Определение типов гамет и кроссинговер у тригетерозигот


Двойной кроссинговер. Определение взаимного расположения генов А, В и С

 

 

Задача 134.
Локусы А, В и С сцеплены. Определение расстояний с помощью дигибридных анализирующих скрещиваний дало следующие результаты:
ВаС = 22 %, АвС = 26,5 %, ВсА = 8 %. Определите взаимное расположение генов. Почему расстояние между крайними генами меньше суммы расстояний между ними и средним геном? Вычислите теоретическую частоту гамет, образующихся в результате двойного кроссинговера.
Решение:
Если предположить, что ген С расположен слева от гена В, то в этом случае расстояние между геном А и С должно быть равно разности расстояний между генами А - В и В - С, т. е. 8% - 22% = -14%. Но в действительности расстояние между генами А и С совсем другое и равно 26,5%, и уж не -14%, что в приципе неправильно.
Если предположить теперь, что ген С расположен справа от гена В, то в этом случае расстояние между генами А и С должно быть равно сумме расстояний между генами А - В и генами В - С, т. е. 8% + 22% = 30%, что примерно соответствует расстоянию, установленному опытным путем. Получается, что это предположение более правильное, и расположения генов А, В и С в хромосоме схематически можно изобразить следующим образом: ABC (А - 8%, B - 22%, C - 30%).

Теоретическая частота кроссинговера между генами A и C равна: rfAC = (8% + 22% = 30%), не соответствует практической частоте кроссинговера между генами A и C = 26,5%. Это возможно только тогда, если предположить, что кроссинговер между генами А и С увеличивается. Это возможно тогда когда кроссинговер между генами А и В как бы стимулирует дополнительный кроссинговер между генами А и С, т. е. это пример комбинативного влияния гена В или А на кроссинговер генов на участке А-С.

Для расчета теоретической частоты гамет, образующихся в результате двойного кроссинговера необходимо определить частоту теоретического двойного кроссинговера, которая будет равна произведению одиночных кроссинговеров: 0,08 * 0,22 = 0,0176 = 1,76%. Тогда вероятность гамет образующихся в результате двойного кроссинговера равна 0,88% (1,76%/2 = 0,88%). Следовательно, гаметы с двойным кроссинговером ABc и abC типа (частота появления – 1,76/2%), по 0,88 каждой.

Вероятность двойного кроссинговера между генами А и С должнаа быть равна произведению процентов кроссинговера на участках АВ (8%) и ВС (22%), т.е. (8/100) . (22/100) * 100% = 1,76%. 

Hам нужно определить коэффициент коинциденции — показатель степени совпадения наблюдаемого числа перекрестов с ожидаемым числом, учитывающий проявление интерференции. Интерференцию измеряют отношением наблюдаемого числа двойных перекрестов к теоретически ожидаемому. Это отношение в генетике называют величиной совпадения, или коинциденцией, и выражают в долях единицы. В приведенном примере она равна разности между практической частотой кроссинговера между генами A и C и теоретической частотой кроссинговера между этими генами разделенный на 2: (30 - 26,5)/2 = 1,75.

Степень ДНК-интерференции оценивается с помощью коэффициента коинденции (C). Коэффициент коинциденции в нашем случае равен: 0,9943 (0,0175/0,0176 = 0.9943). Так как коэффициент коинциденции меньше единицы (С < 1), то ДНК-интерференция положительна, то есть вероятность прохождения одного кроссинговера уменьшает вероятность прохождения другого.


Определение типов гамет у тригетерозигот при кроссинговере

Задача 135. 
Какие типы гамет и в каком процентном соотношении образуются из особи с генотипом ABC||abc, если частота кроссинговера между сцепленными генами составляет 20%?
Решение:
У тригетерозигот происходит как одинарный кроссинговер между первым и вторм генами (АВ) и между вторым и третьим генами (ВС), но еще и дополнительно происходит двойной кроссинговер, возникающий в результате одновременной рекомбинации на участке между первым и вторым генами и между вторым и третьим генами (AB и BC).  
В силу линейного расположения генов на хромосоме расстояние между генами А и С можно определить как сумму расстояний между генами A и B и генами B и C: 
AC = AB + BC = 20%.
Частота кроссинговера между генами A и C равна: rfAC = (10% + 10%) – (2 . двойной кроссинговер). Поскольку нам не известен коэффициент коинциденции1, то мы можем определить только частоту теоретического двойного кроссинговера, которая будет равна произведению одиночных кроссинговеров: (10%/100%) . (10%/100%) = (0,1 . 0,1) = 0,01 = 1%. Отсюда rfAC = (10% + 10%) - (2 1%) = 18%.
У тригетерозиготы с генотипом Abc||aBC будет образовываться восемь типов гамет:
ABC|, abc| - некроссоверные гаметы;
кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке AB - aBC| и  Abc|;
кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке BC - ABc| и abC|;
двойной кроссоверный класс гамет, возникающий в результате одновременной рекомбинации на участке AB и BC - AbC| и aBc|.
Для того чтобы определить частоту гамет, которые образуются в результате одиночных обменов на участках между генами A и B или генами B и C, необходимо воспользоваться показателями rfAB и rfBC. Нам известно, что частота кроссинговера между генами A и B, которая является суммой частот одиночного кроссинговера между этими генами и двойного кроссинговера, равна 10%. Следовательно, доля гамет aBC| и  Abc| типа равна 9% (10% – 1%).  Каждая из этих гамет образуется с частотой по 4,5% (9%/2 = 4,5%).
Нам известно, что частота кроссинговера между генами B и C, которая является суммой частот одиночного кроссинговера между этими генами и двойного кроссинговера, равна 10%. Следовательно, доля гамет ABc| и abC типа равна 9% (10% – 1%).  Каждая из этих гамет образуется с частотой по 4,5% (9%/2 = 4,5%).
Так как частота теоретического двойного кроссинговера составляет 1%, следовательно, доля гамет AВс| и aBc| типа равна 1%.  Каждая из этих гамет образуется с частотой по 0,5% (1%/2 = 0,5%). 
Наконец, мы можем определить долю гамет родительского класса, которая равна 100% – 9% (частота образования гамет aBC| и  Abc| типа) – 9% (частота образования гамет aBC| и  Abc| типа) – 1% (частота образования гамет с двойным кроссинговером - AbC| и aBc|) = 81% (100% - 9% -9% -1%). Каждая из родительских гамет при этом образуется с частотой 40,5% (81%/2 = 40,5%).
Запишем схему образования гамет
Р: ABC||abc
Г: 
ABC| - 40,5%; abc| - 40,5% - некроссоверные гаметы;
aBC| - 4,5%; Abc| - 4,5% - кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке AB;
ABc| - 4,5%; abC| - 4,5% - кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке BC;
AbC| - 0,5%; aBc| - 0,5% - гаметы, возникающие в результате двойного кроссинговера.


Коэффициент коинциденции

Задача 135/1.
Локусы А, В и С сцеплены. Определение расстояний с помощью дигибридных анализирующих скрещиваний дало следующие результаты:
LAB = 22%, LBC = 26,5%, LAC = 8%.
а) Определите взаимное расположение генов.
б) Почему расстояние между крайними генами меньше суммы расстояний между ними и средним геном?
в) Вычислите теоретическую частоту гамет, образующихся в результате двойного кроссинговера.
г) Определите степень ДНК-интерференции.
Решение:
а) Если предположить, что гены расположены в алфавитном порядке, то в этом случае расстояние между геном А и С должно быть равно сумме расстояний между генами А - В и В - С, т.е. 8% + 22% = 30%. Но в действительности расстояние между генами А и С совсем другое и равно 8%, и уж не 30%, что в приципе неправильно.
Так как максимальное расстояние наблюдается между генами В и С, то более вероятное расположение гена А между генами В и С: В—А—С. При таком расположении генов расстояние между В и С должно быть равно сумме расстояний между генами А - В и А - С, т.е. 8% + 22% = 26%, что примерно соответствует расстоянию, установленному опытным путем. Получается, что это предположение более правильное, и расположения генов В, А и С в хромосоме схематически можно изобразить следующим образом: 
В—А—C (В - 22%, А - 8%, C - 26%,5%).
 
б) Теоретическая частота кроссинговера между генами В и C равна: rfВC = (8% + 22% = 30%), не соответствует практической частоте кроссинговера между генами В и C = 26,5%. Это возможно только тогда, если предположить, что кроссинговер между генами В и С увеличивается. Это возможно тогда когда кроссинговер между генами В и А как бы стимулирует дополнительный кроссинговер между генами А и С, т. е. это пример комбинативного влияния гена В или А на кроссинговер генов на участке В-С.

в) При расположении генов: В—А—С образуется тригетерозигота - BAC||bac. У тригетерозиготы с генотипом BAC||bac будет образовываться восемь типов гамет:
BAC| и bac| - некроссоверные гаметы;
кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке BA - bAC| и  Bac|;
кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке AC - BAc| и baC|;
двойной кроссоверный класс гамет, возникающий в результате одновременной рекомбинации на участке BA и AC - BaC| и bAc|.
Определим частоту практического двойного кроссинговера, получим:
(30% - 26,5%)/2 = 1,75%.
Для того чтобы определить частоту гамет, которые образуются в результате одиночных обменов на участках между генами B и A или генами A и C, необходимо воспользоваться показателями rfBA (8%) и rfAC (22%). Нам известно, что частота кроссинговера между генами В и А, которая является суммой частот одиночного кроссинговера между этими генами и двойного кроссинговера, равна 8%. Следовательно, доля гамет bAC| и  Bac| типа равна 6,25% (8% – 1,75% = 6,25%).  Каждая из этих гамет образуется с частотой по 3,125% (6,25%/2 = 3,125%).
Нам известно, что частота кроссинговера между генами А и C, которая является суммой частот одиночного кроссинговера между этими генами и двойного кроссинговера, равна 22%. Следовательно, доля гамет BAc| и baC| типа равна 20,25% (22% – 1,75% = 20,25%). Каждая из этих гамет образуется с частотой по 10,125% (20,25%/2 = 10,12%).
Так как частота практического двойного кроссинговера составляет 1,75%, следовательно, доля гамет BaC| и bAc| типа равна 1,75%.  Каждая из этих гамет образуется с частотой по 0,875% (1,75%/2 = 0,875%). 
Наконец, мы можем определить долю гамет родительского класса BAC| и bac|, которая равна 100% – 6,25% (частота образования гамет bAC| и  Bac| типа) – 20,25% (частота образования гамет BAc| и baC| типа) – 1,75% (частота образования гамет с двойным кроссинговером - BaC| и bAc|) = 71,75% (100% - 6,25% -20,25% -1,75%). Каждая из родительских гамет при этом образуется с частотой 35,875% (71,75%/2 = 35,875%).
Запишем схему образования гамет
Р: ABC||abc
Г: 
BAC| - 35,875%; bac| - 35,875% - некроссоверные гаметы;
bAC| - 3,125%; Bac| - 3,125% - кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке BA;
BAc| - 10,125%; baC| - 10,125% - кроссоверный класс гамет, возникающий в результате рекомбинации на участке AC;
BaC| - 0,875%; bAc| - 0,875% - гаметы, возникающие в результате двойного кроссинговера.

г) Степень ДНК-интерференции оценивается с помощью коэффициента коинденции (C).
Для определения коэффициента коинденции нужно знать частоту теоретического двойного кроссинговера, которая будет равна произведению одиночных кроссинговеров: (8%/100%) . (22%/100%) = (0,08 . 0,22) = 0,0176 = 1,76%. Так как частота практического двойного кроссинговера нам известна и составляет 1,75%.
Тогда коэффициент коинденции равен: 0,9943 (0,0175/0,0176 = 0,9943). Так как С меньше единицы (0,9943 < 1), то ДНК-интерференция положительна, то есть вероятность прохождения одного кроссинговера уменьшает вероятность прохождения другого.


1Коэффициент коинциденции - отношение наблюдаемого числа двойных перекрестов к теоретически ожидаемому. С помощью коэффициента коинденции опеделяют степень ДНК-интерференции, то  есть вероятность прохождения двойного кроссинговера. В генетике это отношение называют величиной совпадения, или коинциденцией, и выражают в долях единицы, или в процентах.