Biologia I (Polski)

Mapy genetyczne

Janssen nie dysponował technologią umożliwiającą zademonstrowanie przejścia, więc pozostała abstrakcyjną ideą, która nie była powszechnie akceptowana. Naukowcy uważali, że chiasmata jest odmianą synapsy i nie mogli zrozumieć, w jaki sposób chromosomy mogą się łamać i ponownie łączyć. Jednak dane były jasne, że powiązania nie zawsze występowały. Ostatecznie do matematycznego wyjaśnienia problemu powiązań i rekombinacji potrzebny był młody student studiów licencjackich i „całonocna”.

W 1913 roku Alfred Sturtevant, student z laboratorium Morgana, zebrał wyniki od badaczy z laboratorium i zabrał ich do domu pewnej nocy, aby się nad nimi zastanowić. Następnego ranka stworzył pierwszą „mapę chromosomów”, liniową reprezentację kolejności genów i względnej odległości na chromosomie (rysunek).

Jak pokazano na rysunku, używając częstotliwości rekombinacji do przewidywania odległości genetycznej, można wywnioskować względną kolejność genów na chromosomie 2. Przedstawione wartości przedstawiają odległości na mapie w centymorganach (cM), które odpowiadają częstości rekombinacji (w procentach). Dlatego geny koloru ciała i rozmiaru skrzydeł były oddalone od siebie o 65,5 – 48,5 = 17 cm, co wskazuje, że allele matczyne i ojcowskie tych genów rekombinują średnio u 17 procent potomstwa.

Aby skonstruować chromosom map, Sturtevant założył, że geny zostały uporządkowane szeregowo na chromosomach nitkowatych. Zakładał również, że częstość rekombinacji między dwoma homologicznymi chromosomami może wystąpić z równym prawdopodobieństwem na całej długości chromosomu. Działając zgodnie z tymi założeniami, Sturtevant postulował, że allele, które były daleko od siebie na chromosomie, były bardziej skłonne do dysocjacji podczas mejozy po prostu dlatego, że istniał większy obszar, w którym mogłaby wystąpić rekombinacja. I odwrotnie, allele, które były blisko siebie na chromosomie, były prawdopodobnie dziedziczone razem. Średnia liczba skrzyżowań między dwoma allelami – to znaczy częstotliwość ich rekombinacji – korelowała z ich odległością genetyczną od siebie w stosunku do lokalizacji innych genów na tym chromosomie. Biorąc pod uwagę powyższe przykładowe skrzyżowanie AaBb i aabb, częstotliwość rekombinacji można obliczyć jako 50/1000 = 0,05. Oznacza to, że prawdopodobieństwo krzyżowania się genów A / a i B / b wynosiło 0,05 lub 5 procent. Taki wynik wskazywałby, że geny były ostatecznie połączone, ale były one na tyle daleko od siebie, że czasami dochodziło do krzyżówek. Sturtevant podzielił swoją mapę genetyczną na jednostki mapy lub centymorgany (cM), w których częstotliwość rekombinacji 0,01 odpowiada 1 cM.

Przedstawiając allele na liniowej mapie, Sturtevant zasugerował, że geny mogą wahać się od bycia doskonale połączone (częstotliwość rekombinacji = 0) z byciem doskonale nie połączonym (częstotliwość rekombinacji = 0,5), gdy geny znajdują się na różnych chromosomach lub geny są bardzo daleko od siebie oddzielone na tym samym chromosomie. Idealnie niezwiązane geny odpowiadają przewidywanym przez Mendla częstotliwościom niezależnego sortowania w krzyżówce dihybrydowej. Częstotliwość rekombinacji wynosząca 0,5 wskazuje, że 50 procent potomstwa to rekombinanci, a pozostałe 50 procent to typy rodzicielskie. Oznacza to, że każdy typ kombinacji alleli jest reprezentowany z równą częstotliwością. Ta reprezentacja pozwoliła Sturtevantowi na addytywne obliczenie odległości między kilkoma genami na tym samym chromosomie. Jednak gdy odległości genetyczne zbliżyły się do 0,50, jego przewidywania stały się mniej dokładne, ponieważ nie było jasne, czy geny są bardzo oddalone od siebie na tym samym chromosomie, czy na różnych chromosomach.

W 1931 roku Barbara McClintock i Harriet Creighton wykazali krzyżowanie homologicznych chromosomów w roślinach kukurydzy. Kilka tygodni później Curt Stern zademonstrował mikroskopowo rekombinację homologiczną u Drosophila. Stern zaobserwował kilka fenotypów związanych z chromosomem X, które były związane z nietypową strukturalnie i niepodobną parą chromosomów X, w której jeden X nie posiadał małego segmentu końcowego, a drugi X był połączony z fragmentem chromosomu Y.Krzyżując muchy, obserwując ich potomstwo, a następnie wizualizując chromosomy potomstwa, Stern wykazał, że za każdym razem, gdy kombinacja alleli potomstwa odbiegała od którejkolwiek z kombinacji rodzicielskich, następowała odpowiednia wymiana segmentu chromosomu X. Wykorzystanie zmutowanych much ze strukturalnie odrębnymi chromosomami X było kluczem do obserwacji produktów rekombinacji, ponieważ sekwencjonowanie DNA i inne narzędzia molekularne nie były jeszcze dostępne. Obecnie wiadomo, że chromosomy homologiczne regularnie wymieniają segmenty w mejozie, wzajemnie łamiąc i łącząc DNA w określonych miejscach.