معلومة

4.5: الاختبارات التكميلية و Allelism - علم الأحياء

4.5: الاختبارات التكميلية و Allelism - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

- جين واحد أم أكثر من جين؟

كما هو موضح سابقًا في هذا الفصل ، يعد فحص الطفرات إحدى الخطوات الأولى التي يستخدمها علماء الوراثة للتحقيق في العمليات البيولوجية. هذا هو ، هم الطفرات الأليلية، أو الطفرات غير الأليلية، على التوالى؟ يمكن حل هذا السؤال باستخدام اختبارات التكميل، والتي تجمع أو تجمع بين الطفرتين قيد الدراسة في نفس الكائن الحي لتقييم النمط الظاهري المشترك.

مثال افتراضي للزهور الأرجوانية

أسهل طريقة لفهم اختبار التكميل هي عن طريق المثال (الشكل 4.9). يمكن أن تعتمد الصبغة في زهرة أرجوانية على مسار كيميائي حيوي يشبه إلى حد كبير المسارات البيوكيميائية مما أدى إلى إنتاج الأرجينين في نيوروسبورا (راجع الفصل الأول). نبات يفتقر إلى وظيفة الجين أ (التركيب الوراثي أأ) ستنتج أزهارًا بيضاء متحولة تشبه أزهار نبات تفتقر إلى وظيفة الجين B (النمط الجيني ب). (تمت مناقشة جينات اثنين من الموضعين أكثر في الفصول التالية.) كلاهما إنزيمات في نفس المسار الذي يؤدي من مركب عديم اللون رقم 1 ، مركب عديم اللون رقم 2 ، إلى الصباغ الأرجواني. ستؤدي الكتل في أي من الخطوتين إلى زهرة أرجوانية بيضاء متحولة ، وليست من النوع البري.

يمكن تمثيل السلالات ذات الطفرات في الجين A على أنها النمط الجيني أأ، في حين يمكن تمثيل السلالات ذات الطفرات في الجين B على أنها ب. بالنظر إلى وجود جينين هنا ، A و B ، يمكن تمثيل كل من هذه السلالات المتحولة بشكل كامل aaBB و AAbb . (ملاحظة تعليمية: غالبًا ما ينسى الطالب أن الأنماط الجينية عادةً ما تظهر فقط مواضع متحولة ، ومع ذلك ، يجب أن يتذكر المرء أن جميع الجينات الأخرى يُفترض أنها من النوع البري.)

إذا تم عبور هاتين السلالتين معًا ، فستكون السلالة الناتجة كلها AaBb. سيكون لديهم كلا من النوع البري والجين الوظيفي A والجين B وبالتالي سيكون لديهم زهرة أرجوانية مصطبغة ، نمط ظاهري من النوع البري. هذا مثال على تكملة. معًا ، توفر كل سلالة ما ينقص الآخر (AaBb). تحدث الطفرات في جينات مختلفة ، وبالتالي تسمى الطفرات غير الأليلية.

الآن ، إذا تم تقديم سلالة ثالثة متكاثرة نقية ، مشتقة بشكل مستقل من زهرة بيضاء ، فلن نعرف في البداية ما إذا كانت متحولة في الجين A أو الجين B (أو ربما بعض الجينات الأخرى تمامًا). يمكننا استخدام اختبار التكميل لتحديد الجين المتحور. لإجراء اختبار تكميلي ، يتم تهجين شخصين متماثلين مع أنماط ظاهرية متحولة متشابهة (الشكل ( PageIndex {10} )).

إذا كان كل ذرية F1 لها نفس النمط الظاهري المتحور (الحالة 1 - الشكل ( PageIndex {10} ) أ) ، فإننا نستنتج أن نفس الجين قد تحور في كل من الوالدين. ثم تسمى هذه الطفرات الطفرات الأليلية - في نفس مكان الجين. هذه الطفرات تفشل في أن تكمل بعضها البعض (لا تزال متحولة). يمكن أن تكون هذه إما نفس الأليلات الطافرة بالضبط ، أو طفرات مختلفة في نفس الجين (الأليلات).

على العكس من ذلك ، إذا بدا أن جميع ذرية F1 من النوع البري (الحالة 2 - الشكل ( PageIndex {10} ) ب) ، فمن المرجح أن يحمل كل من الوالدين طفرة في جين مختلف. عندئذٍ ستُطلق على هذه الطفرات اسم طفرات غير أليلية - في موضع جيني مختلف. هذه الطفرات تكمل بعضها البعض.

ملحوظة: من أجل استخدام الطفرات في اختبارات التكميل ، فهي (1) عادة ما تكون صادقة التكاثر (متماثلة اللواقح في موضع الطفرات) ، و (2) يجب أن تكون طفرات متنحية. لا يمكن استخدام الطفرة المهيمنة في اختبارات التكميل. تذكر أيضًا أن بعض السلالات الطافرة قد يكون لها أكثر من موضع جيني متحور ، وبالتالي قد تفشل في استكمال طفرات من أكثر من موضع (أو مجموعة) أخرى.

أ.ب.

الشكل ( PageIndex {10} ) أ - الملاحظة: في اختبار التكميل النموذجي ، تكون الأنماط الجينية للوالدين غير معروفة (على الرغم من أنهما يجب أن يكونا نقيًا من التكاثر والطفرات متماثلة اللواقح). إذا كان لجميع ذرية F1 نمط ظاهري متحور (الحالة 1) ، فلا يوجد تكملة. إذا كانت ذرية F1 كلها من النوع البري ، فإن الطفرات تكمل بعضها البعض بنجاح.

الشكل ( PageIndex {10} ) ب - التفسير: كان لدى الوالدين الطافرين المتماثلين التكاثر النقي أنماط جينية غير معروفة قبل اختبار التكميل ، ولكن يمكن افتراض أن لديهم إما طفرات في نفس الجينات (الحالة 1) أو في جينات مختلفة (الحالة 2). في الحالة 1 ، سيكون لكل ذرية النمط الظاهري الطافر ، لأنهم جميعًا سيكون لديهم نفس التركيب الوراثي المتماثل مثل الوالدين. في الحالة 2 ، كل والد لديه طفرة في جين مختلف ، وبالتالي لا شيء من F1 سيكون النسل متحولة متماثلة اللواقح في أي من الموضعين. لاحظ أن التركيب الجيني في الحالة 1 يمكن كتابته إما aa أو aaBB. (الأصل- Deyholos-CC: AN)

سيادة غير تامة هو عندما ينتج عن الجمع غير المتجانس لأليلين نمط ظاهري يكون وسيطًا بين توليفتين متماثلتين.
في بعض الأزهار ، تكون بتلات c + c + حمراء وبتلات c'c بيضاء.
ومع ذلك ، بدلاً من أن يكون أحدهما مهيمنًا تمامًا ، يكون لون الزيجوت المتغاير c + c 'ورديًا.
وبالمثل ، في أبقار Shorthorn ، فإن نسل Shorthorn أحمر و Shorthorn أبيض هو زئير (مزيج من الشعر الأحمر والأبيض).
في ماشية Shorthorns ، r + r + مطلي باللون الأحمر ، r'r 'أبيض و r + r' هو roan.

إذا كان الأليل سائدًا تمامًا ، فإن نسخة واحدة (بدلاً من جرعتين) من الجين ستنتج منتجًا جينيًا كافيًا لإعطاء الوظيفة الطبيعية.
بمعنى آخر ، نصف جرعة الجين كافية: الجين كاف غير كافية.
نادرًا ما يكون هذا غير صحيح (ونصف جرعة الجين غير كافية): يقال إن الجين غير كافٍ.

كودومينانس يحدث عندما ينتج أليلين نواتج مختلفة.
في فصائل الدم ABO البشرية ، يمكن للفرد أن يحمل ما يصل إلى أليلين من الجين I (I A I B ، أو i).

الطراز العرقى فصيلة الدم
أنا أ أنا أ أو أنا أ أ
I B I B أو I B i ب
أنا أ أ ب AB
أنا ا

تذكر أن نوع السيادة يتم تحديده من خلال الوظائف الجزيئية لأليلات الجين ومستوى التحليل التحليلي.
فقر الدم المنجلي هو مرض متنحي (Hb S Hb S).
في الزيجوت المتغايرة التي تحتوي على خلايا دم حمراء غير طبيعية في ظل بعض الظروف (سمة الخلية المنجلية) ، تكشف عن وجود مشفر لأشكال مختلفة من الهيموجلوبين.
يُظهر الرحلان الكهربائي (فصل الجزيئات في دعامة صلبة (مثل الجل) بواسطة التيار الكهربائي) لبروتينات خلايا الدم شكلين مختلفين من الهيموجلوبين.

سلسلة أليليك


تكشف الاختبارات بين الأنواع من الأليلة التوقيت التطوري ونمط تراكم طفرات العزلة الإنجابية

على الرغم من النظرية الشاملة ، لا يُعرف الكثير عن التراكم التجريبي والتوقيت التطوري للطفرات التي تساهم في الانتواع. قمنا هنا بدمج تحليلات QTL (الروابط الكمية) للعزلة الإنجابية ، مع معلومات عن العلاقات التطورية للأنواع ، لإعادة بناء ترتيب وتوقيت الطفرات التي تساهم في العزلة الإنجابية بين ثلاثة أنواع نباتية (Solanum). لتقييم ما إذا كانت العزلة الإنجابية QTL التي يبدو أنها تتطابق في أكثر من زوج من الأنواع متماثلة ، استخدمنا اختبارات محددة من الأليلة ووجدنا دليلًا لكل من الأليلات المتجانسة والخاصة بالنسب (غير المتجانسة) في هذه المواقع المحلية المشتركة. تشير هذه البيانات ، جنبًا إلى جنب مع العزلة QTL الفريدة لأزواج الأنواع الفردية ، إلى أن & gt 85٪ من الطفرات المسببة للعزلة نشأت لاحقًا في تاريخ الاختلاف بين الأنواع. تدعم التحليلات الصريحة من الناحية التطورية لهذه البيانات النماذج غير الخطية لتراكم عدم التوافق الهجين ، على الرغم من أن النموذج الأنسب المحدد يختلف بين صفات العقم (التفاعلات الزوجية) وحبوب اللقاح (التفاعلات متعددة المواضع). تؤكد النتائج التي توصلنا إليها النظرية التي تتنبأ بتسارع (`` كرة الثلج '') في تراكم مواقع العزلة مع تباعد الأنساب تدريجيًا ، وتقترح قواعد وراثية أساسية مختلفة لحبوب اللقاح مقابل عقم البذور. يبدو أن عقم حبوب اللقاح على وجه الخصوص ناتج عن التفاعلات الجينية المعقدة ، ونظهر أن هذا يتوافق مع نموذج كرة الثلج حيث من المرجح أن تكون الطفرات الناشئة لاحقًا متورطة في التفاعلات الزوجية أو متعددة المواقع التي تتضمن على وجه التحديد الأليلات الأسلاف ، مقارنة بالظهور السابق الطفرات.

بيان تضارب المصالح

وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الأرقام

الشكل 1. رسم تخطيطي لأنواع متقاطعة ...

الشكل 1. رسم تخطيطي لاختبار الأنواع المتقاطعة من الأليلة لتحديد التماثل في التوطين ...

الشكل 2. اختبار الأليلة في حبوب اللقاح ...

الشكل 2. اختبار الأليلة في موضع عقم حبوب اللقاح pf7.2 .

أ) الموقع الكروموسومي (المظلل) لـ ...

الشكل 3. اختبار الأليلة في البذرة ...

الشكل 3. اختبار الأليلة في موضع عقم البذور sss1.2 .

أ) الموقع الكروموسومي (المظلل) لـ ...

الشكل 4. اختبار الأليلة في البذرة ...

الشكل 4. اختبار الأليلة في موضع عقم البذور sss2.1 .

أ) الموقع الكروموسومي (المظلل) لـ ...

الشكل 5. الموضع المستنتج لكل ما تم اكتشافه ...

الشكل 5. الموضع المستنتج لجميع مواقع العزل المكتشفة التي تعمل على (أ) خصوبة حبوب اللقاح ، و ...

الشكل 6. عدد الأضرار المحتملة ...

الشكل 6. عدد التفاعلات الضارة المحتملة بين الأليلات المشتقة فقط (اللوحات اليسرى) ، أو ...


التكملة الكمية: الجيل القادم

التكميل الجيني هو نهج قياسي في علم الوراثة الجزيئي يستخدم لتحديد ما إذا كانت الطفرات المتنحية التي لها نفس النمط الظاهري هي أليلات من نفس الجين (Hawley & # x00026 Gilliland 2006). إذا كانت كل من الطفرتين متنحية ، ولكن تم العثور عليها في جينات مختلفة ، فسيتم "استكمال" كل منهما بواسطة أليل من النوع البري المقابل في تهجين F1. إذا كان النمط الظاهري المتنحي لا يزال يُرى في F1 ، فإن الطفرات "تفشل في التكميل" ، مما يدعم فرضية أنها أليلات من نفس الجين. هناك بعض الحالات التي يمكن أن يكون فيها الفشل في التكميل ناتجًا عن epistasis بدلاً من allelism ، ولكن عندما تكون الطفرات في خلفية مشتركة ، تكون هذه الحالات هي الاستثناء وليس القاعدة (Yook وآخرون. 2001 Badano & # x00026 Katsanis 2002 Hawley & # x00026 Gilliland 2006). تخيل ، على سبيل المثال ، أن النمط الظاهري يمكن إنتاجه عن طريق طفرة متنحية متماثلة اللواقح في الجينات A أو B ، لكن كونهما متغاير الزيجوت لكليهما في وقت واحد يمكن أن ينتج نفس النمط الظاهري. من المتوقع أن يكون هذا نادر الحدوث ما لم يتفاعل هذان الجينان بشكل مباشر ، أو على الأقل في نفس المسار ، لذلك من المحتمل أن يكون هذا الفشل في التكميل مربكًا ولكنه قد يكشف أيضًا عن التفاعلات والمسارات (Yook) وآخرون. 2001 Badano & # x00026 Katsanis 2002 Hawley & # x00026 Gilliland 2006).

تم تصميم اختبار التكامل الكمي (QCT) كتطبيق لهذا النهج للسمات الكمية (Long وآخرون. 1996 ماكاي & # x00026 فراي 1996). في هذه الحالة ، من المتوقع أن يكون لأي سلالتين طبيعيتين أليلات مختلفة في مواقع متعددة تؤثر على سمة الفائدة ، ويمكن أن يكون لهذه الأليلات أي علاقات هيمنة. في التقاطع F1 بين السلالات ، سيتم حساب متوسط ​​تأثيرات هذه الأليلات المختلفة إذا كانت سائدة أو مقنعة إذا كانت متنحية. إذا تم تهجين كل سلالة طبيعية إلى سلالة مع أليل فقدان الوظيفة المعروف ، فإن الأليل الطبيعي في هذا الموضع لن يتم تهجينه مع أي أليل آخر أو حجبه. كما تم ابتكاره في الأصل ، عبر QCT اثنين أو أكثر من العزلات الطبيعية إلى سلالة مع طفرة مستحثة بفقدان الوظيفة وأليل تحكم (الشكل 1). إذا كان هناك تفاعل إحصائي كبير بين طفرة فقدان الوظيفة والسلالة الطبيعية ، فهذا يدعم فرضية أن التباين الطبيعي في هذا المكان يؤثر على سمة الاهتمام (الشكل 2).

مخططات لأداء التكامل الكمي. يظهر الاختبار كما تم وضعه في الأصل في الجزء أ. السلالات الطبيعية (الأحمر والأزرق) ذات الأليلات المختلفة في الموقع المستهدف (A و B) يتم عبورها إلى سلالة تحكم (رمادية) متغايرة الزيجوت لفقدان أليل الوظيفة (X) و أليل تحكم (C). تتم مقارنة قيم السمات لأربعة طرز وراثية: AC و BC و AX و BX. يمكن إجراء الاختبار البديل ، الموضح في الجزء ب ، عندما يمكن إنتاج طفرات فقدان الوظيفة داخل السلالات الطبيعية. تكون المقارنة الأولية بعد ذلك بين AX و BX فقط ، حيث أن هذه السلالات لها نفس الخلفية الجينية بالإضافة إلى النمط الجيني AB يضيف معلومات حول تأثيرات الجرعة.

النتائج البديلة لاختبار التكامل الكمي. يظهر الاختبار الأصلي ، الذي يقارن بين أربعة أنماط وراثية ، في الجزء أ (على اليسار). النتيجة الموضحة في الأعلى هي نتيجة سلبية ، على الرغم من أنه يبدو أن هناك تأثيرًا للخلفية الجينية (A مقابل B) وجرعة الجين (X مقابل C). تظهر النتيجة أدناه تفاعلًا بين الخلفية (A مقابل B) ووجود أليل التحكم (X مقابل C). قد يكون هذا بسبب الأليلات في الموقع المستهدف أو تفاعل بين جرعة الجين والأليلات الأخرى التي تختلف بين الخلفيات A و B. النسخة البديلة موضحة في الجزء ب (يمين). تظهر النتيجة في الأعلى تأثيرًا للجرعة ولكن لا يوجد دليل على الاختلاف الأليلي أدناه نتيجة إيجابية للأليلات المضافة. على عكس في A ، فإن التفاعل بين الخلفية الجينية والجرعة من شأنه أن ينتج نتيجة سلبية في الأعلى ، وليس النتيجة الإيجابية أدناه ، لأن الأنماط الجينية AX و BX لها نفس الخلفية الجينية.

QCT هي طريقة ذكية لاستخدام الموارد الوراثية الجزيئية لدراسة علم الوراثة السكانية. في ذبابة الفاكهة سوداء البطن، حيث تم استخدام الاختبار في البداية ، يمكن طلب العديد من طفرات فقدان الوظيفة ببساطة في البريد من مراكز المخزون. بالإضافة إلى ذلك ، تم إنتاج العديد من المخزونات مع عمليات حذف كبيرة تشمل العديد من الجينات (Cook et al. 2012 Ryder وآخرون. 2004). إذا كان QCT موثوقًا به ، فستكون عمليات الحذف هذه مفيدة بشكل استثنائي لرسم الخرائط ، لأن مقياس المناطق المحذوفة مستقل عن المعدل الطبيعي للعبور في موضع معين. إذا تم تعيين QTL إلى فاصل زمني 10 ميجا بايت ، على سبيل المثال ، يمكن استخدام عمليات الحذف المتداخلة التي تمتد عبر هذا الفاصل الزمني لفحص هذا الموقع وتعيين الأليلات بدقة (على سبيل المثال ، De Luca وآخرون. 2003). بمجرد أن يتم تقليل المنطقة المرشحة إلى حفنة من الجينات ، يمكن بعد ذلك استخدام أليلات فقدان الوظيفة في هذه الجينات لتحديد الجين (الجينات) الذي يؤوي الأليلات السببية.

هناك عائقان أمام تنفيذ اختبار التكامل الكمي في أنظمة النماذج الناشئة. أولاً ، لا يتم تسليم عمليات حذف الجينات وحذفها بشكل عام عبر الخدمة البريدية. أصبح هذا التحدي فجأة أقل ترويعًا بسبب الاختراقات في التلاعب الجينومي - وخاصة نظام CRISPR / Cas9 (Cong وآخرون. 2013 مالي وآخرون. 2013). بعد عام من التطور المحموم (يقدم البحث في Pubmed عن "CRISPR" 314 نتيجة لعام 2013) ، هناك تفاؤل بأن هذه التقنية ستمكّن من القضاء على الجينات المستهدفة عبر شجرة الحياة (على سبيل المثال ، Chang وآخرون. 2013 جراتز وآخرون. 2013 شان وآخرون. 2013 وانج وآخرون. 2013 ب). تم اكتشاف تقنية CRISPR ، وهي اختصار لعبارة "التكرارات المتناغمة القصيرة المتجمعة والمتباعدة بانتظام" ، مؤخرًا على أنها مكون من الاستجابات المناعية للبكتيريا والعتائق (بارانجو وآخرون. 2007). ترتبط RNAs المنتجة من هذه التكرارات ببروتينات (Cas) المرتبطة بـ CRISPR لاستهداف تسلسلات DNA معينة للتحلل. تم تصميم هذه الآلية الآن لإنتاج طفرات هي طريقة مستهدفة في الكائنات الحية الأخرى (Jinek وآخرون. 2012 مالي وآخرون. 2013) ، ويبدو أنه يعمل في مجموعة متنوعة من الأصناف (Pennisi 2013). يمكن إنتاج بروتين Cas9 والحمض النووي الريبي المستهدف في الجسم الحي من خلال دمج الجينات المحورة في الجينوم المستهدف (Kondo و Ueda 2014) ، ولكن يمكن أيضًا إنتاجها في المختبر ويتم حقنه في الكائن المستهدف (Gratz وآخرون. 2014). يمكن استخدام RNAs متعددة الاستهداف في وقت واحد ، مما يسمح بتحرير الجينوم المتعدد (Jao وآخرون. 2013 كونغ وآخرون. 2013). يمكن أيضًا استخدام CRISPR لإدخال التركيبات الهندسية (Cong وآخرون. 2013 مالي وآخرون. 2013 تسور وآخرون. 2013) ، مثل تلك المستخدمة في D. melanogaster لإنشاء عمليات الحذف (Cook et al. 2012 Ryder وآخرون. 2004). بطريقة مماثلة ، يمكن استخدام CRIPSPR لمبادلة الأليلات الطبيعية بين الخلفيات الجينومية ، مما يلغي الحاجة إلى اختبارات التكميل. أظن أن استبدال مواضع بحجم الجين سيظل يتطلب عمالة أكثر من إنتاج الضربات القاضية في المستقبل المنظور. حتى في الجينوم المضغوط مثل D. melanogaster، العديد من الجينات تمتد على فترات طويلة: نسخ ملحق tenascin يمكن أن يتجاوز 200 كيلو بايت ، كما هو موضح في flybase.org. إذا اشتبه في أن هذا الجين يؤوي تباينًا طبيعيًا ، فقد يكمن هذا الاختلاف في نطاق 200 كيلو بايت أو في المناطق التنظيمية خارجها. ما لم يتم تبادل مثل هذه القطع الضخمة من الحمض النووي بين العزلات الطبيعية ، فإن مثل هذا الجين المرشح يجب أن يتم فحصه في العديد من الأجزاء ، كما أن جينات ترميز البروتين (حتى الآن) موجودة أيضًا داخل الإنترونات ملحق tenascin، وسوف يعقد الاستدلال. لذلك من المرجح أن يوفر التكميل الكمي إضافة مفيدة إلى مجموعات الأدوات الجينية لبعض الوقت.

التحدي الثاني الذي يواجه QCT هو الالتباس من epistasis. أي نوعين من الأنماط الجينية المأخوذة من الطبيعة يختلفان في عدد لا يحصى من المواقع ، وإذا كان أي من هذه الاختلافات يتفاعل بشكل معرفي مع أليل فقدان الوظيفة ، فقد ينتج عن ذلك إيجابية كاذبة (Service 2004). تم استخدام هذا النهج بنجاح على الرغم من هذه المشكلة (على سبيل المثال Coyne وآخرون. 1999 دي لوكا وآخرون. 2003 Presgraves 2003 Kopp وآخرون 2003 Meiklejohn وآخرون. 2013) ، لكن الاختبار فشل في إنتاج مستوى عالٍ من الأدلة بمفرده. يمكن التغلب على هذا التحدي أيضًا: يمكن إجراء نسخة مماثلة ولكن أقل إشكالية من QCT عندما يمكن إنتاج طفرات فقدان الوظيفة داخل السلالات قيد الدراسة بدلاً من سلالة مرجعية (الشكل 1). باستخدام QCT المعدل ، يمكن مقارنة قيمة سمة النمط الجيني متغاير الزيجوت مع كل من الأنماط الجينية hemizygous ، كل ذلك في خلفية وراثية مشتركة. يُقارن هذا بشكل إيجابي مع استبدال الجينات: إذا تم تبديل الأليلات بين خلفيات من النوع البري ، فيمكن مقارنة قيم سمات الزيجوت المتغاير بكلا الزيجوت المتماثل في خلفية وراثية مشتركة. في كلتا الحالتين ، سيتم الحفاظ على أي تفاعلات معرفية بين الجرعة والخلفية الجينية عبر الأنماط الجينية قيد المقارنة. في QCT ، من الممكن أن تتصرف الأليلات التي تتم مقارنتها بشكل غير طبيعي في حالة هيميزيجوس إذا كان هناك بعض الهيمنة غير المتعدية ، لكن هذه المشكلة تبدو مشابهة للإمكانية المحدودة للارتباك المعرفي في اختبار التكميل التقليدي. قد تؤدي التفاعلات المعرفية مع الخلفية الجينومية إلى نتائج لا تتكرر في الخلفيات الأخرى ، ولكن هذا ينطبق أيضًا على الاستبدال الأليلي (تشاندلر) وآخرون. 2013). إذا تم الاستبدال في سلالات فطرية ، فقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات خلفية أكبر مقارنة بخلفية F1 في QCT المعدلة (على الرغم من أنه في تقاطعات بين الأنواع ، قد لا تكون النتائج في الخلفية المختلطة قابلة للتكرار داخل الأنواع Rebeiz وآخرون. 2009 ماهيشواري وبرباش 2011). تم استخدام QCT المعدلة سابقًا لرسم خريطة الاختلاف المورفولوجي بين D. melanogaster و D. simulans لجين hox Ubx (ستيرن 1998).

يتوفر نهج مكافئ من الناحية المفاهيمية حتى باستخدام الضربات القاضية في السلالات المرجعية: إذا كان لا يمكن التحكم في الخلفية الجينية ، فقم بتعيينها عشوائيًا. في الحالة الخاصة للخطوط الفطرية المؤتلفة ، على سبيل المثال ، توجد الأليلات في العديد من الخلفيات الجينومية (مثل King وآخرون. 2012). من خلال عبور مجموعة من السلالات الفطرية المؤتلفة إلى أليل مطروح والتحكم ، يمكن حساب متوسط ​​تأثيرات الأليلات المحلية عبر الخلفيات الجينومية (Kopp وآخرون. 2003 ميزي وآخرون. 2005). وينطبق الشيء نفسه على التحقق من صحة الجينات من دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS). للتحقق من صحة الفرضية القائلة بأن التباين في جين معين يؤثر على السمة قيد الدراسة ، يمكن عبور الأليلات الضاربة والسيطرة إلى مجموعة من الأفراد تم أخذ عينات منهم مباشرة من الطبيعة. بعد تحديد قيم سمات الأفراد F1 ، يمكن استخراج الحمض النووي لتحديد فئة النمط الجيني لكل فرد (AX ، AC ، BX ، BC في الأشكال 1 و & # x200B و 2). 2). ما لم يكن هناك أليلات في مكان آخر في الجينوم والتي 1) تتفاعل معرفيًا مع طفرة فقدان الوظيفة و 2) في حالة عدم توازن مع الأليلات الطبيعية قيد الدراسة ، فسيكون هذا الاختبار مشابهًا لـ QCT المعدلة. لاحظ أيضًا أن هذه الطريقة تقدر تأثير الأليل عبر مجموعة الجينات بدلاً من خلفية واحدة ، مما قد يؤدي إلى قابلية استنساخ عالية.


الأليلات المتعددة: المعنى والخصائص والأمثلة | الجينات

كلمة أليل هي مصطلح عام للدلالة على الأشكال البديلة للجين أو زوج الجينات المتناقضة التي تدل على الشكل البديل للجين يسمى الأليل. اعتبر بيتسون سابقًا هذه الأليلات كشريك افتراضي في الفصل العنصري المندلي.

في الوراثة المندلية ، احتل موضع معين للكروموسوم نوعان من الجينات ، أي الجين الطبيعي (لشكل البذور المستدير) وجينه المتنحي الطافر (شكل البذور المتجعد). ولكن قد يكون من الممكن أن الجين الطبيعي لا يزال يظهر العديد من الطفرات في البازلاء إلى جانب واحدة للتجاعيد. هنا سيشغل الموضع أليل عادي وجينان أو أكثر من الجينات الطافرة.

وهكذا ، يُشار إلى ثلاثة أنواع أو أكثر من الجينات التي تشغل نفس المكان في الكروموسوم الفردي على أنها أليلات متعددة. باختصار ، العديد من الأليلات لجين واحد تسمى أليلات متعددة. يتم وصف مفهوم الأليلات المتعددة تحت المصطلح & # 8220multiple allelism & # 8221.

اقترح داوسون ووايتهاوس في إنجلترا مصطلح panallele لجميع الطفرات الجينية في موضع معين في الكروموسوم. هذه تختلف عن العامل المتعدد من ناحية أن عدة عوامل تشغل مواقع مختلفة بينما الأليلات تحتل نفس المكان.

& # 8220 ثلاثة أو أكثر من أنواع الجينات التي تشغل نفس الموضع يشار إليها بأليلات متعددة. & # 8221 ألتنبرغ

خصائص المضاعفة الأليلات:

1. يمكن إجراء دراسة الأليلات المتعددة في السكان.

2. توجد أليلات متعددة على كروموسومات متجانسة في نفس المكان.

3. لا يوجد عبور بين أعضاء الأليلات المتعددة. يحدث العبور بين جينين مختلفين فقط (إعادة التركيب بين الجينات) ولا يحدث داخل الجين (إعادة التركيب داخل الجين).

4. تؤثر الأليلات المتعددة على واحد أو نفس الحرف فقط.

5. الأليلات المتعددة لا تظهر أبدًا التكامل مع بعضها البعض. من خلال اختبار التكميل ، يمكن تمييز الجينات الأليلية وغير الأليلية جيدًا. يُعرف إنتاج النمط الظاهري من النوع البري في متغاير الزيجوت العابر لأليلين متحولين باسم اختبار التكميل.

6. إن أليل النوع البري (العادي) هو السائد دائمًا تقريبًا في حين أن الأليلات الطافرة الأخرى في السلسلة قد تظهر سيطرة أو قد يكون هناك تأثير مظهري وسيط.

7. عندما يتم تهجين أي اثنين من الأليلات المتعددة ، فإن النمط الظاهري يكون من نوع متحور وليس من النوع البري.

8. علاوة على ذلك ، F2 تظهر الأجيال من هذه الصلبان نسبة نموذجية أحادية الهجين للشخصية المعنية.

أمثلة متعددة الأليلات:

1. أجنحة ذبابة الفاكهة:

عادة ما تكون أجنحة ذبابة الفاكهة طويلة. حدثت طفرتان في نفس المكان في ذباب مختلف ، تسببت إحداهما في تآكل الأجنحة (المختزلة) وطفرة أخرى تسببت في أجنحة قرن الوعل (أقل تطوراً). كل من الأثري والقرن هي أليلات من نفس الجين الطبيعي وأيضًا لبعضها البعض وهي متنحية للجين الطبيعي.

لنفترض أن الأثري يمثله الرمز & # 8216vg & # 8217 وجناح قرن الوعل بواسطة & # 8216vg a & # 8216. يتم تمثيل الأليل الطبيعي بالرمز +.

وهكذا ، هناك ثلاثة أجناس من ذبابة الفاكهة:

(iii) Antlered vg a vg a (vg a / vg a)

يتم تمثيل تقاطع بين ذبابة عادية طويلة مجنحة وأخرى لها أجنحة أثرية أو أجنحة قرن الوعل أدناه:

عندما يتم عبور ذبابة بجناح أثري مع ذبابة أخرى لها أجنحة قرن الوعل ، فإن F1 الهجينة متوسطة في طول الجناح مما يدل على أن أيا من الجين المتحور لا يسيطر على الآخر. يُقال أحيانًا أن هذا الهجين هو المركب الأثري الذي يحتوي على قرن الوعل ويحتوي على جينين متحولين في نفس المكان. أنها تظهر Mendelian الفصل العنصري وإعادة التركيب.

إلى جانب الجناح الأثري والقرن الموصوف أعلاه ، هناك العديد من الطفرات الأخرى التي تحدث في نفس المكان وتؤدي إلى أجنحة مجروحة أو أجنحة أو بلا أجنحة وما إلى ذلك. هذه كلها أليلات متعددة.

ارتباط وثيق مقابل Allelism:

إذا افترضنا أن هذه الجينات الطافرة ، الأثري والقرن ليست أليلات موجودة في مواضع مختلفة بدلاً من تحديد موقعها في نفس الموضع في كروموسومات مختلفة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحيث لا يوجد عبور بينها ، فإن الجين الطافرة سوف يقمع التعبير عن الطبيعي المجاور أليل إلى حد معين.

تسمى هذه الجينات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالأليلات الزائفة وهذا التثبيط هو نتيجة لتأثير الموضع. وبالتالي ، يمكن تفسير حالات الأليلة المرئية أو الظاهرة على افتراض ارتباط وثيق.

مثال آخر على الأليلات المتعددة هو لون العين في ذبابة الفاكهة. لون العين الطبيعي أحمر. تغيرت الطفرة لون العين الحمراء هذا إلى الأبيض. حدثت طفرات أخرى في الموضع الأبيض وتغيير لون العين الحمراء إلى ظلال مختلفة مثل الكرز والمشمش ويوزين والكريمي والعاج والدم وما إلى ذلك ، وهي ظاهرة أيضًا ناتجة عن الأليلات المتعددة.

ينتج عن التقاطع بين الشكلين المتحولين نوعًا وسيطًا في الشكل F.1 باستثناء السلالات البيضاء والمشمش التي ليست أليلات ولكنها جينات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا.

2. لون المعطف في الأرنب:

يتأثر لون جلد الأرانب بسلسلة من الأليلات المتعددة. لون الجلد الطبيعي بني. إلى جانب ذلك ، هناك أجناس بيضاء تسمى ألبينو وجبال الهيمالايا كأجناس متحولة. جبال الهيمالايا تشبه الألبينو ولكنها ذات أنف وأذن وأقدام وذيل أغمق. الجينات الطافرة ألبينو (أ) وجبال الهيمالايا (أ ح) تحتل نفس المكان وهي أليلية. كلا من ألبينو وجبال الهيمالايا متنحية لأليلهم الطبيعي (+).

تهجين بين ألبينو وجبال الهيمالايا ينتج جبال الهيمالايا في منطقة F.1 وليس وسيطًا كما هو معتاد في حالة الأليلات المتعددة الأخرى.

3. العقم الذاتي في النباتات:

وصف Kolreuter (1764) العقم الذاتي في التبغ (Nicotiana longiflora). السبب من صنع الشرق. ووصف أن عقم الذات يرجع إلى سلسلة من الأليلات المعينة بـ s1، س2، س3 و s4 الخ. الهجينة S.12 أو S.13 أو S.34 هي معقمة ذاتيًا لأن حبوب اللقاح من هذه الأصناف لم تتطور ، ولكن حبوب اللقاح من S.12 كانت فعالة وقادرة على الإخصاب مع S.34.

ربما تنتج الجينات التي تسبب العقم الذاتي في النباتات آثارها من خلال التحكم في معدل نمو أنابيب حبوب اللقاح. في التوليفات المتوافقة ، ينمو أنبوب حبوب اللقاح بسرعة أكبر كلما اقترب من البويضة ، ولكن في الأنواع غير المناسبة ، يتباطأ نمو أنبوب حبوب اللقاح بشكل كبير ، بحيث تذبل الزهرة قبل أن يحدث الإخصاب.

4. فصائل الدم في الانسان:

تنتج عدة جينات في الإنسان سلسلة أليلات متعددة تؤثر على خاصية فسيولوجية مهمة ومثيرة للاهتمام لخلايا الدم الحمراء البشرية. تتمتع خلايا الدم الحمراء بخصائص مستضدات خاصة تستجيب من خلالها لمكونات معينة (الأجسام المضادة) في مصل الدم.

العلاقة بين المستضد والجسم المضاد هي واحدة من أكبر الخصوصية مثل تلك العلاقة بين القفل والمفتاح. كل مستضد والجسم المضاد المرتبط به له تكوين كيميائي خاص. اكتشف لاندشتاينر في عام 1900 أنه عندما يتم وضع الخلايا الحمراء لشخص ما في مصل دم شخص آخر ، تتكتل الخلايا أو تتراكم.

إذا تم إجراء عمليات نقل الدم بين شخصين من مجموعتين دمويتين غير متوافقين ، فمن المحتمل أن تتكتل الخلايا المنقولة وتغلق الشعيرات الدموية في المتلقي ، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى الموت.

ومع ذلك ، فإن ردود الفعل هذه تحدث فقط عندما تم وضع خلايا بعض الأفراد في مصل بعض الأشخاص الآخرين. وجد أنه يمكن تصنيف جميع الأشخاص إلى أربع مجموعات فيما يتعلق بخاصية المستضد لخلايا الدم.

صُنف عدد كبير من الأشخاص في هذه المجموعات الأربع عن طريق اختبار التراص ودُرِس توزيع فصائل الدم في نسل آباء من فصائل الدم المعروفة. تشير الأدلة إلى أن خصائص الدم هذه يتم تحديدها من خلال سلسلة من ثلاثة جينات أليلية I A و I B و i ، على النحو التالي:

I A هو جين لإنتاج مضاد الجن أ. إن وجود هذه الأليلات في الإنسان والحالة التي يمكن من خلالها تحديد فصائل الدم لها تطبيقات عملية واضحة في عمليات نقل الدم وحالات النسبة المتنازع عليها ووصف السكان البشريين.

تعمل أليلات هذه الجينات التي تؤثر على مجموعة متنوعة من الخواص الكيميائية الحيوية للدم بطريقة تجعل كل أليل يظهر خصائصه وتأثيره الخاص في المركب غير المتجانسة I A I B. تحتوي خلايا الزيجوت المتغاير على المستضدين A و B. من ناحية أخرى ، يظهر كل من I A و I B هيمنة كاملة على i الذي يفتقر إلى كلا المستضدين.

جدول يوضح أنواع الدم المحتملة للأطفال من آباء من فصائل دم مختلفة.

5. فصيلة الدم & # 8216Rhesus & # 8217 في الإنسان:

تم اكتشاف سلسلة مثيرة للغاية من الأليلات التي تؤثر على مستضدات دم الإنسان من خلال أعمال Landsteiner و Wiener و Race و Levine و Sanger و Mourant و amp عدة آخرين.

كان الاكتشاف الأصلي هو أن الخلايا الحمراء تلتصق بمصل تم إعداده عن طريق تحصين الأرانب ضد دم قرد الريسوس. وبالتالي ، تم استدعاء المستضد المسؤول عن هذا التفاعل باسم عامل الريسوس وتم الإشارة إلى الجين الذي يسبب هذه الخاصية على أنه R-r أو Rh-rh.

تم تحفيز الاهتمام بهذا العامل من خلال دراسة Levine & # 8217s لشكل مميز من فقر الدم ، المعروف باسم Erythroblastosis foetalis ، والذي يحدث أحيانًا عند الأطفال حديثي الولادة.

وقد وجد أن الأطفال الذين يعانون من فقر الدم هذا عادة ما يكون عامل ريسس إيجابي وكذلك آباءهم ولكن أمهاتهم سلبيون عامل ريسس. تم توضيح أصل المرض على النحو التالي: يتسبب نمو الجنين Rh + في رحم الأم Rh & # 8211 في تكوين مجرى دم الأم من الأجسام المضادة لـ Rh.

تكتسب هذه الأجسام المضادة ، خاصةً الناتجة عن سلسلة من حالات الحمل المتتالية من عامل ريسس + ، قوة كافية في دم الأم حتى تتمكن من مهاجمة خلايا الدم الحمراء للجنين. يؤدي التفاعل بين هذه الأجسام المضادة للأم والخلايا الحمراء لطفلها الذي لم يولد بعد إلى تحلل الدم وفقر الدم ، وقد يكون هذا خطيرًا بما يكفي للتسبب في وفاة المولود الجديد أو إجهاض الجنين.

إن مجرى الدم للأم التي لديها طفل رضيع الكريات الحمر هو كاشف أكثر فاعلية وملاءمة من مصل الأرانب ، محصن بدم قرد الريسوس & # 8217s لاختبار دم الأشخاص الآخرين لتمييز Rh + عن Rh & # 8211 الأفراد باستخدام مثل هذه الأمصال من امرأة لديها أطفال أرومات الدم الحمراء ، تم اكتشاف أنه: لا يوجد نوع واحد ولكن عدة أنواع من الأشخاص Rh + و Rh-. هناك العديد من مستضدات Rh المختلفة التي يتم الكشف عنها بواسطة مضادات معينة.

وهكذا ، فإن امرأة Rh & # 8211 التي تم تحصينها أثناء الحمل من قبل أطفال Rh + قد يكون لديها في دمها أجسامًا مضادة في مصل الدم ، لا تتراكم خلايا الدم الحمراء Rh + فحسب ، بل تتراكم أيضًا خلايا من عدد قليل من الأشخاص المعروفين باسم Rh & # 8211.

By selective absorption two kinds of antibodies may be separated from such a serum, one known as anti-D which agglutinates (= coagulates) only Rh + cells, the other known as anti-C which agglutinates particular rare types of Rh – . Another specific antibody, known as anti-c agglutinates all cells that lack C.

With these three antisera, six types of blood can be recognized. Studies of parent and children show that persons of type Cc are heterozygous for an allele C determining C anti-gena. CC persons are homozygous for C and cc are homozygous for c. There is obviously no dominance, each allele producing its own antigen in the heterozygote as in the AB blood type.

No anti serum is available for detecting d, the alternative to D. D + persons may be heterozygous or homozygous. However, the genotypes of such persons may be diagnosis from their progeny for example D + person who has a d – child is thereby shown to be Dd.

Two other specific antibodies, anti-E and anti-c have been found. These detect the antigens E and e determined by a pair of alleles E and e. The three elementary types of antigens C-c, D and E-e, occur in fixed combinations that are always inherited together as alleles of a single gene. Wiener and Fisher showed the existence of a series of eight different alternative arrangements of these three types of Rh antigens and expressed them by means of following symbols.

The Rh System of Alleles:

Thus, allelism is determined by cross-breeding experiments. If one gene behaves as dominant to another the conclusion is that they are alleles and that they occupy identical loci in homologous chromosomes when two genes behave as dominant to other gene. They should occupy identical loci in the chromosome. When more than a pair of alleles occur in respect of any character in inheritance the phenomenon is known as multiple allelism.

There is not much difference between the two theories of Wiener and Fisher. Wiener opinion is that there are multiple variations of one gene whereas according to the view of Fisher three different genes lying very close together are responsible for differences.

The opposite of polygene effect is known as pleiotropism i.e., a single gene influence or govern many characters. For example, gene for vestigial wing influence the nature of halters (modified balancers of Drosophila). The halters are not normal but reduced in flies with vestigial wings. The vestigial gene also affects position of dorsal bristles which instead of being horizontal turn out to be vertical.

This gene also affects the shape of spermatheca i.e., the shape of spermatheca is changed the number of egg strings in the ovaries is decreased compared to normal when the vestigial larvae are well fed but relatively increased when they are poorly fed length of life and fruitfulness or fertility are lowered, and there are still other differences.

Theories of Allelism:

Various theories have been put forward to explain the nature of allelism origin and occurrence.

1. Theory of Point Mutation:

According to this theory multiple alleles have developed as a result of mutations occurring at same locus but in different directions. Hence all the different wing lengths of Drosophila are necessarily the result of mutations which have occurred at same long normal wing locus in different directions.

2. Theory of Close Linkage or Positional Pseudoallelism:

According to this view the multiple alleles are not the gene mutations at same locus but they occupy different loci closely situated in the chromosome. These genes closely linked at different loci are said to as pseudo alleles and affect the expression of their normal genes i.e., position effect.

3. Heterochromatin Theory of Allelism:

Occasionally heterochromatin becomes associated with the genes as a result of chromosomal breakage and rearrangement. These heterochromatin particles suppress the nature of genes in question due to position effect.

In maize the position effect are some times due to transposition (act of changing place or order) of very minute particles of heterochromatin. There are also sign or token that particles of different kinds of heterochromatin suppress the expression of normal gene to different degrees.

In Drosophila the apricot might be a partially suppressed red (normal) and white completely suppressed red while apricot and white hybrid may give rise to red or intermediate by unequal crossing over. The above theories in some way or other do not explain clearly the particular case of allelism and it is possible that all the three theories are applicable in different cases.

Importance of Multiple Allelism:

The study of multiple alleles has increased our knowledge of heredity. According to T.H. Morgan a great knowledge of the nature of gene has come from multiple alleles. These alleles suggest that a gene can mutate in different ways causing different effects. Multiple allelism also put forward the idea that different amounts of heterochromatin prevent the genes to different degree or space.

1. Pseudo alleles:

Alleles are different forms of the same gene located at the corresponding loci or the same locus. Sometimes it has been found that non-homologous genes which are situated at near but different loci affect the same character in the same manner as if they are different forms or alleles of the same gene. They are said as pseudo alleles. These pseudo alleles which are closely linked show re-combinations by crossing over unlike the alleles.

2. Penetrance and Expressivity:

Simply a recessive gene produces its phenotypic effect in homozygous condition and a dominant gene produces its phenotypic effect whether in homozygous or heterozygous condition. Some genes fail to produce their phenotypic effect when they should. The ability of a gene to produce its effect is called penetrance.

The percentage of penetrance may be altered by changing the environmental conditions such as moisture, light intensity, temperature etc. A gene that always produces the expected effect is said to have 100 percent penetrance. If its phenotypic effect is produced only 60 percent of the individuals that contains it then it is said to show 60 percent penetrance.

In Gossypium a mutant gene produces crinkled leaf. While all the leaves produced in the normal season are crinkled but some of the leaves which are produced late in the season do not show this character and are normal. It represents that penetrance is zero or in other words the gene is non-penetrant. Sometimes there is great variation in the manner in which a character is expressed in different plants.

In Lima beans there is a variety named venturra where a dominant gene is responsible for tips and margins of the leaves of the seedlings to be partially deficient in chlorophyll. Sometimes only the margins are effected and sometimes only the tips. In other words, this single gene may express itself in a variety of ways that may resemble a number of characters. This gene is then to exhibit variable expressivity.

Whether a gene is expressed at all is denoted by the term penetrance whereas the term expressivity denotes the degree of its expression.

3. Lsoalleles:

Sometimes, a dominant gene occurs in two or more forms. These multiple dominant alleles will produce the same phenotypic effect in homozygous condition but their effect will show a small difference in heterozygous state.

In Drosophila, thus, the gene for red eye colour is dominant over white. The red gene will produce dark red colour in the homozygous condition but in combination with the white allele the gene for red colour produces a dark red colour in flies from Soviet Russia but the same combination in the flies coming from the U.S.A. produces a light red colour. It does mean that dominant gene for red colour occurs in two forms. These are said as isoalleles.

4. Phenocopy:

Characters are the result of interaction between the genotype and the environment. When a gene mutates, its phenotypic effect also changes. Some times, a change in the environment produces a visible change in the phenotype of the normal gene which resembles the effect as already known mutant.

The effect of the normal gene under the changed environment is a mimic or imitation of the mutant gene. Such an imitation induced by environmental changes has been termed as phenocopy by Goldschmidt.

In fowls, a mutant gene is responsible for the character, ruinplessness, in which the caudal vertebrate and tail feathers do not develop. Rumplessness is also induced as a phenocopy when normal eggs which do not have the gene for rumplessness, are treated with insulin before incubation.

Phenocopies of other mutant genes are also produced in Drosophila by high temperature treatment of the larvae for short periods. It has also been found that different or non- allelic genes can produce the same phenotype. This phenomenon is said as genetic mimic or genocopy.

5. Xenia and Metaxenia:

The immediate effect of foreign pollen on visible characters of the endosperm is called xenia. The ‘xenia’ term was given by Focke (1800). This has been studied in maize plant. If a white endosperm variety is open pollinated in the field where there are also plants of the yellow endosperm variety then the cobs that develop will contain a mixture of yellow and white seeds.

The yellow colour of the endosperm in the yellow seeds is the result of fertilization by pollen from the yellow variety. The yellow colour indicates that the seeds are hybrids and the white seeds are homozygous.

The yellow colour of the endosperm is dominant over white and when the plants raised from the yellow seeds are self-pollinated, yellow and white seeds are produced in the ratio of 3:1. Another example of xenia may be exemplified. If a sweet corn (maize) is pollinated by a starchy variety, the endosperm is starchy because the starchy gene introduced by the pollen is dominant over its sugary allele.

6. Metaxenia:

It is the term used to describe the effect of foreign pollen on other tissues belonging to the mother plant, outside the endosperm and embryo. It is sometimes evident in the fruit and seed coats.

In cucurbitaceous fruits, the skin colour is affected by the pollen grains in oranges, the colour and flavour of the fruit is influenced by the pollen parent. The same is true of fuzziness and hair length in cotton. It has been suggested that metaxenia effects may be due to certain hormones secreted by the endosperm and embryo.


4.5: Complementation tests and Allelism - Biology

©2000 written by Gary Roberts, edited by Timothy Paustian, University of Wisconins-Madison

سابعا. COMPLEMENTATION

VII A. DEFINITION

A complementation analysis asks if two putative alleles 1 , when in the same cell 2 and acting independently 3 , can supply all functions necessary 4 for a wild-type phenotype 5 . Complementation is therefore a test of function. The superscripts in this definition are explained below:

The "two putative alleles" refers to two versions of the same region of the chromosome, each of which separately confer a mutant phenotype. They are termed "putative" alleles since it is their very "allelism" which will be determined in this test (they are allelic if they are in the same complementation group). Each allele ought to be present in a single copy number in the cell and it is crucial that the entire relevant region be present in diploid in the cell. Such a partially diploid cell is termed merodiploid. An inverse genetics application is "cloning by complementation", but this will have many of the same concerns as standard complementation with the added concern of copy effects if multi-copy plasmids are used.

The two alleles can either be present on the chromosome or on extra-chromosomal elements. If either version is in more than one copy, there can be both regulatory complications (e.g. titration of a regulatory factor) and difficulties in interpretation (e.g. you do not know if a positive result is due to inappropriate quantities of the product encoded by the multi-copy gene).

Care must be taken that the mutations cannot recombine to form a wild-type genotype so that typically Rec- strains are used.

Only functions absolutely necessary for the desired phenotype, under the conditions used, are "demanded" by a complementation test. Mutations affecting genes whose products are not essential for the desired phenotype will not be tested for in complementation analysis.

The ""wild-type" phenotype" demanded by this analysis should be more rigorously called an "apparently wild-type phenotype under the conditions used". The phenotype is typically scored as "growth" or "no growth", but biochemical assays of the encoded gene product can be performed for more precise quantitation.

Figure 29 gives an idea of the results one could expect from straightforward complementation tests. In these examples when the two mutations in the separate mutant alleles affect the same gene, then neither is capable of generating a wild-type product of that gene and the resultant merodiploid strain is mutant in phenotype. On the other hand, if the two mutations affect different genes, so that each copy of the region is able to generate some of the gene products required (and between them all necessary gene products are synthesized) then the resulting strain is phenotypically wild-type. One problem with this set of examples is that no one(in doing bacterial genetics) routinely puts the two alleles in the " cis "-configuration as a control for complementation (you do build such strains for other purposes, however). It is too hard (for reasons we will cover when we get to Mapping) and it provides very little information, since the presence of the wild-type allele on the other copy will nearly always be dominant. It is, however, often appropriate to consider effects of a mutation on genes in cis , but this is not the same as generating "double mutants" affected in the same small region.

There are three sorts of controls useful in analyzing the results of complementation experiments (see Fig. 30): (a) If either copy of the merodiploid contains a wild-type region, the phenotype of the resulting strain should be a wild-type phenotype, and the wild type is said to be dominant to the mutant. If it is not, the mutant allele is said to be trans -dominant to the wild-type (see section VII B). In either case the merodiploid has the phenotype of whichever allele is dominant. (b) A merodiploid strain constructed with the same mutant allele in each copy should display the mutant phenotype. If it does not, it suggests that mere diploidy for the region of interest can confer a wild-type phenotype. One way of this occurring would be if the mutation conferred a leaky phenotype so that a double dose might yield a pseudo wild-type response. (c) The result should not depend on the location of the alleles i.e. the same result should obtain no matter which allele is on the chromosome. If this is not true, it indicates that the two locations are not equivalent and therefore the test has marginal validity. This is a variation on the concerns noted for multi-copy plasmids above.

Chromosomal Allele
بلازميد
أليل
1 - 2 - 3 - 4 - wt
1 - -----
2 - -++++
3 - -+-++
4 - -+--+
wt-++++

VII B. COMPLICATIONS IN COMPLEMENTATION ANALYSIS

The above examples would seem to suggest that if two mutations complement each other, then they must affect different genes and gene products. This would suggest that the results of complementation analysis would be to define the number of genes in the region. In fact, what complementation analysis does is to define the number of cistrons or complementation groups. More often than not, the number of cistrons will be coincident with the number of genes, but there are a number of special cases where this correlation will not hold. The complications that give rise to these special cases are discussed below and they fall into two general classes: when the non-complementing mutations actually do map to separate complementation groups (paragraphs 1 and 2 below), and when complementing mutations actually map to the same complementation group (paragraph 3 below). Examples of the first class will be detected when the appropriate controls are done, as described above. The second class will be seen as an anomaly in the actual complementation results.

Cis -dominant mutations are a reasonably common type of complication in complementation analyses. Cis-dominant mutations are those that affect the expression of genes encoded on the same piece of DNA (as the mutation itself), typically transcriptionally downstream, regardless of the nature of the trans copy. Such mutations exert their effect, not because of altered products they encode, but because of a physical blockage or inhibition of RNA transcription. There are two dissimilar examples of these sorts of mutations: (a) If a mutation in a transcriptionally upstream gene exhibits strong polarity onto downstream genes, then that mutation has the property of eliminating more than one gene product function. (b) Similarly, a mutation in the promoter or in other regulatory regions outside the translated area, may well eliminate transcription of the entire operon and thus be negative in complementation for all gene functions encoded by that operon. In each of these cases, the mutation is eliminating the function of genes that are themselves genotypically wild type. The mutations are said to be cis -dominant because the expression of the genes downstream on the same piece of DNA will be turned off regardless of the genotype present in the trans copy.

Negative complementation . Another complication involves the very rare phenomenon known as negative complementation or trans -dominant mutations with mutant phenotypes. Mutations of this type cause the resultant merodiploid strain to have a mutant phenotype even when the other copy of the region is genotypically wild type. The phenotype of the mutant allele is thus trans -dominant to the wild type (obviously the reason that wild type is dominant to most mutants is because it supplies the function that they have lost by mutation). There are three general schemes that can be envisaged for mutations causing this sort of phenotype. In each of them, it is necessary to propose that the mutant allele generates a product that, while not wild type, nevertheless possesses some activity that leads to the mutant phenotype. Possibilities include (a) multimeric enzymes where the merodiploid strain would generate multimers whose subunits come from both the mutant and wild-type genes in a random assortment. As shown in figure 31, if the protein was a tetramer, and if any multimer containing one or more mutant subunits was completely inactive, then the presence of the mutant chain would decrease the amount of functional wild-type gene product by approximately 8-fold (this number ignores regulation and assumes a two-fold dosage of the product due to a two-fold dosage of the gene). (b) The mutant gene might cause the generation of an altered protein that interfered in some reaction with the cell and thus caused a deleterious phenotype. In this case, the presence of a wild-type allele would restore the function missing in the mutant but would not eliminate the deleterious phenotype caused by the mutant protein. Thus, the mutant phenotype would be dominant to wild type. (c) It is also conceivable that the mutant copy generates an altered protein that, while it could not carry out the wild-type function, might be competitive with the wild-type gene product. In each case, an altered product is responsible for the trans dominance. Remember, these are rare, special cases: in general, the wild-type allele is dominant to the mutant since the latter typically involves loss of function which is "replaced" by the product of the wild-type gene. Such trans -dominant mutants are very appropriate for further biochemical analysis because the protein product has alteredfunction, rather than merely a lack of function.

Intragenic complementation is yet another possible complication in complementation analysis. This term refers to cases where two mutations that do affect the same gene, and therefore the same gene product, are able nonetheless to give a wild-type phenotype in a complementation analysis. There are two general cases of such a phenomenon: (a) If the product of the gene in question is a bi-functional protein, especially when those functions are independent of one another, then the gene itself will often show intragenic complementation. Such an example is easiest to understand if the product is pictured as "two beads on a string". If each "bead" had an independent enzymatic function, one could imagine that a mutation affecting either (but not both) of the two functions might well leave the other function intact. If two such mutations were put in a merodiploid situation, each would be able to produce one of the two required enzymatic functions, giving rise to a wild-type phenotype. In the case of such a gene, intragenic complementation would be fairly common such that many mutations would affect only one of the two functional regions. This model also predicts that mutations affecting each of the two functions would cluster at either end of the gene creating two clear complementation groups. (b) It is also possible, though less likely, for pairs of complementing mutants to occur in cases where the gene product is a multimeric protein. In such cases, a particular mutant allele might give rise to a protein product that can only function when allowed to aggregate with another particular mutant allele. Such an example is sketched below. In this case, unlike the case of bifunctional protein above, instances of intragenic complementation will be rare, limited to specific pairs of mutants. Further, there is no a priorireason to predict any clustering of complementing or noncomplementing mutations. Would such a case, where two mutations out of 100 in a given gene are capable of complementation, be sufficient to say the gene had two complementation groups? This question is largely a semantic one, but in general, unless intragenic complementation is fairly common, the few exceptional complementing pairs would not be said to define separate complementation groups.

"Unimportant" genes . Since complementation analysis treats only those functions necessaryto generate the required phenotype, it does not allow the detection of complementation groups unless their products are required for the phenotype in question. If, for example, a region encoding such an "unimportant" product (at least under the conditions of the selection) is transcriptionally polar onto an "important" function, that pair of genes has the complementation properties of a single complementation group. This reflects the fact that the only mutations detected in the transcriptionally upstream gene would be ones polar onto the functionally important gene downstream.

The example described in sample problem 15 illustrates some of the expected results from a complementation analysis of a more complicated region. In this example, transposons have been assumed to be polar and point mutations to be non-polar. These assumptions are not unreasonable but, as the section on transposons describes, there can be transcription emanating from the element so that occasionally some expression of "downstream" genes is detected. If that transcription was high enough, the element might appear to be non-polar in a complementation assay. Similarly, some point mutations (frameshifts and nonsense mutations) display at least some polarity and, (as always) depending on the amount of expression of the downstream genes necessary to provide a wild-type phenotype, will be negative in complementation for downstream function.


Lethal mutations defining 112 complementation groups in a 4.5 Mb sequenced region of Caenorhabditis elegans chromosome III

The central gene cluster of chromosome III was one of the first regions to be sequenced by the Caenorhabditis elegans genome project. We have performed an essential gene analysis on the left part of this cluster, in the region around dpy-17III balanced by the duplication sDp3. We isolated 151 essential gene mutations and characterized them with regard to their arrest stages. To facilitate positioning of these mutations, we generated six new deficiencies that, together with preexisting chromosomal rearrangements, subdivide the region into 14 zones. The 151 mutations were mapped into these zones. They define 112 genes, of which 110 were previously unidentified. Thirteen of the zones have been anchored to the physical sequence by polymerase chain reaction deficiency mapping. Of the 112 essential genes mapped, 105 are within these 13 zones. They span 4.2 Mb of nucleotide sequence. From the nucleotide sequence data, 920 genes are predicted. From a Poisson distribution of our mutations, we predict that 234 of the genes will be essential genes. Thus, the 105 genes constitute 45% of the estimated number of essential genes in the physically defined zones and between 2 and 5% of all essential genes in C. elegans.


There are 5 mutations being tested in these complementation test.

The first gene, carries mutation number 2. In other words, mutation number 2 complements mutations, 1, 3, 4, and 5, and fails to complement itself.

The second gene, carries mutation number 4. In other words, mutation number 4 complements mutations 1, 2, 3, and 5, and fails to complement itself.

The third of the three genes, carries mutation 1, in one strain, mutation 3, in a second strain, and mutation 5, in a third strain. In other words, mutations 1, 3, and 5 all fail to complement each other, yet all three complement mutations 2 and 4.

There are 5 different strains in this experiment, and there are five different mutations (one in each strain), but the five mutations only affect three different genes.


DMAP1 complementation tests

And now time for Ye Olde Fashionede Geneticse. We have 7 lines of flies, each a potential mutation in DMAP1. Four produce homozygous flies with variable levels of viability and fertility and three are lethal (see here). Are they all lesions in the same gene? We expect so, perhaps even more than we might from a standard mutagenesis screen using a chemical mutagen like EMS, because we used a mutator P element so close to our target. But still, all pairwise combinations of crosses between all the lines are necessary, resulting in a grid that is symmetrical on either side of a line separating reciprocal crosses – that is, the same cross repeated with the contributing parents’ gender reversed.

Let’s consider an example of a simple complementation cross assuming five independent mutant lines that are all recessive lethal (so they are all balanced – remember the balancer carries a dominant visible marker that is recessive lethal). A PLUS sign indicates the cross produces transheterozygous progeny that are therefore not balanced: mutant 1/mutant 2. This means the mutations are in different genes, and so the progeny have wild type alleles for the two different genes, and so they تكملة each other. The genotype of the progeny is written as:

or more simply (if obliquely):

(If an allele is wild type we tend to make the symbol vanish and just leave the + sign, like the Cheshire cat’s smile).

If the alleles fail to complement, indicated by a MINUS sign, then only balanced progeny are obtained, arguing the independently isolated mutant alleles are in fact in the same gene. In Figure 1, note that mutant 1 fails to complement mutant 2, but complements all the other mutants. So mutant 1 and mutant 2 are in two different genes mutant 2 has only one allele, and mutant 1 has 4 alleles (mutant 1, 3, 4 and 5.)

Another way to visualize this is by using colour. Yellow for failure to complement (alleles of the same gene) and blue for complementation (alleles of different genes) as shown in Figure 2. I chose these colors partly because I get to make what looks like a reverse Swedish flag, and partly to help those with red green colour blindness (but not people with blue yellow colour blindness which is far more rare – highly unlikely that the well over three people reading this blog are afflicted….)Notice the symmetry. Usually, only half the crosses are done, in one direction only, if no parent-of-origin effects are suspected. What are parent-of-origin effects? An example is imprinting, discussed in an earlier post. Something that causes the expression of otherwise identical alleles to change, depending on the sex of the parent from which they were inherited. If no parent-of-origin effects are suspected (often a rather rash conclusion), only half the cells in the table are provided with data, the undescribed cells on the flip side of the line of symmetry are assumed to be the same, as shown for our hypothetical example in Figure 3.

So what about our DMAP1 mutants? The first and most important crosses to carry out use a different genetic background with a known lesion in the DMAP1 region. لماذا ا؟ Look here for an explanation of the importance of genetic backgrounds.

My colleague Kathleen Fitzpatrick ordered in some fly stocks with deficiencies in the region – molecularly or cytologically defined deletions of genetic material. Since these deficiencies remove many essential genes, they are usually recessive lethal, and so are balanced. Kathleen ordered two different deficiencies (two different genetic backgrounds) that remove DMAP1, and one that does not, but which is located very near DMAP1. Take a look at this map from Flybase: the regions DELETED by the deficiencies are indicated by red bars.

The three relevant deficiencies (indicated with asterisks) are Df(404) (DMAP1 still present), Df(403) and Df(701), (both of which delete DMAP1, but were generated from different screens and so have different genetic backgrounds). I crossed all the putative DMAP1 lethals to each other Kathleen introduced the deficiencies. Figure 5:

So here is the first surprise (and inevitable disappointment). Remember that YELLOW means failure to complement, and BLUE complements. Yellow all down the diagonal as we expect – all the stocks involved in these crosses have recessive lethal mutations or deletions. First look at the inter se crosses between the putative DMAP lesions. Notice that 10-14 complements the other two putative DMAP1 lesions – 22-13 and K-14 – which fail to complement each other, so there must be hits in at least اثنين different complementation groups, or genes, here. Already we have information showing that at least a subset of our putative deletions are unlikely to be in DMAP1. Buggah.

The cross to the deficiencies tells the tale, however. All three putative DMAP1 lesions we have made تكملة the deficiency that does NOT remove DMAP1 (+DMAP1) but only 10-14 fails to complement the deficiencies that remove DMAP1 (-DMAP1). Notice I have blue hatching to indicate results with K-14. These crosses were not actually done, but since K-14 complements 10-14, and fails to complement 22-13, I suspect K-14 carries the same background lethal as 22-13 (which is odd, because they were isolated in different years, so are bound to be independent events). But it looks like only 10-14, of the three lethal putative DMAP1 male recombination mutants, is actually likely to be a lesion in DMAP1. Which is better than nothing.

What about parent-of-origin effects? DMAP1 stands for DNA methyltransferase 1-associated protein, and DNA methylation plays a crucial role in imprinting, which is an evolutionarily conserved parent-of-origin effect. So we developed a more complicated complementation grid – somewhat incomplete – that shows data from crosses in both directions. Also, since this test includes potential DMAP1 mutants that produce homozygous progeny, some with fertility issues, I have altered the colouring scheme to reveal potential hypomorphic effects, assuming a تخفيض in DMAP1 activity, as opposed to a complete loss on function – which we assume to be lethal (see here for argument). Remember that yellow means failure to complement, and blue means full complementation. Use Table 1 to follow how variations in these colours mean variations in viability. The cut-offs are arbitrary, simply based on my experience. For every cross, I scored (counted) at least 100 progeny flies. If you are unsure of where the ratios come from, study Figure 6.

And now here are the actual data (Figure 7):

So it looks like 10-14 is the closest thing we have to a lesion in DMAP1. The other lethals are suspect, and should be chucked. Since the original P hit in DMAP1, used for the male recombination scheme, was not itself a lethal, the lethal lines that complement the deficiencies which take out DMAP1 must have incurred a second hit during the male recombination scheme. That means that the lethal lines 22-13 and K-14 share the same newly induced background lethal. As I mentioned, and you might suspect from the naming system for these mutants, they were isolated in different years (2013 and 2014). So the same lethal was generated twice! I am not a big fan of coincidence, so something interesting (but annoying) happened here. But since DMAP1 wasn’t apparently involved, we really should abandon it. Buggah.

What about the non lethals? 20-11 and K2-13 sort of fail to complement each other. Moreover, 20-11 and 10-14 – our putative DMAP1 lethal – also sort of fail to complement, but only in one direction, when the lethal comes in from the male parent. So maybe we do have a hypomorph here (20-11) that supports an argument for a DMAP1 function in a parent-of-origin effect (like imprinting). To make things messier (why not), note that K2-13 also partly fails to complement 10-14, but in the other direction that we see for 20-11. (K2-13 also partly fails to complement 12-14, which itself pretty much complements 10-14. This is the sort of shop talk that drives normal people nuts). ماذا يعني ذلك؟ Dunno. I scored 100 flies total for each cross – the numbers (and therefore shading) might be slightly different if a larger number had been scored. Sample size, statistics etc.

So if I were in a chucking mood (which I rarely am, being something of a fly hoarder), which stocks should I chuck, and which should I keep?

Of course I should simply keep 10-14 and possibly 20-11. Alas, all the interesting sterility issues must now be revisited….that wonderful messed-up ovary picture I took was for 20-13, which steadfastly complements everything.

Well it was nice while it lasted.

ماذا الآن؟ We have pretty much reached the limits of classical genetics. We could cross our 10-14 lesion to increasing numbers of deficiencies to narrow down cytologically where our lesion is. We could do some cytology to look at chromosomes, to try to visualize the actual nature of the lesion. All these things we might have done twenty, thirty years ago. But at this point, we have to go molecular, which is great because we can drill down in much more detail, but also not so great because it costs money.

The best thing would be to do a Southern blot at this point. A Southern is a procedure where genomic DNA is fractionated by cutting it up in a defined manner (using a restriction enzyme that cuts at a specific DNA sequence) and separating out all the fragments by size in a gel. The gel is then blotted with a nylon membrane and the pattern of fragments is transferred to the nylon membrane by capillary action. The membrane is then washed with a labeled piece of DNA (a probe) that matches the region containing DMAP1 (for instance, the probe could be a DNA copy of the mRNA). The probe is labeled with something that can be visualized (colorimetric, radioactivity etc) and the pattern of bands analyzed. This method could tell us (1) if the region containing DMAP1 has been disrupted at the molecular level and (2) what the nature of that disruption might be. It could be a complete deletion of the coding sequence for DMAP1, or partial. Look here for a description from Ed Southern who developed the method in 1975. Initially he couldn’t get the work published, so scribbled it on an envelope for colleagues who really wanted to use it. No blogs then.

But Southerns are expensive. You need labeling materials, special nylon membranes, masses of chemicals etc. Fortunately, there is a cheaper alternative (though it does not give as much information) and that is PCR – polymerase chain reaction.

PCR is the one molecular acronym my freshman biology students usually recognize (outside of DNA), because it shows up in CSI etc. Yey, for science in crime shows (a great source of boo boo material for my exams) but it takes a solid understanding of how DNA replication works to fully appreciate the power of this highly efficient technique. It is also a method that doesn’t have to cost a ton of money. So that’s where we will head. Time to get down to the DNA, and characterize the nature of the 10-14 lesion in DMAP1!


Complementation

As we saw above, rapid lysis (ص) mutants were found that mapped to three different regions of the T4 genome: rI, rII، و rIII.

  • those in different regions were not alleles of the same gene.
  • more than one gene product participated in the lysis function.
  • بكتريا قولونية strain K (which rII mutants can infect but not complete their life cycle) &mdash growing in liquid culture &mdash was
  • coinfected with two different rII mutants (shown in the figure as "1" and "2").
  • each should be able to produce the gene product missing in the other &mdash complementation &mdash and
  • living phages will be produced. (Again, there is no need to count plaques simply see if they are formed or not.)

From these results, you can deduce that these 5 rII mutants fall into two different complementation groups, which Benzer designated

  • A (containing strains 1, 2, and 4) and
  • B (containing strains 3 and 5)
  • If either A or B is mutated on the same DNA molecule ("رابطة الدول المستقلة"), there is no function while
  • if A is mutated in one DNA molecule and B in the other ("trans"), function is restored.
  • they are in the "trans" (on different DNA molecules)
  • but not when they are in "cis" (on the same DNA molecule).

Benzer coined the term سيسترون for these genetic units of function. But today, we simply modify earlier concepts of the "gene" to fit this operational definition.


شاهد الفيديو: 8 نصائح قبل إمتحان بجروت البيولوجيا علم الأحياء (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Kidal

    لقد حان الوقت لتصبح معقولة. لقد حان الوقت لتأتي في حد ذاته.

  2. Pepik

    يتفقون معك تماما. فكرة ممتازة، وأتفق معك.

  3. Uranus

    أنت لم تفهم كل شيء.

  4. Kazrazilkree

    يتم فهمه بطريقتين على النحو التالي

  5. Calvagh

    إنه متوافق ، القطعة جيدة جدًا

  6. Benen

    في رأيي ، أنت تعترف بالخطأ. يمكنني إثبات ذلك. اكتب لي في PM.



اكتب رسالة