Geneettinen risti
geneettinen risti on kahden yksilön tarkoituksellinen pariutuminen, joka johtaa jälkeläisten geneettisen materiaalin yhdistymiseen. Risteytyksiä voidaan tehdä monissa mallijärjestelmissä—kuten kasveissa, hiivoissa, kärpäsissä ja hiirissä—ja niiden avulla voidaan leikellä geneettisiä prosesseja tai luoda eliöitä, joilla on uusia ominaisuuksia.
tämä video käsittelee joitakin geneettisten risteytysten periaatteita, tarkastelee yhtä risteytysmenetelmää, jota kutsutaan tetrad-analyysiksi, ja käsittelee useita tämän tekniikan sovelluksia.
ensin esitellään periytymisen perusperiaatteet, jotka mahdollistavat geneettiset risteytykset.
eliön fenotyyppiin eli ominaisuuksien koostumukseen vaikuttaa sen perimä tai genotyyppi. Useimmissa suvullisesti lisääntyvissä eliöissä vanhemman sukupolvi tuottaa haploidisia sukusoluja, joilla on yksi kopio kustakin erillisestä kromosomista. Nämä sitten sulautuvat parittelun aikana tuottaakseen diploidisen jälkeläisen, jossa on kaksi homologista kopiota kustakin kromosomista. Jos molemmissa kromosomeissa on sama alleeli eli geenin muunnosmuoto, eliö on ”homotsygoottinen” kyseisessä geneettisessä lokuksessa; muuten se on ”heterotsygoottinen.”
syklin aloittamiseksi uudelleen diploidi eliö synnyttää meioosin kautta jälleen haploidisia sukusoluja. Tämän prosessin aikana kaksi homologista kromosomia läpikäy ”rekombinaation”, jossa parin välillä vaihdetaan samanarvoisten sekvenssien bittejä. Tämä prosessi sekoittaa jokaisen jälkeläisen perimät vanhempien alleelit, mikä lisää niiden geneettistä monimuotoisuutta.
yksi ensimmäisistä systemaattisen geneettisen risteytyksen suorittaneista oli ”genetiikan isä” Gregor Mendel. Käyttämällä helposti manipuloitavaa hernekasvia ja tutkimalla useita piirteitä, joilla on yhdenmukaiset periytymismallit, Mendel pystyi päättelemään kolme perimän peruslakia, jotka muodostaisivat genetiikan perustan.
Mendelin ensimmäinen laki on Yhdenmukaisuuslaki, jonka mukaan kahden homotsygoottisen yksilön ensimmäisen eli F1-sukupolven heterotsygooteilla jälkeläisillä on vain toisen vanhemman fenotyyppi. Tämän fenotyypin muodostavaa alleelia kutsutaan ”dominoivaksi”, kun taas” piilotettu ”alleeli on” resessiivinen.”Tiedämme nyt, että dominanssisuhteet ovat usein epäselvempiä, kuten epätäydellinen dominanssi, jossa heterotsygootit ilmaisevat sekoittunutta fenotyyppiä;ja codominanssi, jossa molemmat fenotyypit näkyvät.
rotuerottelun lain mukaan yksi alleeli on satunnaistettu kullekin sukusolulle. Havainnoimalla, että F2-jälkeläiset heterotsygoottien F1-yksilöiden itsensä hedelmöityksestä osoittivat 3:1 fenotyyppinen suhde, mutta että kaksi fenotyyppisesti dominoivaa yksilöä ovat itse asiassa heterotsygootteja, Mendel päätteli, että kahden vanhemman alleelin on periydyttävä erikseen. Nykyään tiedetään, että Segregaatio tapahtuu meioosin aikana, jolloin diploidisen vanhemman kaksi homologista kromosomia jaetaan sattumanvaraisesti haploidisiin tytärsoluihin, joista kumpikin perii jommankumman kahdesta alleelista.
Mendelin kolmas laki on itsenäisen lajitelman laki, jonka mukaan yksilölliset piirteet periytyvät itsenäisesti. Tiedämme nyt, että absoluuttinen riippumattomuus on olemassa vain haploidijoukon erillisissä kromosomeissa olevien geenien hallitsemille piirteille, jotka jakautuvat itsenäisesti tytärsoluihin meioosin aikana. Kahden samassa kromosomissa olevan geenin välinen etäisyys on kääntäen verrannollinen siihen todennäköisyyteen, että ne rekombinoituvat eri homologisiin kromosomeihin, ja sitä kautta siihen, kuinka todennäköisesti ne periytyvät yhdessä samassa jälkeläisessä. Siksi diploidisen organismin neljän meioottisen tuotteen analysointi tarjoaa tiedemiehille mahdollisuuden kartoittaa geenien sijaintia.
kun on käyty läpi geneettisten risteytysten taustalla olevia periaatteita, tutustutaan tetrad-analyysin protokollaan.
tätä tekniikkaa käytetään tyypillisesti tiettyihin yksisoluisiin leviin tai sieniin, kuten hiivaan, leikeltäessä neljä haploidista meioottista tuotetta eli itiötä, jotka näillä lajeilla pysyvät yhdessä ”tetradina” yhden solun sisällä.
tetrad-analyysin tekemiseksi hiivassa halutut kannat kasvatetaan ensin sopivilla kasvualustoilla. Yksittäisten pesäkkeiden hiivasolujen annetaan paritella esimerkiksi viiruttamalla jokainen kanta ristikuviona uudelle levylle. Tämä levy on sitten replica-pinnoitettu päälle selektiivinen media eristää vain diploidi tuote ristin.
valikoituja diploidisoluja kasvatetaan ravinneköyhillä väliaineilla itiöiden ja tetradien muodostumisen indusoimiseksi. Itiöiden tetradeja kannattelevat asci: t pilkkoutuvat liuoksissa, jotka sisältävät tsymolyaasientsyymiä. Ruuansulatuksen jälkeen yksittäisiä asceja manipuloidaan tetrad-dissektiomikroskoopilla. Ne ovat järjestäytyneet tiettyihin paikkoihin kasvulevyllä ja häiriintyneet yksittäisten itiöiden vapauttamiseksi. Nämä voidaan sijoittaa verkkomaiseen kuvioon, jossa jokainen itiöemä tuottaisi yksittäisen pesäkkeensä, jota voidaan edelleen analysoida.
nyt kun tiedät, miten tetrad-analyysi tehdään, Tarkastellaanpa joitakin tämän tekniikan monista sovelluksista tai muunnoksista.
tetradien manuaalinen dissektio on aikaa vievää, ja tutkijat ovat keksineet suurikapasiteettisia vaihtoehtoja, kuten viivakoodia käyttävän sekvensoinnin tetradeille. Tässä menetelmässä hiivan risteytyksen diploidinen jälkeläinen muunnettiin plasmidien kirjastolla, joista jokainen sisältää lyhyen, yksilöllisen sekvenssin, joka tunnetaan ”viivakoodina”, joka toimii kunkin jälkeläisen tunnisteena. Plasmidit ilmaisevat myös GFP: tä, jolloin hiiva asci voidaan valita virtaussytometrialla ja lajitella agar-levyille. Askit lysäytettiin joukoittain lautasille, ja itiöt saivat kasvaa pieniksi pesäkkeiksi. Pesäkkeet jaettiin sitten satunnaisesti 96-kuoppaisiin levyihin genotyypitystä varten. Ainutlaatuisen sekvenssikoodin avulla tutkijat voivat ryhmitellä neljä pesäkettä, jotka syntyivät itiöistä kustakin tetradista.
geneettisten risteytysten avulla voidaan tuottaa myös hiivasoluja, joissa on suuri määrä geenien poistoja. Green monster-prosessissa haploidinen mutanttihiiva, joka kantaa erilaisia GFP: llä merkittyjä geenien deleetioita, pariutuu ja itiöi. Nämä haploidiset jälkeläiset, joista osa kantaa deleetioita molemmilta vanhemmiltaan, lajitellaan fluoresenssilla aktivoidun virtaussytometrian avulla, jossa GFP-intensiteetin osoitettiin korreloivan tietyn hiivakannan deleetioiden määrän kanssa. Nämä valitut solut sitten viljeltiin ja risteytettiin uudelleen. Tämän kiertokulun toistaminen synnytti hiivakantoja, jotka sisälsivät lukuisia poistumia.
lopulta geneettisiä risteytyksiä on mukautettu käytettäväksi monissa mallijärjestelmissä, kuten malariaa aiheuttavassa solunsisäisessä Loisessa Plasmodiumissa. Koska loinen voi lisääntyä vain muissa soluissa, kaikki risteytysvaiheet on tehtävä hiirillä tai hyttysillä, loisen luonnollisella isännällä ja vektorilla. Täällä hiiret saivat tartunnan kahdesta ainutlaatuisesta Plasmodium-kannasta veren loisivaiheessa. Loiset siirtyivät hyttysiin veriruokinnan kautta, ja sisälle päästyään ne kypsyivät sukusoluiksi, jotka hedelmöittyivät diploidisiksi tsygooteiksi. Täysikasvuiset sporotsoiitit kerättiin sitten hyttysestä ja käytettiin naiivien hiirten tartuttamiseen, jossa loiset lisääntyivät kiinnostavien risteytysten eristämiseksi.
olet juuri katsonut joven videon geneettisistä risteistä. Tässä videossa esittelimme periytymisen periaatteet, miten geneettisiä ristejä joissakin organismeissa voidaan analysoida tetrad-dissektiolla, ja muutamia nykyisiä sovelluksia. Kuten aina, Kiitos katselusta!