Кейс в генетике: у растения отмечается сцепленное наследование двух признаков, но при скрещивании появляются неожиданные фенотипы; предложите возможные генетические объяснения (например, рекомбинация, генетическое взаимодействие, полиморфизм) и опишите эксперименты для их проверки

29 Сен в 10:36
11 +1
0
Ответы
1

Кратко — что могло дать «неожиданные фенотипы» при предположительно сцеплённом наследовании двух признаков:

рекомбинация (кроссинговер) между локусами (включая редкие двойные кроссоверы, gene conversion);тонкая структура локуса: дупликации/псевдогены, негомогенные аллели (полиморфизм), копийная изменчивость (CNV);хромосомные перестройки (инверсия/транслокация), изменяющие частоту и картирование рекомбинации;эпистаз/генетическое взаимодействие с другими локусами (модификаторы, подавление/комплементация);неполная пенетрантность/вариабельность экспрессии, фенокопии (окружающая среда);материнское/пластидное наследование или импринтинг;сегрегационная искажение (segregation distortion), мутация в генах мейоза/рекомбинации;экспериментальные ошибки (контаминация, неверная оценка фенотипа).

Дальше — какие эксперименты и какие результаты будут указывать на ту или иную причину.
1) Простая проверка контроля

Что сделать: проверить образцы/семена, повторить ключевые скрещивания, добавить контрольные линии с известными фенотипами, выполнить повторную фенотипировку в слепых условиях.Что ожидается: устранение «неожиданностей» укажет на ошибки/контаминацию или ошибочную фенотипировку.

2) Оценка рекомбинации классическим генетическим методом

Что сделать: сделать большой тест-кросс или F2/BC1 с родителями и/или тестерами; подсчитать частоту рекомбинантов между признаками.Методика: собрать достаточно большое число потомков (чем ниже ожидаемая частота рекомбинации, тем больше; для обнаружения ~1% рекомб. нужен сотни — тысячи особей; для 5% — несколько сотен).Интерпретация: стабильная ненулевая частота recomb → обычный кроссинговер; очень низкая, но не нулевая — тесная сцепленность; отсутствие рекомб. в больших выборках — возможно физическая близость/перестройка/дупликация или плейотропия.

3) Карта с молекулярными маркерами / fine mapping

Что сделать: генотипировать потомков SNP/SSR маркерами, охватывающими область, где предполагаются гены, и строить локальную карту; использовать маркеры по обе стороны от локусов.Методика: маркеры каждый ~0.1–1 cM/полезная плотность для fine mapping; использовать GBS или целевую секвенировку.Интерпретация: если фенотипы «расходятся» с генотипом (например, часть фенотипических рекомбинантов имеют химерные сочетания маркеров) — рекомбинация/gene conversion; если маркеры показывают сложную структура (неожиданные блоки гомозиготности, CNV или хромосомные перестройки) — см. ниже.

4) Поиск структурных вариантов и полиморфизма (WGS, CNV, long reads)

Что сделать: полное или целевое секвенирование родительских линий и нескольких «неожиданных» потомков (short reads + long reads/ONT или PacBio для SV); анализ CNV, инсерций транспозонов, инверсий, транслокаций.Интерпретация: обнаружение дупликаций, вставок или структурных перестроек рядом с генами → объясняет нестандартные сочетания фенотипов (например, дубликат несет альтернативный аллель), или подавление рекомбинации (инверсия).

5) Цитогенетика (кариотипирование, FISH)

Что сделать: сделать кариограмму, FISH с метками для участков, подозреваемых в перестройке.Интерпретация: наличие инверсий/транслокаций подтвердит структурную причину.

6) Тесты на генетическое взаимодействие / комплементацию

Что сделать: кросс с другими знакомыми мутантными/дикого типа линиями; построить комбинации генотипов (двух- и трёхлокусные) и смотреть фенотипы.Методика: классические комплементационные тесты, скрещивание с линиями, несущими известные модификаторы.Интерпретация: эпистаз (например, если один локус маскирует другой) объяснит «неожиданные» фенотипы, особенно если сочетания дают новые фенотипы, не предсказуемые простым сцеплением.

7) Транскрипционный анализ / аллеле-специфичность (RNA-seq, qRT-PCR)

Что сделать: сравнить экспрессию кандидатных генов в нормальных и «неожиданных» фенотипах; при возможности — провести аллельно-специфическую экспрессию.Интерпретация: изменения экспрессии (или отсутствие экспрессии одного из аллелей) укажут на регуляторные мутации, импринтинг или неполную пенетрантность.

8) Проверка на материнское/пластидное наследование

Что сделать: выполнить обратные скрещивания (менять кто родитель/матерь) и сравнить потомство.Интерпретация: различие при смене материнской линии укажет на материнское или пласти́дное (митохондриальное/пластидное) наследование или материнский эффект.

9) Тест на пенетрантность и влияние среды

Что сделать: выращивать потомков в разных средах/условиях, оценить выраженность признака; анализировать зависимость фенотипа от температуры, питания, света.Интерпретация: значительная зависимость от среды говорит о фенокопии/экспрессивности.

10) Проверка на сегрегационное искажение / селекцию

Что сделать: статистически протестировать (χ2) распределение генотипов и фенотипов относительно ожидаемого; оценить выживаемость/жизнеспособность потомков с разными генотипами.Интерпретация: отклонения указывают на отбор/дегенерацию генотипов или гены- «заведомые убийцы» (segregation distorters).

11) Функциональные тесты: мутанты, трансформации, CRISPR

Что сделать: с помощью трансгенеза/комплементации восстановить/интroduce аллель кандидатного гена; сделать точечные knock-out/knock-in для доказательства функции.Интерпретация: восстановление фенотипа подтверждает ответственный ген; отсутствие — указывает на более сложную архитектуру.

Приближённая планировка работы (рекомендации по приоритету)

Проверить технические ошибки и окружение (быстро и дешёво).Расширить численность скрещиваний (тест-кроссы) и оценить реальную частоту рекомбинации.Генотипирование маркерами по региону — быстро даст ответ, это ли обычная рекомбинация или структурные особенности.Если маркеры дают неоднозначность — перейти к WGS / long-read / CNV-анализа и цитогенетике.Параллельно — комплементация/скрещивания с известными линиями и expression-анализы.Подтвердить с помощью функциональных тестов (CRISPR/трансформация).

Небольшие практические советы

Для обнаружения редких рекомбинантов собирайте ≥500–1000 потомков, если ожидаете <1–2% рекомбинации.Используйте маркеры с высокой плотностью по обе стороны от предполагаемых генов (SNP-chip, GBS).Сохраняйте ДНК/РНК/семена от всех ключевых индивидов для последующего секвенирования и повторной проверки.Включайте контролируемые реплики при проверке влияния среды.

Если хотите — пришлите детали: фенотипы, числа потомков, предполагаемые локусы (или последовательности родителей). По этим данным могу предложить конкретную схему тест-кроссов, набор маркеров и пороговые размеры выборок, а также список возможных биоинформатических анализов для WGS.

29 Сен в 15:33
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир