Genetisk kobling: definition, kortlægning og rekombination
Lær om genetisk kobling, kortlægning og rekombination: definitioner, centimorgan, rekombinantfrekvens og metoder til at bestemme genafstande på kromosomer.
Genetisk sammenkædning opstår, når alleler på forskellige loci ikke adskilles tilfældigt. Mendels anden lov er således brudt: alleler for to træk nedarves ikke uafhængigt, hvis de sidder tæt på samme kromosom.
Gener er forbundet, når de findes på samme kromosom. De har da en tendens til at blive nedarvet sammen under meiosen, fordi hele kromosomet normalt føres over i datterceller som en enhed. Alleler for gener, der sidder på forskellige kromosomer, er derimod som regel ikke forbundne, fordi kromosomerne sorteres uafhængigt af hinanden under meiosen.
Rekombination og krydsning
Der sker en vis krydsning af DNA under meiosen, især i profase I, når homologe kromosomer parrer sig og udveksler segmenter ved chiasmata. Dette fænomen kaldes rekombination eller cross-over. Som følge heraf kan alleler, der sidder på samme kromosom, blive adskilt og fordelt til forskellige gameter. Sandsynligheden for, at to alleler adskilles ved en cross-over, stiger med den fysiske afstand mellem dem på kromosomet: jo længere afstand, jo større chance for et krydsningspunkt imellem dem.
Rekombinantfrekvens og genetiske kort
Den relative afstand mellem to gener beregnes ofte ud fra afkommet af en organisme, der viser de to sammenkædede træk. Man fastslår den procentdel af afkommet, hvor de to træk ikke nedarves sammen (dvs. rekombinanter). Et simpelt eksempel:
- Hvis man i et kryds får 900 forældrekonfigurationer og 100 rekombinanter ud af i alt 1000 afkom, er rekombinantfrekvensen (RF) = 100/1000 = 0,10 = 10 %.
- En RF på 10 % svarer altså til 10 genetiske kortlægningsenheder.
Den første teknik til at kortlægge gener på kromosomer byggede netop på sådanne rekombinantmålinger. Afstanden mellem to gener angives i enheder kaldet en genetisk kortlægningsenhed (m.u.) eller en centimorgan (cM). Definitionen er praktisk: 1 cM svarer til den afstand, hvor 1 ud af 100 meioseprodukter er rekombinant (RF = 1 %).
Metoder og forbedringer
For at opbygge et linkage map aflæser man kortafstanden mellem mange træk eller markører, helst uden store huller, da store mellemrum øger risikoen for multiple krydsninger, der kan skjule den reelle afstand. Der anvendes forskellige strategier:
- Testkryds: Et kryds mellem en heterozygot og en homozygot recessiv for alle loci giver tydelig opdeling mellem forældre- og rekombinanttyper og gør RF lettere at estimere.
- Trepunktskryds: Bruges til at bestemme både afstand og rækkefølge af tre gener ved at tælle enkelt- og dobbeltrekombinanter. Dette øger præcisionen i kortlægningen.
- Mapping-funktioner: For større afstande underrapporterer simpel RF afstand, fordi dobbeltcrossovers kan genskabe forældretypen. Haldane- og Kosambi-funktionerne omregner observeret RF til forventet genetisk afstand ved at tage højde for multiple crossovers.
Begrænsninger og biologiske variationer
- RF er ikke altid proportional med fysisk afstand på DNA: tætte områder med høj rekombination (hotspots) eller tætte heterochromatine områder kan gøre forholdet kompliceret.
- Dobbelt- og multiple crossovers mellem to markører fører til undervurdering af den sande afstand, især ved store afstande.
- Rekombinationshastigheden kan variere mellem køn (heterochiasmi), mellem arter og mellem forskellige genomregioner.
- Interferens: Forekomsten af et crossover kan ændre sandsynligheden for, at et andet crossover sker i nærheden. Interferens måles ofte som 1 − (observerede dobbeltrekombinanter / forventede dobbeltrekombinanter).
Anvendelser
Linkage-analyser og genetiske kort er centrale i:
- Plante- og dyreavl for at kombinere ønskede træk via markørassisteret selektion.
- Lokalisering af sygdomsårsagende gener hos mennesker og modelorganismer.
- Forståelse af kromosomstruktur, evolutionære ændringer og arvelighedsmekanismer.
- Studier af rekombinationsbiologi, f.eks. identificering af hotspots og faktorer, der påvirker crossover-frekvens.
Praktisk note: beregning af RF
Når du beregner rekombinantfrekvens ud fra et krydsresultat, brug formlen:
RF (%) = (antal rekombinanter / totalt antal afkom) × 100
Husk at korrigere for dobbeltcrossovers ved større afstande eller anvende en mapping-funktion for at omregne observeret RF til mere nøjagtige genetiske afstande i centimorgan.
Samlet set giver genetisk kobling og rekombination et kraftfuldt værktøj til at forstå, hvor gener sidder i forhold til hinanden, hvordan de nedarves, og hvordan man kan udnytte denne viden i forskning og anvendt genetik.
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er genetisk sammenkædning?
Svar: Genetisk linkage opstår, når alleler på forskellige loci ikke segregeres tilfældigt, hvilket bryder Mendels anden lov. Gener er knyttet sammen, når de befinder sig på det samme kromosom og har tendens til at blive sammen under meiosen.
Spørgsmål: Hvordan kan alleler på samme kromosom adskilles?
Svar: Alleler på det samme kromosom kan adskilles ved krydsning af DNA under meiose, når kromosomerne adskilles. Sandsynligheden for, at dette sker, øges, hvis allelerne er langt fra hinanden på kromosomet, da det er mere sandsynligt, at der vil ske en krydsning mellem dem.
Spørgsmål: Hvilken teknik blev anvendt til at kortlægge gener på kromosomer?
Svar: Den første teknik, der blev anvendt til at kortlægge gener på kromosomer, var at beregne den relative afstand mellem to gener ved hjælp af afkom af en organisme, der havde to sammenkædede genetiske egenskaber. Procentdelen af afkom, hvor de to egenskaber ikke er sammenfaldende, noteres, og højere procentsatser indikerer, at generne er tættere placeret på et kromosom.
Spørgsmål: Hvad er en genetisk kort enhed (m.u.) eller centimorgan?
Svar: En genetisk kort enhed (m.u.) eller centimorgan er defineret som afstanden mellem gener, for hvilke et ud af 100 meioseprodukter er rekombinant. En rekombinansfrekvens (RF) på 1 % svarer til 1 m.u..
Sp: Hvordan udarbejdes et linkage map?
Svar: Et linkage map kan oprettes ved at finde kortafstande mellem en række egenskaber, der findes på samme kromosom, idet man helst undgår væsentlige huller mellem egenskaberne for at undgå, at der opstår flere krydsninger samtidig.
Spørgsmål: Hvad sker der, hvis der er betydelige huller mellem egenskaberne ved udarbejdelsen af et linkage map?
Svar: Hvis der er betydelige huller mellem egenskaberne ved udarbejdelsen af et linkage map, øges muligheden for, at der opstår flere krydsninger samtidig, hvilket kan føre til unøjagtige resultater ved kortlægningen af genernes placering og indbyrdes afstand langs kromosomerne.
Søge