什么是遗传图谱和物理图谱

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1、1. 什么是遗传图谱和物理图谱？两者的异同是什么？遗传图谱在基因组研究中的意义何在？答：遗传图谱：某一物种的染色体图谱（也就是我们所知的连锁图谱） ，显示所知的基因和 / 或遗传标记的相对位置， 而不是在每条染色体上特殊的物理位置。 采用遗传学分析方法将基 因或其它 DNA 标记按一定的顺序排列在染色体上，这一方法包括杂交实验，家系分析。标 记间的距离（遗传图距） 用减数分裂中的交换频率来表示， 单位为厘摩 （Centi-Morgan, cM）, 每 单位厘摩定义为 1%交换率。遗传学图谱的解像度（分辨率）低，大约只能达到100 万碱基对（1Mb）的水平。物理图谱：顾名思义，是 DNA 中一些

2、可识别的界标（如限制性酶切位点、基因等）在 DNA 上的物理位置，图距是物理长度单位，如染色体的带区、核苷酸对的数量等。两者异同： 遗传图谱是基于重组频率，物理图谱是基于直接测量的 DNA 结构。 减数分裂重组的频率并不统一沿大多数染色体。有一些热点和冷点在重组和/ 或突变。热点和冷点会导致相当大的格律失真时，遗传图谱和物理地图并排排列时。 遗传图谱表示的是基因或标记间的相对距离，以重组值表示，单位CM 物理图谱表示的是基因或标记间的物理距离，距离的单位为长度单位，如卩m或者碱基对数（bp或kp）等。意义：通过遗传图谱，我们可以大致了解各个基因或DNA片断之间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近

3、着丝粒， 那个更靠近端粒等。 遗传图谱不仅是现阶段定位基因的重要手段， 即 使在人类基因组全物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因组遗传与变异的重要手 段。2. 基因组和转录组有什么对应关系？两者的差异何在？答：对应关系： 基因组是指一种微生物 （包括细菌和病毒） 或其它生物体细胞中的总 DNA 或 RNA（是指逆转录病毒）,包括核DNA，细胞器DNA（动植物线粒体 DNA和植物叶绿体 DNA） 和染色体外遗传成分 （如细菌的质粒 DNA） 。 转录组即一个活细胞所能转录出来的所有 mRNA。研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。从基因组 DNA 转录

4、的基因总和，即转录组，也称味表达谱，是研究细胞表型和功能的 一个重要手段。在生物系统中，基因组是遗传信息的储存体，mRNA转录组）是基因表达的中间体，功能性蛋白质 （蛋白质组 ） 是基因功能的执行体。差异： 基因组是一个十分稳定的体系，同一种系不同个体之间的染色体数目是相同的，各染色 体上有相同数量的基因和基因分布，也有基本相同的核苷酸顺序，即基因组是一个相对 静态的概念，一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基 因组是基本稳定不变的。 转录组和基因组水平不同，转录组是高度动态的，当细胞受到侵犯时，甚至当细胞处于 正常的生理活动如复制，分裂时，基因的转录情况也会变化很大

5、，产生不同的转录组。 mRNA是信使RNA携带着从基因组转录下来的遗传信息，但并不是所有的基因都同时转 录，是受转录因子控制的，而且并非所有基因组序列都能转录。原核生物中非转录成分 较少，基因组序列利用效率较高，真核生物染色体存在大量非转录成分，一个基因转录形成的mRNA稳定性较差，转录的 RNA原始产物要经过切割、修剪、添加、修饰和异构 化形成成熟mRNAtRNA和rRNA，其中内含子在mRNA拼接时被切除掉。通过选择性拼接， 一个基因可以编码多条多肽链。正常的mRNA接发生mRN肋部，而在一些低等生物中还存在着奇怪的反转录 (trans-splicng) 现象，拼接发生在两条 mRNA之间

6、，即两条mRNA 在剪接因子作用下，第一条剪接下来的外显子与另外一条剪接下来的外显子拼接在一 起，编码一个新的多肽。转录组只研究mRNA3. 物理图谱的构建方法主要有哪几种？举例详述一种物理图谱的构建方法。 答：主要包括以下几种： 细胞遗传学图谱(cytoge netic map pi ng),包括荧光标记原位杂交(Fluoresce nt in situhybridization, FISH )将荧光标记的探针与染色体杂交确定分子标记的所在位置。 限制图谱(Restriction mapping )它是将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。 连续的文库图谱或基于克隆的基因组作图(Clo

7、ne-based mapping)根据克隆的DNA片段之间的重叠顺序构建重叠群(Contig),绘制物理连锁图。 顺序标签位点(Sequenee tagged site, STS)作通过PCR或分子杂交将小段 DNA顺 序定位在基因组的 DNA区段中。限制性酶切图谱一小分子 DNA构建方法：用同一种酶进行完全和不完全酶切 完全降解：选择合适的限制性内切酶将待测DNA链(放射性同位素或荧光等标记 )完全降解，降解产物经凝胶电泳分离后进行自显影或发光反应，获得的图谱即为组成该DNA链的酶切片段的数目和大小。例如：某段 DNA 全长 23kb,用 Hpa n 完全降解产生 7kb、5.7kb、4.3

8、kb、3.8kb、2.2kb 五个大小不等的片段，。不难推测该 DNA上有四个Hpan切口 ,但切口的位置和这五个片段在完整DNA中的排列顺序此时尚无法知道。(2)部分降解(Partial digestion):以末端标记使待测DNA的一条链带上示踪同位素或荧光染料，然后用上述相同酶对该 DNA链部分降解，即通过控制反应条件使 DNA链上该 酶的切口随机断裂，而避免所有切口断裂的完全降解发生。部分酶解得到的产物同样进 行电泳分离及自显影。比较上述二步的自显影图谱，根据片段大小及彼此间的差异即可排出酶切片段在DNA链上的位置。由于各切口随机断裂，产生的片段数显然会多于完全 降解产物，有些产物上仍

9、然有1个或几个酶切位点。因为在待测DNA左端有标记，只有带标记的片段才有可能被荧光检测或进行放射自显影，其他酶切片段不能被检测。因此，电泳后的自显影图上只可能出现末端标记的DNA片段。23 kb!Ii 5/7kb ,2.2 kb|_Z2*_I43kb .若自显影图上将呈现 2.2kb、9.2kb、13kb、和17.3kb四条带，其中最小片段（2.2kb）,与完 全降解产物为同一片段，它应定位于该 DNA链的左端；而最大片段（17.3kb）与完整基因（23kb）之差为5.7kb，因此该5.7kb片段无疑应定位于该DNA链的右端；余下的三个片段（7、4.3和3.8kp）的定位，根据部分酶解的相邻片

10、段之差很易确定。据此推出的这五个片段在该DNA链上的排列顺序是（左t右）：2.2-7-3.8-4.3-5.7。物理图谱与 DNA测序的原理颇为相似，二者是通过片段长度来推测位置，所不同的是测序确定核苷酸（碱基）的位置， 而此处是确定某个片段的位置。23 2.2 I 7i 3.8 丨 4.3 丨 5.7 kb f2.2 kb -j9.2 kbii113 kb-i11173 kbi114. 你认为细菌，多细胞动物、大型动物分别应采用什么样的测序策略？答： 细菌：鸟枪法。细菌的基因组相对较小，要对其进行全基因组测序应利用全基因组鸟枪测序法。全基因组鸟枪测序法是直接将全基因组随机打断成小片段DNA构建

11、质粒文库，然后对质粒两端进行随机测序。 多细胞动物：鸟枪法（例如果蝇）把基因组直接打碎成3kb左右的小片段，做成质粒文库，测序并拼接。研究者将果蝇的基因组随机地切成小片，然后测定每一个DNA小片段的核苷酸序列，他们称这些小片段是“测序工厂”。测定这些小片段仅化了4个月时间。他们用计算机来检测重叠序列，从而测定片段之间的顺序。最后 ，将这些小片段再拼接在一起，装配起整个基因组。在拼接之前，须在DNA全长中避开重复序列，才能稳保成功。 大型动物：采用图位法和鸟枪法，大型动物的基因组很大，所以对其测序先采用基因组序列测定的传统方法-基于BAC勺方法，得到BA（文库后，选择其中一些进行鸟枪法测序，首先

12、：有一个根据目的基因的有无建立起来的遗传分离群体，如F2、DH BC RI等。二是开展以下几项工作：1）首先找到与目标基因紧密连锁的分子标记；2）用遗传作图和物理作图将目标基因定位在染色体的特定位置；3）构建含有大插入片段的基因组文库 （BAC或YAC库）;4）以与目标基因连锁的分子标记为探针筛选基因组文库；5）用获得阳性克隆构建目的基因区域的跨叠群；6）通过染色体步行、登陆或跳跃获得台有目标基因的大片段克隆；7）通过亚克隆获得带有目的基因的小片段克隆；8）将 P1, YAC Clone 进行 mapping9）用鸟枪法法对 P1, YAC Clone 进行测序。10）用计算机进行序列结合、编

13、辑5. 有一大型海洋经济动物，对其遗传背景了解极少，你认为对其基因组学研究应该如何制 定研究计划。答：应该对其结构基因组和功能基因组进行研究 一、结构基因组的研究包括构建四张图谱： 遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基因图谱 遗传图谱： 它是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”，以遗传学距离为图距的基因组图。遗传图谱的绘制需要应用多态性标志， 对于海洋经济生物可以利用微卫星标志绘制图谱。 现 初步的了解该中海洋生物基因组中基因的定位，利于以后的基因分离和研究。 物理图谱： 是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。 这一部可以确定该种海洋生物

14、基因组中有关基因的遗传信 息及其在每条染色体上的相对位置。用部分酶解法测定 DNA物理图谱：（1）完全降解：选择合适的限制性内切酶将待测DNA链（已经标记放射性同位素 ）完全降解，降解产物经凝胶电泳分离后进行自显影，获得的图谱即为 组成该DNA链的酶切片段的数目和大小。（2）部分降解：以末端标记使待测 DNA的一条链带上示踪同位素然后用上述相同酶部分降解该DNA链，即通过控制反应条件使 DNA链上该酶的切口随机断裂， 而避免所有切口断裂的完全降解发生。 部分酶解产物同样进行电泳分离及自 显影。比较上述二步的自显影图谱，根据片段大小及彼此间的差异即可排出酶切片段在DNA链上的位置。 序列图谱：

15、主要是测定该种生物基因上核苷酸的排列顺序。 由于海洋生物的基因组较大，采用逐个克隆法较好，对连续克隆系中排定的 BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装。再利用计算机信息处理系统分析所得到的序列。 基因图谱： 确定每一个基因，研究它的结构、特性和功能。最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置，最终确定基因上的开放阅读框架。二 对功能基因组的研究计划如下：1构建基因文库或 cDNA文库从该种海洋生物的功能基因组出发，构建特定部位组织的 cDNA提取组织的基因组 DNA用特定的限制性酶切， 利用琼脂糖凝胶电泳回收一定长度的合适的片断， 与经过酶切的并去磷酸化的pUC质粒进行连接重组，将重组体转到大肠杆菌的感受态中，利用菌落的蓝白斑指示筛选阳性克隆，建立该种海洋动物的部分基因组文库。2 重组克隆的进一步筛选采用质粒的通用引物对质粒插入片断进行PCR检测，进一步确认每个克隆的插入片断的大小。将经PCR佥测确认后的克隆再次进行DNA序列测定。3 功能基因的筛选利用功能基因表达克隆(Function cloning )的方法，将cDNA表达文库