Гаплатып

Гаплатып (гаплоідны генатып) — група алеляў у арганізме, якія наследуюцца разам ад аднаго з бацькоў.^[1][2]

Малекула ДНК 1 адрозніваецца ад малекулы ДНК 2 адной парай асноў (палімарфізм C/A).

Многія арганізмы ўтрымліваюць генетычны матэрыял (ДНК), які мае паходжанне ад двух бацькоў. Звычайна гэтыя арганізмы маюць ДНК, арганізаваную ў двух наборах папарна падобных храмасом. Нашчадкі атрымліваюць па адной храмасоме з кожнай пары ад кожнага з бацькоў. Набор пар храмасом называецца дыплоідным, а набор толькі адной паловы кожнай пары — гаплоідным. Гаплоідны генатып (гаплатып) — гэта генатып, які ўлічвае адзінкавыя храмасомы, а не пары храмасом. Гэта могуць быць усе храмасомы аднаго з бацькоў або нязначная частка храмасомы, напрыклад, паслядоўнасць з 9000 пар асноў.

Аднак ёсць і іншыя варыянты выкарыстання гэтага тэрміна. Па-першае, яно выкарыстоўваецца для абазначэння сукупнасці спецыфічных алеляў (гэта значыць спецыфічных паслядоўнасцей ДНК) у групе цесна звязаных генаў на храмасоме, якія, верагодна, будуць наследавацца разам — гэта значыць, яны, верагодна, будуць захаваны як паслядоўнасць якая выжывае пасля многіх пакаленняў.^[3][4] Другое выкарыстанне — гэта набор звязаных алеляў аднануклеатыднага палімарфізму (SNP), якія, як правіла, заўсёды сустракаюцца разам (то-бок звязаныя статыстычна). Лічыцца, што ідэнтыфікацыя гэтых статыстычных асацыяцый і некалькіх алеляў пэўнай паслядоўнасці гаплатыпаў можа палегчыць ідэнтыфікацыю ўсіх іншых такіх паліморфных сайтаў, якія знаходзяцца паблізу ў храмасоме.^[5] Такая інфармацыя вельмі важная для вывучэння генетыкі распаўсюджаных захворванняў, што былі даследаваны ў людзей Міжнародным праектам HapMap.^[6][7] Па-трэцяе, многія кампаніі, якія займаюцца генетычным тэставаннем чалавека, выкарыстоўваюць гэты тэрмін трэцім спосабам: для абазначэння індывідуальнай калекцыі спецыфічных мутацый у межах пэўнага генетычнага сегмента; (гл. мутацыі кароткага тандэмнага паўтору).

Іншыя часткі геному амаль заўсёды гаплоідныя і не падвяргаюцца красінговеру: напрыклад, мітахандрыяльная ДНК чалавека перадаецца па кудзелі, а Y-храмасома перадаецца па бацькоўскай лініі. У гэтых выпадках усю паслядоўнасць можна згрупаваць у простае эвалюцыйнае дрэва, дзе кожная галіна заснавана мутацыяй палімарфізму ўнікальнай падзеі (часта, але не заўсёды, аднануклеатыдным палімарфізмам (SNP)). Кожная клада пад галіной, якая змяшчае гаплатыпы з адным агульным продкам, называецца гаплагрупай.^[8][9][10]

Разрознасць гаплатыпаў

Генатып арганізма не можа адназначна вызначаць яго гаплатып. Напрыклад, разгледзім дыплоідны арганізм і два біалельныя локуса (напрыклад, SNP) у адной храмасоме. Выкажам здагадку, што першы локус мае алелі A або T, а другі локус G або C. Такім чынам, абодва локуса маюць тры магчымыя генатыпы: (AA, AT і TT) і (GG, GC і CC) адпаведна. Для гэтай асобы існуе дзевяць магчымых канфігурацый (гаплатыпаў) у гэтых двух локусах (паказана ў рашотцы Пенэта ніжэй). Для асоб, гомазіготных па адным або абодвух локусах, гаплатыпы адназначныя — гэта азначае, што няма ніякай дыферэнцыяцыі гаплатыпу T1T2 супраць гаплатыпа T2T1; дзе T1 і T2 пазначаны, каб паказаць, што яны з’яўляюцца адным і тым жа локусам, але пазначаны такім чынам, каб паказаць, што не мае значэння, у якім парадку вы іх разглядаеце, канчатковым вынікам з’яўляюцца два Т-локуса. Для асобін, гетэразіготных па абодвух локусах, гаметычная фаза неадназначная — у гэтых выпадках назіральнік не ведае, які гаплатып у чалавека, напрыклад, TA ці AT.

Локус 1 \ Локус 2	AA	AT	TT
GG	AG AG	AG TG	TG TG
GC	AG AC	AG TC або AC TG	TG TC
CC	AC AC	AC TC	TC TC

Адзіны адназначны метад вырашэння фазавай неадназначнасці — гэта секвенаванне ДНК. Аднак можна ацаніць верагоднасць пэўнага гаплатыпа, калі фаза неадназначная, выкарыстоўваючы выбарку асобін.

Улічваючы генатыпы для шэрагу асобін, гаплатыпы могуць быць выведзены з дапамогай метадаў вызначэння гаплатыпаў або метадаў ацэнцы гаплатыпаў. Гэтыя метады працуюць на аснове назірання, што некаторыя гаплатыпы з’яўляюцца агульнымі ў пэўных геномных рэгіёнах. Спецыфіка гэтых метадаў адрозніваецца — некаторыя заснаваны на камбінаторных падыходах (напрыклад, прынцып парсімоніі), у той час як іншыя выкарыстоўваюць функцыі імавернасці, заснаваныя на розных мадэлях і здагадках, такіх як законы Хардзі-Вайнберга, мадэль каалесцэнтнай тэорыі або ідэальнай філагеніі. Затым параметры ў гэтых мадэлях ацэньваюцца з дапамогай такіх алгарытмаў, як алгарытм чакання-максімізацыі (EM), ланцуг Маркава Монтэ-Карла (MCMC) або схаваныя Маркаўскія мадэлі (HMM).

Мікрафлюідычнае гаплатыпаванне цэлага геному — гэта метад фізічнага аддзялення асобных храмасом ад метафазнай цэлі з наступным прамым вызначэннем гаплатыпу для кожнага алеля.

Гаметычная фаза

У генетыцы гаметычная фаза прадстаўляе зыходныя алельныя камбінацыі, якія дыплоідная асобіна наследуе ад абодвух бацькоў.^[11] Такім чынам, гэта пэўная асацыяцыя алеляў у розных локусах адной і той жа храмасомы . Гаметычная фаза знаходзіцца пад уплывам генетычнай сувязі.^[12]

Гаплатыпы Y-ДНК з генеалагічных тэстаў ДНК

У адрозненне ад іншых храмасом, Y-храмасома звычайна не мае гамалагічную пару. Кожны мужчына (за выключэннем людзей з сіндромам XYY) мае толькі адну копію гэтай храмасомы. Гэта азначае, што няма выпадковай варыяцыі таго, якая копія перадаецца ў спадчыну, а таксама (для большай часткі храмасомы) няма ніякай ператасоўкі паміж копіямі шляхам рэкамбінацыі; такім чынам, у адрозненне ад аўтасомных гаплатыпаў, у гаплатыпах Y-храмасомы практычна няма рандамізацыі паміж пакаленнямі. Мужчына павінен у асноўным мець тую ж Y-храмасому, што і яго бацька, з пагрэшнасцю ў некалькі мутацый; такім чынам, Y-храмасомы, як правіла, перадаюцца ў асноўным некранутымі ад бацькі да сына, з невялікай колькасцю мутацый, што назапашваецца, і якія могуць служыць для дыферэнцыяцыі мужчынскіх ліній. У прыватнасці, Y-ДНК, прадстаўленая ў выглядзе пранумараваных вынікаў генеалагічнага тэсту Y-ДНК, павінна супадаць, за выключэннем мутацый.

Вынікі палімарфізмаў унікальных падзей (або SNP)

Палімарфізмы унікальных падзей (UEP), такія як SNP, прадстаўляюць гаплагрупы. Кароткія тандэмныя паўторы (STR) прадстаўляюць гаплатыпы. Вынікі, якія складаюцца з поўнага гаплатыпу Y-ДНК з тэсту на ДНК Y-храмасомы, можна падзяліць на дзве часткі: вынікі для UEP, якія часам умоўна называюць вынікамі SNP, паколькі большасць UEP з’яўляюцца аднануклеатыднымі палімарфізмамі, і зменамі колькасці кароткіх тандэмных паўтораў (Y-STR).

Вынікі UEP прадстаўляюць сукупнасць падзей з паслядоўнасцю ДНК у мінулым, якія, як мяркуецца, адбыліся толькі адзін раз за ўсю гісторыю чалавецтва. Яны могуць быць выкарыстаны для ідэнтыфікацыі Y-ДНК гаплагрупы чалавека, яго месца ў «генеалагічным дрэве» ўсяго чалавецтва. Па розным гаплагрупам Y-ДНК ідэнтыфікуюць генетычныя папуляцыі, якія часта выразна звязаны з пэўнымі геаграфічнымі рэгіёнамі; іх з’яўленне ў больш позніх папуляцыях, размешчаных у розных рэгіёнах, кажа пра міграцыі прамых патрылінейных продкаў цяперашніх асобін дзесяткі тысяч гадоў таму.

Гаплатыпы Y-STR

Генетычныя вынікі таксама ўключаюць гаплатып Y-STR, набор вынікаў атрыманых з дапамогай правераных маркераў Y-STR.

У адрозненне ад UEP, Y-STR значна лягчэй муціруюць, што дазваляе выкарыстоўваць іх для адрознення нядаўняй генеалогіі. Але гэта таксама азначае, што замест папуляцыі нашчадкаў генетычнай падзеі з аднолькавым вынікам, гаплатыпы Y-STR хутчэй за ўсё разышліся, утварыўшы кластар больш-менш падобных вынікаў. Як правіла, гэты кластар будзе мець пэўны найбольш верагодны цэнтр, мадальны гаплатып (верагодна, падобны на гаплатып першапачатковай падзеі заснавання), а таксама разнастайнасць гаплатыпаў — ступень, у якой ён стаў распаўсюджаным. Чым далей у мінулым адбылася вызначальная падзея і чым больш ранні наступны рост папуляцыі, тым большай будзе разнастайнасць гаплатыпаў для пэўнай колькасці нашчадкаў. Аднак, калі разнастайнасць гаплатыпаў меншая для пэўнай колькасці нашчадкаў, гэта можа сведчыць аб больш познім агульным продку або аб нядаўнім пашырэнні папуляцыі.

Важна адзначыць, што, у адрозненне ад палімарфізму ўнікальных падзей, дзве асобы з падобным гаплатыпам Y-STR неабавязкова могуць мець аднолькавае паходжанне. Падзеі Y-STR не ўнікальныя. Замест гэтага кластары гаплатыпаў Y-STR, атрыманых у спадчыну ад розных падзей і розных гісторый, як правіла, перакрываюцца.

У большасці выпадкаў пасля падзей, якія вызначаюць гаплагрупы, прайшло шмат часу, таму кластар гаплатыпаў Y-STR, звязаных з нашчадкамі гэтай падзеі, стаў даволі шырокім. Гэтыя гаплатыпы будуць мець тэндэнцыю да значнага перакрыцця (такіх жа шырокіх) кластараў гаплатыпаў Y-STR, звязаных з іншымі гаплагрупамі. Гэта робіць немагчымым для даследчыкаў прадказаць з абсалютнай упэўненасцю, на якую гаплагрупу Y-ДНК будзе паказваць гаплатып Y-STR. Калі UEP не правяраюцца, Y-STR могуць быць выкарыстаны толькі для прагназавання верагоднасці паходжання гаплагрупы.

Падобны сцэнар існуе пры спробе ацаніць, ці паказваюць агульныя прозвішчы агульнае генетычнае паходжанне. Кластар падобных гаплатыпаў Y-STR можа паказваць на агульнага продка з ідэнтыфікаваным мадальным гаплатыпам, але толькі ў тым выпадку, калі кластар дастаткова адрозны ад таго, што магло адбыцца выпадкова з рознымі асобамі, якія гістарычна незалежна прынялі адно і тое ж імя. Многія назвы былі перанятыя, напрыклад, ад агульных заняткаў або былі звязаны з пражываннем у пэўных месцах. Для ўстанаўлення генетычнай генеалогіі неабходна больш шырокае тыпаванне гаплатыпаў. Камерцыйныя кампаніі, якія займаюцца тэставаннем ДНК, цяпер прапануюць сваім кліентам тэставанне большай колькасці набораў маркераў для паляпшэння вызначэння іх генетычнага паходжання. Колькасць правераных набораў маркераў павялічылася з 12 у першыя гады да 111 у апошні час.

Устанавіць верагоднае сваяцтва паміж рознымі прозвішчамі, атрыманымі з базы даных, значна складаней. Даследчык павінен устанавіць, што самы блізкі член разгляданай папуляцыі, спецыяльна абраны з гэтай папуляцыі па гэтай прычыне, наўрад ці будзе супадаць выпадкова. Гэта больш, чым усталяванне таго, што выпадкова абраны член насельніцтва наўрад ці будзе мець такое блізкае супадзенне выпадкова. З-за цяжкасцей усталяванне сваяцтва паміж рознымі прозвішчамі ў такім сцэнары, верагодна, будзе немагчымым, за выключэннем асаблівых выпадкаў, калі ёсць канкрэтная інфармацыя, каб рэзка абмежаваць колькасць кандыдатаў, якія разглядаюцца.

Разнастайнасць

Разнастайнасць гаплатыпаў — гэта паказчык унікальнасці пэўнага гаплатыпу ў пэўнай папуляцыі. Разнастайнасць гаплатыпаў (H) вылічваецца як:^[13]$${\displaystyle H={\frac {N}{N-1}}(1-\sum _{i}x_{i}^{2})}$$дзе ${\displaystyle x_{i}}$ гэта (адносная) частата гаплатыпаў кожнага гаплатыпу ў выбарцы і ${\displaystyle N}$ гэта памер выбаркі. Разнастайнасць гаплатыпаў даецца для кожнага ўзору.

Гісторыя

Тэрмін «гаплатып» быў упершыню ўведзены біёлагам Руджэра Чэпеліні, падчас Трэцяга Міжнароднага семінара па гістасумяшчальнасці замест «фенагрупы».^[14][15]

Гл. таксама

• Гаплатып 35
• Ацэнка гаплатыпу
• Міжнародны праект HapMap
• Генеалагічны тэст ДНК
• Гаплагрупа

Крыніцы

1. By C. Barry Cox, Peter D. Moore, Richard Ladle. Wiley-Blackwell, 2016. ISBN 978-1-118-96858-1 p106. Biogeography: An Ecological and Evolutionary Approach
2. Editorial Board, V&S Publishers, 2012, ISBN 9381588643 p137.Concise Dictionary of Science
3. BiologyPages/H/Haplotypes.html Kimball’s Biology Pages (Creative Commons Attribution 3.0)
4. haplotype / haplotypes | Learn Science at Scitable (нявызн.). www.nature.com.
5. Yoosefzadeh-Najafabadi, Mohsen; Rajcan, Istvan; Eskandari, Milad (2022). "Optimizing genomic selection in soybean: An important improvement in agricultural genomics". Heliyon. 8 (11): e11873. Bibcode:2022Heliy...811873Y. doi:10.1016/j.heliyon.2022.e11873. PMC 9713349. PMID 36468106.
6. The International HapMap Consortium (2003). "The International HapMap Project" (PDF). Nature. 426 (6968): 789–796. Bibcode:2003Natur.426..789G. doi:10.1038/nature02168. hdl:2027.42/62838. PMID 14685227. S2CID 4387110.
7. The International HapMap Consortium (2005). "A haplotype map of the human genome". Nature. 437 (7063): 1299–1320. Bibcode:2005Natur.437.1299T. doi:10.1038/nature04226. PMC 1880871. PMID 16255080.
8. Arora, Devender; Singh, Ajeet; Sharma, Vikrant; Bhaduria, Harvendra Singh; Patel, Ram Bahadur (2015). "Hgs Db: Haplogroups Database to understand migration and molecular risk assessment". Bioinformation. 11 (6): 272–5. doi:10.6026/97320630011272. PMC 4512000. PMID 26229286.
9. International Society of Genetic Genealogy 2015 Genetics Glossary, Haplogroup
10. Facts & Genes. Volume 7, Issue 3 (нявызн.)(недаступная спасылка). Архівавана з першакрыніцы May 9, 2008.
11. Taylor, Duncan; Bright, Jo-Anne; Buckleton, John S. (2016). "Biological basis for DNA evidence". In Buckleton, John S.; Bright, Jo-Anne; Taylor, Duncan (рэд-ры). Forensic DNA Evidence Interpretation (2nd ed.). Boca Rotan, FL: CRC Press. pp. 1–36. ISBN 9781482258899.
12. Excoffier, Laurent (1 November 2003). "Gametic phase estimation over large genomic regions using an adaptive window approach". Human Genomics. 1 (1): 7–19. doi:10.1186/1479-7364-1-1-7. PMC 3525008. PMID 15601529.
13. Masatoshi Nei and Fumio Tajima, «DNA polymorphism detectable by restriction endonucleases», Genetics 97:145 (1981)
14. Petersdorf, E. W. (Feb 2017). "In celebration of Ruggero Ceppellini: HLA in transplantation". HLA(англ.). 89 (2): 71–76. doi:10.1111/tan.12955. ISSN 2059-2302. PMC 5267337. PMID 28102037.
15. Flajnik, M. F.; Singh, Nevil; Holland, Steven M., рэд-ры (2023). "Chapter 19 The Major Histocompatibility Complex". Paul's fundamental immunology(англ.) (8th ed.). Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wikins. p. 586. ISBN 978-1-9751-4253-7.

Спасылкі

• HapMap Архівавана 16 красавіка 2014 года. — homepage for the International HapMap Project.
• Haplotype versus Haplogroup — the difference between haplogroup & haplotype explained.