Introducere asupra markerilor, realizarea QTL a hărților genetice și selecțiilor bazate pe markeri

Rezumat şi introducere

Recunoscând potenţialul enorm al markerilor ADN in genetica plantelor, multe centre de cercetare în ameliorare plantelor agricole au adoptat capacitatea de lucru bazată pe dezvoltarea markerilor moleculari si a selecţiei markerilor ajutători (marker +asssisted selection MAS). Aceasta lucrare redă o introducere a markerilor ADN şi a conceptelor de polimorfism, analiză linkage, întocmirea hărţilor genetice, principiile QTL şi cum pot fi aplicaţi markerii genetici în programele de ameliorare a plantelor folosins principiul de selecţie a markerilor ajutători(MAS).

Multe trăsături ale plantelor de cultură ca producţia, calitatea producţiei şi câteva forme de rezistenţă la boli sunt controlate de gene şi sunt cunoscute sub numele „trăsături cantitative ,trăsături poligenice sau polifactoriale”. Regiunile din genom care conţin gene ce sunt asociate cu o trăsătură anume sunt cunoscute sub numele de „locurile cu trăsături cantitative sau QTL”. Indentificarea QTL+urilor bazată doar pe o evaluare fenotipică convenţională nu este posibilă. Identificarea QTL a fost prin descoperirea markerilor ADN in anul 1980. Una din principalele utilizări ale markerilor ADN în ameliorare este în întocmirea hărţilor linkage la diferite specii de plante cultivate. Hărţile linkage sunt utilizate, prin folosirea analizei QTL pentru identificarea regiunilor din cromozom care conţin gene ce controlează trăsături simple(controlate de o singură genă) şi trăsături cantitative controlate de mai multe gene. Procesul întocmirii hărţii linkage şi folosirea analizei QTL pentru a identifica numite regiuni de pe cromozomi asociate cu anumite trăsături se numeşte cartare QTL. Markerii ADN sunt sunt foarte mult legaţi de cele mai importante gene agronomice pot fi folosite ca unelte moleculare în ameliorare pntru selecţia cu ajutorul markerilor ajutători(MAS). MAS implică folosirea prezenţei sau absenţei a unui marker ca subtitut pentru selecţia fenotipică într-un mod mult mai eficient decât medodele convenţionale folosite in ameliorare. Câteva studii sugerează că markerii ADN vor juca un rol vital în sporirea producţiei globale de hrană prin îmbunătăţirea eficienţei în programele de cercetare pe domeniul ameliorare.

1. Markerii genetici

Markerii genetici reprezintă diferenţele genetice dintre organismele sau speciile individuale. Markerii genetici sunt localizaţi în strînsă apropiere de gene. De asemenea markerii singuri nu afectează interesul pentru trăsăturile fenotipice deoarece el este localizat doar în apropierea genelor ce controlează trăsătura respectivă. Toţi markerii genetici ocupă poziţii genomice specifice în cromozom ca şi genele.

Markerii genetici sunt clasificaţi în trei categorii:

- morfologici(numiţi şi clasici sau vizibili) care ei însăşi determină caractere sau trăsături.

- markeri biochimici care includ variante elelice numiţi izoenzime;

- markeri moleculari care determină variaţia ADN-ului.

Markerii morfologici sunt de obicei identificaţi vizual prin caractere fenotipice cum ar fi culoarea florii, forma seminţei, pigmentul. Markerii izoenzimici sunt diferenţiaţi în diferite enzime care pot fi detectate prin electroforeză. Dar dezavantajule majore ale markerilor morfologici şi biochimici sunt acelea că sunt limitaţi ca număr şi sunt influienţaţi de mediul de cultură.

Markerii ADN sunt sunt cei mai folosiţi markeri pentru cercetare deoarece ei sunt un număr foarte mare. Ei provin din diferite clase de ADN ca mutaţii sau subtituţii mutagene, erori ale replicaţiilor recombinaţii greşite ale genelor, etc. Sper deosebire de celelalte tipuri de markeri, aceştia sunt nelimitaţi şi nu sunt afectaţi de mediul de cultură sau de stagiul de dezvoltare al plantei. Vorbind la general, markerii genetici pot fi grupaţi în trei clase pe baza metodei de detecţie:

- markeri bazaţii pe hibridare;

- markeri bazaţi pe polzmerase chain reaction (PCR)

- markeri bazaţi pe secvenţa ADN.

În esenţă. markerii ADN ar putea dezvălui diferenţele genetice care pot fi observate printr-o tehnică unde diferenţele pot fi observate prin colorare direrită pe un gel folosind principiul de electroforeză si anumite substanţe ca sau prin detectare a coloraţiei probelor cu principiul de radiocativitate. Markerii ADN pot detecta diferenţele dintre indivizii aceleiaşi specii şi atunci sunt numiţi polimorfici, iar cei care nu detecteayă diferenţe între indivizii aceleiaşi specii sunt monomorfici. Markerii polimorfici pot fi numiţi şi markeri condominanţi sau dominanţi. Această clasificare este bazată pe markerii care pot diferenţia indivizii homozigoţi şi heterozigoţi. Markerii dominanţi sunt diferiţi prin mărime, pe când cei codominanţi sunt ori prezenţi ori absenţi. Strict vorbind, formele diferite a markerilor ADn(diferenţele de mărime de pe geluri, coloraţia diferită) sunt numite alele. Markerii codominanţi pot avea alele diferite, iar cei dominanţi au doar 2 alele.

2. Întocmirea hărţilor genetice

O hartă linkage poate fi imaginată ca o hartă rutieră a cromozomilor proveniţi din 2 părinţi diferiţi. Harta linkage indică poziţia şi distanţele genetice relative dintre markeri de-a lungul cromozomilor, care sunt similare cu semnele de circulatie de-a lungul străzii. Cel mai important lucru pentru întocmirea hărţii linkage este identificarea locurilor de pe cromozom care conţin gene şi identificarea QTL-ului asociat cu trăsătura ce interesează. Cartarea QTL este bazată pe principiul că genele şi markerii segreganţi prin recombinarea cromozomilor (corssing over) din meioză permit analiza descendenţilor. Genele sau markerii care sunt apropiaţi sau foarte alăturaţi, vor fi transmişi mai frecvent de la părinte la descendent decât genele sau markerii care sunt localizaţi mai departe. Într-o populaţie segregantă, este o amestecătură genotipurilor parentale recombinate. Frecvenţa recombinării genotipurilor poate fi folosită pntru calcularea fracţiunilor recombinate care vor putea fi folosiţi pentru a deduce distanţa genetică dintre markeri. Prin analiza markerilor segreganţi a ordinei şi distanţei relative dintre markeri poate fi determinat: cu cât frecvenţa recombinărilor dintre 2 markeri este mai mică cu atât ei sunt situaţi mai aproape unul de altul pe cromozom, iar cu cât frecvenţa recombinărilot dintre 2 markeri este mai mare, ei sunt mai depărtaţi unul de altul pe cromozom. Markerii care au o frecvenţă a recombinărilor de 50% sunt numiţi unlinked şi se presupune că sunt departe pe comozom sau pe alt comozom. Pentru a realiza o hatră genetică trebuie respectaţi următorii paşi: 1. cartarea unei populaţii; 2. identificarea polimorfismului; 3. analiza linkage a markerilor.