Микросателлитный анализ ДНК

Учебные материалы по биологии / Использование микросателлитного анализа ДНК для изучения популяций кумжи (Salmo Trutta L.) в реках Абхазии / Микросателлитный анализ ДНК

Значительная часть повторяющейся (сателлитной) ядерной ДНК состоит из тандемно повторенных копий так называемых коровых (от англ. сore ― ядро) последовательностей. В семействах таких тандемных повторов особое внимание исследователей в качестве генетических маркёров получили минисателлиты, состоящие из повторяющихся копий («мотива») длиной от 9-10 до сотни нуклеотидов каждая, и микросателлиты, повторяющиеся копии которых обычно имеют длину от 1 до 4, иногда 6 нуклеотидов. Микросателлиты обозначаются также как SSR (simple sequence repeat) или STR (short tandem repeat). Минисателлитный локус может насчитывать от двух до нескольких сотен повторов, микросателлитный локус ― от 10 до 100 повторов. Предложена гипотеза об эволюционном происхождении минисателлитов из микросателлитов. Индивидуальные аллели этих локусов отличаются друг от друга числом тандемно повторяющихся копий.

Анализ индивидуальных микросателлитных локусов осуществляют с помощью ПЦР-амплификации, используя праймеры, комплементарные уникальным последовательностям (доменам), которыми фланкирован каждый микросателлитный локус. Далее электрофорезом в полиакриламидном геле определяют «размер» его аллелей, сравнивая с набором стандартных фрагментов ДНК известной длины.

Ряд перечисленных ниже свойств делает эти локусы весьма удобными генетическими маркёрами, обладающими большими возможностями (Wright, 1993).

. Оба типа локусов в очень большом количестве рассеяны по геному; например, грубая оценка числа микросателлитов (GT)n и (CT)n в геноме кумжи Salmo truttaL. составляет 109000 и 33000 соответственно.

. Эти локусы в основном локализованы в некодирующих регионах генома и, следовательно, должны быть селективно нейтральны. Это общее правило, видимо, имеет и исключения в случае тесного сцепления с адаптивно значимыми генами. Хотя точные функции мини- и микросателлитов неизвестны, ряд фактов говорит о том, что они могут служить кодирующими или регуляторными элементами.

. Для этих локусов характерна быстрая эволюция. Скорость спонтанного мутирования мини- и микросателлитных локусов составляет около 10―2 ― 10―4 на локус за поколение, что гораздо больше, чем у аллозимных генов ― около 10―5― 10―6. Поэтому, если дивергенция по аллозимным генам обусловлена только дрейфом, то по мини- и микросателлитным локусам ― и дрейфом и мутациями. Гетерозиготность по минисателлитам может более чем на порядок превышать аллозимную, достигая почти 100%, тогда как по микросателлитам встречается разный уровень полиморфизма, хотя, как правило также выше аллозимного.

. Микро- и «однолокусные» минисателлиты обладают менделевским кодоминантным наследованием.

. Микросателлиты одинаковы у близких видов, что позволяет использовать одни и те же праймеры и сходные протоколы анализа.

. Для анализа микросателлитов требуется очень малое количество крови или какой-либо ткани организма, поэтому возможно прижизненное взятие образцов (у рыб, например, пригодны также высохшая чешуя, отолиты).

. Возможен автоматизированный анализ микросателлитов.

Используются мини - и микросателлитные локусы в самых различных генетических исследованиях в связи с их высокой скоростью мутирования, большим аллельным разнообразием и гетерозиготностью.

Микросателлитные маркёры нередко выявляют генетическую дифференциацию в тех случаях, когда она не обнаруживается по аллозимным маркёрам, например, у организмов с низкой изменчивостью ферментных локусов, у подвижных морских рыб, на микрогеографической шкале, среди близкородственных популяций или экологических групп одного вида. Высокое аллельное разнообразие микросателлитных локусов, которое позволяет идентифицировать с их помощью потомство конкретных родителей не только в первом, но и в последующих поколениях, открывает возможность для исследования репродуктивного успеха и приспособленности среди особей, отличающихся биологическими и экологическими характеристиками.

В то же время следует указать, что микросателлитные локусы непригодны для эволюционных построений (филогении) на межвидовом и более высоких уровнях, так как наблюдаемое при этом сходство в величине аллелей может отражать не идентичность их происхождения, а так называемую гомоплазмию. Это явление возникает из-за высокой скорости мутирования, когда микросателлитные аллели одинакового размера образуются в результате конвергенции от разного числа прямых или обратных мутационных событий. Ещё одна проблема, с которой сталкиваются при анализе микросателлитов, ― наличие нулевых аллелей, появляющихся вследствие мутаций в сайте связывания с праймером, что не позволяет точно идентифицировать генотипы (Алтухов, 2004).