Genetica pe care o vezi cum funcționează
Nouă simulări care înlocuiesc desenele statice de pe tablă: meioza animată stadiu cu stadiu, încrucișări mendeliene și hărți genetice, echilibrul Hardy-Weinberg, PCR cu electroforeză, pedigree-uri de completat, drumul de la ADN la proteină, cartarea cu enzime de restricție, coeficienții de rudenie și deriva genetică. Totul rulează în browser, pe telefon și la videoproiector, fără instalare.
Module
Modul 1
Meioză și asortare independentă
Un cariotip minim — 2n = 4: un cromozom metacentric cu doi loci (A proximal, B distal) și un cromozom telocentric cu locusul C. Roz = origine maternă, verde-albastru = origine paternă, așa că recombinarea se vede direct ca o schimbare de culoare pe cromatidă.
Bilanț la stadiul curent
numărătoarea care se cere la examenCâți gameți de fiecare fel?
repetă meioza de mai multe oriComenzi
Modul 2
Încrucișări mendeliene și linkaj
Trei drumuri către același tip de răspuns: pătratul Punnett pentru unul sau doi loci, regula produsului când locii sunt mai mulți, și analiza unei încrucișări de test cu trei puncte când genele stau pe același cromozom.
Încrucișarea
trece cu mouse-ul peste o celulăFenotipuri și raport așteptat
Descendenți reali vs. raport teoretic
test chi-pătratComenzi
Fiecare locus, separat
loci independenți, dominanță completăProdusul probabilităților
De ce nu pătratul
Regula produsului funcționează doar pentru loci care se asortează independent. Dacă genele sunt linkate, probabilitățile nu se mai înmulțesc — vezi tabul următor.
Comenzi
Descendenții încrucișării de test
Un triplu heterozigot, obținut din părinți AABBCC × aabbcc, este încrucișat cu un tester aabbcc. Fenotipul fiecărui descendent arată direct gametul primit de la heterozigot. Ordinea reală a genelor pe cromozom nu este cea alfabetică — trebuie dedusă.
Pașii de rezolvare
Harta genetică
Comenzi
Clasa cea mai numeroasă și cea mai rară sunt mereu perechi reciproce: gameții unui dublu heterozigot apar în perechi complementare. Gena din mijloc este singura care „își schimbă locul" între parentali și dublu recombinanți.
Distanța măsurată subestimează distanța reală cu atât mai mult cu cât intervalul e mai lung, fiindcă dublele schimburi dintr-un singur interval trec nedetectate. De aceea hărțile se construiesc din intervale scurte, însumate.
Modul 3
Hardy-Weinberg și genetica populațiilor
Trei sisteme pe același principiu: două alele fără dominanță, alelele multiple ale grupelor sanguine și un locus X-linkat, unde frecvențele diferă între sexe. Întâi testul de echilibru pe un eșantion, apoi ce se întâmplă când intervin deriva, selecția, mutația și migrația.
Testul de echilibru
χ² cu 1 grad de libertateFrecvențele genotipice în funcție de p
p² + 2pq + q² = 1Comenzi
F > 0 înseamnă exces de homozigoți față de așteptarea Hardy-Weinberg — exact abaterea pe care testul ar trebui să o prindă.
Frecvențele alelice se citesc din genotipuri, nu invers: p = (2·AA + Aa) / 2N. Abia apoi se calculează așteptările p², 2pq, q².
Frecvența alelei A pe generații
Tabelul valorilor
Rezultatul după ultima generație
Parametri
Modul 4
PCR: amplificare, detecție și cuantificare
De la cele trei temperaturi și primul produs cu capete definite, la citirea fragmentelor pe gel, apoi la cele două metode de cuantificare: PCR-ul în timp real, cu Ct și curbă standard, și PCR-ul digital, care numără molecule una câte una.
Profilul termic
Numărul de molecule
scară logaritmicăDe ce abia la ciclul 3?
Formula: din 1 moleculă-matriță, după n cicluri există 2ⁿ molecule, din care 2n au încă un capăt nedefinit (polimeraza a mers mai departe de situsul celuilalt primer). Produsul de lungime fixă este deci 2ⁿ − 2n — zero la ciclurile 1 și 2, două la ciclul 3.
Comenzi
Platoul nu apare din oboseala polimerazei, ci din epuizarea primerilor și a dNTP-urilor: de la un punct încolo fiecare ciclu adaugă tot mai puțin, oricât de bună e eficiența.
Curba de calibrare
distanța parcursă vs. log₁₀(mărime)Condiții de rulare
Fragmentele mari migrează puțin și se înghesuie sus; rezoluția lor crește dacă scazi concentrația de agaroză sau mărești durata. Fragmentele foarte mici pot ieși din gel.
Curbele de amplificare
Curba standard
Ct față de log₁₀(copii)Cuantificare relativă — metoda ΔΔCt
Curba de topire
specificitatea produsului, fără gelComenzi
Cuantificarea absolută
fără curbă standardUnde este precizia maximă
coeficient de variație în funcție de încărcareCând folosești una și când cealaltă
Comenzi
Numărarea nu depinde de eficiența amplificării: o partiție se aprinde dacă a pornit cu cel puțin o moleculă, indiferent cât de bine a mers reacția. De aceea PCR-ul digital tolerează inhibitorii mai bine decât cel în timp real și nu are nevoie de o curbă standard.
Modul 5
Pedigree și deducerea genotipurilor
Completează genotipul fiecărui individ din arbore. Programul nu cere doar răspunsurile ușoare: acolo unde datele nu permit o singură concluzie, răspunsul corect este semnul întrebării — iar o alelă pusă acolo se consideră greșeală.
Rezultat
Comenzi
Alege un genotip, apoi apasă pe individul din arbore. Un al doilea clic pe același individ șterge atribuirea.
Modul 6
De la ADN la proteină
O genă scurtă, de la dubla catenă până la peptidă. Apasă pe orice bază a catenei sens ca să o schimbi și vezi imediat ce tip de mutație ai produs — silențioasă, missens, nonsens sau deplasare de cadru.
Transcripție și translație
Efectul mutației
față de secvența inițialăCodul genetic
codoni de ARNm, 5′ → 3′Codul este degenerat, nu ambiguu: un aminoacid are mai mulți codoni, dar un codon are un singur aminoacid. Degenerarea e concentrată pe a treia bază — de aceea multe substituții în poziția a treia sunt silențioase.
Comenzi
niciuna
Catena matriță este cea citită de ARN-polimerază, 3′ → 5′. ARN-ul mesager iese identic cu catena sens, cu U în loc de T — de aceea codonii se citesc direct de pe catena sens.
Modul 7
Hartă de restricție
O moleculă de ADN — liniară sau circulară — cu situsuri necunoscute. Din mărimile fragmentelor obținute la digestia cu fiecare enzimă, la digestia dublă și, dacă vrei, la o digestie parțială, reconstruiește unde taie fiecare enzimă.
Fragmentele citite de pe gel
Harta ta
apasă pe bară ca să plasezi un situsComenzi
Apasă pe bară pentru a adăuga un situs; apasă pe un situs existent ca să-l ștergi. Pozițiile se rotunjesc la 50 pb.
Digestia dublă e cheia: fragmentele ei spun cum se intercalează situsurile celor două enzime. Harta este determinată doar până la o oglindire — o hartă și imaginea ei în oglindă dau exact aceleași fragmente.
Modul 8
Rudenie și consangvinizare
Cât din genom împart două rude? Coeficientul de rudenie se calculează pe căile care trec prin strămoșii comuni, dar este o medie: simularea arată cât de mult variază în realitate, de la o pereche la alta.
Calculul pe căi
fiecare cale prin strămoșul comunGenomul împărțit, o realizare
22 de autozomi de câte 1 MorganVariația între perechi
Relații standard
Comenzi
Modul 9
Genealogii de gene și derivă
Modelul Wright-Fisher în forma lui cea mai simplă: fiecare genă dintr-o generație își alege la întâmplare o genă-părinte din generația precedentă. Nu se întâmplă nimic altceva — nici selecție, nici mutație — și totuși liniile dispar una câte una până când toate genele descind dintr-una singură.
Bilanț
Pierderea variabilității
heterozigoția pe generațiiComenzi
Modul 10
Calcule pe datele tale
Îți introduci propriile numere — numărători de descendenți, genotipuri, valori Ct, partiții sau distanțe de migrare — și primești calculul complet, cu formulele folosite și o interpretare a rezultatului. Datele pot fi lipite direct din Excel sau încărcate ca fișier CSV ori XLSX; pentru qPCR se poate încărca exportul aparatului, iar pentru electroforeză chiar poza gelului, din care benzile sunt măsurate automat.
Datele observate
o clasă pe linieRezultat
Cum introduci
Fiecare linie: numele clasei, apoi numărul observat, separate prin TAB sau spațiu. Zecimalele pot fi cu virgulă.
negru cu pete 315 negru uniform 108 maro cu pete 101 maro uniform 32
Raportul așteptat se scrie cu două puncte: 9:3:3:1, 3:1, 1:1:1:1. Numărul de clase trebuie să coincidă.
„Parametri estimați din date" se pune pe 1 când o frecvență a fost calculată din aceleași date (de exemplu p în testul Hardy-Weinberg) și pe 0 pentru un raport mendelian teoretic.
Numărătoarea ta
Rezultat
Ce calculează
Clasele de descendenți
încrucișare de testRezultat
Cum introduci
Fiecare linie: genotipul gametului primit de la heterozigot (litere mari pentru alela dominantă, mici pentru cea recesivă), apoi numărul.
AB 412 ab 398 Ab 96 aB 94
La trei loci se dau toate cele 8 clase. Programul găsește singur clasele parentale și pe cele dublu recombinante, deduce ordinea genelor și calculează distanțele și interferența.
Import din aparat
fișierul de rezultateCurba standard
cantitate și CtEficiență și cuantificare
Cuantificare relativă ΔΔCt
grup, Ct țintă, Ct referințăRezultatul ΔΔCt
Cum introduci
Curba standard — pe fiecare linie cantitatea (copii, ng sau diluție) și valoarea Ct. Replicatele se scriu pe linii separate, cu aceeași cantitate.
1000000 13,2 1000000 13,3 100000 16,6 10000 20,0 1000 23,2 100 26,5
ΔΔCt — pe fiecare linie numele grupului, Ct-ul genei țintă și Ct-ul genei de referință.
control 24,5 18,2 control 24,7 18,3 tratat 21,8 18,3 tratat 21,6 18,1
Partițiile numărate
Rezultat
Ce calculează
Din numărul de partiții pozitive și totale rezultă λ = −ln(negative/total), adică numărul mediu de molecule per partiție, apoi concentrația absolută. Intervalul de încredere vine din varianța Poisson.
Volumul unei partiții este specific aparatului: aproximativ 0,85 nL pentru picăturile ddPCR și 0,755 nL pentru cipurile QuantStudio 3D. Dacă îl lași gol, se raportează doar copiile per reacție.
Poza gelului
încarcă, alege zona, citește benzileTrage cu mouse-ul un dreptunghi peste zona cu piste: de la linia puțurilor până sub ultima bandă.
Mărimile citite din poză
Cum se citește poza
Pagina transformă poza în intensitate, scade fondul și caută maximele de-a lungul fiecărei piste. Nu are nevoie de internet: toată măsurătoarea se face local.
Funcționează și pe poze cu benzi luminoase pe fond întunecat (transiluminator UV), și pe scanuri inversate, cu benzi închise pe fond deschis — polaritatea se detectează automat.
Pentru un rezultat bun: poza să fie dreaptă, fără puțurile tăiate, fără benzi supraexpuse și cu toate pistele vizibile în dreptunghiul selectat.
Dacă detecția ratează benzi slabe, coboară pragul; dacă prinde zgomot de fond, ridică-l.
Markerul și probele
distanțe măsurate pe gelRezultat
Cum introduci
Distanța se măsoară de la puț până la mijlocul benzii, în milimetri sau în pixeli — unitatea nu contează, atâta timp cât este aceeași peste tot.
1500 18 1000 26 700 34 500 42 300 55 100 78