Informatie

Wat is de definitie van gen, genotype en fenotype, pre- en post-DNA?


ik weet dat de definitie van gen een eenheid van erfelijkheid is, ook een sequentie van nucleotiden in DNA die wordt gekopieerd naar RNA en vervolgens naar eiwitten. Genotype is de genetische samenstelling van een individu die bestaat uit erfelijke genen. Fenotype zijn waarneembare eigenschappen die kunnen worden gezien op het lichaam van het organisme. Als we al deze informatie kennen, wat is dan het verschil tussen genen, genotype en fenotype voor en nadat we het bestaan ​​van DNA ontdekten?


Als punt van orde werd het bestaan ​​van DNA voor het eerst door Miescher aangetoond lang voordat deze termen ter sprake kwamen (rond 1870). Hij noemde het "nucleïne", maar hij karakteriseerde het vrij volledig chemisch. Het was echter pas in 1944 bij het Avery-Macleod-McCarty-experiment dat in 1944 werd gepubliceerd, dat DNA het erfelijk materiaal bleek te zijn.

Nu een gedeeltelijk antwoord, puur gerelateerd aan de oorsprong van de termen (voordat DNA bekend stond als het erfelijke materiaal):

  • hier is een vertaling die ik deed van de lezing die "genotype" en "fenotype" definieerde, door Johannsen in 1909. Ik denk niet dat het eerder is vertaald.
  • Deze definitie werd bekritiseerd door een andere auteur (Woltereck in 1909), ik vertaalde dat artikel ook. Volgens mij is het niet eerder vertaald.
  • Johannsen kwam terug met deze lezing in 1911 (de eerste keer dat het debat in het Engels plaatsvond in plaats van in het Duits). Dit wordt nu vrijwel gezien als de canonieke definitie van die tijd.
  • Ik schreef een kort essay waarin ik dit heen en weer besprak met meer bronnen.

Het basisidee van de vroege consensusdefinitie is dat het genotype het ding is dat je erft, dat bestaat uit genen die je ontwikkeling beheersen. De fysieke aard van genen was speculatief, hoewel veel mensen vermoedden dat ze op enzymen leken. Deze genotypische controle van de ontwikkeling is echter gedeeltelijk en kan worden beïnvloed door omgevingsinvloeden enz. Het resultaat van dit ontwikkelingsproces waarbij zowel het genotype als de omgeving betrokken zijn, is het fenotype (morfologie enz., de dingen die u met het oog of met een microscoop, of misschien een chemische meting).

Voor meer details raad ik u ten zeerste aan de artikelen te lezen waarnaar ik link.

Ik zal de kwestie van de definities verlaten na 1944 (of 1953, of na de oplossing van de genetische code, of wanneer dan ook) aan een expert uit die geschiedenis.


Inleiding tot genetica: terminologieën van genetica (Concept van genetica: definitie van terminologieën in genetica)

O Genetica: Genetica is de studie van erfelijkheid en variatie van erfelijke karakters.
O Erfelijkheid: De neiging van nakomelingen om op hun ouders te lijken, wordt erfelijkheid genoemd.
O Variatie: De neiging van nakomelingen om van hun ouders af te wijken wordt variatie genoemd.
Ø De term ‘Genetica’ is bedacht door William Bateson in 1905
Ø Genetica is een relatief jonge tak van biologische wetenschap.
Ø De studie van genetica begon met het werk van Gregor Johan Mendel (Vader van de moderne genetica)

Ø Tegenwoordig zijn er veel moderne takken van genetica, zoals cytogenetica, moleculaire genetica, fylogenetica, ontwikkelingsgenetica en gedragsgenetica.

Bijdrage van Mendel in de genetica

Ø Gregor Johan Mendel (1822 – 1884), een Oostenrijkse monnik, staat bekend als de “Vader van de moderne genetica”.

Ø The Modern Concepts of Genetics werd geboren uit zijn pionierswerk op Pisum sativum (Doperwt).

Ø Mendel publiceerde zijn resultaten in de jaarlijkse Proceedings of the Natuurhistorisch Genootschap van Brunn in 1866.

Ø De titel van zijn publicatie: Experimenten in plantenhybridisatie (Duitse).

Ø Mendel stierf als een niet-erkende man. Zijn studies blijven ongeveer 34 jaar in het donker.

Herontdekking van Mendels originele werk

Ø In 1900 herontdekten drie wetenschappers onafhankelijk het werk van Mendel.

@. Erich von Tschermak (Oostenrijk)

Ø Mendels bevindingen stonden nu bekend als: Mendelisme of Mendeliaanse dieptepunten van erfelijkheid.

Terminologieën in de genetica

Ø De term ‘Gen’ is bedacht door Johanson in 1909.

O Definitie: Gen is de erfelijke bepalende factor en bestaat uit een doorlopend stuk DNA.

Ø Bij eukaryoten neemt het gen een specifieke positie in op het chromosoom genaamd locus (meervoud plaats).

Ø Allelen worden ook wel allelomorfen genoemd.

O Definitie: Allelen zijn afwisselende vormen van een gen die identieke loci op het homologe chromosoom bezetten.

Ø Het allel regelt de contrasterende karakters van dezelfde eigenschap.

Ø Gewoonlijk bestaan ​​de allelen in TWEE verschillende vormen: (1) dominant allel en (2) recessief allel

(3). Dominante en recessieve allelen

Ø Het dominante allel zal zich altijd fenotypisch uitdrukken.

Ø De recessieve allelen komen alleen tot uiting in de afwezigheid van een dominant allel.

Ø De dominante allelen maskeren of onderdrukken de expressie van de recessieve allelen.

Ø Dominante allelen worden klassiek gesymboliseerd met Engelse hoofdletters (voorbeeld: Tall – T).

Ø Recessieve allelen worden gesymboliseerd met kleine letters (Voorbeeld: Dwerg – t).

(4). Genotype en fenotype

Ø Genotype: Genotype is de genetische samenstelling (constitutie) van een organisme.

Ø Fenotype: Fenotype is de fysieke kenmerken / het uiterlijk van een organisme.

Ø Het fenotype is de expressie van het genotype in een organisme.

Ø Het fenotype wordt niet alleen geproduceerd door het genotype, maar ook door de interactie tussen het genotype en omgevingsfactoren. (Voorbeeld: als een erwtenplant met genotype TT alleen hoog wordt als de grond voldoende rijk is om voedingsstoffen en water te leveren).

Ø Eigenschap: Hoogte
Ø Fenotype: lang en dwerg
Ø Genotype: TT of Tt en tt

(5). homozygoot

Ø Homozygoot is een aandoening waarbij beide leden van een allelpaar in het homologe chromosoom identiek zijn (dominant of recessief allel).

Ø Homozygote individuen zijn puur of raszuiver. Ze produceren slechts één type gameet dat specifiek is voor een bepaald gen.

(6). Heterozygoot:

Ø Heterozygoot is een aandoening waarbij de leden van een allelpaar in het homologe chromosoom NIET identiek zijn (één dominant en één recessief allel).

Ø Heterozygote individuen zijn de nakomelingen van hybridisatie.

Ø Ze kunnen geen bomen kweken. Ze produceren verschillende soorten gameten die specifiek zijn voor een bepaald gen.

(7). Hemizygoot

Ø Hemizygoot is een aandoening waarbij het gen slechts in één exemplaar aanwezig is.

Ø De hemizygote toestand wordt meestal waargenomen bij mannelijke individuen.

o Genen op het X-chromosoom van een man zijn hemizygoot omdat mannen maar één X-chromosoom hebben)

o Evenzo zijn de genen op het Y-chromosoom bij een man ook hemizygoot (slechts één Y-chromosoom bij mannen).

(8). dominantie

Ø Dominantie is het vermogen van een allel om zich fenotypisch uit te drukken, zowel in homozygote (TT) als in heterozygote (Tt) omstandigheden.

(9). Recessiviteit:

Ø Recessiviteit is het onvermogen van een allel om zijn fenotype te manifesteren in heterozygote (Tt) toestand.

Ø In het voorbeeld (Tt) is 't' recessief omdat het zijn fenotype niet tot expressie brengt in de aanwezigheid van een dominant gen 'T'.

(10). Hybridisatie en hybride

Ø Hybridisatie is het proces van het kruisen van twee genetisch verschillende individuen.

O Hybride: Het nageslacht van hybridisatie wordt de hybride genoemd.

(11). Monohybride

Ø Een monohybride is een organisme dat heterozygoot is met betrekking tot slechts EEN paar allel op een locus dat wordt bestudeerd.

Ø Voorbeeld: Lang (TT) X Dwerg (tt)

(12). Dihybride

Ø Een dihybride is een organisme dat heterozygoot is met betrekking tot TWEE paren allelen op twee onderzochte loci.

Ø Voorbeeld: Geel Rond (YYRR) X Groen Gerimpeld (yyrr)

(13). Monohybride kruising

Ø Monohybride kruising is een kruising tussen twee individuen die van elkaar verschillen met betrekking tot EEN paar allel dat wordt bestudeerd

Ø Voorbeeld: Lang (TT) X Dwerg (tt) = Lang (Tt)

(14). Dihybride Kruis

Ø Een dihybride kruising is een kruising tussen twee individuen die van elkaar verschillen met betrekking tot TWEE paren van allelen die worden bestudeerd.

Ø Geel Rond (YYRR) X Groen Gerimpeld (yyrr) = Geel Rond (YyRr)

(15). F1- en F2-generatie

Ø De 'F' staat voor Filial, wat zoon betekent.

Ø F1-generatie is de EERSTE generatie nakomelingen van hybridisatie.

Ø F2-generatie is het nageslacht van hybride (F1) wanneer het wordt zelfbestuiving of gekruist met zijn broers en zussen.

(16). Wederzijds kruis

Ø Wederzijdse kruising betekent twee omgekeerde kruisen waarin de geslachten van de ouders worden verwisseld.

Ø Als de kenmerken autosomaal zijn, levert de wederzijdse kruising altijd hetzelfde resultaat op.

Ø Als de eigenschappen op geslachtschromosomen liggen, geeft het wederzijdse kruis verschillende resultaten.

(17). terugkruising

Ø Backcross is de kruising (hybridisatie) van F1-nageslacht met een van zijn ouders.

Ø Als de F1 wordt gekruist met de dominante ouder, zullen alle nakomelingen (F2) het dominante fenotype hebben.

Ø Als de F1 wordt gekruist met de recessieve ouder, zullen individuen met beide fenotypes (dominant en recessief) in gelijke verhoudingen verschijnen.

Ø De verhouding van de nakomelingen die tijdens de terugkruising worden geproduceerd, wordt de terugkruisverhouding genoemd.

(18). Testkruis

Ø Een testkruising is een soort terugkruising waarbij de F1-nageslacht wordt gekruist met zijn dubbel recessieve ouder.

Ø Een testkruis wordt gebruikt om te bepalen of de individuen van de F1 die een dominant karakter vertonen homozygoot of heterozygoot zijn

Ø Met andere woorden, er wordt een testkruising uitgevoerd om het genotype van F1-nageslacht te detecteren.


Verschillen tussen genotype en fenotype

Genotype fenotype
Definitie
Een genotype is de erfelijke informatie die aanwezig is in de vorm van een set DNA en die gedurende het hele leven hetzelfde blijft. Een fenotype is een kenmerk van een individu dat zichtbaar is voor andere mensen en kan worden waargenomen.
Relatie
Hetzelfde genotype produceert hetzelfde fenotype. Hetzelfde fenotype kan al dan niet tot hetzelfde genotype behoren.
Erfenis
De genotypen worden geërfd van de ouder op het nageslacht. Fenotypes worden niet geërfd van de ouder.
Aanwezigheid
Genotype is aanwezig in het lichaam in het genetische materiaal. Fenotype kan worden waargenomen omdat het het uiterlijk is.
genen
Genen beïnvloeden het genotype. Fenotypes worden beïnvloed door genotypen en omgevingsfactoren.
Identificatie
Genotypen kunnen worden bepaald door wetenschappelijke methoden zoals polymerasekettingreacties. Fenotypen kunnen worden bepaald door het organisme te observeren.
Voorbeelden
Oogkleur, lengte, genetische ziekten, enz. Gewicht, lichaamsbouw, snavel van vogels, de kleur van flamingo's, etc.

3. Het gen in moleculaire genetica

De enzymvisie op de genfunctie, zoals die door Kühn en door Beadle en Tatum werd voorgesteld, hoewel met voorzichtig voorbehoud, gaf het idee van genetische specificiteit een nieuwe wending en hielp de weg vrij te maken voor de moleculaire vorming van het gen waaraan deze sectie zal worden gewijd (zie ook Kay 1993). Hetzelfde kan gezegd worden over de bevindingen van Oswald Avery en zijn collega's in het begin van de jaren veertig. Ze zuiverden het deoxyribonuleïnezuur van de ene bacteriestam en toonden aan dat het in staat was de infectieuze eigenschappen van die stam over te brengen op een andere, onschadelijke. Toch was het historische pad dat leidde tot een begrip van de aard van het moleculaire gen geen directe follow-up van de klassieke genetica (vgl. Olby 1974 en Morange 2000a). Het was eerder ingebed in een algehele moleculaire vorming van de biologie, aangedreven door de toepassing van nieuw ontwikkelde fysische en chemische methoden en instrumenten op problemen van de biologie, inclusief die van de genetica. Tot deze methoden behoorden ultracentrifugatie, röntgenkristallografie, elektronenmicroscopie, elektroforese, macromoleculaire sequencing en radioactieve tracering. Aan de biologische kant vertrouwde het op de overgang naar nieuwe, relatief eenvoudige modelorganismen zoals eencellige schimmels, bacteriën, virussen en fagen. Een nieuwe cultuur van fysiek en chemisch geïnstrueerd in vitro biologie volgde dat voor een groot deel niet meer berustte op de aanwezigheid van intacte organismen in een bepaald experimenteel systeem (Rheinberger 1997 Landecker 2007).

Voor de ontwikkeling van moleculaire genetica in engere zin bleken drie lijnen van experimenteel onderzoek cruciaal. Ze waren niet met elkaar verbonden toen ze eind jaren veertig in een stroomversnelling kwamen, maar ze fuseerden toevallig aan het begin van de jaren zestig, waardoor een groots nieuw beeld ontstond. De eerste van deze ontwikkelingen was de opheldering van de structuur van deoxyribonucleïnezuur (DNA) als een macromoleculaire dubbele helix door Francis Crick en James D. Watson in 1953. Dit werk was gebaseerd op chemische informatie over de basissamenstelling van het molecuul van Erwin Chargaff , op gegevens van röntgenkristallografie geproduceerd door Rosalind Franklin en Maurice Wilkins, en op mechanische modelbouw zoals ontwikkeld door Linus Pauling. Het resultaat was een afbeelding van een dubbelstrengs nucleïnezuur waarvan de vier basen (EENontkennen, thymine, Guanine, Cytosine) vormden complementaire paren (A-T, G-C) die in alle mogelijke combinaties konden worden gerangschikt in lange lineaire sequenties. Tegelijkertijd suggereerde dat moleculaire model een elegant mechanisme voor de verdubbeling van het molecuul. Het openen van de strengen en het synthetiseren van twee nieuwe strengen die complementair zijn aan elk van de gescheiden draden, zou voldoende zijn om twee identieke helices van één te maken. Dit bleek inderdaad het geval te zijn, hoewel het duplicatieproces zou worden gezien als afhankelijk van een gecompliceerde moleculaire replicatiemachinerie. De structuur van de dubbele DNA-helix had dus alle kenmerken die te verwachten waren van een molecuul dat dienst doet als autokatalytische erfelijke entiteit (Chadarevian 2002).

De tweede lijn van experimenten die de moleculaire genetica vormde, was de in vitro karakterisering van het proces van eiwitbiosynthese waaraan veel biochemisch werkende onderzoekers hebben bijgedragen, waaronder Paul Zamecnik, Mahlon Hoagland, Paul Berg, Fritz Lipmann, Marshall Nirenberg en Heinrich Matthaei. Het begon in de jaren 1940 grotendeels als een poging om de groei van kwaadaardige tumoren te begrijpen. In de jaren vijftig werd het duidelijk dat het proces een RNA-sjabloon vereiste waarvan oorspronkelijk werd gedacht dat het deel uitmaakte van de microsomen waarop de assemblage van aminozuren plaatsvond. Bovendien bleek dat het proces van aminozuurcondensatie werd gemedieerd door een transfermolecuul met de kenmerken van een nucleïnezuur en het vermogen om een ​​aminozuur te dragen. Het daaruit voortvloeiende idee dat het een lineaire sequentie van ribonucleïnezuur was, afgeleid van een van de DNA-strengen die de synthese van een lineaire sequentie van aminozuren of een polypeptide aanstuurde, en dat dit proces werd gemedieerd door een adaptermolecuul, werd al snel experimenteel bevestigd. (Rheinberger 1997). De relatie tussen deze twee klassen moleculen bleek uiteindelijk te worden geregeerd door een nucleïnezuurtriplet code, die bestond uit drie basen tegelijk die één aminozuur specificeerden (Kay 2000, hoofdstuk 6) vandaar dat de sequentiehypothese en de centraal dogma van de moleculaire biologie, die Francis Crick eind jaren vijftig formuleerde:

Met deze twee fundamentele veronderstellingen kwam een ​​nieuwe kijk op biologische specificiteit in het spel. Het was gericht op de overdracht van moleculaire orde van het ene macromolecuul naar het andere. In het ene molecuul blijft de volgorde structureel behouden, in het andere komt het tot uitdrukking en vormt het de basis voor een biologische functie. Dit overdrachtsproces werd gekarakteriseerd als moleculair informatieoverdracht. Voortaan konden genen worden gezien als stukjes deoxyribonucleïnezuur (of ribonucleïnezuur in bepaalde virussen) die de informatie voor de assemblage van een bepaald eiwit bevatten. Men dacht dus dat beide moleculen colineair waren, en dit bleek inderdaad het geval te zijn voor veel bacteriële genen. Uiteindelijk werden beide fundamentele eigenschappen die Muller van genen had geëist, namelijk autokatalyse en heterokatalyse, gezien als respectievelijk gebaseerd op één en hetzelfde stereochemische principe: de base-complementariteit tussen nucleïnezuurbouwstenen C/G en A/T (U in het geval van RNA) waren beide verantwoordelijk voor de getrouwe duplicatie van genetische informatie tijdens het proces van replicatie, en, via de genetische code, voor de transformatie van genetische informatie in biologische functie door middel van transcriptie naar RNA en vertaling aan eiwitten.

De code bleek bijna universeel te zijn voor alle klassen van levende wezens, net als de mechanismen van transcriptie en vertaling. Het genotype werd dus opnieuw geconfigureerd als een universele opslagplaats van genetische informatie, soms ook aangesproken als een genetisch programma. Praten over DNA als de belichaming van genetische "informatie", als de "blauwdruk van het leven", die tot op de dag van vandaag het publieke debat beheerst, kwam voort uit een merkwaardige combinatie van de natuurkunde en de levenswetenschappen tijdens de Tweede Wereldoorlog, met Erwin Schrümldinger's Wat is leven? als inspiratiebron (Schrömldinger 1944), en cybernetica als de toen leidende discipline in de studie van complexe systemen. Er moet echter worden benadrukt dat de eerste pogingen om de DNA-code met zuiver cryptografische middelen te "kraken", al snel op een doodlopende weg liepen. Ten slotte waren het biochemici die de genetische code ontrafelden met de geavanceerde instrumenten van hun vakgebied (Judson 1996 Kay 2000).

Voor de verdere ontwikkeling van het begrip DNA als "programma" moeten we een extra derde experimenteerlijn overwegen, naast de opheldering van de DNA-structuur en de mechanismen van eiwitsynthese. Deze lijn van experimenten kwam voort uit een fusie van bacteriële genetica met de biochemische karakterisering van een induceerbaar systeem van suikermetaboliserende enzymen. Het was grotendeels het werk van François Jacob en Jacques Monod en leidde begin jaren zestig tot de identificatie van boodschapper-RNA als de bemiddelaar tussen genen en eiwitten, en tot de beschrijving van een regulerend model voor genactivatie, de zogenaamde operon-model, waarin twee klassen van genen werden onderscheiden: de ene klasse was die van structurele genen. Ze werden verondersteld de "structurele informatie" te dragen voor de productie van bepaalde polypeptiden. De andere klas was die van regulerende genen. Ze werden verondersteld betrokken te zijn bij de regulering van de expressie van structurele informatie (hoe dit onderscheid recentelijk werd uitgedaagd, wordt besproken in Piro 2011). Een derde element van DNA dat betrokken is bij de regulerende lus van een operon was een bindingsplaats, of signaalvolgorde: dat is helemaal niet getranscribeerd.

Deze drie elementen, structurele genen, regulerende genen en signaalsequenties vormden het raamwerk om het genotype zelf te zien als een geordend, hiërarchisch systeem, als een "genetisch programma", zoals Jacob beweerde, niet zonder er meteen aan toe te voegen dat het een heel eigenaardig programma was. namelijk een programma dat zijn eigen producten nodig had om te worden uitgevoerd: “Er is alleen de onophoudelijke uitvoering van een programma dat onlosmakelijk verbonden is met de realisatie ervan. Want de enige elementen die de genetische boodschap kunnen interpreteren, zijn de producten van die boodschap (Jacob 1976, 297). Als we deze opvatting serieus nemen, is het uiteindelijk het organisme dat de structurele genen interpreteert of 'recruteert' door de regulerende genen te activeren of te remmen, hoewel het een cirkel lijkt en als zodanig is bekritiseerd (Keller 2000). uitdrukking.

Het operonmodel van Jacob en Monod markeerde daarmee het abrupte einde van het eenvoudige, informatieve concept van het moleculaire gen. Sinds het begin van de jaren zestig is het beeld van genexpressie veel gecompliceerder geworden (vergelijk voor het volgende Rheinberger 2000b). Bovendien blijken de meeste genomen van hogere organismen enorme stukken DNA te bevatten waaraan nog geen functie kan worden toegeschreven. &ldquoNiet-coderende,&rdquo, maar functioneel specifieke, regulerende DNA-elementen hebben zich vermenigvuldigd: Er bestaan ​​promotor- en terminatorsequenties stroomopwaarts en stroomafwaarts activerende elementen in getranscribeerde of niet-getranscribeerde, getranslateerde of onvertaalde leidersequenties van extern en intern getranscribeerde spacers voor, tussen en nadat structurele genen zich herhalende elementen en tandem herhaalde sequenties zoals satellieten, LINE's (lange afgewisselde sequenties) en SINE's (korte afgewisselde sequenties) van verschillende klassen en maten. Gezien alle verbijsterende details van deze elementen, is het geen verrassing dat hun moleculaire functie nog lang niet volledig is begrepen (voor een overzicht zie Fischer 1995).

Wat transcriptie betreft, dwz de synthese van een RNA-kopie uit een sequentie van DNA, zijn overlappende leesframes gevonden op één en dezelfde DNA-streng, en is gevonden dat eiwitcoderende stukken afkomstig zijn van beide strengen van DNA. de dubbele helix op een overlappende manier. Op het niveau van modificatie na transcriptie is het beeld al even ingewikkeld geworden. Reeds in de jaren zestig realiseerde men zich dat DNA-transcripten zoals transfer-RNA en ribosomaal RNA op een complexe enzymatische manier moesten worden bijgesneden en gerijpt om functionele moleculen te worden, en dat boodschapper-RNA's van eukaryoten uitgebreide posttranscriptionele modificaties ondergingen zowel aan hun 5&prime-uiteinden ( capping) en hun 3&prime-ends (polyadenylering) voordat ze klaar waren om in de vertaalmachine te gaan. In de jaren zeventig ontdekten Phillip Allen Sharp en Richard J. Roberts tot ieders verbazing onafhankelijk van elkaar dat eukaryote genen waren samengesteld uit modules, en dat na transcriptie, intronen werden uitgesneden en exonen samengevoegd om een ​​functionele boodschap op te leveren.

Het &ldquogene-in-pieces&rdquo (Gilbert 1978) was een van de eerste grote wetenschappelijke uitlopers van recombinant-DNA-technologie, en deze technologie is sindsdien goed gebleven voor onverwachte vergezichten op het genoom en de verwerking van zijn eenheden. Een gesplitste boodschapper kan soms een fractie van slechts tien procent of minder van het primaire transcript omvatten. Sinds het einde van de jaren zeventig zijn moleculair biologen vertrouwd geraakt met verschillende soorten RNA-splitsing autokatalytische zelf-splitsing, alternatieve splitsing van één enkel transcript om verschillende berichten op te leveren en zelfs trans-splitsing van verschillende primaire transcripten om één hybride bericht op te leveren. In het geval van het leghormoon van Aplysia, om maar één voorbeeld te noemen: uit één en hetzelfde stuk DNA ontstaan ​​elf eiwitproducten die betrokken zijn bij het voortplantingsgedrag van deze slak. Ten slotte is gevonden dat nog een ander mechanisme, of liever een klasse van mechanismen, werkt op het niveau van RNA-transcripten. Het heet boodschapper RNA bewerken. In dit geval - dat intussen niet alleen een exotische curiositeit van sommige trypanosomen is gebleken - wordt het oorspronkelijke transcript niet alleen geknipt en geplakt, maar wordt de nucleotidesequentie ervan systematisch gewijzigd na transcriptie. De nucleotidevervanging vindt plaats voordat de translatie begint, en wordt gemedieerd door verschillende gids-RNA's en enzymen die oude nucleotiden uitsnijden en nieuwe nucleotiden op verschillende manieren invoegen om een ​​product op te leveren dat niet langer complementair is aan het DNA-stuk waarvan het oorspronkelijk was afgeleid, en een eiwit dat niet langer co-lineair is met de DNA-sequentie in de klassieke moleculair-biologische zin.

De complicaties met het moleculair biologische gen gaan door op het niveau van translatie, d.w.z. de synthese van een polypeptide volgens de sequentie van tripletten van het mRNA-molecuul. Er zijn bevindingen zoals translatiestart bij verschillende startcodons op één en dezelfde messenger-RNA-gevallen van verplichte frameshifting binnen een gegeven bericht zonder welke een niet-functioneel polypeptide zou resulteren en post-translationele eiwitmodificatie zoals het verwijderen van aminozuren uit het amino-uiteinde van de vertaald polypeptide. Er is nog een observatie genaamd eiwit splicing, waarvan gevallen sinds het begin van de jaren negentig zijn gemeld. Hier moeten delen van het oorspronkelijke translatieproduct worden uitgesplitst (inteins) en andere samengevoegd (exteins) voordat een functioneel eiwit wordt verkregen. En tot slot, een recente ontwikkeling vanuit het translationele veld is dat een ribosoom erin slaagt om twee verschillende boodschapper-RNA's te vertalen in één enkel polypeptide. François Gros is, na een leven in de moleculaire biologie, tot de nogal paradoxaal klinkende conclusie gekomen dat, gezien deze verbijsterende complexiteit, het &ldquoontplofte gen&rdquo le gène éclaté zou kunnen worden gespecificeerd, of helemaal niet, alleen door "de producten die het resultaat zijn van zijn activiteit", dat wil zeggen, de functionele moleculen waartoe het aanleiding geeft (Gros 1991, 297). Maar het lijkt moeilijk, mits goed doordacht, om het advies van Gros voor zo'n omgekeerde definitie op te volgen, aangezien het fenotype het genotype zou gaan definiëren.

De meest recente debatten over de structuur en functie van het genoom zijn gecentreerd rond het project Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE). Het project was gericht op het identificeren van alle functionele elementen in het menselijk genoom. De resultaten van het consortium´swerk maken tot dusver de reeds bekende afwijkingen van het klassieke model van het moleculaire gen als ononderbroken eiwit coderend gebied dat door regelgevende gebieden wordt geflankeerd als regel eerder dan uitzondering lijkt. ENCODE-onderzoekers vonden voor een groot deel overlap van transcripten, producten die zijn afgeleid van wijdverbreide stukjes DNA-sequentie en wijdverspreide regulerende sequenties voor een bepaald gen. De bevindingen bevestigen ook dat het grootste deel van het genoom wordt getranscribeerd en benadrukken het belang en de alomtegenwoordigheid van functionele niet-eiwit-coderende RNA-transcripten die de afgelopen tien jaar zijn ontstaan, wat wijst op een "grote verborgen laag van RNA-regulerende transacties" (Mattick 2007). In het licht van deze bevindingen is een definitie van het gen voorgesteld, volgens welke "het gen een unie is van genomische sequenties die coderen voor een coherente set van potentieel overlappende functionele producten." (Gerstein et al. 2007, 677). Dergelijke definities dienen vooral om het annotatieprobleem op te lossen (Baetu 2012), dat vooral belangrijk wordt in de context van het toenemende belang van bio-informatica en het gebruik van databases dat een consistente ontologie vereist (Leonelli 2008). Meer controversieel is het begrip functie dat hier aan de orde is. Volgens het ENCODE Consortium stelden hun gegevens hen in staat "biochemische functies toe te kennen voor 80% van het genoom". gewoonlijk genomen om de sequentiefunctie aan te geven. Critici hebben betoogd dat een etiologische notie van functie, volgens welke functie een geselecteerd effect is, meer geschikt is in de context van functionele genomica (Doolittle et al. 2014), terwijl anderen beweren dat elke causale rol van een DNA-streng zou kunnen zijn relevant, vooral in biomedisch onderzoek (zie Germain et al. 2014 voor een filosofische kijk op de discussie). Zoals we hebben opgemerkt bij eerdere wendingen in de geschiedenis van het genconcept, zijn deze ontwikkelingen gedreven door technologische vooruitgang, met name in diepe RNA-sequencing en bij het identificeren van eiwit-DNA-interacties.

Samenvattend kan met Falk (2000, 327) worden gezegd dat enerzijds de autokatalytische eigenschap die ooit aan het gen als elementaire eenheid werd toegeschreven, is gedegradeerd tot het DNA in het algemeen. Replicatie kan niet langer worden beschouwd als specifiek voor het gen als zodanig. Het proces van DNA-replicatie wordt immers niet onderbroken door de grenzen van coderende gebieden. Aan de andere kant, zoals veel waarnemers van de scène hebben opgemerkt (Kitcher 1982 Gros 1991 Morange 2001 Portin 1993 Fogle 2000), is het steeds moeilijker geworden om duidelijke eigenschappen van een gen te definiëren als een functionele eenheid met heterokatalytische eigenschappen. Het is een kwestie van keuze geworden onder contextuele beperkingen welke sequentie-elementen moeten worden opgenomen en welke moeten worden uitgesloten in de functionele karakterisering van een gen. Sommigen hebben daarom een ​​pluralistische houding aangenomen ten opzichte van genconcepten. (Burian 2004).

Er zijn verschillende reacties op deze situatie geweest. Wetenschappers als Thomas Fogle en Michel Morange geven toe dat er niet langer een precieze definitie is van wat als een gen kan gelden. Maar ze maken zich niet veel zorgen over deze situatie en zijn bereid om op een pluralistische, contextuele en pragmatische manier over genen te blijven praten (Fogle 1990, 2000 Morange 2000b). Elof Carlson en Petter Portin hebben eveneens geconcludeerd dat het huidige genconcept abstract, algemeen en open is, ondanks of juist omdat de huidige kennis van de structuur en organisatie van het genetisch materiaal zo veelomvattend en zo gedetailleerd is geworden. Maar zij, net als Richard Burian (1985), beschouwen open concepten met een groot referentiepotentieel niet alleen als een tekort om mee te leven, maar als een potentieel productief hulpmiddel in de wetenschap. Dergelijke concepten bieden mogelijkheden en laten keuzes open (Carlson 1991, Portin 1993). Filosoof Philip Kitcher prees als gevolg van alle moleculaire input rond het gen al zo'n 25 jaar geleden het "heterogene referentiepotentieel" van het gen als een deugd en trok de ultraliberale conclusie dat "er geen moleculaire biologie van het gen is". Er is alleen moleculaire biologie van het genetische materiaal (Kitcher 1982, 357).

Vanuit het perspectief van de autokatalytische en evolutionaire dimensie van het genetisch materiaal, is de reproductieve functie die aan genen wordt toegeschreven, een functie van het hele genoom gebleken. Het replicatieproces, dat wil zeggen het transmissieaspect van de genetica als zodanig, is een gecompliceerd moleculair proces gebleken waarvan de veelzijdigheid, verre van beperkt tot het verschuiven van genen tijdens meiotische recombinatie, een reservoir voor evolutie vormt en wordt bestuurd door een zeer complexe moleculaire machines, waaronder polymerasen, gyrasen, DNA-bindende eiwitten, reparatiemechanismen en meer. Genomische verschillen, waarop selectie gericht is, kunnen, maar mogen tijdens de evolutie niet "opgesplitst worden in genen", zoals Peter Beurton het uitdrukte (Beurton 2000, 303).

Aan de andere kant zijn er mensen die de heterokatalytische variabiliteit van het gen als argument beschouwen om het genetische materiaal als geheel te behandelen, dus ook genen, niet langer als fundamenteel op zich, maar eerder als een ontwikkelingshulpmiddel dat contextualiseren. Ze beweren dat de tijd is gekomen om, zo niet om op te lossen, dan in ieder geval genetica in te bedden in ontwikkeling en zelfs ontwikkeling in reproductie&mdasha's James Griesemer suggereert (Griesemer 2000)&mdashand om zo de draad op te pakken waar Kühn en anderen hem meer dan een halve eeuw hebben achtergelaten geleden. Bijgevolg definieert Moss "Gene-D" (de tegenhanger van het eerder genoemde fenotypisch gedefinieerde Gene-P) als een "ontwikkelingsbron (vandaar de D), die op zichzelf onbepaald met betrekking tot fenotype. Een Gene-D zijn is een transcriptionele eenheid op een chromosoom zijn, waarbinnen moleculaire sjabloonbronnen zijn opgenomen (Moss 2003, 46 cf. Moss 2008). In deze visie vormen deze sjablonen slechts één reservoir waaruit het ontwikkelingsproces put en zijn ze niet ontologisch bevoorrecht als erfelijke moleculen.

Bij de moleculaire biologie is het klassieke gen "moleculair" (Waters 1994). Ironisch genoeg loste het aanvankelijke idee van genen als eenvoudige stukjes DNA die coderen voor een eiwit in dit proces op. Zodra het gen van de klassieke genetica een materiële structuur had gekregen door middel van moleculaire biologie, namen de biochemische en fysiologische mechanismen die verantwoordelijk waren voor de overdracht en expressie ervan toe. De ontwikkeling van de moleculaire biologie zelf, die onderneming die zo vaak wordt beschreven als een volkomen reductionistische verovering, heeft het onmogelijk gemaakt om het genoom eenvoudigweg te zien als een reeks stukjes aaneengesloten DNA die co-lineair zijn met de eiwitten die ervan zijn afgeleid. Aan het begin van de eenentwintigste eeuw, toen de resultaten van het Human Genome Project tijdig werden gepresenteerd op de vijftigste verjaardag van de dubbele helix, lijkt de moleculaire genetica de cirkel rond te hebben gemaakt, waarbij reproductie en overerving niet langer vanuit een puur genetische , maar vanuit een evolutionair-ontwikkelingsperspectief. Tegelijkertijd is het gen in de loop van de 20e eeuw een centrale categorie in de geneeskunde geworden (Lindee 2005) en domineert het discours over gezondheid en ziekte in het postgenomische tijdperk (Rose 2007).


Wat is de definitie van gen, genotype en fenotype, pre- en post-DNA? - Biologie

GENETICA 372 Winter 2000
W. Fangman

Definities van cursusvoorwaarden

Allel Een van de verschillende vormen van een gen of DNA-sequentie die op een enkele locus kan voorkomen.

Aneuploïde Geen "juiste" chromosoomsamenstelling. Een persoon met een abnormaal complement van chromosomen als gevolg van de afwezigheid van een chromosoom(en) of de aanwezigheid van een extra chromosoom(en).

Gloeien Vorming van dubbelstrengs nucleïnezuur uit enkelstrengs vormen.

Apoptose Geprogrammeerde celdood (PCD) een proces waarbij cellulair DNA wordt afgebroken en de kern wordt gecondenseerd en vervolgens wordt de cel verslonden door naburige cellen of fagocyten.

Autosoom Elk chromosoom anders dan de geslachtschromosomen of het mitochondriale chromosoom.

Blastocysten Bij zoogdieren komt het embryo in het 16-cellige ontwikkelingsstadium tot het 64-cellige stadium wanneer het embryo zich inplant.

Kankergenen Mutante allelen van normale genen die tot kanker leiden

Kankerverwekkend Fysisch of chemisch middel dat kanker veroorzaakt.

Drager In de menselijke genetica een individu dat heterozygoot is voor een gemuteerd allel dat in het algemeen alleen in de homozygote toestand ziekte veroorzaakt. Meer in het algemeen is een persoon die een gemuteerd allel bezit maar dit niet tot expressie brengt in het fenotype vanwege een dominante allelische partner, dus een persoon van genotype Aa is drager van a als er volledige dominantie is van A over a.

cDNA Een duplex-DNA waarbij één streng identiek is in sequentie (behalve T in plaats van U) en één streng complementair is aan een bepaald RNA.

cDNA-bibliotheken Bibliotheken die sequenties opslaan die in DNA zijn gekopieerd van RNA-transcripten, typisch dragen deze sequenties alleen de exon-informatie voor het maken van eiwitten.

Centimorgan (cM) Een maateenheid voor de ecombinatiefrequentie. Eén cM is gelijk aan 1% kans dat een marker op één genetische locus wordt gescheiden van een marker op een tweede locus als gevolg van kruising in een enkele generatie.

Chiasmata Waarneembare regio's waarin niet-zusterchromatiden van homologe chromosomen elkaar kruisen.

Chi-kwadraat (c 2)-test Een statistische test om de waarschijnlijkheid te bepalen dat een waargenomen afwijking van de verwachte gebeurtenis of uitkomst uitsluitend op toeval berust.

cis-werkende locus Locus die alleen de activiteit van DNA-sequenties op hetzelfde DNA-molecuul beïnvloedt, houdt gewoonlijk in dat de locus niet codeert voor eiwit.

cis-configuratie Twee plaatsen op hetzelfde DNA-molecuul.

Kloon Een groep cellen of moleculen die identiek zijn doordat ze zijn ontstaan ​​uit een enkele voorouderlijke cel of molecuul.

Chromosomen Zelfreplicerende structuren van cellen die in hun nucleotidesequenties de lineaire reeks genen dragen.

Complementariteit De chemische affiniteit tussen specifieke stikstofbasen als gevolg van hun waterstofbindingseigenschappen. De eigenschap van twee nucleïnezuurketens met basensequenties zodanig dat zich een antiparallelle duplex kan vormen waar de adeninen en thymines (of uracils) aan elkaar zijn gehecht, en de guaninen en cytosinen aan elkaar.

Complementatie De productie van een wildtype fenotype wanneer twee verschillende mutaties worden gecombineerd in een diploïde of een heterokaryon.

Chromatide Een van de twee zij-aan-zij replica's geproduceerd door chromosoomduplicatie.
Codon Een triplet van nucleotiden dat een aminozuur of een terminatiesignaal (STOP) voorstelt.

Cross Het doelbewust paren van geselecteerde ouders op basis van bepaalde genetische eigenschappen die gewenst zijn in het nageslacht.

Cross-over Tijdens meiose, het breken van één moederlijk chromosoom, wat resulteert in de uitwisseling van overeenkomstige stukken DNA, en het weer samenkomen van het chromosoom. Het proces kan resulteren in de uitwisseling van allelen tussen chromosomen. Vergelijk recombinatie.

Cytoplasmatische overerving Overerving via genen gevonden in cytoplasmatische organellen.

Gedegenereerde code Een genetische code waarin sommige aminozuren kunnen worden gecodeerd door meer dan één codon elk.

Denaturatie De scheiding van de twee strengen van een dubbele DNA-helix, of de ernstige verstoring van de structuur van een complex molecuul zonder de belangrijkste bindingen van zijn ketens te verbreken.

Domein van een eiwit Een afzonderlijk doorlopend deel van de aminozuursequentie dat kan worden gelijkgesteld met een bepaalde functie.

Dominantie De expressie van een eigenschap in de heterozygote toestand.
Stroomafwaarts Sequenties die verder gaan in de richting van transcriptie, het coderende gebied is bijvoorbeeld stroomafwaarts van de promotor.

Endonuclease Een enzym dat de fosfodiesterbinding binnen een nucleotideketen splitst.
Enzym Een eiwit dat als katalysator fungeert.

Eukaryoten Organismen (variërend van gist tot mensen) die kernhoudende cellen hebben.

Euploïde De "juiste" chromosoomsamenstelling hebben. Cellen die alleen complete sets chromosomen bevatten.

Exon Elk segment van een onderbroken gen dat wordt weergegeven in het rijpe RNA-product.De eiwitcoderende sequenties van een gen.

Exonuclease Een enzym dat nucleotiden één voor één afsplitst van een uiteinde van een polynucleotideketen.

Familiale eigenschap Elke eigenschap die vaker voorkomt bij familieleden van een getroffen persoon dan in de algemene populatie kan te wijten zijn aan genetische en/of omgevingsfactoren.

Frameshift-mutaties Mutaties die ontstaan ​​door deleties of inserties die geen veelvoud van 3 bp zijn, veranderen het frame waarin tripletten worden vertaald in eiwit.

Gen De fundamentele fysieke en functionele eenheid van erfelijkheid, die informatie van de ene generatie naar de volgende draagt, een DNA-segment, bestaande uit een getranscribeerd gebied en een regulerende sequentie die transcriptie mogelijk maakt.

Genetische code De reeks overeenkomsten tussen nucleotidepaartripletten in DNA en aminozuren in eiwit.

Genetische heterogeniteit Een vergelijkbaar fenotype wordt veroorzaakt door verschillende mutaties. Meestal gebruikt voor een vergelijkbaar fenotype dat wordt veroorzaakt door mutaties in verschillende genen. Allelische heterogeniteit verwijst naar verschillende mutaties in hetzelfde gen.

Genetische markers Allelen van genen, of DNA-polymorfismen, gebruikt als experimentele sondes om een ​​individu, een weefsel, een cel, een kern, een chromosoom of een gen bij te houden.

Genoom Het totale genetische materiaal van een organisme, d.w.z. de complete set DNA-sequenties van een organisme.

Genotype De werkelijke allelen die aanwezig zijn in een individu..

Kiemcellen Gespecialiseerde cellen die het voortplantingsorgaan vormen waar ze uiteindelijk meiose ondergaan, waardoor gameten worden geproduceerd die de helft van het aantal chromosomen bevatten als hun lichaamscellen. Kiemcellen zijn verantwoordelijk voor het doorgeven van genen aan de volgende generatie van een organisme.

Haploïde Een enkele set chromosomen die aanwezig is in de ei- en zaadcellen van dieren, in de ei- en stuifmeelcellen van planten, en in stabiele of voorbijgaande levenscyclusvormen van sommige andere organismen zoals gist.

Haplotype Een reeks nauw verbonden allelen (genen of DNA-polymorfismen) die als een eenheid worden overgeërfd. Een samentrekking van de uitdrukking "haploïde genotype".

Heterozygoot Twee verschillende allelen hebben op een bepaalde locus op een paar homologe chromosomen.

Heterogene eigenschap zie genetische heterogeniteit

Homologe chromosomen Chromosomen die bij meiose met elkaar paren.

Homozygoot Een individu dat een paar identieke allelen bezit op een bepaalde locus op een paar homologe chromosomen.

Huishoudgen Gen dat in vrijwel alle cellen tot expressie wordt gebracht, omdat het fundamenteel is voor de functies van elke cel.

Waterstofbinding Een zwakke binding waarbij een elektron wordt gedeeld met een waterstofatoom waterstofbruggen zijn belangrijk bij de specificiteit van basenparing in nucleïnezuren en bij het bepalen van de eiwitvorm.

Hybridisatie Het proces van het samenvoegen van twee complementaire DNA-strengen of één van elk van DNA en RNA tot een dubbelstrengs molecuul.

Introns De DNA-basesequenties die de eiwitcoderende sequenties van een gen onderbreken. Deze sequenties worden in RNA getranscribeerd, maar worden uit de boodschap geknipt voordat deze in eiwit wordt vertaald.

Inteeltlijn Een groep identieke, zuiver voortplantende diploïde of polyploïde organismen, onderscheiden van andere individuen van dezelfde soort door een uniek fenotype of genotype, die in stand worden gehouden door kruising.

Karyotype Het volledige chromosoomcomplement van een individu of cel, zoals gezien tijdens mitotische metafase.

Kilobasenpaar of kilobase (kb) 1000 basenparen DNA of 1000 basen RNA.

Gazonbacteriën geïmmobiliseerd in een voedingsagar, gebruikt als een veld om te testen op de aanwezigheid van virale deeltjes.

Leader-sequentie De sequentie aan het 5'-uiteinde van een mRNA dat niet in eiwit wordt getranslateerd.

Bibliotheek Een set gekloonde fragmenten die samen het gehele genoom vertegenwoordigen, gecreëerd en vervolgens in opslag geplaatst.

Ligase DNA-ligase een enzym dat een verbroken fosfodiësterbinding in een nucleïnezuur weer kan verbinden, vereist een 5'-fosfaat en een 3'-OH.

Koppeling De nabijheid van twee of meer markers op een chromosoom, hoe dichter de markers bij elkaar zijn, hoe kleiner de kans dat ze door recombinatie worden gescheiden, waardoor de kans groter wordt dat specifieke allelen samen worden overgeërfd

Koppelingsgroep Een groep genen aan elkaar geketend door koppelingsrelaties.

Locus Een specifieke locatie op een chromosoom.

Lod-score De logaritme van de verhouding van de kans dat twee loci gekoppeld zijn met een recombinatiefractie gelijk aan of groter dan 0 en kleiner dan 0,5 tot de kans op onafhankelijk assortiment. Ook wel "Z." . genoemd

Marker hetzelfde als genetische marker

Smelten Denaturatie van DNA.

Missense-mutatie Een enkele wijziging van de DNA-base die leidt tot een codon dat een ander aminozuur specificeert.

Modelorganismen Wezens die worden gebruikt in genomische analyse omdat ze veel genetische mechanismen met elkaar en met mensen gemeen hebben. Deze organismen lenen zich goed voor klassieke kweekexperimenten en directe manipulatie van het genoom.

Morfogenen Stoffen die verschillende celbestemmingen op een concentratieafhankelijke manier bepalen

mRNA (messenger RNA) Een RNA-molecuul, getranscribeerd van een gen, waaruit een eiwit wordt getranslateerd door de werking van ribosomen.

Mutageen Elk middel dat de mutatiesnelheid kan verhogen.

Mutant allel Een allel dat verschilt van het allel dat wordt aangetroffen in het standaard- of wildtype.

Onzincodon (ook wel STOP-codon genoemd) Een van de drie tripletten (UAG, UAA, UGA) die ervoor zorgen dat de eiwitsynthese wordt beëindigd.

Onzin-mutatie (ook wel STOP-mutatie genoemd) Elke verandering in het DNA die ervoor zorgt dat een (beëindigings)codon een codon vervangt dat een aminozuur vertegenwoordigt.
Onzin-suppressor (ook wel STOP-suppressor genoemd) Een gen dat codeert voor een mutant tRNA dat in staat is te reageren op een of meer van de terminatiecodons.

Northern blotting Procedure voor het overbrengen van RNA van een agarosegel naar een nylonmembraan.

Null-allel Een allel dat geen genproduct maakt of waarvan het product geen enkele activiteit heeft, een deletie van een gen, is noodzakelijkerwijs een nul-allel.

Nulhypothese De voorspelling dat een waargenomen verschil alleen aan toeval te wijten is en niet aan een systematische oorzaak. Deze hypothese wordt getest door statistische analyse en aanvaard of verworpen.

Oligonucleotiden Kleine enkelstrengs DNA-segmenten, typisch 20-30 nucleotidebasen in grootte, die in vitro worden gesynthetiseerd.

Oncogen Een allel van een normaal gen, een proto-oncogen genaamd, dat ervoor zorgt dat een cel kanker wordt.

Open leeskader Streteches van codons in hetzelfde leeskader ononderbroken door STOP-codons.

Stamboom Een geordend diagram van de relevante genetische kenmerken van een familie, die teruggaat tot ten minste beide sets grootouders en bij voorkeur door zoveel mogelijk generaties heen.

Penetrance Het aandeel individuen met een specifiek genotype dat dat genotype op fenotypeniveau manifesteert.

Faag Afkorting van bacteriofaag een virus waarvan de natuurlijke gastheer een bacteriële cel is. Letterlijk "bacteriëneters".

Fenotype Waarneembare kenmerken van een organisme.

Plaque In bacteriële virusanalyse, een duidelijk gebied van een petrischaal, verstoken van bacteriële cellen, wat wijst op de aanwezigheid van virale deeltjes.

Plasmide cytoplasmatisch, autonoom replicerend extrachromosomaal DNA-molecuul.

Puntmutatie Een verandering in een enkel basenpaar.

Polariteit Een algemene richting.

Polymorfe plaats Een chromosoomplaats met twee of meer identificeerbare alleleische DNA-sequenties. Ook wel een polymorfe locus genoemd.

Positioneel klonen Het proces waarbij onderzoekers de kloon van een gen verkrijgen zonder voorafgaande kennis van het eiwitproduct of de functie ervan, maakt gebruik van grootschalige fysieke en formele genetische koppelingskaarten om specifieke genen te vinden.

Primer Korte, reeds bestaande oligonucleotide- of polynucleotide-cahin waaraan nieuw DNA kan worden toegevoegd door DNA-polymerase.

Prokaryoot Een organisme zonder kern eubacteriën, archaebacteriën en blauwgroene algen.

Promotor Een DNA-gebied dat betrokken is bij de binding van RNA-polymerase om transcriptie te initiëren.

Proto-oncogen Een gen dat kan muteren tot een allel, een oncogen, dat ervoor zorgt dat een cel kanker wordt.

Leesraam Een sequentie van sense-codons zodanig dat elk volgend triplet de juiste volgorde van aminozuren genereert, wat resulteert in een polypeptideketen.

Recessief allel Een allel waarvan het fenotypische effect niet tot uiting komt bij een heterozygoot.

Recombinante DNA-moleculen Een combinatie van DNA-moleculen van verschillende oorsprong die experimenteel worden samengevoegd.

Recombinatie De vorming van een nieuwe combinatie van allelen door onafhankelijk assortiment of kruising.

Renaturatie De herassociatie van gedenatureerde complementaire enkele strengen van een dubbele DNA-helix.

Restrictie-enzymen Eiwitten die specifieke, korte nucleotidesequenties in DNA herkennen en het knippen op die plaatsen katalyseren.

Stille mutatie Mutatie waarbij de functie van het eiwitproduct van het gen ongewijzigd blijft.

Somatische cellen Alle cellen van een organisme behalve die van de kiembaan.

Onderdrukking Veranderingen die de effecten van een mutatie elimineren zonder de oorspronkelijke verandering in het DNA ongedaan te maken.

Suppressormutatie Een mutatie die de effecten van een andere mutatie tegengaat. Een suppressor wordt op een andere plaats in kaart gebracht dan de mutatie die hij tegengaat, hetzij binnen hetzelfde gen of op een verder gelegen locus. Verschillende onderdrukkers werken op verschillende manieren.

Temperatuurgevoelige mutatie Een klasse van conditionele mutaties waarbij het mutante fenotype wordt waargenomen in één temperatuurbereik en het wildtype fenotype wordt waargenomen in een ander temperatuurbereik.

Sjabloonstreng De streng van de dubbele DNA-helix die wordt gekopieerd door complementariteit van basenparen om een ​​RNA te maken. De andere, niet-sjabloonstreng van de DNA-duplex heeft een sequentie die identiek is aan het gesynthetiseerde RNA (behalve in RNA, vervangt U T).

Eigenschap Elke detecteerbare fenotypische variatie van een bepaald overgeërfd karakter.

Transcriptie-eenheid De afstand tussen de plaatsen van initiatie en terminatie door RNA-polymerase kan meer dan één gen omvatten.

Transconfiguratie De configuratie van twee plaatsen verwijst naar hun aanwezigheid op twee verschillende DNA-moleculen (chromosomen).

Transfectie van eukaryote cellen De verwerving van nieuwe genetische merkers door toevoeging van DNA.

Transformatie van bacteriën of gisten Het verwerven van nieuwe genetische merkers door toevoeging van toegevoegd DNA.

Transformatie van eukaryote cellen Hun omzetting in een staat van ongeremde groei in kweek, die lijkt op of identiek is aan de tumorverwekkende toestand die gewoonlijk wordt toegepast op zoogdiercellen.

Transgeen organisme Een waarvan het genoom is gemodificeerd door uitwendig aangebracht nieuw DNA, een term die wordt gebruikt voor metazoën.

Vector Bij het klonen worden de plasmide-, faag- of gistchromosomale sequenties gebruikt om een ​​gekloond DNA-segment te vermeerderen.

Western blotting Een techniek waarbij eiwitten door gelelektroforese worden gescheiden en op een nylonvel worden overgebracht. Een specifiek eiwit wordt vervolgens geïdentificeerd door zijn reactie met een gelabeld antilichaam.

Wild type Het genotype of fenotype dat het meest voorkomt in de natuur of in de standaard laboratoriumvoorraad voor een bepaald organisme.

Röntgenkristallografie Een techniek voor het afleiden van de moleculaire structuur door een bundel röntgenstralen op een kristal van de testverbinding te richten en de verstrooiing van stralen te meten.


Heterozygoot | Definitie & Voorbeelden

Heterozygote definitie biologie: Een individu bestaat uit twee verschillende allelen van het specifieke genotype. Een paar genen, allelen genoemd, en elk allel bevindt zich in de locus (specifieke positie) op een chromosoom. Als de twee allelen op een locus van elkaar verschillen, spreken we van heterozygoot. Net als het woord 'hetero' betekent het te maken hebben met dingen die anders zijn, vooral voor genen. De allelen zijn op sommige punten anders. De allelen beschrijven het specifieke genotype van een gen. Met andere woorden, allelen hebben twee verschillende soorten genen die een bepaald kenmerk beheersen.

Als een nakomeling bijvoorbeeld het allel van bruine ogen van zijn vader krijgt en het allel van grijze ogen van zijn moeder, betekent dit dat het nageslacht heterozygoot is voor de kleur van de ogen.

Voorbeelden van heterozygoot:

Heterozygote individuen en sikkelceleigenschap:

Sickle Cell Trait (SCT) betekent niet ziekte. Sickle Cell Trait (SCT) betekent dat een nakomeling de sikkelcelgenen heeft geërfd van een van zijn vader of moeder. Een persoon met SCT heeft over het algemeen geen symptomen van sikkelcelziekte (SCD) en leeft een normaal leven. In dit patroon heeft een persoon één abnormaal allel van heterozygoot. Maar hij vertoont wel symptomen van sikkelcelziekte (SCD). Sickle Cell Trait (SCT) genereert zowel normale als abnormale hemoglobine. Van hemoglobine wordt gezegd dat het twee codominante allelen zijn die zijn gemaakt om de werkelijke concentratie van hemoglobine te bepalen. Van sikkelcelziekte wordt gezegd dat het een bloedaandoening is die ervoor zorgt dat bloedcellen een sikkelvorm aannemen vanwege een lage zuurstofspanning. Sikkelcelziekte (SCD) beschermt ook bloedcellen tegen 'malaria'. Dus een persoon met sikkelceleigenschap (heterozygoot) heeft het voordeel dat hij beschermd blijft tegen malaria.

Gekruld haar:

Het haartype als krullend of steil wordt gecontroleerd door twee soorten allelen. Als allelen van beide ouders voor krullend haar zijn (homozygoot), heeft het nageslacht het allel van krullend haar. Als beide allelen voor steil haar zijn, is het nageslacht homozygoot steil haar. Maar in sommige gevallen heeft één persoon het allel van krullend haar en anderen hebben het allel van steil haar. In dit patroon is het nageslacht heterozygoot, wat de effectallelen van zowel krullend als steil haar combineert.

Bloedtype:

Bloedgroep is daar een bekend voorbeeld van. Menselijke bloedgroepen worden gecontroleerd door meerdere allelen. Er zijn drie verschillende allelen voor bloedgroepen (A, B en O). Bloedgroep A en B is dominant over O. Als een ouder het allel van bloedgroep A heeft, en een andere ouder heeft bloedgroep B , dan kan het nageslacht van beide allelen heterozygoot zijn als bloedgroep AB .

Heterozygote allelen:

Er wordt gezegd dat homozygoot is wanneer twee individuen beide dezelfde kopieën van allelen hebben, beide dominant kunnen zijn of beide recessief. Bij organismen zijn beide allelen verschillend van een gen. In deze Allelen zijn er twee verschillende allelen die bezet zijn door een bepaald gen. Allelen worden geërfd door seksuele reproductie, in de resulterende nakomelingen ontvangt de helft van het chromosoom van de vader en de helft van de moeder. Hierbij krijgen nakomelingen verschillende effecten van chromosomen van zowel vader als moeder.

Heterozygoot genotype:

De set genen in ons DNA die verantwoordelijk is voor een specifieke eigenschap staat bekend als genotype. Een individu of organisme heeft de genetische samenstelling van een cel. Door de uitgedrukte kenmerken is het genotype verschillend van elk individu. Een genotype van een persoon is gerelateerd aan de genetische samenstelling van de ouder (vader). Het bevat alle genen die betrekking hebben op het specifieke gen van een ouder.

De genotypen van individuen zijn de chemische samenstelling van het DNA, wat helpt om de waarneembare eigenschappen van een individu te verhogen. Genotypen bevatten alle nucleïnezuren die voor een bepaalde eigenschap in een DNA-molecuul aanwezig zijn. Het fysieke uiterlijk is het resultaat van de combinatie van eiwitten die door het DNA worden gecreëerd. Genotypen hebben verschillende vormen of allelen. Mutatie van DNA produceert verschillende allelen en kan nadelige of gunstige veranderingen veroorzaken. In bacteriën heeft het DNA slechts één allel voor elk genotype. Er zijn twee allelen aanwezig in seksueel voortplantende organismen, die een complexe interactie met genen en andere genen kunnen hebben. In deze allelen kan een mutatie optreden en tijdens de meiose kunnen nieuwe combinaties ontstaan.

Heterozygoot dominant:

Een individu is homozygoot als het individu twee dezelfde kopieën van het allel voor een gen heeft. Een individu kan dominant homozygoot zijn als het twee exemplaren van hetzelfde allel voor een gen heeft. En een individu zou recessief homozygoot zijn als het dezelfde kopieën heeft van het recessieve allel voor een gen. Een individu wordt heterozygoot genoemd als het twee verschillende allelen van een gen heeft. De erwtenplant kan bijvoorbeeld rode bloemen en witte bloemen hebben.

Als het nageslacht rode bloemen heeft, betekent dit dat de plant dominant homozygoot is (rood-rood), of dominant heterozygoot is als erwtenbloem een ​​rood-witte plant heeft.

Heterozygoot recessief:

Een individu wordt heterozygoot genoemd als het moet matchen met een ander homozygoot recessief om een ​​specifieke erfelijke eigenschap te vormen. In menselijke ogen is het genotype bijvoorbeeld hetzelfde als het fenotype. Als de ene ouder homozygote dominante bruine ogen heeft en de andere homozygote recessieve blauwe ogen heeft, zal het nageslacht het heterozygote allel van bruine ogen hebben.


Resultaten

Hoge resolutie mtDNA-varianten en haplogroeplijsten in de Japanse bevolking

We hebben de eerder gerapporteerde WGS-gegevens van de Japanse bevolking opnieuw geanalyseerd (N = 1928) 18 . We hebben de WGS-lezingen opnieuw uitgelijnd op het menselijke referentiegenoom GRCh37, dat de herziene Cambridge Reference Sequence (rCRS, NC_012920.1) bevat als het mitochondriale referentiegenoom van de mens. De rCRS is veel gebruikt in mitochondriale genoomanalyses, waaronder Japanse individuen. We gebruikten alleen de uitlezingen die uniek in kaart zijn gebracht op het mitochondriale gebied om de besmetting van nucleaire kopieën van het mitochondriale genoom (nuMT's) te voorkomen 19 . In deze studie hebben we ons gericht op de analyses van homoplasmie. Vervolgens identificeerden we 2023 variantsites, waarvan 63 sites multiallelisch waren (de gemiddelde diepte = 1488 aanvullende gegevens 1). Hiervan werden 516 varianten (25,5%) nieuw geïdentificeerd in onze WGS-gegevens. Minor allel frequency (MAF) spectra gaven aan dat de meeste van de geïdentificeerde varianten zeldzaam waren in Japanse zeldzame varianten (MAF < 0,5%), laagfrequente varianten (0,5% ≤ MAF < 5%) en veel voorkomende varianten (MAF ≥ 5% ) waren goed voor respectievelijk 79,3%, 16,4% en 4,3% (aanvullende figuur 1). We zagen duidelijke overeenstemmingen van de alternatieve allelfrequenties met die in de eerder gerapporteerde twee Japanse databases (1507 en 1025 varianten met 3.5KJPN [N = 3552] en Giib-JST mtSNP [N = 672], respectievelijk Aanvullende Fig. 2) 7,20,21 . Zoals eerder gemeld 22,23, duidde het mutatiespectrum op een hoge overgang naar transversie (Ti / Tv) -verhouding van 16,44 (aanvullende figuur 3).

Vervolgens werd elk individu geclassificeerd in de mtDNA-haplogroep op basis van een lijst met varianten die door de WGS was gedetecteerd met behulp van HaploGrep (v2.1.14) 24 . Haplogroepen zijn classificaties van de mtDNA-haplotypes gedefinieerd volgens een reeks specifieke mtDNA-varianten. Aangezien mtDNA een haploïde genoom is, zouden de gedetecteerde varianten direct kunnen worden gebruikt voor haplogroepclassificatie zonder fasering. De nomenclatuur van elke haplogroep is hiërarchisch gedefinieerd op basis van het aantal letters (van één tot negen), dat was verdeeld in sub-haplogroepen (bijv. "D4b" als drie letters). Het aantal haplogroepen nam monotoon toe van de macrohaplogroep (N = 11 bij één letter) naar de sub-haplogroepen met een groter aantal letters (N = 310 bij negen letters Aanvullende gegevens 2). Toenames in het aantal haplogroepen werden beperkt van zeven tot negen letters (Fig. 1a, b).

De gedetailleerde haplogroepverdelingen op basis van de Japanse WGS-gegevens (N = 1928). een Cumulatieve frequentiespectra van de haplogroepen van macrohaplogroep (één letter) tot sub-haplogroepen (negen letters). B Cumulatieve tellingen van de haplogroepen van macrohaplogroep (één letter) tot sub-haplogroep (negen letters). C Gestapelde staafdiagrammen van de frequenties van de macrohaplogroepen binnen de geografische regio's in Japan en subpopulaties vanaf 1KG. De geografische regio's in Japan worden gedefinieerd als Hokkaido, Tohoku, Kanto-Koshinetsu, Chubu-Hokuriku, Kinki, Kyushu en Okinawa van de noordoostelijke tot zuidwestelijke gebieden van Japan, zoals elders beschreven 42 .

De frequentieverdeling van elke haplogroep werd verkregen volgens geografische regio's in Japan (zoals gedefinieerd door BioBank Japan Project: Hokkaido, Tohoku, Kanto-Koshinetsu, Chubu-Hokuriku, Kinki, Kyushu en Okinawa van noordoostelijke tot zuidwestelijke gebieden van Japan Aanvullende Fig. 4) 18 en alle populaties van het 1000 Genomes Project Phase 3 (1KG, N = 2504 Afb. 1c) 25 . In de Japanse bevolking hadden macrohaplogroepen A, B, D, M en N meer dan 1% van de frequenties in alle regio's. In de regio's van Hokkaido tot Kyushu kwam macrohaplogroep D het meest voor (>28%), gevolgd door M en B. Daarentegen werd het verschillende spectrum waargenomen in Okinawa (het eilandgebied in het meest zuidwestelijke gebied van Japan), waar M en B kwamen vaker voor (respectievelijk 37,5% en 25%) dan D (18,8%). Bovendien, hoewel de D4a- en D4b-haplogroepen dominant waren van Hokkaido tot Kyushu, kwam de D4c-haplogroep veel voor in Okinawa (aanvullende figuur 5). Hoewel de haplogroepspectra in 1KG Oost-Aziaten (EAS) relatief vergelijkbaar waren met die in het Japans, was R meer verrijkt in 1KG EAS en kwamen D, G en M vaker voor in het Japans. Andere populaties van 1 kg dan EAS vertoonden verschillende haplogroeppatronen van de Japanse populatie. M, A, H en L kwamen het meest voor bij respectievelijk 1KG Zuid-Aziaten, Amerikanen, Europeanen en Afrikanen (AFR). Vooral 1KG AFR vertoonde de minste diversiteit binnen macrohaplogroepen, waarvan de Afrikaans-specifieke macrohaplogroep van L >90% van de frequenties voor zijn rekening nam.

Ongecontroleerde ML benadert gedeconvolueerde mtDNA-classificatiepatronen

Om te evalueren hoe de gedefinieerde haplogroepen de mtDNA-diversiteit binnen een populatie weerspiegelen, hebben we de proefpersonen zonder toezicht geclusterd op basis van de mtDNA-varianten en de concordanties met haplogroeptoewijzingen geëvalueerd. We hebben drie niet-gecontroleerde ML-classificatiebenaderingen van fylogenetische benadering, hoofdcomponentenanalyse (PCA) en uniforme veelvoudige benadering en projectie voor dimensionaliteitsreductie (UMAP) aangenomen.

We hebben eerst de fylogenetische boom van de WGS-individuen geconstrueerd, die werd geïllustreerd als een niet-geworteld boomtype (figuur 2a). De boomtak was voornamelijk verdeeld in de twee belangrijkste lijnen aan de wortelbasis, die bekend stonden als de "M" en "N" clusters. Elke hoofdlijn werd verder onderverdeeld in sublijnen die overeenkomen met de sub-haplogroepen. Vervolgens hebben we de lineaire dimensionaliteitsreductietechniek van PCA toegepast en tot de 20 pc's onderzocht. De verklaarde varianties waren 12,6% voor de top 20 pc's. Omdat de tweedimensionale plot van de PC1 en PC2 moeilijk was om de clusterclassificaties volledig vast te leggen (aanvullende figuur 6), hebben we de driedimensionale plot aangenomen die bestaat uit de top drie pc's (figuur 2b). De belangrijkste M- en N-clusters werden ook geïllustreerd als afzonderlijke groepen in de PCA-plot. In tegenstelling tot het M-cluster was het N-cluster verder onderverdeeld in sub-haplogroepen, zoals A5a, B4a, B4b, B4c, B5*, F1a, F1b, N9a en N9b.

Alle drie de niet-gecontroleerde ML-methodeclassificaties werden uitgevoerd op de WGS-variantgegevens van de Japanse bevolking (N = 1928). een De onbewortelde fylogenetische boom met behulp van de maximale spaarzaamheidsmethode. B De 3D-plot van de top drie componenten van PCA. C De plot van de twee componenten van UMAP. Elke kleur en markering vertegenwoordigt haplogroepen. Het onderscheid tussen de M- en N-haplogroepclusters wordt weergegeven met stippellijnen in elk paneel.

UMAP is een recent ontwikkeld niet-lineair algoritme voor het verminderen van dimensionaliteit, dat de verdienste heeft de topologie van de lokale en globale structuur te behouden 26 . Hoewel UMAP eerder is toegepast op hoogdimensionale biologische gegevens zoals eencellige RNA-sequencing 27 , hebben we het hier toegepast op de genomische gegevens van de mtDNA-varianten. Een toepassing van UMAP zou de proefpersonen kunnen classificeren in >20-clusters, wat overeenkwam met de vooraf gedefinieerde sub-haplogroepen met drie letters (Fig. 2c). UMAP zou de sub-haplogroepen die tot dezelfde macrohaplogroep behoren in meer detail kunnen differentiëren (bijv. D4a, D4b1, D4b2, D4c, D4e en D4g die tot D behoren). Aan de andere kant vonden we niet de duidelijke afbakening tussen de M- en N-clusters, die werd waargenomen in de fylogenetische benadering en PCA. Verschillende sub-haplogroepen met kleine steekproefomvang waren nauw geclusterd met andere macrohaplogroups (bijv. M7c geclusterd met D-macrohaplogroup). Deze waarnemingen zouden de mogelijke beperkingen van UMAP kunnen zijn. Omdat elke ML-classificatiemethode unieke voordelen had om mtDNA-variaties te classificeren, zouden we een waarde voorstellen van het toepassen van meerdere ML-methoden om de haplogroepdiversiteit binnen een populatie volledig te visualiseren.

Verschillende kenmerken van de mtDNA-variantstructuur van nDNA

Vanwege een gebrek aan recombinatie en een hogere mutatiesnelheid, worden de LD-structuur en de distributie van tagvarianten in mtDNA als verschillend beschouwd van die in nDNA, terwijl de details onduidelijk waren, vooral bij niet-Europeanen. Daarom hebben we een uitgebreide beoordeling van deze functies in het Japans uitgevoerd met behulp van de WGS-gegevens. Naast het berekenen van de haplotype-correlaties (R 2) tussen gewone mtDNA-variantparen (MAF ≥ 5%, N = 80), schatten we die verkregen uit de willekeurig geselecteerde autosomaal gefaseerde haplotypes met aanpassing op variante positionele verschillen (± 8,3 kbp). Fracties van de variantparen met hoge correlaties waren relatief kleiner in mtDNA dan in nDNA (2,4% en 20,2% van de variantparen met R 2 = 0,9 in mtDNA en nDNA, respectievelijk Fig. 3a).

LD-structuur van de gemeenschappelijke mtDNA-varianten geïdentificeerd door WGS. een Verdelingen van de haplotype-correlaties (R 2 ) en B afstandsafhankelijk LD-verval in de mtDNA- en nDNA-varianten worden parallel geïllustreerd. LD-berekening van de nDNA-variantparen werd aangepast voor de afstand die overeenkomt met de mtDNA-lengte (± 8,3 kbp, P = 0.21 [R = 0,022] en P = 1.0 × 10 −7 [R = -0,092] voor respectievelijk mtDNA en nDNA). Afstandsafhankelijk LD-verval in nDNA is rood gemarkeerd. C Verdelingen van het aantal tagvarianten (R 2 ≥ 0,5) per veelvoorkomende variant. NS Paarsgewijze LD-matrix onder de gebruikelijke mtDNA-varianten (MAF ≥ 5%). In het bovenste paneel, de R 2-waarden zijn gekleurd volgens de legende. In het onderste paneel zijn de varianten zonder tagvarianten grijs gemarkeerd, terwijl de varianten die zijn opgenomen in de gemeenschappelijke haplotypes die het gehele mtDNA beslaan, afzonderlijk zijn gekleurd zoals in de legende. Mitochondriale genposities in mtDNA zijn aangegeven in de legende.

Toen we afstandsafhankelijk verval van LD controleerden, zagen we duidelijk LD-verval in de nDNA-variantparen volgens fysieke afstanden tussen de variantparen, wat LD-blokken zou weerspiegelen (R = −0.092, P = 1,0 × 10 −7, zoals gemarkeerd met rood Fig. 3b). De mtDNA-variant vertoonde echter geen afstandsafhankelijk LD-verval (R = 0.022, P = 0,21). Hoewel er controversiële discussies 16,28 bestonden, ondersteunden onze resultaten de hypothese van mogelijke recombinatiegebeurtenissen in mtDNA niet. Gebrek aan recombinatie en relatief zwakke LD in mtDNA zou moeten voorstellen dat de gewone mtDNA-varianten schaars worden gelabeld door de omringende single-nucleotide polymorphisms (SNP's) in vergelijking met nDNA. De aantallen van de tag-varianten per gemeenschappelijke variant waren kleiner in mtDNA dan in nDNA, zelfs wanneer de variantafstanden werden aangepast (figuur 3c). Maar liefst 13,8% van de gebruikelijke mtDNA-varianten had geen tagvarianten met R 2 ≥ 0,5, terwijl slechts 5,0% in nDNA.

Systematische visualisatie van paarsgewijze LD-patronen onthulde dat mtDNA-varianten geen LD-blokken vormden tussen naburige varianten (figuur 3d). Aan de andere kant hebben we meerdere gemeenschappelijke haplotypes waargenomen die het hele mtDNA omvatten (N = 8), wat het gevolg zou kunnen zijn van een gebrek aan recombinatie en geen afstandsafhankelijk LD-verval. Interessant is dat mtDNA-varianten zonder tagvarianten meestal werden geïdentificeerd in het D-lusgebied, een van de niet-coderende maar functionele regio's in mtDNA. Door WGS-gegevens te gebruiken, hebben we de kenmerken van de mtDNA-varianten 28 benadrukt, die (i) geen afstandsafhankelijk LD-verval waren (dwz afwezigheid van LD-blokken) en (ii) schaarse tagging van de gebruikelijke varianten, in niet-Europese populatie . Bovendien konden we het bestaan ​​​​van de gemeenschappelijke haplotypes die het hele mtDNA overspannen, nieuw detecteren.

Geen bewijs van mtDNA-nDNA-genotype-associatie

De mitochondriale functie wordt niet alleen gereguleerd door de genen die in mtDNA worden gecodeerd, maar ook door die in nDNA. Aangezien deze twee soorten genen synergetische biologische functies verlenen 6 , is co-evolutie van de genetische varianten die erin zijn ingebed 5 , namelijk "mtDNA-nDNA-genotype-associatie", gesuggereerd 17 . We hebben dus de hypothese getest dat er op genotypeniveau preferentiële transmissie tussen nDNA en mtDNA zou kunnen bestaan. Om voetafdrukken van de mtDNA-nDNA-genotype-associatie te onderzoeken, hebben we een genoombrede scan uitgevoerd om de afhankelijkheid van genotypedistributie tussen mtDNA- en nDNA-varianten te beoordelen met behulp van de WGS-gegevens. We onderzochten 86 gewone mtDNA (MAF ≥ 5%) en de genoombrede 7.124.343 nDNA-varianten (MAF ≥ 1%), maar er was geen significante mtDNA-nDNA-genotype-associatie wanneer meerdere vergelijkingen werden overwogen (P = 5,0 × 10 −8 /86 = 5,8 × 10 −10 Afb. 4a). Zelfs toen we ons concentreerden op de varianten die zich binnen ± 10 kbp van de eerder gedefinieerde nDNA-mitochondriale genen bevinden (N = 1105) 29 , hebben we nog steeds geen significante associatie gedetecteerd. Daarnaast hebben we de associaties onderzocht met behulp van de geïmputeerde GWAS-gegevens (N = 141.552 zie details in de volgende sectie). We analyseerden de associatie tussen het 8 mtDNA (MAF ≥ 5%) en de 7.402.102 nDNA-varianten (Rsq ≥ 0.7 en MAF ≥ 1%), maar er werden geen significante signalen gedetecteerd (P = 5,0 × 10 −8 /8 = 6,3 × 10 −9). We hebben evenmin de verrijking van de associatiesignalen in de mitochondriaal-gerelateerde genvarianten in nDNA waargenomen (figuur 4b).

de uitgezette P-waarde is de associatie P-waarde voor elke analyse. In elk paneel worden een Manhattan-plot en een kwantiel-kwantiel (QQ) -plot aangegeven. De ja-assen van de percelen van Manhattan in een en B geef log . aan10(minimum P) bij elke nDNA-variant geëxtraheerd uit de resultaten voor alle geteste mtDNA-varianten. De horizontale grijze lijnen vertegenwoordigen de studiebrede significante drempel (P < 5,8 × 10 −10 , 6,3 × 10 −9 en 5,0 × 10 −8 voor een, B, en Crespectievelijk). In de QQ-plot geven blauwe stippen alle varianten aan en rode stippen zijn de varianten binnen ± 10k bp van de 1105 mitochondriën-gerelateerde genen in nDNA. een De genoombrede mtDNA-nDNA-genotype-associaties verkregen uit de WGS-gegevens (N = 1928, mtDNA-varianten = 86 [MAF ≥ 5%] en nDNA-varianten = 7.124.343 [MAF ≥ 1%]). B De genoombrede mtDNA-nDNA-genotype-associaties verkregen uit de geïmputeerde GWAS-gegevens (N = 141.552, mtDNA-varianten = 8 [MAF ≥ 5%] en nDNA-varianten = 7.402.102 [Rsq ≥ 0,7 en MAF ≥ 1%]). C De genoombrede mtCN-nDNA-associaties verkregen uit de WGS-gegevens (N = 1928, nDNA-varianten = 7.124.343 [MAF ≥ 1%]).

Omdat bekend is dat mtCN van individuen gecorreleerd is met mitochondriale functies die worden gereguleerd door de nDNA-genen 3,4 , hebben we ook de mtCN-nDNA-genotype-associatie onderzocht. Elke mtCN van het individu werd geschat op basis van de WGS-diepte. We hebben geen associatie gedetecteerd die voldeed aan de genoombrede significantiedrempel (P < 5,0 x 10 −8) en er werd geen verrijking van de associatiesignalen waargenomen toen we ons concentreerden op de mitochondriën-gerelateerde genvarianten in nDNA (Fig. 4c). Hoewel onze WGS-studie een relatief grotere steekproefomvang had dan de vorige, hebben we geen bewijs gevonden van mtDNA- (of mtCN-) nDNA-genotype-associatie. De mtCN-nDNA-associatie in TFAM gen (rs11006126) is gerapporteerd 3 . We zagen een nominale associatie met hetzelfde directionele effect (P = 0.018).

Mitochondriale PheWAS identificeerde overvloedige eigenschapassociaties van mtDNA-varianten

Om het fenotypische landschap van de mtDNA-varianten op een menselijke complexe eigenschap weer te geven, is PheWAS nodig met behulp van grootschalige biobank met diepe genotype- en fenotypegegevens. Voor dit doel hebben we mtDNA PheWAS uitgevoerd met behulp van het BioBank Japan-project, een van de grootste biobanken van niet-Europese afkomst 30,31,32,33. Na toepassing van strikte kwaliteitscontrolefilters (zie details in Methode), verkregen we de 44 mtDNA-varianten (MAF ≥ s0,5%) uit de GWAS-typeringsgegevens voor de 147.437 Japanse individuen. Daarnaast hebben we een imputatiereferentiepanel van de mtDNA-varianten geconstrueerd op basis van onze WGS-gegevens (N = 1928). We bevestigden de nauwkeurigheid van de imputatie van het referentiepanel met behulp van de kruisvalidatiebenadering (99,8% concordantie bij het toewijzen van willekeurig verwijderde 50% van de genotypen)34. We hebben ook de minor allel-concordantie berekend voor elke MAF-bin (0

respectievelijk 50%). De mediane concordanties waren 1,00 voor alle bakken en de gemiddelden waren 0,84, 0,96, 0,93, 0,95, 1,00 en 0,98 voor elke bak. Vervolgens hebben we de mtDNA-varianten van de individuen geïmputeerd met de GWAS-gegevens. Na toepassing van stringente post-imputatie variant filtering (MAF ≥ 0,5% en imputatie score info ≥ 0,7), verkregen we genotype doseringen van 206 mtDNA varianten. Met behulp van de toegerekende doseringen van de GWAS-individuen hebben we mitochondriale PheWAS uitgevoerd om de associatie tussen genotype en 99 fenotypes (46 complexe ziekten, 49 kwantitatieve kenmerken (kwantitatieve kenmerkloci) en 4 drink- en rookgewoonten Aanvullende gegevens 3) volledig te onthullen met robuuste aanpassing voor potentiële populatiestratificatie door de geografische regio's van deelnemers en de top 20 pc's als covariaten op te nemen.

We observeerden een significante associatie van de mtDNA-variant met een van de biochemische kwantitatieve eigenschappen, creatinekinase, die voldeed aan de onderzoeksbrede significantiedrempel, gezien de meerdere vergelijkingen van het aantal varianten en fenotypes (P < 0,05/206/99 = 2,5 × 10 −6 Tabel 1 en Afb. 5). De laagfrequente variant in het D-lusgebied, MT:16168:C:T, vertoonde de meest significante associatie (MAF = 0,007, P = 1,7 × 10 -12). Deze variant was sterk LD met andere drie varianten, die vergelijkbare associaties vertoonden (MT:5127:A:G bij MT-ND2, en MT:6332:A:G en MT:7389:T:C bij MT-CO1 R 2 > 0,86, |NS| = 1), en deze vier laagfrequente varianten kwamen overeen met de B4f-subhaplogroep.

Regionale associatieplots van het gehele mtDNA ter illustratie van de genotype-fenotype-associaties geïdentificeerd door de mitochondriale PheWAS in de Japanse populatie (N = 147,310). Y-assen vertegenwoordigen –log10(P) van de associaties van de varianten en x-assen vertegenwoordigen de basenpaarposities in mtDNA. Een bovenste horizontale balk in elke plot vertegenwoordigt de significantiedrempel voor de hele studie van P = 2, 5 × 10 −6, rekening houdend met meerdere vergelijkingen van zowel het aantal varianten als de fenotypen. Een lagere horizontale balk in elke plot vertegenwoordigt de significantiedrempel voor de hele studie van P = 2,4 × 10 −4 , rekening houdend met meerdere vergelijkingen van het aantal varianten. Mitochondriale genposities worden aangegeven in het onderste paneel.

Associatiesignalen die aan de significante drempel voldeden, aangezien meerdere vergelijkingen van de variantnummers werden waargenomen in nog eens vier fenotypen (P < 0,05/206 = 2,4 × 10 −4 ). MT:7389:A:G bij MT-CO1 (en andere drie varianten in sterke LD zoals hierboven vermeld) lieten associaties zien met de nierfunctiemetingen van serumcreatinine (P = 4,2 × 10 −5) en geschatte glomerulaire filtratiesnelheid (P = 7,7 × 10 −5). Deze varianten vertegenwoordigd door B4f vertoonden ook pleiotrope associaties met de leverfunctiemeting van aspartaataminotransferase (MT:7389:T:C bij MT-CO1, P = 2,2 × 10 −5). Daarnaast identificeerden we associaties met immuungerelateerde eigenschappen zoals de ziekte van Graves, een auto-immuunthyreoïditis met hyperthyreoïdie (MT:3497:C:T bij MT-ND1, P = 1,1 × 10 −4 ). Hoewel MT:3497:C:T een laagfrequente variant was in het Japans en 1KG EAS (MAF = 0,036 en 0,016, respectievelijk), werd deze variant niet waargenomen in de andere 1KG-populaties, wat wijst op het ziekterisico dat specifiek is voor Oost-Aziatische populaties. Deze resultaten toonden duidelijk overvloedige genotype-fenotype-associaties ingebed in het mtDNA.

Eerdere studies suggereerden het risico van mtDNA-genetica op late klinische fenotypes bij de mens 15,17,35. Naast de validatie van de eerder gesuggereerde associaties met nierfuncties, leverde onze studie nieuwe fenotypische associaties op in creatinekinase, een immuungerelateerde ziekte en een leverfunctiegerelateerde eigenschap. Creatinekinase is een enzym dat sterk tot expressie komt in weefsels die snel energie verbruiken, zoals skeletspieren en hersenen, die vaak worden aangetast bij mitochondriale ziekten. Creatinekinase wordt gesuggereerd als een potentiële biomarker om mitochondriale disfunctie te weerspiegelen 36 , waarvoor een genetische en fenotypische link met mitochondriën nieuwe biologische inzichten zou moeten opleveren. Patiënten met mitochondriale ziekten vertonen vaak endocriene disfunctie, waaronder schildklierhormonen 37 , terwijl de biologische link met een leverfunctie-gerelateerd kenmerk ongrijpbaar is. Onze studie zou nieuwe inzichten opleveren in het genetische risico van de mtDNA-varianten op complexe menselijke ziekten.


Het definiëren van “gen”

De term '8220gen'8221 is misschien moe en misschien omdat het veel verschillende betekenissen kan hebben '8211 (laat ons niet beginnen over homoloog!). We weten natuurlijk dat één gen/één enzymhypothese en het centrale dogma er niet in slagen om de volledige complexiteit van de RNA-wereld, pre- en post-transcriptionele genregulatie en post-transcriptionele modificaties weer te geven.Een artikel in PLoS One “Beyond the Gene” van Evelyn Fox Keller en David Harel gaat in op de misschien al te uitgebreide definitie van het gen.

Ik merk dat de definitie vaak afhangt van wat je met het eindproduct wilt doen. Zoals het artikel aangeeft, gaat het in de bio-informatica vaak om het beschrijven van sequentiegebieden, dus de Sequence Ontology-beschrijving volstaat.

'8220A-gen is: 'een lokaliseerbare regio van genomische sequentie, overeenkomend met een eenheid van overerving, die is geassocieerd met regulerende regio's, getranscribeerde regio's en/of andere functionele sequentieregio's'."

In meer algemene genetische termen gaat het om overgeërfd materiaal, dus de auteurs citeren Susan Lindquist die genetica beschrijft als "genetica gaat over de overerving van eigenschappen" en niet alleen over het DNA-materiaal. Dit citaat komt uit haar onderzoekssamenvatting en is in de context van prionen die een mechanisme bieden voor overerving buiten nucleïnezuren.

Het artikel is erg leuk om de lezer door enkele van de verschillende ideeën rond genen te leiden en benadrukt waarom eiwitcoderende regio alleen niet voldoende is om een ​​gen te definiëren dat wordt gegeven door miRNA's en ncRNA's, bindingsplaatsen en regulerende regio's en nuances van epigenetica. Ze gooien een bot terug naar bio-informatica en de Sequence Ontology-definitie door te zeggen:

“Toch, zoals de inspanning van die bioinformatica-onderzoekers aangeeft, zijn er is een gemeenschappelijke noemer voor veel gebruik van dat woord, en zelfs als het hopeloos lijkt om in het keurslijf van het oude concept van het gen te passen, vinden we dat die gemeenschappelijke noemer gerespecteerd moet worden.'

De auteurs gaan verder met het voorstellen van een nieuw jasje voor de concepten. EEN denedat het begrip genetische overdracht omvat, bene dat gedrag beschrijft, en een genitor dat verbindt een dene tot bene. Duidelijk? l denken ze hebben genotype en fenotype en die interactie gegeneraliseerd in meer formele termen, maar misschien denk ik hier te klassiek.

Het artikel beschrijft enkele voorbeelden om de termen te helpen definiëren.

  • Het hele genoom kan worden beschouwd als een dene.
  • Het voor het polypeptide coderende gebied is ook een deen (klassieke eiwitcoderende gendefinitie).
  • In het geval van alternatieve splicing is elke isovorm die een eiwitcoderende eenheid produceert een dene.
  • Zelfs dingen die de mutatiesnelheid beïnvloeden, zoals SSR's, worden als denen beschouwd.

Ik vraag me af hoe men de eenheden classificeert in de NMD-regulatie van nonsens-isovormen die een rol spelen bij SR-genregulatie. Is de NMD-route een voordeel? Wat zijn de nonsense vormen beschouwd? Ze worden geproduceerd uit het pre-mRNA totdat de concentratie van de SR-eiwitten laag is en dan vindt de productieve splitsing plaats. Ik veronderstel dat alle isovormen, zoals beschouwd, hier bepalen of ze daadwerkelijk eiwitten worden als dit een gereguleerde gebeurtenis is.

Voor de aanvankelijk wat afwijzende toon ten opzichte van bio-informatica gebruiken de auteurs termen als 'Turing-computable Truth-valued Functions' en 'Church/Turing thesis voor biologie'. van “fuzzy” biologische concepten berekenbaar. Iets dat de ontologieconsortia, met hun geconstateerde tekortkomingen, hebben gedaan.

Ik geef toe dat ik dit niet allemaal kan verwerken tijdens mijn avondlezing, maar ik denk dat het een interessante stap is naar een betere formalisering van het concept van erfelijk materiaal, gedragingen of fenotypes, en het idee beschrijven dat de interactie tussen het gedrag en het genetisch materiaal moet ook geformaliseerd worden.


Genotype en fenotype bij cystische fibrose

Cystic fibrosis (CF) wordt veroorzaakt door mutaties in het CF-gen voor transmembrane conductance regulator (CFTR) dat codeert voor een eiwit dat tot expressie wordt gebracht in het apicale membraan van exocriene epitheelcellen. CFTR functioneert voornamelijk als een cAMP-geïnduceerd chloridekanaal en lijkt in staat om andere ionkanalen te reguleren. Naast de meest voorkomende mutatie, DeltaF508, die goed is voor ongeveer 70% van de CF-chromosomen wereldwijd, zijn er meer dan 850 mutante allelen gerapporteerd aan het CF Genetic Analysis Consortium. Deze mutaties beïnvloeden CFTR via een verscheidenheid aan moleculaire mechanismen die weinig of geen functionele CFTR op het apicale membraan kunnen produceren. Deze genotypische variatie biedt een reden voor fenotypische effecten van de specifieke mutaties. De mate waarin verschillende CFTR-allelen bijdragen aan klinische variatie bij CF wordt geëvalueerd door genotype-fenotype-onderzoeken. Deze toonden aan dat de mate van correlatie tussen CFTR-genotype en CF-fenotype varieert tussen de klinische componenten en het hoogst is voor de pancreasstatus en het laagst voor longziekte. De slechte correlatie tussen het CFTR-genotype en de ernst van de longziekte suggereert sterk een invloed van omgevingsfactoren en secundaire genetische factoren (CF-modifiers). Verschillende kandidaatgenen die verband houden met aangeboren en adaptieve immuunrespons zijn geïmpliceerd als pulmonale CF-modificatoren. Bovendien is de aanwezigheid van een genetische CF-modificator voor meconium ileus aangetoond op humaan chromosoom 19q13.2. Het fenotypische spectrum geassocieerd met mutaties in het CFTR-gen reikt verder dan de klassiek gedefinieerde CF. Naast patiënten met atypische CF zijn er grote aantallen zogenaamde monosymptomatische ziekten, zoals verschillende vormen van obstructieve azoöspermie, idiopathische pancreatitis of gedissemineerde bronchiëctasie geassocieerd met CFTR-mutaties die niet kenmerkend zijn voor CF. De samenstelling, frequentie en het type CFTR-mutaties/varianten lopen parallel met het spectrum van CFTR-geassocieerde fenotypes, van klassieke CF tot milde monosymptomatische presentaties. Uitbreiding van het spectrum van ziekte geassocieerd met de CFTR-mutante genen creëert een behoefte aan herziening van de diagnostische criteria voor CF en een dilemma voor het stellen van nosologische grenzen tussen CF en andere ziekten met CFTR-etiologie.


Bekijk de video: Examen biologie - Genotype en fenotype Erfelijkheid (December 2021).