5.2
الشاشات الجينية هي أدوات تستخدم لتحديد الجينات والطفرات المسؤولة عن الأنماط الظاهرية محل الاهتمام. تساعد الفحوصات الجينية في تحديد الأفراد أو مجموعة ا…
الشاشات الجينية هي أدوات تحليلية لدراسة العلاقة بين النمط الجيني والنمط الظاهري للكائن الحي. يتم تصنيفها على نطاق واسع إلى شاشات جينية أمامية وشاشات جينية عكسية.
تتضمن الشاشات الأمامية تحديد الجينات المسؤولة عن خاصية ملحوظة ، مثل لون البتلة ، وبالتالي استخدام نمط ظاهري معروف لدراسة نمط وراثي غير معروف.
عادة ما تتضمن هذه الشاشات جينوم الكائن الحي الذي يتم تحوره بشكل عشوائي للحث على تغيير في النمط الظاهري. بعد ذلك ، يتم تربية الكائنات الطافرة حتى تصبح الجينات متماثلة الزيجوت ، لضمان التعبير عن الأنماط الظاهرية المتنحية. ثم يتم فحص الكائنات الحية بحثا عن السمات ذات الأهمية.
على سبيل المثال ، لتحديد الجينات المسؤولة عن العيوب المورفولوجية في أجنة الزرد ، يتم تحور خلايا المنوية للذكور البالغين بمادة كيميائية ، إيثيل نيتروسوريا ، ثم يتم عبورها مع أنثى من النوع البري.
يتمتهجين ذكور F1 الناتجة مرة أخرى مع أنثى من النوع البري وطفرات سائدة لوحظت في ذرية F2. ثم يتم فطيرة أفراد F2 لتحديد الطفرات الجينية المتنحية في أفراد F3.
يمكن بعد ذلك تحديد الجينات المسؤولة عن النمط الظاهري المتغير بطرق مختلفة. في إحدى التقنيات ، يتم تسلسل جينومات الكائنات الحية الطافرة والبرية المتعددة. تساعد المنطقة المتشابهة في جميع الطفرات ، ولكن ليس الأنواع البرية ، في تحديد موقع الجين المتحور.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الشاشات الجينية الأمامية لتحديد الطفرات التي تعزز أو تثبط شدة النمط الظاهري في الكائنات الحية. تعرف هذه باسم شاشات المعدل.
في المقابل ، تنتقل الشاشات الجينية العكسية من النمط الجيني إلى النمط الظاهري وتفحص النمط الظاهري الناتج عن تحور جين معين بوظيفة غير معروفة.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك جينات المرافقين الجزيئيين في ذبابة الفاكهة. المرافقون الجزيئية هي بروتينات ضرورية لطي البروتينات الأخرى في أجزاء مختلفة من الكائن الحي. يمكن أن يؤدي الضربة القاضية المستهدفة لجينات المرافق المختلفة في عيون ذبابة الفاكهة إلى عيوب مورفولوجية يمكن ملاحظتها ، مما يساعد على تحديد أي من هؤلاء المرافقين ضروري لنمو العين.
بدلا من ذلك ، يعد فحص التعبير طريقة أخرى لعلم الوراثة العكسية. هنا ، يتم التعبير عن جين له وظيفة غير معروفة في كائن حي مختلف ، ويتم ملاحظة التغييرات في النمط الظاهري في المضيف لتحديد وظيفة الجين.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the difference between forward and reverse genetic screens?
Forward genetic screens start with a known phenotype to identify unknown genes responsible for that trait. Reverse genetic screens begin with a known gene of unknown function and examine the resulting phenotype after mutation. Forward screens use random mutagenesis, while reverse screens target specific genes through knockdown or expression manipulation.
Q2: How do forward genetic screens identify mutated genes in organisms?
Forward genetic screens randomly mutate an organism's genome using chemicals like ethylnitrosourea, then breed mutants to homozygosity to reveal recessive phenotypes. Researchers screen progeny for traits of interest and identify mutated genes by sequencing genomes of multiple mutants and wild-type organisms. Regions similar across all mutants but absent in wild types pinpoint the mutated gene location.
Q3: What are modifier screens and how do they work?
Modifier screens are forward genetic screens that identify mutations enhancing or suppressing the severity of an existing phenotype. They help researchers understand genetic interactions and regulatory pathways by finding genes that modify the expression or impact of known mutations, revealing how different genes interact to influence trait expression.
Q4: How does expression screening function as a reverse genetic approach?
Expression screening is a reverse genetic method where a gene with unknown function is expressed in a different host organism. Researchers observe phenotypic changes in the host to determine the gene's function. This approach helps identify novel proteins and understand gene roles by observing how expression in a new cellular context affects organism development or physiology.
Q5: What are the main applications of genetic screens in research and medicine?
Genetic screens identify protein interactions, characterize gene-drug interactions, and understand disease causes. They help identify genes involved in neurodegenerative diseases, screen drug effects on mutant libraries, and analyze molecular networks disrupted in human disease. Screens also enable early intervention and targeted therapy for individuals at genetic disease risk.
Q6: Why is homozygosity important in forward genetic screening?
Homozygosity ensures that recessive mutations are expressed in the phenotype, making them observable during screening. Forward genetic screens breed mutant organisms to homozygosity so that both alleles carry the mutation, allowing researchers to detect recessive traits that would otherwise be masked by wild-type dominant alleles in heterozygous individuals.
Q7: How do genetic screens help identify genes involved in specific developmental processes?
Reverse genetic screens target known genes and observe resulting phenotypic changes, helping identify genes essential for specific processes. For example, knocking down molecular chaperone genes in Drosophila eyes reveals morphological defects, identifying which chaperones are critical for eye development. This targeted approach directly links gene function to developmental outcomes.