Genetiske Kors

et genetisk kors er målrettet parring av to individer som resulterer i kombinasjonen av genetisk materiale i avkom. Kryss kan utføres i mange modellsystemer-inkludert planter, gjær, fluer og mus—og kan brukes til å dissekere genetiske prosesser eller skape organismer med nye egenskaper.

denne videoen vil dekke noen av prinsippene for genetiske kors, undersøke en metode for å utføre kors kjent som tetrad analyse, og diskutere flere anvendelser av denne teknikken.

la Oss først introdusere de grunnleggende prinsippene for arv som gjør genetiske kryss mulig.

en organismes fenotype, eller sammensetning av egenskaper, påvirkes av dens genetiske sammensetning eller genotype. I de fleste seksuelt reproduserende organismer produserer foreldregenerasjonen haploide gameteceller, som har en kopi av hvert distinkte kromosom. Disse smelter deretter under parring for å produsere et diploid avkom med to homologe kopier av hvert kromosom. Hvis begge kromosomene inneholder samme allel, eller variant form av et gen, så organismen er «homozygot» på at genetisk locus; ellers, det er » heterozygot.»

for å starte syklusen på nytt, genererer den diploide organismen igjen haploide gameter via meiose. Under denne prosessen gjennomgår de to homologe kromosomene «rekombinasjon», hvor biter av ekvivalente sekvenser utveksles mellom paret. Denne prosessen blander opp foreldrenes alleler arvet av hvert avkom, og øker dermed deres genetiske mangfold.

En av de første som utførte systematiske genetiske kryss var «genetikkens far», Gregor Mendel. Ved å bruke den lett manipulerte erteplanten, og undersøke en rekke egenskaper med konsekvente arvemønstre, Var Mendel i stand til å utlede tre grunnleggende arvelover som ville danne grunnlaget for genetikk.

Mendels første lov er Loven Om Ensartethet, som sier at heterozygote avkom av den første, Eller F1, generasjonen av to homozygote individer vil ha fenotypen til bare en forelder. Allelet som etablerer denne fenotypen kalles «dominerende», mens den» skjulte «allelen er» recessiv.»Vi vet nå at dominansforhold ofte er mindre klare, med tilfeller som ufullstendig dominans, hvor heterozygoter uttrykker en blandet fenotype; og kodominans, hvor begge fenotyper vises.

Loven Om Segregering sier at en allel er tilfeldig tildelt hver gamete. Ved å observere At F2 avkom fra selvbefruktning av heterozygot F1 individer viste en 3:1 fenotypisk forhold, men at to av de fenotypisk dominerende individer faktisk er heterozygoter, utledes Mendel at de to foreldreallelene må arves separat. I dag vet vi at segregering oppstår under meiosis, når de to homologe kromosomene til den diploide foreldre er delt tilfeldig inn i haploide datterceller, som hver arver en av de to allelene.

Mendels tredje lov er Loven Om Uavhengig Sortiment, som sier at individuelle egenskaper arves uavhengig. Vi vet nå at absolutt uavhengighet bare eksisterer for egenskaper kontrollert av gener på separate kromosomer i haploid-settet, som distribueres uavhengig av datterceller under meiose. For to gener på samme kromosom er avstanden mellom dem omvendt proporsjonal med sannsynligheten for at de er rekombinert på forskjellige homologe kromosomer, og i forlengelse av hvor sannsynlig de er arvet sammen i samme avkom. Derfor analyserer de fire meiotiske produktene av en diploid organisme en måte for forskere å kartlegge plasseringen av gener.

etter å ha gjennomgått prinsippene bak genetiske kryss, la oss se på en protokoll for tetrad-analyse.

denne teknikken brukes vanligvis på visse enkeltcellealger eller sopp, som gjær, for å dissekere de fire haploide meiotiske produktene, eller sporer, som i disse artene forblir sammen som en «tetrad» i en enkeltcellekropp.

for å utføre tetrad-analyse i gjær, blir de ønskede stammene først dyrket på passende medier. Gjærceller fra individuelle kolonier får lov til å mate, for eksempel ved å streake hver stamme i et kryssmønster på en ny plate. Denne platen blir deretter replikert på selektive medier for å isolere bare det diploide produktet av korset.

utvalgte diploide celler dyrkes på næringsfattige medier for å indusere sporulering og tetraddannelse. Asci, som er strukturer som holder tetrads av sporer, fordøyes i løsninger som inneholder enzymet zymolyase. Etter fordøyelsen manipuleres individuelle asci ved hjelp av et tetrad-dissekerende mikroskop. De er arrangert på bestemte steder på en vekstplate, og forstyrret for å frigjøre de enkelte sporer. Disse kan plasseres i et grid – lignende monster, hvor hvert spor ville generere en individuell koloni som kan analyseres videre.

nå som du vet hvordan tetrad-analyse utføres, la oss undersøke noen av de mange applikasjonene eller modifikasjonene av denne teknikken.

Manuell disseksjon av tetrads er tidkrevende, og forskere har utviklet høy gjennomstrømmingsalternativer, for eksempel strekkodeaktivert sekvensering av tetrads. I denne metoden ble det diploide avkom av et gjærkors transformert med et bibliotek av plasmider, som hver inneholder en kort, unik sekvens kjent som en «strekkode» som fungerer som en identifikator for hvert avkom. Plasmidene uttrykker OGSÅ GFP, slik at gjær asci kan velges via flowcytometri og sorteres på agarplater. Asci ble lysert en masse på platene, og sporene fikk lov til å vokse til små kolonier. Koloniene ble deretter tilfeldig distribuert til 96-brønnplater for genotyping. Den unike sekvens strekkoden tillater forskere å gruppere de fire koloniene som oppsto fra sporer fra hver tetrad.

Genetiske kryss kan også brukes til å generere gjærceller med et stort antall gen slettinger. I green monster prosessen, haploid mutant gjær bærer forskjellige gen slettinger merket MED GFP er parret og sporulated. Disse haploide avkom, hvorav noen bærer slettinger arvet fra begge foreldrene, sorteres via fluorescensaktivert flowcytometri, hvor GFP-intensitet ble vist å korrelere med antall slettinger tilstede i en bestemt gjærstamme. Disse utvalgte cellene ble deretter dyrket og re-krysset. Gjenta denne syklusen genererte gjærstammer som inneholder mange slettinger.

til Slutt har genetiske kryss blitt tilpasset for bruk i mange modellsystemer, for eksempel malaria-forårsaker intracellulær parasitt Plasmodium. Fordi parasitten bare kan reprodusere i andre celler, må alle kryssende trinn utføres i mus eller mygg, henholdsvis parasittens naturlige vert og vektor. Her ble mus smittet med to unike Plasmodiumstammer på blodparasittstadiet. Parasittene ble deretter overført til mygg via blodmating, og en gang inne i de modnet til gameter som ville gjødsle for å danne diploide zygoter. De modne sporozoittene ble deretter høstet fra myggen og pleide å infisere naï mus, hvor parasittene ble forplantet for å isolere kryssavkommet av interesse.

Du har nettopp sett JoVE ‘ s video på genetiske kryss. I denne videoen introduserte vi prinsippene om arv, hvordan genetiske kryss i noen organismer kan analyseres med tetrad disseksjon, og noen få nåværende applikasjoner. Som alltid, takk for at du så på!