Biológia I (Magyar)

Genetikai térképek

Janssen nem rendelkezett az átkelés kimutatására alkalmas technológiával, így absztrakt gondolat maradt, amelyet nem fogadtak el széles körben. A tudósok úgy gondolták, hogy a chiasmata a szinapszis egyik változata, és nem tudta megérteni, hogy a kromoszómák hogyan tudnak megtörni és újra csatlakozni. Mégis, az adatok egyértelműek voltak, hogy az összekapcsolódás nem mindig fordult elő. Végül egy fiatal egyetemi hallgatónak és egy „all-night” -nak kellett az összekapcsolódás és a rekombináció problémájának matematikai tisztázása.

1913-ban Alfred Sturtevant, a Morgan laboratóriumának hallgatója összegyűjtötte az eredményeket a laboratóriumban, és egy éjszaka hazavitte őket, hogy megidézzék őket. Másnap reggelre elkészítette az első “kromoszómatérképet”, amely a génrend és a relatív távolság lineáris ábrázolását mutatja a kromoszómán (ábra).

Amint az ábrán látható, rekombinációs gyakoriság felhasználásával a genetikai távolság előrejelzéséhez a következtetni lehetett a gének relatív sorrendjére a 2. kromoszómán. A bemutatott értékek centimorgánban (cM) jelölt térképtávolságokat jelentenek, amelyek megfelelnek a rekombinációs frekvenciáknak (százalékban). Ezért a testszín és a szárnyméret génjei 65,5 – 48,5 = 17 cm-re voltak egymástól, ami azt jelzi, hogy ezeknek a géneknek az anyai és apai alléljei átlagosan az utódok 17 százalékában rekombinálódnak.

Kromoszóma felépítése térképen Sturtevant feltételezte, hogy a gének sorozatosan rendeződtek szálszerű kromoszómákon. Azt is feltételezte, hogy a rekombináció előfordulása két homológ kromoszóma között azonos valószínűséggel bárhol előfordulhat a kromoszóma hosszában. E feltételezések alapján Sturtevant azt feltételezte, hogy a kromoszómán egymástól távol eső allélek nagyobb valószínűséggel disszociálnak a meiózis során, egyszerűen azért, mert volt egy nagyobb régió, amely felett rekombináció történhet. Ezzel szemben a kromoszómán egymáshoz közel álló allélok valószínűleg együtt öröklődnek. Két allél közötti kereszteződések átlagos száma – azaz rekombinációs gyakoriságuk – korrelál az egymástól genetikai távolságukkal, összehasonlítva az adott kromoszómán található más gének helyével. Figyelembe véve az AaBb és aabb közötti fenti kereszteződést, a rekombináció gyakorisága 50/1000 = 0,05. Vagyis az A / a és a B / b gének közötti kereszteződés valószínűsége 0,05, vagyis 5 százalék volt. Egy ilyen eredmény azt jelzi, hogy a gének végleges kapcsolatban állnak egymással, de elég távol vannak egymástól ahhoz, hogy időnként kereszteződések történjenek. Sturtevant genetikai térképét térképegységekre vagy centimorgánokra (cM) osztotta fel, amelyekben a 0,01 rekombinációs gyakoriság 1 cM-nek felel meg.

Az allélok lineáris térképen való ábrázolásával Sturtevant azt javasolta, hogy a gének eltérhetnek tökéletesen kapcsolódik (rekombinációs gyakoriság = 0) a tökéletesen függetlenhez (rekombinációs gyakoriság = 0,5), ha a gének különböző kromoszómákon vannak, vagy a gének nagyon távol vannak egymástól ugyanazon a kromoszómán. A tökéletesen nem kapcsolt gének megfelelnek azoknak a frekvenciáknak, amelyeket Mendel megjósolt, hogy egymástól függetlenül válogassanak egy dihibrid keresztben. A 0,5-ös rekombinációs gyakoriság azt jelzi, hogy az utódok 50 százaléka rekombináns, a másik 50 százaléka szülői típus. Vagyis az allélkombinációk minden típusát azonos gyakorisággal ábrázolják. Ez az ábrázolás lehetővé tette Sturtevant számára, hogy additív módon kiszámolja ugyanazon kromoszómán lévő több gén közötti távolságot. Ahogy azonban a genetikai távolságok megközelítették a 0,50-et, jóslatai kevésbé pontosak voltak, mert nem volt világos, hogy a gének nagyon távol vannak-e egymástól ugyanazon vagy különböző kromoszómákon.

1931-ben Barbara McClintock és Harriet Creighton bemutatta a homológ kromoszómák kereszteződését kukoricanövényekben. Hetekkel később a homológ rekombinációt Drosophilában mikroszkóposan bizonyította Curt Stern. Stern több X-hez kapcsolt fenotípust figyelt meg, amelyek egy szerkezeti szempontból szokatlan és eltérő X-kromoszómapárral társultak, amelyekben az egyik X-nek hiányzott egy kis terminális szegmense, a másik X-et pedig az Y-kromoszóma egy részéhez fuzionálták.A legyek keresztezésével, utódaik megfigyelésével, majd az utódok kromoszómáinak vizualizálásával Stern bebizonyította, hogy valahányszor az utód allélkombinációja eltért bármelyik szülői kombinációtól, egy X kromoszómaszegmens megfelelő cseréje történt. A szerkezetileg elkülönülő X kromoszómával rendelkező mutáns legyek használata volt a kulcs a rekombináció termékeinek megfigyelésében, mivel a DNS-szekvenálás és más molekuláris eszközök még nem álltak rendelkezésre. Ma már ismert, hogy a homológ kromoszómák rendszeresen cserélnek szegmenseket a meiózisban, kölcsönösen megszakítva és újra csatlakozva a DNS -ükhöz a pontos helyeken.