유전자 매핑

Gene mapping
토마스 헌트 모건의 드로소필라 멜라노게스터 유전자 연관도이것은 최초로 만들어진 성공적인 유전자 지도이며 보베리족에게 중요한 증거를 제공합니다.서튼 염색체 유전설.지도는 두번째 드로소필라 염색체의 대립유전자 특성의 상대적 위치를 보여줍니다.유전자(맵 단위) 간의 거리는 서로 다른 대립 유전자 간에 발생하는 교차 이벤트의 백분율과 같습니다.[1]
니코티아나 타바쿰에서 추출한 엽록체 DNA의 상호작용 유전자 지도.안쪽에 라벨이 있는 세그먼트는 DNA의 B 가닥에 위치하고, 바깥쪽에 라벨이 있는 세그먼트는 A 가닥에 위치합니다.노치는 인트론을 나타냅니다.


유전자 매핑 또는 유전체 매핑은 염색체 상의 유전자의 위치와 유전자들 사이의 거리를 식별하는 데 사용되는 방법을 설명합니다.[2][3]유전자 매핑은 또한 유전자 내의 다른 부위들 사이의 거리를 설명할 수 있습니다.

모든 게놈 지도의 핵심은 분자 표지의 모음을 게놈 상의 각각의 위치에 배치하는 것입니다.분자 표지는 모든 형태로 나타납니다.유전자는 유전체 지도 구축에 있어 하나의 특별한 유전자 표지로 볼 수 있으며 다른 표지와 동일한 방식으로 지도를 작성할 수 있습니다.연구의 일부 분야에서, 유전자 매핑은 유기체 안에서 새로운 재조합자를 만드는 데 기여합니다.[4]

유전자 지도는 염색체에 있는 유전자의 공간적 배열을 설명하는 데 도움을 줍니다.유전자는 장소로 알려진 염색체의 특정한 위치에 지정되며 염색체의 다른 유전자들 사이의 거리를 찾기 위한 분자 표지로 사용될 수 있습니다.지도는 연구자들에게 특정 형질의 유전 패턴을 예측할 수 있는 기회를 제공하고, 이는 결국 질병과 관련된 형질에 대한 더 나은 이해로 이어질 수 있습니다.[5]

유전자 지도의 유전적 기초는 연구자들이 DNA 염기서열 분석을 수행하는 데 잠재적으로 도움을 줄 수 있는 개요를 제공하는 것입니다.유전자 지도는 유전자들의 상대적인 위치를 지적하는데 도움을 주고 연구자들이 게놈에서 관심있는 지역을 찾을 수 있게 해줍니다.그러면 유전자는 빠르게 확인되고 빠르게 배열될 수 있습니다.[6]

유전자 지도를 생성하기 위한 두 가지 접근법은 물리적 지도와 유전자 지도를 포함합니다.물리적 매핑은 염색체를 검사하기 위해 분자생물학 기술을 사용합니다.이러한 기술은 결과적으로 연구자들이 염색체를 직접 관찰하여 상대적인 유전자 위치로 지도를 만들 수 있게 합니다.반면 유전자 지도 제작은 유전자 기술을 이용해 유전자 간의 연관성을 간접적으로 찾아냅니다.기술에는 교배(혼성) 실험과 혈통 검사가 포함될 수 있습니다.이러한 기술은 유전자의 상대적인 위치와 다른 중요한 서열을 분석할 수 있도록 지도를 구성할 수 있게 해줍니다.[6]

접근법 매핑

유전체 매핑 분야에서 사용되는 두 가지 독특한 매핑 방법은 유전체 지도(연쇄 지도라고도 함)[7][3]와 물리적 지도(physical map.두 지도 모두 유전자 표지와 유전자 위치의 집합체이지만,[8] 유전자 지도의 거리는 유전적 연결 정보에 기반한 반면, 물리적 지도는 일반적으로 염기쌍의 수로 측정된 실제 물리적 거리를 사용합니다.물리적 지도가 게놈의 더 정확한 표현이 될 수 있지만, 유전적 지도는 종종 염색체의 다른 영역의 본질에 대한 통찰을 제공합니다. 예를 들어, 물리적 거리에 대한 유전적 거리 비율은 다른 재조합 비율을 반영하는 다른 유전적 영역에서 크게 다릅니다.그리고 그러한 비율은 종종 게놈의 유색성(보통 유전자가 풍부한) 대 이종색성(보통 유전자가 부족한) 영역을 나타냅니다.

유전자 지도 제작

연구원들은 중요한 질병이나 특징을 지니고 있는 가족 구성원들과 그렇지 않은 가족 구성원들로부터 혈액, 타액, 또는 조직의 표본을 수집함으로써 유전자 지도를 시작합니다.유전자 지도 제작, 특히 개인 유전자 검사에서 사용되는 가장 일반적인 표본은 타액입니다.그리고 나서 과학자들은 DNA를 표본으로부터 분리하고 면밀히 조사하여 질병을 옮기는 가족들의 DNA와 질병을 옮기지 않는 가족들의 DNA에서 독특한 패턴을 찾습니다.DNA에 있는 이러한 독특한 분자 패턴은 다형성, 즉 표식이라고 불립니다.[9]

유전자 지도를 만드는 첫 단계는 유전자 표지자와 지도 제작 인구입니다.염색체에 두 개의 표지가 가까울수록 다음 세대에 함께 전해질 가능성이 높아집니다.따라서 모든 마커의 "동분석" 패턴을 사용하여 순서를 재구성할 수 있습니다.이를 염두에 두고, 각 유전자 마커의 유전자형은 부모와 다음 세대의 각 개인 모두에 대해 기록됩니다.유전자 지도의 품질은 지도에 있는 유전자 표시자의 수와 지도 제작 인구의 크기와 같은 이러한 요인에 크게 의존합니다.매핑 인구가 많으면 지도의 "해상도"가 증가하고 지도가 "포화"되는 것을 방지할 수 있기 때문에 두 요소는 서로 연결되어 있습니다.

유전자 매핑에서 두 부모와 정확히 구별될 수 있는 모든 염기서열 특징은 유전자 마커로 사용될 수 있습니다.그런 점에서 유전자는 두 부모 사이를 성실하게 구분할 수 있는 "특성"으로 표현됩니다.다른 유전자 표지자들과의 연관성은 그들이 공통 표지자인 것처럼 같은 방식으로 계산되고 실제 유전자 위치는 두 개의 가장 가까운 이웃 표지자 사이의 영역에서 괄호로 묶입니다.그런 다음 특정 원인 위치가 식별될 때까지 유전자 주변을 더 높은 해상도로 매핑하기 위해 해당 영역을 목표로 하는 마커를 더 많이 살펴봄으로써 전체 과정을 반복합니다.이 과정은 종종 "위치 복제"라고 불리며 식물 종 연구에 광범위하게 사용됩니다.특히 위치 복제가 사용되는 한 식물 종은 옥수수에 있습니다.[10]유전자 지도의 큰 장점은 그것이 단지 그것들의 표현형 효과에 근거하여 유전자들의 상대적인 위치를 확인할 수 있다는 것입니다.

유전자 지도는 어떤 염색체가 어떤 유전자를 가지고 있는지 정확히 식별하고 그 특정 염색체 위에 그 유전자가 어디에 있는지 정확히 지적하는 방법입니다.매핑은 또한 두 유전자 사이의 거리를 기반으로 어떤 유전자가 재결합할 가능성이 가장 높은지를 결정하는 방법으로 작용합니다.두 유전자 사이의 거리는 센티모르간 또는 지도 단위로 알려져 있으며, 이 용어들은 상호 교환 가능합니다.센티모르간은 100개의 감수분열의 한 산물이 재조합되는 유전자들 사이의 거리입니다.[11][12]두 유전자가 서로 멀어질수록 재결합할 가능성이 높아집니다.더 가까우면 그 반대의 상황이 발생할 것입니다.[13]

연계분석

참고 항목:유전적 연관성

연관 분석의 기초는 염색체 위치를 이해하고 질병 유전자를 확인하는 것입니다.유전적으로 서로 연결되어 있거나 연관되어 있는 어떤 유전자들은 같은 염색체에 서로 가까이 살고 있습니다.감수분열 동안 이 유전자들은 함께 유전될 수 있으며 질병의 표현형을 식별하는 데 도움을 주는 유전자 표지자로 사용될 수 있습니다.연결 분석은 상속 패턴을 식별할 수 있기 때문에 이러한 연구는 일반적으로 가족 기반입니다.[14]

유전자연관분석

유전자 연관 분석은 모집단에 기반을 두고 있으며, 상속 패턴에 초점을 맞춘 것이 아니라 모집단의 전체 역사에 기반을 두고 있습니다.유전자 연관 분석은 특정 모집단을 관찰하고 영향을 받는 개체의 대립 유전자 빈도가 동일한 모집단의 영향을 받지 않는 개체의 대조군 빈도와 다른지 확인합니다.이 방법은 멘델 유전 패턴이 없는 복잡한 질병을 식별하는 데 특히 유용합니다.[15]

물리 매핑

실제 기본 쌍 거리는 일반적으로 측정하기 어렵거나 직접 측정할 수 없기 때문에 물리적 지도는 게놈을 계층적으로 작은 조각으로 먼저 분할하여 실제로 구축됩니다.각각의 조각을 특징짓고 다시 조립함으로써, 이 작은 조각들의 중첩된 경로 또는 "길"은 연구자들이 게놈 특징들 사이의 물리적인 거리를 추론할 수 있게 해줄 것입니다.

제한 매핑은 제한 효소를 사용하여 DNA의 한 부분에 대한 구조 정보를 얻는 방법입니다.제한효소는 특정한 인식 서열에서 DNA의 부분을 잘라내는 데 도움을 주는 효소입니다.제한 매핑의 기본은 제한 효소로 DNA를 소화(또는 절단)하는 것입니다.소화된 DNA 조각들은 전기영동을 이용하여 아가로스 젤 상에서 작동되며, 이는 이러한 소화된 조각들의 크기에 대한 정보를 제공합니다.이러한 조각들의 크기는 분석된 DNA 상의 제한효소 부위들 사이의 거리를 나타내는데 도움을 주고, 연구자들에게 분석된 DNA의 구조에 관한 정보를 제공합니다.[15]DNA 이동의 결과적인 패턴 – DNA의 유전자 지문은 복제에 어떤 DNA가 있는지 확인하는 데 사용됩니다.지문을 분석함으로써, 콘티그는 자동화된 (FPC) 또는 수동적인 (경로 검색기)에 의해 DNA가 겹쳐지게 조립됩니다.이제 클론의 좋은 선택은 연구중인 유기체의 DNA 염기서열을 결정하기 위해 클론의 염기서열을 효율적으로 배열하기 위해 이루어질 수 있습니다.

물리적 지도 제작에서는 특성과 기능에 관한 정보를 포함하지 않기 때문에 특정 유전자를 표시하는 직접적인 방법이 없습니다.유전자 표지자는 in situ hybridization과 같은 과정을 통해 물리적 지도와 연결될 수 있습니다.이 접근법을 통해 물리적 지도 콘지는 유전자 지도에 "앵커"될 수 있습니다.물리적 지도 콘지에 사용된 클론은 로컬 스케일로 배열되어 새로운 유전자 마커 설계 및 원인 위치 식별에 도움을 줄 수 있습니다.

매크로 제한은 제한 부위의 수가 적은 제한 효소로 고분자량 DNA가 소화되는 물리적 매핑의 한 유형입니다.

클론의 완전한 염기서열 분석 없이 클론 그룹의 DNA가 어떻게 겹치는지 결정할 수 있는 대안적인 방법이 있습니다.지도가 결정되면 클론은 게놈의 큰 부분을 효율적으로 포함하는 리소스로 사용될 수 있습니다.이런 유형의 지도는 유전자 지도보다 더 정확합니다.


제한 매핑

제한 매핑은 제한 효소를 사용하여 DNA의 한 부분에 대한 구조 정보를 얻는 방법입니다.제한효소는 특정한 인식 서열에서 DNA의 부분을 잘라내는 데 도움을 주는 효소입니다.제한 매핑의 기본은 제한 효소로 DNA를 소화(또는 절단)하는 것입니다.소화된 DNA 조각들은 전기영동을 이용하여 아가로스 젤 상에서 작동되며, 이는 이러한 소화된 조각들의 크기에 대한 정보를 제공합니다.이러한 조각들의 크기는 분석된 DNA 상의 제한효소 부위들 사이의 거리를 나타내는데 도움을 주고, 연구자들에게 분석된 DNA의 구조에 관한 정보를 제공합니다.[15]

형광 인시튜 혼성화

FIX(fluorescence in situ hybridization)는 세포 내 DNA 서열의 존재(또는 부재)를 감지하는 데 사용되는 방법입니다.[16]염색체 영역이나 관심 있는 유전자에 특정한 DNA 탐침은 형광 염색체로 표시됩니다.형광체를 탐침에 부착함으로써 연구자들은 여러 DNA 염기서열을 동시에 시각화할 수 있습니다.탐침이 특정 염색체의 DNA와 접촉할 때, 교배가 일어날 것입니다.결과적으로, DNA 염기서열의 위치에 관한 정보가 얻어질 것입니다.FISH는 단일 가닥 DNA(ssDNA)를 분석합니다.일단 DNA가 하나의 가닥이 잡힌 상태가 되면, DNA는 그것의 특정한 탐침에 결합할 수 있습니다.[6]

STS(Sequence-Tagged site) 매핑

염기서열 태그가 붙은 부위(STS)는 DNA의 짧은 염기서열로, 개인의 유전체 내에서 여러 번 나타나는 것으로 보입니다.이 부위들은 쉽게 알아볼 수 있으며, 보통 분석되는 DNA에 적어도 한 번은 나타납니다.이러한 부위는 일반적으로 유전적 다형성을 포함하여 실행 가능한 유전적 표지의 원천이 됩니다(다른 염기서열과 다르기 때문에).배열된 태그 부착 부위는 우리 게놈 내에 매핑될 수 있으며 중첩된 DNA 조각 그룹이 필요합니다.PCR은 일반적으로 DNA 조각 모음을 생성하는 데 사용됩니다.중복 프래그먼트가 생성된 후 STS 간 맵 거리를 분석할 수 있습니다.STS 사이의 지도 거리를 계산하기 위해 연구자는 두 마커 사이의 단절이 발생하는 빈도를 결정합니다(산탄총 시퀀싱 참조).[15]

변이 사이트 매핑

1950년대 초만 해도 염색체의 유전자는 유전자 재조합으로 나눌 수 없고 끈 위에 구슬처럼 배열된 별개의 실체라는 견해가 지배적이었습니다.1955년부터 1959년까지 벤저는 박테리오파지 T4의 rII 돌연변이를 이용한 유전자 재조합 실험을 수행했습니다.그는 재조합 실험에 근거하여 돌연변이의 위치를 선형 순서로 지도화할 수 있다는 것을 발견했습니다.[17][18]이 결과는 유전자가 독립적으로 돌연변이를 일으킬 수 있는 많은 부위를 가진 DNA의 길이와 동일한 선형 구조를 가지고 있다는 핵심 아이디어에 대한 증거를 제공했습니다.

1961년 프란시스 크릭, 레슬리 바넷, 시드니 브레너, 리처드 와츠-토빈은 단백질의 유전자 코드의 기본적인 성격을 입증하는 유전자 실험을 수행했습니다.[19]박테리오파지 T4의 rIIB 유전자 내의 돌연변이 부위 지도를 포함한 이 실험들은 유전자의 DNA의 세 개의 순차적인 핵염기가 암호화된 단백질의 각각의 연속적인 아미노산을 특정한다는 것을 보여주었습니다.따라서 유전자 코드는 각각의 삼중항(코돈이라고 함)이 특정 아미노산을 지정하는 삼중항 코드인 것으로 나타났습니다.그들은 또한 단백질을 암호화하는 DNA 서열에서 코돈이 서로 겹치지 않는다는 증거를 얻었고, 그러한 서열은 고정된 시작점에서 읽혀집니다.

Edgar et al.[20]은 bacteriophage T4의 돌연변이를 이용한 매핑 실험을 수행하여 rII 돌연변이 간의 재결합 빈도가 엄격하게 첨가되지 않음을 보여주었습니다.2개의 rII 돌연변이의 교차(x d)로부터의 재조합 주파수는 대개 인접한 내부 서브 간격(x b) + (b x c) + (c x d)에 대한 재조합 주파수의 합보다 작습니다.엄격하게 가법적이지는 않지만, 유전자 재조합의 근본적인 분자 메커니즘을 반영할 가능성이 있는 체계적인 관계가 입증되었습니다[21].

유전체 염기서열 분석

유전체 염기서열 분석은 때때로 비 생물학자들에 의해 "유전체 지도 작성"이라고 잘못 언급됩니다.산탄총 염기서열[22] 분석의 과정은 물리적 지도 제작의 과정과 유사합니다. 게놈을 작은 조각으로 쪼개고, 각각의 조각을 특성화한 다음 다시 조립합니다(더 최근의 염기서열 분석 기술은 확연히 다릅니다).게놈 어셈블리는 범위, 목적 및 프로세스가 완전히 다르지만, 전통적인 물리적 지도가 제공할 수 있는 모든 정보를 훨씬 더 나은 방식으로 제공한다는 점에서 물리적 지도의 "궁극적인" 형태로 볼 수 있습니다.

사용하다

유전자 확인은 보통 종의 게놈을 이해하는 첫 단계입니다; 유전자 지도는 보통 유전자 확인의 첫 단계입니다.유전자 매핑은 일반적으로 많은 중요한 하류 연구의 출발점입니다.

질병연관

질병의 원인이 되는 유전적 요소를 확인하는 과정을 "맵핑"이라고도 합니다.만약 검색이 수행되는 위치가 이미 상당히 제한되어 있다면, 그 검색은 유전자의 미세한 매핑이라고 불립니다.이 정보는 대가족의 질병 징후 조사(유전학적 연계) 또는 인구 기반 유전학적 연관성 연구에서 도출됩니다.

위에 언급된 방법들을 사용하여, 연구자들은 질병 유전자를 매핑할 수 있습니다.유전자 지도를 만드는 것은 질병 유전자를 식별하기 위한 중요한 첫 단계입니다.유전자 지도는 변이 대립 유전자를 확인하고 연구자들이 변이 표현형을 일으킨다고 생각하는 유전자에 대한 예측을 할 수 있게 해줍니다.연결 분석을 통해 확인된 장애의 예로는 낭포성 섬유증이 있습니다.예를 들어, 낭포성 섬유증(CF)을 사용하여 CF의 영향을 받는 50개 가족의 DNA 샘플을 연결 분석을 사용하여 분석했습니다.7번 염색체의 긴 팔에서 CF가 확인될 때까지 유전체 전체에 걸쳐 CF와 관련된 수백 개의 마커를 분석했습니다.그 후 연구원들은 CF 유전자의 더 정확한 위치를 확인하기 위해 7번 염색체 내의 추가적인 DNA 표지에 대한 연관 분석을 마쳤습니다.그들은 CF 유전자가 7q31-q32 정도에 존재한다는 것을 발견했습니다 (염색체 명명법 참조).[15]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Mader S (2007). Biology (Ninth ed.). New York: McGraw-Hill. p. 209. ISBN 978-0-07-325839-3.
  2. ^ "Gene mapping - Glossary Entry". Genetics Home Reference]. Bethesda, MD: Lister Hill National Center for Biomedical Communications, an Intramural Research Division of the U.S. National Library of Medicine. 2013-09-03. Retrieved 2013-09-06.
  3. ^ a b "Mapping". Genome.gov. Retrieved 3 May 2023.
  4. ^ Ladejobi O, Elderfield J, Gardner KA, Gaynor RC, Hickey J, Hibberd JM, et al. (December 2016). "Maximizing the potential of multi-parental crop populations". Applied & Translational Genomics. 11: 9–17. doi:10.1016/j.atg.2016.10.002. PMC 5167364. PMID 28018845.
  5. ^ Nussbaum, Robert L.; McInnes, Roderick R.; Wilard, Huntington F. (2016). Thompson & Thompson Genetics in Medicine (Eighth ed.). Philadelphia, PA: Elsevier. pp. 178–187. ISBN 978-1-4377-0696-3. Archived from the original on 4 March 2016. Retrieved 13 October 2015.
  6. ^ a b c Brown, Terence, A. (2002). Genomes. Manchester, UK: Garland Science. ISBN 0-471-25046-5.{{cite book}}: CS1 유지 : 여러 이름 : 저자 목록 (링크)
  7. ^ "Genetic Map". Genome.gov. Retrieved 2 May 2023.
  8. ^ Aguilera-Galvez C, Champouret N, Rietman H, Lin X, Wouters D, Chu Z, et al. (March 2018). "Two different R gene loci co-evolved with Avr2 of Phytophthora infestans and confer distinct resistance specificities in potato". Studies in Mycology. 89: 105–115. doi:10.1016/j.simyco.2018.01.002. PMC 6002340. PMID 29910517.
  9. ^ "Genetic Mapping Fact Sheet".
  10. ^ Gallavotti A, Whipple CJ (January 2015). "Positional cloning in maize (Zea mays subsp. mays, Poaceae)". Applications in Plant Sciences. 3 (1): 1400092. doi:10.3732/apps.1400092. PMC 4298233. PMID 25606355.
  11. ^ Saygin D, Tabib T, Bittar HE, Valenzi E, Sembrat J, Chan SY, et al. (2017-04-01). "Transcriptional profiling of lung cell populations in idiopathic pulmonary arterial hypertension". Pulmonary Circulation. Advances in Crop Science: Innovation and Sustainability. 10 (1): 175–184. doi:10.1016/j.cj.2016.06.003. PMC 7052475. PMID 32166015.
  12. ^ Ladejobi O, Elderfield J, Gardner KA, Gaynor RC, Hickey J, Hibberd JM, et al. (December 2016). "Maximizing the potential of multi-parental crop populations". Applied & Translational Genomics. 11: 9–17. doi:10.1016/j.atg.2016.10.002. PMC 5167364. PMID 28018845.
  13. ^ Goldberg M, Fischer J, Hood L, Hartwell L (2020). Genetics: From Genes to Genomes. New York, NY: McGraw Hill. pp. 125–128. ISBN 978-1-260-24087-0.
  14. ^ Pulst, Stefan M. (June 1999). "Genetic Linkage Analysis". JAMA Neurology. 56 (6): 667–672. doi:10.1001/archneur.56.6.667. PMID 10369304. Retrieved 13 October 2015.
  15. ^ a b c d e Hartwell, Leland H.; Hood, Leroy; Goldberg, Michael L.; Reynolds, Anne E.; Silver, Lee M.; Karagiannis, Jim; Papaconstantinou, Maria (2014). Genetics: From Genes to Genomes (Canadian ed.). Canada: McGraw-Hill Ryerson. pp. 456–459, 635–636. ISBN 978-0-07-094669-9. Retrieved 13 October 2015.
  16. ^ "Fluorescence In Situ Hybridization Fact Sheet". Genome.gov. Retrieved 3 May 2023.
  17. ^ Benzer S (June 1955). "Fine structure of a genetic region in bacteriophage". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 41 (6): 344–54. doi:10.1073/pnas.41.6.344. PMC 528093. PMID 16589677.
  18. ^ Benzer S (November 1959). "On the topology of the genetic fine structure". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 45 (11): 1607–20. doi:10.1073/pnas.45.11.1607. PMC 222769. PMID 16590553.
  19. ^ Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ (December 1961). "General nature of the genetic code for proteins". Nature. 192: 1227–32. doi:10.1038/1921227a0. PMID 13882203.
  20. ^ Edgar RS, Feynman RP, Klein S, Lielausis I, Steinberg CM (February 1962). "Mapping experiments with r mutants of bacteriophage T4D". Genetics. 47 (2): 179–186. doi:10.1093/genetics/47.2.179. PMC 1210321. PMID 13889186.
  21. ^ Fisher KM, Bernstein H (December 1965). "The additivity of intervals in the RIIA cistron of phage T4D". Genetics. 52 (6): 1127–36. doi:10.1093/genetics/52.6.1127. PMC 1210971. PMID 5882191.
  22. ^ Saygin D, Tabib T, Bittar HE, Valenzi E, Sembrat J, Chan SY, et al. (2018). "Transcriptional profiling of lung cell populations in idiopathic pulmonary arterial hypertension". Pulmonary Circulation. 10 (1): 890–898. doi:10.1080/1828051X.2018.1462110. PMC 7052475. PMID 32166015.

추가열람

외부 링크