第十一章遺傳作圖課件

第十一章遺傳作圖本章主要內(nèi)容:第一節(jié)遺傳作圖基本概念第二節(jié)遺傳作圖的分子標(biāo)記第三節(jié)遺傳作圖的方法第一節(jié)遺傳作圖基本概念1.遺傳作圖定義采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。2.遺傳作圖的基本原理隨機(jī)的染色體上兩個(gè)任意基因座越遠(yuǎn),它們越容易被染色體斷裂所分離。3.遺傳圖距的單位厘摩（cM）:每單位厘摩為1％交換率。交換率或交換值或重組頻率=

減數(shù)分裂的重組產(chǎn)物/減數(shù)分裂的總產(chǎn)物4.遺傳作圖的主要方法雜交實(shí)驗(yàn)、家系分析第二節(jié)遺傳作圖標(biāo)記基因標(biāo)記孟德爾—肉眼→豌豆植株高矮、豌豆顏色等摩爾根—顯微鏡、肉眼→果蠅軀體顏色、翅膀形狀等生化表型→細(xì)菌、酵母遺傳學(xué)研究；人類中如血型系列（ABO）分析、血清蛋白和免疫蛋白

基因標(biāo)記的缺點(diǎn)高等生物,如脊椎動物和顯花植物等,可用作標(biāo)記的基因十分有限,許多性狀都涉及多基因；高等生物基因組中存在大量的基因間隔區(qū),純粹用基因作為標(biāo)記將在遺傳圖譜中留下大片的無標(biāo)記區(qū)段；只有部分基因其等位基因成員可以通過常規(guī)試驗(yàn)予以區(qū)分,因而產(chǎn)生的遺傳圖是不完整的,必需尋找其他有效的標(biāo)記；183個(gè)RFLP,多態(tài)性不夠高,雜合性（PIC）平均達(dá)到0.3而且在染色體上分布不均勻,難以將一些罕見的基因進(jìn)行定位；對多基因病的定位也難以奏效,STR位點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到8000個(gè),平均100kb－200kb有一個(gè)STR位點(diǎn),雜合性（PIC）平均達(dá)到0.7,這已經(jīng)使得連鎖分析的功能發(fā)揮到了極限。SNP位點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到數(shù)十萬個(gè),平均1000bp有一個(gè),估計(jì)1700萬個(gè)(40個(gè)人篩選結(jié)果）。(短串聯(lián)重復(fù)序列,STRs,shorttendemrepeats)2.3分子標(biāo)記RFLP(restrictionfragmentlengthpolymorphisms,限制性片段長度多態(tài)性)用同一限制性內(nèi)切酶消化DNA時(shí),在同種生物的不同個(gè)體中會出現(xiàn)不同長度的限制性片段類型,此稱為限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）檢測方法1.核酸雜交2.PCR法RFLP的特征:?處于染色體上的位置相對固定;?同一親本及其子代相同位點(diǎn)上的多態(tài)性片段特征不變;?同一凝膠電泳可顯示不同多態(tài)性片段,具有共顯性特點(diǎn);SSLPs(Simplesequencelengthpolymorphisms,簡單序列長度多態(tài)性)

?SSLP產(chǎn)生重復(fù)序列的可變排列,同一位點(diǎn)重復(fù)次數(shù)不同,表現(xiàn)DNA序列長度變化;

?與RFLP不同,具有多等位性;

?小衛(wèi)星(minisatellite)和微衛(wèi)星(microsatellite)序列都可用于遺傳作圖,但微衛(wèi)星更普遍;檢測方法SNP(singlenucleotidepolymorphisms,單核苷酸多態(tài)性)1996年,Lander報(bào)道了SNP,制備第三代遺傳連鎖圖的遺傳標(biāo)記。?基因組中單個(gè)核苷酸的突變稱為點(diǎn)突變;?理論上每個(gè)單核苷酸位置最多只有4種形式,但某些群體特定的單核苷酸位置只有2個(gè)或3個(gè)SNP,這些位點(diǎn)稱為雙等位或三等位;?在基因組編碼順序中,SNP大多位于密碼子的搖擺位置,表現(xiàn)為基因沉默而被大量保留下來;?大多數(shù)SNP所在的位置不能被限制酶識別,必須采取測序或寡核苷酸雜交檢測;?SNP在基因組中的數(shù)量極大.二倍體細(xì)胞中每個(gè)SNP最多只有2種等位型;/SNP/index.html核苷酸雜交:DNA芯片動態(tài)等位基因特異的雜交第三節(jié)遺傳作圖的方法遺傳學(xué)簡介

等位基因隨機(jī)分離定律獨(dú)立遺傳定律完全連鎖不完全連鎖不完全顯性共顯性如何進(jìn)行遺傳作圖？孟德爾第一定律等位基因隨機(jī)分離(TheLawofSegregation)♀♂×AAaaAaF1ParentsF2AAaaAa1:2:1A:a=1:1孟德爾第二定律獨(dú)立分配定律(thelawofindependentassortment)♀♂×F1ParentsF2如何進(jìn)行遺傳作圖？AaBbABAbaBab25%25%25%25%AB(25%)Ab(25%)aB(25%)Ab(25%)AABBAABbAaBBAaBbAABbAAbbAaBbAabbAaBBAaBbaaBBaaBbAaBbAabbaaBbaabbA:a=1:1B:b=1:1AABBaabb連鎖遺傳定律♀♂×F1ParentsF2如何進(jìn)行遺傳作圖？AaBbABAb*aB*ab50%0%0%50%AB(50%)Ab(0%)aB(0%)Ab(50%)AABB--AaBb--------AaBb--aabbAABBaabb*完全連鎖ABAbaBab(25)(25)(25)(25)(50)(0)(0)(50)

(48)(2)(2)(48)配子類型(%)獨(dú)立遺傳孟德爾第二定律完全連鎖不完全連鎖連鎖遺傳定律根據(jù)重組率計(jì)算遺傳距離2.連鎖分析連鎖發(fā)生的時(shí)期減數(shù)分裂Ⅰ期,同源染色體復(fù)制后不分離→雙價(jià)體→重組重組(recombination)或交換(crossing-over):在雙價(jià)體中,并列的同源染色體臂發(fā)生機(jī)械斷裂,彼此交換DNA區(qū)段,這一過程被稱為交換或重組.連鎖基因之間的交換重組率繪制遺傳圖重組率為測量基因之間相對距離的尺度.遺傳圖的偏離?近端粒區(qū)和遠(yuǎn)著絲粒區(qū)有較高的重組率;如老鼠主要組織兼容性復(fù)合座位(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)含有一組控制免疫反應(yīng)的基因,其中一個(gè)區(qū)段的重組率高于平均數(shù)數(shù)百倍.重組熱點(diǎn)(recombinationhotspot):染色體的某些位點(diǎn)之間比其他位點(diǎn)之間有更高的交換率.?性別之間也會表現(xiàn)重組率的差異?同一染色體發(fā)生多起交換的現(xiàn)象3.不同模式生物的連鎖分析連鎖分析的三大范疇:?有性雜交實(shí)驗(yàn)?系譜分析?DNA轉(zhuǎn)移3.1雜交實(shí)驗(yàn)的連鎖分析雜交實(shí)驗(yàn)的連鎖分析的程序:

選擇已知基因型的親本→設(shè)計(jì)雜交方案→獲得交配的子代→分析其表型及基因型兩點(diǎn)雜交多點(diǎn)雜交RFLP連鎖圖?RFLP作圖的程序

與經(jīng)典遺傳作圖類似,只是統(tǒng)計(jì)性狀改為DNA分子標(biāo)記;

程序:選擇已知基因型的親本→設(shè)計(jì)雜交方案→獲得交配的子代→分析其DNA分子標(biāo)記?共分離:在有性繁殖的后代,假如基因附近有一緊密連鎖的分子標(biāo)記,在細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)分子標(biāo)記與基因之間由于相距太近很少有機(jī)會發(fā)生交換,那么這種分子標(biāo)記與連鎖的基因有最大的可能同時(shí)出現(xiàn)在同一個(gè)個(gè)體中,這種現(xiàn)象被稱為共分離.?圖位克隆:從分子標(biāo)記連鎖圖中找到與靶基因位于同一連鎖群的分子標(biāo)記,然后再從同一連鎖群的分子標(biāo)記中檢測與靶基因接近的分子標(biāo)記,依次漸進(jìn),直至獲得最接近基因座的標(biāo)記為止.3.2系譜分析作圖人類樣品有限,借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行可信度檢驗(yàn),常用的程度為lod值評價(jià)。lod值是基因連鎖可能性的對數(shù),用于初步研究的2個(gè)基因是否位于同一條染色體上,或者說可以回答2個(gè)基因是否連鎖。3.3細(xì)菌遺傳作圖細(xì)菌遺傳作圖面臨的困難:

?細(xì)菌是單倍體

?細(xì)菌不發(fā)生減數(shù)分裂

細(xì)菌遺傳作圖的三種方法:?感染(transduction,轉(zhuǎn)導(dǎo)):以噬菌體為媒介，將長度可達(dá)50Kb的DNA片段從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞。?轉(zhuǎn)化(transformation):供體細(xì)胞釋放的一段DNA（通常小于50Kb）,經(jīng)受體細(xì)胞攝取后整合到基因組中，可借助抗性培養(yǎng)基篩選重組克隆。

?接合轉(zhuǎn)移:兩個(gè)細(xì)菌機(jī)械接觸，其中一細(xì)菌（供體）將DNA轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌中。轉(zhuǎn)移的DNA可以是供體細(xì)胞染色體的一段拷貝，亦可是整個(gè)染色體，長度可達(dá)1Mb;轉(zhuǎn)移的DNA也可是質(zhì)粒，即附加體轉(zhuǎn)移（episometransfer）.而且供體DNA分子轉(zhuǎn)移后，必須與受體細(xì)胞DNA發(fā)生雙交換才能整合到受體細(xì)胞染色體中，如果不發(fā)生雙交換，轉(zhuǎn)移的DNA將隨受體細(xì)胞分裂而丟失，除質(zhì)粒附加體轉(zhuǎn)移例外。細(xì)菌遺傳作圖中采用的都是生化標(biāo)記，顯性或野生型具有生化特性（如合成色氨酸），隱性表型是可以互補(bǔ)的性狀（如不能合成色氨酸），從而檢測轉(zhuǎn)移DNA是否進(jìn)入受體細(xì)胞。4.對數(shù)量性狀作圖QTL定位理論：早在1923年,Sax就對菜豆種子的大小(數(shù)量性狀)與種皮色素(離散的單基因性狀)之間的遺傳關(guān)聯(lián)進(jìn)行了研究；Thoday首次提出利用兩個(gè)單基因標(biāo)記對控制數(shù)量性狀的多基因進(jìn)行系統(tǒng)定位的構(gòu)想,認(rèn)為當(dāng)標(biāo)記位于要定位的基因兩側(cè)時(shí),標(biāo)記和要定位基因之間的共分離基因型易于鑒別,定位也更準(zhǔn)確,因而主張應(yīng)首先篩選這樣的標(biāo)記；數(shù)量性狀基因座(quantitativetraitloci,簡稱QTL)定位的理論,即分析標(biāo)記基因型和數(shù)量性狀值之間的連鎖；QTL定位的群體:單交組合產(chǎn)