2.8
Porównanie wariantów liczby kopii i Polimorfizm pojedynczego nukleotydu (SNP)
Sekwencjonowanie ludzkiego genomu odsłoniło kilka najlepiej strzeżonych tajemnic genomu. Naukowcy zidentyfikowali tysiące odmian genomu występujących…
Zmiany genomowe, takie jak dodawanie lub usuwanie segmentów DNA, są powszechnie obserwowane w populacji. Różnice genomowe w populacji mogą powstać z powodu zmian pojedynczego nukleotydu w DNA lub zmian strukturalnych chromosomów.
Zmienność liczby kopii lub CNV to ogólny termin, który określa zmiany strukturalne obejmujące segmenty DNA o długości większej niż 1 kilogram pary zasad.
Jeśli zaangażowany segment chromosomalny zawiera gen, CNV mogą zwiększyć liczbę kopii tego genu przez duplikację i insercję lub zmniejszyć ją przez delecję, co skutkuje genotypem zerowym.
Dlatego niektóre osoby mogą mieć dwie lub nawet więcej kopii genu lub nie mieć ich wcale. Na przykład niektórzy ludzie o europejskim pochodzeniu genetycznym mogą być nosicielami dwóch kopii genu grupy krwi Rh, RHD, podczas gdy niektórzy mogą mieć tylko jedną, a inni nie mieć jej wcale.
CNV może wpływać na fenotypy, które są zależne od liczby funkcjonalnych kopii genów. W regionach europejsko-amerykańskich i azjatyckich, gdzie dieta oparta na skrobi jest powszechna, populacja wykazuje większą liczbę kopii genu AMY1, genu biorącego udział w metabolizmie skrobi.
CNV są również związane z kilkoma chorobami, takimi jak łuszczyca, choroba Parkinsona i zaburzenia zachowania, takie jak autyzm i schizofrenia.
Podczas gdy CNV zwykle obejmują duże zmiany sekwencji DNA, polimorfizmy pojedynczego nukleotydu lub SNP są losowymi, pojedynczymi podstawieniami zasad występującymi w całym genomie.
Takie podstawienia zasad zachodzą raz na 1000 nukleotydów, jednak nie wszystkie z nich kwalifikują się jako SNP. Ogólnie rzecz biorąc, tylko odmiana nukleotydów, która występuje u więcej niż 1% populacji, jest określana jako SNP.
SNP mogą powodować różne choroby, takie jak cukrzyca lub rak. Na przykład u pacjentów z niedokrwistością sierpowatokrwinkową substytucja pojedynczej zasady z adeniny do tyminy w określonym locus genu beta-globiny powoduje sierpowate czerwone krwinki.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the difference between copy number variations and single nucleotide polymorphisms?
Copy number variations (CNVs) are structural variations involving DNA segments larger than 1 kilobase pair, affecting gene copy numbers through duplication or deletion. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) are random single base substitutions occurring throughout the genome, found in more than 1% of the population. CNVs impact phenotypes dependent on functional gene copies, while SNPs cause point mutations with varied disease associations.
Q2: How do copy number variations affect gene expression and phenotype?
CNVs alter the number of functional gene copies through duplication, insertion, or deletion, directly affecting phenotypes dependent on gene dosage. For example, populations with starch-based diets show higher AMY1 gene copy numbers for improved starch metabolism. Individuals may carry multiple copies of a gene, one copy, or none, resulting in varied phenotypic outcomes and disease susceptibility.
Q3: What are the five main forms of copy number variations?
The five CNV forms are: deletion (loss of DNA segment reducing gene copies), tandem duplication (adjacent insertion), noncontiguous duplication (distant or different chromosome insertion), multiallelic CNV (multiple duplications creating multiple alleles), and complex rearrangement (duplication with inversion before reinsertion). Each form produces distinct structural changes affecting genomic organization and gene dosage.
Q4: How frequently do single nucleotide polymorphisms occur in the human genome?
Single nucleotide polymorphisms occur approximately once every 1,000 nucleotides throughout the human genome. However, not all base substitutions qualify as SNPs; only variations found in more than 1% of the population are classified as SNPs. Scientists have identified thousands of SNPs, which serve as valuable genetic markers for disease screening and forensic analysis.
Q5: What are the four types of SNPs and their applications in genetic analysis?
Identity-testing SNPs differentiate individuals and eliminate people from familial connections. Lineage informative SNPs help identify missing individuals in family analysis. Ancestry informative SNPs establish a person's ancestry and connect it with phenotypic characteristics. Phenotype informative SNPs determine the probability of inheriting particular traits like skin or eye color, making them essential for evolutionary relationships through genome comparisons.
Q6: What diseases are associated with copy number variations and SNPs?
CNVs are linked with psoriasis, Parkinson's disease, autism, and schizophrenia. SNPs confer susceptibility to diabetes and cancer; for example, a single adenine-to-thymine substitution in the beta-globin gene causes sickle cell anemia, producing sickle-shaped red blood cells. Both variations are crucial for understanding disease mechanisms and genetic predisposition in populations.
Q7: Why are CNVs and SNPs important for genetic screening and kinship analysis?
CNVs and SNPs are immensely valuable as genetic markers for identifying inherited diseases, establishing familial relationships, and conducting forensic analysis. Their prevalence and variability across populations enable researchers to distinguish individuals, trace ancestry, and predict phenotypic traits. Both variations provide essential information for understanding genetic diversity and disease susceptibility within populations.