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1、第十一章 遗传作图,本章主要内容：第一节 遗传作图基本概念 第二节 遗传作图的分子标记 第三节 遗传作图的方法,第一节 遗传作图基本概念,1. 遗传作图定义采用遗传学分析方法将基因或其他DNA顺序标定在染色体上构建连锁图。2. 遗传作图的基本原理随机的染色体上两个任意基因座越远，它们越容易被染色体断裂所分离。,3.遗传图距的单位厘摩（cM）:每单位厘摩为1交换率。交换率或交换值或重组频率=减数分裂的重组产物/减数分裂的总产物4.遗传作图的主要方法杂交实验、 家系分析,第二节 遗传作图标记,基因标记孟德尔 肉眼 豌豆植株高矮、豌豆颜色等摩尔根 显微镜、肉眼 果蝇躯体颜色、翅膀形状等生化表型细菌、
2、酵母遗传学研究；人类中如血型系列（ABO）分析、血清蛋白和免疫蛋白,基因标记的缺点 高等生物，如 脊椎动物和显花植物等，可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及多基因； 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，纯粹用基因作为标记将在遗传图谱中留下大片的无标记区段； 只有部分基因其等位基因成员可以通过常规试验予以区分，因而产生的遗传图是不完整的，必需寻找其他有效的标记；,2. DNA分子标记2.1 DNA 分子标记作图的优点:不以表型为参照直接检测个体基因型组成具有共显性的特点,2.2 分子标记用于基因定位的发展史,基因定位最早采用的方法就是连锁分析。通过基因与DNA标记之间的重组率来估计基因的位
3、置。可用于连锁分析的DNA标志是基因定位的基础，DNA标记越多，杂合性越强，基因定位就越方便。DNA标记的选择经历了从RFLP-STRSNP等发展过程。,PIC(polymorphic formation content):某一标记在群体中出现多态性的频率。,183个RFLP, 多态性不够高，杂合性（PIC）平均达 到 0 .3而且在染色体上分布不均匀，难以将一些罕 见的基因进行定位；对多基因病的定位也难以奏效,STR位点已经达到8000个，平均 100kb200kb有 一个 STR位点，杂合性（PIC）平均达到 0 .7, 这已经使得连锁分析的功能发挥到了极限。,SNP位点已经达到数十万个，
4、平均 1000bp有 一个 ，估计1700万个(40个人筛选结果）。,(短串联重复序列,STRs ,short tendem repeats),2.3 分子标记 RFLP(restriction fragment length polymorphisms,限制性片段长度多态性),用同一限制性内切酶消化DNA时，在同种生物的不同个体中会出现不同长度的限制性片段类型，此称为限制性片段长度多态性（RFLP）,检测方法,1.核酸杂交,2.PCR法,RFLP的特征: 处于染色体上的位置相对固定; 同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变; 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段,具有共显性特点;,SSL
5、Ps(Simple sequence length polymorphisms,简单序列长度多态性) SSLP 产生重复序列的可变排列,同一位点重复次数不同,表现DNA序列长度变化; 与RFLP 不同,具有多等位性; 小卫星(minisatellite)和微卫星(microsatellite)序列都可用于遗传作图,但微卫星更普遍;,检测方法,SNP(single nucleotide polymorphisms,单核苷酸多态性) 1996年，Lander报道了SNP，制备第三代遗传连锁图的遗传标记。 基因组中单个核苷酸的突变称为点突变; 理论上每个单核苷酸位置最多只有4种形式,但某些群体特定的
6、单核苷酸位置只有2个或3个SNP,这些位点称为双等位或三等位; 在基因组编码顺序中，SNP 大多位于密码子的摇摆位置，表现为基因沉默而被大量保留下来; 大多数SNP所在的位置不能被限制酶识别，必须采取测序或寡核苷酸杂交检测; SNP 在基因组中的数量极大.二倍体细胞中每个SNP最多只有2种等位型;,http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/index.html,核苷酸杂交：DNA芯片动态等位基因特异的杂交,第三节 遗传作图的方法,遗传学简介等位基因随机分离定律独立遗传定律完全连锁不完全连锁不完全显性共显性,如何进行遗传作图？,孟德尔第一定律等位基因随机分离(The Law
7、of Segregation),A,A,a,a,A,a,F1,Parents,F2,A,A,a,a,A,a,1:2:1,A:a=1:1,孟德尔第二定律独立分配定律(the law of independent assortment),F1,Parents,F2,如何进行遗传作图？,AaBb,AB Ab aB ab25% 25% 25% 25%,AB(25%) Ab(25%) aB(25%) Ab(25%),AABB AABb AaBB AaBb AABb AAbb AaBb Aabb AaBB AaBb aaBB aaBb AaBb Aabb aaBb aabb,A:a=1:1 B:b=1:1
8、,连锁遗传定律,F1,Parents,F2,如何进行遗传作图？,AaBb,AB Ab* aB* ab 50% 0% 0% 50%,AB(50%) Ab(0%) aB(0%) Ab(50%),AABB - - AaBb- - - - - - - AaBb - - aabb,a,a,b,b,* 完全连锁,AB Ab aB ab(25) (25) (25) (25)(50) (0) (0) (50)(48) (2) (2) (48),配子类型 (%),独立遗传 孟德尔第二定律完全连锁不完全连锁 连锁遗传定律,根据重组率计算遗传距离,2. 连锁分析 连锁发生的时期减数分裂期,同源染色体复制后不分离双价
9、体重组重组(recombination)或交换(crossing-over):在双价体中,并列的同源染色体臂发生机械断裂,彼此交换DNA区段,这一过程被称为交换或重组.,连锁基因之间的交换,重组率绘制遗传图重组率为测量基因之间相对距离的尺度.,遗传图的偏离 近端粒区和远着丝粒区有较高的重组率;如老鼠主要组织兼容性复合座位(major histocompatibility complex,MHC)含有一组控制免疫反应的基因，其中一个区段的重组率高于平均数数百倍.重组热点(recombination hot spot):染色体的某些位点之间比其他位点之间有更高的交换率., 性别之间也会表现重组率的
10、差异 同一染色体发生多起交换的现象,3. 不同模式生物的连锁分析连锁分析的三大范畴: 有性杂交实验 系谱分析 DNA转移,3.1 杂交实验的连锁分析杂交实验的连锁分析的程序:选择已知基因型的亲本 设计杂交方案 获得交配的子代 分析其表型及基因型,两点杂交,多点杂交,RFLP连锁图 RFLP 作图的程序与经典遗传作图类似,只是统计性状改为DNA 分子标记;程序：选择已知基因型的亲本 设计杂交方案 获得交配的子代 分析其DNA分子标记, 共分离: 在有性繁殖的后代,假如基因附近有一紧密连锁的分子标记,在细胞减数分裂时分子标记与基因之间由于相距太近很少有机会发生交换，那么这种分子标记与连锁的基因有最
11、大的可能同时出现在同一个个体中，这种现象被称为共分离. 图位克隆:从分子标记连锁图中找到与靶基因位于同一连锁群的分子标记,然后再从同一连锁群的分子标记中检测与靶基因接近的分子标记,依次渐进,直至获得最接近基因座的标记为止.,3.2 系谱分析作图 人类样品有限，借助统计学方法对获得的数据进行可信度检验，常用的程度为lod 值评价。lod值是基因连锁可能性的对数，用于初步研究的2个基因是否位于同一条染色体上，或者说可以回答2个基因是否连锁。,3.3 细菌遗传作图细菌遗传作图面临的困难: 细菌是单倍体 细菌不发生减数分裂,细菌遗传作图的三种方法: 感染(transduction,转导):以噬菌体为媒
12、介，将长度可达50Kb的DNA片段从供体细胞转移到受体细胞。 转化(transformation)：供体细胞释放的一段DNA（通常小于50Kb）,经受体细胞摄取后整合到基因组中，可借助抗性培养基筛选重组克隆。, 接合转移：两个细菌机械接触，其中一细菌（供体）将DNA转移到另一细菌中。转移的DNA 可以是供体细胞染色体的一段拷贝，亦可是整个染色体，长度可达1Mb;转移的DNA也可是质粒，即附加体转移（episome transfer）.而且供体DNA分子转移后，必须与受体细胞DNA 发生双交换才能整合到受体细胞染色体中，如果不发生双交换，转移的DNA将随受体细胞分裂而丢失，除质粒附加体转移例外。
13、细菌遗传作图中采用的都是生化标记，显性或野生型具有生化特性（如合成色氨酸），隐性表型是可以互补的性状（如不能合成色氨酸），从而检测转移DNA是否进入受体细胞。,4. 对数量性状作图,QTL定位理论： 早在1923 年, Sax就对菜豆种子的大小(数量性状) 与种皮色素(离散的单基因性状) 之间的遗传关联进行了研究； Thoday首次提出利用两个单基因标记对控制数量性状的多基因进行系统定位的构想, 认为当标记位于要定位的基因两侧时, 标记和要定位基因之间的共分离基因型易于鉴别, 定位也更准确,因而主张应首先筛选这样的标记； 数量性状基因座(quantitative trait loci ,简称QTL) 定位的理论,即分析标记基因型和数量性状值之间的连锁； QTL定位的群体: 单交组合产生后代F2、F3、F4；回交群体BC；重组自交系群体（Recombinant inbred lines，RILs）；加倍单倍体（Double haploid lines，DH） QTL 定位方法：单一标记分析法、区间作图法、复合区间作图法、混合显性模型的分析方法,5. 作图实例,本章要点：遗传作图 遗传作图的方法 PIC SSLP SNP 共分离 图位克隆 转化、转导、结合转移 思考如何将一种分子标记(如RFLP)标记在连锁遗传图上?,
