Ποια είναι η διαφορά μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης

Η κύρια διαφορά μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης είναι ότι οι αποστάσεις των γενετικών χαρτών εξαρτώνται από τις πληροφορίες γενετικής σύνδεσης, αλλά οι φυσικοί χάρτες βασίζονται στις πραγματικές φυσικές αποστάσεις όπως μετρώνται από τον αριθμό των ζευγών βάσεων. Επιπλέον, οι γενετικοί δείκτες και το μέγεθος του πληθυσμού χαρτογράφησης είναι οι δύο σημαντικοί παράγοντες της γενετικής χαρτογράφησης. Όμως, η φυσική χαρτογράφηση περιλαμβάνει τον κατακερματισμό του γονιδιώματος είτε μέσω περιοριστικής πέψης είτε μέσω φυσικής θραύσης του γονιδιώματος. Επιπλέον, οι γενετικοί χάρτες συχνά προσφέρουν πληροφορίες για τη φύση διαφορετικών περιοχών του χρωμοσώματος, ενώ οι φυσικοί χάρτες είναι μια πιο ακριβής αναπαράσταση του γονιδιώματος.

Συνοπτικά, η γενετική και η φυσική χαρτογράφηση είναι δύο διακριτικοί τύποι χαρτών που χρησιμοποιούνται στη χαρτογράφηση γονιδιώματος. Και οι δύο χρησιμοποιούν μια συλλογή μοριακών δεικτών με αντίστοιχες θέσεις στο γονιδίωμα.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται 

1. Τι είναι η γενετική χαρτογράφηση
     – Ορισμός, Κατασκευή, Σημασία
2. Τι είναι η φυσική χαρτογράφηση
     – Ορισμός, Κατασκευή, Σημασία
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της γενετικής και της φυσικής χαρτογράφησης
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι 

FISH, Genetic Mapping, Genome Mapping, Markers, Physical Mapping, Restriction Mapping, STS Mapping

Τι είναι η γενετική χαρτογράφηση 

Η γενική χαρτογράφηση είναι η τεχνική που είναι υπεύθυνη για την επίδειξη της διάταξης των γονιδίων και των σχετικών αποστάσεων τους σε ένα χρωμόσωμα με τη βοήθεια των συχνοτήτων ανασυνδυασμού. Σε αυτή τη χαρτογράφηση, τα γονίδια χρησιμεύουν ως δείκτες, και ως εκ τούτου, αυτοί οι χάρτες είναι συγκεκριμένοι πληθυσμού. Επομένως, η χαρτογράφηση του πληθυσμού γίνεται ένας σημαντικός παράγοντας στη γενετική χαρτογράφηση.

Εικόνα 1:Σύνδεση και ανισορροπία σύνδεσης

Επιπλέον, κατά τη γενετική χαρτογράφηση, η σύγκριση των γονιδίων μεταξύ τους βοηθά στον προσδιορισμό της σειράς τους στο χρωμόσωμα. Επίσης, αυτό χρησιμοποιεί τις μελέτες για την κληρονομικότητα ή την ποικιλία χαρακτηριστικών με γενετική ανάλυση.

Δείκτες 

Στις πρώτες δεκαετίες του 20ου αιώνα, τα γονίδια χρησίμευαν ως οι πρώτοι δείκτες στη γενετική χαρτογράφηση οργανισμών, όπως η μύγα των φρούτων. Βασικά, το γονίδιο, ως τμήμα του DNA, είναι μια αφηρημένη οντότητα υπεύθυνη για τη μετάδοση κληρονομικών χαρακτηριστικών από τον γονέα στους απογόνους. Επίσης, κάθε γονίδιο έχει τουλάχιστον δύο εναλλακτικές μορφές που ονομάζονται αλληλόμορφα, τα οποία τελικά παράγουν συγκεκριμένους φαινότυπους. Και, αυτοί οι φαινότυποι χρησίμευσαν ως οπτικοί δείκτες, και έτσι, έδειξαν τις θέσεις των γονιδίων για το χρώμα του σώματος, το χρώμα των ματιών, το σχήμα των φτερών και άλλα παρόμοια στον πρώτο χάρτη μύγας φρούτων.

Εικόνα 2:Το Drosophila melanogaster του Thomas Hunt Morgan Χάρτης γενετικής σύνδεσης

Ωστόσο, αργότερα, η γενετική χαρτογράφηση βασίστηκε σε βιοχημικούς φαινοτύπους, όπως ο τύπος αίματος. Επίσης, για τα μεγαλύτερα γονιδιώματα, όπως τα γονιδιώματα των σπονδυλωτών και των ανθοφόρων φυτών, άλλα χαρακτηριστικά αλληλουχίας DNA είναι χρήσιμα. Για παράδειγμα, πολυμορφισμοί μήκους θραύσματος περιορισμού (RFLP), πολυμορφισμοί απλού μήκους ακολουθίας (SSLP) και πολυμορφισμοί απλού νουκλεοτιδίου (SNP).

Τεχνικές 

Ακόμα, όλες οι τεχνικές της γενετικής χαρτογράφησης εξαρτώνται από τη γενετική σύνδεση που προέρχεται από τις σπερματικές ανακαλύψεις στη γενετική που έγιναν στα μέσα του 19ου αιώνα από τον Γκρέγκορ Μέντελ. Οι ανακαλύψεις του έγιναν από τα αποτελέσματα των πειραμάτων αναπαραγωγής του με μπιζέλια. Σε αυτά τα πειράματα, τα δύο αλληλόμορφα ενός συγκεκριμένου γονιδίου οδήγησαν είτε σε ομοζυγωτία είτε σε ετεροζυγωτία. Επιπλέον, οι περίπλοκες καταστάσεις αυτού του απλού κανόνα κυριαρχίας-υπολειπόμενου περιλαμβάνουν την ατελή κυριαρχία, τη συνεπικράτηση κ.λπ. Επιπλέον, ο Πρώτος Νόμος του δηλώνει ότι αλληλόμορφα διαχωρίζονται τυχαία ενώ ο Δεύτερος Νόμος του δηλώνει ότι ζεύγη αλληλόμορφων διαχωρίζονται ανεξάρτητα. Ωστόσο, γενικά, τα χρωμοσώματα είναι οι άθικτες μονάδες κληρονομικότητας και το σύνολο των αλληλόμορφων σε αυτό θα κληρονομηθούν μαζί, που είναι μερική σύνδεση. Κυρίως, η μερική σύνδεση εξηγεί τη συμπεριφορά των χρωμοσωμάτων στη μείωση όπως περιγράφεται από τον Thomas Hunt Morgan.

Εικόνα 3:Crossovers

Μερικές φορές, όλα τα αλληλόμορφα στο χρωμόσωμα μπορεί να μην κληρονομούνται μαζί με την εμφάνιση διασταύρωσης κατά τη διάρκεια της μείωσης. Στην πραγματικότητα, η διασταύρωση είναι ένα τυχαίο γεγονός, το οποίο μπορεί να διαχωρίσει δύο γονίδια στο ίδιο χρωμόσωμα ανάλογα με τη σχετική τους απόσταση. Για το λόγο αυτό, οι συχνότητες ανασυνδυασμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της απόστασης μεταξύ δύο γονιδίων. Ως εκ τούτου, ένας γενετικός χάρτης μπορεί να κατασκευαστεί με επεξεργασία των συχνοτήτων ανασυνδυασμού πολλών ζευγών γονιδίων. Επίσης, η προγραμματισμένη αναπαραγωγή σε φυτά και η γενεαλογική ανάλυση στον άνθρωπο είναι οι μέθοδοι για τη λήψη των συχνοτήτων ανασυνδυασμού.

Τι είναι η Φυσική Χαρτογράφηση 

Η φυσική χαρτογράφηση, από την άλλη πλευρά, είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται για να υποδείξει τη φυσική απόσταση δύο γονιδίων. Γενικά, η χαμηλή ανάλυση των γενετικών χαρτών λόγω λιγότερων διασταυρώσεων καθώς και η περιορισμένη ακρίβειά τους καθιστούν σημαντική τη φυσική χαρτογράφηση. Επίσης, δίνει την πραγματική απόσταση μεταξύ των δεικτών μέσω του αριθμού των νουκλεοτιδίων. Βασικά, οι πιο σημαντικές μορφές τεχνικών φυσικής χαρτογράφησης περιλαμβάνουν τη χαρτογράφηση περιορισμού, το FISH (φθορισμού in situ υβριδοποίηση) και αντιστοίχιση STS (τόπος με ετικέτες ακολουθίας).

Χαρτογράφηση περιορισμών  

Στη χαρτογράφηση περιορισμών, οι θέσεις περιορισμού χρησιμεύουν ως δείκτες DNA. Από αυτές, οι πολυμορφικές θέσεις περιορισμού που χρησιμοποιούνται είναι λίγες, αλλά οι μη πολυμορφικές θέσεις περιορισμού που χρησιμοποιούνται είναι πολλές. Γενικά, ο απλούστερος τρόπος κατασκευής ενός χάρτη περιορισμού είναι να συγκρίνετε τα μεγέθη θραυσμάτων που παράγονται από την πέψη ενός μορίου DNA με δύο διαφορετικά ένζυμα περιορισμού, που έχουν διαφορετικές αλληλουχίες-στόχους. Ωστόσο, η χαρτογράφηση περιορισμού είναι περισσότερο εφαρμόσιμη σε μικρά θραύσματα DNA με σχετικά λίγες θέσεις κοπής. Ωστόσο, υπάρχει η δυνατότητα ανάλυσης ολόκληρων γονιδιωμάτων μεγαλύτερα από 50 kb με τη χρήση σπάνιων κοπτικών με σπάνια σημεία κοπής. Επιπλέον, η οπτική χαρτογράφηση είναι μια άλλη τεχνική για την κατασκευή ταξινομημένων χαρτών περιορισμού υψηλής ανάλυσης σε όλο το γονιδίωμα που ονομάζονται «οπτικοί χάρτες» από μεμονωμένα, χρωματισμένα μόρια DNA.

Εικόνα 4:Οπτική χαρτογράφηση

ΨΑΡΙΑ 

Φθορισμός in situ Ο υβριδισμός επιτρέπει την άμεση απεικόνιση της θέσης του δείκτη στο χρωμόσωμα. Για αυτό, χρησιμοποιεί τον υβριδισμό είτε ραδιενεργών είτε φθοριζόντων ανιχνευτών. Επίσης, χρησιμοποιεί μεταφασικά χρωμοσώματα, τα οποία είναι πολύ συμπυκνωμένα. Ωστόσο, αυτό οδηγεί σε χαρτογράφηση χαμηλής ανάλυσης. Ως εκ τούτου, η χρήση μηχανικά τεντωμένων χρωμοσωμάτων μετάφασης ή μη μεταφασικών χρωμοσωμάτων θα αύξανε την ανάλυση.

Εικόνα 5:ΨΑΡΙΑ

Χαρτογράφηση STS 

Χαρτογράφηση σειράς με ετικέτα είναι η υψηλής ανάλυσης, γρήγορη και λιγότερο απαιτητική διαδικασία χαρτογράφησης. Επομένως, είναι η πιο ισχυρή τεχνική φυσικής χαρτογράφησης και αυτή που ευθύνεται για τη δημιουργία των πιο λεπτομερών χαρτών μεγάλων γονιδιωμάτων. Κανονικά, ένα STS ή μια τοποθεσία με ετικέτα αλληλουχίας είναι μια σύντομη αλληλουχία DNA, μήκους μεταξύ 100 και 500 bp και είναι εύκολα αναγνωρίσιμη και εμφανίζεται μόνο μία φορά σε ένα συγκεκριμένο χρωμόσωμα ή γονιδίωμα. Επομένως, ένας χάρτης STS μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας μια συλλογή επικαλυπτόμενων θραυσμάτων DNA από ένα μεμονωμένο χρωμόσωμα.

Ομοιότητες μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης  

• Η γενετική και η φυσική χαρτογράφηση είναι δύο τύποι τεχνικές χαρτογράφησης γονιδιώματος, που παράγουν διαφορετικούς τύπους χαρτών γονιδιώματος.
• Χρησιμοποιούν μια συλλογή μοριακών δεικτών με αντίστοιχες θέσεις για το γονιδίωμα.
• Και τα δύο επιτρέπουν την αναγνώριση γονιδίων, τα οποία προκαλούν έναν συγκεκριμένο φαινότυπο ή μια μετάλλαξη υπεύθυνη για μια συγκεκριμένη παραλλαγή.
• Επίσης, η χαρτογράφηση γονιδιώματος είναι η αρχική διαδικασία πολλών κατάντη διεργασιών.
• Για παράδειγμα, βοηθά στον εντοπισμό γενετικά στοιχεία που σχετίζονται με ασθένειες.

Διαφορά μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης 

Ορισμός 

Η γενετική χαρτογράφηση αναφέρεται στη διαδικασία προσδιορισμού της σειράς και της σχετικής απόστασης μεταξύ γενετικών δεικτών σε ένα χρωμόσωμα από το πρότυπο κληρονομικότητας τους. Όμως, η φυσική χαρτογράφηση αναφέρεται στην τεχνική που χρησιμοποιείται για την εύρεση της σειράς και της φυσικής απόστασης μεταξύ των ζευγών βάσεων DNA από δείκτες DNA.

Τύποι δεικτών 

Τα γονίδια (γενετικοί δείκτες) είναι οι δείκτες που χρησιμοποιούνται στη γενετική χαρτογράφηση, αλλά οι θέσεις αναγνώρισης περιορισμού (δείκτες DNA) είναι οι δείκτες που χρησιμοποιούνται στη φυσική χαρτογράφηση.

Σημασία δεικτών 

Οι γενετικοί χάρτες εξαρτώνται από τη γενετική σύνδεση, αλλά οι φυσικοί χάρτες χρησιμοποιούν οπτικούς δείκτες που είναι σύντομες αλληλουχίες DNA.

Βασιστείτε στο 

Οι γενετικοί χάρτες βασίζονται στον ανασυνδυασμό και τη διασταύρωση, ενώ οι φυσικοί χάρτες βασίζονται στην αλληλουχία DNA του γονιδιώματος.

Τεχνικές 

Οι γενετικοί χάρτες βασίζονται σε συχνότητες ανασυνδυασμού, αλλά οι φυσικοί χάρτες βασίζονται σε περιοριστική πέψη.

Σκοπός 

Οι γενετικοί χάρτες καθορίζουν τις πιθανότητες των γεγονότων ανασυνδυασμού μεταξύ δύο σημείων, ενώ οι φυσικοί χάρτες καθορίζουν τον αριθμό των βάσεων μεταξύ δύο σημείων.

Παράγοντες 

Οι γενετικοί δείκτες και το μέγεθος του πληθυσμού χαρτογράφησης είναι οι δύο σημαντικοί παράγοντες της γενετικής χαρτογράφησης. Εν τω μεταξύ, η φυσική χαρτογράφηση περιλαμβάνει τον κατακερματισμό του γονιδιώματος είτε μέσω περιοριστικής πέψης είτε μέσω φυσικής θραύσης του γονιδιώματος.

Ακρίβεια 

Οι γενετικοί χάρτες είναι συγκριτικά λιγότερο ακριβείς από τους φυσικούς χάρτες.

Σημασία 

Οι γενετικοί χάρτες παρέχουν σταθερά στοιχεία για γενετικές διαταραχές που σχετίζονται με ένα γονίδιο (π.χ. κυστική ίνωση και μυϊκή δυστροφία) ή δύο γονίδια (π.χ.:διαβήτης, καρκίνος και άσθμα). Από την άλλη πλευρά, οι φυσικοί χάρτες είναι σημαντικοί για τον εντοπισμό της προέλευσης των ασθενειών, είτε είναι κληρονομικές είτε προκύπτουν λόγω τυχαίας μετάλλαξης.

Συμπέρασμα 

Η γενετική χαρτογράφηση είναι μια τεχνική που απεικονίζει τις σχετικές θέσεις των τόπων ανάλογα με τον βαθμό ανασυνδυασμού. Ως εκ τούτου, μελετά την κληρονομικότητα ή την ποικιλία χαρακτηριστικών με γενετική ανάλυση. Ως εκ τούτου, ο τύπος των δεικτών που χρησιμοποιούνται στη γενετική χαρτογράφηση είναι τα γονίδια. Αντίθετα, η φυσική χαρτογράφηση είναι μια άλλη τεχνική, που προσδιορίζει την πραγματική απόσταση μεταξύ των τόπων χρησιμοποιώντας τον αριθμό των νουκλεοτιδίων. Για αυτό, χρησιμοποιεί τις τεχνικές της μοριακής βιολογίας, όπως η περιοριστική πέψη και η αλληλουχία DNA. Επίσης, οι θέσεις αναγνώρισης περιορισμού χρησιμεύουν ως δείκτες DNA για φυσική χαρτογράφηση. Σε αυτό το πλαίσιο, η κύρια διαφορά μεταξύ γενετικής και φυσικής χαρτογράφησης είναι ο τύπος των δεικτών και οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται στη χαρτογράφηση.