Участки в молекуле мтДНК, которые используются в генетическом эволюционном анализе. «Кембриджская стандратная последовательность».

⇐ ПредыдущаяСтр 29 из 36Следующая ⇒

Митохондриальная ДНК — двуцепочечная кольцевая молекула, состоящая из 16 569 п.н. В одной митохондрии может присутствовать около 5 идентичных копий молекул ДНК. В зависимости от клеточного типа количество митохондрий, а следовательно и копий мтДНК, варьирует и в среднем составляет около 500 копий на клетку. Две нуклеотидные цепи мтДНК имеют неодинаковый нуклеотидный состав и обозначаются как L-цепь (англ.light — легкая) и Н-цепь (англ. heavy — тяжёлая). Нуклеотиды L-цепи (референсной) пронумерованы от точки начала репликации H-цепи.

Основная часть полиморфизма мтДНК связана с не кодирующим районом размером 1122 п.н., контролирующим транскрипцию и репликацию. Этот контрольный район содержит три гипервариабельных района (HV — hyper variable), в которых выявлены многочисленные однонуклеотидные замены и которые имеют большое количество вариантов. Эти районы используют в генетическом эволюционном анализе.

Так, от номера 16024 и до 16365, находится первая гипервариабельная область HV1. Вторая область (HV2) находится сразу за первой, с нуклеотида 73 до 340, и третья область — в интервале 438 — 574. Мутации в мтДНК записываются, например, так: 1651С. Поскольку известно, что в «стандартной» мтДНК нуклеотид под номером 1651 — тимин (Т), сразу ясно, что в этом положении тимин заменен на цитозин (С).

Стандартная мтДНК. В 1981 г в Университете Кембриджа было впервые выполнено прочтение последовательности мтДНК женщины. Поскольку это была первая известная последовательность мтДНК, то её и взяли за международный стандарт и назвали кембриджской стандартной последовательностью. В качестве стандартных локусов для типирования митохондриальной ДНК секвенируют участки HV1 и HV2 Если у двух человек имеется полное совпадение мутаций (или отклонений от «стандартной» последовательности) в обеих HV1 и HV2 областях мтДНК, тогда с 50%-ой вероятностью они имеют общую «бабушку» на протяжении последних 28 поколений, или примерно 700 лет.

Гаплотип и гаплогруппа из митохондриальной днк

ОСОБЕННОСТИ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ ДНК. Для изучения генофонда важны две особенности митохондриальной ДНК.

Во-первых, мтДНК наследуется только по материнской линии: каждый человек получает свой гаплотип мтДНК от матери, то есть в передаче мтДНК принимают участие только женщины. Популяционному генетику это даёт возможность прослеживать популяционные процессы (миграций, динамики численности и т.д.), в различной степени затрагивающие представителей разных полов.

Во-вторых, у мтДНК нет рекомбинации, т. е. нет «перетасовывания» генов, пришедших от матери и пришедших от отца (просто потому, что от отца мтДНК не приходит). Благодаря этому вся мтДНК передаётся в поколениях единым «текстом» - гаплотипом. Это позволяет вычленять «линии» мтДНК (похожие «тексты», связанные единством происхождения), выявлять их «родословные», датировать время расхождения основных ветвей таких родословных, объективно фиксировать события возникновения новых вариантов мтДНК и пути их передвижения по Земле вместе с потоками мигрантов. Эти свойства вызвали всеобщий интерес к мтДНК - к настоящему времени на территории Европы почти не осталось народов, для которых не имелись бы данные по мтДНК, причём многие получены по обширным выборкам.

УСТРОЙСТВО мтДНК. Митохондриальная ДНК представляет собой небольшую молекулу, расположенную в клетке особняком - не в ядре, как основная часть генома, а в митохондриях. У мтДНК есть свои особенности метаболизма. Так, например, считается, что мутации в митохондриальной ДНК происходят примерно в 100 раз чаще, чем в ядерной.
МтДНК содержит немногим более 16000 нуклеотидов («букв», которыми написан текст мтДНК). Каждому из них присвоен номер, определяющий его место - позицию - в тексте. В митохондриальной ДНК можно выделить два типа участков.
Первый - участки, кодирующие митохондриальные белки; они составляют основную часть (более 15000 нуклеотидов) мтДНК. В этих участках мутации редки - то есть случайные ошибки при передаче текста, когда какая-то «буква» вдруг заменяется другой, встречаются редко, поскольку отсеиваются отбором.
Однако известно довольно много позиций (определённых мест в пронумерованной последовательности нуклеотидов мтДНК), в которых у разных людей может находиться не строго определённый, а тот или иной нуклеотид. В основном они находятся в некодируюшей части мтДНК. Считается, что большинство этих мутаций произошли за историю человечества лишь однажды, и поэтому все люди, имеющие данную мутацию, являются между собой более или менее близкими родственниками по материнской линии. Во всяком случае, они связаны более тесным родством, чем те, у кого нет данной мутации.

ГАПЛОГРУППЫ. Нужно оговориться, что повторные мутации в той же позиции изредка все-таки случаются. Поэтому отдельно взятая мутация в мтДНК может и не быть свидетельством общего происхождения, а произойти независимо. Надежное определение родства молекул мтДНК проводится по наличию не одной, а нескольких общих мутаций (как в кодирующей, так и в некодируюшей частях мтДНК). Сочетание мутаций однозначно определяет гаплогруппу - т. е. совокупность («линию») митохондриальных ДНК, имеющих общую предковую форму. Однако индивидуумы, молекулы митохондриальной ДНК которых относятся к одной и той же гаплогруппе (т. е. имеющих одинаковые нуклеотиды в позициях, «диагностирующих» гаплогруппу) могут различаться по другим участкам, в частности, гипервариабельным сегментам.

ГАПЛОТИПЫ. Два таких участка (гипервариабельный сегмент 1 и гипервариабельный сегмент 2 - ГВС1 и ГВС2 ) представляют оставшуюся часть митохондриальной ДНК. Эта часть мтДНК не кодирует белки, в отличие от основной «кодирующей части». Каждый из этих сегментов состоит примерно из 400 нуклеотидов. Если при изучении кодирующей части обычно проверяются выборочно только несколько нуклеотидов¹, характерных для той или иной гаплогруппы, то при анализе ГВС1 проводится прямое «секвенирование» - определяется, какой именно нуклеотид расположен в каждой из 400 позиций этого сегмента. Иными словами, анализируются не несколько, а все 400 ДНК маркёров ГВС1. Данные по ГВС1 позволяют выделить не несколько гаплогрупп, а огромное множество вариантов мтДНК (гаплотипов). То есть каждую гаплогруппу можно подразделить на субгаплогруппы, а их - на целый ряд гаплотипов. Это многократно повышает разрешающую возможность анализа, в том числе определения возраста гаплогрупп.

Скорость накопления мутаций в некодирующих участках намного выше, чем в кодирующей части (поэтому они и называются гипервариабельными), - здесь одни и те же мутации часто возникают независимо, многократно. Поэтому точная классификация типов митохондриальной ДНК ( гаплотипов ) производится в два этапа: сначала для данной линии определяется принадлежность к той или иной гаплогруппе (на основании изучения кодирующей части), а затем точное систематическое положение внутри гаплогруппы (по ГВС1 ). Обычно кодирующую часть «смотрят» лишь на несколько ключевых мутаций, а для определения субгаплогруппы и гаплотипа привлекаются данные по ГВС1.

Гаплотипы и гаплогруппы по митохондриальной У-хромосоме

Гаплотип — совокупность аллелей на локусах одной хромосомы, обычно наследуемых вместе. Гаплотип может быть как у одного локуса, так и у целого генома.Определение гаплотипа важно в нескольких отношениях. Оно дает информацию о числе независимо возникших мутаций. Например: серпавидноклеточная анемия. Кроме того, гаплотип отчасти определяет тяжесть болезней.

Гаплогруппа — группа схожих гаплотипов, имеющих общего предка, у которого в обоих гаплотипах имела место одна и та же мутация — однонуклеотидный полиморфизм.

Y-хромосомные гаплогруппы - это статистические маркеры, позволяющие понять происхождение человеческих популяций. Y-хромосомная гаплогруппа определяет совокупность мужчин, объединенных наличием такого маркера, т.е. происходящих от общего предка-патриарха, у которого много тысяч лет назад случилась специфическая мутация Y-хромосомы.

⇐ Предыдущая 24 25 26 27 282930 31 32 33 Следующая ⇒