1、第三章 遺傳標(biāo)記與基因組作圖,第一節(jié) 基因組多樣性（Diversity） 1、地球上眾多物種的存在以及種內(nèi)的多態(tài)性 真細(xì)菌 古細(xì)菌 真核生物 生命樹顯示了古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物的關(guān)系以及真菌 、植物和動(dòng)物的關(guān)系,原生動(dòng)物 植物 真菌 動(dòng)物,2、種內(nèi)基因組遺傳的多態(tài)性 盡管在種內(nèi)或種族內(nèi)絕大部分的基因組序列是保守的，但所有基因組中都天然存在有多態(tài)性區(qū)域，可以用來(lái)鑒別每個(gè)個(gè)體。 個(gè)體遺傳物質(zhì)DNA的多態(tài)性 個(gè)體呈現(xiàn)出多態(tài)現(xiàn)象 例如人類個(gè)體在身高、血型、膚紋等表型 DNA多態(tài)現(xiàn)象以孟德爾共顯性遺傳方式傳遞 基因組多態(tài)性的類型 1)可變數(shù)串聯(lián)重復(fù)(variable number of tandem

2、repeat， VNTR)多態(tài)性 Jefferys(1985年)等用Southern雜交的方法檢測(cè)到人類基因組中存在一類多態(tài)現(xiàn)象。這類多態(tài)性主要表現(xiàn)為等位片段(基因)內(nèi)在的串聯(lián)重復(fù)核苷酸單元的拷貝數(shù)不同，從而使得等位片段(基因)的長(zhǎng)度呈現(xiàn)多態(tài)性。這類多態(tài)現(xiàn)象因此被稱為可變數(shù)串聯(lián)重復(fù)多態(tài)。每個(gè)特定位點(diǎn)的VNTR由兩部分組成：中間的核心區(qū)和外圍的側(cè)翼區(qū)，核心區(qū)含有至少一個(gè)以上“重復(fù)”的短順序。由于這類多態(tài)在結(jié)構(gòu)上與衛(wèi)星DNA相似，故又可根據(jù)重復(fù)單元中的核苷酸數(shù)目多少，將其分為小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA。,2)散在重復(fù)的DNA順序多態(tài)性 Alu I順序 哺乳動(dòng)物基因組中的散在重復(fù)DNA順序，研究發(fā)現(xiàn)

3、人類的AluI順序也存在多態(tài)性。 人類型膠原纖維基因的第8個(gè)內(nèi)含子存在一類種族特異性的Alu I順序: 35的美國(guó)黑人 1的高加索人 而印第安人、東南亞人中則不含有這種順序。 人類Y染色體中有一類特有的Alu I順序，稱為YAP(Y Alu polymorphism)，其在不同人群中存在明顯不同的多態(tài)分布。 3）單核苷酸多態(tài)性 (single nucleotide polymorphism，SNP) 單核苷酸多態(tài)性，主要是指基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA順序多態(tài)性。它是人類可遺傳變異中最常見的一種，占所有已知多態(tài)性的90以上。估計(jì)人類基因組中有300萬(wàn)個(gè)，平均1個(gè)SNP/5001

4、 000個(gè)堿基。理論上講，SNP既可能是雙等位多態(tài)性，也可能是3個(gè)或4個(gè)等位多態(tài)性，但實(shí)際上，后兩者非常少見，幾乎可以忽略。因此，通常所說(shuō)的SNP都是雙等位多態(tài)性的。SNP既可存在于基因順序內(nèi)，也可存在一基因以外的非編碼順序中。存在于編碼順序中的SNP雖然較少，但其在遺傳疾病研究中卻具有重要意義。相當(dāng)一部分SNP直接或間接地與個(gè)體間的表型差異、人類對(duì)疾病的易感性和抵抗能力有關(guān)，因此，對(duì)SNP的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。,含有這種序列,第二節(jié)、遺傳標(biāo)記 （Genetic marker) 遺傳學(xué)中通常將可識(shí)別的等位基因稱為遺傳標(biāo)記。 但隨著遺傳學(xué)和基因概念的發(fā)展其內(nèi)涵也發(fā)展。 除基因標(biāo)記外遺傳標(biāo)記

5、主要包括：,1.形 態(tài) 標(biāo)記： 是指那些能夠明確顯示遺傳多態(tài)的外 觀性狀，如株高、粒色等的相對(duì)差異 2.細(xì)胞學(xué)標(biāo)記 ：是指能夠明確顯示遺傳多態(tài)的細(xì)胞學(xué)特征。 如染色體結(jié)構(gòu)上和數(shù)量上的遺傳多態(tài)性等。,3.蛋白質(zhì)標(biāo)記：非酶蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì) 在非酶蛋白質(zhì)中，用得較多的是種子貯藏蛋白； 酶蛋白質(zhì)主要是同功酶。 4.DNA 標(biāo) 記： 也稱DNA多態(tài)性標(biāo)記、 DNA分子標(biāo)記， 是 DNA水平上遺傳多態(tài)性的直接反映。,這里僅介紹遺傳的分子標(biāo)記中的幾種重要的分子標(biāo)記: 1.同工酶標(biāo)記: 同工酶（Isozyme）是一類分子結(jié)構(gòu)不同、 功能相似、催化同樣的生化反應(yīng)的酶。 同工酶標(biāo)記是利用編碼同工酶的等位基因與同工

6、酶酶譜 的相關(guān)性及其共顯性的特點(diǎn)進(jìn)行染色體定位和遺傳連鎖分析。,2.DNA分子標(biāo)記: (1)基于DNA-DNA雜交的DNA標(biāo)記 RFLP標(biāo)記 (restriction fragment length polymorphism)： DNA某一位點(diǎn)上的變異有可能引起該位點(diǎn)特異性的限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)的改變，包括原有位點(diǎn)的消失或出現(xiàn)新的酶切位點(diǎn)，致使酶切片段長(zhǎng)度隨之發(fā)生變化。這種變化引起的多態(tài)現(xiàn)象即為限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP)。 對(duì)RFLP的檢測(cè)主要是用Southern雜交的方法進(jìn)行，即利用限制酶酶解及凝膠電泳分離不同生物體的DNA分子，然后用經(jīng)標(biāo)記的特異DNA探針與之雜交，通過放射自顯影或非

7、同位素顯色技術(shù)來(lái)揭示DNA的多態(tài)性。( 圖 Southern ),Fig.1 The southern analysis of RFLP marker RG214.,1 The polymorphism of RFLP marker RG214 between 2 parents and 2 bulks,9RFLP analysis of plants in F2 population with RG214,（2 ）基于PCR的DNA標(biāo)記： RAPD（random amplified polymorphic DNA）標(biāo)記： 隨機(jī)引物PCR標(biāo)記，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA，用隨機(jī)短引物（人工合成的十核

8、苷酸）進(jìn)行DNA的PCR擴(kuò)增。所擴(kuò)增的DNA區(qū)段是事先未知的，具有隨機(jī)性和任意性，因此隨機(jī)引物PCR標(biāo)記技術(shù)可用于對(duì)任何未知基因組的研究。（RAPD 原理）, ISSR (Inter-simple sequence repeats)標(biāo)記:簡(jiǎn)單序列重復(fù) 區(qū)間擴(kuò)增多態(tài)性。利用基因組中常出現(xiàn)的SSR本身設(shè)計(jì)引物，無(wú)需 預(yù)先克隆和測(cè)序。,SSR（simple sequence repeats)標(biāo)記:簡(jiǎn)單重復(fù)序列多態(tài) 性。又稱微衛(wèi)星DNA多態(tài)性，即由二核苷酸，三核苷酸或四核苷酸 串聯(lián)重復(fù)的拷貝數(shù)目不等而出現(xiàn)的多態(tài)現(xiàn)象。(76), STS（sequence-tagged site）標(biāo)記:序列標(biāo)定位置。 染

9、色體上位置已定的、核苷酸序列已知的、且在基因組 中只有一份拷貝的DNA短片斷，一般長(zhǎng)200500bp。STS 標(biāo)記是根據(jù)單拷貝的DNA片斷兩端的序列，設(shè)計(jì)一對(duì)特異 引物，經(jīng)PCR擴(kuò)增基因組DNA而產(chǎn)生的一段長(zhǎng)度為幾百bp 的特異序列。（STS),（3）基于PCR與限制性酶切技術(shù)結(jié)合的DNA標(biāo)記 AFLP（amplified fragments length polymorphism） 標(biāo)記:擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性。通過對(duì)基因組DNA酶切片段的 選擇性擴(kuò)增來(lái)檢測(cè)DNA酶切片段長(zhǎng)度的多態(tài)性。AFLP揭示 的DNA多態(tài)性是酶切位點(diǎn)和其后的選擇性堿基的變異。 （AFLP 原理）,CAPS（Cleaved

10、amplified polymorphic sequence）標(biāo)記: 是特異引物PCR與限制性酶切相結(jié)合而產(chǎn)生的一種DNA標(biāo)記,當(dāng) SCAR（sequence characterized amplified regions)或STS的特異 擴(kuò)增產(chǎn)物的電泳譜帶不表現(xiàn)多態(tài)性時(shí)，一種補(bǔ)救辦法就是用限制性 內(nèi)切酶對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行酶切，然后再通過瓊脂糖或聚丙烯胺凝膠電 泳檢測(cè)其多態(tài)性,這種多態(tài)性稱為CAPS標(biāo)記。它揭示的是特異PCR產(chǎn) 物DNA序列內(nèi)限制性酶切位點(diǎn)變異的信息，也表現(xiàn)為限制性片段長(zhǎng)度 的多態(tài)性。,（4）單核苷酸多態(tài)性的DNA標(biāo)記 SNP（single nucleotide polymorph

11、ism）標(biāo)記: 單核苷酸多態(tài)性。不同個(gè)體基因組DNA序列同一位置上的 單個(gè)核苷酸的差別。其比較的不是DNA的片段長(zhǎng)度，而是相同 序列長(zhǎng)度里的單個(gè)堿基的差別。 (SNP_) (5)主要類型的DNA分子標(biāo)記的技術(shù)特點(diǎn)比較,第三節(jié) 人類基因組作圖 1.人類基因組計(jì)劃的緣起 與1945年日本廣島、長(zhǎng)崎的原子彈爆炸有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系 原子彈爆炸、強(qiáng)烈輻射 人群（DNA損傷） 死亡 誘發(fā)病癥 幸存者無(wú)明顯病癥 白血病 但基因發(fā)生了突變 可遺傳給后代 1984年12月9-13日 美國(guó)猶他州阿爾他（Alta） 美國(guó)能源部 環(huán)境誘變物和致癌物防護(hù)國(guó)際會(huì)議 科學(xué)家在討論中提出一個(gè)問題： 有什么新方法可以非常有效地

12、、直接檢出人類基因的突變？有沒有新方法可在日本廣島、長(zhǎng)崎原子彈爆炸的幸存者及其子女的群體中直接測(cè)定基因突變的增加？,從理論上計(jì)算 幸存者后代的基因突變頻率比對(duì)照人群高3倍 實(shí)際調(diào)查 同正常的對(duì)照人群中的基因突變頻率相差無(wú)幾 于是有科學(xué)家提出：只有測(cè)定人基因的全序列，通過比較分析以檢出所有突變，才能精確地測(cè)定突變頻率。 美國(guó)科學(xué)家Dulbecco 1986年3月 Science Human Genome Project, HGP 1990年首先在美國(guó)開始實(shí)施。 中國(guó)：1994年國(guó)家自然科學(xué)基金資助的重大項(xiàng)目 “中華民族基因組若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究” 1999年9月：中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所人類基因組

13、中心獲準(zhǔn)參加HGP，負(fù)責(zé)測(cè)定人類基因組全部序列的1%3號(hào)染色體上的3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。 夏家輝教授：神經(jīng)性耳聾的致病基因GJB3克隆， 定位于11號(hào)染色體,2. 人類基因組計(jì)劃大事記 1990年10月，國(guó)際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。 1999年9月，中國(guó)獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃。 1999年12月1日，人類首次成功地完成人體染色體基因完整序列的測(cè)定。 2000年4月底，中國(guó)科學(xué)家完成1人類基因組的工作框架圖。 2000年5月8日，由德國(guó)和日本等國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)際科研小組宣布，他們已基本完成了人體第21對(duì)染色體的測(cè)序工作。 2000年6月26日，六國(guó)科學(xué)家公布人類基因組工作框架圖。 2001年2月12日

14、，人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果首次公布。 2001年8月26日，中國(guó)提前兩年完成1人類基因組測(cè)序任務(wù)。 2003年4月15日，六個(gè)國(guó)家共同宣布人類基因組序列圖完成。 (美、英、德、日、法、中),3. The organization of the human genome (人基因組組構(gòu)),返回,4. 已完成的多種生物基因組測(cè)序情況,水稻基因組 2002 老鼠基因組 2002,5.作圖策略和方法問題 5.1 經(jīng)典的遺傳學(xué)圖譜: 主要用來(lái)確定生物體的基因在染色體上的排列，只能標(biāo)明基因之間的相對(duì)位置，無(wú)法指明基因在染色體上的具體位置，因此無(wú)法按圖直接克隆分離基因。在人類基因組計(jì)劃中顯然利用價(jià)值不大

15、.,5.2 現(xiàn)代遺傳學(xué)圖譜： 其概念是David Botstein等 于1980年提出來(lái)的，當(dāng)時(shí)由于DNA限制性內(nèi)切酶和連接酶的應(yīng)用，RFLP成為一種嶄新的DNA多態(tài)性標(biāo)記。他們提出來(lái)利用RFLP作為標(biāo)記去構(gòu)建多態(tài)性基因與這些標(biāo)記連鎖關(guān)系，進(jìn)而確定多態(tài)性基因的位置。其精髓在于將單純的表型研究深入到DNA分子的本質(zhì)上去。 即：表型多樣性對(duì)應(yīng)于DNA分子的多樣性 將單純的表現(xiàn)多態(tài)性的界標(biāo)改變?yōu)橐訢NA序列的多態(tài)作為作圖界標(biāo)。這些界標(biāo)包括： RFLP、 VNTR和STR等。,（1）.Genetic mapping Genes were the first markers DNA markers Bi

16、ochemical markers Linkage analysis is the basis of genetic mapping Partial linkage is explained by the behavior of chromosomes during meiosis, Linkage analysis with different types of organism fruit flies and mice-with which we can carry out planned breeding experiments. with human- with whom we can

17、 make use of family Pedigrees with bacteria- conjugation,transduction, transformation,基于VNTR標(biāo)記的人系譜分析圖,B,基于DNA分子標(biāo)記的一條 人類染色體上的（基因）連鎖圖,A,(2)Physical mapping （測(cè)序策略） By the clone contig approach (60) 建立連續(xù)重疊克隆系（overlapping clones)/重疊群(Contig)， 對(duì)單個(gè)重疊群,采用鳥槍法對(duì)其中的克隆逐個(gè)進(jìn)行測(cè)序,最后在重 疊群內(nèi)進(jìn)行拼接,拼接出全長(zhǎng)序列。 這種方法也稱為 Top-dow

18、n mapping ： “自上而下” 或由長(zhǎng)到短作圖:,先構(gòu)建大DNA克隆(100Kb-10000Kb),并把克隆依染色 體排列-染色體的克隆圖。當(dāng)把每個(gè)克隆測(cè)序完成后， 就可以拼裝出整個(gè)染色體的DNA序列。 (99) 注：重疊群：相互間存在重疊順序的一組克隆，根據(jù)重疊順序的相對(duì)位置將各個(gè)克隆首尾連接，構(gòu)成連續(xù)順序圖。, By the whole-genome shotgun method (60) 直接將基因組DNA隨機(jī)切成 2Kb 左右的小片段,（BAC 克隆,）隨機(jī)末端測(cè)序,再以基因組的分子標(biāo)記為起點(diǎn)進(jìn)行 DNA片段拚接，其余過程輔以少量大片段(約10Kb) ,計(jì)算 機(jī)分析串連得全序列.

19、 這是一種“自下而上”或由短到長(zhǎng)作圖 Bottom-up approach/mapping:,6. 物理圖的類型 染色體組型/帶型 (粗略的物理圖) 限制酶切圖譜 大尺度限制酶切圖譜:將YAC DNA用稀切點(diǎn)限制酶 (如sfi,Not等)酶解后經(jīng)脈沖凝膠電泳(pulsed field gel electrophoresis)分離DNA片段,經(jīng)特異 DNA(如Alu順序)探針雜交后繪制出圖譜 YAC-STS物理圖譜:有足夠多的STS位標(biāo)并在染色體 上的分布達(dá)到足夠密度,根據(jù)每個(gè)YAC所含有的STS把 各YAC排在染色體上,得到一個(gè)相互重疊排列的染色 體的YAC圖譜 (96) （110）, 輻射雜

20、種圖譜(RH圖譜,Radiation hybrid) 用輻射方法產(chǎn)生的雜種細(xì)胞是含有全部小鼠染色體背景的細(xì)胞 內(nèi)同時(shí)含有唯一的人類染色體的一個(gè)片段。這樣得到一系列細(xì)胞株，每個(gè)細(xì)胞株分別含有不同的人類染色體片段。其所含的染色體片段可以用已知的STS或特定的DNA探針，用PCR或FISH方法進(jìn)行鑒定 核苷酸順序圖： (100) 7.物理圖與遺傳圖的關(guān)系:兩者之間既有聯(lián)系又有差異(100) 8.“位點(diǎn)”的概念：在經(jīng)典的定義中對(duì)于“位點(diǎn)”的概念是基因即遺傳位點(diǎn)。而目前基因組研究中通常染色體位點(diǎn)不僅是指基因，還包括客觀物組成的染色體上的位點(diǎn)。在物理圖譜中，位點(diǎn)是指一系列的客觀物：包括探針位點(diǎn)、限制性內(nèi)切

21、酶酶切位點(diǎn)、克隆位點(diǎn)、基因位點(diǎn)、中間粒及端粒位點(diǎn)等。 位點(diǎn)染色體上任何可以區(qū)分的染色體位置。,“國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃”將以世界亞、非、歐三大族群為研究對(duì)象，三大群體樣本各占三分之一。其中，中國(guó)漢族將提供一半的亞裔樣本，即占世界樣本的六分之一。,“國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃”（）是繼“國(guó)際人類基因組計(jì)劃”之后，人類基因組研究領(lǐng)域的又一重大研究計(jì)劃?？茖W(xué)家們將在已完成的人類全基因組序列圖的基礎(chǔ)上，確定人類經(jīng)世代遺傳仍保持完整的單體型圖。以及在不同族群中這些單體型的類型與分布。并將這些不同的單體型標(biāo)上標(biāo)簽。,單體型（haplotype）:對(duì)于多基因座復(fù)等位基因遺傳系統(tǒng)而言，每條染色體上帶有分屬

22、各個(gè)基因座上的某個(gè)等位基因。一條染色體上這些不同的等位基因組合就是不同的單體型。,年月，中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大五國(guó)代表在美國(guó)華盛頓正式啟動(dòng)了這項(xiàng)計(jì)劃。 中國(guó)完成 美國(guó)完成 日本占 英國(guó)占 加拿大占 中國(guó)負(fù)責(zé)號(hào)、號(hào)和號(hào)染色體單體型圖的繪制。其中，香港大學(xué)、香港科技大學(xué)和香港中文大學(xué)的工作占整個(gè)計(jì)劃的，臺(tái)灣科學(xué)家將負(fù)責(zé).。,意義：人類單體型圖的繪制，將為不同群體的遺傳多態(tài)性研究、疾病和遺傳關(guān)聯(lián)分析、治病基因和治病因子的確定、藥效及副作用和疾病風(fēng)險(xiǎn)的分析、人類起源進(jìn)化遷徙歷史的研究等提供完整的人類基因組信息和有效的研究工具。將為人類常見疾病的研究提供最強(qiáng)大、最經(jīng)濟(jì)的工具。,HapMap的科學(xué)

23、基礎(chǔ)是染色體上的SNP的“板塊”（block）結(jié)構(gòu)。SNPs在一段染色體上是成組遺傳的，在DNA上構(gòu)成無(wú)形的區(qū)域“板塊” 。每個(gè)板塊在進(jìn)化上非常保守，在多世代的傳遞中沒有或極少發(fā)生DNA重組，其SNPs的構(gòu)成在單個(gè)染色體上的模式，即單體型（Haplotype，圖1）,個(gè)體1 個(gè)體2 個(gè)體3 個(gè)體4,Polymorphism (more fully genetic polymorphism) refers to the simultaneous occurrence in the population of genomes showing variations at a given positi

24、on. The original definition applied to alleles producing different phenotypes. Now it is also used to describe changes in DNA affecting the restriction pattern or even the sequence. For practical purposes, to be considered as an example of a polymorphism, an allele should be found at a frequency 1%

25、in the population. Single nucleotide polymorphism (SNP) describes a polymorphism (variation in sequence between individuals) caused by a change in a single nucleotide. This is responsible for most of the genetic variation between individuals.,Recombination frequency can be measured between a restric

26、tion marker and a visible phenotypic marker as illustrated in Figure 3.3. So a genetic map can include both genotypic and phenotypic markers. Because restriction markers are not restricted to those genome changes that affect the phenotype, they provide the basis for an extremely powerful technique f

27、or identifying genetic loci at the molecular level,The identification of such a marker has two important consequences: It may offer a diagnostic procedure for detecting the disease. Some of the human diseases that are genetically well characterized but ill defined in molecular terms cannot be easily

28、 diagnosed. If a restriction marker is reliably linked to the phenotype, then its presence can be used to diagnose the disease. It may lead to isolation of the gene. The restriction marker must lie relatively near the gene on the genetic map if the two loci rarely or never recombine. Although relati

29、vely near in genetic terms can be a substantial distance in termsof base pairs of DNA, nonetheless it provides a starting point from which we can proceed along the DNA to the gene itself.,The frequency of polymorphism means that every individual has a unique constellation of SNPs or RFLPs. The parti

30、cular combination of sites found in a specific region is called a haplotype, a genotype in miniature. Haplotype was originally introduced as a concept to describe the genetic constitution of the major histocompatibility locus, a region specifying proteins of importance in the immune system (see Mole

31、cular Biology 5.25 Immune diversity). The concept now has been extended to describe the particular combination of alleles or restriction sites (or any other genetic marker) present in some defined area of the genome.,The frequent occurrence of SNPs in the human genome makes them useful for genetic m

32、apping. From the 1.4 106 SNPs that have already been identified, there is on average an SNP every 1-2 kb. This should allow rapid localization of new disease genes by locating them between the nearest SNPs (1442).,Microsatellite DNAs consist of repetitions of extremely short (typically 10 bp) units.

33、 Minisatellite DNAs consist of 10 copies of a short repeating sequence. the length of the repeating unit is measured in 10s of base pairs. The number of repeats varies between individual genomes. VNTR (variable number tandem repeat) regions describe very short repeated sequences, including microsate

34、llites and minisatellites. DNA fingerprinting analyzes the differences between individuals of the fragments generated by using restriction enzymes to cleave regions that contain short repeated sequences. Because these are unique to every individual, the presence of a particular subset in any two ind

35、ividuals can be used to define their common inheritance (e.g. a parent-child relationship).,Minisatellites are useful for genetic mapping,第四節(jié) 水稻基因組計(jì)劃 1、日本水稻基因組計(jì)劃 1991年 4月：日本水稻基因組研究計(jì)劃 (RGP) 啟動(dòng) ， 亞洲第一個(gè)全面、系統(tǒng)地開展水稻基因組研究的國(guó)家 。 1999年 9月 2 0日：在泰國(guó)舉行的國(guó)際水稻生物技術(shù)大 會(huì)上RGP發(fā)表了一張含 2275個(gè)分子標(biāo)記 ，覆蓋1521.6cM 的水稻遺傳圖譜 ,有 2600個(gè)

36、ESTs 被定位。,2002年4月：日本RGP在Science上公布了以O(shè)ryza sativa L.ssp. japonica 為材料的基因組草圖，所用的方法也是鳥 槍法，結(jié)果表明Oryza sativa L.ssp. japonica 大約由 420Mb組成，含有32000-50000個(gè)基因，與其他禾谷類作 物有很大的同線性，但與擬南芥的同線性有限。,2、國(guó)際水稻基因組測(cè)序計(jì)劃 (International Rice Genome Sequencing Project, IRGSP) 1 997年 9月 2 3日： 在 新加坡 舉行 植物分子生物學(xué)國(guó)際會(huì)議 ，一致同意成立 世界性水稻基因組

37、測(cè)序組織。 1998年 2月 5日 ：中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)的代表共 同草擬了組織議程 ，參與者同意共享資源 ，并定期將最 新的物理圖譜和DNA序列公布于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。 共有 11個(gè)國(guó)家參與IRGSP ，各國(guó)的相關(guān)科研 機(jī)構(gòu)劃分了各自的測(cè)序范圍 ，參與國(guó)際水稻基因組測(cè)序 計(jì)劃的科研機(jī)構(gòu)及其各自在水稻 1 2條染色體上的測(cè)序范 圍及相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)信息。,參與IRGSP的國(guó)家、地區(qū)與染色體分配,參與測(cè)序的科研機(jī)構(gòu)及其染色體分配,科研機(jī)構(gòu)名稱 負(fù)責(zé)的染色體 水稻基因組計(jì)劃 (RGP ,日本 ) 1，6，7，8 韓國(guó)水稻基因組計(jì)劃(韓國(guó) ) 1 Clemson大學(xué) (CUGI ,美國(guó) ) 3， 10 冷泉港

38、實(shí)驗(yàn)室 (美國(guó) ) 3， 10 華盛頓基因組測(cè)序中心(美國(guó) ) 3， 10 TIGR基因組研究院 (美國(guó) ) 3， 10 Rutger 植物基因組研究中心 (PGR,美國(guó)) 10 Wisconsin大學(xué) (美國(guó) ) 11 中科院國(guó)家基因研究中心 (中國(guó) ) 4 印度水稻基因組計(jì)劃(印度 ) 11 臺(tái)灣植物基因組中心(中國(guó)臺(tái)灣 ) 5 Genonscope (法國(guó) ) 12 Universidad Federal de Pelotas (巴西 ) 12 Kasetsart 大學(xué) (泰國(guó) ) 9 McGill 大學(xué) (加拿大 ) 9 John Innes 中心 (英國(guó) ) 2,測(cè)序工作分為三個(gè)階段

39、 : 測(cè)序階段、第二階段和最后完成階段 最后完成階段測(cè)序結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn) ：IRGSP規(guī)定為出錯(cuò)率 低于 1 / 10000 (精確度 99. 99% ) 。第二階段是測(cè)序 工作的瓶頸 ，測(cè)序階段留下的缺口需要補(bǔ)平 ，由于特殊 分子結(jié)構(gòu) (二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu) ，GC-富集區(qū) )和重復(fù)序列造 成的低質(zhì)量測(cè)序結(jié)果需要改進(jìn)。,美國(guó)科學(xué)家在TIGR網(wǎng)頁(yè)上發(fā)布了他們對(duì)3號(hào)和10號(hào)染 色體測(cè)序的完成序列信息，并在TIGR網(wǎng)頁(yè)上新建了一個(gè) 基因數(shù)據(jù)庫(kù)，通過檢索可與其他植物基因組進(jìn)行已知基因 同源比較。 2002年11月在Nature發(fā)表兩篇文章，分別公布 了日本完成的1號(hào)染色體測(cè)序工作和中國(guó)完成的4號(hào)染色 體測(cè)序工作

40、。,國(guó)際水稻基因組計(jì)劃大事記 1998.2測(cè)序工程啟動(dòng)2002.11中國(guó)、日本率先完成水稻第4號(hào)和第1號(hào)染色體的序列精確測(cè)定，并在英國(guó)自然雜志上發(fā)表了有關(guān)成果。2002.12水稻基因組“草圖”繪就2003.6美國(guó)科學(xué)家完成了水稻第10號(hào)染色體的序列精確測(cè)定，研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)科學(xué)雜志上2004.12水稻基因組“精細(xì)圖”全部完成2005.8“精細(xì)圖”刊登于自然雜志上,共定位了水稻中37500個(gè)基因。相比3年前的“草圖”，新繪制的“精細(xì)圖”覆蓋率達(dá)到95.3%，誤差率不超過萬(wàn)分之一，并首次在高等動(dòng)植物中完成了對(duì)著絲粒的測(cè)序,3、中國(guó)水稻基因組計(jì)劃 1992年8月中國(guó)國(guó)家科委正式宣布實(shí)施中國(guó)水稻基因

41、組 計(jì)劃，并在上海成立了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家基因研究中心 （National Center for Gene Research, NCGR） NCGR于1997年10月發(fā)表了指紋-錨標(biāo)法，建成覆蓋率 較高的水稻廣陸矮4號(hào)基因組BAC文庫(kù)物理圖。,根據(jù)國(guó)際水稻基因組計(jì)劃安排，中國(guó)負(fù)責(zé)第4條染色體 的測(cè)序工作，并率先圓滿完成第號(hào)染色體精確測(cè)序圖。 測(cè)序圖拼接后總長(zhǎng)為3500萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，精確度為99.99， 覆蓋染色體全長(zhǎng)序列98（僅留下個(gè)小的空洞），達(dá)到 了國(guó)際公認(rèn)的基因組測(cè)序完成圖的標(biāo)準(zhǔn)。 2002年4月中國(guó)科學(xué)家在Science發(fā)表了完成的中國(guó)栽 培稻9311的基因組測(cè)序草圖。,中國(guó)“水稻973項(xiàng)目

42、” “水稻基因組測(cè)序和重要農(nóng)藝性狀功能基因組研究” 項(xiàng)目即今后幾年的主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）構(gòu)建實(shí)用性較強(qiáng)的水稻突變庫(kù)，分離克隆突變所影 響的基因； （2） 完成水稻cDNA芯片技術(shù)的實(shí)用化，在分析不同基 因表達(dá)譜的基礎(chǔ)上，明確研究的生物學(xué)問題； （3）加快啟動(dòng)子序列的克隆，提供重要的轉(zhuǎn)基因表達(dá)的 調(diào)控元件；完善可轉(zhuǎn)化人工染色體（transformation competent artificial chromosome ，TAC）大片段基 因功能互補(bǔ)體系，建立和完善基于TAC的多基因轉(zhuǎn) 化技術(shù)體系。,研究進(jìn)展: 請(qǐng)同學(xué)自己查找、學(xué)習(xí) 基因組學(xué)研究 基因作圖研究 分子標(biāo)記研究,SNP,返回,

43、返回,AFLP,返回,RFLP,返回,RAPD,返回,隨機(jī)引物PCR產(chǎn)物多態(tài)性的分子基礎(chǔ)：類型1和2為顯性標(biāo)記，是最常見到多態(tài)性，類型3和4為共顯性標(biāo)記，但較少見,返回,F76,返回,返回,isozyme,返回,Southern blot,返回,DNA樣品限制酶 酶解,電泳,SNP,返回,One way of detecting an SNP by solution hybridization,SSLP(Simple sequence length polymorphisms) are arrays of repeat sequences that display length variati

44、ons, different alleles containing different numbers of repeat unit(F85). Unlike RFLPs, SSLPs can be multi-allelic as each SSLP can have a number of different length variation. 1.Minisatellites（小衛(wèi)星 DNA）,also known as variable number of tandem repeats（可變數(shù)串聯(lián)重復(fù)，VNTRs),in which the repeat unit is up to 2

45、5 bp in length; 2.Microsatellites（微衛(wèi)星 DNA） or simple tandem repeats (STRs),whose repeats are shoter,usually dinucleotide or tetranucleotide units. Microsatellites are more popular than minisatellites as DNA markers because Microsatellites are more conveniently spaced throughout the genome and the qu

46、ickest way to type a length polymorphism is by PCR,返回,F85,返回,返回STS,返回56,54,返回,99,返回,返回,具體技術(shù)路線：染色體YAC重疊群?jiǎn)蝹€(gè)YAC克隆 cosmid重疊群?jiǎn)蝹€(gè)cosmid克隆質(zhì)粒亞克 隆隨機(jī)測(cè)序 計(jì)算機(jī)分析串連得大片段,返回,/sci/techresources/Human_Genome/faq/snps.shtml Quick links for this page: What are SNPs? How can SNPs be used as risk factors

47、in disease development? Human Genome Project SNP Mapping Goals What is the SNP consortium? Who are members of the SNP consortium? Why should private companies fund a publicly accessible genome map? Whose DNA was analyzed to create the consortiums SNP map? Are SNP data available to the public? Relate

48、d Links - SNP basics, articles Meeting Proceedings and Reports,Single nucleotide polymorphisms or SNPs (pronounced snips) are DNA sequence variations that occur when a single nucleotide (A,T,C,or G) in the genome sequence is altered. For example a SNP might change the DNA sequence AAGGCTAA to ATGGCT

49、AA. For a variation to be considered a SNP, it must occur in at least 1% of the population. SNPs, which make up about 90% of all human genetic variation, occur every 100 to 300 bases along the 3-billion-base human genome. Two of every three SNPs involve the replacement of cytosine (C) with thymine (

50、T). SNPs can occur in both coding (gene) and noncoding regions of the genome. Many SNPs have no effect on cell function, but scientists believe others could predispose people to disease or influence their response to a drug. Although more than 99% of human DNA sequences are the same across the popul

51、ation, variations in DNA sequence can have a major impact on how humans respond to disease; environmental insults such as bacteria, viruses, toxins, and chemicals; and drugs and other therapies. This makes SNPs of great value for biomedical research and for developing pharmaceutical products or medi

52、cal diagnostics. SNPs are also evolutionarily stable -not changing much from generation to generation -making them easier to follow in population studies.,Scientists believe SNP maps will help them identify the multiple genes associated with such complex diseases as cancer, diabetes, vascular diseas

53、e, and some forms of mental illness. These associations are difficult to establish with conventional gene-hunting methods because a single altered gene may make only a small contribution to the disease. Several groups worked to find SNPs and ultimately create SNP maps of the human genome. Among thes

54、e groups were the U.S. Human Genome Project (HGP) and a large group of pharmaceutical companies called the SNP Consortium or TSC project. The likelihood of duplication among the groups was small because of the estimated 3 million SNPs, and the potential payoff was high. In addition to the pharmacoge

55、nomic, diagnostic, and biomedical research implications, SNP maps are helping to identify thousands of additional markers along the genome, thus simplifying navigation of the much larger genome map generated by researchers in the HGP,SNP資料庫(kù)簡(jiǎn)介與運(yùn)用,Yuh-Shan Jou, Ph.D. 周玉山 博士 Division of Molecular and G

56、enomic Medicine National Health Research Institutes .tw,Example order of bases in a section of DNA on a chromosome:,Some people have a different base at a given location,What is a SNP?,DNA Polymorphism Discovery Panels for Human Genome Variation,Genome Res 8(12):1229, 1998,Characteristics

57、 of SNP in Databases,Science 291:1331 (2001),SNP Databases: (Dec. 2000) Celera+PFP : 2,104,820 entries TSC : 585,811 entries Kwok (Wash U): 438,032 entries,Dec. 2001,Classification of SNP by location,Coding region: Synonymous: mutation does not change amino acid. Non-synonymous: mutation change amin

58、o acid seq. ie rare mutations that cause medelian diseases with allele frequency below 1%. Non-coding region: 5 and 3 UTRs Introns Space,Features of Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) Markers,the variant sequence type has a frequency of at least 1% in the population. high frequency of SNPs in human genome: estimated 1 SNP/Kb. SNP :bi-allelic