinin iki değerlikli yapısını dört değerlikli hale getiren kromozomların kopyalanması izler.

    Bu sırada iki değerlikli bir kromozomdaki homolog kromozomların her biri, bölünmemiş sentromere bağlı iki kardeş kromatide uzunlamasına bölünür. Böylece iki çift olarak yan yana kalan dört kromatit oluşur. Daha sonra, pakiten aşamasında, homolog çiftin kardeş olmayan kromatitlerinin birbiri üzerinde büküldüğü çaprazlama gerçekleşir, çapraz kromatitlerin temas noktası kiazma olarak adlandırılır (Şekil 5.9).

    Çapraz geçişte iki veya üç kromatit yer alır ve buna göre iki veya daha fazla kiazma oluşur. Her bir kiazmada kromatit kırılır ve kırılan segment yeni bir kromatide yeniden birleşir (Şekil 5.10A & amp B). Böylece kromatit parçalarının değişimi, kromozomdaki orijinal gen dizisinin değişmesine neden olur.

    Çaprazlama tamamlandıktan sonra, kardeş olmayan kromatitler, aralarındaki çekim eksikliğinden dolayı birbirlerini iterler.Kromatitlerin itilmesi veya ayrılması tıpkı bir fermuar gibi sentromerden uca doğru başlar ve bu ayrılma işlemine terminalizasyon adı verilir. Terminalizasyon süreci diploten, diakinez ile devam eder ve metafaz I'de biter.

    Terminalizasyonun sonunda, büküm kromatidleri ayrılır, böylece homolog kromozomlar tamamen ayrılır ve Anafaz I'de zıt kutuplara hareket eder. Böylece çaprazlama, gamet üreten kromozomlardaki lineer gen dizisinin değişmesine neden olur ve böylece yeni kombinasyonlar ekler. soydaki karakter.

    Geçiş Teorileri:

    (i) Temas İlk Teorisi (Serebrovsky tarafından):

    Bu teoriye göre, çaprazlama geçiren homolog kromozomların içteki iki kromatidi önce birbirine dokunur ve sonra çaprazlanır. Temas noktasında kırılma meydana gelir. Kırık parçalar tekrar birleşerek yeni kombinasyonlar oluşturur (Şekil 5.11).

    (ii) İlk Kırılma Teorisi (Müller tarafından):

    Bu teoriye göre, çaprazlama geçiren kromatitler, önce çaprazlama olmadan ikiye ayrılır ve ardından kırılan segmentler yeniden birleşerek yeni kombinasyonları oluşturur (Şekil 5.11).

    (iii) Gerilme Teorisi (Darlington tarafından):

    Bu teoriye göre, kromozomlardaki veya kromatitlerdeki kırılma, çiftleşmenin neden olduğu zorlanmadan kaynaklanır ve daha sonra kırılma parçaları tekrar birleşir.

    Geçiş Türleri:

    (ben) Tek Geçiş:

    Bu tür çaprazlamada, bir kromozom çiftinin tüm uzunluğu boyunca sadece bir kiazma oluşur. Bu tür çaprazlama ile oluşan gametlere tekli çaprazlama gametleri denir (Şekil 5.10A ve B).

    (ii) Çift Geçiş:

    Bu tipte, kromozomun tüm uzunluğu boyunca iki kiazma oluşur ve bu, kromatitlerin iki noktada kırılmasına ve yeniden birleşmesine neden olur. Üretilen gametlere çift çapraz gamet denir (Şekil 5.14B).

    (iii) Çoklu Geçiş:

    Bu tipte ikiden fazla kiazma oluşur ve bu nedenle aynı kromozom çifti üzerinde ikiden fazla noktada çaprazlama meydana gelir. Nadir görülen bir fenomendir.

    Geçişi Etkileyen Faktörler:

    Drosophila'da, çaprazlama erkeklerde tamamen bastırılırken, kadınlarda çok yüksektir. Ayrıca erkek memelilerde çapraz geçişi azaltma eğilimi vardır.

    Gowen ilk önce mutasyonun Drosophila'nın tüm kromozomlarında çapraz geçişi azalttığını keşfetti.

    İnversiyon, kromozomdaki segmentler arası bir değişikliktir. Belirli bir kromozom segmentinde, inversiyonlar nedeniyle çapraz geçiş bastırılır.

    Pulluk deneysel olarak, Drosophila yüksek ve düşük sıcaklık değişimlerine maruz kaldığında, kromozomun belirli bölümlerinde çapraz geçiş yüzdesinin arttığını göstermiştir.

    Muller, X-ışını ışınlarının yakın merkezden geçişi artırdığını gösterdi. Benzer şekilde Hanson, radyumun geçişi artırdığını göstermiştir.

    Bridges, yaşın Drosophila'da karşıya geçme oranını da etkilediğini göstermiştir. Dişi yaşlandıkça çaprazlama oranı artar.

    Genç Drosophila'da yüksek kalsiyum diyeti geçiş oranını azaltırken, metalik iyonlardan yoksun diyet geçişi artırır.

    8. Kromozomun uçlarında çapraz geçiş sıklığı diğer kısımlara göre daha az ve sentromere yakındır.

    Geçişin Önemi:

    1. Çaprazlama, genlerin lineer düzenlenmesi için doğrudan kanıt sağlar.

    2. Çaprazlama yoluyla homolog kromozomların bölümleri değiştirilir ve böylece yeni karakterlerin ve genetik varyasyonların kökeni sağlanır.

    3. Çaprazlama, bağlantı haritasının veya kromozomların genetik haritalarının oluşturulmasına yol açmıştır.

    4. Genlerin bağlantı grubu ve lineer düzeni, genlerin mekanizmasını ve doğasını ortaya çıkarmaya yardımcı olur.

    5. Geçiş, bitki ve hayvan çeşitlerini geliştirmek için üreme alanında çok önemli bir rol oynar.


    Videoyu izle: Spss Programı ile betimsel istatistikler Frequency, sıklık, ortalama, standart sapma (Ağustos 2022).