16.2:

16.2: Cribado genético

Genetic Screens

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Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Genetic Screens

16.1: In vitro Mutagenesis

16.3: Test Cross

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02:46 min

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April 07, 2021

Overview

Genetic screens are tools used to identify genes and mutations responsible for phenotypes of interest. Genetic screens help identify individuals or a group of people at risk of developing genetic diseases and help them with early intervention, targeted therapy, and reproductive options.

Forward genetic screens

Forward or “classical” genetic screens involve creating random mutations in an organism’s DNA using radiation, mutagens, or insertion of additional bases, which result in visible changes in the phenotype. The mutant is inbred to obtain progenies that are homozygous for the mutation. The mutation and its associated phenotype are identified, and gene locus on the chromosome are mapped.

Reverse genetic screens

Reverse genetic screens involve disruption of known genes, followed by screening for mutant phenotypes resulting from these manipulations. Expression screening is a type of reverse genetic screen that involves vector libraries containing the protein-coding sequences of various genes extracted from the genome of an organism or environmental samples. These screens help in the identification of novel proteins. For example, in zebrafish, using reverse genetic screening, the genes involved in early development are identified.

Applications

Genetic screens have several applications, such as identifying protein interactions, characterizing gene-drug interactions, and understanding the cause of diseases. For example, a mutant yeast library generated using large-scale random mutagenesis with transposon insertions can be grown in the presence of a drug. The effect of the drug on each mutant can be analyzed using PCR followed by microarrays or sequencing analysis. Similarly, screens can be used for the analysis of genes and molecular networks disrupted in human disease. For example, genes involved in neurodegenerative diseases can be identified by culturing neurons in the presence of RNA-encoding viruses to knock down the expression of different target genes. Cells can then be immunostained and analyzed to detect physical abnormalities and identify genes responsible.

Transcript

Los cribados genéticos son herramientas analíticas para estudiar la correlación entre el genotipo y el fenotipo de un organismo. A grandes rasgos, se clasifican en cribados genéticos directos y cribados genéticos inversos.

Los cribados directos implican la identificación de los genes responsables de una característica observada, como el color de los pétalos, utilizando así un fenotipo conocido para estudiar un genotipo desconocido.

Estos cribados suelen implicar la mutación aleatoria del genoma de un organismo para inducir un cambio en el fenotipo. A continuación, los organismos mutantes se crían hasta que los genes son homocigotos, para asegurar la expresión de fenotipos recesivos. A continuación, se examinan los organismos en busca de rasgos de interés.

Por ejemplo, para identificar los genes responsables de los defectos morfológicos en los embriones de pez cebra, los espermatozoides de los machos adultos se mutan con una sustancia química, la etilnitrosourea, y luego se cruzan con una hembra de tipo salvaje.

Los machos F1 resultantes se cruzan de nuevo con una hembra de tipo salvaje y se observan mutaciones dominantes en la progenie F2. A continuación, los individuos F2 se cruzan endogámicamente para identificar mutantes genéticos recesivos en los individuos F3.

Los genes responsables del fenotipo alterado se pueden determinar mediante diferentes métodos. En una técnica, se secuencian los genomas de múltiples organismos mutantes y de tipo salvaje. Una región que es similar en todos los mutantes, pero no en los tipos salvajes, ayuda a localizar el gen mutado.

Además, los cribados genéticos directos se pueden utilizar para identificar mutaciones que mejoran o suprimen la gravedad de un fenotipo en los organismos. Estos se conocen como pantallas modificadoras.

Por el contrario, los cribados genéticos inversos van de un genotipo a otro y examinan el fenotipo resultante de la mutación de un gen específico con una función desconocida.

Por ejemplo, consideremos los genes de las chaperonas moleculares en Drosophila. Las chaperonas moleculares son proteínas esenciales para el plegamiento de otras proteínas en diferentes partes del organismo. La eliminación selectiva de diferentes genes de chaperonas en los ojos de Drosophila puede dar lugar a defectos morfológicos observables, lo que ayuda a identificar cuáles de estas chaperonas son esenciales para el desarrollo del ojo.

Por otra parte, el cribado de expresión es otro método de genética inversa. Aquí, un gen con una función desconocida se expresa en un organismo diferente, y se observan cambios en el fenotipo en el huésped para determinar la función del gen.

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Learning Objectives

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