Для определения положения гена в хромосоме, т. е. его локализации, сначала необходимо определить группу сцепления, т. е. установить, в какой хромосоме находится определяемый ген.
Из признания факта существования групп сцепления генов вытекают следующие положения:
- число групп сцепления генов у каждого вида животных и растений должно соответствовать гаплоидному числу хромосом данного вида;
- гены в каждой группе сцепления расположены в определенной последовательности; иначе говоря, каждая хромосома в отношении расположения генов имеет свою топографию.
Определение группы сцепления
Очевидно, что чем больше число хромосом у того или иного вида, тем труднее устанавливать группы сцепления генов, так как эта работа требует большой коллекции мутантных форм.
К настоящему времени все группы сцепления определены лишь у наиболее изученных в генетическом отношении объектов, причем во всех этих случаях обнаружено полное соответствие числа групп сцепления гаплоидному числу хромосом.
Соотношение числа групп сцепления у животных и растений и гаплоидного числа хромосом
У человека определено пока лишь 10 групп сцепления из 23 возможных, одна из установленных групп сцепления относится к половым хромосомам.
Совпадение числа групп сцепления с гаплоидным числом хромосом служит одним из доказательств того, что именно хромосомы являются материальными носителями наследственной информации.
Принцип определения принадлежности гена к той или иной группе сцепления сводится к тому, чтобы установить характер наследования определяемого гена по отношению к одному или двум другим генам, находящимся уже в известной группе сцепления.
Предположим, что нам известно по одному рецессивному гену в каждой из 10 групп сцепления у кукурузы (b, с, d, е, f и т. д.) и необходимо определить, к какой из групп сцепления относится рецессивный ген а. Так как этот ген может относиться лишь к какой-то одной группе сцепления, то с генами из остальных 9 он должен показывать независимое наследование. Так, при скрещивании двух генотипов A/A d/d x a/a D/D в F2 будет расщепление 9А—D— : 3А—dd : 3aaD— : 1aadd, а в анализирующем скрещивании 1AaDd : 1Aadtf : 1aaDd : 1aadd. Однако с геном одной из 10 групп сцепления, допустим с геном c, ген а обнаружит сцепление. Если сцепление окажется полным Ac/Ac x aC/aC, то при скрещивании в F2 будет наблюдаться расщепление 2АсаС : 1AcAc : 1aCaC, а в анализирующем скрещивании 1ACac : 1aCac.
В указанных примерах мы разобрали два крайних случая — полное сцепление с геном одной из групп сцепления и независимое наследование с генами остальных групп. Однако случай полного сцепления встречается в таких опытах крайне редко. Как правило, устанавливается неполное сцепление исследуемого гена с геном одной из групп сцепления. В данном случае при анализирующем скрещивании Ac/aC x ac/ac в потомстве обнаруживаются все четыре класса генотипов Аасс, ааСс, АаСс и аасс, но в неравных количествах: сочетаний, характерных для исходных родительских форм (А—сс и ааС—), всегда будет больше, чем новых сочетаний (А—С— и аасс). В F2 в данном случае особей аасс должно быть меньше, чем их ожидалось бы при независимом наследовании (9:3:3:1).
Изложенные выше методы применяются для определения группы сцепления у аутосомных генов. Гены, расположенные в половой хромосоме, как правило, показывают наследование, сцепленное с полом. Поэтому установление группы сцепления для таких генов несколько упрощается.
У объектов, группы сцепления которых еще не все маркированы мутантными генами, эта работа усложняется. В этом случае гены, которые при испытании не попадают ни в одну из известных уже групп сцепления, могут быть отнесены к новой, еще не известной группе сцепления. Обычно специально для работы по определению групп сцепления создают генетические линии, у которых каждая из хромосом маркирована хотя бы одним мутантным геном. Скрещивание с одной такой линией позволяет сразу определить группу сцепления для изучаемого гена.
Однако при определении группы сцепления только генетическими методами не всегда можно сказать, какая конкретная пара гомологичных хромосом аналогична соответствующей группе сцепления. Для этого требуются дополнительные цитогенетические исследования.
Локализация гена
После определения группы сцепления, к которой принадлежит ген, переходят к следующему этапу анализа и устанавливают место гена в группе сцепления. Локализация гена осуществляется путем учета результатов кроссинговера. Иногда для локализации гена привлекают и цитологические методы.
Для нахождения местоположения локуса гена в хромосоме необходимо производить скрещивание особей таким путем, чтобы место определяемого гена при кроссинговере было третьей точкой, как это было нами уже изложено при объяснении двойного кроссинговера. Маркировка трех локусов в хромосоме, или, как иногда называют, трех точек, совершенно необходима для определения порядка линейного расположения генов и расстояния между ними.
Схема определения локуса в гена в хромосоме
В рассмотренном ранее примере с дрозофилой процент кроссинговера между генами y и w равен 1,2, а между генами w и bi — 3,5. Но по этим показателям мы еще не можем сказать, где находится ген y, слева или справа от гена w; нельзя ничего сказать и о положении гена w по отношению к bi. И только определив процент перекреста между третьей парой генов y и bi в данном случае (4,7%), можно прийти к заключению, что ген w должен находиться между генами y и bi.
Таким образом, с помощью кроссинговера можно определить группу сцепления и место гена в ней. При этом внутри самого гена перекрест обычно не обнаруживается, в силу этого некоторые генетики склонны были определять ген как единицу перекреста, а точнее — как предельную единицу, не разделяемую далее перекрестом.
Поскольку ген занимает определенное место в группе сцепления, то это позволяет генетикам изучать топографию расположения генов в каждой хромосоме и представить это в виде генетических карт хромосом.