完全なリンク

遺伝学では、完全（または絶対）連鎖^[1]は、2つの遺伝子座が非常に接近しているため、これらの遺伝子座の対立遺伝子が交差によって分離されることがほとんどない状態と定義されます。DNA上の2つの遺伝子の物理的位置が近いほど、交差イベントによって分離される可能性が低くなります。オスのショウジョウバエの場合、交差がないため、組み換え型がまったく存在しません。これは、単一の染色体から始まるすべての遺伝子が、元の構成で同じ染色体上に配置されることを意味します。組み換えがない場合、親の表現型のみが予想されます。^[2]

遺伝的連鎖とは、染色体上で近接して位置する対立遺伝子が、有性生殖生物の減数分裂の過程で一緒に遺伝する傾向のことである。減数分裂の過程では、相同染色体が対になり、DNAの対応する部分を交換することができる。その結果、もともと同じ染色体上にあった遺伝子が、異なる染色体上に存在することになる。この過程は、遺伝子組換えと呼ばれる。2つの別個の遺伝子座の組換え率は、それらの物理的な近さに対応する。互いに近接している対立遺伝子は、遠くに位置している対立遺伝子よりも組換え率が低くなる。染色体上の2つの対立遺伝子間の距離は、2つの遺伝子座間の組換えの割合を計算することで決定できる。これらの組換えの確率を使用して、連鎖地図、つまり遺伝子と遺伝子の互いの位置をグラフィカルに表現したものを作成することができる。連鎖が完全であれば、2つの対立遺伝子を分離する組み換えイベントは発生しないはずであり、したがって、子孫には親の対立遺伝子の組み合わせのみが観察されるはずである。2つの遺伝子座間の連鎖は、特定の種類の疾患の遺伝に関して重要な意味を持つ可能性がある。^[3]

遺伝子マップまたは質的形質遺伝子座 (QTL) マップは、2 つの異なる方法で作成できます。1 つの方法は、マーカー対立遺伝子の頻度を使用し、それらを形質分布の両端から選択された個体と比較します。これは形質ベース アプローチと呼ばれ、厳密には表現型情報のみを使用してサンプルの個体を選択します。もう 1 つのアプローチはマーカー ベース アプローチ (MB) と呼ばれ、サンプルを選択する際にマーカー対立遺伝子頻度の差と各マーカー遺伝子型の表現型値の両方を使用します。^[4]

（連鎖地図の詳細についてはここをクリックしてください[1]）

二倍体真核細胞では、減数分裂の過程で組み換えが起こることがあります。相同染色体は減数分裂中に対になって最終的に分裂し、各染色体の1つのコピーを持つ2つの半数体娘細胞ができます。相同染色体が並んでいる間、それらは自身のDNAの対応する部分を相同染色体のそれと自由に交換できます。その結果、母系と父系のDNAの両方を持つ染色体になります。組み換えにより、娘細胞は最も遺伝的多様性を持ちます。^[5]

（遺伝子組み換えを説明するビデオチュートリアルはこちらをクリックしてください）

連鎖データセットを解釈してグラフ化する強力なツールの 1 つに、階層的クラスタリングがあります。クラスタリングは、類似性に基づいてグループにまとめます。連鎖の場合、類似性は染色体上の物理的な近接性に相当します。階層的クラスタリングは、クラスター分析に対するボトムアップ アプローチであり、最も近い 2 つのデータ ポイントがグループ化され、後のクラスタリングのために 1 つのデータ ポイントとして扱われます。完全連鎖階層的クラスタリングでは、データ ポイントを徐々にサイズの大きいクラスターに結合するこのプロセスが、すべての日付が 1 つのクラスターの一部になるまで繰り返されます。^[6]階層的クラスター分析の結果の図は、デンドログラムと呼ばれ、データは徐々に類似性の低い括弧内にネストされます。階層的クラスタリングに関する 2 つの一般的な問題は、2 つのデータ ポイント間の意味のある関連付けを生成するために、2 つのデータ ポイント間の「類似性」の特定の距離を指定することと、類似していると判断された場合にさらにクラスタリングを行うのに役立つようにデータ ポイントをマージする方法です。クラスターの数を自動的に推定するクロスクラスタリングアルゴリズムが設計されており、これらの問題の一部を解決するのに役立ちます。予想されるクラスターの数を微調整することで、無関係な2つのクラスターを関連付ける可能性が最小限に抑えられます。^[7]また、このタイプの分析では、すべてのデータポイントが割り当てられた類似性の範囲内にあるため、結果として得られる単一のクラスターは完全なリンクを意味します。

(インタラクティブな階層的クラスタリングのデモについてはここをクリックしてください)

遺伝的連鎖の考え方は、イギリスの遺伝学者ウィリアム・ベイトソン、エディス・レベッカ・サンダース、レジナルド・パネットによって初めて発見されました。トーマス・ハント・モーガンは、いくつかの例において、交差イベントの観測率が交差イベントの予測率と異なることに気付き、連鎖の考え方を拡張しました。彼は、組換え率の低下は染色体上の遺伝子の空間的分離がより小さいためであると考えました。染色体上でより近い位置にある遺伝子は、より離れた位置にある遺伝子よりも組換え率が低いだろうと仮説を立てました。^[8] 2つの連鎖遺伝子間の距離を表す測定単位はセンチモルガンで、トーマス・ハント・モーガンにちなんで名付けられました。センチモルガンは組換え率に相当します。組換え頻度が2%の2つの遺伝子座は、2センチモルガン離れて位置しています。^[9]

${\displaystyle {\text{組換え頻度}}={\frac {\text{組換え子孫の数}}{\text{子孫の総数}}}\times 100\%}$^[10]

遺伝子間の連鎖を判定できることは、大きな経済的利益をもたらすこともあります。サトウキビの形質の連鎖を知ることで、サトウキビの生産性と収益性が向上しました。サトウキビは持続可能な作物であり、最も経済的に実行可能な再生可能エネルギー源の1つです。サトウキビのQTL分析は、特定のサトウキビの系統における真菌感染への反応を予測するために使用できる遺伝子クラスターと重要な連鎖遺伝子座を特定する連鎖地図を作成するために使用されました。 ^[11]

連鎖地図は、精神疾患などの形質の遺伝パターンを決定するのにも役立ちます。パニック障害と不安障害の連鎖研究では、特定の染色体上の関心領域が示されています。染色体4q21と7pは、パニック障害と恐怖関連不安障害の遺伝子座の有力な候補領域と考えられています。これらの遺伝子座の特定の位置と、連鎖に基づいて一緒に遺伝する確率を知ることで、これらの障害がどのように受け継がれるか、そしてなぜ患者に同時に発生することが多いのかについての洞察が得られます。^[12]