DNA多态性及其原理结构分析

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1、 DNADNA多态性及其分析技术多态性及其分析技术 免疫与分子生物学技术研究室免疫与分子生物学技术研究室 王青王青 广州中医药大学广州中医药大学 临床药理研究所临床药理研究所 第一节第一节 多态性概述多态性概述 n n 一定义一定义 n n 自然界的生物有千百万种，每一种生物的个体之间存在着许多的自然界的生物有千百万种，每一种生物的个体之间存在着许多的 差异。一种生物群体内，某一性状方面也存在着不同的个体变异差异。一种生物群体内，某一性状方面也存在着不同的个体变异 。 n n 不同种的生物以及同一种生物的不同个不同种的生物以及同一种生物的不同个 体之间都存在着许多差异，称为生物的体之间都存在着

2、许多差异，称为生物的 多态现象，即生物的多态现象，即生物的多态性多态性。（。（ polymorphismpolymorphism） 环境因素 遗传因素 营养、气候、疾病等 遗传多态性 （genetic polymorphism） 不同个体之间，其生化特征、 抗原特性都存在着由遗传造成的 变异，形成一系列的多态性，由 相应的基因控制。 生物进化 概念 二标准二标准 n n 基因座位：基因座位：基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置 n n 等位基因等位基因（alleles)alleles)：二倍体个体中，：二倍体个体中， 位于一对同源染色体相等位置上（相同位于一对同源染色体相等位置上（相同 座

3、位上），控制着同一性状的基因，具座位上），控制着同一性状的基因，具 有两种或两种以上的形式。有两种或两种以上的形式。 n n 纯合子：二倍体中，在一定的座位上带纯合子：二倍体中，在一定的座位上带 有两个有两个相同相同的等位基因的个体。的等位基因的个体。 n n 杂合子：在一定的座位上带有两个杂合子：在一定的座位上带有两个不同不同 的等位基因的个体。（一般是针对所研的等位基因的个体。（一般是针对所研 究的一对或几对基因而言。）究的一对或几对基因而言。） n n 多态性：多态性：发生遗传分离的发生遗传分离的基因座位基因座位（locuslocus）具）具 有两个以上等位基因时，其最常见的等位基因有两

4、个以上等位基因时，其最常见的等位基因 的频率不超过的频率不超过0.950.95或或0.990.99时，这个基因座位就被时，这个基因座位就被 认为具有多态性。认为具有多态性。 个人个人一对等位基因（如一对等位基因（如 1 1 / / 2 2 ，或，或 2 2 / / 3 3 ） 人群人群复等位基因（如复等位基因（如 1 1 、 2 2 、 3 3、 、 4 4 ）, ,如如 ABOABO血型基因、人类白细胞抗原基因血型基因、人类白细胞抗原基因 n n 二态性二态性（dimorphismdimorphism）：在某些时候，一个基）：在某些时候，一个基 因位点上只由一个基因占据，但有时这个位置因位点

5、上只由一个基因占据，但有时这个位置 上缺乏这一基因，这时就会出现上缺乏这一基因，这时就会出现“ “有有” ”和和“ “无无” ”两两 种情况，被称为二态性。种情况，被称为二态性。 n n 遗传多态性广泛存在于生物界。遗传多态性广泛存在于生物界。 n n 果蝇有着大量的蛋白质水平上的遗传变异果蝇有着大量的蛋白质水平上的遗传变异 n n 哺乳动物的免疫球蛋白有高度的遗传多态性哺乳动物的免疫球蛋白有高度的遗传多态性 n n 即使是纯系的小鼠，其免疫球蛋白即使是纯系的小鼠，其免疫球蛋白IgG2aIgG2a重链编码区重链编码区 11081108个碱基中就有个碱基中就有110110个（个（10%10%）的

6、碱基组成互不相同）的碱基组成互不相同 ，其中有，其中有1818个碱基替换是同义的，其余的变异则编码个碱基替换是同义的，其余的变异则编码 不同的氨基酸。不同的氨基酸。 三分类三分类 遗传表型的多态性 DNA的多态性 由遗传控制表现出来的性 状就是遗传表型 红细胞表面的抗原多态性 系统：有ABO、Rh等20余 种 人类白细胞抗原（HLA） 系统 人类的免疫球蛋白 性状：生物体表现出的形态特征 （如花色）和生理生化特征（如 抗病性、合成某种物质的能力)。 表型：个体所具有的全部或部分 性状。是基因型与环境作用的结 果。 人人3030亿碱基（亿碱基（bp)bp) 基因及相关序列基因及相关序列20%20

7、% 30%30% 编码序列编码序列10%10%检测表型多态性检测表型多态性 非基因序列 70 80% 中度或高度重 复序列20-30% 单一或低拷贝 序列70-80% 在所有生物体的基因组中都存在着天然的在所有生物体的基因组中都存在着天然的DNADNA序列变异序列变异 由于基因组的大多数序列不编码蛋白质，因此可容纳大量的序列变异由于基因组的大多数序列不编码蛋白质，因此可容纳大量的序列变异 估计在人群个体之间每估计在人群个体之间每200400200400个核苷酸就能检测到一个核苷酸的变异。个核苷酸就能检测到一个核苷酸的变异。 某一变异的群体频率达到或超过某一变异的群体频率达到或超过1%1%即被认

8、为属即被认为属DNADNA多态性。多态性。 遗传表型的多态性只反映出编码基因的部分变异 编码序列只占人基因组总DNA的1015%，甚至可 能不到总DNA序列的5% 。 DNA序列中的同义突变不会引起表型的改变 基因的表达也会有变异： 环境作用 从基因到基因产物会受到许多因素的影响 ，而改变最终产物。 分析DNA的多态性才 能真正深刻地揭示 生物的多态性 第二节第二节 DNADNA多态性的分类多态性的分类 n n DNADNA是遗传信息的物质基础，因而是反映个体是遗传信息的物质基础，因而是反映个体 间差异的最本质东西间差异的最本质东西 n n 进化、发育过程中的遗传变异进化、发育过程中的遗传变异

9、 : : DNA碱基序列的点突变 移码突变 DNA片段的插入或缺失 生殖细胞成熟过程中染色体DNA的交换重组 转座子的转座作用 等 DNA的序列组成完 全是个体特异的 n n 一基因多态性一基因多态性 n n 二重复序列多态性二重复序列多态性 n n 三性染色体多态性三性染色体多态性 n n 四线粒体的四线粒体的DNADNA多态性多态性 一基因多态性一基因多态性 n n 基因的多态性基因的多态性 遗传表型的多态性遗传表型的多态性 n n 在生物群体中，对于某一在生物群体中，对于某一基因座位基因座位来说，属于来说，属于 这一位点的这一位点的等位基因等位基因越多，这一座位的基因多越多，这一座位的基

10、因多 态性就越复杂态性就越复杂 。 n n HLA HLA 白细胞抗原系统：仅白细胞抗原系统：仅HLA-DRHLA-DR抗原的抗原的 编码位点就有编码位点就有HLA-DRAHLA-DRA，-DRB1-DRB1，B2B2，B3B3， B4B4，B5B5等等1010个座位，超过个座位，超过200200个等位基因个等位基因 。 例如 分 析 限制性内切酶消化 等位基因特异性的探针 二重复序列多态性二重复序列多态性 n n 串联重复序列串联重复序列 相同的核心序列（相同的核心序列（core sequencecore sequence） 按首尾相接的方式排列。按首尾相接的方式排列。 在重复序列两翼， D

11、NA片段 的碱基 组成相同 限制性内切酶 不同长度的 DNA片段 GATCGATC GATCGATC 1 2 BA ssDNA探针 大片段 小片段 n n （1 1）不同个体）不同个体核心序列重复的次数不同核心序列重复的次数不同 n n （2 2）不同的串联重复序列，其核心序列的组成会不同）不同的串联重复序列，其核心序列的组成会不同 n n （3 3）在核心序列之间，有时不同的个体间会存在有无）在核心序列之间，有时不同的个体间会存在有无 插入小段的插入小段的DNADNA序列或插入的片段长短不同之差序列或插入的片段长短不同之差 DNA指纹 由于不同的个体其核心序列重复的次数不同，应用限制性 内切

12、酶酶切时，形成不同长度的DNA片段，这类多态性被称 为VNTR（variable numbers of tandem repeats，VNTR）， 可变数串联重复序列多态性 。 两个无关个体之 间的VNTR的变异 能达到完全个体 特异的程度 n小卫星DNA（minisatellite DNA）:串联重复序 列中有一类较短的，称为。许多基因的内含 子部分含有此类序列。 n特点：GC含量高 n 插入或缺失此类序列的事件发生频繁 ，有时 还会发生跳跃复制的现象。 n 1985年，Jeffreys等 首先用人肌红蛋白基因内含子中一段高度重复 的小卫星DNA为探针，获得了具有个体特异性 的DNA指纹图谱

13、。 应用 n n 中度重复的散在重复序列中度重复的散在重复序列 ： n n 散在重复序列的某些重复单位可能是散在重复序列的某些重复单位可能是转座子转座子（ transposontransposon）。）。 一种能够反复插入到基因组中许多位点的一种能够反复插入到基因组中许多位点的 特殊特殊DNADNA片段。它可以从基因组上一个位点转片段。它可以从基因组上一个位点转 移到另一个位点，从一个复制子转移到另一个移到另一个位点，从一个复制子转移到另一个 复制子。复制子。 三性染色体多态性三性染色体多态性 n n X X染色体染色体着丝粒周围也有一类着丝粒周围也有一类重复序列重复序列形形 成成X X染色体

14、的染色体的VNTRVNTR类多态性。类多态性。 n n Y Y染色体染色体在哺乳动物的染色体中在哺乳动物的染色体中Y Y染色体染色体 似乎是最少保守性的。似乎是最少保守性的。 n n 用不同的限制性内切酶和用不同的限制性内切酶和DNADNA探针，可以揭示探针，可以揭示 出出Y Y染色体特异性片段的多态性。染色体特异性片段的多态性。 四线粒体的四线粒体的DNADNA多态性多态性 n n 线粒体线粒体DNADNA属于核外基因，表现为非孟德尔规属于核外基因，表现为非孟德尔规 律遗传。律遗传。 n n 人人mtDNA mtDNA D D环一端环一端347bp347bp的序列分析资料证明，的序列分析资料

15、证明， 两个无关个体间，这一段两个无关个体间，这一段mtDNAmtDNA序列完全相同序列完全相同 的可能性只有的可能性只有0.27%0.27%（即（即1/3701/370）。）。 n n 因此，因此，mtDNAmtDNA序列组成的多态性同样可以用作序列组成的多态性同样可以用作 个体识别。个体识别。 n n SNPSNP 单核苷酸多态性 单核苷酸多态性(single nucleotide (single nucleotide polymorphism,SNP)polymorphism,SNP) n n 指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的 DNADNA序列多态性。序列多态性。 n n 它是人类可遗传的变异中最常见的一种。占所有它是人类可遗传的变异中最常见的一种。占所有 已知多态性的已知多态性的90%90%以上。以上。 n n SNPSNP在人类基因组中广泛存在，