5.2
Genetyczne badanie skriningowe to narzędzia stosowane do identyfikacji genów i mutacji odpowiedzialnych za interesujące fenotypy. Badania genetyczne p…
Badania genetyczne są narzędziami analitycznymi do badania korelacji między genotypem a fenotypem organizmu. Są one szeroko podzielone na przednie genetyczne badania przesiewowe i odwrotne genetyczne badania przesiewowe.
Badania przesiewowe obejmują identyfikację genów odpowiedzialnych za obserwowaną cechę, taką jak kolor płatków, wykorzystując w ten sposób znany fenotyp do badania nieznanego genotypu.
Te badania przesiewowe zwykle obejmują genom organizmu, który jest losowo mutowany w celu wywołania zmiany fenotypu. Następnie zmutowane organizmy są hodowane do momentu, aż geny staną się homozygotyczne, aby zapewnić ekspresję recesywnych fenotypów. Organizmy są następnie badane pod kątem interesujących cech.
Na przykład, aby zidentyfikować geny odpowiedzialne za defekty morfologiczne w zarodkach danio pręgowanego, plemniki dorosłych samców są mutowane za pomocą substancji chemicznej, etylonitromocznika, a następnie krzyżowane z samicą typu dzikiego.
Powstałe samce F1 są ponownie krzyżowane z samicą typu dzikiego i dominującymi mutacjami obserwowanymi w potomstwie F2. Osobniki F2 są następnie inbredowane w celu zidentyfikowania recesywnych mutantów genów u osobników F3.
Geny odpowiedzialne za zmieniony fenotyp można następnie określić różnymi metodami. W jednej z technik sekwencjonowane są genomy wielu zmutowanych i dzikich organizmów. Region, który jest podobny u wszystkich mutantów, ale nie u dzikich typów, pomaga w zlokalizowaniu zmutowanego genu.
Dodatkowo, przesiewowe badania genetyczne mogą być wykorzystywane do identyfikacji mutacji, które zwiększają lub tłumią nasilenie fenotypu w organizmach. Są to tak zwane ekrany modyfikatorów.
W przeciwieństwie do tego, odwrócone genetyczne badania przesiewowe przechodzą od genotypu do fenotypu i badają fenotyp wynikający z mutacji określonego genu o nieznanej funkcji.
Weźmy na przykład pod uwagę geny molekularnych białek opiekuńczych u Drosophila. Molekularne białka opiekuńcze to białka niezbędne do fałdowania innych białek w różnych częściach organizmu. Celowe wyciszenie różnych genów opiekuńczych w oczach Drosophila może skutkować obserwowalnymi defektami morfologicznymi, pomagając w ten sposób określić, które z tych białek opiekuńczych są niezbędne do rozwoju oka.
Alternatywnie, badanie przesiewowe ekspresji jest inną metodą genetyki odwrotnej. W tym przypadku gen o nieznanej funkcji ulega ekspresji w innym organizmie, a zmiany w fenotypie są obserwowane w gospodarzu w celu określenia funkcji genu.
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.