《遗传标记与作图ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遗传标记与作图ppt课件（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章遗传标记与基因组作图 第一节基因组多样性 Diversity 1 地球上众多物种的存在以及种内的多态性真细菌古细菌真核生物生命树显示了古细菌 真细菌和真核生物的关系以及真菌 植物和动物的关系 原生动物植物真菌动物 2 种内基因组遗传的多态性尽管在种内或种族内绝大部分的基因组序列是保守的 但所有基因组中都天然存在有多态性区域 可以用来鉴别每个个体 个体遗传物质DNA的多态性个体呈现出多态现象例如人类个体在身高 血型 肤纹等表型DNA多态现象以孟德尔共显性遗传方式传递基因组多态性的类型1 可变数串联重复 variablenumberoftandemrepeat VNTR 多态性Jeffery
2、s 1985年 等用Southern杂交的方法检测到人类基因组中存在一类多态现象 这类多态性主要表现为等位片段 基因 内在的串联重复核苷酸单元的拷贝数不同 从而使得等位片段 基因 的长度呈现多态性 这类多态现象因此被称为可变数串联重复多态 每个特定位点的VNTR由两部分组成 中间的核心区和外围的侧翼区 核心区含有至少一个以上 重复 的短顺序 由于这类多态在结构上与卫星DNA相似 故又可根据重复单元中的核苷酸数目多少 将其分为小卫星DNA和微卫星DNA 2 散在重复的DNA顺序多态性AluI顺序哺乳动物基因组中的散在重复DNA顺序 研究发现人类的AluI顺序也存在多态性 人类 型胶原纤维基因的第
3、8个内含子存在一类种族特异性的AluI顺序 35 的美国黑人1 的高加索人而印第安人 东南亚人中则不含有这种顺序 人类Y染色体中有一类特有的AluI顺序 称为YAP YAlupolymorphism 其在不同人群中存在明显不同的多态分布 3 单核苷酸多态性 singlenucleotidepolymorphism SNP 单核苷酸多态性 主要是指基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA顺序多态性 它是人类可遗传变异中最常见的一种 占所有已知多态性的90 以上 估计人类基因组中有300万个 平均1个SNP 500 1000个碱基 理论上讲 SNP既可能是双等位多态性 也可能是3个或4个等位多
4、态性 但实际上 后两者非常少见 几乎可以忽略 因此 通常所说的SNP都是双等位多态性的 SNP既可存在于基因顺序内 也可存在一基因以外的非编码顺序中 存在于编码顺序中的SNP虽然较少 但其在遗传疾病研究中却具有重要意义 相当一部分SNP直接或间接地与个体间的表型差异 人类对疾病的易感性和抵抗能力有关 因此 对SNP的研究越来越受到人们的关注 含有这种序列 第二节 遗传标记 Geneticmarker 遗传学中通常将可识别的等位基因称为遗传标记 但随着遗传学和基因概念的发展其内涵也发展 除基因标记外遗传标记主要包括 1 形态标记 是指那些能够明确显示遗传多态的外观性状 如株高 粒色等的相对差异2
5、 细胞学标记 是指能够明确显示遗传多态的细胞学特征 如染色体结构上和数量上的遗传多态性等 3 蛋白质标记 非酶蛋白质和酶蛋白质在非酶蛋白质中 用得较多的是种子贮藏蛋白 酶蛋白质主要是同功酶 4 DNA标记 也称DNA多态性标记 DNA分子标记 是DNA水平上遗传多态性的直接反映 这里仅介绍遗传的分子标记中的几种重要的分子标记 1 同工酶标记 同工酶 Isozyme 是一类分子结构不同 功能相似 催化同样的生化反应的酶 同工酶标记是利用编码同工酶的等位基因与同工酶酶谱的相关性及其共显性的特点进行染色体定位和遗传连锁分析 2 DNA分子标记 1 基于DNA DNA杂交的DNA标记RFLP标记 re
6、strictionfragmentlengthpolymorphism DNA某一位点上的变异有可能引起该位点特异性的限制性内切酶识别位点的改变 包括原有位点的消失或出现新的酶切位点 致使酶切片段长度随之发生变化 这种变化引起的多态现象即为限制性片段长度多态性 RFLP 对RFLP的检测主要是用Southern杂交的方法进行 即利用限制酶酶解及凝胶电泳分离不同生物体的DNA分子 然后用经标记的特异DNA探针与之杂交 通过放射自显影或非同位素显色技术来揭示DNA的多态性 图Southern Fig 1ThesouthernanalysisofRFLPmarkerRG214 1Thepolymor
7、phismofRFLPmarkerRG214between2parentsand2bulks 9RFLPanalysisofplantsinF2populationwithRG214 2 基于PCR的DNA标记 RAPD randomamplifiedpolymorphicDNA 标记 随机引物PCR标记 随机扩增多态性DNA 用随机短引物 人工合成的十核苷酸 进行DNA的PCR扩增 所扩增的DNA区段是事先未知的 具有随机性和任意性 因此随机引物PCR标记技术可用于对任何未知基因组的研究 RAPD原理 ISSR Inter simplesequencerepeats 标记 简单序列重复区间扩
8、增多态性 利用基因组中常出现的SSR本身设计引物 无需预先克隆和测序 SSR simplesequencerepeats 标记 简单重复序列多态性 又称微卫星DNA多态性 即由二核苷酸 三核苷酸或四核苷酸串联重复的拷贝数目不等而出现的多态现象 76 STS sequence taggedsite 标记 序列标定位置 染色体上位置已定的 核苷酸序列已知的 且在基因组中只有一份拷贝的DNA短片断 一般长200 500bp STS标记是根据单拷贝的DNA片断两端的序列 设计一对特异引物 经PCR扩增基因组DNA而产生的一段长度为几百bp的特异序列 STS 3 基于PCR与限制性酶切技术结合的DNA标
9、记 AFLP amplifiedfragmentslengthpolymorphism 标记 扩增片段长度多态性 通过对基因组DNA酶切片段的选择性扩增来检测DNA酶切片段长度的多态性 AFLP揭示的DNA多态性是酶切位点和其后的选择性碱基的变异 AFLP原理 CAPS Cleavedamplifiedpolymorphicsequence 标记 是特异引物PCR与限制性酶切相结合而产生的一种DNA标记 当SCAR sequencecharacterizedamplifiedregions 或STS的特异扩增产物的电泳谱带不表现多态性时 一种补救办法就是用限制性内切酶对扩增产物进行酶切 然后再
10、通过琼脂糖或聚丙烯胺凝胶电泳检测其多态性 这种多态性称为CAPS标记 它揭示的是特异PCR产物DNA序列内限制性酶切位点变异的信息 也表现为限制性片段长度的多态性 4 单核苷酸多态性的DNA标记SNP singlenucleotidepolymorphism 标记 单核苷酸多态性 不同个体基因组DNA序列同一位置上的单个核苷酸的差别 其比较的不是DNA的片段长度 而是相同序列长度里的单个碱基的差别 SNP 5 主要类型的DNA分子标记的技术特点比较 第三节人类基因组作图1 人类基因组计划的缘起与1945年日本广岛 长崎的原子弹爆炸有着千丝万缕的关系原子弹爆炸 强烈辐射人群 DNA损伤 死亡诱发
11、病症幸存者无明显病症白血病但基因发生了突变可遗传给后代1984年12月9 13日美国犹他州阿尔他 Alta 美国能源部环境诱变物和致癌物防护国际会议科学家在讨论中提出一个问题 有什么新方法可以非常有效地 直接检出人类基因的突变 有没有新方法可在日本广岛 长崎原子弹爆炸的幸存者及其子女的群体中直接测定基因突变的增加 从理论上计算幸存者后代的基因突变频率比对照人群高3倍实际调查同正常的对照人群中的基因突变频率相差无几于是有科学家提出 只有测定人基因的全序列 通过比较分析以检出所有突变 才能精确地测定突变频率 美国科学家Dulbecco1986年3月 Science HumanGenomeProje
12、ct HGP1990年首先在美国开始实施 中国 1994年国家自然科学基金资助的重大项目 中华民族基因组若干位点基因结构的研究 1999年9月 中国科学院遗传研究所人类基因组中心获准参加HGP 负责测定人类基因组全部序列的1 3号染色体上的3000万个碱基对 夏家辉教授 神经性耳聋的致病基因GJB3克隆 定位于11号染色体 2 人类基因组计划大事记1990年10月 国际人类基因组计划启动 1999年9月 中国获准加入人类基因组计划 1999年12月1日 人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定 2000年4月底 中国科学家完成1 人类基因组的工作框架图 2000年5月8日 由德国和日本等
13、国科学家组成的国际科研小组宣布 他们已基本完成了人体第21对染色体的测序工作 2000年6月26日 六国科学家公布人类基因组工作框架图 2001年2月12日 人类基因组图谱及初步分析结果首次公布 2001年8月26日 中国提前两年完成1 人类基因组测序任务 2003年4月15日 六个国家共同宣布人类基因组序列图完成 美 英 德 日 法 中 3 Theorganizationofthehumangenome 人基因组组构 返回 4 已完成的多种生物基因组测序情况 水稻基因组2002老鼠基因组2002 5 作图策略和方法问题5 1经典的遗传学图谱 主要用来确定生物体的基因在染色体上的排列 只能标明
14、基因之间的相对位置 无法指明基因在染色体上的具体位置 因此无法按图直接克隆分离基因 在人类基因组计划中显然利用价值不大 5 2现代遗传学图谱 其概念是DavidBotstein等于1980年提出来的 当时由于DNA限制性内切酶和连接酶的应用 RFLP成为一种崭新的DNA多态性标记 他们提出来利用RFLP作为标记去构建多态性基因与这些标记连锁关系 进而确定多态性基因的位置 其精髓在于将单纯的表型研究深入到DNA分子的本质上去 即 表型多样性对应于DNA分子的多样性将单纯的表现多态性的界标改变为以DNA序列的多态作为作图界标 这些界标包括 RFLP VNTR和STR等 1 Geneticmappi
15、ngGeneswerethefirstmarkersDNAmarkersBiochemicalmarkers Linkageanalysisisthebasisofgeneticmapping Partiallinkageisexplainedbythebehaviorofchromosomesduringmeiosis Linkageanalysiswithdifferenttypesoforganismfruitfliesandmice withwhichwecancarryoutplannedbreedingexperiments withhuman withwhomwecanmakeu
16、seoffamilyPedigreeswithbacteria conjugation transduction transformation 基于VNTR标记的人系谱分析图 B 基于DNA分子标记的一条人类染色体上的 基因 连锁图 A 2 Physicalmapping 测序策略 Bytheclonecontigapproach 60 建立连续重叠克隆系 overlappingclones 重叠群 Contig 对单个重叠群 采用鸟枪法对其中的克隆逐个进行测序 最后在重叠群内进行拼接 拼接出全长序列 这种方法也称为Top downmapping 自上而下 或由长到短作图 先构建大DNA克隆 100Kb 10000Kb 并把克隆依染色体排列 染色体的克隆图 当把每个克隆测序完成后 就可以拼装出整个染色体的DNA序列 99 注 重叠群 相互间存在重叠顺序的一组克隆 根据重叠顺序的相对位置将各个克隆首尾连接 构成连续顺序图 Bythewhole genomeshotgunmethod 60 直接将基因组DNA随机切成2Kb左右的小片段 BAC克隆 随机末端测序 再以基因组的分子标记为起点进
