Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов реферат
Обновлено: 02.07.2024
Системы полиморфизма по сайтам рестрикции описаны в разд. 2.3.2.7 и 6.1.2. Мы уже говорили (разд. 7.2.3), что вероятность нейтральности замен оснований, расположенных за пределами кодирующих последовательностей ДНК, выше, чем в случае систем полиморфизма, связанных с изменениями белков. Были проведены соответствующие сравнения человека и крупных человекообразных обезьян с использованием ядерной и митохондриальной ДНК. В районе альбуминовых генов человека и, например, шимпанзе обнаружены почти идентичные сайты полиморфизма [1958].
О происхождении разных кодирующих генов, содержащих идентичные повторяющиеся олигомерные последовательности. Открытие большого числа семейств повторяющейся ДНК (разд. 2.3.1.1) породило спекуляции относительно происхождения генетического кода и кодирующих последовательностей. Оно, например, провел сравнение множества нуклеотидных последовательностей ДНК и установил, что одни и те же последовательности, чаще всего длиной около 10 оснований, а иногда и до 28 оснований, имеются во многих, причем совершенно разных, генах и в различных рамках считывания [1967]. Вероятно, в ходе эволюции последовательности повторяющейся ДНК адаптировались к различным функциональным требованиям.
Поведение
Человек как изготовитель орудий труда. Принимая во внимание явную недостаточность наших знаний о генетической детерминации поведения человека, всякие спекуляции относительно природы наследственных изменений, обусловивших последние этапы эволюции нашего вида, представляются преждевременными. Мы вправе,
28 7. Эволюция человека
однако, предложить несколько гипотез относительно природы тех факторов, под действием которых произошли эти изменения, поскольку есть возможность реконструировать условия жизни нашего предка - австралопитека [1968]. Эти существа обитали главным образом в открытых саваннах и питались растениями и мясом. Они охотились на крупную дичь, например на антилоп, о чем свидетельствуют их орудия, часть которых изготовлена из костей животных. В течение длительного времени производство этих орудий считали наиболее значительным достижением предлюдей, а прямохождение рассматривали как необходимое приспособление, позволяющее освободить верхние конечности и использовать их для манипуляции различными предметами. Между тем наблюдения над человекообразными обезьянами показывают, что хождение на четырех конечностях не мешает им производить манипуляции с предметами: в сидячем положении эти животные активно пользуются для этого передними конечностями [1982]. Тем не менее изготовление орудий труда - это весьма важная характеристика наших предков, которая должна рассматриваться в более широком контексте.
Социальная структура групп ранних предлюдей и людей. Все виды деятельности древних форм предлюдей следует рассматривать в рамках социальной структуры групп. Охота на крупную дичь с использованием примитивных орудий требует кооперации значительного числа индивидов. Такая кооперация должна была тщательно планироваться; кроме того, она предполагает обмен информацией на определенном расстоянии. В то время, когда группа самцов охотилась, самки должны были охранять своих детей от нападений хищных животных. Все эти виды деятельности требуют объединения в довольно большие группы численностью от 20 до 50 особей.
Деятельность такой группы могла стать более эффективной при выполнении двух условий. Первое из них - это наличие лидера. Вполне возможно, что охоту затевал какой-то один самец, который умел заставить других членов группы следовать за ним. Второе условие - это существование языка. Охота, несомненно, стала
успешнее, когда члены группы научились обмениваться информацией и могли координировать свои действия с помощью акустических сигналов.
Эти простые рассуждения приводят к мысли о существовании селективных факторов, благоприятствовавших формированию в ходе эволюции двух особенностей, которыми люди отличаются от всех животных: интеллекта, дающего им возможность развивать абстрактные идеи и строить планы на будущее, и языка, который тесно связан с интеллектом.
Селективная ценность генотипа определяется превышением темпов воспроизводства особей, имеющих этот генотип, над темпами репродукции других особей. Однако вполне понятно, что самцы, доминировавшие в таких группах, - вожаки, руководившие охотой и принимавшие принципиальные решения, обладали также преимуществами в выборе самок и частоте спариваний и, следовательно, были отцами большей части потомства. Логично предположить, что они должны были быть я самыми умными и, что особенно важно, лучше всех владеть языком. Установлено, что в современной первобытной общине южноамериканских индейцев племени шавантов вожди, действительно, являются отцами большинства детей [1966]. Такая же закономерность выявлена и при изучении индейцев другого племени-яномама [1963].
7 Эволюция человека 29
ческих лесах, однако это правило имеет исключения. Существующие данные не позволяют сделать какие-либо прямые выводы относительно структуры групп ранних людей. Всякого рода экстраполяции используют наблюдения по крайней мере трех типов [1982].
3. Хотя до сих пор ни один примат пока еще не научился, несмотря на предпринимавшиеся усилия, произносить звуки, похожие на человеческую речь, исследователям все же удалось обучить нескольких шимпанзе передавать подробную информацию с помощью знаков, делаемых руками (нечто похожее на язык глухонемых) или с помощью клавиатуры компьютера с рисунками на клавишах.
Установлено, что обезьяны обладают способностью собирать орудия из частей, различать такие понятия, как форма и цвет, и даже узнавать себя в зеркале. В ходе экспериментов человекообразные обезьяны проявляли удивительные умственные способности. Вопрос о том, почему они не
пользуются ими в условиях дикой природы, озадачивает многих исследователей. Вероятно, обезьяны используют свои способности не для конструирования орудий или решения головоломок, а для достижения успеха в рамках социальной структуры своей группы, что увеличивает их шансы оставить большее число потомков [1983; 1984]. В сообществах первобытных людей к аналогичному результату приводит достижение статуса вождя. Давление факторов социальной среды вело к развитию способностей индивидов и в конечном счете к становлению культуры человека.
Поведенческие характеристики, общие для людей и других видов животных. До сих пор мы рассматривали поведенческие характеристики, по которым люди отличаются от особей других видов. Однако существует также великое множество поведенческих признаков, по которым люди сходны с другими животными. Например, мы, подобно животным, переживаем испуг, если что-то угрожает нашей жизни, испытываем половое влечение, а вид врага иногда вызывает у нас такую яростную реакцию, что мы не останавливаемся перед агрессивными действиями.
Согласно Лоренцу, люди в отличие от других животных, ведущих внутривидовую борьбу, склонны продолжать ее до уничтожения врага. Появление оружия, пора-
30 7. Эволюция человека
жающего на большом расстоянии, применение которого не требует непосредственного контакта с противником, не дает по этой концепции выхода агрессивным устремлениям, что в итоге может привести к вспышке насилия.
Многие специалисты в области общественных наук и многие биологи считают, что такая точка зрения чересчур упрощает реальную ситуацию. Изучение агрессивного поведения животных и, в частности, приматов, отличных от человека, возможно, поможет лучше разобраться в биологических аспектах человеческого поведения.
Социобиологи анализируют поведение сотен видов в свете принципов эволюционной биологии, надеясь с помощью такого подхода прояснить некоторые новые аспекты поведения, которые не могли быть вполне поняты ранее. Ими предложены гипотезы относительно генетической детерминированности поведенческих репертуаров многих видов животных. Однако конкретные гены, влияющие на социальное поведение, остаются в значительной степени гипотетическими факторами. Тем не менее существование наследственных, генетически контролируемых репертуаров поведения, вроде тех, что обеспечивают навигацию при миграциях птиц, - факт бесспорный.
Распространяя эволюционно-генетический подход на человека, социобиологи пытаются объяснить эмоции, сексуальность, агрессивность и социальный статус людей [1898; 1989]. Было выдвинуто предположение о существовании биограммы человека-некоего набора потенциальных возможностей и ограничений, присущих этому виду. Гены устанавливают пределы, в которых может развиваться тот или иной репертуар поведения. Выражения лица, передающие различные эмоции, весьма сходны у представителей разных культур. Сексуальность рассматривается социобиологами как приспособление, выработанное естественным отбором для формирования брачных пар. Утверждается, что полигиния (сожительство одного мужчины с несколькими женщинами) имеет в своей основе определенные биологические причины, поскольку она дает виду объяснимые преимущества. Формы полигинии могут быть разными в обществах, имеющих разные культурные тра-
7. Эволюция человека 31
диции. Уилсон [1990] постулирует существование биологической основы религиозности и стремления передавать из поколения в поколение мифопоэтические сюжеты. Он считает их базисом, на котором происходит консолидация общества. По мнению социобиологов, преобладающее большинство известных инвариантных реалий человеческого общества имеет скорее биологическую, чем социальную детерминацию. Эти инварианты включают доминирование мужчин, разделение труда по полу, длительную заботу матерей о потомстве и продолжительную социализацию молодежи.
Уилсон допускает, что запрограммированность человеческого мозга выражена гораздо слабее, чем запрограммированность мозга других видов [1990], и поэтому поведение человека намного пластичнее поведения животных. Тем не менее данные о малой изменчивости таких признаков, как табу инцеста и отношения между родственниками в сообществах людей с разными культурными традициями, свидетельствуют, по его мнению, об их биологической обусловленности.
Самый существенный аргумент, выдвигаемый против соииобиологии, - это отсутствие прямых доказательств генетической детерминированности большинства поведенческих репертуаров человека. Таких доказательств в настоящее время действительно нет, однако представляется весьма вероятным, что определенные аспекты поведения в результате действия естественного отбора генетически запрограммированы. Предположение, что человек полностью автономен в своем поведении, а работа центральной нервной системы совсем не контролируется генетически,
кажется неправдоподобным. Человек с его мозгом - это звено непрерывной эволюционной цепи. Поэтому полная независимость признаков, опосредованных центральной нервной системой, от каких-либо биологических ограничений представляется маловероятной.
Социобиология подверглась резкому осуждению со стороны многих ученых - и естественников, и гуманитариев. Они отрицают существование каких-либо ограничений, налагаемых на социальные процессы биологией человека [1898]. По их мнению, социобиология представляет собой одну из ипостасей социал-дарвинизма, использовавшегося представителями правящих классов западных стран для оправдания современного status quo. Критики социобиологии указывают на ужасные последствия, к которым уже приводило использование псевдогенетических теорий для оправдания дискриминации и социальной несправедливости (гл. 1).
Для решения вопроса о степени биологической запрограммированности социального поведения человека необходимо разложить репертуар человеческого поведения на отдельные составляющие и провести специальные, генетически ориентированные исследования, базирующиеся на посемейном анализе.
Большинство выводов и концепций социобиологии основаны на результатах сравнений человека с другими видами или базируются на выявленном сходстве определенных поведенческих репертуаров в разных популяциях человека, существующем, несмотря на различия в их культурных традициях. Напротив, классическая генетика использует в качестве аналитического подхода изучение различий между отдельными особями одних и тех же популяций. Эта разница в подходах между этологией и генетикой должна учитываться во всех дискуссиях о генетической детерминации и эволюции поведенческих признаков.
Открытие и выделение рестрицирующих эндонуклеаз (рестриктаз) [16], расщепляющих ДНК в участках со строго определенной последовательностью, позволило разработать маркеры на основе анализа рестрикционного полиморфизма ДНК. Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ, англ. RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism). Впервые ПДРФ был использован как генетический маркер в 1974 г. при идентификации термо-чувствительной мутации в геноме аденовируса [37]. Однако широкое применение вариантов полиморфизма ДНК в качестве генетических маркеров началось с 1980 г. после выхода основополагающей работы Ботштейна с соавт. [22], в которой были изучены свойства ПДРФ как генетического маркера, дано теоретическое обоснование его использования и предложен метод оценки уровня информативности (PIC - polymorphism information content). Самими авторами метод был с успехом применен для картирования генома человека [22]. ПДРФ используют для анализа полиморфизма конкретных локусов (генов). Способ анализа ПДРФ сводится к обработке ДНК рестриктазами с последующим электрофоретическим разделением полученной смеси и определением длин рестрикционных фрагментов после блот-гибридизации со специфическим меченым зондом. Так как рестрицирующие эндонуклеазы имеют строго специфические места расщепления, то генетические различия в нуклеотидной последовательности ДНК между индивидуумами (т.е. полиморфизм на уровне ДНК) приведут к различному распределению сайтов рестрикции вдоль соответствующих молекул ДНК и получению продуктов рестрикции, в которых длина гомологичных фрагментов будет различаться. Таким образом, полиморфизм ДНК будет тестироваться как ПДРФ. Подробнее с методологией ПДРФ можно ознакомиться в многочисленных обзорах [2, 10, 20, 21 и др.].
Основной причиной, приводящей к возникновению полиморфизма ДНК, первоначально считались точковые мутации (а также микроделеции и инсерции), затрагивающие сайты узнавания тех или иных эндонуклеаз рестрикции [22]. В последующих работах спектр возможных причин был расширен, и в настоящее время основная роль отводится таким факторам, как крупные делеции и вставки [89], трансверсии, транслокации, транспозиции мобильных генетических элементов [77] и т.п. Кроме того, некоторые рестриктазы не способны расщеплять ДНК, если сайт узнавания содержит один или несколько метилированных цитозиновых остатков. Такие ферменты также могут выявить полиморфизм, если имеются вариации в характере метилирования (цит. по [9]).
С использованием ПДРФ-маркеров были получены первые успешные результаты по построению молекулярно-генетических карт многих видов растений и животных, накоплены обширные сведения о генетическом полиморфизме различных организмов, выявлены ассоциации с хозяйственно-полезными признаками [20, 21, 26, 76, 78, 81]. Важным достоинством данного типа маркеров является высокая воспроизводимость результатов, а также кодоминантный тип наследования. ПДРФ-локусы могут обладать множественными аллелями, что повышает их информативность. ПДРФ-анализ митохондриальной ДНК и кластера генов, кодирующих рибосомные РНК (рДНК), широко используется в популяционной генетике, биогеографических и филогенетических исследованиях [18]. Высокий консерватизм ПДРФ-маркеров позволяет использовать их при сравнительном картировании родственных видов. Например, появление детальных генетических карт многих растений позволило сравнить между собой ряд геномов, благодаря использованию общего набора ПДРФ-зондов [63].
ДНК-фингерпринт (синоним - "геномная дактилоскопия") позволяет исследовать полиморфизм множества локусов повторяющихся последовательностей (мультилокусный анализ). Анализ проводится тем же способом, что и в случае ПДРФ, но в качестве специфического гибридизационного зонда используются последовательности повторяющихся последовательностей - минисателлитов. Минисателлиты диспергированы по геному и представляют собой последовательности, состоящие из многократно повторенной единицы ("мотива" или "коровой" последовательности) длиной от 9 до 100 и более п.н. (тандемно повторяющиеся последовательности). Отдельные последовательности отличаются друг от друга по общей длине (числу повторов "мотива"), а также по некоторым вариациям в нуклеотидной последовательности "мотива". Использование "коровых" последовательностей в качестве зондов при гибридизации позволяет выявлять множество участков рестрикционного полиморфизма и получать высокоспецифическую картину гибридизации геномной ДНК, характерную для конкретного индивида (особи). Показано, что с помощью данного подхода в геноме млекопитающих можно выявить более 30 высокополиморфных локусов, что достаточно для индивидуальной идентификации человека, растений, животных) [6, 48, 87]. Многие "коровые" минисателлитные последовательности высоко консервативны и могут быть использованы для выявления аналогичных последовательностей в ДНК самых разных организмов [6, 47, 87].
Описаны минисателлитные зонды не только универсального характера, но и локус-специфичные [42]. Локус-специфичные минисателлиты можно получить также клонированием экстрагированных из геля фрагментов, дающих отдельную полосу на фингерпринте ДНК [96]. Монолокусные минисателлиты высокоинформативны и могут быть эффективно использованы для анализа групп сцепления генов.
Основными механизмами возникновения и поддержания полиморфизма в минисателлитах считаются неравный кроссинговер и генная конверсия. При этом высокую вариабельность (нестабильность) минисателлитов связывают не с внутренним свойством повторяющейся последовательности, а с инициатором мутаций, фланкирующим повтор [24], и активацией мутагенных систем генома [48]. Скорость мутационного процесса в гипервариабельных минисателлитных локусах человека выше, чем в целом для геномной ДНК, и составляет в среднем на гамету 10-4 на 1 т.п.н. минисателлита [48]. В силу чрезвычайно высокого полиморфизма этот тип маркеров не применяется в популяционных или филогенетических исследованиях, а используется для индивидуальной идентификации человека, растений и животных.
К недостаткам методов рестрикционного анализа с использованием блот-гибридизации (ПДРФ, минисателлиты), ограничивающим их распространение, следует отнести применение радиоактивных изотопов, длительность и трудоемкость процедуры, необходимость использования для анализа больших количеств ДНК высокого качества.
Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ, Restriction fragment length polymorphism, RFLP) — это способ исследования геномной ДНК, путем разрезания ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции и дальнейшего анализа размеров образующихся фрагментов (рестриктов) путем гель-электрофореза (ДНК электрофореза).
При использовании данного исследования получаются различные результаты от различных образцов, и при помощи ПДРФ можно идентифицировать некоторые различия в последовательности нуклеотидов ДНК, в случае, когда они располагаются в сайте рестрикции. В виду того, что технологии секвенирования ДНК могут охарактеризовать ДНК очень точно, ПДРФ был разработан как первый и дешевый метод для массового применения. Анализ разнообразия ПДРФ является важным инструментом в картировании генома, локализации генов, ответственных за генетические заболевания, определения риска заболевания, получения генетических отпечатков и определения родства.
См. также
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Добавить иллюстрации.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов" в других словарях:
полиморфизм длин рестрикционных фрагментов — ПДРФ Изменчивость размеров фрагментов ДНК, выщепляемых рестриктазами endonucleases, обусловленная возникновением или изменением в результате мутаций сайтов рестрикции; в связи с этим анализ ПДРФ позволяет использовать отдельные аллели (по причине … Справочник технического переводчика
полиморфизм — polymorphism полиморфизм. Cуществование в скрещивающейся группировке (в популяции) генетически различающихся особей; П. может иметь негенетический (модификационный) характер например, в зависимости от плотности популяции (см.
) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
Однонуклеотидный полиморфизм — В случае SNP гетерогенность первичной структуры ДНК проявляется в однонуклеотидных различиях аллелей Однонуклеотидный полиморфизм (англ. Single nucleotide polymorphism, SNP) отличия последова … Википедия
ПДРФ — Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ, Restriction fragment length polymorphism, RFLP) это способ секвенирования геномной ДНК, путем разрезания ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции и дальнейшего анализа размеров образующихся… … Википедия
ДНК-маркер — Рис.1 Электрофорез ПЦР продуктов в агарозном геле и окрашенных бромистым этидием, полученных методом IRAP амплификации. Левая дорожка ДНК известной длины (от 900 до 3000 пар нуклеотидов) … Википедия
ДНК-дактилоскопия — Эту страницу предлагается переименовать в Геномная экспертиза. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К переименованию/27 сентября 2012. Возможно, её текущее название не соответствует нормам современного русского языка… … Википедия
Индексный маркер — * індэксны маркёр * index marker высокополиморфный маркер генома человека, уровень гетерозиготности которого превышает 70%: обычно это микросателлиты, сайты, определяющие полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (см.) и т. п. Наборы, в которых… … Генетика. Энциклопедический словарь
SNP — В случае SNP гетерогенность первичной структуры ДНК проявляется в однонуклеотидных различиях аллелей Однонуклеотидный полиморфизм (англ. Single nucleotide polymorphism, SNP) отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид (А, Т, Г или… … Википедия
Single nucleotide polymorphism — В случае SNP гетерогенность первичной структуры ДНК проявляется в однонуклеотидных различиях аллелей Однонуклеотидный полиморфизм (англ. Single nucleotide polymorphism, SNP) отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид (А, Т, Г или… … Википедия
Рестрикционные фрагменты- участки молекул ДНК различной длины, кт образ при разрезании исходных молекул специальными фрагментами рестриктазами.
Процесс разрезания молекул ДНК называется рестрикцией.
Сайты рестрикции- особые нуклеотидные последовательности, дл 2-6 нм, кт узнаются рестриктазами и по ним осущ разрезание молекул ДНК в ходе рестрикции.
В результате мутации нукл состав сайтов рестрикции может меняться и перестает выполнять свою функцию, а в других местах могут обр-ся на мол-лах ДНК новые сайты рестрикции. Это происходит из-за такого явления как полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ).
Количественная оценка отличий в нукл составе ДНК двух человеч индивидумах:
-число нукл в ДНК сост. 3,4 10 9
-различие между двумя образцами ДНК сост 1 нуклеотид на 200-500 п.н.
Использование ПДРФ для картирования генов:
Картирование генов- определение места генов на хромосоме, явл важным этапом поиска мутантных генов в геноме человека с целью их последующего выделения, анализа и разработки методов лечения насл заболев, вызыв данными генами.
В классич генетике гены картируют путем определения частоты кроссинговера между иссл-ым геном и маркерным геном.
Кросс-р – мера расстояния между генами – обмен участками между гомологичными хромосомами..
Возможности данного метода очень ограничены:
В наст время у чел известно всего 20-30 маркерных систем, тогда как заболеваний более 4000.
В 1978г Ботстейн с сотрудниками впервые высказал идею, что в качестве маркеров для картирования генов могут исп-ся посл-сти ДНК. Такие маркеры получ название маркера ПДРФ. Их число – более 7 млн.
Схема картирования:
Пример использования ПДРФ:
А – норма, а – заболевание.2 и 5 родственники
Электрофорез фрагментов ДНК по 6-ти дорожкам после обработки рестриктазой.
В 1985г Джеффрис предложил использовать явление ПДРФ для составления генетического портрета человеческих индивидумов.
Открытый им метод получил название геномная дактилоскопия, дактилоскопия- снятие отпечатков пальцев.
Метод геномной дактилоскопией базировался на минисаттелитных ДНК, кт встрч в геноме человека в большом количестве, и распростр равномерно по всему геному.
Минисаттелитные ДНК предст собой повторяющ посл нукл, в кт преобл Г-Ц пары. Они сост из мономерных звеньев, дл 6-100 нм, обр-х кластеры.
Многомерное звено (ГЦГЦГЦ)n хорошо гибридизуются с Г-Ц зондами, кот исп при геномной дактилоскопии.
Схема метода геномной дактилоскопии
КОНЦЕПЦИЯ 1 ГЕН – 1 ФЕРМ-Т. РАСШИФРОВКА ЦЕПЕЙ БИОСИНТЕЗА ВЕЩ-В И ЕГО ОСН-Е ПРИНЦИПЫ.
Ген – участок мол-лы ДНК, несущий инф-ю о перв-й стр-ре одного опр-го белка, мол-лы т-РНК, р-РНК или выполняющий одну регуляторную ф-ю.
Ещё со времён Менделя известно, что гены отвечают за формир-е признаков. Однако какие события происх-т на пути от гена к признаку длит-е время оставалось непонятным.
Суть концепции: Гены кодируют синтез ферм-в, кот-е катализир-т биохим-е р-и, определяющие развитие призн-в.
Для некот-х призн-в путь ген –> признак в рамках конц-и выглядит след. образом: 1 ген à 1 ферм-т à 1 биохим-я р-я à 1 признак.
Читайте также: