Сантиморган
Сантиморгани́да, сантимо́рган (сокращенно: сМ) в генетике — единица измерения генетической сцепленности между полиморфными фрагментами генома (локусами или маркерами), которая определена как дистанция, на которой вероятность рекомбинации генов в мейозе составляет 1 %. Условная дистанция здесь не является физическим расстоянием, хотя коррелирует с расстоянием между фрагментами генома вдоль цепи ДНК, выраженным в количестве пар оснований. Чем больше дистанция в сантиморганидах, тем меньше сцепленность участков ДНК, т.е. больше вероятность кроссинговера этих участков.
Этимология
Название единицы было дано Альфредом Генри Стуртевантом в честь его учителя, Томаса Ханта Моргана[1].
Отношение к физическому расстоянию
Число пар оснований, которому соответствует сантиморганида, широко варьирует по всему геному — различные регионы хромосомы имеют различную склонность к кроссинговеру. Кроме того, это число существенно различается у разных биологических видов. Так, в организме человека одна сантиморганида соответствует примерно одной мегабазе (одному миллиону пар оснований)[2][3], в то время как малярийный плазмодий Plasmodium falciparum имеет среднее расстояние рекомбинации в ~15 килобаз (кб) на одну сантиморганиду: маркеры, разделенные по 15 кб ДНК (15 тысяч нуклеотидов), имеют ожидаемый уровень кроссинговеров в 1 % на поколение.
Среднее расстояние рекомбинации, соответствующее 1 сантиморганиде, неодинаково у самцов и самок. Так, было подсчитано, что аутосомный (т.е. не включающий половые хромосомы) геном человека у женщин имеет суммарную длину 4782 сМ, а у мужчин — только 2809 сМ[4]. Это означает, что рекомбинация при образовании женских гамет у человека происходит гораздо чаще, чем мужских. У самцов дрозофилы (в отличие от самок) и у самок тутового шелкопряда (в отличие от самцов) кроссинговер вообще не происходит[5], что соответствует нулевой дистанции (полной генетической сцепленности) между любыми генами в хромосоме.
Обратите внимание, что не-синтенные гены (гены, расположенные на разных хромосомах) отделены по своей сути и расстояния в сМ к ним не применимы.
Отношение к вероятности рекомбинации
Так как генетическая рекомбинация между двумя маркерами обнаруживается только в том случае, если имеется нечётное число кроссинговеров между ними, то расстояние, выраженное в сантиморганах, не вполне соотносится с вероятностью генетической рекомбинации.
Если принять в качестве модели картирующую функцию Холдейна, где количество кроссинговеров соотносится с распределением Пуассона[6], генетическое расстояние d приведёт к нечётному числу кроссинговеров (а значит и обнаружит генетическую рекомбинацию) с вероятностью P, вычисляемой по формуле:
- [math]\displaystyle{ P \left[\text{рекомбинация}|\text{сцепленность }d\text{ cM}\right] = \sum_{k=0}^{\infty} P \left[2k + 1 \text{ кроссинговеров}|\text{сцепленность }d\text{ cM}\right] = }[/math]
- [math]\displaystyle{ {} = \sum_{k=0}^{\infty} e^{-d/100} \frac{(d/100)^{2\,k+1}}{(2\,k+1)!} = e^{-d/100} \operatorname{sh}(d/100) = \frac{1 - e^{-2d/100}}{2}\,, }[/math]
где sh — функция гиперболического синуса. Вероятность рекомбинации составляет около d/100 для малых значений d и достигает 50 % по мере того, как d стремится к бесконечности.
Эту формулу можно обратить, получив расстояние в сантиморганах как функцию вероятности рекомбинации:
- [math]\displaystyle{ d=50 \ln\left({\frac{1}{1 - 2 P \left[\text{рекомбинация}\right]}}\right)\,. }[/math]
См. также
Примечания
- ↑ Сантиморган
- ↑ Terms and Definitions. Office of Rare Diseases Research. National Institutes of Health. Архивировано 17 июля 2012 года.
- ↑ Harvey Lodish, Arnold Berk, Paul Matsudaira, Chris A. Kaiser, Monty Krieger, Matthew P. Scott, Lawrence Zipursky, and James Darnell. Molecular Cell Biology, Fifth Edition. — San Francisco: W. H. Freeman[англ.], 2004. — С. 396. — ISBN 0-7167-4366-3. — «...In humans 1 centimorgan on average represents a distance of about 7.5×105 base pairs».
- ↑ Morton, N. E. Parameters of the human genome (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1991. — 1 September (vol. 88, no. 17). — P. 7474—7476. — doi:10.1073/pnas.88.17.7474. — . — PMID 1881886. — «Evidence on genetic parameters includes chiasma counts and linkage maps corrected for failure to sample telomeres, giving an autosomal size of 2809 centimorgans in males and 4782 centimorgans in females».
- ↑ Клаг У. С., Каммингс М. Р., Спенсер Ш. А., Палладино М. А. Основы генетики. — М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. — С. 228—229. — 944 с. — ISBN 978-5-94836-416-2.
- ↑ Department of Plant Sciences (недоступная ссылка). Дата обращения: 1 ноября 2015. Архивировано 21 марта 2012 года.
Литература
- Su X; Ferdig, MT; Huang, Y; Huynh, CQ; Liu, A; You, J; Wootton, JC; Wellems, T.E. A genetic map and recombination parameters of the human malaria parasite Plasmodium falciparum (англ.) // Science : journal. — 1999. — November (vol. 286, no. 5443). — P. 1351—1353. — doi:10.1126/science.286.5443.1351. — PMID 10558988.