Аллели — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие различные варианты одного и того же признака. Распространённые в природе аллели, обуславливающие характерные для вида признаки, называются аллелями дикого типа, а происходящие от них аллели с измененной структурой гена — мутантными.
Вариация числа копий (англ.
Copy number variation, CNV) — отличие индивидуальных геномов по числу копий сегментов ДНК. Крупные делеции или вставки (дупликации и множественные вставки) на кариограмме выглядят как хромосомные аберрации. Геном диплоидных организмов, в том числе человека, содержит обычно по две копии каждой аутосомной области, по одной на хромосому. Делеции и дупликации способны влиять на их количество. Результатом вариации может явиться снижение или повышение числа копий определённого гена, и, следовательно, пониженная или повышенная экспрессия продукта гена — белка или некодирующей РНК. Влияние числа копий гена на фенотип было отмечено ещё в 1930-х годах, в частности, было показано, что дупликация гена Bar у дрозофилы вызывает сужение глаз, или «Bar-фенотип».
Ген — участок ДНК, несущий какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.
Геном (точнее, ядерный геном) — совокупность всех молекул ДНК ядра клетки (каждая из отдельных молекул ДНК, взаимодействуя с комплексом белков, образует хромосому). В большинстве нормальных клеток человека содержится 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 млрд. пар оснований нуклеотидов ДНК, образующих 20 000–25 000 генов.
Доминантность (доминирование) — форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет (маскирует) проявление другого (рецессивного) и таким образом определяет проявление признака как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот. Типы аллельных взаимодействий:
- полное доминирование — взаимодействие двух аллелей одного гена, когда доминантный аллель полностью исключает проявление действия второго аллеля. В фенотипе присутствует только признак, задаваемый доминантным аллелем;
неполное доминирование — доминантный аллель в гетерозиготном состоянии не полностью подавляет действие рецессивного аллеля. Гетерозиготы имеют промежуточный характер признака;
сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи, чем у любой гомозиготной;
кодоминирование — проявление у гибридов нового признака, обусловленного взаимодействием двух разных аллелей одного гена. Фенотип гетерозигот не является чем-то промежуточным между фенотипами разных гомозигот.
Килобаза (кб) — единица изменения длины молекулы ДНК, равная тысяче пар оснований.
Локус — фиксированное положение (локализация) на хромосоме, например положение гена. Вариант последовательности ДНК в данном локусе называется аллелем. Упорядоченный перечень локусов для какого-либо генома называется генетической картой. Генное картирование — это определение локусa для специфического биологического признака. Пример обозначения локуса: «6p21.3». Здесь 6 означает номер хромосомы; p — плечо хромосомы (p (от фр.
petit) — короткое; q — длинное); 21.3 — полоса 21, суб-полоса 3. Полосы видны под микроскопом после специальной окраски хромосом и нумеруются начиная с 1 от центромеры к конечному участку. Под-полосы и под-под-полосы определяются при высоком разрешении.
Митохондриальная ДНК (мтДНК) — ДНК, находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях, органоидах эукариотических клеток. У большинства многоклеточных организмов митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии.
Мононуклеотидный полиморфизм («снип», однонуклеотидный полиморфизм, SNP, ОНП) — в узком смысле, это однонуклеотидное отличие в последовательности геномной ДНК, встречающееся в исследуемой популяции с частотой более 1%.
Мутация (лат.
mutatio — изменение) — стойкое (т.е. такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды.
- Геномные мутации — полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т.д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору.
Хромосомные мутации — крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом, т.н. Робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).
Генные мутации — изменения первичной структуры ДНК под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.
Пенетрантность — показатель фенотипического проявления аллеля в популяции. Определяется как отношение (обычно — в процентах) числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует в необходимом для фенотипического проявления количестве копий (в зависимости от характера доминирования для фенотипического проявления может быть достаточно только одной копии аллеля или двух, если для фенотипического проявления проявления необходимо, чтобы особь была гомозиготна по данному гену). Например, фраза «аллель A обладает пенетрантностью 95%» означает, что из всех особей, у которых данный аллель имеется в необходимом числе копий, лишь у 95% наличие этого аллеля можно установить по показателям фенотипа. Полная пенетрантность — это 100% фенотипического проявления наличия данного аллеля в пределах популяции.
Полигенное наследование («множественное», мультифакторное) — наследование характеристик фенотипа, за которые отвечают два или более гена, либо взаимодействие последних с окружающей средой, либо и то и другое. В отличие от моногенных признаков, полигенные характеристики не следуют букве законов Менделя.
Полиморфные гены — гены, представленные в популяции несколькими аллелями, что обуславливает разнообразие признаков внутри вида. Различия между аллелями одного и того же гена, как правило, заключаются в незначительных вариациях его «генетического» кода. Большинство известных полиморфизмов выражаются либо в заменах одного нуклеотида, либо в изменении числа повторяющихся фрагментов ДНК. Локус называется полиморфным, если в популяции существуют два или более аллеля этого локуса. Однако если один из аллелей встречается с очень высокой частотой, скажем, 0.99 или больше, то велика вероятность того, что ни один другой аллель не будет присутствовать в выборке, взятой из популяции, если эта выборка не будет очень большой. Т.о., обычно локус определяется как полиморфный, если частота наиболее распространённого аллеля меньше 0.99.
Ресеквенирование — определение последовательности ДНК, которая предварительно уже была охарактеризована.
Секвенирование — определение первичной структуры (последовательности) биополимера. Применительно к ДНК (или РНК), «отсеквенировать» означает «прочесть» молекулу, т.е. установить последовательность образующих её нуклеотидных оснований.
Синдром хрупкой X-хромосомы (синдром Мартина – Белл, синдром ломкой X-хромосомы, fragile X mental retardation syndrome, FraX (от англ.
fragile — хрупкий, ломкий)) — наследственное заболевание. Это состояние развивается из-за изменений в гене FMR1 («Fragile X Mental Retardation 1») и, как следствие, — в одноимённом белке головного мозга FMRP. Упомянутый ген находится на Х-хромосоме. Девочки имеют две копии Х-хромосомы, а мальчики одну Х и одну Y. Изменение в гене выражается в многократном повторении одной из частей гена (триплета СGG). У большинства людей повторов немного, от 6 до 50, в среднем 30, — что обычно не вызывает хрупкости Х-хромосомы. При среднем числе повторов (от 50 до 200 раз) говорят о носительстве премутации. Когда число повторов слишком велико, больше 200, ген повреждается, это называется полной мутацией. У лиц мужского пола, т.к. у них Х-хромосома всего одна, развивается синдром хрупкой Х-хромосомы. Женщина будет носителем хрупкой Х-хромосомы. Проявления синдрома могут быть, это зависит от активности FMR1-гена. Наследование данного состояния — Х-сцепленное. То есть от матери к любому ребёнку, а от отца — только к дочери. Размер последовательности повторов может при наследовании увеличиваться: так, мать или отец с премутацией может иметь ребёнка с полной мутацией.
G-бэндинг (G-banding) — метод дифференциального окрашивания хромосом, включающий обработку хромосомных препаратов трипсином (GTG-бэндинг) или солевыми растворами (GAG-бэндинг) и последующей окраской красителем Гимза; позволяет получать интенсивную исчерченность хромосом (десятки чередующихся светлых и тёмных, а также «серых» полос на одной хромосоме); G-бэндинг является наиболее распространённым методом, обеспечивающим идентификацию отдельных хромосом.
Genome-wide association study (GWAS) — исследование связи генотипа с различными фенотипическими признаками (прежде всего, с наследственными заболеваниями) в масштабе всего генома. GWAS выявляет отдельные вариации в ДНК, обусловливающие те или иные заболевания или эффект лекарственных препаратов. Причины практически всех болезней имеют наследственную компоненту, передающуюся от родителя ребёнку посредством 3 млрд. пар нуклеотидных остатков, составляющих человеческий геном. Расширение знаний об этих наследственных составляющих должно ускорить разработку новых терапевтических стратегий. В исследованиях связей генотипа с различными заболеваниями в масштабе генома ученые сравнивают геномы людей, подверженных болезни (cases), с геномами здоровых людей (controls). Такое сравнение позволяет выявить отличия больных и здоровых на генетическом уровне, даже если эти отличия минимальны.
Эпигенетика — изучение закономерностей эпигенетического наследования — наследуемых изменений в фенотипе или экспрессии генов, вызываемых механизмами, отличными от изменения последовательности ДНК.