VIII.1.2. Картирование при митотическом кроссинговере. использование центромеры в качестве маркера

Впервые выщепление рецессивных признаков в результате кроссинговера при митотическом делении у гетерозигот наблюдали у дрозофилы по генам, сцепленным с полом (yellow и singed), а затем и у других организмов.

В митозе, в результате редкой конъюгации гомологичных хромосом и кроссинговера, одна из хроматид каждой хромосомы становится рекомбинантной. Генотипы дочерних ядер, образующихся в результате митоза, зависят от ориентации хромосом в метафазе, где по экватору деления выстраиваются не биваленты, как в мейозе, а хромосомы, как обычно в митозе. Кроссинговер может проходить между генами или между геном и центромерой. У плесневых грибов при митотическом кроосинговере не бывает множественных обменов из-за очень низкой частоты кроссинговера и можно картировать только те гены, которые локализованы в одном плече: кроссинговер всегда происходит между генами и центромерой, гены, локализованные в другом плече, в нем не участвуют.

Рис. VIII.1. Схема митотического кроссинговера. 1, 2, 3, 4 - хроматиды

Кроссинговер, произошедший между геном и центромерой, приводит к выщеплению (сегрегации) диплоидных рецессивных гомозигот, причем в гомозиготное состояние переходят все гены, расположенные дистальнее места перекреста. Чем больше расстояние между центромерой и геном, тем чаще он будет сегрегировать. Следовательно, вероятность частоты, выхода гена в гомозиготу может служить показателем расстояния генов от центромеры и друг от друга. Для картирования число сегрегантов по наиболее удаленному от центромеры гену (т. е. длину плеча от центромеры до этого гена-селектора) принимают за 100%. Расстояние от центромеры до любого картируемого гена, локализованного ближе к центромере, определяют как долю (%) сегрегантов по этому гену от числа сегрегантов по гену-селектору. На рис. VIII. 1 геном-селектором является ген с, расстояние от центромеры до гена с-100%. Тогда расстояние гена b от центромеры (D_ob) равно: D_ob = ^N_b/_Nc, где N_c - общее число сегрегантов по с, N_b - число сегрегантов по b. Расстояние между генами b и с равно разнице расстояний между центромерой (о) и геном-селектором (с) и центромерой и геном b: D_oc-D_ob = 100%-D_ob. Аналогично расстояние между геном а и центромерой равно: D_oa = ^N_a/_Nc, расстояние между генами а и b равно D_ab = D_ob-D_oa. Они измеряются в условных единицах отличных от процента кроссинговера, определяемого по частоте мейотических рекомбинантов при составлении генетических карт.

Поскольку сегрегация рецессивов может происходить вследствие двух процессов - гаплоидизации и митотического кроссинговера, сначала определяют, за счет чего она произошла. Для этого отдельно анализируют гаплоидных и диплоидных сегрегантов, которые можно различить либо по размеру конидий, либо другим способом (см. стр. 208). На основе анализа гаплоидных сегрегантов определяют, сцеплены ли маркеры, и распределяют их по группам сцепления. Затем анализируют диплоидные сегреганты, возникшие вследствие митотического кроссинговера, и картируют гены, локализованные в одной хромосоме.

Среди сегрегантов, устойчивых к акрифлавину, из диплоидной культуры Aspergillus nidulans с генотипом асr/асr+ w/w+ pro/pro+ были получены гаплоидные сегреганты: 37 acr w pro и 25 acr w pro+, а также диплоидные сегреганты: 630 acr/acr w/w pro/pro и 96 acr/acr w/w+ pro/pro+. Определить, как наследуются гены (w - белый цвет конидий, pro - ауксотрофность по пролину).

Поскольку среди гаплоидных сегрегантов гены acr и w всегда встречаются вместе, а по гену pro произошло расщепление 37 pro и 25 рrо+, можно сделать заключение, что гены acr и w сцеплены, а ген pro локализован в другой хромосоме.

На основе анализа расщепления диплоидных сегрегантов, возникших в результате митотического кроссинговера, можно определить порядок расположения генов acr и w относительно центромеры и определить расстояние между ними. Наибольшее число сегрегантов по гену acr (630 + 96 = 726) принимаем за 100%. Сегрегантов по гену w - 630; следовательно, его расстояние от центромеры равно D_ow = ⁶³⁰/₇₂₆×100% = 86,8%. Расстояние между генами acr и w = 100%-86,8% = 13,2%. Следовательно, гены расположены в хромосоме в следующем порядке:

Анализ митотического кроссинговера - это единственный метод учета генетических рекомбинантов у организмов, у которых отсутствует половой процесс, он используется также для изучения соматических клеток человека и животных в культуре, при составлении митотических генетических карт у грибов.