- Studiju metodes
- DNS sekvencēšana un atsevišķu nukleotīdu polimorfismu (SNP) noteikšana
- Mikrosatellīti (SSRS)
- Pastiprināti fragmenta garuma polimorfismi (AFLP)
- Diagnozes un slimības
- Piemēri
- Atsauces
Haplotipu ir reģions genomā, kas parasti ir iedzimta kopā ar vairākām paaudzēm; parasti tas viss atrodas vienā hromosomā. Haplotipi ir ģenētiskās saites produkts un ģenētiskās rekombinācijas laikā tie paliek neskarti.
Vārds "haplotips" ir atvasināts no vārda "haploīds" un vārda "genotips" kombinācijas. "Haploīds" attiecas uz šūnām ar vienu hromosomu komplektu, un "genotips" attiecas uz organisma ģenētisko uzbūvi.
Y hromosomu haplotipu izplatības shēma Āzijas populācijās (Avots: Moogalord, izmantojot Wikimedia Commons) Pēc definīcijas haplotips var aprakstīt gēnu pāri vai vairāk, kas kopā mantoti hromosomā no vecākiem, vai tas var aprakstīt hromosomu, kas ir pilnībā mantota no vecākiem, piemēram, Y hromosomu vīriešiem.
Piemēram, ja haplotipiem ir kopīgi divu dažādu fenotipu tipu gēni, piemēram, matu krāsai un acu krāsai, indivīdiem, kuriem ir matu krāsas gēns, pieder arī otrs acu krāsas gēns.
Haplotipi ir viens no instrumentiem, ko mūsdienās visbiežāk izmanto ģenealoģijas pētīšanai, slimību izcelsmes noteikšanai, dažādu veidu dzīvo būtņu populāciju ģenētiskās mainības un filoģeogrāfijas raksturošanai.
Hapotipu izpētei ir vairāki rīki, viens no mūsdienās visvairāk izmantotajiem ir “Haplotype map” (HapMap), kas ir tīmekļa lapa, kas ļauj noteikt, kuri ir genoma segmenti, kas ir haplotipi.
Studiju metodes
Haplotipi ir iespēja izprast gēnu pārmantojamību un to polimorfismu. Atklājot "polimerāzes ķēdes reakcijas" (PCR) paņēmienu, liels progress tika panākts haplotipu izpētē.
Pašlaik ir daudz metožu haplotipu izpētei, dažas no izcilākajām ir šādas:
DNS sekvencēšana un atsevišķu nukleotīdu polimorfismu (SNP) noteikšana
Nākamās paaudzes sekvencēšanas tehnoloģiju attīstība bija liels lēciens haplotipu izpētē. Jaunās tehnoloģijas ļauj noteikt variācijas līdz vienai nukleotīda bāzei noteiktos haplotipa reģionos.
Bioinformātikā termins haplotips tiek izmantots arī, lai apzīmētu atsevišķu nukleotīdu polimorfismu (SNP) grupas mantojumu DNS sekvencēs.
Apvienojot bioinformātikas programmas ar haplotipa noteikšanu, izmantojot nākamās paaudzes sekvencēšanu, var precīzi noteikt katras bāzes izmaiņas stāvokli, aizstāšanu un efektu populācijas genomā.
Mikrosatellīti (SSRS)
Mikrosatellīti jeb SSRS iegūst savu vārdu no angļu valodas “S implement Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Tās ir īsas nukleotīdu sekvences, kas atkārtojas pēc kārtas kādā genoma reģionā.
Parasti nekodējošos haplotipos ir atrodami mikrosatellīti, tāpēc, atklājot mikrosatellīta atkārtojumu skaita izmaiņas, var novērot dažādas indivīdu haplotipu alēles.
Molekulārie mikrosatellīta marķieri ir izstrādāti neskaitāmu haplotipu noteikšanai, sākot no tādu augu kā Papaya (Carica papaya) dzimuma noteikšanas līdz tādu cilvēku slimību noteikšanai kā sirpjveida šūnu anēmija.
Pastiprināti fragmenta garuma polimorfismi (AFLP)
Šis paņēmiens apvieno amplifikāciju ar PCR reakcijām ar DNS gremošanu ar diviem dažādiem restrikcijas fermentiem. Metode nosaka polimorfos lokus haplotipos atbilstoši dažādām DNS šķelšanās vietām.
Lai labāk ilustrētu paņēmienu, iedomāsimies trīs vienāda garuma, bet dažādās vietās sagrieztus auduma fragmentus (šie fragmenti apzīmē trīs ar PCR pastiprinātus haplotipa fragmentus).
Līdz auduma sagriešanai tiks iegūti daudz dažādu izmēru gabalu, jo katrs audums tiek sagriezts dažādās vietās. Pasūtot fragmentus atbilstoši auduma tipam, no kura tie nāk, mēs varam redzēt, kur atrodamas atšķirības starp audumiem vai haplotipiem.
Diagnozes un slimības
Svarīga haplotipu ģenētisko pētījumu priekšrocība ir tā, ka tie tūkstošiem paaudžu paliek gandrīz neskarti vai nemainīti, un tas ļauj identificēt attālos senčus un katru no mutācijām, ko indivīdi veicina slimību attīstībā.
Haplotipi cilvēcei atšķiras atkarībā no rasēm, un, pamatojoties uz šo pirmo, haplotipos ir atklāti gēni, kas izraisa smagas slimības katrā no cilvēku rasēm.
HapMap projektā ietilpst četras rasu grupas: eiropieši, nigērieši, jorubi, hanu ķīnieši un japāņi.
Tādā veidā HapMap projekts var aptvert dažādas iedzīvotāju grupas un izsekot daudzu iedzimtu slimību izcelsmei un attīstībai, kas ietekmē katru no četrām rasēm.
Viena no slimībām, kuras visbiežāk diagnosticē, izmantojot haplotipa analīzi, ir sirpjveida šūnu anēmija cilvēkiem. Šī slimība tiek diagnosticēta, izsekojot Āfrikas haplotipu biežumu populācijā.
Tā kā tā ir Āfrikas dzimtā slimība, afrikāņu haplotipu identificēšana populācijās ļauj viegli izsekot cilvēkiem, kuriem ir mutācija beta globīnu ģenētiskajā secībā sirpjveida eritrocītos (raksturīgi šai slimībai).
Piemēri
Izmantojot haplotipus, tiek veidoti filoģenētiski koki, kas atspoguļo evolūcijas attiecības starp katru haplotipu, kas atrodams homoloģisko DNS molekulu paraugā vai no tām pašām sugām, reģionā, kurā ir maza rekombinācija vai tā nav vispār.
Viena no visvairāk izpētītajām filiālēm, izmantojot haplotipus, ir cilvēka imūnsistēmas evolūcija. Hiplotipi, kas kodē TOll līdzīgu receptoru (iedzimtas imūnsistēmas galvenā sastāvdaļa), ir identificēti neandertāliešu un Denisovana genomiem.
Tas viņiem ļauj izsekot, kā ģenētiskās sekvences "mūsdienu" cilvēku populācijās ir mainījušās no haplotipa sekvencēm, kas atbilst "senču" cilvēkiem.
Ģenētisko sakaru tīkla veidošana, izmantojot mitohondriju haplotipus, pēta, kā sugās rodas dibinātāja efekts, jo tas ļauj zinātniekiem noteikt, kad populācijas pārstājušas vairoties savā starpā un nostiprinājušās kā atsevišķas sugas.
Haplotipa R (Y-DNS) izplatība vietējās populācijās (Avots: Maulucioni, izmantojot Wikimedia Commons) Haplotipa veidu daudzveidību izmanto nebrīvē audzētu dzīvnieku ģenētiskās daudzveidības izsekošanai un izpētei. Šīs metodes īpaši izmanto sugām, kuras savvaļā ir grūti uzraudzīt.
Dzīvnieku sugas, piemēram, haizivis, putni un lielie zīdītāji, piemēram, jaguāri, ziloņi, cita starpā, pastāvīgi ģenētiski novērtē, izmantojot mitohondriju haplotipus, lai uzraudzītu nebrīvē turēto populāciju ģenētisko stāvokli.
Atsauces
- Bahlo, M., Stankovičs, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Genoma mēroga haplotipa koplietošanas noteikšana, izmantojot SNP vai mikrosatellīta haplotipa datus. Cilvēka ģenētika, 119 (1-2), 38-50.
- Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Neandertāliešiem un Denisovānam līdzīgu haplotipu introgresija veicina cilvēka Toll līdzīgo receptoru adaptīvo variāciju. American Journal of Human Genetics, 98 (1), 22-33.
- De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Haplotipa identitāte starp indivīdiem, kuriem ir kopīga CFTR mutācijas alēle “identiska pēc nolaišanās”: haplotipa dalīšanas koncepcijas lietderības pierādīšana gēnu kartēšanā reālās populācijās. Cilvēka ģenētika, 98 (3), 304–309
- Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Senču haplotipi: konservēti populācijas MHC haplotipi. Cilvēka imunoloģija, 34 (4), 242–252.
- Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, jūnijs). Haplotipa secinājums, ko ierobežo ticami haplotipa dati. Ikgadējā simpozijā par kombinatorisko modeļu saskaņošanu (339.-352. Lpp.). Springers, Berlīne, Heidelberga.
- Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Haplotipa bloku struktūra cilvēka genomā. Zinātne, 296 (5576), 2225–2229.
- Starptautiskais HapMap konsorcijs. (2005). Cilvēka genoma haplotipa karte. Daba, 437 (7063), 1299. gads.
- Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitohondriju DNS halototipu daudzveidība un nebrīvē turēto smilšu tīģeru haizivju (Carcharias taurus) izcelsme. Zooloģisko dārzu un akvāriju pētījumu žurnāls, 6 (3), 74-78.
- Yoo, YJ, Tangs, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Haplotipa secinājums par pašreizējiem - neesošiem genotipa datiem, izmantojot iepriekš identificētus haplotipus un haplotipa modeļus. Bioinformatics, 23 (18), 2399-2406.
- Young, NS (2018). Aplastiskā anēmija. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643–1656.