I vardagen mäter vi avstånd i termer av meter, fot, miles, millimeter etc. Men hur skulle du uttrycka avståndet mellan två gener på en kromosom? Alla standardmåttenheter är alldeles för stora och gäller inte riktigt vår genetik.
Det är där enheten centimorgan (förkortas ofta till centimeter) kommer in. Medan centimorgans används som en avståndsenhet för att representera gener på en kromosom, används den också som en sannolikhetsenhet för rekombinationsfrekvens.
Rekombination är ett naturfenomen (som också används inom genteknik) där gener under "crossover-händelser" byts ut på kromosomer. Detta omorganiserar generna, vilket kan öka den genetiska variabiliteten hos könsceller och kan också användas för artificiell genteknik.
Vad är en Centimorgan?
A centimorgan, även känd och skriven som en genetisk kartenhet (gmu), är i själva verket en sannolikhetsenhet. En cM är lika med avståndet mellan två gener som ger en rekombinationsfrekvens på en procent. Med andra ord representerar en cM a en procentschans att en gen kommer att separeras från en annan gen på grund av en tvärgående händelse.
Ju större mängd centimorgans, desto längre bort är generna från varandra.
Det är vettigt när du tänker på vad övergång och rekombination är. Om två gener är precis bredvid varandra, finns det en mycket mindre chans att de kommer att separeras från varandra helt enkelt för att de är nära tillsammans, varför andelen rekombination som en enskild cM representerar är så låg: Det är mycket mindre troligt att det inträffar när generna är nära tillsammans.
När två gener är längre ifrån varandra, aka cM-avståndet är större, betyder det att de är mycket mer benägna att separera under en korsningshändelse, vilket motsvarar den högre sannolikheten (och avståndet) som representeras av centimorganen enhet.
Hur används Centimorgans?
Eftersom centimorgans representerar både rekombinationsfrekvens och genavstånd, har de några olika användningsområden. Den första är att helt enkelt kartlägga placeringen av gener på kromosomer. Forskare har uppskattat att en cM motsvarar ungefär en miljon baspar hos människor.
Detta gör det möjligt för forskare att utföra tester för att förstå rekombinationsfrekvensen och sedan jämföra det med genlängd och avstånd, vilket gör det möjligt för dem att skapa kromosom och genkartor.
Den kan också användas på omvänd sätt. Om du till exempel vet avståndet mellan två gener i baspar, kan du sedan beräkna det i centimorgans och därmed beräkna rekombinationsfrekvensen för dessa gener. Detta används också för att testa om gener är "länkade", vilket betyder mycket nära varandra på kromosomen.
Om rekombinationsfrekvensen är mindre än 50 cM, det betyder att generna är kopplade. Detta innebär med andra ord att de två generna ligger nära varandra och "kopplas" genom att vara på samma kromosom. Om två gener har en rekombinationsfrekvens större än 50 cM, då är de inte länkade och är därmed på olika kromosomer eller väldigt långt ifrån varandra på samma kromosom.
Centimorgan-formel och beräkning
För en centimorgan-räknare behöver du värdena för både det totala antalet avkommor och antalet rekombinanta avkommor. Rekombinant avkomma är avkomma som har en icke-föräldral allelkombination. För att göra detta korsar forskare en dubbel heterozygot med en dubbel homozygot recessiv (för generna i intresse), som kallas "testaren".
Låt oss till exempel säga att det finns en manlig fluga med en genotyp JjRr och en kvinnlig fluga med jjrr. Alla kvinnans ägg kommer att ha genotypen "jr". Hanens spermier utan crossover-händelser skulle bara ge JR och jr. Men tack vare crossover-händelser och rekombination kan de också ge Jr eller jR.
Så, direkt ärvt föräldrarnas genotyper skulle vara antingen JjRr eller jjrr. Rekombinant avkomma skulle vara de med genotypen Jjrr eller jjRr. Fluga avkomma med dessa genotyper skulle vara rekombinant avkomma eftersom denna kombination normalt inte skulle vara möjlig om inte en crossover-händelse hade inträffat.
Du måste titta på alla avkommor och räkna både den totala avkomman och den rekombinanta avkomman. När du väl har värdena för både total och rekombinant avkomma i ett experiment du kör kan du beräkna rekombinationsfrekvensen med följande centimorganformel:
Rekombinationsfrekvens = (# av rekombinant avkomma / totalt antal avkomma) * 100m
Eftersom en centimorgan är lika med en procent rekombinationsfrekvens, kan du också skriva den procent du får som i centimorganenheter. Till exempel, om du fick ett svar på 67 procent, i centimorgans skulle det vara 67 cM.
Exempel på beräkning
Låt oss fortsätta med exemplet som används ovan. Dessa två flugor parar sig och har följande antal avkommor:
JjRr = 789
jjrr = 815
Jjrr = 143
jjRr = 137
Total avkomma är lika med alla dessa avkommor som läggs till, vilket är:
Total avkomma = 789 + 815 + 143 +137 = 1,884
Rekombinant avkomma är lika med avkommans antal Jjrr och jjRr, vilket är:
Rekombinant avkomma = 143 + 137 = 280
Så, rekombinationsfrekvensen i centimorgans är:
Rekombinationsfrekvens = (280/1 884) * 100 = 14,9 procent = 14,9 cM