Strona
Główna

Badania
Molekularne

Analiza
Statystyczna

Analiza
Informatyczna

Linki
Kontakt

Forum
Dyskusyjne



Identyfikacja genów cech ilościowych QTL (Quantitative Trait Loci).


          Dotychczas analizując zmienność wśród zwierząt hodowcy i biolodzy zadawalali się podziałem na podstawowe komponenty. Wraz z rozwojem technik molekularnych, uzyskaliśmy możliwość badania pojedynczych genów i ich loci. Skoro jednak wiele cech zwanych ilościowymi determinowanych jest przez więcej niż jeden lokus, to zainteresowani jesteśmy również określeniem wielkości wpływu poszczególnych loci tak by wiedzieć, który jest w tym miejscu najważniejszy a które są mniej ważne. Dzięki temu moglibyśmy prowadzić selekcje pod kątem pojedynczych genów. Możliwe w pewnym stopniu byłoby przewidywanie na przykład wydajności zwierzęcia na podstawie znanego genotypu.
          Identyfikacja genów warunkujących fenotypowe przejawianie się cech ilościowych jest utrudniona. Problemy wynikają z dużej liczby genów zaangażowanych w powstanie cechy, co w efekcie daje niewielki efekt addytywny poszczególnych z nich rozpatrywanych oddzielnie. Są to te cechy, które nie da się opisać prostym stwierdzeniem, że występują lub nie. Przejawiają się one fenotypowo z ogromną różnością nasilenia przechodzącą w sposób płynny pomiędzy skrajnymi możliwościami. To na przykład wydajność mleczna, która przyjmuje różne wartości w zależności od krowy. Musimy, więc ograniczyć się do odnalezienia loci dużych genetycznie maksymalnie dużych wpływach na rozpatrywaną cechę. Geny takie genetycznego znacząco większym wpływie nazywamy wtedy genami głównymi. O genie głównym mówimy wtedy, gdy wywołuje on zmienność genetyczną mierzona jednostkami odchylenia na minimalnym poziomie jednego odchylenia standardowego. Innymi słowy, gdy różnica wartości genotypowej pomiędzy przeciwstawnymi homozygotami wynosi, co najmniej jedno odchylenie standardowe to gen ten zaklasyfikowany może być jako gen główny dla tej cechy genotypowej. Gen taki jest, więc odpowiedzialny za znakomitą większość z wartości przyjmowanej przez cechę ilościową, a co za tym idzie pozostałe geny stanowią tylko tło dla niego. Tło to jest oczywiście ważne gdyż taka jest specyfika cech ilościowych. Czasem zamiast genu głównego znajdowane są geny sprzężone z cechą w tak dużym stopniu, że stają się podstawą diagnostyki. Są to markery, którymi są najczęściej sekwencje niekodujące, czyli grupy II. Ostatnio w dziedzinie tej osiągnięto już znaczne postępy.
          Do szczególnie ważnych osiągnięć zaliczyć można zmapowanie genu callipyge (z greckiego; calli - piękne, pyle - pośladki), czyli CLPG, powodującego u owiec hipertrofię mięśni. Również u bydła zidentyfikowano gen odpowiedzialny za hipertrofie mięśni, a u świń regionu wpływającego na cechę cechy jakości tuszy i tempa wzrostu, oraz genu o dużym wpływie na jakość mięsa, jak gen receptora ryanodiny RYR1, znaleziono również gen wysokiej plenności u owiec rasy, booroola, czyli gen FecB od angielski słów fecundity gene of booroola).
          Zanim gen staje się uznanym za gen główny określamy go jako gen kandydat, którego przydatność do celów diagnostycznych jest dopiero testowana. Ostatnie lata przyniosły postęp w identyfikowaniu genów z dużymi efektami działania, czyli naszych genów głównych, których wpływ w ogólnej zmienności genetycznej danej cechy jest na tyle duży, że może być uchwycony metodami analitycznymi. Metody szukania takich genów polegają na przeanalizowaniu sprzężeń pomiędzy genami cechy ilościowej a genem cechy jakościowej. Ustala się następnie rodzaj zależności pomiędzy fenotypami tych cech, określa rodzaj segregacji alleli markera oraz szacuje częstości rekombinacji pomiędzy badanymi loci. Właśnie dzięki temu u wielu gatunków zwierząt gospodarskich, dzięki analizie polimorfizmu sekwencji mikrosatelitarnych oraz ich sprzężeń z cechami ilościowych, wykryto wiele genów lub regionów odpowiedzialnych za ważne ekonomicznie cechy produkcyjne.
          Jeżeli już zlokalizujemy markery genetyczne, które wykazują sprzężenie z genem, który w sposób znaczący wpływa na cechę ilościową musimy dokonać wybory genu-kandydata spośród wszystkich loci znajdujących się w pobliżu zmapowanych markerów. Jeżeli jednak w analizowanej okolicy nie znamy żadnych genów to znaczy, że trzeba będzie je dopiero odnaleźć. Gdyż w tym miejscu markerom klasy II towarzyszy segregacja alleli jakiegoś nieznanego genu, wpływającego w stopniu uchwytnym na zmienność cechy ilościowej. Skoro jednak same markery nie kodują żadnych informacji genetycznych to musi się w tej okolicy znaleźć odcinek kodujący.
          Bardzo często niezmiernie pomocnymi stają się rodziny referencyjne inaczej zwane informacyjnymi, które pochodzą z krzyżowania osobników należących do różnych ras. Rasy dobiera się tak, by dzielił jak największy dystans genetyczny. Rodzinę taką tworzy się zazwyczaj jako trzypokoleniową. Uzyskujemy w ten sposób potomstwo charakteryzuje się znacznym stopniem heterozygotyczności. Właśnie dzięki tej heterozygotyczności analiza segregacji alleli w następnym pokoleniu pozwala na identyfikację występujących sprzężeń oraz ustalenie genetycznych odległości na chromosomie pomiędzy nimi. Niezbędne jednak jest w tym przypadku ustalenie genotypu w możliwie dużej liczbie równomiernie rozproszonych loci, markerowych u wszystkich osobników z rodziny referencyjnej oraz skrupulatne zbieranie informacji o zmienności analizowanych cech ilościowych.
          Najwięcej wysiłku wymaga właśnie zbieranie dokładnych danych fenotypowych genotypowych. Każdy osobnik pochodzący z takiej doświadczalnej hodowli musi zostać dokładnie sklasyfikowany pod względem wydajności produkcyjnej lub innych interesujących nas cech. Klasyfikacja taka musi być obiektywna i stała dla wszystkich badanych osobników. Zwierzęta te muszą również zostać dokładnie zdiagnozowane molekularnie pod kątem jak największej ilości markerów genetycznych. Gdy zbierzemy dostateczną ilość informacji na temat segregacji loci markerowych oraz rozkładu fenotypów, możemy rozpocząć doszukiwanie się między nimi zależności.
          I znów niezbędna staje się statystyka i jej metody jak np. analiza segregacyjna, której zastosowanie może dać odpowiedz na pytanie; gdzie, w jakim regionie chromosomu możemy spodziewać się obecność locus genu głównego. Stwierdzenie, że którykolwiek, allel jest związany ściśle z określonym fenotypem daje nam podstawę by w jego okolicy na chromosomie poszukiwać genu odpowiedzialnego za tan fenotyp. Wspólna, kosegregacja allelu i cechy pozwala na identyfikacje asocjacji pomiędzy tymi dwoma czynnikami.
          Wiemy teraz, na której części, którego chromosomu powinniśmy skupić swoją uwagę poszukując genu kandydata. Poszukiwania te mają różny charakter. Może się okazać, że jakiś inny zespół badawczy przy okazji innych badań zlokalizował już w tej okolicy chromosomu jakieś geny. Można przeprowadzać analizę porównawczą z innymi gatunkami, badać biblioteki genomowe. Efektem tej pracy jest wskazanie genu lub genów, które mogą być odpowiedzialne za określoną wcześniej cechę. Gen ten teraz musi zostać dokładnie poznany. Przeprowadza się sekwencjonowanie w celu poznania, nukleotydowej budowy. To z kolei pozwala na doszukiwanie się punktowych różnic pomiędzy poszczególnymi allelami tego loci. Równocześnie badaniom poddany jest produkt powstały z tego genu oraz wpływ metaboliczny tego produktu. Poznajemy dzięki temu jego funkcję biologiczną, co pozwala nam uzasadnić wpływ genu na analizowaną cechę.
          Efektem praktycznym tej żmudnej i trudnej pracy jest molekularny test diagnostyczny dla tego genu. Jest to najczęściej test typu PCR-RFLP, dzięki któremu możemy identyfikować genotypy na podstawie nie cech fenotypowych a bezpośredniej analizy DNA. Testy takie mogą pomóc w podejmowaniu decyzji o wykluczaniu lub włączaniu do stad zarodowych osobników, gdy te są jeszcze w bardzo młodym wieku.
          Praktycznie posiadając wystarczającą ilość danych z analiz fenotypowych, takich jak kontrola użytkowości i mając materiał biologiczny umożliwiający analizę DNA. Moglibyśmy testować, czyli doszukiwać się statystycznie istotnych zależności pomiędzy dowolną cechą a dowolnym genem. Geny do analizy wytypować możemy spośród znanych i zmapowanych genów o znanej funkcji fizjologicznej. Na przykład analizie poddać można któryś z genów z rodziny, MyoD, których ekspresja przejawia się w mięśniach. Biorą udział w regulacji powstawania i kształtowania się mięśni szkieletowych. Każdy z tych genów może zostać przebadany pod względem wpływu na wartość tuczna bądź rzeźną. Geny te są dokładnie przebadane pod względem funkcji i lokalizacji i również można je testować pod względem przydatności do przewidywania przyszłej wartości hodowlanej. Przykłady takie można by mnożyć, jeśli znamy startery do jakiegoś genu to możemy genotypowa zwierzęta pod względem jego alleli i sprawdzać korelacje z użytkowością hodowlaną. Innym genem znanym i badanym od lat jest gen receptora dla hormonu protaktyny. Opisano bardzo wiele wpływów tego hormonu na różne cechy zarówno samic jak i samców. Można, więc przetestować przydatność genu receptora do selekcji po uwzględnieniu takich cech jak płodność, mleczność, badać parametry nasienia czy użytkowość tuczną i rzeźną.