Kolokwium_3 doc.doc

(915 KB) Pobierz
Biotechnologia – ćwiczenia 2010/2011

Biotechnologia – ćwiczenia 2010/2011

 

Kolokwium 3. Magdalena Pawełkiewicz                                                                                                              18.01.2011 r.

Mapowanie i markery molekularne

Jak poznać strukturę genomu…?

·         Genomy składają się z regionów kodujących i nie kodujących

·         Regiony kodujące stanowią niewielki % całego genomu, są jak „wyspy” rozrzucone między sekwencjami nie podlegającymi transkrypcji. Dąży się do ustalenia:

- rozmieszczenia na chromosomach

- sekwencji w loci kodujących

- ich funkcji

- zmienności allelicznej

- wzajemnej interakcji

·         Poprzez poznanie sekwencji całych genomów

- PROJEKTY SEKWENCJONOWANIA

Arabusopsis thaliana – rzodkiewnik – dwuliścienny gatunek

Oryza sativa – ryż – jednoliścienny gatunek

·         Poprzez przyjęcie strategii badawczej

- PROJEKTY MAPOWANIA Z UŻYCIEM MARKERÓW MOLEKULARNYCH

Większość gatunków roślin

 

Mapy:

·         Schematyczne odwzorowanie genomu organizmu lub elementu genetycznego (np. plazmidu) przedstawiające wzajemne położenie poszczególnych genów i innych elementów genetycznych.

 

Geny ułożone są liniowo na chromosomach – mapy liniowe

GENETYCZNE:

·         Odległość genetyczna między genami (markerami) na chromosomie (grupa sprzężeń), wyrażana częstością zachodzenia rekombinacji mejotycznej między nimi

FIZYCZNE:

·         Fizyczna odległość między markerami wyrażona w tysiącach lub w milionach par zasad

 

Co to jest mapa genetyczna?

·         Mapy genetyczne wskazują na względne położenie specyficznych markerów wzdłuż chromosomu – informacja na temat struktury, funkcji i ewolucji genomu

·         Spokrewnione gatunki zazwyczaj mają podobną zawartość i lokalizację genów i markerów

 

Markery:

·         Potencjalnym markerem to jakakolwiek dziedziczna cecha fizyczna czy molekularna, różna pomiędzy osobnikami, łatwo wykrywalna

·         Markerem może być gen lub odcinek nie kodujący jeżeli jego dziedziczenie można prześledzić

·         Marker musi być polimorficzny co znaczy, że muszą istnieć alternatywne formy (allel) pomiędzy osobnikami w badanej populacji

·         Im bliżej markery leżą obok siebie, mniejsze jest prawdopodobieństwo rozdzielenia alleli podczas rekombinacji = będą dziedziczyć się razem

·         Odległość między dwoma punktami nie jest mierzona w jednostkach fizycznych ale w centymorganach

1 cM = 1% rekombniacji

·         Im dalej od siebie są markery 1 i 2 – tym częstsze rekombinacje

 

Jednostka mapowa nie równa się 1 stałej odległości fizycznej ponieważ crossing over zachodzi z różną częstością w różnych rejonach w obrębie chromosomów

telomery – c/o zachodzi częściej

centromery – c/o zachodzi rzadziej

·         Do raz stworzonej mapy dodajemy następne markery używając do analiz dokładnie tej samej populacji

·         Takie mapy powstały dla wielu roślin, głównie użytkowych jak: ryż, kukurydza, soja….

 

Co to jest mapa fizyczna?

Mapa fizyczna mierzona jest w parach zasad (pz) i określa odległość między dwoma punktami.

Dwa markery mogą być genetycznie bardzo blisko siebie, np. mały współczynnik rekombinacji między nimi, ale daleko fizycznie – tysiące pz (zależy od gatunku)

Gatunek                            kpz/cM

- rzodkiewnik                            139

- pomidor                            510

- kukurydza                            2140

Określ czy między markerami genetycznym odległość 1kpz (1.000pz) czy 1Mpz (1.000.000pz)

 

Koncepcje mapowania fizycznego:

·         Określenie kolejności specyficznych sekwencji – markerów na chromosomach i ustalenie odległości między nimi w parach zasad

·         Rekonstrukcja genomu przez uporządkowanie mniejszych fragmentów DNA w specjalnych wektorach

 

Populacja mapująca:

·         Ma podstawowe znaczenie dla powodzenia eksperymentu

·         Formy rodzicielskie – to homozygotyczne linie wsobne, niski stopień pokrewieństwa, co zwiększy poziom polimorfizmu w potomstwie

·         Populację mapującą stanowią rozszczepiające się potomstwo

·         Liczebność

 

Markery – podział

Marker to cecha odróżniająca jednego osobnika od drugiego, cecha fenotypowa choroba dziedziczna, występowanie lub brak jakiegoś polipep. różnice w sekwencjach DNA

 

 

Markery genetyczne

·         Markery morfologiczne, mutacje w genach z konsekwencjami              w postaci zmian fenotypowych

- kształt liścia, barwa kwiatów, nasion, karłowatość, omszenie itp…

- mutacje, problemy z epistazą

- podlegają wpływom środowiska

- fenotyp przejściowy

- trudne do znalezienia sprzężeń

·         Markery molekularne

o       Markery białkowe: izozymy, allozymy

o       Markery DNA

 

Restrykcja:

ü      RFLP (+)

Restrykcja + PCR:

ü      AFLP (+)

ü      SAMPL

PCR:

ü      RAPD (+)

ü      SSR (+)

ü      AP-PCR; DAF; SCAR; RAMP; AMP-FLP; SPAR; ISSR; SSCP

 

Dobry marker:

Ø      Nieinwazyjna analiza (przeżyciowa)

Ø      Powtarzalny

Ø      Wykrywalny na wczesnych etapach rozwoju

Ø      Losowo występujący w genomie

Ø      Analiza zautomatyzowana

Ø      Łatwa do śledzenia w potomstwie (cecha jakościowa, nie ilościowa)

Ø      Wolna od wpływów środowiska – fenotyp przejściowy

Ø      Monogeniczna (niemodyfikowana epistatycznie)

Ø      Polimorficzna (zmienna w populacji)

- polimorfizm prosty – substytucja, delecja, insercja pojedynczych nukleotydów (zwykle dwa allele)

- polimorfizm złożony – zmiany na większą skalę (kilka do kilkunastu alleli)

???

 

·         Z supernatantu musimy pozyskać DNA poprzez wytrącanie

·         DNA wytrąca się w niskiej temperaturze w środowisku kwaśnym poprzez dodanie alkoholu

- alkohol etylowy – 2,5V supernatantu

- alkohol izopropylowy – 0,7-1V supernatantu

- wyizolowane DNA przemywamy etanolem (z resztek buforu, izopropanolu)

- osuszamy (etanol odparowuje)

- rozpuszczamy w buforze TE lub w wodzie:

   4oC – przez  noc – najlepiej

   RT – do godziny

   65oC – 10 min

 

Elektroforeza DNA

·         Ilość DNA – przybliżeniu porównując intensywność prążków DNA w drabince

·         Jakość – stopień degradacji:

- 1 wyraźny prążek

- SMIR  ciągnący się za prążkiem świadczy o degradacji DNA

DNA dobrej jakości – jeden prążek

Marker wielkości – tzw. drabinka DNA

Zdegradowane SMIR to DNA pocięte przez enzymy, połamane; są to cząsteczki różnej długości migrujące w żelu

 

Definicje i zasady

Elektroforeza = ruch jonów i makromolekuł obdarzonych ładunkiem elektrycznym poprzez żel w wyniku przyłożonego napięcia.

Molekuły rozdzielane są ze względu na:

1.      Wielkość

2.      Strukturę

3.      Rozkład ładunku

 

Czynniki wpływające na szybkość migracji DNA w żelu:

Ø      Wielkość cząsteczki

Ø      Konformacja DNA

Ø      Koncentracja agarozy

Ø      Wartość przyłożonego napięcia

Ø      Skład nukleotydowy i temperatura

Ø      Obecność barwników interkalacyjnych

Ø      Skład buforu do elektroforezy (siła jonowa)

PCR – reakcja łańcuchowa polimerazy

Końce DNA nie są takie same:              koniec                            3` - OH-              ;               koniec                             5` - PO3+

Nici dupleksu są przeciwstawne ale komplementarne. Nici DNA mogą denaturować i ponownie łączyć się (renaturacja).

Replikacja DNA in vivo wymaga wielu enzymów. Denaturacja nici; synteza starterów (fragmenty Okazaki); synteza nowego dupleksu DNA.

Synteza DNA in vitro wymaga jednego enzymu

·         denaturacja DNA przez podgrzanie

·         chemicznie syntetyzowane oligonukleotydy DNA (primery, startery)

·         dNTPs (wolne nukleotydy)

·         synteza DNA odbywa się w kierunku 5` - 3`

·         wymagany wolny koniec 3`-OH

·         polimeraza Taq DNA – enzym

Polimeraz Taq

·         nie jest niszczona w temperaturze 95oC

·         stabilność termiczna

·         optimum działania w temperaturze 72...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin