밸런서 염색체

Balancer chromosome

밸런서 염색체(또는 단순히 밸런서)는 실험실 생물학에서 자연선택의 간섭 없이 생체 내에서 열성 치사(또는 무균) 돌연변이를 유지하기 위해 사용되는 유전공학 염색체의 한 종류이다.이러한 돌연변이는 헤테로 접합체에서만 생존하기 때문에 연속세대에 걸쳐 안정적으로 유지될 수 없으며, 따라서 지속적으로 야생형 생물이 생성되어 상동 야생형 염색체를 밸런서로 대체함으로써 예방할 수 있다.이러한 능력에서 밸런서는 재고(예: 냉동)를 보관할 수 없는 일반적인 초파리인 드로소필라 멜라노가스터와 같은 모델 유기체에 대한 유전자 연구에 매우 중요하다.또한 전방 유전학 검사에서 열성 치사(또는 멸균) 돌연변이를 특정하기 위해 사용할 수 있습니다.이러한 이유로 밸런서는 다른 모델 유기체, 특히 [1]선충인 케노하브디티스와 쥐에도 사용된다.

전형적인 밸런서 염색체는 (1) 원하는 돌연변이를 수반하지 않는 호모 접합체를 제거하여 열성 치사 돌연변이를 전달하도록 설계되었으며, (2) 야생형 염색체의 신규 생성을 방지하는 호모 접합체와 감수성 재조합을 억제하고, (3) 희귀 재조합을 식별하는 데 도움을 줄 수 있는 지배적인 유전자 마커를 전달하도록 설계되었다.개미와 개미를 선별하는 데 도움이 됩니다.

역사

밸런서 염색체는 초파리에 최초로 사용되었으며, 헤르만 뮬러는 생체 돌연변이 [2]유발을 위한 방사선 사용을 개척했다.

밸런서 염색체의 현대적 사용에서, 무작위 돌연변이는 DNA 손상을 일으키는 물질에 다른 정상적인 염색체를 가진 살아있는 유기체를 노출시킴으로써 먼저 유도된다; 파리와 선충에서, 이것은 보통 유충에게 에틸메탄술폰산염(EMS)을 먹임으로써 발생한다.DNA가 손상된 애벌레(또는 그들이 발달한 성충)는 돌연변이를 위해 검사된다.관심 표현형이 관찰되면,[3] 그 계보를 유지하기 위해 돌연변이를 발현하는 선과 균형자 염색체를 포함한 다른 선을 교차시킨다.한 예로, 밸런서는 유전적으로 케노하브디스의 개체군을 선별하는 데 사용되었다.이때쯤 과학자들은 이미 유전자 연구를 위해 유기체의 개체군을 유전적으로 검사할 수 있는 것의 이점을 깨달았다.마찬가지로 중요한 것은, 그들은 또한 이러한 집단에서 교배를 제한할 수 있을 뿐만 아니라 그들에게 매우 일관된 유전자 [4]구성을 제공할 수 있다는 것을 깨달았다.

그 이후 밸런서 염색체의 사용은 모델 유기체의 유전자 검사를 위해 잘 알려져 있고 널리 사용되는 방법으로 발전했다.그들은 심지어 헤테로크로마틴 패킹의 역할과 그것이 [5]유전자에 미치는 영향, 그리고 텔로미어가 유전자 [6]소음에 미치는 영향에 대한 연구에도 사용되고 있다.

메커니즘

밸런서 염색체는 큰 반전([B,C,D] 및 [G])을 포함한다.이러한 부위에서는 정상적인 유전자 재조합(파란색 X)이 억제된다(빨간색 X).

이배체 생물에서 열성 치사(또는 멸균) 표현형이 없는 돌연변이는 단순히 호모 접합성으로 번식할 수 있으며 호모 접합체를 교차시킴으로써 안정적이고 무기한으로 유지될 수 있다.그러나 열성치사변이를 위한 호모 접합체는 정의상 생존할 수 없다.왜냐하면 양쪽 염색체 상동체 상동체에 열성치사 대립 유전자가 존재하기 때문에 유기체는 발생 초기에 사망하기 때문이다.불임의 원인이 되는 열성 돌연변이와 호모 접합하는 유기체는 본질적으로 동일한 결과(즉, 유전적 물질)를 산출한다.무균 개체 자체가 성숙할 때까지 생존하더라도 al은 자손에게 물려줄 수 없다.)이 문제는 유전학자들이 열치사/살균 돌연변이를 연구하기를 원하는 대신 헤테로 접합 유기체의 돌연변이를 유지하도록 강요한다(열치사/살균 돌연변이를 포함하는 염색체가 같은 궤적에서 야생형으로서 기능하는 상동체로 보완되어 유기체가 다소 생존하고 번식할 수 있게 한다).통상의 경우).

헤테로 접합체 간의 교차는 헤테로 접합체 및 비생존 호모 접합체 외에 야생형 유기체를 생성한다.순수하게 헤테로 접합된 계통을 유지하기 위해서는 야생형 자손을 식별하고 짝짓기를 방지해야 한다.특히 열성 돌연변이를 장기간 유지하는 것이 목표인 경우, 이것은 엄청나게 많은 자원을 소비할 수 있습니다.

열성 돌연변이를 수반하는 염색체의 야생형 상동 염색체를 밸런서 염색체로 치환하는 것으로, 다양한 방법으로 야생형 유기체의 형성을 방지할 수 있다.첫째, 균형자는 자신의 독립적인 열성 치사 돌연변이를 가지고 있는데, 만약 균형자의 두 복사본이 유전된다면 유기체는 생존할 수 없게 된다(즉, 원하는 돌연변이의 복사본이 없다).단, 밸런서와 돌연변이 대립 유전자를 포함한 상동체와의 재조합도 야생형 염색체의 de novo 생성을 초래할 수 있다.재조합을 억제하기 위해, 밸런서는 보통 상동 염색체 사이의 시냅시스를 [7]방해하기 위해 여러 개의 중첩된 염색체 반전을 가지고 있다.만약 교차가 일어난다면, 그것은 종종 불균형하며, 각각의 결과 염색분체는 몇몇 유전자가 부족하고 다른 두 개의 복사본을 가지고 있다.이 과정은 또한 선천적으로 불안정하고 대개 분열되고 돌연변이를 일으키거나 후속 유사분열 동안 손실되는 이심 또는 무중심 염색체를 초래할 수 있습니다.이 모든 결과들은 치명적일 가능성이 매우 높다.

마지막으로, 균형체 염색체는 녹색 형광 단백질의 유전자나 시각적으로 눈에 띄는 색소를 만드는 효소 같은 지배적인 유전자 표지를 가지고 있어 연구자들이 [8]균형체를 가지고 있는 유기체를 쉽게 알아볼 수 있게 해준다.드물게 생존 가능한 재조합의 경우, 마커가 손실될 수 있으며, 따라서 연구자들에게 그 사건에 대해 경고한다.

중요한 것은 내포된 역전에 의한 재조합 억제는 반전 간격에서만 일어나는 반면, 다른 영역(대개 근원 및 준말단 영역)은 재결합이 자유롭다.마찬가지로 원하는 돌연변이가 균형자의 열성 치사 돌연변이와 같은 궤적에 있다면(즉, 그것과 강한 연관성 불균형 상태에 있다), 재조합 억제 역전에 관계없이 야생형 염색체를 생성하는 재조합은 매우 가능성이 낮다.

밸런서 염색체는 단순히 고립된 열성 치사(또는 무균) 돌연변이를 유지하는 것 외에 그러한 돌연변이를 식별하기 위한 전방 유전자 검사에서도 유용하다.이러한 화면에서는 밸런서를 운반하는 돌연변이 유기체가 서로 교잡한다.지배적인 표식으로 식별되는 균형자를 운반하는 자손은 리터미트와 교배될 수 있습니다.마커 음성 동물을 생성하지 않는 그러한 교배는 비균형 염색체에서의 열성 치사 돌연변이의 결과일 수 있다.물론, 다른 간격의 열성 치사 돌연변이와 다른 염색체의 손실과 함께 균형자 내의 반전들에 의해 덮인 게놈 간격만이 이 방법으로 선별될 수 있다.

드로소필라의 명명 규칙

균형체 염색체는 안정시키기 위해 사용하는 염색체와 균형체가 가지고 [9]다니는 표현형 또는 유전자 표지자 때문에 이름이 붙여졌다.D. melanogaster에서 균형자 염색체의 이름은 다음과 같이 표준화되었습니다: 염색체 이름의 첫 글자는 안정화된 염색체의 수를 나타냅니다.F는 첫 번째 염색체, S는 두 번째 염색체, T는 세 번째 염색체를 나타냅니다.작은 네 번째 염색체는 재조합을 하지 않기 때문에 균형을 맞출 필요가 없다.이 문자 뒤에 "멀티 반전"을 나타내는 M이 나옵니다.M 뒤에 같은 염색체의 밸런서를 구별하기 위한 숫자가 온다.또한 밸런서 내의 유전자 마커는 이름 뒤에 나열되며 쉼표로 구분됩니다.일반적으로, 모든 자손들이 이형 접합임을 확실히 하기 위해 종종 동종 결합 치사적인 쉽게 관찰할 수 있는 지배적 표현형 특성을 가진 돌연변이가 사용된다.예를 들어 일반적으로 사용되는 TM3, Sb 밸런서는 제3염색체를 안정화시켜 변이 Sb('스터블') 유전자를 우성 마커로 한다.TM3, Sb 밸런서를 포함하는 모든 파리들은 현미경으로 볼 때 쉽게 볼 수 있는 복부 뒷면에 짧거나 뭉툭한 털이 있습니다.3은 이 밸런서를 TM1 및 TM2와 같은 다른 세 번째 염색체 밸런서와 구별합니다.

하나의 염색체(예를 들어 TM6, Tb/TM3, Ser)와 다른 하나의 야생형 염색체(예를 들어 D/TM3, Ser)의 호모 접합성, 헤테로 접합성을 보이는 돌연변이체(예를 들어 D/TM3 및 Ser)에 대해 선이 "이중 평형"이라고 한다.대부분의 밸런서 염색체는 또한 두 개의 밸런서 염색체와 함께 이러한 개체에서만 나타나는 "에보니" 돌연변이와 같은 열성 대립 유전자를 가지고 있습니다.이러한 주식은 종종 두 개의 다른 계통을 함께 번식시킬 때 쉽게 추적할 수 있는 특성의 원천을 제공하기 위해 사용되며, 따라서 각 교배자의 정확한 자손을 선택할 수 있다.드로소필라의 두 번째와 세 번째 염색체 모두에서 이중 균형 잡힌 재고는 플라이 스톡 저장소에서 널리 구할 수 있다.

드로소필라에서 일반적으로 사용되는 밸런서 염색체

염색체 밸런서 이름 공통 마커 염색체 재배열([10][11]세포학)
X FM6 막대(B) (20B~20B) 15E~20A 15D~11F4(4E~4E) 3C~4D7 11F2~4F 3C~1B3 20D1~1Rt
X FM7a 막대(B) 20F - 20A 15D - 20A 15D - 11F4 4E1 - 11F2 4D7 - 1B3 1Rt
2 CyO 컬리(Cy) 33F5 - 30F 50D1 - 58A4 42A2 - 34A1 22D2 - 30E 50C10 - 42A3 58B1 - 2Rt
2 SM6a 컬리(Cy) 60B - 58B1 42A3 - 50C10 30E - 22D 34A1 - 42A2 58A4 - 50D1 30F - 33F5 22D1 - 22B1 60C - 2Rt
3 TM2 울트라비토락스(Ubx) 96B - 93B 89D - 74 61C - 74 89E - 93B 96A - 3Rt
3 TM3 스터블(Sb) 및 Serate(Ser) 85E - 79E 100C - 100F2 92D1 - 85E 65E - 71C 94D - 93A 76C - 71C 94F - 100C 79E - 76C 93A - 92E1 100F3 - 3Rt
3 TM6B 터비(Tb) 및 휴메랄(Hu) 87B2 - 86C8 84F2 - 86C7 84B2 - 84F2 84B2 - 75C 94A - 100F2 92D1 - 87B4 61A2 - 63B8 72E1 - 63B11 72E2 - 75C 94A - 92E1 100F3 - 3rt

밸런서 염색체를 이용한 중요한 과학적 공헌

밸런서 염색체는 유전학자들에게 특정 돌연변이를 위해 유기체를 유전적으로 선별하고 그 돌연변이를 다음 세대에서 일관되게 유지하기 위한 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.균질체 염색체를 이용한 새로운 기술을 연구한 논문 'Drosophila Melanogaster의 생식선 모자이크 생성을 위한 자가염색체 Flp-Dfs 기술'은 동형일 때만 표현형을 나타내는 열성 돌연변이를 선별할 수 있음을 처음으로 보여주었다.오래된 균형자 염색체 방법을 사용하여 유전자 검사는 헤테로 접합 우성 돌연변이의 선택만을 허용했다.이 실험은 클론 스크리닝을 사용하여 동종 접합된 개인을 검출하고 일정한 [12]직선으로 유지합니다.그들은 큰 염색체 반전을 일으키는 효모로부터 분리된 FLP 재조합 효모 유전자를 사용하여 이를 달성했다.시행착오를 통해 그들은 염색체가 각각 열성 돌연변이를 가지고 있고 나머지 절반은 물리적인 표지와 치명적인 열성인 균형자 염색체의 절반을 포함하도록 재조합될 수 있다는 것을 발견했다.다른 호몰로그는 살아남은 행에 치명적인 열성 반응을 포함하지 않았다.이 문서의 그림 1은 화면을 나타내고 있습니다.이 새로운 기술은 드로소필라 게놈의 95%에서 열성 검사를 가능하게 했다.그것은 또한 생식계 [12]돌연변이의 수율을 크게 향상시켰다.

밸런서 염색체의 사용을 채택한 또 다른 논문은 "드로소필라 세포사에 의한 RNA 간섭 및 전이성 요소 발현 억제"이다.이 논문은 균형자 염색체의 힘과 유전적으로 안정된 선으로 무엇을 이룰 수 있는지를 보여준다.세포사율이 낮은 선이 확립되어 EGFPir hs-hid라는 이름이 붙었다.RNAi 수치가 분석되었을 때, 저자들은 낮은 수준의 세포 사멸을 겪고 있는 세포와 조직 내 주변 세포에서 흥미로운 결과를 발견했다.그들은 이 세포들이 RNA를 이중가닥 상태로 유지함으로써 RNAi 메커니즘을 차단할 것이라는 것을 발견했다. 즉, RNA가 이중가닥 상태로 유지된다면, 유전자 사일링의 RNAi 메커니즘은 효과적으로 비활성화된다.

저자들은 이 반응이 RNA 바이러스에 대한 중복 면역 반응을 향한 진화적 추세라고 추측했다.만약 한 세포가 바이러스의 확산을 막기 위해 이미 세포사 상태에 있다면, RNAi 면역 반응은 효과가 없었다.이것은 바이러스를 멈추려는 또 다른 면역 반응을 유발하는데, 그것은 이중 가닥 RNA와 결합하고 그것이 바이러스 단백질로 옮겨지지 않도록 이중 가닥을 유지한다.이중가닥 RNA가 유지되는 정확한 메커니즘은 [13]알려지지 않았다.

레퍼런스

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