Genkartierung

Eine Genkarte zeigt die lineare Anordnung der Gene im Genom eines Organismus. Man unterscheidet dabei genetische und physikalische Genkarten. Mit einer genetischen Kartierung wird die Reihenfolge von Genorten auf einem bestimmten Chromosom bestimmt. Obwohl die Anordnung der Gene auf beiden Karten die gleiche ist, gibt es keine universal gültige „Umrechnungsformel“ zwischen den beiden Einheiten. Der Grund dafür ist, dass Rekombinationshäufigkeiten je nach Region des Genoms extrem stark variieren.

Um eine vollständige physikalische Genkarte zu erhalten, muss die Genomsequenz eines Organismus bekannt sein. Aus dieser lässt sich auch abschätzen, wieviele Gene im Genom enthalten sind.

Kopplungskarte oder genetische Karte

Zum einen kann man Kopplungskarten (linking maps) erstellen. Dabei dient die Crossing-over-Rate als 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 erstellt und gibt lediglich die Reihenfolge der Gene auf einem Chromosom und keine präzisen Ortsangaben wieder.

Die Kartierungseinheit ist hier ein centiMorgan. 1cM bedeutet eine Rekombinationshäufigkeit von 1%. (Liegt die Rekombinationshäufigkeit zweier Gene bei 16%, so beträgt ihr genetischer Abstand 16cM).

cytologische Chromosomenkarte oder physikalische Karte

Dagegen kann man mit anderen Methoden cytologische Chromosomenkarten erstellen, die die physiologische Lage von Genen auf einem Chromosom wiedergeben. Zum Erstellen von cytologischen Chromosomenkarten bedient man sich nicht der Auswertung von Rekombinationsereignissen, sondern z.Bsp. 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, z.B. die Gewinnung von DNA-Fragmenten durch Restriktionsenzyme mit anschließender Anordnung der Fragmente. Die Anordnung der Fragmente führt zu bekannten bioinformatischen Problemen, z.B. dem Double Digest Problem.

Sei S eine DNA-Sequenz. Eine physikalische Karte besteht aus einer Menge von Markern und einer Abbildung $p: M \mapsto \mathbb{N}$, die jedem Marker M eine Position in S zuordnet

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

• Sequenzierte Organismen
• DNA-Sequenzierung
• Humangenomprojekt

Literatur

• Khalid Meksem, Guenter Kahl (Hrsg.): The Handbook of Plant Genome Mapping (Genetic and Physical Mapping). WILEY-VCH, Weinheim 2005, ISBN 978-3527-31116-3. 
• Dan Gusfield: Algorithms on strings, trees, and sequences. Cambridge University Press, 1999, ISBN 0-521-58519-8, S. 398ff (Physical Mapping).