Генетические карты хромосом

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КАРТЫ ХРОМОСОМ, графические схемы взаимного расположения генов в хромосомах с указанием расстояния между ними, выраженного в определённых единицах. Термин используют не только в отношении хромосом ядра эукариот, но и генетического материала бактерий, вирусов, митохондрий и пластид. Кроме генов, на генетических картах хромосом возможно указание положения центромеры и других генетических маркеров. Процесс построения генетических карт хромосом называют генетическим картированием, а точку положения гена на карте - локусом. Фундаментальное свойство генетических карт хромосом - одинаковый порядок расположения генов и обычно постоянные расстояния между ними у организмов одного вида (последнее, правда, может варьировать в зависимости от генотипического фона, влияющего на частоту рекомбинации), что определяется стабильностью генетического материала. Генетические  карты хромосом изображают в виде прямого отрезка, отражающего линейность молекул генетического материала ядра эукариот и многих вирусов, или кольца, ввиду замкнутости молекул генетического материала бактерий, митохондрий, пластид и некоторых вирусов. Первая генетическая карта хромосом была построена американским генетиком А. Стёртевантом в 1913 году для Х-хромосомы дрозофилы.

При наличии нескольких негомологичных хромосом предварительный этап картирования - определение групп сцепления генов, находящихся в каждой хромосоме. Основой для построения генетических карт хромосом служит изучение частоты рекомбинации между генами группы сцепления, что позволяет определить расстояние между ними. Для эукариот, имеющих половой процесс, строят мейотические генетические карты хромосом, на которых указывается расстояние между локусами, определённое по частоте рекомбинации, происходящей в процессе обмена генетическим материалом (кроссинговера) в мейозе. Единицей этого расстояния служит сантиморган (сМ), соответствующий частоте кроссинговера в 1%. При генетическом картировании исходят из того, что частота рекомбинации между сцепленными генами прямо пропорциональна физическому расстоянию между ними в хромосоме. Саму генетическую карту хромосом строят, обобщая совокупность данных, полученных для большого числа сцепленных генов на основании картирования их по трём точкам, используя при этом правило аддитивности расстояний. По мере «насыщения» карты одному из двух крайних локусов приписывают нулевое положение, а положение остальных локусов задаётся их расстоянием от этого локуса. У эукариот возможно построение митотических генетических карт хромосом на основе рекомбинации между хромосомами в митозе. В этом случае регистрируется частота рекомбинации между геном и центромерой, которая и служит нулевым локусом по отношению к локусам генов, расположенных в разных плечах хромосомы. При этом расстояние между центромерой и самым удалённым от неё геном принимается за 100%. Сравнение мейотических и митотических генетических карт хромосом одного вида организмов выявляет одинаковое взаимное расположение одноимённых генов на обеих картах, хотя относительные расстояния между ними часто не совпадают из-за различий в механизмах рекомбинации и из-за разных правил построения карт. Теоретические принципы построения генетических карт хромосом для бактерий не отличаются от таковых для эукариот; они основаны на анализе частоты рекомбинации между генами в клетках, полученных с помощью конъюгации, трансдукции или трансформации. Генетическое картирование у вирусов возможно только при наличии у них процесса рекомбинации. Доля генов, локализованных на генетической карте хромосом, у разных видов организмов определяется как общим числом генов в геноме, так и степенью изученности генетического материала. У ряда вирусов (например, у бактериофагов λ и Т4), а среди бактерий у кишечной палочки картированы все гены. Наиболее полные генетические карты хромосом построены для дрожжей сахаромицетов, у беспозвоночных животных - для дрозофилы, у позвоночных - для мыши. У человека определить частоту рекомбинации традиционным способом практически невозможно, поскольку маркирование хромосом индуцированными мутациями и контролируемые экспериментальные скрещивания для него неприменимы. Тем не менее, имеются косвенные методы генетики популяций, позволяющие оценить расстояние между генами у человека. Часто используют также гибридизацию соматических клеток человека и таких хорошо изученных в генетическом отношении объектов, как мышь или хомяк, маркированных мутациями по генам, имеющим гомологи (ортологи) у человека. Для картирования генов в таких соматических гибридах, культивируемых на искусственных средах, используют элементы парасексуального цикла, в том числе митотический кроссинговер и потери хромосом.

Генетическое картирование позволяет выявить неслучайное распределение генов по разным хромосомам и в пределах отдельных хромосом. Сравнение генетических карт хромосом разных видов указывает на степень генетического родства организмов и пути эволюционных преобразований генетического материала. Сведения о сцеплении разных генов, представляющих интерес для селекционной работы, дают возможность планировать работу по получению организмов с определёнными сочетаниями признаков. У человека генетические карты хромосом имеют особую ценность при медико-генетическом консультировании.

Лит.: Захаров И. А. Генетические карты высших организмов. Л., 1979; Genetic maps. 6th ed. [N. Y.], 1984. Vol. 4; Захаров И. А., Ma- целюх Б. П. Генетические карты микроорганизмов. К., 1986.