Балансирная хромосома - Balancer chromosome

Балансирующие хромосомы особенные, модифицированные хромосомы используется для генетического скрининга популяции организмов для отбора гетерозигот. Балансирующие хромосомы может использоваться как генетический инструмент для предотвращения кроссинговера (генетическая рекомбинация ) между гомологичные хромосомы в течение мейоз. Балансиры чаще всего используются в Drosophila melanogaster (плодовая муха) генетика, позволяющая популяциям мух, несущих гетерозиготный мутации должны поддерживаться без постоянного скрининга мутаций, но также могут использоваться на мышах.[1] Балансирующие хромосомы обладают тремя важными свойствами: они подавляют рекомбинацию со своими гомологами, несут доминантные маркеры и отрицательно влияют на репродуктивную способность при гомозиготном переносе.

История балансирных хромосом

Балансирующие хромосомы были впервые использованы Герман Мюллер.[2] В современном использовании балансирующих хромосом случайные мутации сначала вызываются, как правило, кормлением личинки этилметансульфонатом (EMS). Когда наблюдается интересующий фенотип, линия пересекается с другой линией, содержащей балансирующие хромосомы для сохранения их происхождения.[3] В одном случае они использовались для генетического скрининга популяции Caenorhabditis elegans. На тот момент ученые уже осознали преимущества возможности генетического скрининга популяций организмов для генетического исследования. Что не менее важно, они также поняли, что могут ограничить пересекая в этих популяциях также дайте им очень последовательную генетическую популяцию.[4]

Использование балансирующих хромосом превратилось в хорошо известный и широко используемый метод для генетический скрининг модельных организмов. Их даже используют для исследования роли упаковки гетерохроматина и ее влияния на гены.[5] а также исследования влияния теломер на молчание генов.[6]

Как работают балансирующие хромосомы

Уравновешивающая хромосома содержит большие инверсии ([B, C, D] и [G]). Нормальная генетическая рекомбинация (синий X) подавляется (красный X) на этих сайтах.

Подавить пересекая, балансирующие хромосомы являются продуктами множественных, вложенных хромосомные инверсии так что синапсис между гомологичными хромосомами нарушена. Эта конструкция называется кроссовер подавитель.[7] Если кроссинговер между балансирующей хромосомой и гомологом балансира действительно происходит во время мейоза, каждый хроматида заканчивает тем, что лишается некоторых генов и несет две копии других генов. Рекомбинация в инвертированных областях приводит к дицентрическим или ацентрическим хромосомам (хромосомы с двумя центромерами или без центромеры). Потомство несущие хромосомы, которые являются продуктами рекомбинации между балансирующими и нормальными хромосомами, нежизнеспособны (они умирают).

Доминантные маркеры, такие как гены зеленый флуоресцентный белок или ферменты, которые производят пигменты, позволяют исследователям легко распознавать мух, несущих балансирующую хромосому.[8] Подавляя репродуктивную пригодность при гомозиготном переносе, балансирующая хромосома гарантирует, что популяция, в которой она переносится, не станет фиксированной для балансирующей хромосомы.

Балансирующие хромосомы всегда содержат летальный рецессивный аллель. Это означает, что если организм получит две копии хромосомы балансира, одну от матери и одну от отца, то организм не будет жить. Итак, любой организм гомозиготный поскольку эта хромосома не доживет до передачи своих генов. Однако потомство, которое получит только одну копию одной балансирующей хромосомы и одну копию хромосомы дикого типа или мутантной хромосомы, будет жить, чтобы передать свои гены. Всего через несколько поколений популяция станет полностью гетерозиготной, так что ее генотип может быть гарантирован, по крайней мере, на этих двух хромосомах.

Балансирующие хромосомы также имеют своего рода физический маркер. Этот маркер может быть фактически связан с ДНК в хромосоме, такой как зеленый флуоресцентный белок, флуоресцирующий в ультрафиолетовом свете, или это может быть легко различимая физическая характеристика. Эти физические характеристики могут быть чем угодно, что легко увидеть. В Drosophila melanogaster, например, обычно используются цвет глаз и длина волос. Этот физический маркер служит двойной проверкой того, действительно ли в организме существуют гетерозиготные балансирующие хромосомы.[9]

Соглашение об именовании

Балансирующие хромосомы названы в честь хромосомы, которую они служат для стабилизации, а также для фенотипической или генетический маркер балансир возит.[10] Именование балансирующих хромосом в D. melanogaster был стандартизирован следующим образом: первая буква имени хромосомы представляет номер хромосомы, которую она стабилизирует. F обозначает первую хромосому, S означает второе, а Т обозначает третью (малая четвертая хромосома не подвергается рекомбинации и, следовательно, не требует балансировки). Затем за этой буквой следует M, для "умножить инвертированный". В M за ним следует число, чтобы различать балансирующие устройства одной и той же хромосомы. Кроме того, генетический маркер или маркеры балансира перечислены после имени и разделены запятой. Обычно мутации с легко наблюдаемыми доминирующий фенотипические признаки, которые часто являются гомозиготными летальными, используются для гарантии того, что все потомство является гетерозиготным. Например, обычно используемый "TM3, Sb"балансир - это балансирующая хромосома, которая стабилизирует третью хромосому и несет мутантный Sb ("щетина") ген как маркер. Все мухи, содержащие TM3, Sb У балансира будут укороченные (или щетинистые) волоски на задней части мухи, которые легко увидеть при просмотре в микроскоп. В 3 состоит в том, чтобы отличать его от других балансировщиков третьей хромосомы, таких как «TM1» и «TM2».

Линия называется «дважды сбалансированной», если она гетерозиготна по двум разным балансирующим хромосомам (например, TM6, Tb / TM3, Ser) на балансирующей хромосоме и гомозиготный летальный, гетерозиготный видимый мутант - на другой, дикого типа хромосома (например, D / TM3, Ser). Большинство балансирующих хромосом также несут рецессивный аллель, такой как «черное дерево». мутация это проявляется только у этих запасов с двумя балансирующими хромосомами. Эти запасы часто используются для обеспечения источников легко отслеживаемых признаков при совместном разведении двух разных линий, чтобы можно было выбрать правильное потомство от каждого скрещивания. Акции, дважды сбалансированные как по второй, так и по третьей хромосомам у дрозофилы, широко доступны.

Важный научный вклад с использованием балансирующих хромосом

Балансирующие хромосомы уже дают генетикам надежный метод генетического скрининга организмов на наличие мутации и поддержания постоянной линии. В статье исследуется новый метод использования балансирующих хромосом. «Техника аутосомных Flp-Dfs для создания мозаики зародышевой линии у Drosophila Melanogaster». Эта статья впервые показала, что можно выявить рецессивную мутацию, которая показывает фенотип только в случае гомозиготности. Используя старые методы балансирующих хромосом, генетический скрининг позволил выделить только гетерозиготные доминантные мутации. В этом эксперименте используется клональный скрининг для выявления гомозиготных особей и удержания их на постоянной основе.[11]

Они достигли этого с помощью гена, выделенного из дрожжей. Этот ген называется Рекомбиназа FLP и вызывает большие хромосомные инверсии. Методом проб и ошибок они обнаружили, что хромосомы могут быть рекомбинированы таким образом, что каждая из них имеет рецессивную мутацию, а другая половина содержит половину балансирующей хромосомы с физическим маркером и летальный рецессивный. Другой гомолог не содержал летального рецессива в выживших линиях. Рисунок 1 в документе иллюстрирует экран. Этот новый метод позволил провести рецессивный скрининг в 95% генома дрозофилы. Это также значительно повысило урожайность мутаций зародышевой линии.[11]

Другая опубликованная статья, в которой использовалось использование балансирующих хромосом, - «Ингибирование РНК-интерференции и модуляции экспрессии мобильных элементов гибелью клеток у дрозофилы». Эта статья демонстрирует силу балансирующих хромосом и то, что может быть достигнуто с помощью генетически стабильных линий. Была создана линия, которая проявляла низкие уровни гибели клеток и была названа EGFPir hs-hid. Уровни РНКи были проанализированы, и они обнаружили интересные результаты в клетках, подвергающихся низкому уровню гибели клеток, и в окружающих клетках в ткани. Они обнаружили, что эти клетки отключают свой механизм РНКи, поддерживая РНК в двухцепочечном состоянии. Если РНК остается в двухцепочечном состоянии, то механизм сайленсинга генов с помощью РНКи отключается.

Авторы предположили, что этот ответ был эволюционной тенденцией к избыточному иммунному ответу против РНК-вирусов. Если одна клетка уже подвергается клеточной гибели, чтобы попытаться остановить распространение вируса, то иммунный ответ РНКи был неэффективным. Это вызывает другой иммунный ответ, который пытается остановить вирус, который связывает двухцепочечную РНК и сохраняет двухцепочечную, так что ее нельзя транскрибировать в вирусные белки. Механизм поддержания двухцепочечной РНК неизвестен.[12]

Рекомендации

  1. ^ Чжэн, Биньхай; Марийке Сейдж; Вэй-Вэнь Цай; Дебра М. Томпсон; Берил Ч. Тавсанлы; Инь-Чай Чеа; Аллан Брэдли (1998). «Разработка хромосомы балансира мыши». Природа Генетика. 22 (4): 375–378. Дои:10.1038/11949. PMID  10431243.
  2. ^ Герман Мюллер изобрел балансирующую хромосому
  3. ^ Lewis, E.B .; Ф. Бахер (1968). «Способы кормления этилметансульфонатом (EMS) самцов дрозофилы». Информационная служба по дрозофилам. 43: 193.
  4. ^ Герман, Роберт К .; Альбертсон, Донна Дж .; Бреннер, Сидней (1976-05-15). «Хромосомные перестройки у Caenorhabditis elegans». Генетика. 83 (1): 91–105. ISSN  0016-6731. ЧВК  1213508. PMID  1269921. Получено 2015-05-11.
  5. ^ Буши, Дэниел; Джон Локк (1 ноября 2004 г.). «Мутации в Su (var) 205 и Su (var) 3-7 подавляют P-элемент-зависимое молчание у Drosophila melanogaster». Генетика. 3. 168 (3): 1395–1411. Дои:10.1534 / генетика.104.026914. ЧВК  1448784. PMID  15579693.
  6. ^ Мейсон, Джеймс; Случайный Джошуа; Конев Александр (1 ноября 2004 г.). "Скрининг дефицита доминантных супрессоров теломерного молчания у дрозофилы". Генетика. 3. 168 (3): 1353–1370. Дои:10.1534 / генетика.104.030676. ЧВК  1448782. PMID  15579690.
  7. ^ Кайл, Бенджамин Т .; Кэтрин Э. Хентгес; Амандер Т. Кларк; Хисаши Накамура; Эндрю П. Сэлинджер; Бин Лю; Нил Бокс; Дэвид В. Стоктон; Рэнди Л. Джонсон; Ричард Р. Берингер; Аллан Брэдли; Моника Дж. Джастис (4 сентября 2003 г.). «Функциональный генетический анализ хромосомы 11 мыши». Природа. 425 (6953): 81–86. Дои:10.1038 / природа01865. PMID  12955145.
  8. ^ Кассо, Дэвид; Фелипе-Андрес Рамирес-Вебер; Томас Б. Корнберг (март 2000 г.). «Балансирующие хромосомы, меченные GFP для Drosophila melanogaster». Механизмы развития. 91 (1–2): 451–454. Дои:10.1016 / S0925-4773 (00) 00248-3. PMID  10704882.
  9. ^ Гибсон, Муза, Спенсер, Грег (2009). Учебник по геномной науке. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc., стр. 209–210. ISBN  978-0-87893-236-8.
  10. ^ Муха-толкание: теория и практика генетики дрозофил Ральф Дж. Гринспен. Стр. 13
  11. ^ а б Chou, T. B .; Н. Перримон (Декабрь 1996 г.). «Техника аутосомного Flp-Dfs для создания мозаики зародышевой линии у Drosophila Melanogaster». Генетика. 144 (4): 1673–1679. ЧВК  1207718. PMID  8978054.
  12. ^ Се, Вэйу; Лян Чэнчжи; Джеймс Бирчлер (1 августа 2011 г.). «Ингибирование интерференции РНК и модуляция экспрессии мобильных элементов посредством гибели клеток у дрозофилы». Генетика. 188 (4): 823–834. Дои:10.1534 / генетика.111.128470. ЧВК  3176087. PMID  21596898. Получено 2011-11-22.