VI.2.2. Тетрадный анализ сцепленного наследования у грибов-аскомицетов. Картирование генов и центромеры

При сцеплении между генами нарушается соотношение разных типов тетрад, свойственное независимому наследованию: увеличивается доля Р-тетрад и уменьшаются доли N- и Т-тетрад. Особенно уменьшается доля N-тетрад, так как они возникают только при двойном кроссинговере между генами с участием четырех хроматид (рис. VI.2). Доля Т-тетрад зависит от расстояния между генами и от расстояния между каждым из них и центромерой. Если частота Р-тетрад больше, чем частота N-тетрад, а частота Т-тетрад меньше ²/₃, то это однозначно свидетельствует о сцеплении генов.

Рис. VI.2. Образование разных типов тетрад при сцепленном наследований генов

Из рис. VI.2 следует, что N-тетрады содержат четыре, а N-тетрады - две кроссоверные хроматиды. Исходя из этого, расстояние между генами (D) можно определить по частоте N- и Т-тетрад: D_AB = f(N) + ¹/₂f(T)(1).

Однако наблюдаемая частота рекомбинантов не равна истинной частоте происшедших обменов, если гены расположены далеко друг от друга, так как множественные обмены по своим последствиям не отличаются от одиночных, а некоторые из них не проявляются фенотипически. Для того, чтобы ввести поправку на множественные обмены, при определении расстояния между генами (D) используют формулу: D_AB = -33,33 ln(1-1,5f(T)) (2). В первом случае (1) расстояние между генами выражается в процентах кроссинговера (в морганидах или сантиморганах см), во втором - также в условных единицах - стрейнах (см. гл. VIII).

Если гены локализованы в разных хромосомах, но тесно сцеплены со своими центромерами, то f(P) = f(N), а f(Т)<²/₃, так как для появления Т-тетрад необходимо прохождение кроссинговера между геном и центромерой. Чем ближе ген расположен к центромере, тем реже появляются Т-тетрады. Таким образом, возникновение Р и N-тетрад при тесном сцеплении генов с центромерами не связано с кроссинговером, поэтому их соотношение остается равным ~1:1.

При скрещивании двух штаммов дрожжей, различающихся по трем генам: (α)s, t, u×(а)+++ в потомстве гетерозигот, выращенных на соответствующих селективных средах, получили следующие результаты тетрадного анализа.

Рассмотрим расщепление по каждой паре генов. Для этого определим тип тетрад.

1. Расщепление по генам s-t.

Соотношение типов тетрад в опыте 59P:53N:88T явно отличается от соотношения 1:1:4, χ² = 32,9, p<<0,01. Отклонение не случайно. Число N-тетрад примерно равно числу Р-тетрад, а Т-тетрад в опыте меньше ²/₃, следовательно, гены локализованы в разных хромосомах и тесно сцеплены со своими центромерами.

2. Расщепление по генам s-u.

Расщепление в опыте 144Р:56Т. Преобладание в расщеплении Р-тетрад, отсутствие N-тетрад и небольшое количество Т-тетрад свидетельствует о сцеплении генов. Расстояние между ними равно: ⁵⁶/_200×2 = 14 % ± 2,4 %, или 13,85 стрейна.

3. Расщепление по генам t-u.

Расщепление в опыте 89P:79N:32T. Примерное равенство Р и N-тетрад и небольшое количество Т-тетрад (<²/₃) позволяет сделать вывод о локализации генов в разных хромосомах и тесном сцеплении их со своими центромерами.

1. Гены s и и локализованы в одной хромосоме на расстоянии 14% ± 2,4% кроссинговера.
2. Ген t локализован в другой хромосоме и тесно сцеплен со своей центромерой.

Как уже указывалось, в упорядоченных тетрадах можно не только определить процент кроссинговера между генами, но и картировать центромеру.

Скрестили два штамма нейроспоры: дикого типа и ауксотрофный по аденину (ade) и триптофану (try): (А)++×(a)ade try. Данные тетрадного анализа приведены в таблице.

Определить, сцеплены ли гены. Если сцеплены, то определить их положение относительно центромеры и построить карту данного участка.

1. Соотношение типов тетрад в данном опыте 170P:24N:106Т. Уменьшение доли N-тетрад по сравнению с Р-тетрадами и появление Т-тетрад в количестве, меньшем чем ²/₃, свидетельствует о сцеплении генов. Процент кроссинговера между ними равен

2. В 40 асках расхождение аллелей гена ade произошло во втором делении мейоза, о чем свидетельствует следующий порядок расположения спор в асках: ade+ade+(8+23 + 2) и ade+++ ade(7). Расстояние между геном и центромерой равно ⁴⁰/₃₀₀×2 = 0,066×100% = 6,6%.

3. В 123 асках расхождение аллелей гена try произошло во втором делении мейоза (91 + 23 + 7 + 2), расстояние между геном try и центромерой равно ¹²³/₃₀₀×2 = 0,205×100% = 20,5% ± 2,3

На основании этих данных можно построить карту участка хромосомы, включающего гены ade и try и центромеру:

Гены локализованы в одной хромосоме по разные стороны от центромеры, один на расстоянии 6,6 сМ, другой - 20,5 сМ.

В неупорядоченных тетрадах также можно картировать центромеру, но для этого в скрещивании должно быть не менее трех маркеров, сцепленных с центромерами, например А, В и С. Определяют частоту Т-тетрад - f(T) - для пар А-В, А-С и А-В и соответственно расстояния между ними DAB, DAC, DBC. Расстояния между каждым из них и центромерой в стрейнах находят из уравнений (Захаров и др., 1976):

Заключая рассмотрение разных типов совместного наследования нескольких признаков, следует сказать, что по расщеплению в F2 или Fa можно различать два типа ядерного наследования - независимое и сцепленное. Сцепление генов, обнаруживаемое по преимущественной передаче потомкам родительских комбинаций признаков, служит указанием на локализацию генов в одной группе сцепления. Однако следует подчеркнуть, что гены, локализованные в одной группе сцепления, но на большом расстоянии друг от друга, проявляют независимое наследование. Для того, чтобы установить их сцепление, необходима постановка скрещиваний с участием других генов, сцепленных хотя бы с одним из них и локализованных на небольшом расстоянии. Частота возникновения рекомбинантов при сцепленном наследовании зависит от силы сцепления между генами и служит основой для определения расстояний между ними и построения генетических карт хромосом. Расщепления в F₂ и F_a - источник для получения и отбора анализаторов - гомозиготных рецессивов по нескольким генам, необходимых для решения многих задач генетического анализа и прежде всего для картирования хромосом.