Slajd 1

Marker

genetyczny-

gen

występujący w postaci przynajmniej
dwóch

łatwo

rozróżnialnych

alleli,

którego dziedziczenie można śledzić w
potomstwie krzyżówki, co umożliwia
ustalenie

jego

pozycji

mapie

genetycznej.

Markery

genetyczne

dziedziczą się zgodnie z prawami
Mendla.

Klasy markerów:



klasa pierwsza obejmuje klasyczne markery, czyli
sekwencje kodujące- geny. Polimorfizm tych markerów
wykrywany

jest

poprzez

analizę

produktów

genów(  metody  serologiczne  i  technika  elektroforezy
białek)  lub  badanie  DNA  tych  genów(  metody  RFLP,
SSCP).  Do  pierwszej klasy należą:



Antygeny erytrocytarne (grupy krwi)



Białka surowicy krwi, erytrocytów i leukocytów



Allotypy immunoglobulin i lipoprotein



Białka mleka



klasa    druga  markerów  to  sekwencje  niekodujące;
wśród  nich  najważniejsze  miejsce  zajmują  tandemowo
powtarzające  się  sekwencje  mikrosatelitarne,  a    w
mniejszym  stopniu  sekwencje  minisatelitarne.  Ich
identyfikacja  prowadzona  jest  wyłącznie  na  drodze
elektroforezy.

Oprócz wymienionych wyżej dwóch klas

markerów

genetycznych

można

wyróżnić

jeszcze

grupę

markerów

związanych

polimorfizmem chromosomowym. Polimorfizm
chromosomowy dotyczy przede wszystkim
wielkości

bloków

heterochromatyny

konstytutywnej

oraz

obszarów

jąderkotwórczych.

Pierwszymi stosowanymi

markerami były geny

pierwszych

mapach

genetycznych,

konstruowanych  w  pierwszych  dekadach  XX  w.  dla
organizmów  takich  jak  muszka  owocowa,  jako
markerów  używano  genów.  Aby  być  użytecznym  do
analiz  genetycznych,  gen  musi  występować  w  co
najmniej  dwóch  formach,  czyli  allelach,  każdej
odpowiadającej  za  inny  fenotyp.  Na  początku
jedynymi  genami  nadającymi  się  do  badania  były
takie  które  odpowiadały  fenotypom  rozróżnialnym
wzrokowo.  Genetycy  szybko  jednak    zdali  sobie
sprawę,  że  w  ten  sposób  można badać dziedziczenie
zaledwie  ograniczonej  liczby  fenotypów  nadających
się  do  obserwacji  wzrokowej.  Aby  stworzyć  bardziej
ogólne  mapy  genów,  konieczne  stało  się  znalezienie
cech  lepiej  rozróżnialnych  i  mniej  złożonych  niż
nadające  się  do  obserwacji  wzrokowej.  Odpowiedzią
było  wykorzystanie  biochemii  do  rozróżniania
fenotypów.

Szczególnie ważne okazało się to u dwóch typów

organizmów-

mikroorganizmów

ludzi.

Mikroorganizmy  maja  niewiele  cech  dających  się
obserwować wzrokowo, więc mapowanie genów tych
organizmów  musi  się  opierać  na  fenotypach
biochemicznych.  Ludzie  także  mają  widoczne  cechy
obserwowalne wzrokowo, ale już od lat dwudziestych
badano  fenotypy  biochemiczne  uzyskiwane  przez
typowanie krwi.

Klasa pierwsza markerów



Antygeny erytrocytarne

Grupy krwi były najwcześniej wykorzystane w analizie
genetycznej,  np.  dotyczącej  kontroli  pochodzenia.  Do
pionierów  tych  badań  należy  zaliczyć  m.in.  polskiego
badacza  Ludwika  Hirszfelda.  Przez  grupę  krwi  należy
rozumieć  typ  krwi,  cechujący  się  obecnością
charakterystycznych

białek,

właściwościach

antygenowych,

powierzchni

erytrocytów.

Identyfikacja antygenów erytrocytarnych wymaga
zastosowania surowic testowych, które zawierają
swoiste przeciwciała skierowane przeciw konkretnemu
antygenowi



Białka surowicy krwi, erytrocytów i
leukocytów

Są drugą, po grupach krwi, pod względem liczebności grupą

markerów genetycznych klasy pierwszej. Poszczególne warianty
tych białek są określane za pomocą technik elektroforetycznych
(np. elektroforeza w żelu poliakryloamidowym lub elektroforeza
dwuwymiarowa  czy  rozdział  białek  w  gradiencie  pH).
Identyfikacja  wariantów  tych  białek  musi  być  potwierdzona  w
teście  porównawczym.  Na  przykład  u  koni  testy  takie
wykonywane są dla 16 systemów białek.
Polimorfizm białek surowicy krwi wynika ze zmienności ich form
strukturalnych,  będących  skutkiem  mutacji  punktowych  w
genie  kontrolującym  syntezę  danego  białka  lub  genach
kodujących

enzymy

odpowiedzialne

modyfikacje

potranslacyjną . Spośród ponad 25 białek najbardziej
polimorficzne są albumina, inchybitor α-proteaz i transferyna.
Spośród białek i enzymów erytrocytarnych szczególnie
interesujące są deaminaza adenozyny i hemoglobina.



Allotypy immunoglobulin i
lipoprotein

Są  to  ugrupowania  chemiczne  (najczęściej  jeden  lub  kilka
aminokwasów)  występujące  na  cząsteczkach  białek  i
różnicujące  osobniki  tego  samego  gatunku.  U  większości
gatunków  zwierząt  gospodarskich  poznane  allotypy
zlokalizowane są przede wszystkim na α-, β-, γ-globulinach.
Stopień  polimorfizmu  allotypowego  jest  różny  zależnie  od
gatunku.  U  świń  zidentyfikowano  dotychczas  16  allotypów
we  frakcji  β-globulin,  14  allotypów  dla  γ-globulin  i  3  dla  α-
globulin.  Natomiast  u  owiec  11  antygenowych  markerów
cząsteczek  α-globulin,  10  determinant  antygenowych  we
frakcji β-globulin oraz 7 frakcji γ-globulin.



Białka mleka

Głównymi białkami mleka są kazeiny α

, α

, β i κ oraz białko

serwatkowe-  β-laktoglobulina.  U  bydła  loci  kazein  znajdują  się
obok  siebie  w  6  chromosomie  i  zajmują  razem  odcinek  DNA
długości ok. 200 kpz (tysiący par zasad). Genotyp zwierzęcia w
loci  kontrolujących  białka  mleka  można  określać  za  pomocą
metody  elektroforezy  stosowanej  zarówno  w  przypadku
rozdziału  białek  (żel  skrobiowy  lub  poliakryloamidowy),  jak  i
analizy w poziomie DNA (żel agarozowy lub poliakryloamidowy).
Określenie  genotypu  na  podstawie  badania  białka  jest  możliwe
tylko  u  samic  będących  w  okresie  laktacji.  Natomiast  analiza
polimorfizmu

genów

kodujących

białka

może

być

przeprowadzona u osobników obu płci w każdym wieku.

Geny są bardzo użytecznymi markerami, ale

nie  idealnymi.  Problemem,  szczególnie    w
przypadku  większych  genomów,  jak  genomy
kręgowców  i  roślin  kwiatowych,  jest  to,  że  mapa
oparta  całkowicie  na  genach  nie  jest  zbyt
szczegółowa, gdyż w genomach eukariotów geny
są  poprzedzielane  dużymi  przerwami.  Co  więcej,
zaledwie  część  całej  liczby  genów  występuje  w
łatwych  do  odróżnienia  formach  allelicznych.
Mapy  genów  nie  są  wiec  zbyt  dokładne.
Mapowane cechy niebędące genami nazywane są
markerami  DNA.  Tak  jak  markery  genowe,  aby
były użyteczne, markery DNA muszą występować
w  przynajmniej  dwóch  formach  allelicznych.  Trzy
typy  cech  sekwencji  DNA  odpowiadają  temu
wymogowi:



Polimorfizmy

długości

fragmentów

restrykcyjnych (RFLP)



Polimorfizmy długości prostych sekwencji
(SSLP)



Polimorfizmy punktowe (SNP)

POLIMORFIZMY DŁUGOŚCI

FRAGMENTÓW

RESTRYKCYJNYCH

RFLP  był  pierwszym  badanym  typem  markerów
DNA.  RFLP  uwarunkowany  jest  różnicami    w
sekwencji nukleotydów w obrębie genu. Mutacje
te  mogą  powodować  powstanie  lub  likwidację
istniejącego

miejsca

cięcia

dla

enzymu

restrykcyjnego. Enzymy restrykcyjne rozpoznają
specyficzne dla nich sekwencje nukleotydowe i
przecinają

DNA

określonym

miejscu.

Polimorfizm  fragmentów  restrykcyjnych  DNA
znajduje  zastosowanie  w  testach  identyfikacji
nosicielstwa  określonego allelu danego genu.

Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych
Cząsteczka  DNA  po  lewej  ma  polimorficzne  miejsce
restrykcyjne  (oznaczone  gwiazdką)  nieobecne  w  cząsteczce
po  prawej.  RFLP  ujawnia  się  po  działaniu  enzymem
restrykcyjnym, ponieważ jedna cząsteczka jest cięta na cztery
fragmenty, a druga na trzy.

a) Hybrydyzacja metodą

Southerna

DNA  trawi  się  odpowiednim  enzymem  restrykcyjnym  i
rozdziela  w  żelu  agarozowym.  Smugę  fragmentów
restrykcyjnych  przenosi  się  na  membranę  nylonową  i
hybrydyzuje  z  sondą  –  fragmentem  DNA  obejmującym
polimorficzne miejsce restrykcyjne.

b) Technika PCR

Stosuje  się  startery,  które  przyłączają  się  w  miejscach
otaczających polimorficzne miejsca restrykcyjne z obu stron.
  Po  reakcji  PCR  produkt  trawi  się  odpowiednim  enzymem
restrykcyjnym, a następnie analizuje się przez elektroforezę
w  żelu  agarozowym.  Jeśli  nie  ma  tego  miejsca,  na  żelu
agarozowym  widać  jeden  prążek,  jeśli  miejsce  jest  obecne,
widać dwa prążki.

POLIMORFIZMY DŁUGOŚCI

PROSTYCH SEKWENCJI

SSLP są szeregami powtórzeń sekwencji, które
przejawiają różnice długości; różnymi allelami
zawierającymi

różną

liczbę

jednostek

powtarzalnych. W odróżnieniu od RFLP, SSLP
może być wieloallelowe. Istnieją dwa typy
SSLP:



Minisatelity znane także jako zmienna liczba
powtórzeń tandemowych, w których jednostka
powtarzalna ma do 25 bp długości.



Mikrosatelity (proste powtórzenia tandemowe – STR)
których powtórzeniami są znacznie krótsze sekwencje,
zwykle do 13 bp.

STR

obszar

otaczającej

sekwencji
amplifikuje się, a
rozmiar

badanego

produktu
identyfikuję

się

przez elektroforezę
w żelu agarozowym
lub

elektroforezę

kapilarną.  W  żelu
agarozowym  ścieżka
A  zawiera  produkt
PCR,  a  ścieżka  P  –
markery

DNA.

Wyniki  elektroforezy
kapilarnej
przedstawiono  jako
elektroforetogram,
na  którym  położenie
szczytu

wskazuje

rozmiar

produktu

PCR.

Polimorfizm punktowy

SNP – polimorfizm ten związany jest z
występowaniem

pojedynczych

zmian

sekwencji nukleotydów w homologicznych
sekwencjach. Mutacja punktowa prowadzi
do  powstania  miejsca  polimorficznego
typu SNP, jeśli każdy z  alleli występuje w
populacji  z  częstością  nie  mniejszą  niż  1
%.  Zaletą  polimorfizmu  SNP  jest  jego
powszechność  w  genomach  różnych
gatunków.

Zastosowanie markerów w

hodowli zwierząt



Kontrola pochodzenia



Ocena wartości genetycznej zwierząt
pod katem cech użytkowych i selekcji
pośredniej, tzw. MAS



Ocena

zmienności

genetycznej

wewnątrz i między populacjami oraz
szacowaniu dystansu genetycznego



Badania nad odpornością/ podatnością
zwierząt na różne choroby i zaburzenia
genetyczne.

Kontrola pochodzenia

Prowadzona  jest  na  podstawie  układów  grupowych  i
polimorficznych białek. Podstawą tej kontroli jest to, że
potomek dziedziczy jeden allel z każdego locus od ojca,
drugi od matki. Zatem w przypadku grup krwi nie może
on  mieć  antygenu  erytrocytarnego,  którego  nie
stwierdzono  u  jednego  z    rodziców.  Do  kontroli
pochodzenia najlepsze są układy grupowe z dużą liczba
antygenów:
• bydło – grupa B – 40 antygenów, C-  12 , S- 8
• świnie – grupa E – 17 antygenów, M- 12, L- 12
• konie – grupa D – 17 antygenów, A- 7, P- 4, Q-3
Wyróżniamy  dwie  podstawowe  metody  stosowane  do
kontroli

pochodzenia;

jedna

jest

oparta

polimorfizmie minisatelitarnym, druga na polimorfizmie
mikrosatelitarnym.

Ocena wartości genetycznej

zwierząt pod katem cech

użytkowych i selekcji pośredniej,

tzw. MAS.

W metodzie tej kryterium wyboru

zwierzęcia jest jego genotyp w locus
markera

genetycznego

wykazującego

asocjację

doskonaloną

cechą

użytkową.

Metoda ta daje możliwość określenia
genotypu bardzo młodych zwierząt.

Ocena zmienności genetycznej

wewnątrz i między populacjami

oraz szacowaniu dystansu

genetycznego.

Szacowanie  dystansu  genetycznego  i  wybór  ras,
które  cechuje  duża  zmienność  genetyczna,  służy
zachowaniu  biologicznej  różnorodności  zwierząt
gospodarskich.

kolei

ocena

zmienności

genetycznej między populacjami ułatwia wybór
optymalnego

wariantu

krzyżowania,

krzyżowaniu towarowym uzyskanie maksymalnego
efektu

heterozji,

ujawniającego

głównie

zwiększeniem

wydajności

cech

użytkowych

zwierząt.

Badania nad odpornością/

podatnością zwierząt na różne

choroby i zaburzenia genetyczne

Dzięki tym badaniom nosiciele

niekorzystnych  alleli  mogą  być
wykrywani,  zanim  wystąpią  objawy
chorobowe.  Szczególne  znaczenie
mają  badanie  związku    między
antygenami/

genami

głównego

układu zgodności tkankowej (MHC) a
występowaniem chorób zwłaszcza
infekcyjnych.

Document Outline