Co to jest marker genetyczny? Po co to jest?

Odkrycia nowych markerów genetycznych, które pomagają w identyfikacji a tym samym lepsze zapobieganie wielu chorobom.

Markery te służą do powiązania pewnych mutacji genetycznych z ryzykiem pojawienia się i rozwoju wielu zaburzenia dziedziczne. Zastosowanie nowych technik sekwencjonowania genomu będzie miało zasadnicze znaczenie dla pogłębiania wiedzy na temat tego typu chorób i wielu innych.

W tym artykule wyjaśniamy, czym jest marker genetyczny, jakie rodzaje markerów istnieją, w jaki sposób są wykrywane różne warianty genetyczne i jakie są główne techniki stosowane w sekwencjonowaniu genomika.

• Polecany artykuł: „Co oznacza „wrodzony”?

Co to jest marker genetyczny?

Markery genetyczne są segmentami DNA znajduje się w znanej pozycji (locus) na danym chromosomie. Zwykle markery te są związane z określonymi fenotypami chorób i są bardzo przydatne w identyfikowaniu różnych odmian genetycznych u określonych osób i populacji.

Technologia markerów genetycznych opartych na DNA zrewolucjonizowała świat genetyki, ponieważ dzięki nim możliwe jest wykrywanie polimorfizmów (odpowiedzialnych za duża zmienność między osobnikami tego samego gatunku) między różnymi genotypami lub allelami genu dla danej sekwencji DNA w grupie genów.

Te markery, które dają wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia choroby, są najbardziej przydatne jako narzędzia diagnostyczne.. Marker może mieć konsekwencje funkcjonalne, takie jak zmiana ekspresji lub funkcji genu, który bezpośrednio przyczynia się do rozwoju choroby; i odwrotnie, może nie mieć żadnych konsekwencji funkcjonalnych, ale może znajdować się blisko wariantu funkcjonalne, tak że zarówno marker, jak i wariant są zwykle dziedziczone razem w populacji ogólny.

Warianty DNA są klasyfikowane jako „neutralne”, gdy nie powodują żadnych zmian w cechach metabolicznych lub fenotypowe (obserwowalne cechy) i kiedy nie podlegają żadnej presji ewolucyjnej (pozytywnej, negatywnej lub stabilizator); W przeciwnym razie odmiany nazywane są funkcjonalnymi.

Mutacje w kluczowych nukleotydach w sekwencji DNA mogą zmieniać skład aminokwasowy białka i prowadzić do nowych wariantów funkcjonalnych. Wspomniane warianty mogą mieć wyższą lub niższą wydajność metaboliczną w porównaniu z oryginalną sekwencją; mogą całkowicie utracić swoją funkcjonalność lub nawet dodać nową.

Metody wykrywania polimorfizmu

Polimorfizmy definiuje się jako warianty genetyczne w sekwencji DNA między osobnikami tego samego gatunku.. Mogą one mieć wpływ na fenotyp, jeśli zostaną znalezione w kodujących regionach DNA.

Istnieją dwie główne metody wykrywania tych polimorfizmów: metoda Southerna, technika hybrydyzacji kwasów nukleinowych; oraz technikę reakcji łańcuchowej polimerazy PCR, która umożliwia amplifikację małych specyficznych regionów materiału DNA.

Za pomocą tych dwóch metod można zidentyfikować zmienność genetyczną w próbkach DNA i polimorfizmy w określonym regionie sekwencji DNA. Z przeprowadzonych badań wynika jednak, że w przypadku bardziej złożonych schorzeń jest to trudniejsze zidentyfikować te markery genetyczne, ponieważ są one zwykle poligeniczne, to znaczy spowodowane defektami mnogimi geny.

Rodzaje markerów genetycznych

Istnieją dwa główne typy markerów molekularnychs: translacja post-transkrypcyjna, przeprowadzana przez pośrednią analizę DNA; oraz te typu przedtranskrypcyjno-translacyjnego, które umożliwiają wykrycie polimorfizmów bezpośrednio na poziomie DNA i które omówimy poniżej.

1. znaczniki RFLP

Markery genetyczne RFLP (polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych). uzyskuje się po ekstrakcji i fragmentacji DNA, poprzez cięcie endonukleazy enzymami restrykcyjnymi.

Otrzymane fragmenty restrykcyjne są następnie analizowane za pomocą elektroforezy żelowej. Są podstawowym narzędziem do mapowania genomu i analizy chorób wielogenowych.

2. znaczniki AFLP

Te markery są bialleliczne i dominujące.. Wariacje w wielu loci (nazewnictwo wielu loci) można sortować jednocześnie, aby wykryć wariacje w jednym nukleotyd z nieznanych regionów genomu, w których dana mutacja może być często obecna w genach funkcjonalnych nieokreślony.

3. mikrosatelity

Mikrosatelity są najpopularniejszymi markerami genetycznymi w badaniach charakterystyki genetycznej. Jego wysoki wskaźnik mutacji i kodominujący charakter umożliwiają oszacowanie różnorodności genetycznej w obrębie i między różnymi rasami oraz mieszanie genetyczne między rasami, nawet jeśli są one blisko siebie powiązany.

4. Markery mitochondrialnego DNA

Te znaczniki zapewniają szybki sposób wykrywania hybrydyzacji między gatunkami lub podgatunkami.

Polimorfizmy w niektórych sekwencjach lub w regionie kontrolnym mitochondrialnego DNA przyczyniły się w dużym stopniu do identyfikacji przodków gatunków domowych, ustalanie wzorców geograficznych różnorodności genetycznej i zrozumienie zachowań rozrodczych. udomowienie.

5. Markery RAPD

Markery te są oparte na reakcji łańcuchowej polimerazy lub technice PCR. Fragmenty otrzymane przez RAPD amplifikuje się w różnych losowych regionach.

Jej przydatność polega na tym, że jest techniką łatwą w użyciu i pozwala szybko i jednocześnie rozróżnić wiele polimorfizmów. Został wykorzystany w analizie różnorodności genetycznej oraz ulepszaniu i różnicowaniu linii klonalnych.

Techniki sekwencjonowania genomu

Wiele istniejących chorób ma podłoże genetyczne. Przyczyna jest zwykle określana przez pojawienie się jednej lub więcej mutacji, które powodują chorobę lub przynajmniej zwiększają ryzyko jej rozwoju.

Jedną z najczęstszych technik wykrywania tych mutacji, stosowaną do niedawna, jest genetyczne badanie asocjacyjne., które obejmują sekwencjonowanie DNA jednego lub grupy genów, co do których podejrzewa się udział w określonej chorobie.

Genetyczne badania asocjacyjne badają sekwencje DNA w genach nosicieli i osób zdrowych w celu znalezienia odpowiedzialnego genu (genów). W badaniach tych próbowano objąć członków tej samej rodziny, aby zwiększyć prawdopodobieństwo wykrycia mutacji. Jednak ten rodzaj badań umożliwia jedynie identyfikację mutacji związanych z pojedynczym genem, z ograniczeniami, jakie to pociąga za sobą.

W ostatnich latach odkryto nowe techniki sekwencjonowania, które umożliwiły ich przezwyciężenie ograniczeń, znanych jako techniki sekwencjonowania nowej generacji (NGS). Język angielski). Pozwalają one na sekwencjonowanie genomu, inwestując mniej czasu (i mniej pieniędzy). W rezultacie obecnie prowadzone są tak zwane Genome-Wide Association Studies lub GWAS (Genome-Wide Association Studies).

Sekwencjonowanie genomu za pomocą GWAS umożliwia zbadanie wszystkich mutacji obecnych w genomie, wykładniczo zwiększając prawdopodobieństwo znalezienia genów odpowiedzialnych za określoną chorobę. Doprowadziło to do powstania międzynarodowych konsorcjów z naukowcami z całego świata, którzy dzielą się mapami chromosomów z wariantami ryzyka wielu chorób.

Jednak GWAS nie są pozbawione ograniczeń, takich jak niezdolność do pełnego uwzględnienia ryzyka genetycznego i rodzinnego. powszechnych chorób, trudności w ocenie rzadkich wariantów genetycznych lub małej wielkości efektu uzyskanego w większości z nich studia. Niewątpliwie problematyczne aspekty, które trzeba będzie poprawić w nadchodzących latach.

Odniesienia bibliograficzne:

• Korte, A. i Farlow, A. (2013). Zalety i ograniczenia analizy cech za pomocą GWAS: przegląd. Metody roślinne, 9(1), 29.

• Pritchard, J. K., & Rosenberg, N. DO. (1999). Wykorzystanie niepowiązanych markerów genetycznych do wykrywania rozwarstwienia populacji w badaniach asocjacyjnych. The American Journal of Human Genetics, 65(1), 220-228.

• Williams, J. G., Kubelik, A. R., Livak, K. J., Rafalski, J. A., & Tingey, S. w. (1990). Polimorfizmy DNA amplifikowane przez dowolne startery są przydatne jako markery genetyczne. Badania nad kwasami nukleinowymi, 18(22), 6531-6535.