Генетикалық карталар хромосомада болатын тіркес гендердің орналасу сызбанұсқасын айтады. Қазіргі кезде, әсіресе, генетикалық тұрғыдан толық зерттелген объектілердің, атап айтқанда, дрозофиланың, жүгері және қызан өсімдіктерінің, тышқанның, пішен таяқшасының, т.б. генетикалық карталары жасалған. Болашақта басқа да өсімдіктер мен жануарлардың және адамның генетикалық картасын жасау міндеті тұр. Генетикалық карталар ұқсас хромосомалардың әр жұбы бойынша жеке-жеке жасалады. Хромосомалардың жұптарын тіркестік топтар деп атайды. Олардың саны хромосомалардың гаплоидты жиынтығына тең болатындығы бұрын айтылған болатын. Мысалы, дрозофилада 8 хромосома болса, ол 4 тіркестік топты, жүгерідегі 20 хромосома 10 тіркестік топты құрайды. Тіркестік топтар рим цифрларымен І, ІІ, ІІІ, ІV және т.б. болып белгіленеді.
Картаны дұрыс құрастыру үшін гендердің тұқым қуалау заңдылықтарын толық зерттеп, білу қажет. Мысалы, дрозофиланың 4 тіркестік топта шоғырланған 7000-ға жуық гені, сол сияқты жүгерінің 10 тіркестік тобында болатын 10000-ға жуық гені зерттелген және т.б.
Генетикалық картаны құрастыру кезінде тіркесу тобы, гендердің толық немесе қысқартылып алынған атаулары көрсетіледі және хромосомада орналасқан гендердің ара қашықтығын көрсететін цифрлар жазылады. Гендер арасындағы ара қашықтықтың өлшем бірлігі 1% кроссинговерге тең болады. Оны Т.Морганның құрметіне сантиморган (сМ) немесе морганида деп атайтынын білесіңдер. Мысалы, дрозофиланың бір ғана хромосомасында болатын гендер тобының орналасу ретін қарастырайық. Олар үш түрлі гендерден тұрады: 1) қанатының бүріскендігін анықтайтын — (jantһy) гені; 2) көзінің қара қошқыл түсін анықтайтын — (purple) гені; 3) көзінің қызыл түсін анықтайтын — (cіnnabar) гені. Бұл гендер дрозофиланың ІІ жұп хромосомасында орналасқан. Сонда j мен pr гендерінің ара қашықтығы кроссинговер пайызымен есептегенде 5,8; pr мен c гендері 3; ал j мен с гендерінікі — 8,8 сантиморганға тең болады.

Микроорганизмдердің генетикалық картасы өзгеше. Себебі, олардың сақина тәрізді жалғыз ғана хромосомасы болады. Бірқатар бактерияларда мысалы, пішен таяқшасында генетикалық ақпарат клеткалардың конъюгациялануы кезінде беріледі және микроорганизмдер хромосомасындағы гендердің орналасу реті тұрақты болады. Сондықтан олардың генетикалық картасы да дөңгелек пішінді болып келеді. Ал ондағы орналасқан гендердің ара қашықтығы кроссинговер пайызымен емес, конъюгацияның ұзақтығымен, яғни минутпен өлшенеді. 

Хромосоманың құрылысы, қызметі және химиялық құрамы

Клеткада тұқым қуалау материалы хромосома  болып табылады. Хромосома ядрода орналасады. Хромосоманың негізгі қызметі тұқым қуалау ақпаратын сақтау және ұрпақтан ұрпаққа беру. Хромосома терминін 1888  жылы Вальдер енгізген. Хромосоманың саны мен құрылысының өзгеруі адамда тұқым қуалаушылық хромосомалық ауруларды алып келеді. Хромосомалық ауруларға диагноз қою ауру адамның кариотипін зерттеуге негізделген. Хромосоманың  химиялық құрамы 35 – 40% ДНК дан тұрады, 60-65% гистонды және гистонды емес белоктардан тұрады. Гистонды белоктардың  5 түрі бар: H₁, H_2A, H_2B, H_3, H₄. Гистонды емес белоктарға құрылымдық белоктар, реттеуші белоктар және фермент  молекулалар жатады.

Митоздық  Хромосомалар екі иіннен, алғашқы тартылыстан, центромерадан тұрады.

Хромосома литоздық хромосоманың қысқа иіннің, ұзын иіннің әріпімен бейнелейді. Центромера  жасуша бөлінуі кезінде        хромосоманың қозғалуын қамтамасыз етеді. Егер центромера болмаса, хромосомалар қозғала алмай, жойылады.

Әрбір хромосома ұзына бойына екі тепе тең бөліктен тұрады, оларды хроматидалар деп атайды. Митоздың анафаза сатысында хромосомалар екі хроматидаға ажырап, олардың әрқайсысы бөлінуші жасушаның қарама –   қарсы полюстеріне қарай тартылады. Әрбір хроматидада  екі ширатпа болады, оларды хромонемалар деп атайды, олар ДНК молекуласының жіпшелері болып табылады. (1 сурет)..

Хромосома иіндерінің ұштарын теломералар деп атайды, олардың қызметі хромосомалардың тұрақтылығын сақтау, хромосомаларды ядро ламинасына бекіндіру, хромосомаларды жабысып қалудан сақтау тағы басқалары болып табылады. Жасушаның әрбір бөлінуінен кейін хромосома теломералары азды көпті қысқарып отырады, ал оның ұзындығы минимальды деңгейге жеткенде жасуша бөлінуін тоқтатады және бұл ағзаның қартаюына алып келеді (2 сурет).

Үнемі бөлінуші жасушаларда ұрық жасушаларында, ствол жасушаларында теломералар ұзындығын қалпына келтіріп отыратын ерекше фермент – теломеразы ферменті болады.

Хромосома  иіндерінің өлшеміне, центромераны орналасуына қарай хромосомалардың бірнеше түрлерін ажыратады:

1. Метацентрикалық немесе тең иінді иіндерінің ұзындығы бірдей, центромера хромосомасының дәл ортасында орналасқан
2. Субметацентрикалық немесе әртүрлі иінді бір иіні екіншісіне ұзын, центромера хромосомасының бір ұшына қарай ығысып орналасқан
3. Акроцентрикалық бір иіні жақсы дамыған, ал екіншісі нашар дамыған, центромера хромосома ұшына жақын орналасқан
4. Телоцентрлік хромосомалар бір иінді хромосома

Хромосомалар жасуша бөлінуінің метофаза сатысында, арнайы бояулармен боялғаннан кейін, микроскоп арқылы арнайы айқын көрінетін эукариодтар ядросының генетикалық аппаратының бір құрылымы.

Хромосомалар ядрода үнемі болады, бірақ жасуша циклының интерфаза кезеңдерінде  ол  субмикроскопиялық хроматин күйінде болып көрінбейді.

Хромосомалардың негізгі химиялық компоненті болып ДНК жіпшелері саналады, олардың жалпы ұзындығы 190 см. ДНК жіпшелері гистондық ақуыздармен байланысып, оралып нуклеосома жіпшесін түзеді, оның ұзындығы ДНК жіпшелерінің үзындығынан 6,2 есеге кем, ал диаметрі 10Нм. Нуклеосома жіпшесі әрі қарай ширатылып, тығыздалып  хроматин жіпшесіне айналады, оның ұзындығы нуклеосома жішесінің ұзындығынан 18  есе, ал ДНК жіпшелерінің ұзындығынан 100 есе кем болады. Хроматин жіпшесінің диаметрі  100, 200 Н м ге тең. Хроматин эухроматин  және гетерохроматин күйінде болады. Эухроматин митоз кезінде тығыз ширатылып, митоздан кейін ширатылуы босайтын учаске. Бұл жерлерде орналасқан гендер экспрессияланады. Гетерохроматин жасуша циклының барлық кезеңдерінде , яғни, митоз кезінде де, митоздан кейін де тығыз ширатылып тұратын және үнемі генетикалық инертті күйде болатын учаске. Гетерохроматин учаскесіндегі генетикалық ақпарат транскрипцияланбайды. Оның констутивтік және факультативтік гетерохроматин деген түрлері белгілі. Коститутивтік гетерохроматин центромера айналысында және теломерлік учаскілерде кездеседі. Ол мүлдем транскрипцияланбайды. Оның қызметі ядроның жалпы құрылымын сақтап тұру, хроматинді ядро қабықшасына бекіндіру, мейоз кезінде гомологтық хромосомалардың өзара тануын қаматамасыз ету  болып табылады.

Факультативтік гетерохроматин ағза жасушаларында, әдетте гомогаметалы жыныстарды, жыныс хроматині күйінде кездеседі.

Факультативтік гетерохроматин гендерінің активсізденуі арқылы қазіргі кезде активтенуі қажет емес гендер тобының экспрессиясын реттеу механизмдері іске асады.

Митоз кезінде хроматин  жіпшесі әрі қарай ширатылып, хроматиннің супер ширатпасы митоздық хромосомалар түзіледі, оларды микроскоп арқылы көруге болады. (3 сурет)

2. Кариотип. Адам кариотипі. 

Адам кариотипінде телоцентрлік хромосома  болмайды. Кез келген организмнің түрінде оның өзіне ғана тән белгілі және тұрақты хромосома саны болады. Мысалы: адамда 46 хромосома, сиырда 60 хромосома, маймылда 48 хромосома, қойда 54 хромосома. Барлық тірі организмде хромосома яғни, пішініне, көлеміне сійкес екі екіден бірігіп гомологтық жұп құрайды. Мысалы: адамда 23 жұп хромосомалар, маймылда  24 жұп

хромосомалар болады (4 сурет) .

1956 жылға дейін адам хромосомасының саны  48 деп есептеген. Тек 1956 жылы Швеция цитологтары Тио және Леван  адам эмбриологиялық өкпе фибробластарын цитологиялық зерттеу нәтижесінде адам хромосомасының саны 46 екендігін дәлелдеді. Дене клнткасында хромосомалар жұп күйінде  болады. Оны диплоидты жиынтық деп атайды  (NN). Ал жыныс клеткасында, яғни сперматозоид және жұмыртқа клеткасында әр жұпта бір – бір хромосомадан болады. Оны гаплоидты жиынтық деп атайды  (N). Организмнің сомалық  клеткасында нақты саны бар, көлемі мен пішіні бар хромосомалардың толық диплоидты жиынтығын кариотип деп атайды. Адам кариотипінде 46 Хромосома  бар, ол 23 жұпты құрайды. Оның  22 жұбы аутосомалар деп, соңғы  23 жұп әйелде ХХ, еркекте ХУ жыныс хромосомалары деп аталады. Қалыпты әйел кариотипі 46,ХХ,қалыпты  еркек  кариотипі 46, ХУ деп  аталады. Хромосома ережесі:

1. Хромосома санының тұрақтылығы
2. Хромосоманың жұптық ережесі
3. Хромосоманың жеке даралық ережесі
4. Хромосоманың үздіксіздік ережесі

Адам кариотипін зерттеу әдістері:

1. Адам кариотипін  зерттеу  үшін  сүйектің  қызыл  кемігі,  терінің, ырық  және  дәнекер  ұлпаларының  клеткалары, қан  лейкоциттері  қолданылады.
2. Бөлініп алынған  қан  клеткасында  митоздық  бөлінуді  жылдамдату  үшін  ПГА  мен өңдейді.
3. Клетканың митоздық бөлінуін  митофазада  тоқтату  үшін  колхицин  қосады.
4. Хромосомалар бір  бірімен  ажырау  үшін   гипотоникалық  ерітіндімен  өңдейді.
5. Сірке қышқылы  және  этил  спирті  қосылған  ерітіндіде  фиксациялайды.
6. Препараттық Романовский  гимзасетецоарсеин  бояуларымен  бояйды.
7. Дайын болған  препаратты  микроскоп  астында  қарап  суретке  түсіреді.
8. Хромосомаларды гомологтық  жұптарын  таңып  идиограмма  құрайды.
9. Нәтижесінде қалыпты  және  синдромның  кариотипін  анықтап  қорытынды  жасайды.

Адам кариотипті жіктеудің  екі  түрі  белгілі (5 сурет).

1. Денвер классификациясы, 1960 жылы
2. Париж классификациясы, 1971 жылы

 

3. Денвер классификациясы

1960 жылы  қабылданған Денвер классификациясы бойынша  хромосомаларды  үлкенінен  кішкентайына   қарай  орналастырып, олардың  идиограммасын  құрастырады ды  әрқайсысын  нөмірлейді, хромосома  морфологиясына  қарай  бірнеше  топқа  бөледі  мұнда  негізгі  көрсеткіш   ретінде   центромералық  индекс( ЦИ)  пайдаланылады.

Центромералық  индекс  дегеніміз  хромосоманың  қысқа  иіні  ұзындығының   бүкіл   хромосома  ұзындығына   ара  қатынасы  болып  табылады. Бұл классификацияда мөлшерімен  пішіні  ұқсас хромосомаларды  жеті  топқа  біріктірді:

А  тобы:1-2-3  хромосомалар, ең ірі метацентрлі хромосомалар  (ЦИ =38-49)

В  тобы: 4-5  ірі субметацентрлі  хромосомалар (ЦИ =24-30)

С  тобы: 6-12 орташа  субметацентрлі  хромосомалар (ЦИ =27-35)

Д  тобы: 13-15 орташа  акроцентрлі  хромосомалар (ЦИ =15)

Е  тобы: 16-18 ұсақ  субметацентрлі  хромосомалар (ЦИ =26-40)

F  тобы: 19-20 ең ұсақ  метацентрлі  хромосомалар (ЦИ =36-40)

G  тобы: 21-22 ең  ұсақ  акроцентрлі  хромосомалар (ЦИ=13-23)

Х хромосома орташа  субметацентрлі (С тобы), У хромосома  ең  ұсақ  акроцентрлі ( G тобы)  хромосомалар  болып  табылады.

Денвер  жіктелуінің  кемшілігі  бір  топқа  жататын  хромосомалардың  ажыратудың  қиын тіптен   мүмкін  болмауы.

 

4.      Париж классификациясы

Париж  классификациясы (1971 жылы) хромосомалардың  таңдамалы  боялуына  байланысты  жүргізіледі. Ол үшін  хромосомаларды  түрліше  бояулармен  бояйды (G, R, S). Сонда  әр   түрлі  хромосомалар  түрліше  боялады,  сондықтан  хромосомалардың  гомологтық  жұптарын   табу  жеңілдейді. Сонымен қатар  бұл классификация бойынша  хромосомалардағы  нақтылы  локустарды  ажыратып  белгілеуге , хромосома  картасын  жасауға  болады. Ол үшін кейбір  символдарды  пайдаланады, мысалы  хромосоманың  қысқа  иінін  р, ұзын  иінін  g әрпімен  белгілейді. Бояу интенсивтігіне  қарай  хромосоманың  әрбір  иінін  центромерадан  теломераға  қарай  аударғанға,  ал  аудандарды   сегмнеттерге  бөледі де  араб  сандарымен  белгілейді. Мысалы, Ip 22 хромосоманың қысқа  иінінің  2 ауданындағы  2 сегмент   дегенді  білдіреді. Әр сегментте локус орналасады. Локус дегеніміз хромосомадағы геннің орналасатын орны. Хромосоманың тығыз ширатылған бөлігі  бояуда жақсы сіңіріп, гетерохроматинді участок деп аталады. Ал хромосоманың әлсіз ширатылған бөлігі бояуды нашар сіңіріп, эухроматинді участок деп аталады. Хромосалардың бояудың басқа да әдістері ғылыми зерттеу жұмыстарында қолданылады:

Q флюороценттік бояумен өңдеу.

C хромосоманың центромера маңындағы гетерохроматинді участокты        көрсетеді:

R хромосоманы Q әдісіне кері бояу

T хромосоманың теломералық участкілерін бояу

Қазіргі таңда адамның 3000 нан астам тұқым қуалайтын аурулардың гендерінің орналасқан жері анықталды. 20 000 геннің хромосомадағы орны белгілі олды. Көптеген хромосомалық синдромдардың себептері анықталды.

Геном дегеніміз клетканың, организмнің дамуы үшін қажет барлық генетикалық ақпарат жазылған ДНК молекуласының  толық жиынтығы. Яғни, клетканы ядролық және цитоплазмалық ДНКның барлық гендері мен ген аралық участкелерінің жиынтығы. ДНК ның ген аралық учаскісі спейсерлердеп аталады. Адам геномының жалпы ұзындығы 3000, 3500 сантиметрге тең.

Қорытынды

Жалпы тірі организмдердің генетикалық картасын құрастырудың теориялық, сонымен қатар, практикалық та маңызы бар. Мысалы, гендердің орналасу ретін білу арқылы белгілердің тұқым қуалау сипатын алдын ала анықтауға мүмкіндік туады. Айталық, селекцияда будандастыру үшін қажетті ата-аналық жұптарды дұрыс таңдап алу жолдарын жеңілдетеді. Сол сияқты болашақта адамның генетикалық картасы жасалатын болса, аса қауіпті ауру — обырға (рак) жауапты онкогеннің хромосомадағы орналасқан нақты орнын тауып, оған қарсы әрекет жасалса, яғни қызметін тежеу жолы табылса адамзатты мұндай ауыр зардаптан құтқарған болар едік.
Хромосомалардағы гендердің орналасу ретін зерттеу цитологиялық жолмен де жүргізіледі. Соның негізінде цитологиялық карталар жасалады. Мысалы, дрозофила шыбыны дернәсілінің сілекей безінде болатын алып хромосомаларды цитогенетикалық тұрғыдан зерттеу барысында олардағы бірқатар гендердің орналасқан орнын анықтауға мүмкіндік туды.
Генетикалық және цитологиялық карталарды бір-бірімен салыстыра отырып, хромосома бойындағы гендердің айқасу жиілігін, яғни кроссинговер мөлшерін анықтауға болады. Бұл сілекей бездеріндегі алып хромосомаларды зерттеу нәтижесінде белгілі болды. Онда барлық төрт жұп хромосоманың жалпы ұзындығы генетикалық карта бойынша 279% кроссинговерге, яғни сантиморганга тең. К.Бриджес сол төрт жұп хромосоманың әрқайсысының ұзындығын микроскоп арқылы өлшеген. Сонда барлығының ұзындығын қосқанда 1180 микрометр болған. Генетикалық және цитологиялық карталарды салыстыру үшін К.Бриджес кроссинговер коэффициентін пайдалануды ұсынған. Ол үшін хромосомалардың барлық ұзындығын (1180 мкм) генетикалық картаның көрсеткішіне (279%) бөлген, сонда орта есеппен 4,2 болып шыққан. Бұл генетикалық картадағы әрбір кроссинговер (айқасу) бірлігіне цитологиялық карта бойынша 4,2 мкм ұзындық сәйкес келеді деген сөз.