Понятие молекулярно-генетических маркеров
Молекулярными маркерами называют такие биохимические особенности обмена веществ и, непосредственно, структурные особенности генома организма животного, растения, бактерии или гриба, которые тесно коррелируют с какими либо физиологическими показателями организма (например, активностью ферментов), связанными с хозяйственно полезными признаками этого существа. Используя молекулярно-генетические маркеры селекционер может, с огромной точностью, выбирать из популяции только животных обладающих определённым аллелем, необходимого ему, гена, такого как, например ген устойчивости к лейкозу у коров, и создавать стада устойчивые к заболеваниям, с животными генетическим здоровыми и высоко продуктивными.
В селекции при помощи маркеров используются только природные комплексы генов, характерные для данного вида животных. Эти комплексы прошли через сито естественного отбора у предков домашних животных, поэтому их присутствие в геноме животных является естественным и безопасным как для самого животного, так и для человека потребляющего продукцию от него.
Используемые маркеры должны обладать определёнными свойствами и отвечать ряду требований, к ним относятся:
1. Фенотипические проявления аллельных вариантов должны быть доступны для идентификации у различных особей;
2. Аллельные замещения в одном локусе должны быть отличимы от аллельных вариантов в других локусах;
3. Существенная часть аллельных замещений в каждом изучаемом локусе должны быть доступна для идентификации;
4. Изучаемые локусы должны представлять случайную выборку генов в отношении их физиологических эффектов и степеней изменчивости;
5. Маркеры должны обладать равномерным распределением по локализации в геноме;
6. Маркеры должны обладать лёгкой выявляемостью и воспроизводимостью;
7. Получаемые данные должны быть сопоставимы в разных лабораториях;
8. Необходима возможность автоматизации их выявления;
9. Маркеры должны обладать относительной нейтральностью.[1]
Очевидно, что не существует такого стандартного набора маркеров, который отвечал бы всем этим требованиям.
Какие же бывают маркеры?
Впервые идею применения маркеров в селекции теоретически обосновал А. С. Серебровский ещё в 20-х годах, тогда он говорил о морфологических моногенно наследуемых признаках.
На сегодняшний день известно уже немало различных по природе маркеров. Наиболее простые маркеры – это различия в морфологическом строении хромосом. Наличие каких-либо перетяжек на хромосоме, спутников или каких-нибудь других особенностей морфологического строения хромосом, может коррелировать с положением гена в определённой аллели. Идея неплохая, самое главное новая и достаточно достоверная, но проблема заключается в том, что очень незначительное количество признаков коррелирует с такими морфологическими особенностями хромосом, которые можно увидеть на метафазной пластинке через микроскоп. По этой причине морфологическими различиями хромосом, как генетические маркеры, используются мало.
Следующим шагом в MAS стало открытие значительной степени полиморфизма макромолекул в организмах, в основном белков. Т.е. один и тот же белок (имеется в виду отвечающий за одни и те же функции и имеющий одинаковое происхождение) может иметь различную электрофоретическую подвижность у разных животных (а иногда и у одного и того же животного) и обладать различной активностью в метаболической цепи. Такие варианты называются аллельными и происходят из-за аминокислотных замен в полипептидной цепи белка, приводящей к изменению длины или заряда белка, что в свою очередь является следствием нуклеотидной замены (или каких либо других точковых мутаций) в цепи ДНК гена, кодирующего этот белок. Сразу же после открытия высокой полиморфности белков между исследователями началась дискуссия по поводу адаптивного или нейтрального действия аллельных вариантов белков. Эта дискуссия продолжается и сейчас, но большинство исследований свидетельствуют о том, что полиморфные белки могут использоваться в качестве эффективных молекулярно-генетических маркеров в селекции организмов.
Поскольку только некоторые варианты белков отличаются по размеру и/или электрическому заряду, то генетические вариации, которые могут быть выделены такими методами, представляют только 25% от общего количества вариантов на генном уровне.
В качестве молекулярных маркеров животных могут использоваться системы групп крови, существует множество работ по определению влияния групп крови на продуктивность животных и их устойчивость к заболеваниям.
Достижения в молекулярной генетике за последние 28 лет позволяют проводить оценку полиморфизма аллельных генов на уровне ДНК. ДНК полиморфизм может быть тестирован различными способами – это и непосредственное определение нуклеотидной последовательности интересующего гена (Сиквенирование, наиболее дорогой, долгий, сложный и точный метод), и составление рестрикционных карт организмов (ПДРФ), и амплификация различных участков ДНК (RAPD-PCR, ISSR-PCR), и гибридизация ДНК (FISH, GISH, блоттинги) и т.д. Эти методы являются наиболее чувствительными и достоверными, они позволяют выявить полиморфизм не только экспрессирующих последовательностей, но и регуляторных, и неэкспрессирующих (например, комплекс генов «молочности» быка).