Visi dzīvie organismi satur noteiktu ģenētiskā materiāla kopumu šūnu kodolos. Eikariotu šūnās to attēlo hromosomas. Grāmatvedības un zinātnisko pētījumu ērtībai kariotips tiek sistematizēts, izmantojot dažādas metodes. Iepazīsimies ar ģenētiskā materiāla sakārtošanas metodēm uz cilvēka hromosomu piemēra.
Cilvēka hromosomu klasifikācija
Kariotips ir hromosomu kopa (diploīds), kas atrodas jebkurā no ķermeņa somatiskajām šūnām. Tas ir raksturīgs konkrētam organismam un ir vienāds visās šūnās, izņemot dzimumšūnas.
Hromosomas kariotipa ir:
- autosomas neatšķiras dažādu dzimumu indivīdiem;
- seksuālas (heterohromosomas), atšķiras pēc struktūras dažādu dzimumu indivīdiem.
Cilvēka ķermeņa šūnās ir 46 DNS pavedieni, no kuriem 22 autosomu pāri un viens dzimuma pāri. Šis ir diploīds 2n ģenētiskā materiāla komplekts. Heterohromosomu pāris sievietēm ir attiecīgi apzīmēts ar XX, vīriešiem - XY, attiecīgi kariotipa apzīmējums,44+XX un 44+XY.
Dzimšūnās (gametās) ir haploīds jeb viena 1n DNS kopa. Olās ir 22 autosomas un viena X hromosoma, spermas šūnās ir 22 autosomas un viena no heterohromosomām X vai Y.
Kāpēc mums ir nepieciešama hromosomu identificēšana un klasifikācija
Denveras un Parīzes iedzimto materiālu klasifikācijas sistēmas, ko plaši izmanto zinātnieku aprindās, ir izstrādātas, lai apvienotu un vispārinātu idejas par kariotipu. Ir nepieciešama vienota pieeja, lai pareizi prezentētu un interpretētu pētījumu rezultātus ģenētikas, kariosistemātikas un selekcijas jomā.
Shēmiski kariotips tiek attēlots, izmantojot ideogrammu – sistematizētu un hromosomu lieluma dilstošā secībā sakārtotu secību. Ideogramma atspoguļo ne tikai spiralizētās DNS lielumu, bet arī dažas morfoloģiskās īpašības, kā arī to primārās struktūras pazīmes (hetero- un eihromatīna reģionus).
Analizējot šos grafikus, tiek noteikta sakarības pakāpe starp dažādām sistemātiskām organismu grupām.
Kariotips var saturēt autosomu pārus, kuru izmērs ir gandrīz identisks, tāpēc ir grūti pareizi novietot un numurēt tos. Apsvērsim, kādus parametrus ņem vērā Denveras un Parīzes cilvēka hromosomu klasifikācijā.
Denveras konferences rezultāti, 1960. gads
Norādītajā gadā Denveras pilsētā, ASV, notika konference par cilvēka hromosomām. Tajā dažādas pieejas hromosomu sistematizēšanai (pēc izmēra, atrašanās vietascentromēri, apgabali ar dažādu spiralizācijas pakāpi utt.) tika apvienoti vienā sistēmā.
Konferences lēmums bija tā sauktā Denveras cilvēka hromosomu klasifikācija. Šī sistēma darbojas pēc šādiem principiem:
- Visas cilvēka autosomas tiek numurētas secībā no 1 līdz 22, to garumam samazinoties, dzimuma hromatīdiem tiek piešķirti apzīmējumi X un Y.
- Kariotipa hromosomas ir iedalītas 7 grupās, ņemot vērā centromēru stāvokli, pavadoņu klātbūtni un sekundāros hromatīdu sašaurinājumus.
- Klasifikācijas vienkāršošanai tiek izmantots centromēriskais indekss, ko aprēķina, īsās rokas garumu dalot ar visu hromosomas garumu, un izsaka procentos.
Denveras hromosomu klasifikācija ir vispārēji atzīta pasaules zinātnieku aprindās.
Hromosomu grupas un to īpašības
Denveras hromosomu klasifikācijā ir iekļautas septiņas grupas, kurās autosomas ir sakārtotas skaitliskā secībā, bet pēc skaita ir sadalītas nevienmērīgi. Tas ir saistīts ar īpašībām, pēc kurām tie tiek sadalīti grupās. Vairāk par to skatiet tabulā.
| Hromosomu grupa | Hromosomu pāru numuri | Hromosomu struktūras iezīmes grupā |
| A | 1-3 | Garas hromosomas, labi atšķiramas viena no otras. 1. un 3. pārī sašaurinājuma pozīcija ir metacentriska, 2. pārī - submetacentriska. |
| B | 4 un 5 | Hromosomas ir īsākas nekā iepriekšējā grupā, primārā sašaurināšanās atrodas submetacentriski (tuvu vidum). |
| C |
6-12 X-hromosoma |
Vidēja izmēra hromosomas, visas nevienlīdzīgās rokas ir submetacentriskas, grūti individualizētas. Identisks pēc izmēra un formas grupas autosomām, atkārtojas vēlāk nekā citi. |
| D | 13-15 | Hromosomām vidēja izmēra grupā ar gandrīz minimālu primārās sašaurinājuma pozīciju (akrocentrisku), ir satelīti. |
| E | 16-18 | Īsas hromosomas, 16. pārī vienādas rokas ir metacentriskas, 17. un 18. - submetacentriskas. |
| F | 19 un 20 | Īsi metacentriski, gandrīz neatšķirami viens no otra. |
| G |
21 un 22 Y hromosoma |
Īsas hromosomas ar satelītiem, akrocentriskas. Tiem ir nelielas struktūras un izmēra atšķirības. Nedaudz garāks par pārējām grupas hromosomām, ar sekundāru garās rokas sašaurināšanos. |
Kā redzat, Denveras hromosomu klasifikācija ir balstīta uz morfoloģijas analīzi bez jebkādām manipulācijām ar DNS.
Cilvēka hromosomu Parīzes klasifikācija
Šī klasifikācija ir ieviesta kopš 1971. gada, un tās pamatā ir atšķirīgas krāsošanas metodeshromatīns. Regulāras krāsošanas rezultātā visas hromatīdas iegūst savu gaišo un tumšo svītru rakstu, padarot tās viegli identificējamas grupās.
Apstrādājot hromosomas ar dažādām krāsvielām, tiek atklāti atsevišķi segmenti:
- Hromosomu Q segmenti fluorescē, uzklājot krāsvielu hinacrin sinepēm.
- G segmenti parādās pēc Giemsa krāsošanas (sakrīt ar Q segmentiem).
- R-segmenta iekrāsošanu ievada kontrolēta termiskā denaturācija.
Ir ieviesti papildu apzīmējumi, lai norādītu gēnu atrašanās vietas hromosomās:
- Hromosomas garā roka ir apzīmēta ar mazo burtu q, īsā roka ir apzīmēta ar mazo burtu p.
- Pleca iekšpusē ir izdalīti līdz 4 reģioniem, kas ir numurēti no centromēra līdz telomēriskajam galam.
- Joslu numerācija rajonos arī iet virzienā no centromēras.
Ja gēna atrašanās vieta hromosomā ir precīzi zināma, tā koordināte ir joslas indekss. Ja gēna lokalizācija nav tik skaidra, tas tiek apzīmēts kā garajā vai īsajā rokā.
Precīzai hromosomu kartēšanai, mutaģenēzes un hibridizācijas izpētei ir nepieciešama jebkura metode. Denveras hromosomu klasifikācija un Parīzes hromosomu klasifikācija šajā gadījumā ir nesaraujami saistītas un papildina viena otru.
