MARKERY
GENETYCZNE

Marker

genetyczny-

gen

występujący w postaci przynajmniej
dwóch

łatwo

rozróżnialnych

alleli,

którego dziedziczenie można śledzić w
potomstwie krzyżówki, co umożliwia
ustalenie

jego

pozycji

na

mapie

genetycznej.

Markery

genetyczne

dziedziczą się zgodnie z prawami
Mendla.

Klasy markerów:



klasa pierwsza obejmuje klasyczne markery, czyli
sekwencje kodujące- geny. Polimorfizm tych markerów
wykrywany

jest

poprzez

analizę

produktów

genów( metody serologiczne i technika elektroforezy
białek) lub badanie DNA tych genów( metody RFLP,
SSCP). Do pierwszej klasy należą:



Antygeny erytrocytarne (grupy krwi)



Białka surowicy krwi, erytrocytów i leukocytów



Allotypy immunoglobulin i lipoprotein



Białka mleka



klasa druga markerów to sekwencje niekodujące;
wśród nich najważniejsze miejsce zajmują tandemowo
powtarzające się sekwencje mikrosatelitarne, a w
mniejszym stopniu sekwencje minisatelitarne. Ich
identyfikacja prowadzona jest wyłącznie na drodze
elektroforezy.

Oprócz wymienionych wyżej dwóch klas

markerów

genetycznych

można

wyróżnić

jeszcze

grupę

markerów

związanych

z

polimorfizmem chromosomowym. Polimorfizm
chromosomowy dotyczy przede wszystkim
wielkości

bloków

heterochromatyny

konstytutywnej

oraz

obszarów

jąderkotwórczych.

Pierwszymi stosowanymi

markerami były geny

W

pierwszych

mapach

genetycznych,

konstruowanych w pierwszych dekadach XX w. dla
organizmów takich jak muszka owocowa, jako
markerów używano genów. Aby być użytecznym do
analiz genetycznych, gen musi występować w co
najmniej dwóch formach, czyli allelach, każdej
odpowiadającej za inny fenotyp. Na początku
jedynymi genami nadającymi się do badania były
takie które odpowiadały fenotypom rozróżnialnym
wzrokowo. Genetycy szybko jednak zdali sobie
sprawę, że w ten sposób można badać dziedziczenie
zaledwie ograniczonej liczby fenotypów nadających
się do obserwacji wzrokowej. Aby stworzyć bardziej
ogólne mapy genów, konieczne stało się znalezienie
cech lepiej rozróżnialnych i mniej złożonych niż
nadające się do obserwacji wzrokowej. Odpowiedzią
było wykorzystanie biochemii do rozróżniania
fenotypów.

Szczególnie ważne okazało się to u dwóch typów

organizmów-

mikroorganizmów

i

ludzi.

Mikroorganizmy maja niewiele cech dających się
obserwować wzrokowo, więc mapowanie genów tych
organizmów musi się opierać na fenotypach
biochemicznych. Ludzie także mają widoczne cechy
obserwowalne wzrokowo, ale już od lat dwudziestych
badano fenotypy biochemiczne uzyskiwane przez
typowanie krwi.

Klasa pierwsza markerów



Antygeny erytrocytarne

Grupy krwi były najwcześniej wykorzystane w analizie
genetycznej, np. dotyczącej kontroli pochodzenia. Do
pionierów tych badań należy zaliczyć m.in. polskiego
badacza Ludwika Hirszfelda. Przez grupę krwi należy
rozumieć typ krwi, cechujący się obecnością
charakterystycznych

białek,

o

właściwościach

antygenowych,

na

powierzchni

erytrocytów.

Identyfikacja antygenów erytrocytarnych wymaga
zastosowania surowic testowych, które zawierają
swoiste przeciwciała skierowane przeciw konkretnemu
antygenowi

.



Białka surowicy krwi, erytrocytów i
leukocytów

Są drugą, po grupach krwi, pod względem liczebności grupą

markerów genetycznych klasy pierwszej. Poszczególne warianty
tych białek są określane za pomocą technik elektroforetycznych
(np. elektroforeza w żelu poliakryloamidowym lub elektroforeza
dwuwymiarowa czy rozdział białek w gradiencie pH).
Identyfikacja wariantów tych białek musi być potwierdzona w
teście porównawczym. Na przykład u koni testy takie
wykonywane są dla 16 systemów białek.
Polimorfizm białek surowicy krwi wynika ze zmienności ich form
strukturalnych, będących skutkiem mutacji punktowych w
genie kontrolującym syntezę danego białka lub genach
kodujących

enzymy

odpowiedzialne

za

modyfikacje

potranslacyjną . Spośród ponad 25 białek najbardziej
polimorficzne są albumina, inchybitor α-proteaz i transferyna.
Spośród białek i enzymów erytrocytarnych szczególnie
interesujące są deaminaza adenozyny i hemoglobina.



Allotypy immunoglobulin i
lipoprotein

Są to ugrupowania chemiczne (najczęściej jeden lub kilka
aminokwasów) występujące na cząsteczkach białek i
różnicujące osobniki tego samego gatunku. U większości
gatunków zwierząt gospodarskich poznane allotypy
zlokalizowane są przede wszystkim na α-, β-, γ-globulinach.
Stopień polimorfizmu allotypowego jest różny zależnie od
gatunku. U świń zidentyfikowano dotychczas 16 allotypów
we frakcji β-globulin, 14 allotypów dla γ-globulin i 3 dla α-
globulin. Natomiast u owiec 11 antygenowych markerów
cząsteczek α-globulin, 10 determinant antygenowych we
frakcji β-globulin oraz 7 frakcji γ-globulin.



Białka mleka

Głównymi białkami mleka są kazeiny α

S1

, α

S2

, β i κ oraz białko

serwatkowe- β-laktoglobulina. U bydła loci kazein znajdują się
obok siebie w 6 chromosomie i zajmują razem odcinek DNA
długości ok. 200 kpz (tysiący par zasad). Genotyp zwierzęcia w
loci kontrolujących białka mleka można określać za pomocą
metody elektroforezy stosowanej zarówno w przypadku
rozdziału białek (żel skrobiowy lub poliakryloamidowy), jak i
analizy w poziomie DNA (żel agarozowy lub poliakryloamidowy).
Określenie genotypu na podstawie badania białka jest możliwe
tylko u samic będących w okresie laktacji. Natomiast analiza
polimorfizmu

genów

kodujących

białka

może

być

przeprowadzona u osobników obu płci w każdym wieku.

Geny są bardzo użytecznymi markerami, ale

nie idealnymi. Problemem, szczególnie w
przypadku większych genomów, jak genomy
kręgowców i roślin kwiatowych, jest to, że mapa
oparta całkowicie na genach nie jest zbyt
szczegółowa, gdyż w genomach eukariotów geny
są poprzedzielane dużymi przerwami. Co więcej,
zaledwie część całej liczby genów występuje w
łatwych do odróżnienia formach allelicznych.
Mapy genów nie są wiec zbyt dokładne.
Mapowane cechy niebędące genami nazywane są
markerami DNA. Tak jak markery genowe, aby
były użyteczne, markery DNA muszą występować
w przynajmniej dwóch formach allelicznych. Trzy
typy cech sekwencji DNA odpowiadają temu
wymogowi:



Polimorfizmy

długości

fragmentów

restrykcyjnych (RFLP)



Polimorfizmy długości prostych sekwencji
(SSLP)



Polimorfizmy punktowe (SNP)

POLIMORFIZMY DŁUGOŚCI

FRAGMENTÓW

RESTRYKCYJNYCH

RFLP był pierwszym badanym typem markerów
DNA. RFLP uwarunkowany jest różnicami w
sekwencji nukleotydów w obrębie genu. Mutacje
te mogą powodować powstanie lub likwidację
istniejącego

miejsca

cięcia

dla

enzymu

restrykcyjnego. Enzymy restrykcyjne rozpoznają
specyficzne dla nich sekwencje nukleotydowe i
przecinają

DNA

w

określonym

miejscu.

Polimorfizm fragmentów restrykcyjnych DNA
znajduje zastosowanie w testach identyfikacji
nosicielstwa określonego allelu danego genu.

Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych
Cząsteczka DNA po lewej ma polimorficzne miejsce
restrykcyjne (oznaczone gwiazdką) nieobecne w cząsteczce
po prawej. RFLP ujawnia się po działaniu enzymem
restrykcyjnym, ponieważ jedna cząsteczka jest cięta na cztery
fragmenty, a druga na trzy.

Metody oznaczania

RFLP

a) Hybrydyzacja metodą

Southerna

DNA trawi się odpowiednim enzymem restrykcyjnym i
rozdziela w żelu agarozowym. Smugę fragmentów
restrykcyjnych przenosi się na membranę nylonową i
hybrydyzuje z sondą – fragmentem DNA obejmującym
polimorficzne miejsce restrykcyjne.

b) Technika PCR

Stosuje się startery, które przyłączają się w miejscach
otaczających polimorficzne miejsca restrykcyjne z obu stron.
Po reakcji PCR produkt trawi się odpowiednim enzymem
restrykcyjnym, a następnie analizuje się przez elektroforezę
w żelu agarozowym. Jeśli nie ma tego miejsca, na żelu
agarozowym widać jeden prążek, jeśli miejsce jest obecne,
widać dwa prążki.

POLIMORFIZMY DŁUGOŚCI

PROSTYCH SEKWENCJI

SSLP są szeregami powtórzeń sekwencji, które
przejawiają różnice długości; różnymi allelami
zawierającymi

różną

liczbę

jednostek

powtarzalnych. W odróżnieniu od RFLP, SSLP
może być wieloallelowe. Istnieją dwa typy
SSLP:



Minisatelity znane także jako zmienna liczba
powtórzeń tandemowych, w których jednostka
powtarzalna ma do 25 bp długości.



Mikrosatelity (proste powtórzenia tandemowe – STR)
których powtórzeniami są znacznie krótsze sekwencje,
zwykle do 13 bp.

Dwa allele krótkiego powtórzenia tandemowego (STR),
zwanego także mikrosatelitą. W allelu 1 motyw „GA” jest
powtórzony trzy razy, a w allelu 2 pięć razy.

STR

i

obszar

otaczającej

go

sekwencji
amplifikuje się, a
rozmiar

badanego

produktu
identyfikuję

się

przez elektroforezę
w żelu agarozowym
lub

elektroforezę

kapilarną. W żelu
agarozowym ścieżka
A zawiera produkt
PCR, a ścieżka P –
markery

DNA.

Wyniki elektroforezy
kapilarnej
przedstawiono jako
elektroforetogram,
na którym położenie
szczytu

wskazuje

rozmiar

produktu

PCR.

Polimorfizm punktowy

SNP – polimorfizm ten związany jest z
występowaniem

pojedynczych

zmian

sekwencji nukleotydów w homologicznych
sekwencjach. Mutacja punktowa prowadzi
do powstania miejsca polimorficznego
typu SNP, jeśli każdy z alleli występuje w
populacji z częstością nie mniejszą niż 1
%. Zaletą polimorfizmu SNP jest jego
powszechność w genomach różnych
gatunków.

Polimorfizm punktowy (SNP)

Zastosowanie markerów w

hodowli zwierząt



Kontrola pochodzenia



Ocena wartości genetycznej zwierząt
pod katem cech użytkowych i selekcji
pośredniej, tzw. MAS



Ocena

zmienności

genetycznej

wewnątrz i między populacjami oraz
szacowaniu dystansu genetycznego



Badania nad odpornością/ podatnością
zwierząt na różne choroby i zaburzenia
genetyczne.

Kontrola pochodzenia

Prowadzona jest na podstawie układów grupowych i
polimorficznych białek. Podstawą tej kontroli jest to, że
potomek dziedziczy jeden allel z każdego locus od ojca,
drugi od matki. Zatem w przypadku grup krwi nie może
on mieć antygenu erytrocytarnego, którego nie
stwierdzono u jednego z rodziców. Do kontroli
pochodzenia najlepsze są układy grupowe z dużą liczba
antygenów:
• bydło – grupa B – 40 antygenów, C- 12 , S- 8
• świnie – grupa E – 17 antygenów, M- 12, L- 12
• konie – grupa D – 17 antygenów, A- 7, P- 4, Q-3
Wyróżniamy dwie podstawowe metody stosowane do
kontroli

pochodzenia;

jedna

jest

oparta

na

polimorfizmie minisatelitarnym, druga na polimorfizmie
mikrosatelitarnym.

Ocena wartości genetycznej

zwierząt pod katem cech

użytkowych i selekcji pośredniej,

tzw. MAS.

W metodzie tej kryterium wyboru

zwierzęcia jest jego genotyp w locus
markera

genetycznego

wykazującego

asocjację

z

doskonaloną

cechą

użytkową.

Metoda ta daje możliwość określenia
genotypu bardzo młodych zwierząt.

Ocena zmienności genetycznej

wewnątrz i między populacjami

oraz szacowaniu dystansu

genetycznego.

Szacowanie dystansu genetycznego i wybór ras,
które cechuje duża zmienność genetyczna, służy
zachowaniu biologicznej różnorodności zwierząt
gospodarskich.

Z

kolei

ocena

zmienności

genetycznej między populacjami ułatwia wybór
optymalnego

wariantu

krzyżowania,

a

w

krzyżowaniu towarowym uzyskanie maksymalnego
efektu

heterozji,

ujawniającego

głównie

zwiększeniem

wydajności

cech

użytkowych

zwierząt.

Badania nad odpornością/

podatnością zwierząt na różne

choroby i zaburzenia genetyczne

Dzięki tym badaniom nosiciele

niekorzystnych alleli mogą być
wykrywani, zanim wystąpią objawy
chorobowe. Szczególne znaczenie
mają badanie związku między
antygenami/

genami

głównego

układu zgodności tkankowej (MHC) a
występowaniem chorób zwłaszcza
infekcyjnych.

DZIĘKUJE

BIBLIOGRAFIA
1. T.A. Brown: Genomy, Warszawa 2009
2. Krystyna M. Charon: Genetyka zwierząt,

Warszawa 2004