PedigreeLab - wo liegt das Gen?
Beispiel Parkinson: Interaktive Arbeitsblätter und Musterlösung
Grundlagen zu Bezeichnungen und Schreibweisen:
Es werden 2 Gene betrachtet:
- Ein Krankheitsgen
- mit den Phänotypen „blau“= krank und „weiß“ = gesund
und zwei Allelen, i.a. durch Klein-/Großbuchstaben bezeichnet. - Ein Markergen
- ohne Phänotypen mit den Allelen „–“ und „+“
Die Generationen werden im Programm mit „grandparents - parents - offspring“ bezeichnet, im Biologieunterricht heißen sie i.a. „P - F1 - F2 - Generationen“.
Das Programm unterscheidet „Recombinants“ und „Nonrecombinants“. Auf Deutsch benutzt man die Begriffe „Rekombinanten“ und „Parentaltypen“.
Der Vorgang ist die Rekombiation, der darin besteht, dass zwei Gene „neu kombiniert“ werden - erkennbar an der „Neukombination der Allele“. Daher wird diese Bezeichnung ebenfalls verwendet. Cytologisch ist das das Crossover.
„Kopplung“ ist eine von T. H. Morgan postulierte abstrakte Beziehung zwischen Genen. Sie ist definiert durch eine Rekombinationshäufigkeit von weniger als 50%. (vgl. LOD-Score für kleine Stickproben)
Der Aussage „sind gekoppelt“ entspricht cytologisch die Aussage „liegen auf einem Chromosom“
Dabei kann die Lage auf einem gemeinsamen Chromosom unerkannt bleiben, wenn die Gene so weit auseinander liegen, dass ihre Rekombiationshäufigkeit annähernd 50% beträgt.
„CentiMorgan“ (cM) ist ein (theoretisches) Abstandsmaß, das aus den Rekombinationshäfigkeiten abgeleitet wird:
Vom Centromer werden die kleinsten beobachtbaren Rekombinationshäugigkeiten addiert und ergeben damit die angegebenen Zahlen;
daher können diese größer als 50 bzw. 100 sein.
Glossar:
- Die Neuverteilung der Allele bei der Meiose. Die 3. Mendelsche Regel (Unabhängigkeitsregel) besagt, dass diese Neuverteilung genauso wahrscheinlich ist wie der Erhalt der vorherigen Kombination, dass sie also unabhängig voneinander neu kombiniert werden.
Thomas Hunt Morgan entdeckte, dass es aber häufig eine „Kopplung“ gibt, dass Gene also nicht unbedingt unabhängig voneinander neu kombiniert werden. - Die Chromosomentheorie besagt, dass die mikroskopisch sichtbaren Chromosomen den von Morgan postulierten Kopplungsgruppen entsprechen.
Die Rekombination entspricht also einem molekularen Bruch in der Chromosomenstruktur - das Crossover.
- Rekombinanten sind die Personen der F2, bei deren heterozygotem Elternteil (F1) eine Rekombination stattgefunden hat. Das heißt, die Allele wurden bei der Meiose neu kombiniert und nicht so zusammengelassen, wie sie in den Gameten der vorigen Meiose (also in der P-Generation) zusammenfielen.
- Parentaltypen = Nicht-Rekombinanten haben dieselbe Allelkombination, wie ihr heterozygoter Elternteil bekommen.
s. Rekombinante und Rekombination
- RFLPs sind Marker, da man viele Restriktionsstellen für verschiedene Restriktionsenzyme kennt.
- Restriktions-Fragment-Längen-Polymorphismus
Liegt zwischen zwei Restriktionsstellen (Basensequenzen von 4-8 Nucleotiden) eine weitere, entstehen beim „Restriktionsverdau“ statt eines langen zwei kürzere DNA-Stränge, die auf dem Elektrophoresegel andere Banden liefern.
Die Existenz (+) bzw. das Fehlen (–) einer Restriktionsstelle entspricht also einer Mutation in der Erkennungssequenz und kann einfach festgestellt werden.
Statistische Auswertung von Familiendaten
Mit etwa 300 im Genom im Abstand von 10 cM gleichverteilten polymorphen Markern ist es im Prinzip möglich, jedem beliebigen unbekannten Locus einem gekoppelten Marker zuzuordnen. Um hierfür alle verfügbaren Familiendaten verwerten zu können, sind spezielle statistische Verfahren entwickelt worden. Als sehr verlässlich hat sich die 'LOD-score'-Methode herausgestellt.
„LOD“ ist ein Akronym und steht für „logarithm of the odds“. Der LOD-Score ergibt sich aus der Summe der dekadischen Logarithmen der „Wahrscheinlichkeit“ der Chance (odds) auf Kopplung.
Das Verfahren der Berechnung des LOD-Score ausführlich zu beschreiben würde hier zu weit führen. ?Das Das Prinzip ist folgendes:
Wie häufig Rekombination zwischen zwei Loci auftritt, lässt sich aus der Verteilung von Genotypen und Phänotypen in den untersuchten Familien schließen. Kopplung wird dann festgestellt, wenn bei deutlich weniger als der Hälfte der Nachkommen Rekombination stattgefunden hat, d.h. wenn die beiden untersuchten Merkmale nicht unabhängig voneinander segregieren. Zur Schätzung der Rekombinationsrate und zum Erkennen der Kopplung bedient man sich eines statistischen Verfahrens. ?DabeDabei wird, vereinfacht dargestellt, die Wahrscheinlichkeit der Verteilung von Allelzuständen zweier Loci als eine Funktion der Rekombinationsrate zwischen diesen Loci ausgedrückt. Diese Wahrscheinlichkeit ist dann am höchsten, wenn für die unbekannte Rekombinationsrate (<0.5) der der Realität am nächsten kommende Wert eingesetzt wird. Wie groß nun die Chance (odds) ist, dass die beiden untersuchten Marker gekoppelt sind, lässt sich dann bewerten, wenn die Rechnung ebenfalls unter der Annahme, dass keine Kopplung vorliegt (Rekombinationshäufigkeit = 0.5), durchgeführt und mit der zuvor gewonnenen Wahrscheinlichkeit ins Verhältnis gesetzt wird. Das Ergebnis, der Handhabbarkeit wegen wird der dekadische Logarithmus verwendet, wird als LOD-Score bezeichnet.
Das Annähern an den maximalen LOD-Score ist ein iterativer Prozess, den man geeigneten Computerprogrammen (z.B. LlPED) überlässt. Die Ergebnisse der Berechnungen aus verschiedenen Familien können aufsummiert werden, was bei wenigen und kleinen Familien einen wichtigen Vorteil des Verfahrens ausmacht. Die Ergebnislisten solcher LOD-Score-Berechnungen können auch von speziellen Datenbanken abgerufen werden.
Ein LOD-Score von + 3 hat sich empirisch als robuste Grenze erwiesen, oberhalb derer Kopplung anzunehmen ist. Liegt der errechnete LOD-Score unterhalb von – 2, wird Nichtkopplung angenommen. Der LOD-Score ist ein Logarithmus zur Basis 10, so dass erst, wenn ein Verhältnis von 1000 : 1 für Kopplung spricht, diese als gesichert angesehen wird. Ist das Verhältnis 100 : 1 gegen Kopplung, wird sie ausgeschlossen.
aus: Seyffert(Hrsg.): Lehrbuch der Genetik. Gustav Fischer Stuttgart 1998; S.337f