遺傳圖構(gòu)建原理

遺傳圖構(gòu)建原理

人類基因組計(jì)劃遺傳圖序列圖轉(zhuǎn)錄圖物理圖第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

第3頁,共40頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)基因組的研究策略第4頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

由此可知：遺傳圖的繪制是人類基因組研究的第一步。第5頁,共40頁，2024年2月25日，星期天遺傳圖什么是遺傳圖？怎樣構(gòu)建遺傳圖（即遺傳圖的構(gòu)建原理）？遺傳圖的發(fā)展歷史？構(gòu)建遺傳圖的功能、意義？第6頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、遺傳圖譜的相關(guān)定義遺傳圖（geneticmap）：又稱為連鎖圖（linkagemap），是指基因或DNA標(biāo)志在染色體上的相對位置與遺傳距離，后者通常以基因或DNA片段在染色體交換過程中的分離頻率厘摩（圖距單位：cM）來表示，cM值越大，兩者之間距離越遠(yuǎn)。遺傳距離：減數(shù)分裂時(shí)兩個(gè)基因間重組值為1%=連鎖圖中兩個(gè)基因間圖距1厘摩

1cM大約相當(dāng)于1×106個(gè)核苷酸對（1Mb）.第7頁,共40頁，2024年2月25日，星期天一、遺傳圖譜的相關(guān)定義遺傳標(biāo)記：遺傳標(biāo)記是遺傳物質(zhì)的特殊的易于識別的表現(xiàn)形式,可以是任何一種呈現(xiàn)孟德爾遺傳的性狀或物質(zhì)形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多肽標(biāo)記等，確定其在基因組中的位置后，可作為參照標(biāo)記用于遺傳重組分析，研究基因遺傳和變異的規(guī)律。目前,遺傳標(biāo)記主要分4大類:①形態(tài)學(xué)標(biāo)記主要指可以觀察到的一些性狀,如種皮顏色、抗病性反應(yīng)、株高等。②細(xì)胞學(xué)標(biāo)記主要包括核型分析、染色體分帶和原位雜交技術(shù)、利用非整體進(jìn)行遺傳操作進(jìn)而基因定位等。③生化標(biāo)記主要是同工酶及種子貯藏蛋白,有時(shí)又稱做蛋白質(zhì)標(biāo)記或當(dāng)做一種分子標(biāo)記。④分子標(biāo)記主要指在DNA水平上的標(biāo)記。第8頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

任何一類圖譜都有可識別的標(biāo)記。遺傳圖譜的標(biāo)記是什么呢？標(biāo)記1標(biāo)記2標(biāo)記3染色體上的基因和DNA序列均可作為路標(biāo),路標(biāo)具有物理屬性,他們由特定的DNA順序組成.路標(biāo)位于染色體上的位置是固定的,不會(huì)更改的,因而提供了作圖的依據(jù)第9頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

第10頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

遺傳作圖的常用標(biāo)記第11頁,共40頁，2024年2月25日，星期天1.基因是首先被使用的標(biāo)記在經(jīng)典遺傳學(xué)中，研究一種性狀的遺傳必須要求同一性狀至少2種不同的存在形式或稱表型。起初只有那些能通過視覺區(qū)分的基因表型用于研究。最初的遺傳圖譜是在20世紀(jì)初針對果蠅等生物使用基因作為標(biāo)記構(gòu)建的。第12頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2.DNA標(biāo)記基因之外的作圖工具統(tǒng)稱為DNA標(biāo)記。有三種類型的DNA序列特征可以滿足這一要求：1.限制性片段長度多態(tài)性（restrictionfragmentlengthpolymorphisms,RFLP）2.簡短串聯(lián)重復(fù)(shorttandemrepeats,STR)3.單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphisms,SNP）第13頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

二、遺傳圖構(gòu)建理論第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

遺傳作圖(Geneticmapping)即遺傳圖譜的構(gòu)建。它是利用遺傳學(xué)的原理和方法，構(gòu)建能反映基因組中遺傳標(biāo)記之間遺傳關(guān)系的圖譜。第15頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

孟德爾遺傳定律：等位基因隨機(jī)分離如果親本的等位基因是A和a，那么F1代的成員得到A或a的概率相等。非等位基因自由組合基因A的等位基因遺傳與基因B的等位基因遺傳相互獨(dú)立。第16頁,共40頁，2024年2月25日，星期天連鎖與部分連鎖：20世紀(jì)初遺傳學(xué)家認(rèn)識到基因位于染色體上，同一染色體上的兩個(gè)基因理論上應(yīng)該共同傳遞給下一代。但事實(shí)上同一染色體上的完全連鎖的想象只有極少數(shù)。大多數(shù)的基因是部分連鎖的。摩爾根用減數(shù)分裂時(shí)染色體的行為解釋了同一染色體上的基因部分連鎖的現(xiàn)象。第17頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

部分連鎖的原因是基因之間發(fā)生了交換第18頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2.1遺傳作圖的方法從摩爾根時(shí)代開始，連鎖（linkage）分析便成為遺傳分析的重要手段，更是遺傳作圖的基礎(chǔ)。遺傳標(biāo)記之間的遺傳關(guān)系主要是通過連鎖關(guān)系來反映。而連鎖關(guān)系是通過重組率來反映的。重組型數(shù)目重組率(RF)=————————

總數(shù)目第19頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

第20頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

遺傳作圖的理論基礎(chǔ)：假設(shè)交換是隨機(jī)發(fā)生的，一對并列的染色單體上任何兩點(diǎn)發(fā)生交換的機(jī)會(huì)是均等的；兩個(gè)彼此靠近的基因之間因交換而分離的的幾率要比互相遠(yuǎn)離的2個(gè)基因之間發(fā)生分離的幾率要小。因此重組率可以成為測量兩個(gè)基因之間相對距離的尺度。計(jì)算出不同基因間的重組率，就可以構(gòu)建出顯示基因在染色體上相對位置的圖。第21頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、怎樣構(gòu)建遺傳圖步驟：1.選用合適的遺傳標(biāo)記2.測定群體中不同個(gè)體的遺傳標(biāo)記3.對遺傳標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行連鎖分析，構(gòu)建連鎖圖第22頁,共40頁，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)遺傳圖中的遺傳標(biāo)記主要是形態(tài)學(xué)標(biāo)記。形態(tài)學(xué)標(biāo)記的數(shù)量不多，但利用形態(tài)學(xué)標(biāo)記作圖的時(shí)間很長，在二十世的前八十年主要是利用形態(tài)學(xué)標(biāo)記作圖。

2.1傳統(tǒng)遺傳圖第23頁,共40頁，2024年2月25日，星期天果蠅的突變體:第24頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

第25頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2.2分子遺傳圖要構(gòu)建分子遺傳圖譜首先要根據(jù)遺傳材料選擇合適的作圖群體，再應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)對基因型進(jìn)行標(biāo)記分析，確定標(biāo)記間的連鎖關(guān)系。第26頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2.2分子遺傳圖其構(gòu)建步驟：主要包括構(gòu)建合適的遺傳群體，包括親本的選擇，分離群體類型的選擇及群體大小的確定等；利用合適的分子標(biāo)記進(jìn)行分析；利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖譜構(gòu)建，建立標(biāo)記間的連鎖排序和遺傳距離；利用計(jì)算機(jī)軟件繪出遺傳圖譜這幾個(gè)部分.第27頁,共40頁，2024年2月25日，星期天不同模式生物的連鎖分析方法有性雜交實(shí)驗(yàn)：可進(jìn)行遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的材料，如老鼠、果蠅、水稻等。譜系分析：不能進(jìn)行遺傳實(shí)驗(yàn)的材料，如人類、多年生樹木。DNA轉(zhuǎn)移：不發(fā)生減數(shù)分裂的生物，如細(xì)菌、酵母。第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天有性雜交實(shí)驗(yàn)有性雜交實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法——測交分析（testcross)一個(gè)親本為雙雜合子，另一個(gè)親本為雙純合子。所以測交便于分析子代個(gè)體基因型的分離比。AB/ab×ab/abABAbabababababaBF1基因型ABabAbabaBabababABAbaBab表型第29頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

兩點(diǎn)雜交確定兩個(gè)位點(diǎn)是否連鎖。多點(diǎn)雜交確定多個(gè)位點(diǎn)的相對位置與排序。第30頁,共40頁，2024年2月25日，星期天遺傳圖繪制-分子標(biāo)記的等位型式第31頁,共40頁，2024年2月25日，星期天遺傳圖繪制-F2基因型分析第32頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

數(shù)據(jù)庫的建立:

把基因型重組的結(jié)果數(shù)字化，

按作圖的要求，整理數(shù)據(jù)，

建立計(jì)算機(jī)文件。第33頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

準(zhǔn)備資料（preparedata）：如果是F2群體的資料，閱讀資料后，屏幕上將出現(xiàn)：

datatypef2intercross1463620symbols1=A2=H3=B0=-

（個(gè)體數(shù)座位數(shù)QT數(shù)）其中：

1=A—親本A的純合基因型（aa）

2=H—雜合基因型（ab）

3=B—親本B的純合基因型（bb）

4=C—非親本A純合基因型（ab，bb）

5=D—非親本B純合基因型（aa，ab）

0=-—缺資料第34頁,共40頁，2024年2月25日，星期天分群（group）：

通過兩點(diǎn)分析，計(jì)算各座位之間的連鎖關(guān)系，并把基因座位劃分為若干個(gè)連鎖群。屏幕上將出現(xiàn)：

group1：141235…group2：271842……

通過設(shè)置LOD值，可以改變連鎖群的數(shù)目。LOD值增大，連鎖群的數(shù)目也會(huì)增大。LOD值>3.0時(shí)，其分群的可靠性較大。當(dāng)座位數(shù)足夠大時(shí)，連鎖群的數(shù)目與單倍體的染色體數(shù)目相同。

第35頁,共40頁，2024年2月25日，星期天

排序（sequence）：通過多點(diǎn)分析，可以計(jì)算出在同一連鎖群內(nèi)不同排列順序下，各座位之間的距離和連鎖群的總長度。比較（compare）：通過比較同一連鎖群內(nèi)不同排列順序的作圖結(jié)果，找出log-likelihood（對數(shù)似然值）為最大的排列方式為最合理的排列方式。第36頁,共40頁，2024年2月25日，星期天作圖（map）：顯示最后的作圖結(jié)果。第37頁,共40頁，2024年2月25日，星期天三、遺傳圖的發(fā)展歷程由于遺傳理論和檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步，帶來了遺傳圖的演變和發(fā)展。

1、自1980年第1次提出采用限制性片段長度多態(tài)性(restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)繪制連鎖圖。

2、第2代簡短串聯(lián)重復(fù)(shorttandemrepeats,STR)連鎖圖。

3、第3代單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)連鎖圖。目前,除了單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)的開發(fā)仍在進(jìn)行之外,遺傳圖的繪制工作可以說已經(jīng)完成。這標(biāo)志著遺傳圖已全面進(jìn)入應(yīng)用階段