Genkarte

EineGenkartezeigt die lineare Anordnung derGeneimGenomeines Organismus. Man unterscheidet dabei genetische und physikalische Genkarten. Auf einergenetischen Karteist die Reihenfolge vonGenorteneingetragen. Auf einerphysikalischen Genkartesind die genauen Abstände zwischen Genen gemessen in Basenpaaren eingetragen.

Obwohl die Anordnung der Gene auf beiden Kartenarten die gleiche ist, gibt es keine universal gültige „Umrechnungsformel “zwischen den beiden Kartenarten. Der Grund dafür ist, dassRekombinationshäufigkeitenje nach Region des Genoms und je nach Geschlecht extrem stark variieren.

Um eine vollständige physikalische Genkarte zu erhalten, muss dieGenomsequenzeines Organismus bekannt sein. Aus dieser lässt sich auch abschätzen, wie viele Gene im Genom enthalten sind.

Kopplungskarte oder genetische Karte

Zum einen kann manKopplungskarten(linking maps / linkage maps) erstellen. Dabei dient dieCrossing-over-Rateals Maß für den Abstand zweier Genorte: Durch Crossing-over werden Gene voneinander getrennt. Liegen zwei Gene nah beieinander, so ist eine Trennung weniger wahrscheinlich, als wenn sie weit auseinander liegen. Eine Kopplungskarte wird durch Analyse von Rekombinationsereignissen durchDreipunktanalyseerstellt und gibt lediglich die Reihenfolge der Gene auf einem Chromosom und keine präzisen Ortsangaben wieder.

Die Kartierungseinheit ist hier einCentimorgan.1 cM bedeutet eine Rekombinationshäufigkeit von 1 %. (Liegt die Rekombinationshäufigkeit zweier Gene bei 16 %, so beträgt ihr genetischer Abstand 16 cM). Je weniger häufig sich die Gene rekombinieren, desto näher liegen die untersuchten Genorte beieinander. Bei einem Abstand von 50 cM (Rekombinationsrate von 50 %; etwa ein Drittel der Chromosomenlänge) gelten die Genorte als ungekoppelt, d. h. man kann mittels einfacher Kopplungsanalysen nicht mehr feststellen, ob zwei Gene auf einem Chromosom liegen oder nicht.

Cytologische Chromosomenkarte oder physikalische Karte

Dagegen kann man mit anderen Methodencytologische Chromosomenkartenerstellen, die die physikalische Lage von Genen auf einemChromosomwiedergeben. Zum Erstellen von cytologischen Chromosomenkarten bedient man sich nicht der Auswertung von Rekombinationsereignissen, sondern zum Beispiel der mikroskopischen Sichtbarmachung (In-situ-Hybridisierung,FISH) bekannter Gene. Der Abstand zweier Gene auf einer cytologischen Karte wird in m angegeben (µm). Es kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, beispielsweise die Gewinnung von DNA-Fragmenten durchRestriktionsenzymemit anschließender Anordnung der Fragmente. Die Anordnung der Fragmente führt zu bekanntenbioinformatischenProblemen, z. B. demDouble Digest Problem.

Sei S eine DNA-Sequenz. Einephysikalische Kartebesteht aus einer Menge vonMarkernM und einer Abbildung$p:M\mapsto \mathbb {N}$,die jedem Marker in M eine Position in S zuordnet.

Vor der Entwicklung derDNA-Sequenzierungwurde die relative Lage von Genen perDreipunktanalyseermittelt.

Vergleich

Beim Vergleich von Kopplungskarten und cytologischen Genkarten stimmt zwar die Reihenfolge der untersuchten Gene überein, nicht aber ihre Lage auf dem Chromosom. Das liegt zum einen daran, dass Crossing-over-Ereignisse in manchen Bereichen eines Chromosoms häufiger vorkommen als in anderen. Zum anderen gibt es geschlechtsspezifische Unterschiede in der Rekombinationshäufigkeit.

Siehe auch

• DNA-Sequenzierung
• Humangenomprojekt

Literatur

• Khalid Meksem, Guenter Kahl (Hrsg.):The Handbook of Plant Genome Mapping (Genetic and Physical Mapping).WILEY-VCH, Weinheim 2005,ISBN 978-3-527-31116-3.
• Dan Gusfield:Algorithms on strings, trees, and sequences.Cambridge University Press, 1999,ISBN 0-521-58519-8,S.398ff.(Physical Mapping).