5.2
סריקות גנטיות הם כלים המשמשים לזיהוי גנים ומוטציות האחראיות לפנוטיפים של עניין. סריקות גנטיות עוזרות לזהות אנשים או קבוצה של אנשים בסיכון לפתח מחלות ג…
מסכים גנטיים הם כלים אנליטיים לחקר הקשר בין הגנוטיפ לפנוטיפ של אורגניזם. הם מסווגים באופן רחב למסכים גנטיים קדמיים ולמסכים גנטיים הפוכים.
מסכים קדמיים כרוכים בזיהוי הגנים האחראים למאפיין נצפה, כגון צבע עלי כותרת, ובכך משתמשים בפנוטיפ ידוע כדי לחקור גנוטיפ לא ידוע.
מסכים אלה בדרך כלל כוללים את הגנום של אורגניזם שעבר מוטציה אקראית כדי לגרום לשינוי בפנוטיפ. לאחר מכן, האורגניזמים המוטנטיים מגודלים עד שהגנים הומוזיגוטיים, כדי להבטיח ביטוי של פנוטיפים רצסיביים. לאחר מכן אורגניזמים עוברים סינון לאיתור תכונות מעניינות.
לדוגמה, כדי לזהות גנים האחראים לפגמים מורפולוגיים בעוברים של דגי זברה, תאי זרע של זכרים בוגרים עוברים מוטציה עם כימיקל, אתילניטרוזאה, ואז מוצלבים עם נקבה מסוג בר.
זכרי F1 המתקבלים מוצלבים שוב עם נקבה מסוג פרא ומוטציות דומיננטיות שנצפו בצאצאי F2. לאחר מכן מגדלים את פרטי F2 כדי לזהות מוטציות גנטיות רצסיביות בפרטים מסוג F3.
גנים האחראים לפנוטיפ שהשתנה יכולים להיקבע בשיטות שונות. בשיטה אחת מרוצפים גנומים של אורגניזמים מוטנטיים ופראיים מרובים. אזור הדומה בכל המוטציות, אך לא בסוגי הפרא, מסייע באיתור הגן שעבר מוטציה.
בנוסף, ניתן להשתמש במסכים גנטיים קדמיים כדי לזהות מוטציות המשפרות או מדכאות את חומרת הפנוטיפ באורגניזמים. אלה ידועים כמסכי שינוי.
לעומת זאת, מסכים גנטיים הפוכים עוברים מגנוטיפ לפנוטיפ ובוחנים את הפנוטיפ הנובע ממוטציה בגן מסוים שתפקודו אינו ידוע.
לדוגמה, חשבו על הגנים של מלווים מולקולריים בדרוזופילה. מלווים מולקולריים הם חלבונים החיוניים לקיפול חלבונים אחרים בחלקים שונים של האורגניזם. הפלה ממוקדת של גנים מלווים שונים בעיניו של דרוזופילה עלולה לגרום לפגמים מורפולוגיים נצפים, ובכך לסייע בזיהוי אילו מהמלווים הללו חיוניים להתפתחות העין.
לחילופין, בדיקת הבעה היא שיטה נוספת לגנטיקה הפוכה. כאן, גן עם פונקציה לא ידועה מתבטא באורגניזם אחר, ושינויים בפנוטיפ נצפים אצל המארח כדי לקבוע את תפקוד הגן.
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.