Biologi I (Norsk)

Genetiske kart

Janssen hadde ikke teknologien til å demonstrere kryssing, så det forble en abstrakt ide som ikke var allment akseptert. Forskere trodde at chiasmata var en variant av synapsen, og kunne ikke forstå hvordan kromosomer kunne bryte og bli med igjen. Likevel var dataene klare for at kobling ikke alltid skjedde. Til syvende og sist tok det en ung student og en «all-nighter» å matematisk belyse problemet med kobling og rekombinasjon.

I 1913 samlet Alfred Sturtevant, en student i Morgans laboratorium, resultater fra forskere i laboratorium, og tok dem hjem en natt for å overveie dem. Neste morgen hadde han laget det første «kromosomkartet», en lineær representasjon av genrekkefølge og relativ avstand på et kromosom (figur).

Som vist i figur, ved å bruke rekombinasjonsfrekvens for å forutsi genetisk avstand, relativ rekkefølge av gener på kromosom 2 kan utledes. Verdiene som vises representerer kartavstander i centimorgans (cM), som tilsvarer rekombinasjonsfrekvenser (i prosent). Derfor var genene for kroppsfarge og vingestørrelse 65,5 – 48,5 = 17 cM fra hverandre, noe som indikerer at moder- og faderalleler for disse genene rekombinerer i gjennomsnitt til 17 prosent av avkom.

Å konstruere et kromosom kart antok Sturtevant at gener ble ordnet serielt på trådlignende kromosomer. Han antok også at forekomsten av rekombinasjon mellom to homologe kromosomer kunne forekomme med lik sannsynlighet hvor som helst langs kromosomets lengde. Opererer under disse forutsetningene, postulerte Sturtevant at alleler som var langt fra hverandre på et kromosom, var mer sannsynlig å dissosiere under meiose ganske enkelt fordi det var en større region som rekombinasjon kunne forekomme over. Motsatt ville alleler som var nær hverandre på kromosomet sannsynligvis arvet sammen. Gjennomsnittlig antall kryss mellom to alleler – det vil si rekombinasjonsfrekvensen – korrelert med deres genetiske avstand fra hverandre, i forhold til plasseringen av andre gener på det kromosomet. Tatt i betraktning eksemplet på krysset mellom AaBb og aabb ovenfor, kan rekombinasjonsfrekvensen beregnes som 50/1000 = 0,05. Det vil si at sannsynligheten for en overgang mellom gener A / a og B / b var 0,05 eller 5 prosent. Et slikt resultat ville indikere at genene var endelig knyttet sammen, men at de var langt nok fra hverandre til at krysninger av og til kunne forekomme. Sturtevant delte sitt genetiske kart i kartenheter, eller centimorgans (cM), der en rekombinasjonsfrekvens på 0,01 tilsvarer 1 cM.

Ved å representere alleler i et lineært kart, foreslo Sturtevant at gener kan variere fra å være perfekt koblet (rekombinasjonsfrekvens = 0) til å være perfekt ikke-koblet (rekombinasjonsfrekvens = 0,5) når gener er på forskjellige kromosomer eller gener er skilt veldig langt fra hverandre på samme kromosom. Perfekt ikke-koblede gener tilsvarer frekvensene som Mendel forutsier å sortere uavhengig i et dihybridkors. En rekombinasjonsfrekvens på 0,5 indikerer at 50 prosent av avkomene er rekombinanter og de andre 50 prosent er foreldretyper. Det vil si at hver type allelkombinasjon er representert med samme frekvens. Denne representasjonen tillot Sturtevant i tillegg å beregne avstander mellom flere gener på samme kromosom. Da de genetiske avstandene nærmet seg 0,50, ble hans spådommer imidlertid mindre nøyaktige fordi det ikke var klart om genene var veldig langt fra hverandre på det samme kromosomet eller på forskjellige kromosomer.

I 1931, Barbara McClintock og Harriet Creighton demonstrerte kryssingen av homologe kromosomer i maisplanter. Uker senere ble homolog rekombinasjon i Drosophila demonstrert mikroskopisk av Curt Stern. Stern observerte flere X-koblede fenotyper som var assosiert med et strukturelt uvanlig og ulikt X-kromosompar der en X manglet et lite terminalt segment, og den andre X ble smeltet sammen med et stykke av Y-kromosomet.Ved å krysse fluer, observere deres avkom og deretter visualisere avkomets kromosomer, demonstrerte Stern at hver gang avkomallelkombinasjonen avvek fra en av foreldrenes kombinasjoner, var det en tilsvarende utveksling av et X-kromosomsegment. Å bruke mutante fluer med strukturelt distinkte X-kromosomer var nøkkelen til å observere produktene av rekombinasjon fordi DNA-sekvensering og andre molekylære verktøy ennå ikke var tilgjengelige. Det er nå kjent at homologe kromosomer regelmessig utveksler segmenter i meiose ved å gjensidig bryte og gjenforene deres DNA på presise steder.