Гаплотип - Haplotype

Молекула ДНК 1 отличается от молекулы ДНК 2 одним положением пары оснований (полиморфизм C / A).

Гаплотип ( гаплоидный генотип ) представляет собой группу аллелей в качестве организма , унаследованных вместе от одного из родителей.

Многие организмы содержат генетический материал ( ДНК ), унаследованный от двух родителей. Обычно ДНК этих организмов организована в виде двух наборов попарно похожих хромосом . Потомство получает по одной хромосоме в каждой паре от каждого родителя. Набор пар хромосом называется диплоидом, а набор только одной половины каждой пары называется гаплоидом. Гаплоидный генотип (гаплотип) - это генотип, который учитывает отдельные хромосомы, а не пары хромосом. Это могут быть все хромосомы одного из родителей или небольшая часть хромосомы, например последовательность из 9000 пар оснований .

Однако есть и другие варианты использования этого термина. Во-первых, он используется для обозначения набора определенных аллелей (то есть конкретных последовательностей ДНК ) в кластере тесно связанных генов на хромосоме , которые, вероятно, будут унаследованы вместе, то есть они, вероятно, будут сохранены как последовательность это переживает происхождение многих поколений воспроизводства. Второе использование - это набор аллелей связанного однонуклеотидного полиморфизма (SNP), которые, как правило, всегда встречаются вместе (т. Е. Связаны статистически ). Считается, что идентификация этих статистических ассоциаций и нескольких аллелей конкретной гаплотипической последовательности может облегчить идентификацию всех других таких полиморфных сайтов, которые находятся поблизости на хромосоме. Такая информация имеет решающее значение для исследования генетики распространенных заболеваний ; которые фактически были исследованы на людях в рамках Международного проекта HapMap . В-третьих, многие компании, занимающиеся генетическим тестированием человека, используют этот термин третьим образом: для обозначения индивидуального набора специфических мутаций в пределах данного генетического сегмента; (см. мутацию коротких тандемных повторов ).

Термин « гаплогруппа » относится к мутациям полиморфизма SNP / уникального события (UEP), которые представляют кладу, к которой принадлежит набор определенных гаплотипов человека. (Клэйд здесь относится к набору гаплотипов, имеющих общего предка.) Гаплогруппа - это группа схожих гаплотипов, которые имеют общего предка с мутацией однонуклеотидного полиморфизма . Митохондриальная ДНК проходит по материнской линии, которая насчитывает тысячи лет.

Разрешение гаплотипа

Генотип организма не может однозначно определять его гаплотип. Например, рассмотрим диплоидный организм и два биаллельных локуса (например, SNP ) на одной хромосоме. Предположим , что первый локус имеет аллели А или Т , а второй локус G или C . Таким образом, оба локуса имеют три возможных генотипа : ( AA , AT и TT ) и ( GG , GC и CC ) соответственно. Для данного человека существует девять возможных конфигураций (гаплотипов) в этих двух локусах (показано в квадрате Пеннета ниже). Для людей, гомозиготных по одному или обоим локусам, гаплотипы однозначны - это означает, что нет никакой дифференциации гаплотипа T1T2 по сравнению с гаплотипом T2T1; где T1 и T2 помечены, чтобы показать, что они являются одним и тем же локусом, но помечены как таковые, чтобы показать, что не имеет значения, в каком порядке вы их рассматриваете, конечный результат - два T-локуса. Для лиц , гетерозиготных в обоих локусов, то гамет фаза является неоднозначным - в этих случаях, вы не знаете , какой гаплотип у вас есть, например, TA против AT.

AA В TT
GG AG AG AG TG ТГ ТГ
GC AG AC AG TC
или
AC TG
ТГ ТК
CC AC AC AC TC ТК ТК

Единственный однозначный метод разрешения фазовой неоднозначности - это секвенирование . Однако можно оценить вероятность конкретного гаплотипа, когда фаза неоднозначна, используя выборку людей.

Учитывая генотипы для ряда людей, гаплотипы могут быть выведены с помощью разрешения гаплотипов или методов фазирования гаплотипов. Эти методы работают на основе наблюдения, что определенные гаплотипы являются общими в определенных областях генома. Следовательно, учитывая набор возможных разрешений гаплотипов, эти методы выбирают те, которые используют меньше различных гаплотипов в целом. Специфика этих методов различается - некоторые из них основаны на комбинаторных подходах (например, экономия ), тогда как другие используют функции правдоподобия, основанные на различных моделях и предположениях, таких как принцип Харди – Вайнберга , модель объединенной теории или совершенная филогения. Затем параметры в этих моделях оцениваются с использованием таких алгоритмов, как алгоритм максимизации ожидания (EM), цепь Маркова Монте-Карло (MCMC) или скрытые модели Маркова (HMM).

Микрожидкостное гаплотипирование всего генома - это метод физического отделения отдельных хромосом от метафазной клетки с последующим прямым разрешением гаплотипа для каждого аллеля.

Гаплотипы Y-ДНК из генеалогических ДНК-тестов

В отличие от других хромосом, Y-хромосомы обычно не попадают в пары. Каждый мужчина (за исключением людей с синдромом XYY ) имеет только одну копию этой хромосомы. Это означает, что нет никаких случайных вариаций того, какая копия унаследована, а также (для большей части хромосомы) нет перетасовки между копиями путем рекомбинации ; Таким образом, в отличие от аутосомных гаплотипов, фактически не существует какой-либо рандомизации гаплотипа Y-хромосомы между поколениями. Мужчина-мужчина должен в основном иметь ту же Y-хромосому, что и его отец, плюс-минус несколько мутаций; таким образом, Y-хромосомы, как правило, передаются от отца к сыну в основном неповрежденными, с небольшим, но накапливающимся числом мутаций, которые могут служить для дифференциации мужских линий. В частности, Y-ДНК, представленная как пронумерованные результаты генеалогического ДНК-теста Y-ДНК, должна совпадать, за исключением мутаций.

Результаты UEP (результаты SNP)

Полиморфизмы уникальных событий (UEP), такие как SNP, представляют гаплогруппы . STR представляют собой гаплотипы. Результаты, которые включают полный гаплотип Y-ДНК из теста ДНК Y-хромосомы, можно разделить на две части: результаты для UEP, иногда свободно называемые результатами SNP, поскольку большинство UEP являются однонуклеотидными полиморфизмами , и результаты для микросателлитных коротких тандемов. повторяющиеся последовательности ( Y-STR ).

Результаты UEP представляют собой наследие событий, которые, как можно предположить, произошли только один раз за всю историю человечества. Их можно использовать для определения гаплогруппы Y-ДНК человека , его места в «генеалогическом древе» всего человечества. Различные гаплогруппы Y-ДНК идентифицируют генетические популяции, которые часто отчетливо связаны с определенными географическими регионами; их появление в более поздних популяциях, расположенных в разных регионах, представляет собой миграции десятков тысяч лет назад прямых предков по отцовской линии нынешних особей.

Y-STR гаплотипы

Генетические результаты также включают гаплотип Y-STR , набор результатов тестируемых маркеров Y-STR.

В отличие от UEP, Y-STR мутируют намного легче, что позволяет использовать их для различения недавней генеалогии. Но это также означает, что, а не популяция потомков генетического события, у всех одинаковый результат, гаплотипы Y-STR, вероятно, разделились, чтобы сформировать кластер с более или менее похожими результатами. Как правило, этот кластер будет иметь определенный наиболее вероятный центр, модальный гаплотип (предположительно похожий на гаплотип исходного события основания), а также разнообразие гаплотипов - степень его распространения. Чем дальше в прошлом произошло определяющее событие и чем раньше происходил последующий рост популяции, тем большее разнообразие гаплотипов будет для определенного числа потомков. Однако, если разнообразие гаплотипов меньше для определенного числа потомков, это может указывать на более недавнего общего предка или недавнее расширение популяции.

Важно отметить, что, в отличие от UEP, два человека со сходным гаплотипом Y-STR не обязательно могут иметь сходное происхождение. События Y-STR не уникальны. Вместо этого кластеры результатов гаплотипа Y-STR, унаследованные от разных событий и разных историй, имеют тенденцию перекрываться.

В большинстве случаев прошло много времени с момента определения событий гаплогруппами, поэтому обычно кластер результатов гаплотипа Y-STR, связанных с потомками этого события, становится довольно широким. Эти результаты будут иметь тенденцию значительно перекрывать (аналогично широкие) кластеры гаплотипов Y-STR, связанные с другими гаплогруппами. Это лишает исследователей возможности предсказать с абсолютной уверенностью, на какую гаплогруппу Y-ДНК укажет гаплотип Y-STR. Если UEP не тестируются, Y-STR могут использоваться только для прогнозирования вероятностей происхождения гаплогруппы, но не достоверности.

Похожий сценарий существует при попытке оценить, указывают ли общие фамилии на общее генетическое происхождение. Кластер подобных гаплотипов Y-STR может указывать на общего общего предка с идентифицируемым модальным гаплотипом, но только если кластер достаточно отличается от того, что могло произойти случайно у разных людей, исторически принимавших одно и то же имя независимо. Например, многие имена были заимствованы из общих занятий или были связаны с местами проживания. Для установления генетической генеалогии необходимо более обширное типирование гаплотипов. Коммерческие компании, занимающиеся тестированием ДНК, теперь предлагают своим клиентам тестирование большего количества наборов маркеров, чтобы улучшить определение их генетического происхождения. Количество протестированных наборов маркеров увеличилось с 12 в первые годы до 111 в последнее время.

Установить правдоподобное родство между разными фамилиями, полученными из базы данных, значительно сложнее. Исследователь должен установить, что самый ближайший член рассматриваемой популяции, специально выбранный из популяции по этой причине, вряд ли совпадет случайно. Это больше, чем доказательство того, что случайно выбранный член популяции вряд ли случайно найдет такое близкое совпадение. Из-за сложности установить родство между разными фамилиями, как в таком сценарии, вероятно, будет невозможно, за исключением особых случаев, когда есть конкретная информация, резко ограничивающая размер рассматриваемой совокупности кандидатов.

Разнообразие

Разнообразие гаплотипов - это мера уникальности конкретного гаплотипа в данной популяции. Разнообразие гаплотипов (H) вычисляется как: где - (относительная) частота гаплотипов каждого гаплотипа в выборке, а - размер выборки. Разнообразие гаплотипов приведено для каждого образца.

Смотрите также

Программное обеспечение

  • FAMHAP - FAMHAP - это программа для анализа одного маркера и, в частности, совместного анализа нефазированных данных генотипа по тесно связанным маркерам (анализ гаплотипов).
  • Fugue - оценка гаплотипов на основе ЭМ и тесты ассоциации в неродственных и нуклеарных семьях.
  • HPlus - программный пакет для вменения и тестирования гаплотипов в ассоциативных исследованиях с использованием модифицированного метода, который включает алгоритм максимизации ожидания и байесовский метод, известный как прогрессивное лигирование.
  • HaploBlockFinder - программный комплекс для анализа блочной структуры гаплотипов.
  • Haploscribe - Реконструкция гаплотипов всей хромосомы на основе всех позиций генотипа в нуклеарной семье, включая редкие варианты.
  • Haploview - Визуализация неравновесия сцепления , оценка гаплотипов и тегирование гаплотипов ( домашняя страница ).
  • HelixTree - программное обеспечение для анализа гаплотипов - регрессия тренда гаплотипов (HTR), тесты гаплотипических ассоциаций и оценка частоты гаплотипов с использованием как алгоритма максимизации ожидания (EM), так и метода составных гаплотипов (CHM).
  • ФАЗА - программное обеспечение для реконструкции гаплотипов и оценки скорости рекомбинации по данным населения.
  • SHAPEIT - SHAPEIT2 - это программа для оценки гаплотипов генотипов SNP в больших когортах по всей хромосоме.
  • SNPHAP - программное обеспечение на основе EM для оценки частот гаплотипов из нефазированных генотипов.
  • WHAP - ассоциативный анализ на основе гаплотипов .

Рекомендации

Внешние ссылки