Biologia I (Suomi)

Geneettiset kartat

Janssenilla ei ollut tekniikkaa osoittaa ylitystä, joten se pysyi abstraktina ajatuksena, jota ei hyväksytty laajalti. Tutkijat ajattelivat, että chiasmata oli muunnelma synapsiin, eivätkä voineet ymmärtää, kuinka kromosomit voisivat rikkoutua ja liittyä uudelleen. Tiedot olivat kuitenkin selkeitä, että linkitystä ei aina tapahtunut. Viime kädessä nuoren perustutkinnon suorittaneen opiskelijan ja ”yöksi” tarvitsi selvittää matemaattisesti kytkentä- ja rekombinaatio-ongelma.

Vuonna 1913 Morganin laboratorion opiskelija Alfred Sturtevant keräsi tutkijoiden tuloksia laboratoriossa ja vei heidät yhden yön kotiin hemmottelemaan heitä. Seuraavaan aamuun mennessä hän oli luonut ensimmäisen ”kromosomikartan”, lineaarisen esityksen geenijärjestyksestä ja suhteellisesta etäisyydestä kromosomissa (kuva).

Kuten kuvassa on esitetty, käyttämällä rekombinaatiotaajuutta geneettisen etäisyyden ennustamiseen, geenien suhteellinen järjestys kromosomissa 2 voidaan päätellä. Esitetyt arvot edustavat karttaetäisyyksiä sentimorgaaneina (cM), jotka vastaavat rekombinaatiotaajuuksia (prosentteina). Siksi kehon värin ja siipikoon geenit olivat 65,5 – 48,5 = 17 cM toisistaan, mikä osoittaa, että näiden geenien äidin ja isän alleelit rekombinoituvat keskimäärin 17 prosentissa jälkeläisistä.

Kromosomin rakentaminen kartalla, Sturtevant oletti, että geenit järjestettiin sarjaan kierteisillä kromosomeilla. Hän oletti myös, että kahden homologisen kromosomin välisen rekombinaation ilmaantuvuus voi esiintyä yhtä todennäköisesti missä tahansa kromosomin pituudessa. Näiden oletusten perusteella Sturtevant lähetti, että alleelit, jotka olivat kaukana toisistaan kromosomissa, hajoavat todennäköisemmin meioosin aikana yksinkertaisesti siksi, että rekombinaatio voi tapahtua suuremmalla alueella. Päinvastoin, alleelit, jotka olivat lähellä toisiaan kromosomissa, todennäköisesti periytyvät yhdessä. Kahden alleelin keskimääräinen ristikkäismäärä – toisin sanoen niiden rekombinaatiotaajuus – korreloi niiden geneettisen etäisyyden kanssa toisistaan suhteessa muiden geenien sijainteihin kyseisessä kromosomissa. Kun otetaan huomioon yllä oleva esimerkki AaBb: n ja aabb: n välillä, rekombinaatiotaajuus voitaisiin laskea 50/1000 = 0,05. Toisin sanoen geenien A / a ja B / b välisen ristinopeuden todennäköisyys oli 0,05 eli 5 prosenttia. Tällainen tulos osoittaisi, että geenit olivat lopullisesti yhteydessä toisiinsa, mutta että ne olivat riittävän kaukana toisistaan, jotta ristikkäisiä tapahtuisi satunnaisesti. Sturtevant jakoi geneettisen karttansa karttayksiköihin tai sentimorgaaneihin (cM), joissa rekombinaatiotaajuus 0,01 vastaa 1 cM.

Esittämällä alleeleja lineaarisella kartalla Sturtevant ehdotti, että geenit voivat vaihdella täydellisesti kytketty (rekombinaatiotaajuus = 0) täydelliseen linkittämättömyyteen (rekombinaatiotaajuus = 0,5), kun geenit ovat eri kromosomeissa tai geenit ovat erillään hyvin kaukana toisesta kromosomista. Täydellisesti kytkemättömät geenit vastaavat taajuuksia, jotka Mendel ennustaa lajittelevan itsenäisesti dihybridiristissä. Rekombinaatiotaajuus 0,5 osoittaa, että 50 prosenttia jälkeläisistä on rekombinantteja ja muut 50 prosenttia ovat vanhempien tyyppejä. Toisin sanoen jokainen alleelikombinaatiotyyppi on esitetty samalla taajuudella. Tämä esitys antoi Sturtevantille mahdollisuuden laskea etäisyydet useiden geenien välillä samassa kromosomissa. Geneettisten etäisyyksien lähestyessä arvoa 0,50 hänen ennustuksensa olivat vähemmän tarkkoja, koska ei ollut selvää, olivatko geenit hyvin kaukana toisistaan samassa vai eri kromosomissa.

Vuonna 1931 Barbara McClintock ja Harriet Creighton osoitti homologisten kromosomien siirtymisen maissikasveissa. Viikkoja myöhemmin homologisen rekombinaation Drosophilassa osoitti mikroskooppisesti Curt Stern. Stern havaitsi useita X-kytkettyjä fenotyyppejä, jotka liittyivät rakenteellisesti epätavalliseen ja erilaisiin X-kromosomipareihin, joissa yhdestä X: stä puuttui pieni terminaalinen segmentti, ja toisesta X fuusioitiin Y-kromosomin osaan.Ylittämällä kärpäsiä, tarkkailemalla jälkeläisiä ja visualisoimalla sitten jälkeläisten kromosomit Stern osoitti, että joka kerta kun jälkeläisten alleeliyhdistelmä poikkesi jostakin vanhempien yhdistelmästä, tapahtui vastaava X-kromosomasegmentin vaihto. Rakenteellisesti erillisten X-kromosomien omaavien mutanttikärpästen käyttö oli avain rekombinaatiotuotteiden havaitsemiseen, koska DNA-sekvensointia ja muita molekyylityökaluja ei ollut vielä saatavilla. Nyt tiedetään, että homologiset kromosomit vaihtavat säännöllisesti segmenttejä meioosissa rikkomalla ja yhdistämällä DNA: nsa vastavuoroisesti tarkkoihin paikkoihin.