Liên kết gen, Tái tổ hợp và Lập bản đồ gen
Lĩnh vực này bao gồm cách các gen nằm trên cùng một nhiễm sắc thể có xu hướng được di truyền cùng nhau, cách tái tổ hợp trong giảm phân xáo trộn các alen giữa chúng, và cách các kiểu hình thu được được sử dụng để định vị các gen dọc theo nhiễm sắc thể. Cùng với nhau, những ý tưởng này biến nhiễm sắc thể trừu tượng thành một bản đồ có thể đo lường được và là nền tảng cho việc tìm kiếm các gen gây bệnh di truyền.
Definition
Liên kết gen và lập bản đồ gen là tập hợp các lý thuyết và phương pháp di truyền liên quan đến sự di truyền đồng thời của các locus trên cùng một nhiễm sắc thể, sự tái tổ hợp làm phân tách chúng, và suy luận về vị trí tương đối của chúng trên nhiễm sắc thể từ các kiểu hình di truyền và liên kết quan sát được.
Scope
Lĩnh vực này nhóm các khái niệm nền tảng về di truyền truyền tải và lập bản đồ: liên kết di truyền giữa các locus, tái tổ hợp và trao đổi chéo làm phá vỡ liên kết, centimorgan như một đơn vị khoảng cách bản đồ, và sự liên kết alen không ngẫu nhiên ở cấp độ quần thể được gọi là mất cân bằng liên kết. Nó coi đây là các chủ đề tham khảo trong di truyền y học hơn là các thủ tục lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Hai locus trên một nhiễm sắc thể cách nhau bao xa và khoảng cách đó được ước tính như thế nào?
- Tái tổ hợp trong giảm phân phá vỡ liên kết giữa các gen lân cận như thế nào?
- Dữ liệu gia đình hoặc quần thể có thể được sử dụng để định vị một gen gây bệnh như thế nào?
- Tại sao một số tổ hợp alen lại xuất hiện cùng nhau thường xuyên hơn so với dự đoán ngẫu nhiên?
Key concepts
- Liên kết di truyền
- Tái tổ hợp và trao đổi chéo
- Phân số tái tổ hợp
- Khoảng cách bản đồ di truyền (centimorgan)
- Mất cân bằng liên kết
- Phân tích liên kết và điểm LOD
- Lập bản đồ liên kết
Mechanisms
Các locus nằm gần nhau trên một nhiễm sắc thể thường được truyền cùng nhau vì có ít sự kiện tái tổ hợp xảy ra giữa chúng; các locus cách xa nhau, hoặc trên các nhiễm sắc thể khác nhau, phân ly độc lập hơn. Trong quá trình giảm phân, các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp và trao đổi các đoạn tại các điểm trao đổi chéo, tạo ra các giao tử tái tổ hợp. Tỷ lệ con cái tái tổ hợp (phân số tái tổ hợp) tăng lên theo khoảng cách vật lý đến một giới hạn, đó là lý do tại sao nó có thể được chuyển đổi thành một thước đo khoảng cách bản đồ cộng gộp. Ở cấp độ quần thể, tái tổ hợp qua nhiều thế hệ dần dần phá vỡ mối tương quan giữa các alen tại các locus gần nhau, do đó sự liên kết không ngẫu nhiên còn lại (mất cân bằng liên kết) phản ánh mức độ gần đây và tần suất tái tổ hợp đã xảy ra trong vùng đó.
Clinical relevance
Các nguyên tắc lập bản đồ mô tả cách vị trí nhiễm sắc thể của các gen liên quan đến bệnh được suy luận từ dữ liệu di truyền và liên kết; chúng giải thích logic đằng sau các nghiên cứu liên kết và các nghiên cứu liên kết toàn bộ bộ gen mà các nhà nghiên cứu sử dụng để xác định các locus ứng cử viên. Lĩnh vực này là tài liệu tham khảo và kiến thức nền tảng về cách tạo ra bằng chứng như vậy và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
History
Lĩnh vực này phát triển từ trường phái Drosophila của Thomas Hunt Morgan vào những năm 1910, nơi Alfred Sturtevant (1913) đã sử dụng tần số tái tổ hợp để vẽ bản đồ di truyền đầu tiên, sắp xếp các yếu tố liên kết giới tính theo một đường thẳng. Phân tích liên kết thống kê phát triển mạnh vào giữa thế kỷ XX, và kỷ nguyên DNA tái tổ hợp đã bổ sung các dấu hiệu phân tử; Lander và Botstein (1989) đã chỉ ra cách các bản đồ dấu hiệu dày đặc có thể định vị các gen đằng sau các tính trạng số lượng và Mendel, dẫn đến lập bản đồ toàn bộ bộ gen hiện đại.
Key figures
- Thomas Hunt Morgan
- Alfred Sturtevant
- Newton Morton
- Eric Lander
- David Botstein
Related topics
Seminal works
- sturtevant-1913
- lander-botstein-1989
Frequently asked questions
- Sự khác biệt giữa khoảng cách vật lý và khoảng cách di truyền là gì?
- Khoảng cách vật lý được đo bằng cặp bazơ dọc theo DNA, trong khi khoảng cách di truyền được đo bằng centimorgan từ tần số tái tổ hợp; hai loại này có tương quan nhưng không giống hệt nhau, vì tốc độ tái tổ hợp thay đổi dọc theo bộ gen.
- Tại sao các gen liên kết không phải lúc nào cũng được di truyền cùng nhau?
- Tái tổ hợp trong quá trình giảm phân có thể xảy ra giữa chúng; hai locus càng gần nhau, sự trao đổi chéo càng ít khi phân tách chúng, nhưng không có hai locus riêng biệt nào hoàn toàn miễn nhiễm với tái tổ hợp.