Biologi I

Genetiske kort

Janssen havde ikke teknologien til at demonstrere krydsning, så det forblev en abstrakt idé, som ikke var bredt accepteret. Forskere troede, at chiasmata var en variation på synapsis og kunne ikke forstå, hvordan kromosomer kunne bryde sammen og genforene sig. Alligevel var dataene klare, at sammenkædning ikke altid fandt sted. I sidste ende krævede det en ung studerende og en “all-nighter” for matematisk at belyse problemet med kobling og rekombination.

I 1913 samlede Alfred Sturtevant, en studerende i Morgans laboratorium, resultater fra forskere i laboratorium og tog dem hjem en nat for at overvælde dem. Den næste morgen havde han oprettet det første “kromosomkort”, en lineær gengivelse af genorden og relativ afstand på et kromosom (figur).

Som vist i figur ved anvendelse af rekombinationsfrekvens til at forudsige genetisk afstand, relativ rækkefølge af gener på kromosom 2 kunne udledes. De viste værdier repræsenterer kortafstande i centimorgans (cM), der svarer til rekombinationsfrekvenser (i procent). Derfor var generne for kropsfarve og vingestørrelse 65,5 – 48,5 = 17 cM fra hinanden, hvilket indikerer, at moder- og faderalleler til disse gener rekombinerer i gennemsnit i 17 procent af afkom.

At konstruere et kromosom kort antog Sturtevant, at gener blev ordnet serielt på trådlignende kromosomer. Han antog også, at forekomsten af rekombination mellem to homologe kromosomer kunne forekomme med lige sandsynlighed overalt i længden af kromosomet. Under disse antagelser postulerede Sturtevant, at alleler, der var langt fra hinanden på et kromosom, var mere tilbøjelige til at adskille sig under meiose simpelthen fordi der var en større region, hvor rekombination kunne forekomme. Omvendt ville alleler, der var tæt på hinanden på kromosomet, sandsynligvis blive arvet sammen. Det gennemsnitlige antal crossovers mellem to alleler – det vil sige deres rekombinationsfrekvens – korrelerede med deres genetiske afstand fra hinanden i forhold til placeringen af andre gener på det kromosom. I betragtning af eksemplet på krydsning mellem AaBb og aabb ovenfor kunne rekombinationsfrekvensen beregnes som 50/1000 = 0,05. Det vil sige, at sandsynligheden for en crossover mellem generne A / a og B / b var 0,05 eller 5 procent. Et sådant resultat ville indikere, at generne var endeligt forbundet, men at de var langt nok fra hinanden til, at crossovers lejlighedsvis kunne forekomme. Sturtevant delte sit genetiske kort i kortenheder eller centimorgans (cM), hvor en rekombinationsfrekvens på 0,01 svarer til 1 cM.

Ved at repræsentere alleler i et lineært kort foreslog Sturtevant at gener kan variere fra at være perfekt forbundet (rekombinationsfrekvens = 0) til at være perfekt ulinket (rekombinationsfrekvens = 0,5), når gener er på forskellige kromosomer eller gener er adskilt meget langt fra hinanden på det samme kromosom. Perfekt ubundne gener svarer til de frekvenser, som Mendel forudsiger at sortere uafhængigt i et dihybridkors. En rekombinationsfrekvens på 0,5 indikerer, at 50 procent af afkomene er rekombinanter, og de andre 50 procent er forældretyper. Det vil sige, at alle typer allelkombinationer er repræsenteret med samme frekvens. Denne repræsentation tillod Sturtevant at additivt beregne afstande mellem flere gener på det samme kromosom. Da de genetiske afstande nærmede sig 0,50, blev hans forudsigelser imidlertid mindre nøjagtige, fordi det ikke var klart, om generne var meget langt fra hinanden på det samme kromosom eller på forskellige kromosomer.

I 1931 Barbara McClintock og Harriet Creighton demonstreret crossover af homologe kromosomer i majsplanter. Uger senere blev homolog rekombination i Drosophila påvist mikroskopisk af Curt Stern. Stern observerede flere X-bundne fænotyper, der var forbundet med et strukturelt usædvanligt og forskelligt X-kromosompar, hvor en X manglede et lille terminalt segment, og den anden X var fusioneret til et stykke af Y-kromosomet.Ved at krydse fluer, observere deres afkom og derefter visualisere afkomets kromosomer, demonstrerede Stern, at hver gang afkomallelkombinationen afveg fra en af forældrenes kombinationer, var der en tilsvarende udveksling af et X-kromosomsegment. Brug af mutante fluer med strukturelt adskilte X-kromosomer var nøglen til at observere rekombinationsprodukterne, fordi DNA-sekventering og andre molekylære værktøjer endnu ikke var tilgængelige. Det er nu kendt, at homologe kromosomer regelmæssigt udveksler segmenter i meiose ved gensidigt at bryde og genforene deres DNA på nøjagtige steder.