Диспергированные повторы в геноме человека

Согласно результатам проекта "Геном человека" диспергированные повторы составляют около 45% всего генома человека: 21% - длинные диспергированные повторы, 13% - короткие диспергированные повторы, 8% - LTR-ретро-транспозон и 3% - ДНК-транспозоны.

 

 

Гены кандидаты контроля хозяйственно ценных признаков

В последние несколько десятиле­тий поиск генов — кандидатов в гене­тические системы, полиморфизм ко­торых играет критическую роль в из­менчивости хозяйственно ценных признаков, в основном, выполняется двумя путями.

Один из них — карти­рование главных генов количественных признаков (Quantitive Trait Loci — QTL). Выявление ассоциаций между полиморфизмом комплекса молекулярно-генетических маркеров (как прави­ло, микросателлитных локусов), лока­лизованных в разных хромосомах, и изменчивостью хозяйственно ценных признаков у линий и семейств с.-х животных позволяет рассчитывать, что включение полученных комплек­сных генотипов в оценку племенных индексов животных может способство­вать уточнению прогноза их племен­ной ценности. В то же время, очевид­но, что в разных условиях окружаю­щей среды, а также генотипической среды главными для проявления одного и того же хозяйственно ценного признака могут быть разные гены. Это уменьшает надежность такого подхода и вероятность эффективности его использования.

Другой подход поиска таких генов - кандидатов контроля хозяйственно ценных признаков заключается в по­пытке выявить гены, полиморфизм продуктов которых может оказывать критическое влияние на проявление отдельных, элементарных признаков, из которых складываются более слож­ные, хозяйственно ценные характери­стики. Такой путь, направленный на сохранение и конструирование типов, носители которых с высокой вероятностью проявляют желательные хозяйственно ценные признаки, успешно развивается в мясном скотовод­стве. Гены, контролирующие характеристики, можно подразделить на гены частных признаков и гены, продукты которых могут рассматриваться как системные регуляторы.

 

Геномное сканирование

Методы геномного сканирования позволяют обнаружить неслучайное геномное распределение коротких последовательностей ДНК (10 – 20 нуклеотидов, ~10 – 20 нм) и их инвертированных повторов в геномах разных видов. У доместицированных видов полорогих плотность распределения таких последовательностей выше, чем у близкородственных диких. Закономерности распределения таких коротких фрагментов зависят от их нуклеотидных последовательностей, консервативность распределения у полорогих выше для нуклеотиных последовательностей, принадлежащих к пурин/пиримидиновым трекам, способным образовывать трицепочечную ДНК и служить мишенями для связывания белков – факторов регуляции транскрипции, а также фолдинга (укладки) хроматина.

Распределение таких коротких последовательностей тесно связано с геномным позиционированием мобильных генетических элементов, в частности, у крупного рогатого скота с распространением в геноме видоспецифичного семейства ретротранспозона с преимущественной локализацией в участках сегментных дупликаций. В секвенированных последовательностях генома крупного рогатого скота обнаруживаются участки гомологии к ретротранспозонам таких кормовых культур как соя, пшеница, рис Полученные данные позволяют предполагать непосредственное участие мобильных генетических элементов в геномной эволюции, в частности, доместицированных видов животных

 

 

Геномная селекция

В племенном свиноводстве в Европе и Америке начинают применять геномную селекцию. Ее технологии позволяют расшифровать генотип свиней уже при рождении и отбирать для разведения лучших животных. Эта новейшая технология призвана в дальнейшем увеличивать селекционную точность и надежность племенной ценности свиней.

Родоначальником геномной селекции является маркерная селекция.

Маркерная селекция – это использование маркеров для маркирования генов количественного признака, что дает возможность установить наличие или отсутствие в геноме определенных генов (аллелей генов).

Ген - это участок ДНК, определенная последовательность нуклеотидов, в которой закодирована информация о синтезе одной молекулы белка (или РНК), и как следствие, обеспечивающая формирование какого-либо признака и передачу его по наследству.

Гены, представленные в популяции несколькими формами – аллелями – это полиморфные гены. Аллели генов разделяются на доминантные и рецессивные. Полиморфизм генов обеспечивает разнообразие признаков внутри вида.

Однако лишь некоторые признаки находятся под контролем отдельных генов (например, цвет волос). Показатели продуктивности, как правило, являются количественными признаками, за развитие и проявление которых отвечают многие гены. Некоторые из этих генов могут иметь более выраженный эффект. Такие гены называются основными генами локусов количественных признаков (QTL). Локусы количественных признаков (QTL) - участки ДНК, содержащие гены либо сцепленные с генами, лежащими в основе количественного признака.

Впервые идею применения маркеров в селекции теоретически обосновал А.С.Серебровский ещё в 20-х годах. Маркер, (называемый тогда «сигналь», английский термин «маркер» стал использоваться позже) по А. С. Серебровскому - это аллель гена, имеющий четко выраженное фенотипическое проявление, локализованный рядом с другим аллелем, определяющим хозяйственно важный изучаемый признак, но не имеющим четкого фенотипического проявления; таким образом, делая отбор по фенотипическому проявлению этого сигнального аллеля, происходит отбор сцепленных аллелей, определяющих проявление изучаемого признака.

Первоначально в качестве генетических маркеров использовались морфологические (фенотипические) признаки. Однако очень часто количественные признаки имеют сложный характер наследования, их проявление детерминируется условиями среды и количество маркеров, в качестве которых используются фенотипические признаки, ограниченно. Затем в качестве маркеров использовались продукты генов (белки). Но наиболее эффективно тестировать генетический полиморфизм не на уровне продуктов генов, а непосредственно на уровне генов, то есть использовать в качестве маркеров полиморфные нуклеотидные последовательности ДНК.

Обычно фрагменты ДНК, которые лежат близко друг к другу на хромосоме, передаются по наследству вместе. Это свойство позволяет использовать маркер для определения точной картины наследования гена, который еще не был точно локализован.

Таким образом, маркеры – это полиморфные участки ДНК с известной позицией на хромосоме, но неизвестными функциями, по которым можно выявлять другие гены. Генетические маркеры должны быть легко идентифицируемы, связаны с конкретным локусом и очень полиморфны, потому что гомозиготы не дают никакой информации.

Широкое применение вариантов полиморфизма ДНК в качестве генетических маркеров началось с 1980 г. Молекулярно-генетические маркеры использовались для программ сохранения генофондов пород сельскохозяйственных животных, с их помощью решались задачи происхождения и распространения пород, установления родства, картирования основных локусов количественных признаков, изучения генетических причин наследственных заболеваний, ускорения селекции по отдельным признакам – устойчивости к определенным факторам, по продуктивным показателям. В Европе генетические маркеры начали применяться в селекции свиней еще с начала 1990 гг. для освобождения популяции от гена галотана, который вызывает синдром стресса у свиней.

 

«Геномная селекция» молочного скота в настоящее время – использование ДНК матриц (ДНК биочипов) для генотипирования около 50 тысяч мононуклеотидных замен (Single Nucleotide Polymorphism – SNP) для выявления геномных участков, генотипы по SNP которых ассоциированы с желательным проявлением характеристик молочной продуктивности. По сути, является продолжением картирования главных генов молочной продуктивности, начатом в 1990 г с использованием генотипирования сначала десятков, затем сотен микросателлитных локусов (которые продолжаются до сих пор, например, работы Майкла Джорджеса, 1996 – 2010 гг) Одна ДНК микроматрица для 1 животного стоит примерно 200 евро (без учета других расходных материалов, амортизации соответствующего приборного обеспечения и затрат квалифицированного труда для их использования)

Термин «геномная селекция» подразумевает следующие этапы:

1. геномное сканирование с использованием десятков тысяч эталонных фрагментов ДНК (ДНК микроматриц) для выявления мононулеотидных замен вдоль генома у разных животных

2. выделение геномых участков с высокой плотностью SNP, генотипы которых ассоциированы с желательным проявлением совокупности хозяйственно ценных признаков

3. создание ДНК микроматриц для генотипирования множества SNP, ассоциированных с желательным проявлением хозяйственно ценных признаков (предполагая, что они маркируют главные гены этих количественных признаков)

4. включения результатов такого множественного генотипирования по SNP в оценки племенной ценности с использованием методов геномного сканирования (genomic breeding values - GEBV).

 

 

Цель и задачи геномной селекции

Исследовательские задачи:

1. исследования истории и генеалогии пород, их распространения, специфики их генофонда

2. разработка генетически обоснованных программ устойчивого использования местных пород и их сохранения

3. картирование главных генов количественных признаков в целях геномной селекции

 

Прикладные задачи:

1. Ошибки происхождения

2. Прогнозы: количества конечной продукции; качества конечной продукции; устойчивости к условиям содержания; устойчивости к инфекционным агентам; отсутствия наследственных заболеваний; отсутствия инфицированности патогенами.