Что такое днк маркер кратко

Обновлено: 16.05.2024

Рис 2. Стратегии молекулярных маркеров на основе ПЦР ретротранспозонов. A — Sequence Specific Amplification Polymorphism (SSAP), геномная ДНК после рестрикции с помощью PstI и MseI лигируется с адапторами к данным рестрикционным сайтам с последующей ПЦР с праймерами из LTR и адаптора; B — Inter-Retrotransposon Amplified Polymorphism (IRAP), ПЦР между инвертированными праймерами (праймером) из LTR ретротранспозона; C — REtrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphism (REMAP), ПЦР между праймером из LTR ретротранспозонаи праймером из простого микросателлитного повтора (например, 5’-CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA G); D — Retrotransposon-Based Insertion Polymorphisms (RBIP), мультилокусная ПЦР с использованием праймеров фланкирующих ретротранспозицию и праймера с LTR ретротрапозона.

ДНК-маркеры или молекулярно-генетические маркеры, полиморфный признак, выявляемый методами молекулярной биологии на уровне нуклеотидной последовательности ДНК, для определенного гена или для любого другого участка хромосомы при сравнении различных генотипов, особей, пород, сортов, линий.

За последние годы накопился большой массив данных об эффективности использования молекулярно-генетических маркеров, как на уровне белков, так и ДНК, РНК, для решения многих задач генетики, селекции, сохранения биоразнообразия, изучения механизмов эволюции, картирования хромосом, а также для семеноводства и племенного дела.

Наиболее широко используемые молекулярно-генетические маркеры условно можно подразделить на следующие типы — маркеры участков структурных генов, кодирующих аминокислотные последовательности белков (электрофоретические варианты белков), маркеры некодирующих участков структурных генов и маркеры различных последовательностей ДНК, отношение которых к структурным генам, как правило, неизвестно — распределение коротких повторов по геному (RAPD — случайно амплифицируемая полиморфная ДНК; ISSR — инвертированные повторы; AFLP — полиморфизм в сайтах рестрикции) и микросателлитные локусы (тандемные повторы с длиной элементарной единицы в 2-6 нуклеотидов).

Имеется целый набор современных технологий выявления полиморфизма на уровне ДНК, среди которых можно выделить следующие:

анализ полиморфизма длинрестриктных фрагментов ДНК (RFLP);
анализ полиморфизма с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и другие методы на основе амплификации ДНК между повторяющимися последовательностями в геномной ДНК.

Маркеры на основе ДНК-зондов

ПЦР-маркеры

Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) предполагает использование специфических праймеров и получение дискретных ДНК-продуктов амплификации отдельных участков геномной ДНК. Большое количество родственных технологий построено на этом принципе. Наиболее широко используемая RAPD технология основана на анализе амплифицированных полиморфных фрагментов ДНК с помощью единичных праймеров с произвольной нуклеотидной последовательностью [3] , [4] , [5] .

Когда в вашей жизни возникает необходимость в проведении генетического исследования на установление родства, вы обязательно столкнетесь с такими понятиями как локусы, аллели и генетические маркеры.

В этой статье мы поможем разобраться вам во всех этих терминах, знание которых поможет понять механизм ДНК тест на установление родства, в том числе установление отцовства.

В каждом человеке есть уникальный набор генов, который достается нам от родителей.

При слиянии генов наших родителей внутри нас формируется совершенно уникальный и новый генетический код. Гены располагаются в хромосомах и имеют определенное место.

Так вот, благодаря научным исследованиям были определены участки, где находится конкретный ген, именно его и называют локусом или генетическим маркером.

Гены влияют на наш цвет волос, цвет глаз, цвет кожи и т.д. их многочисленные вариации называются аллелями. Нужно понимать, что ребенок получает по одной аллели каждого гена от отца и от матери.

Как правило аллели имеют противоположные свойства: темные и светлые волосы, высокий и низкий рост. Совокупность аллелей в исследуемых локусах и есть ДНК профиль человека.

Благодаря разнообразию эти аллелей в определенных участках (локусах) можно провести ДНК тест на установление родства. Т.к. ребенок получает половину генетического материала от матери и половину от отца.

Подробнее об аллелях и наследственности.

Аллель - это разные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых локусах парных хромосом, которые определяют вариативность развития определенных признаков. Гомозиготным называют организм, где аллели в одном и том же гене одинаковые. Если аллели разные этот организм будет называться гетерозиготным.

Как мы сказали ранее, в клетках человека норма - это парный набор хромосом. Гены внутри этих хромосом расположены в одинаковых локусах.

Т.к. аллели имеют противоположные свойства, один аллель, как правило, более сильный. И этот сильный аллель будет называться доминантным. Аллель, который не проявляется называется рецессивным. В целях отличия доминантных и рецессивных аллелей их обозначают разными буквами. Заглавную букву присваивают доминантному аллелю.

Как проходит тест ДНК

Получив образцы, генетическая лаборатория производит выделение ДНК из взятых мазков.

Далее проводится процедура полимеразной цепной реакции. Для этого достаточно иметь небольшой фрагмент ДНК.

После реакции ДНК-секвенатор проводит автономное тестирование и сравнение образцов. Итоговые данные вносятся сотрудником лаборатории в компьютерную программу, производится расчёт вероятности генетической связи и родства.

Программа сравнивает контрольный образец, предоставленный предполагаемым родственником, с испытуемым образцом.

Установление степени родства проводится по методу 25 STR, это минимальное количество генетических маркеров для точного определения родства.

Метод применяется в мировых лабораториях и обладает исключительно высокой достоверностью. Заключение и результаты тестирования подписываются руководителем лаборатории, заверяются печатью. Руководитель должен иметь действующий сертификат судмедэксперта.

Результат считается положительным, если вероятность совпадения выше 99,9999%.

Уникальность строения ДНК присуща каждому человеку, совпадения невозможны. Молекулы способны хранить полную информацию о наследственности. Именно за счёт этого в современной медицине достигается высокая достоверность тестирования.

Молекулярно-генетические маркеры (ДНК-маркеры) - это полиморфный признак, выявляемый методами молекулярной биологии на уровне нуклеотидной последовательности ДНК, для определенного гена или для любого другого участка хромосомы при сравнении различных генотипов, особей, пород, сортов, линий.

анализ полиморфизма длин рестриктных фрагментов ДНК (RFLP);

анализ полиморфизма с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и другие методы на основе амплификации ДНК между повторяющимися последовательностями в геномной ДНК.

Маркеры на основе ДНК-зондов

К маркерам на основе ДНК-зондов относят:

1. RFLP (ПДРФ-маркеры) — Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов.

ПДРФ эффективен при картировании генома, маркировании генов многих биологических и экономически важных признаков.

2. VNTR — (англ. Variable Number Tandem Repeat). Этот метод получил название ДНК фингерпринта (отпечатки пальцев). Тандемные повторы широко распространены в разных геномах и высокополиморфны. В результате высокой вариабельности этих участков ДНК ПДРФ-анализ с зондами к микро- и минисателитным последовательностям позволяет получать мультилокусные спектры с высоким разрешением на популяционном уровне. Благодаря очень высокому уровню полиморфизма этот подход в настоящее время является хорошим инструментом для анализа внутри- и межпопуляционной изменчивости и определения генетических расстояний между группами организмов.

VNTR-аллельные варианты имеют кодоминантный характер наследования.

Маркеры полимеразной цепной реакции

SSR — (англ. Simple Sequence Repeats), ПЦР с флангирующими праймерами к короткому мини или микросателитному повтору позволяет выявлять маркеры с кодоминантным наследованием и, соответственно, удобен для выявления гетерозигот по данному локусу. Однако, одна пара праймеров для флангов в ПЦР позволяет рассматривать полиморфизм только одного локуса. Для многих микросателлитных локусов не удается выявить полиморфизм. Как правило, фланкирующие последовательности для данного микросателлитного локуса оказываются видоспецифичными.

RAPD — англ. Random Amplified Polymorphic DNA), полимеразная цепная реакция с использованием единичного короткого, обычно, 10-членным праймеров, с произвольной нуклеотидной последовательностью. Последовательность праймеров не абсолютно любая, а ограничена в пределах 40-70 % GC-состав и 50-100 % лингвистической сложности нуклеотидной последовательности. В RAPD можно использовать как одиночный праймер, так и несколько RAPD праймеров. Продукт RAPD образуется в результате амплификации фрагмента геномной ДНК, фланкированной инвертированной последовательностью используемого праймера. Метод универсален для исследований разных видов, при использовании одних и те же праймеров. Как правило, праймер выявляющий высокий полиморфизм для одного вида, будет также эффективен и для других видов.

ISSR — (англ. Inter Simple Sequence Repeats), специализированный вариант RAPD метода, в котором праймер состоит из микросателлитной последовательности. В этом методе, также как и в RAPD, используется один или несколько праймеров, длиной в 15-24 нуклеотида. Но в данном случае, праймеры состоят из тандемных коротких 2-4 нуклеотидных повторов, например: 5’-CA CA CA CA CA CA CA CA CA G и одним или двумя селективными нуклеотидами на 3’-конце праймера. Продукты ISSR амплификации содержат на флангах инвертированную микросателлитную последовательность праймера. Так как в данном методе последовательность праймеров специфична и подбирается более строго, чем в RAPD, поэтому, температуру отжига в ПЦР можно проводить выше (55-60°С), чем для RAPD метода, а поэтому фингерпринт, обычно, лучше воспроизводим.

SSAP — (англ. Sequence Specific Amplification Polymorphism) явился модификацией метода AFLP, для выявления полиморфизма как по сайту рестрикции, так и по вставки в геномную ДНК транспозона или ретротранспозона. Геномная ДНК исследуемых образцов расщепляется рестриктазами PstI и MseI, получаются фрагменты с выступающими 3’-концами. Затем рестрицированная ДНК лигируется с PstI и MseI адапторами. Первая полимеразная цепная реакция (преамплификация) проводится с праймерами от PstI и МseI адапторов, то есть амплифицируются все возможные комбинации сочетания этих адапторов в рестрицированной геномной ДНК. После первой ПЦР образуется большое количество продуктов амплификации фрагментов ДНК, локализованных между праймерами и адапторами. ПЦР продукты разбавляются и используются для второй, селективной ПЦР. Вторая ПЦР проводится с меченным праймером к LTR и любым праймером адапторов, либо с PstI или MseI. Во второй ПЦР можно использовать праймеры к адаптору с дополнительными нуклеотидами на 3'-конце, например, один, два или три нуклеотида, не комплементарные адаптору. Электрофорез после второй ПЦР проводят в полиакриламидном геле или в секвенаторе, если использовалась флюоресцентная метка. Продукты амплификации после второй ПЦР образуются в результате амплификации фрагмента ДНК между последовательностью LTR ретротранспозона и адаптором. Получение продуктов амплификации между только LTR последовательностями принципиально возможен, но, как правило, расстояние между двумя ретротранпозонами длиннее обычно получаемых размеров ПЦР продуктов (2500 — 3000 пар оснований). А продукты амплификации между адапторами не будут выявляться, поскольку используется метка только для LTR праймера.

IRAP — (англ. Inter Retrotransposone Amplified Polymorphism), полимеразная цепная реакция между праймерами, комплементарными последовательностям двух рядом расположенных LTR ретротранспозона. Метод имеет несколько вариантов. В первом варианте IRAP используется единичный праймер из LTR. Продукты амплификации образуются между двумя инвертированными LTR с одинаковой последовательностью, то есть в одной цепи 5’-конец одного LTR ориентирован к 3’-концу другого LTR. Если центральная часть ретротрапозона длинее обычного размера ПЦР продуктов (около 3000 пар оснований), то ПЦР будет проходить только между двумя LTR из разных ретротранспозиций. В этом случае соседние LTR должны располагаться в инвертирванном положении. В другом варианте IRAP используются два разных праймера к ивертированным LTR: один праймер с 5’-конца, а другой с 3’-конца LTR, ориентированые в разные стороны от ретротранспозона. В данном случае соседние LTR располагаются как прямые длинные повторы. И, наконец, в третьем варианте IRAP используются праймеры к LTR из разных ретротрапозонов в различной ориентации. Можно комбинировать праймеры из LTR с другими праймерами из повторяющейся ДНК.

RBIP — (англ. Retrotransposon-Based Insertion Polymorphisms), метод, основанный на использовании праймеров к последовательностям ретротранспозонов и выявляющий кодоминантные аллельные варианты. Его принцип основан на мультилокусной ПЦР, в которой используются пара праймеров, фланкирующих участок ДНК до ретротранспозиции и праймер к LTR ретротранспозона, который встроен в данный участок между первыми двумя праймерами. В результате ПЦР будет амлифицироваться один из вариантов фрагментов, фланкированных парой праймеров, поскольку последовательность между LTR слишком длинная для ПЦР между сайтами геномной ДНК с ретротранспозоном внутри. Этот метод выявляет полиморфизм только для данного полиморфного локуса. К его достоинствам относят кодоминантность полиморфных вариантов, возможность использования для дот-блот анализа большого количества сортов.

iPBS — (англ. inter PBS amplification), метод, основанный на использовании праймеров к PBS (англ. Primer Binding Site, участок связывания тРНК) последовательностям ретротранспозонов.

Генеалогия, или родословие - непрерывающийся поток информации о происхождении, преемстве и родстве семей и родов; наука о семейных связях. При помощи ДНК-маркеров можно узнать родословную человека. Для этого используют различные методики и тесты. ДНК-тесты используют, чтобы определить следующее:

- Наличие или отсутствие родственных связей
- Риск передачи наследственных заболеваний будущему ребёнку или их появления у взрослого человека
- Пол будущего ребёнка
- Этническое и генетическое происхождение
- Идентификация подозреваемых в судебных делах и др.

Для проведения теста можно сдать стандартные образцы (эпителий с внутренней стороны щеки, который берётся ватной палочкой) или нестандартные (волосы, зубные щётки, ногтевая пластина, фрагмент костей и др.).

Этнические тесты используют для определения этнического происхождения человека. Они делятся на четыре группы:

- Восточноазиатскую
- Африканскую
- Европейскую
- Тихоокеанскую

Некоторые генетические тесты исследуют только Y-хромосому и поэтому могут применяться лишь для мужчин. Они изучают Y-гаплотип(Y-STR) и Y-гаплогруппу(Y-SNP). Гаплотип - собрание маркеров, при помощи которой можно определить родство с тем или иным человеком. Гаплогруппа - групповая характеристика, определяющая род или историческое племя носителя гаплотипа. На Y-хромосоме известно более 700 маркеров, однако для исследований используется лишь часть из них. Наименование маркера обозначает его координату на Y-хромосоме и повторяющегося фрагмента цепи азотистых оснований. Каждый маркер содержит аллели - различные формы одного гена, находящиеся в одинаковых участках гомологичных хромосом. Аллели, в свою очередь, состоят из тандемных повторов четырёх комбинаций азотистых оснований - STR. Такие повторы - единственное отличие между мужчинами. Если у двоих мужчин совпадает количество гаплотипов, то они являются родственниками и имеют общего предка. Стоит также отметить, что число поколений до общего предка зависит от количества совпавших маркеров: чем их больше, тем меньше поколений. Для максимально точного анализа происхождения и родства необходимо провести полноценное исследования, пройдя оба теста: и STR, и SNР.

К структурным или генетическим маркерам относят все нарушения, которые изменяют структуру ДНК. В первую очередь это крупные аномалии, такие как делеции целых хромосомных районов, содержащих гены-супрессоры опухолевого роста и дупликации или амплификации районов, содержащих клеточные протоонкогены, факторы роста и др. Частным случаем является микросателлитная нестабильность, происходящая в опухолевых клетках.

К структурным перестройкам относят транслокации и инверсии хромосомного материала, в результате которых могут образовываться химерные гены, имеющие онкогенные функции. Другим результатом структурных перестроек может оказаться ситуация, когда клеточный протоонкоген получает дополнительные активирующие регуляторные элементы и начинает гиперэкспрессироваться. И, наконец, к структурным аномалиям относят различные типы мутаций, которые могут активировать проонкогены или инактивировать гены-супрессоры.

Читайте также: