基因組學(xué)課件遺傳圖繪制第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五Geneticmap(Alsoknownasalinkagemap)achromosomemapofaspeciesthatshowsthepositionofitsknowngenesand/ormarkersrelativetoeachother,ratherthanasspecificphysicalpointsoneachchromosome--------Dr.EricGreen,oftheNationalHumanGenomeResearchInstitute'sGenomeTechnologyBranch,definesgeneticmap第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五基因組作圖的基本構(gòu)想

在長鏈DNA分子的不同位置尋找特征性的分子標(biāo)記，根據(jù)分子標(biāo)記將包括這些序列的克隆進(jìn)行連鎖定位，繪制基因組圖

重疊群法

所謂重疊群（contig）系指相互間存在重疊順序的一組克隆

直接鳥槍法

第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五基因組測序的不同策略

第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五鳥槍法的順序組裝

第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五鳥槍法的問題

第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.1遺傳圖與物理圖遺傳作圖（Geneticmapping）采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其它DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。這一方法包括雜交實(shí)驗(yàn)，家系分析。遺傳圖距單位:厘摩(centi-Morgan,cM),每單位厘摩定義為1%交換率物理作圖（Physicalmapping）采用分子生物學(xué)技術(shù)直接將DNA分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo)定在基因組實(shí)際位置。物理圖的距離依作圖方法而異輻射雜種（radiationhybrid）作圖的計(jì)算單位為厘鐳(cR)限制性片段作圖與克隆作圖的圖距為DNA的分子長度，即堿基對第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五經(jīng)典遺傳圖譜繪制遺傳圖譜就是要進(jìn)行每條染色體上基因座位的順序和距離的確定，即主要通過家系分析，對不同性狀之間、性狀與標(biāo)記之間、標(biāo)記與標(biāo)記之間的連鎖遺傳頻率進(jìn)行計(jì)算，最終繪制遺傳連鎖圖方法：家系分析法體細(xì)胞雜交定位法等染色體易位作圖、染色體缺失作圖：體細(xì)胞雜交定位中較為精細(xì)的方法第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五家系分析法家系分析法(pedigreemethod)對某家庭性狀相關(guān)成員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析性狀之間的連鎖關(guān)系，通過重組率進(jìn)行相關(guān)基因定位，這種方法稱為家系分析法，又稱系譜分析法1968年約翰霍普金斯大學(xué)的學(xué)生Donahue在做染色體實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的1號(hào)染色體縊痕區(qū)增長，通過對他自己家族染色體的觀察，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這一異常是遺傳的，并與特殊血型（Fy）具有平行性，因此將血型基因定位于1號(hào)染色體上，這是首次定位常染色體上的基因，從而建立了細(xì)胞學(xué)定位法1973年發(fā)現(xiàn)第二條染色體短臂缺失（2P－）的患者紅細(xì)胞酸性磷酸酶（ACP－1）活性明顯降低，于是將此酶定位于第2條染色體上，這就是利用劑量效應(yīng)的方法第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五伴性遺傳法

(XY-linkageinheritance)伴性遺傳法主要是根據(jù)人類性染色體組成和伴性遺傳原理進(jìn)行XY染色體上基因的定位Y染色體——“全男性遺傳”蹼趾男人：美國的斯柯菲爾德家庭的14個(gè)男人在其第2～3趾間都長有一個(gè)蹼狀的聯(lián)系物（如同鴨子腳上的蹼），而患者的11個(gè)女兒沒有一個(gè)有此性狀，這些女子結(jié)婚后子女也沒有帶此性狀的，因而認(rèn)為蹼趾是Y伴性遺傳。但是蹼趾這個(gè)癥狀也有男女都有的，只是男患者多于女患者。因此，有人認(rèn)為蹼趾的遺傳性尚不能完全肯定為Y伴性遺傳長毛耳男人：患者的耳廓上長有長而硬的毛。這種病在印第安人中發(fā)現(xiàn)的較多，高加利索人，澳大利亞土人、日本人、尼日利亞人中也有少數(shù)發(fā)現(xiàn)第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五體細(xì)胞雜交定位法體細(xì)胞雜交定位法(somaticcellhybridization)應(yīng)用不同物種的細(xì)胞培養(yǎng)獲得雜種細(xì)胞系(hybridcellline)，根據(jù)不同雜種細(xì)胞中保留的極少數(shù)人的染色體與某些相關(guān)基因的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行基因定位的方法第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五染色體定位染色體定位的方法：同線分析法克隆分布板法建立含有單條人染色體的體細(xì)胞雜交第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五同線分析法將連鎖分析原理用于雜種細(xì)胞染色體分析的方法稱為同線分析連鎖分析主要是依據(jù)兩觀側(cè)基因的分離及性狀重組情況，通過重組值來判斷基因在染色體上的分布當(dāng)重組值為50%時(shí)，可能性有三種：①位于不同染色體上②位于同一染色體臂，但距離較遠(yuǎn)③位于著絲點(diǎn)兩側(cè)同線分析是根據(jù)兩個(gè)基因與整條染色體的同步性來判斷兩基因是否同在一條染色體上。如果兩基因位于一條染色體，則兩基因隨染色體共同分離；若不在同一染色體，要發(fā)生程度不同的自由組合第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五染色體區(qū)域定位——染色體易位體細(xì)胞雜交法只能把基因定位在某一條染色體上，但較為精細(xì)的區(qū)域不能確定若把體細(xì)胞雜交法與染色體易位結(jié)合起來，可確定某一基因在染色體上的具體位置，即區(qū)域定位第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五染色體區(qū)域定位——染色體缺失

通過誘變劑處理人的細(xì)胞，將含有斷裂染色體的細(xì)胞與小鼠細(xì)胞融合，篩選含有缺失人的染色體片段的雜種細(xì)胞先使人鼠細(xì)胞雜交，獲得含有人的一條染色體的雜種細(xì)胞系，再使其斷裂，分離不同斷裂類型的亞克隆前者可獲得不同染色體的許多缺失雜種。后者只獲一種特定染色體的某些缺失雜種。對區(qū)域定位來講，后者更為便利。通過染色體結(jié)構(gòu)變異已經(jīng)定位了一些人類疾病基因第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五二、現(xiàn)代遺傳圖譜原位雜交標(biāo)記構(gòu)建第一代標(biāo)記是限制性片段長度多態(tài)性RFLP第二代標(biāo)記位點(diǎn)是大量的可變數(shù)量串聯(lián)重復(fù)（VNTR)，包括微、小衛(wèi)星(MS)或短串聯(lián)重復(fù)(STR或SSLP)第三代標(biāo)記是位點(diǎn)極其豐富的單核苷酸多態(tài)性(SNP)第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五原位雜交原位雜交(insituhybrization)是HognessG于1975年首次提出的多態(tài)性標(biāo)記的檢測方法基礎(chǔ)：分離和克隆獲得的基因或隨機(jī)片段，將這些克隆片段用同位素、生物素或熒光染料進(jìn)行標(biāo)記后，作為探針，直接在玻片上與細(xì)胞分裂中期染色體DNA進(jìn)行雜交，經(jīng)過放射性自顯影或熒光信號(hào)顯示，確定這一基因在染色體上的雜交位置統(tǒng)計(jì)、分析、匯總各中期細(xì)胞內(nèi)的染色體結(jié)果，選出雜交最集中的染色體區(qū)域，便是該基因在染色體上的具體位置第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五染色體原位雜交染色體原位雜交技術(shù)是DNA探針與染色體上的DNA雜交，并在染色體上直接進(jìn)行檢測的分子標(biāo)記技術(shù)目前發(fā)展最快的是熒光素標(biāo)記的原位DNA雜交技術(shù)，即熒光原位雜交技術(shù)（fluorescenceinsituhybridization,簡稱FISH技術(shù)），是利用與熒光素分子偶聯(lián)的單克隆抗體與抗原標(biāo)記的探針分子特異性的結(jié)合來檢測DNA序列在染色體上的位置第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五熒光標(biāo)記原位雜交原理示意圖第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五原位雜交技術(shù)的基本步驟制備探針染色體制片染色體處理與變性染色體與探針雜交顯微檢測第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五染色體專一位點(diǎn)探針第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五熒光標(biāo)記探針檢測精子第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.2遺傳作圖標(biāo)記基因標(biāo)記缺點(diǎn)：高等生物基因組很大，而基因的數(shù)目是十分有限的，許多性狀都涉及多基因，基因組中存在大量的基因間隔區(qū)，純粹用基因作為標(biāo)記將在遺傳圖中留下大片的無標(biāo)記區(qū)段DNA標(biāo)記第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五DNA標(biāo)記

RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphisms,限制性片段長度多態(tài)性)

簡單序列長度多態(tài)性（Simplesequencelengthpolymorphisrns,SSLPs）

單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphisms,SNPs）

第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五（1）限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)RFLP是指不同個(gè)體基因組內(nèi)的核苷酸序列因某種原因產(chǎn)生堿基突變后，改變了某種限制性內(nèi)切酶的剪切位點(diǎn)，形成了長度不等的限制性片段限制性片段在人類不同個(gè)體間呈現(xiàn)的多態(tài)性現(xiàn)象稱為限制片段長度多態(tài)性第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五RFLP的特征RFLP是第一種被用于作圖研究的DNA標(biāo)記，它們一般有如下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)

第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五MechanismofDNA

cleavagebytherestrictionenzyme

BamHI

第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五InaRFLP,allelesmaydifferinthepresenceorabsenceofacleavagesiteintheDNA

第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五Southernblot第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五PCR（Polymerasechainreaction）

第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五Thefirst4cyclesofPCRindetail第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五（2）簡單序列長度多態(tài)性（Simplesequencelengthpolymorphisms,SSLPs）第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五有二種類型的SSLP常用于作圖：

小衛(wèi)星序列（minisatellite），有時(shí)又稱可變串連重復(fù)（variablenumberoftandemrepeats,VNTR-），其重復(fù)單位的長度為數(shù)十個(gè)核苷酸

微衛(wèi)星序列（microsatellite）或簡單串聯(lián)重復(fù)（simpletandemrepeats,STRorSSR），其重復(fù)單位為1-6個(gè)核苷酸，由10-50個(gè)重復(fù)單位串聯(lián)組成

第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五可變數(shù)量串聯(lián)重復(fù)(VNTR)小衛(wèi)星DNA的核心序列一般為幾個(gè)到幾十個(gè)核苷酸，不同個(gè)體的不同基因座位重復(fù)次數(shù)不同，每個(gè)重復(fù)單位的組成可略有變異位置：一般在染色體端粒部位，廣泛存在于人體基因組中第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五簡單序列重復(fù)標(biāo)記，SSR微衛(wèi)星DNA(Micro-satelliteDNA)標(biāo)記屬高度重復(fù)序列，重復(fù)單元2~6bp，如(CA)n、(AT)、(GGC)n等重復(fù)，重復(fù)區(qū)大多幾十~幾百bp，分散在基因組中呈現(xiàn)孟德爾式遺傳目前微衛(wèi)星DNA已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了２萬余個(gè)位點(diǎn)TTCAGCTAGCTCAGCAGCAGCAGCAGCAGAGCTTGCAAGTCGATCGAGTCGTCGTCGTCGTCGTCTCGAACG第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五微衛(wèi)星DNAPCR擴(kuò)增結(jié)果（示例）：500bp400bp300bp240bp該結(jié)果顯示在所檢查的人群中，該位點(diǎn)多態(tài)性有4種第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五（三）單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記(SNP)單核苷酸多態(tài)性(SNP)是第三代標(biāo)記，被用于遺傳圖譜構(gòu)建及功能分析由于SNP在不同個(gè)體間和不同組織、細(xì)胞間高度多態(tài)性，使其成為研究基因多樣性和識(shí)別、定位疾病相關(guān)基因的一種新型手段第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五檢測SNP的特異雜交

第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五DNA芯片（DNAchip）技術(shù)

第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五DNA芯片

第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五動(dòng)態(tài)等位專一性雜交（Dynamicallele-specifichybridization,DASH）

反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，樣品置于96孔板的每個(gè)凹槽中，由于熒光標(biāo)記試劑只與雙鏈DNA結(jié)合，所以只有可雜交的分子發(fā)出熒光實(shí)驗(yàn)初始時(shí)保持可使單個(gè)堿基錯(cuò)配的反應(yīng)條件，此時(shí)寡聚核苷酸可與任何等位SNP分子雜交隨后逐步提高反應(yīng)溫度，由于完全互補(bǔ)配對的雜交分子較之含有錯(cuò)配鹼基的雜交分子可耐受較高的溫度當(dāng)反應(yīng)溫度升高到臨界點(diǎn)時(shí)，含有錯(cuò)配的雜交分子將會(huì)解鏈，熒光信號(hào)同時(shí)消失，說明該樣品中含有SNP

第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五SNP的研究前景對于人類來說，SNP的意義在于：致病SNP疾病易感性SNP具有診斷價(jià)值的SNP疾病的SNP譜人表型相關(guān)SNP藥物作用與不良反應(yīng)的SNP藥物劑量SNP第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)糖尿病基因的個(gè)人SNP差別日本研究人員最近經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，與糖尿病有關(guān)的基因并不是千篇一律，它們之間存在著個(gè)人差別，即“單核苷酸多態(tài)性”（SNP）第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五其它的DNA標(biāo)記（分子標(biāo)記）AFLP（AmplifiedFragmentLengthPolymorphism即擴(kuò)增片段的長度多態(tài)性）

STS（序位標(biāo)簽）是由一段長度為200～500bp的序列所界定的位點(diǎn)，在基因組中只出現(xiàn)一次

相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性(sequence-relatedamplifiedpolymorphism,SRAP)由美國加州大學(xué)蔬菜作物系Li與Quiros博士于2001年提出，又叫基于序列擴(kuò)增多態(tài)性（sequence-basedamplifiedpolymorphism，SBAP）靶位區(qū)域擴(kuò)增多態(tài)性(targetregionamplifiedpolymorphism，TRAP)由美國農(nóng)部北方作物科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hu與Vick于2003年提出。與SRAP、RAPD和AFLP等標(biāo)記技術(shù)無須任何序列信息即可直接PCR擴(kuò)增不同，TRAP技術(shù)是基于已知的cDNA或EST序列信息第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五DNA分子標(biāo)記系統(tǒng)相互關(guān)系重復(fù)區(qū)域微衛(wèi)星序列小衛(wèi)星序列衛(wèi)星序列SSRDAFRAPDAP--PCRASAPRAHPORAMPRAHMAFLPRFLPSAMPLISSRSCAR檢測多位點(diǎn)CAPSSTS檢測單位點(diǎn)任意區(qū)域常規(guī)檢測高通量檢測GBAMALD-TOFMSTaqmanDNACHIPMolecularBeaconDATHDGGESSCPASA拷貝數(shù)穩(wěn)定無多態(tài)性單核苷酸SNP又稱VNTR雜交分析tecMAAP第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五DNA分子標(biāo)記的多態(tài)性分子基礎(chǔ)RFLP、AFLP、CAPSRAPD、AP-PCR、DAF、ISSRa.酶切位點(diǎn)（或PCR引物結(jié)合位點(diǎn)）突變RFLP、AFLP、CAPS、RAPD、AP-PCR、DAF、ISSRb.酶切位點(diǎn)（或PCR引物結(jié)合位點(diǎn)）之間的插入突變插入片段RFLP、AFLP、CAPS、RAPD、AP-PCR、DAF、ISSRc.酶切位點(diǎn)（或PCR引物結(jié)合位點(diǎn)）之間的缺失突變?nèi)笔SR、VNTR、ISSRd.

酶切位點(diǎn)（或PCR引物結(jié)合位點(diǎn)）之間的串聯(lián)重復(fù)單元數(shù)目突變SNPe.單核苷酸突變……ACGTCGTATCATCG…………ACGTCGTATCATCG…………ACGTCGTCTCATCG…………ACGTCGTCTCATCG……↓表示酶切位點(diǎn)→←表示PCR引物------表示插入或缺失片段?????表示串聯(lián)重復(fù)序列…….表示省略的序列第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.3遺傳作圖的方法

2.3.1孟德爾遺傳學(xué)簡介

2.3.2連鎖分析

第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.3.1孟德爾遺傳學(xué)簡介第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五2.3.2連鎖分析

第五十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五遺傳圖的偏離重組率高：近端粒區(qū)和遠(yuǎn)著絲粒區(qū)重組熱點(diǎn)（RHS）老鼠主要組織兼容性復(fù)合座位（majorhistocompatibilitycomplex,MHC），免疫人類1號(hào)染色體第五十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期五

人類染色體遺傳圖與物理圖長度比較

染色體

物理圖距

遺傳圖距

--------------------------------------------------------------------------------------

（Mb）

性別平均

cM/Mb女性

cM/Mb男性

cM/Mb------------------------------------------------------------------------------------------

1263292.71.11358.21.36220.30.842255277.01.09324.81.27210.60.833214233.01.09269.31.26182.60.854203212.21.05270.71.33157.20.775194197.61.02242.11.25147.20.766183201.11.10265.01.45135.20.747171184.01.08187.21.09178.11.048155166.41.07221.01.43113.10.739145166.51.15194.51.34138.50.9610144181.71.26209.71.46146.11.0111144156.11.08180.01.25121.90.8512143169.11.18211.81.48126.20.8813q98117.51.20132.31.35