基因组作图ppt课件

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1、ppt课件.1 1染色体结构与基因3 3ppt课件.获得全基因组顺序，在此基础上再对所获得的序列进行解读。获得基因组顺序的主要方法是进行DNA测序，然后再将读取的顺序组装。目前的DNA测序每次反应仅能读取不到1000bp的长度，因此基因组测序的第一步是构建基因组因此基因组测序的第一步是构建基因组图，然后将基因组区段分解逐个测序，最后进行组装。图，然后将基因组区段分解逐个测序，最后进行组装。基因组作图的基本构想是基因组作图的基本构想是，在长链在长链DNADNA分子的不同位置寻分子的不同位置寻找特征性的分子标记，根据分子标记将包括这些序列的克找特征性的分子标记，根据分子标记将包括这些序列的克隆进行

2、连锁定位，绘制基因组图。一旦构建好基因组图，隆进行连锁定位，绘制基因组图。一旦构建好基因组图，即可着手进入全基因组测序即可着手进入全基因组测序。ppt课件.4 4一、基因组测序的策略一、基因组测序的策略如果将每个碱基比作一个英文字母，以每如果将每个碱基比作一个英文字母，以每10cm书写书写60个个字母计算，字母计算，人类基因组共人类基因组共30亿个碱基亿个碱基，其长度可达，其长度可达5000千米，相当于从北美洲的蒙特利尔横跨大西洋到达伦敦，千米，相当于从北美洲的蒙特利尔横跨大西洋到达伦敦，洛杉矶到达巴拿马；洛杉矶到达巴拿马；当前测序方法的局限：当前测序方法的局限：750bp 需将需将DNA分子

3、打断为小分子打断为小片段，测出每一段序列，再通过重叠部分拼接成长的序片段，测出每一段序列，再通过重叠部分拼接成长的序列。列。鸟枪法鸟枪法(shotgun method)。遗传作图遗传作图 物理作图物理作图 基因组测序基因组测序ppt课件.5 5全基因组鸟枪法全基因组鸟枪法(whole-genome shotgun method)：首先进首先进行全基因组鸟枪法测序，再以基因组图谱的分子标记为行全基因组鸟枪法测序，再以基因组图谱的分子标记为起点将鸟枪法起点将鸟枪法DNA片段进行组装。片段进行组装。由下而上由下而上(bottom to up)的测序策略；的测序策略；克隆重叠群法克隆重叠群法(clon

4、e contig method)：基因组被打断许多基因组被打断许多片段，建立重叠群，对每一片段进行鸟枪法测序。一旦片段，建立重叠群，对每一片段进行鸟枪法测序。一旦一个片段的序列测定完成，便可定位在基因组图谱的正一个片段的序列测定完成，便可定位在基因组图谱的正确位置上。确位置上。由上而下由上而下(up to down)的测序策略。的测序策略。ppt课件.6 67 7ppt课件.全基因组随机测序战略主要采用鸟枪法（鸟枪法（shotgunshotgun）。鸟枪法，也俗称“霰弹法”，是随机先将整个基因组打碎成小片段进行测序，最终利用计算机根据序列之间的重叠关系进行排序和组装，并确定它们在基因组中的正确

5、位置“鸟枪法鸟枪法”优点优点是速度快，简单易行，成本较低，可以在较短的时间内通过集中机器和人力的方法获得大量的基因片断但是用它来测序，最终排序结果的拼接组装比较困难，尤其在部分重复序列较高的地方难度较大。此外有许多序列片段难以定位在确切的染色体上，成为游离片断；同时又会有许多地方由于没有足够的覆盖率而形成空缺。这些缺陷最终导致整个基因图会留下大量的空洞（gap），也影响其准确度ppt课件.8 8鸟枪法组装序列鸟枪法组装序列将将DNA分子打断为小片段，测定每一段序列，通过查找每个分子打断为小片段，测定每一段序列，通过查找每个片段序列的重叠部分片段序列的重叠部分(需几十个碱基需几十个碱基)，再组装

6、得到主体序列。，再组装得到主体序列。ppt课件.9 9鸟枪法是小的原核生物基因组测序的标准方法鸟枪法是小的原核生物基因组测序的标准方法用鸟枪法获得流感嗜血杆菌的基因组序列用鸟枪法获得流感嗜血杆菌的基因组序列ppt课件.1010鸟枪法不适用于较大的、复杂的真核生物基因组鸟枪法不适用于较大的、复杂的真核生物基因组随着片段数的增加，所需的数据分析越来越复杂。随着片段数的增加，所需的数据分析越来越复杂。n个片个片段可能的重叠数为段可能的重叠数为2n2-2n；分析基因组的重复区域时会发生错误。分析基因组的重复区域时会发生错误。串连重复串连重复DNA的问题的问题基因组范围内重复的问题基因组范围内重复的问题

7、1111ppt课件.以大片断定位的克隆为基础的定向测序战略主要采用克克隆步移法或称重叠群法：隆步移法或称重叠群法：先构建遗传图，再利用几套高度覆盖的大片段基因组文再利用几套高度覆盖的大片段基因组文库（库（BACBAC、PACPAC等）获得精细的物理图，选择合适的等）获得精细的物理图，选择合适的BACBAC或或PACPAC克隆测序，利用计算机拼装克隆测序，利用计算机拼装。BAC内的空洞基本上都可以利用设计引物等手段填补，形成一条完整的BAC序列。然后由相互关联、部分重叠的BAC克隆连成一个大的重叠群（Contig）。理想状况下，整条染色体就是由一个完整的重叠群构成。1212ppt课件.利用克隆步

8、移法测序，国际上通行的标准要求BAC测序达到十倍覆盖率，使所测的序列达到99.99以上的准确度。该方法的技术难度较高，尤其大片段基因组文库（大片段基因组文库（BACBAC）和精细物理图构建是技术性极强的工作。和精细物理图构建是技术性极强的工作。此外，费用相对于鸟枪法要稍高一些，完成整个基因组测序周期也要长些。但是，通过这种方法得到的基因组数据是最为准确和精细的数据，也是基因组测序的最终目标。大基因组“完成图”目前大多都是通过这种方法获得的。基因组“完成图”，即完全覆盖所测物种的基因组、准确率超过99.99的全DNA序列图。“完成图”的覆盖率接近100，准确率更高，达到99.99。ppt课件.1

9、313对于真核生物基因组，首先需建立一个基因组的图谱对于真核生物基因组，首先需建立一个基因组的图谱(genome map)，通过标明基因和其他显著特征的位置，通过标明基因和其他显著特征的位置，为测序提供指导。为测序提供指导。基因组图谱的绘制基因组图谱的绘制全面测序的工作框架全面测序的工作框架根据等位基因在减数分裂中的重组根据等位基因在减数分裂中的重组频率频率(遗传距离遗传距离)确定基因在基因组确定基因在基因组中的顺序和相对距离。中的顺序和相对距离。cM；基因组基因组图谱图谱遗传遗传图谱图谱物理物理图谱图谱以物理距离描绘以物理距离描绘DNA上可识别标上可识别标记的位置和相对距离。记的位置和相对距

10、离。bp,kb,Mb。ppt课件.1414遗传作图遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基采用遗传学分析方法将基因或其他因或其他DNA分子标记标定在染色体上。构建的连锁图分子标记标定在染色体上。构建的连锁图称为称为遗传连锁图谱遗传连锁图谱(genetic linkage map)或或遗传图谱遗传图谱(genetic map)。方法包括杂交实验、家系分析。图距单位。方法包括杂交实验、家系分析。图距单位为为cM；物理作图物理作图(physical mapping)：采用分子生物学技术直接采用分子生物学技术直接将将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。分子标记、基

11、因或克隆标定在基因组实际位置。构建的位置图称为构建的位置图称为物理图谱物理图谱(physical map)。图距单位：。图距单位：bp、kb、Mb，cR(厘镭，辐射杂种作图厘镭，辐射杂种作图)。l基因组作图的方法基因组作图的方法ppt课件.1515二、二、遗传作图遗传作图2.1 遗传作图的标记遗传作图的标记遗传标记：遗传标记：是指可以稳定遗传的、易于识别的特殊的遗传是指可以稳定遗传的、易于识别的特殊的遗传多态性形式；多态性形式；经典遗传学中，遗传多态性指等位基因的变异；现代遗传经典遗传学中，遗传多态性指等位基因的变异；现代遗传学中，遗传多态性指基因组中任何座位上的相对差异或学中，遗传多态性指基

12、因组中任何座位上的相对差异或DNA序列的差异；序列的差异；遗传标记可用于连锁分析、基因定位、遗传作图、基因转遗传标记可用于连锁分析、基因定位、遗传作图、基因转移、辅助选择育种等；移、辅助选择育种等；ppt课件.1616形态标记形态标记(morphological markers)细胞学标记细胞学标记(cytological markers)生化标记生化标记(biochemical markers)分子标记分子标记(molecular markers)ppt课件.17172.1.1 形态标记形态标记指能明确显示遗传多态性的外观性状，指能明确显示遗传多态性的外观性状，如水稻株高，果蝇眼色等；如水稻

13、株高，果蝇眼色等；典型的形态标记用肉眼即可识别典型的形态标记用肉眼即可识别和观察，广义的形态标记还包括和观察，广义的形态标记还包括那些借助简单测试即可识别的性那些借助简单测试即可识别的性状，如生理特性、抗病虫性等；状，如生理特性、抗病虫性等；形态标记简单直观、经济方便，形态标记简单直观、经济方便，容易观察记载。容易观察记载。ppt课件.1818l形态标记的不足形态标记的不足可以观察到的标记非常有限，难以建立饱和的遗传图谱；可以观察到的标记非常有限，难以建立饱和的遗传图谱；许多形态标记受环境、生育期等因素的影响；许多形态标记受环境、生育期等因素的影响；复等位基因位点很难全部鉴定、标记出来。复等位

14、基因位点很难全部鉴定、标记出来。ppt课件.19192.1.2 细胞学标记细胞学标记指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。染色体的结构和染色体的结构和数量特征是常见的细胞学标记数量特征是常见的细胞学标记；用具染色体变异的材料与正常材料杂交，特定染色体上的用具染色体变异的材料与正常材料杂交，特定染色体上的基因在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可测基因在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可测定基因所在染色体及其位置；定基因所在染色体及其位置；克服了形态标记易受环境影响的缺点，但标记材料的产生克服了形态标记易受环境影响的缺点，但标记材料的产生需大量的人

15、力物力进行培养选择；需大量的人力物力进行培养选择；有些物种对染色体变异的耐受性差，难以获得相应的标记有些物种对染色体变异的耐受性差，难以获得相应的标记材料。材料。ppt课件.2020ppt课件.21212.1.3 生化标记生化标记是指以基因表达的蛋白质产物为主的一类遗传标记系统。是指以基因表达的蛋白质产物为主的一类遗传标记系统。主要包括贮藏蛋白、同工酶等标记；主要包括贮藏蛋白、同工酶等标记；与形态、细胞学标记相比，数量丰富，受环境影响小，能与形态、细胞学标记相比，数量丰富，受环境影响小，能更好地反映遗传多态性。应用于物种起源和进化研究、种更好地反映遗传多态性。应用于物种起源和进化研究、种质鉴定

16、分类、抗病性筛选等。质鉴定分类、抗病性筛选等。不足之处不足之处同工酶标记都需要特殊的显色方法和技术；同工酶标记都需要特殊的显色方法和技术；某些酶的活性具有发育和组织特异性；某些酶的活性具有发育和组织特异性；标记的数量还是相对有限。标记的数量还是相对有限。ppt课件.2222SDS-PAGE separates proteins by MWAnimationppt课件.23232.1.4 DNA标记标记基于基于DNA水平遗传多态性构建的分子标记。水平遗传多态性构建的分子标记。DNA分子标记的优点分子标记的优点遗传多态性丰富；遗传多态性丰富；共显性遗传，信息完整；共显性遗传，信息完整；在基因组中大

17、量存在且分布均匀；在基因组中大量存在且分布均匀；稳定性、重现性好；稳定性、重现性好；检测手段简单快捷，易于自动化，成本较低。检测手段简单快捷，易于自动化，成本较低。ppt课件.2424DNA标记的种类标记的种类限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(RFLP,restriction fragment length polymorphism)；简单序列长度多态性简单序列长度多态性(SSLP,simple sequence length polymorphism)；小卫星序列：（小卫星序列：（Minisatellite DNAMinisatellite DNA）微卫星序列：（微卫星序列：（Mic

18、rosatellite DNA,MSMicrosatellite DNA,MS）单核苷酸多态性单核苷酸多态性(SNP,single nucleotide polymorphism)；RAPD（random amplified polymorphic DNA,随机扩增多态随机扩增多态性性DNA标记标记）标记、）标记、AFLP（amplified fragment length polymorphism，扩增片段长度多态性，扩增片段长度多态性）标记等。）标记等。2525ppt课件.遗传作图中DNA标记的发展遗传标记的发展：遗传标记的发展：第一代标记第一代标记 经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记）

19、经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记）7070年代中后期，限制酶片段长度多态性（年代中后期，限制酶片段长度多态性（RFLPRFLP）第二代标记第二代标记 8585年，年，“小卫星序列小卫星序列（minisatelliteminisatellite）8989年，年，“微卫星序列微卫星序列（microsatellitemicrosatellite）第三代标记第三代标记 单核苷酸多态性标记（单核苷酸多态性标记（single nucleotidesingle nucleotide polymorphism polymorphism，SNPSNP）2626ppt课件.遗传作图中的第一代DNA标记现代遗传

20、图谱的概念现代遗传图谱的概念由由Botstein DBotstein D等等(1980)(1980)首先提出，在首先提出，在此基础上，此基础上，限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性（RFLPRFLP）作为遗传图）作为遗传图谱的第一代崭新标记得以问世谱的第一代崭新标记得以问世 。限制性位点限制性位点能够用作基因标记。广泛应用到基因组研究能够用作基因标记。广泛应用到基因组研究中。基因或基因组可以用中。基因或基因组可以用重叠的限制性片段重叠的限制性片段来作图。最来作图。最终扩展到整个序列，构建连锁图谱终扩展到整个序列，构建连锁图谱ppt课件.2727lRFLP由于限制性内切酶酶切位点或位点间由于

21、限制性内切酶酶切位点或位点间DNA区段发生突变区段发生突变引起的；引起的；最早由最早由Bostein于于1980年提出，年提出，是第一种用于是第一种用于作图研究的分作图研究的分子标记，第一子标记，第一代代DNA分子标分子标记。记。2828ppt课件.同源染色体同一区段DNA 序列的差异，限制酶识别的碱基顺序有专一性ppt课件.2929ppt课件.3030ppt课件.3131RFLP标记的特征标记的特征v实验操作较繁琐，成本较高；探针必须是单拷贝或寡拷贝实验操作较繁琐，成本较高；探针必须是单拷贝或寡拷贝的，制备较麻烦；检测中如要利用放射性同位素，易造成的，制备较麻烦；检测中如要利用放射性同位素，

22、易造成环境污染；检测周期长；环境污染；检测周期长；v检测所需样本检测所需样本DNA量大量大(515ug)；v可以用非放射性物质，但杂交信号相对较弱，灵敏度较同可以用非放射性物质，但杂交信号相对较弱，灵敏度较同位素标记低，且相对价格较高。位素标记低，且相对价格较高。同一亲本及其子代相同位点上的多态性不变；同一亲本及其子代相同位点上的多态性不变；共显性，同一凝胶电泳可显示不同多态性片段；共显性，同一凝胶电泳可显示不同多态性片段；3232ppt课件.遗传作图中的第二代DNA标记简单序列长度多态性简单序列长度多态性 SSLPsSSLPs发现：发现：小卫星序列小卫星序列minisatellite min

23、isatellite（19851985年）年）微卫星序列微卫星序列microsatellite microsatellite（19891989年）年）microsatellite markermicrosatellite marker又称简单串连重复（又称简单串连重复（short tandem repeatshort tandem repeat，STRSTR），），最重要最重要的优点是高度多态性，提供的信息量相对很大；另外可用的优点是高度多态性，提供的信息量相对很大；另外可用PCRPCR技术使操作实技术使操作实现自动化，遗传图与物理图研究中非常有用的工具现自动化，遗传图与物理图研究中非常有用的

24、工具2020世纪世纪8080年代后期年代后期,人们开始应用人们开始应用微卫星序列微卫星序列(microsatellite,MS)(microsatellite,MS)绘制图谱。绘制图谱。19941994年底，美、法完成了以年底，美、法完成了以RFLPRFLP及微卫星为标志的遗传图谱及微卫星为标志的遗传图谱.图谱包含了图谱包含了58265826位点，覆盖位点，覆盖4000cM4000cM，分辨率高达，分辨率高达0.7cM0.7cM19961996年法国报道了完全以微卫星年法国报道了完全以微卫星DNADNA标志构建的遗传连锁图，包含标志构建的遗传连锁图，包含23352335位点，分辩率为位点，分辩

25、率为1.6cM1.6cMppt课件.3333lSSLP（简单序列长度多态性）（简单序列长度多态性）SSLP是一系列不同长度的重复序列，不同的等位基因含有是一系列不同长度的重复序列，不同的等位基因含有不同的重复单位。有两种类型：不同的重复单位。有两种类型：v小卫星序列小卫星序列(minisatellite)：又称可变数目串联重复又称可变数目串联重复(variable number of tandem repeat,VNTR)，重复单位可以，重复单位可以是几十个核苷酸；是几十个核苷酸；v微卫星序列微卫星序列(microsatellite)：或称简单序列重复或称简单序列重复(simple seque

26、nce repeat,SSR)，简单串联重复，简单串联重复(simple tandem repeat,STR)。重复单位较短，常为。重复单位较短，常为2,3或或4个核苷酸单位，个核苷酸单位，重复次数一般重复次数一般10-50次。次。小卫星小卫星DNA每个每个SSR座位座位两侧一般是相两侧一般是相对保守的单拷对保守的单拷贝序列贝序列简单序列长度多态性：简单序列长度多态性：微微卫星卫星序列序列 ppt课件.3737一般检测到的是单一的复等位基因位点，提供的信息一般检测到的是单一的复等位基因位点，提供的信息量高；量高；孟德尔方式遗传，呈共显性，可鉴别杂合子和纯合子；孟德尔方式遗传，呈共显性，可鉴别杂

27、合子和纯合子；所需所需DNA量少；量少；数量丰富，覆盖整个基因组，揭示的多态性高。数量丰富，覆盖整个基因组，揭示的多态性高。SSR的优点的优点3838ppt课件.遗传作图中的第三代DNA标记单核苷酸多态性标记（单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphismssingle nucleotide polymorphisms，SNPsSNPs）点突变，位于密码子的摇摆位置，表现为沉默突变而被大量保留下点突变，位于密码子的摇摆位置，表现为沉默突变而被大量保留下来。大多数不能被限制酶识别，必须采取测序或寡聚核苷酸杂交检来。大多数不能被限制酶识别，必须采取测序或寡聚核苷酸

28、杂交检测测在人类基因组中可达到在人类基因组中可达到300300万个，平均每万个，平均每10001000个碱基对就有一个个碱基对就有一个数目多，覆盖密度大，它的开发和应用摒弃了遗传标记分析技术的数目多，覆盖密度大，它的开发和应用摒弃了遗传标记分析技术的 瓶颈瓶颈 凝胶电泳，为凝胶电泳，为DNADNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础芯片技术应用于遗传作图提供了基础ppt课件.3939lSNP基因组中存在的单个碱基的突变；基因组中存在的单个碱基的突变；数量极大，如人类基因组中每数量极大，如人类基因组中每1.3kb就有就有1个个SNP存在，可存在，可最大限度揭示基因组的遗传多样性；最大限度揭示基因组的

29、遗传多样性；群体在特定的单核苷酸群体在特定的单核苷酸 位置只有位置只有2个或个或3个个SNP，这些位点称二分等位这些位点称二分等位(biallele)或三分等位或三分等位(triallele)位点。位点。4141ppt课件.三、基因组作图的方法遗传作图遗传作图物理作图物理作图序列作图序列作图基因作图基因作图4242ppt课件.遗传图谱遗传图谱(genetic map)(genetic map)又称又称连锁图谱连锁图谱(linkage map)(linkage map)或遗传连锁图或遗传连锁图谱谱(genetic linkage map)(genetic linkage map)：指基因组内基因

30、和专一的多态性：指基因组内基因和专一的多态性DNADNA标记标记(marker)(marker)相对位置的图谱。相对位置的图谱。遗传作图遗传作图(genetic mapping)(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因或其：采用遗传学分析方法将基因或其它它DNADNA顺序标定在染色体上构建成连锁图。顺序标定在染色体上构建成连锁图。遗传图谱表明基因之间连锁关系和相对距离遗传图谱表明基因之间连锁关系和相对距离,早期早期 绘制的经典绘制的经典遗传图谱的单位是重组率，遗传图谱的单位是重组率，1%1%的重组率为的重组率为1 1个遗传单位。现个遗传单位。现代遗传图谱的单位为厘摩代遗传图

31、谱的单位为厘摩(centi Morgan(centi Morgan，cM)cM)，1cM1cM相当于相当于1%1%的重组率，约为的重组率，约为1 000 0001 000 000个碱基对个碱基对(base pairs(base pairs，bp)bp)。3.1 遗传作图的定义遗传作图的定义4343ppt课件.3.2 遗传作图的方法连锁分析是遗传作图的基础：连锁分析是遗传作图的基础：1905，Bateson，Saunder和和Punnett；1911年年Morgan揭示了连锁分析的意义揭示了连锁分析的意义在同一条染色体上的基因间表现出在同一条染色体上的基因间表现出遗传连锁遗传连锁(Genetic

32、 linkage)，因因为它们都是在同一条长的为它们都是在同一条长的DNA分子上。分子上。部分连锁与重组：部分连锁与重组：比利时细胞学家比利时细胞学家Janssens发现减数分裂时同源染色体的交换发现减数分裂时同源染色体的交换Sturtevant：2 个彼此靠近的基因之间因交换而分离的频率，要个彼此靠近的基因之间因交换而分离的频率，要比相互远离的比相互远离的2个基因之间发生分离的频率要小个基因之间发生分离的频率要小重组率则可成为测量基因之间相对距离的尺度，只要获得不同重组率则可成为测量基因之间相对距离的尺度，只要获得不同基因之间的重组率，就可绘制一份基因位于染色体上相对位置基因之间的重组率，就

33、可绘制一份基因位于染色体上相对位置的地理图的地理图ppt课件.4444连锁分析是遗传作图的基础连锁分析是遗传作图的基础l 孟德尔遗传理论孟德尔遗传理论 等位基因间的随机分离：等位基因间的随机分离：F1代的每个后代都有相同的机代的每个后代都有相同的机会传递会传递A或或a等位基因；等位基因；非等位基因间的自由组合：非等位基因间的自由组合：位于不同座位的等位基因独位于不同座位的等位基因独立遗传，在遗传后代中自由组合。立遗传，在遗传后代中自由组合。ppt课件.4545等位基因间的相互作用等位基因间的相互作用v 完全显性完全显性(complete dominance)两个不同的遗传因子同时存在时，其中只

34、有一个的两个不同的遗传因子同时存在时，其中只有一个的表型效应得以完全表现。表型效应得以完全表现。ppt课件.4646v不完全显性不完全显性(incomplete dominance)杂种杂种F1的性状表现为双亲性状的中间型。的性状表现为双亲性状的中间型。紫茉莉花色的遗传紫茉莉花色的遗传4747ppt课件.人类的生化性状人类的生化性状ABOABO血型血型HLAHLA（人类白细胞抗原）（人类白细胞抗原）复等位基因（复等位基因（multiple allelesmultiple alleles）：）：人类白细胞抗原（人类白细胞抗原（HLAHLA）是最复杂最具多态性的体系，位于是最复杂最具多态性的体系，

35、位于6 6 号染色体号染色体HLA-DRBIHLA-DRBI（human leukocyte antigens-DRBIhuman leukocyte antigens-DRBI）基因位点至少有）基因位点至少有5959个等位基因个等位基因HLA-BHLA-B抗原编码位点有抗原编码位点有6060多个等位基因多个等位基因v共显性共显性(codominance)4848ppt课件.ABO 血型基因座上具有编码不同半乳糖转移酶复等位基因血型基因座上具有编码不同半乳糖转移酶复等位基因其特异性决定了血型的差别其特异性决定了血型的差别ppt课件.4949l 连锁遗传连锁遗传 当当2个不同基因位于同一染色体上

36、时，这个不同基因位于同一染色体上时，这2个基因个基因往往表现为连锁遗传。往往表现为连锁遗传。A和和C，B和和C间符合间符合孟德尔第二定律；孟德尔第二定律；A和和B间则表现为连间则表现为连锁遗传。锁遗传。ppt课件.5050 亲本型配子：亲本型配子：AB、ab；重组型配子：重组型配子：Ab、aB；A与与B间发生交换的频率间发生交换的频率取决于取决于A、B在染色体上在染色体上的距离，另外还与染色体的距离，另外还与染色体结构有关，但重组型配子结构有关，但重组型配子数不会超过数不会超过50%。5252ppt课件.3.3 部分连锁与遗传作图构建遗传图谱的基本原理构建遗传图谱的基本原理真核生物遗传过程中会

37、发生减数分裂，此过程中染色体真核生物遗传过程中会发生减数分裂，此过程中染色体要进行重组和交换，这种重组和交换的概率会随着染色要进行重组和交换，这种重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化。体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化。根据概率大小，人们就可以推断出同一条染色体上两点根据概率大小，人们就可以推断出同一条染色体上两点间的相对距离和位置关系。正因为如此，我们得到的这间的相对距离和位置关系。正因为如此，我们得到的这张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这一张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这一距离距离(概率概率)为为遗传距离遗传距离(cM)

38、(cM)，由此构建的图谱也称为，由此构建的图谱也称为遗遗传图谱传图谱。ppt课件.5353l 部分连锁与遗传作图部分连锁与遗传作图若染色体上任何位点发生交换的机会均等，则交换的频若染色体上任何位点发生交换的机会均等，则交换的频率随率随染色体上基因间距离的增加而增大染色体上基因间距离的增加而增大；重组是交换的结果。重组是交换的结果。由于无法直接测定交换值，一般通过基因的重组率来估由于无法直接测定交换值，一般通过基因的重组率来估计交换值。计交换值。%100)RF(总配子数总配子数重组型配子数重组型配子数重组率重组率单位：厘摩单位：厘摩(centimorgan,cM)，1cM=1%的重组率。的重组率

39、。就一个就一个很短的交换染色体片段很短的交换染色体片段来说，来说，交换值等于重组交换值等于重组率率；在较大的染色体区段内，因双交换或多交换常可发生，在较大的染色体区段内，因双交换或多交换常可发生，用重组率估计交换值往往偏低；用重组率估计交换值往往偏低；5555ppt课件.3.4 RFLP连锁图RFLP是第一种用于研究的是第一种用于研究的DNA标记（标记（David Bostein，1980）基本设想：基本设想：由于同源染色体同一区段由于同源染色体同一区段DNA顺序的差顺序的差异，用限制酶消化时，会得到长度各不相同的限制异，用限制酶消化时，会得到长度各不相同的限制性片段。经过琼脂糖凝胶电泳分离，

40、可直接显示不性片段。经过琼脂糖凝胶电泳分离，可直接显示不同个体同一位点同个体同一位点DNA组成的差异组成的差异由于限制酶的专一性，用不同的限制酶处理同一由于限制酶的专一性，用不同的限制酶处理同一DNA样品时，可以产生与之对应的不同限制性片断，样品时，可以产生与之对应的不同限制性片断，从而提供大量位点多态性信息从而提供大量位点多态性信息DNA限制酶分析亲本：亲本：A1/B1A1/B1和和A2/B2A2/B2，个体，个体231231；新组合：；新组合：A1/B2A1/B2和和A2/B1A2/B1，个体，个体3939交换率：交换率：39/39/（231+39231+39）=14%=14%；A A与与

41、B B相距相距14cM14cMRFLP连锁图我们直接检验由限制图谱获得的基因型，而不是检测其表型的特点左图表示三个世代限制图谱之间的血缘关系，其限限制片段长度多态性制片段长度多态性(RFLP)可以按孟德尔方式遗传，四种等位基因在每代中独立地分离，但图中经限制酶消化后所有等位基因之间的组合在凝胶电泳中都存在.5959ppt课件.基因与分子标记的共分离共分离：共分离：如果限制酶多态性在基因组中自由发生，则如果限制酶多态性在基因组中自由发生，则有些会在特定基因附近产生。我们可以确定这样的限有些会在特定基因附近产生。我们可以确定这样的限制性标记，因为该标记与突变表型密切相关。如果比制性标记，因为该标记

42、与突变表型密切相关。如果比较患病者的和正常人的较患病者的和正常人的DNA DNA 限制图谱，可能发现一个限制图谱，可能发现一个特定的限制性位点通常出现特定的限制性位点通常出现(或者丢失或者丢失)在患者在患者DNA DNA 中，中，原因是限制性标记与表型间原因是限制性标记与表型间100%100%相关。它暗示限制性相关。它暗示限制性标记与突变基因距离很紧，以至于它们在重组中不能标记与突变基因距离很紧，以至于它们在重组中不能分离，即共分离。分离，即共分离。6060ppt课件.人类遗传图人类基因组计划的最初目标人类基因组计划的最初目标-完成一份遗传图，其完成一份遗传图，其密度至少为每密度至少为每100

43、0kb 1000kb 一个标记一个标记19941994年完成，密度达到年完成，密度达到600kb600kb一个标记一个标记含有含有52645264个微卫星序列个微卫星序列不久，另一份物理图也随之问世，其密度为每不久，另一份物理图也随之问世，其密度为每100kb100kb一个标记一个标记含有含有70007000个微卫星序列个微卫星序列6161ppt课件.3.5 物理作图u 物理作图物理作图(phisical mapping):采用分子生物学技术，直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。限制性片段作图与克隆作图的图距单位为碱基对。u 物理图谱物理图谱(physical map):是在

44、DNA分子水平上描述染色体中界标间顺序和距离的图谱。构建物理图谱的目的是分离和鉴定单个基因或某些感兴趣的基因片段，为人类基因组30 亿个碱基测序打下基础。6262ppt课件.物理作图主要方法限制酶作图限制酶作图基于克隆的基因组作图基于克隆的基因组作图荧光原位杂交（荧光原位杂交（FISHFISH）序列标记位点（序列标记位点（STS)STS)6464ppt课件.完整图谱构建的步骤从染色体显带的低分辨率细胞学作图到限制酶切指纹限制酶切指纹、重叠克隆群的高分辨率物理图谱，分 离到的DNA片段的大小差异很大，可介于10Mb到100Kb之间。方法是：利用不同的限制性内 切酶将DNA切成长 度不等的片段，通

45、过琼脂糖凝胶电泳法和脉冲电场凝胶法将大到10Mb的DNA片段进行分离。分离后的DNA片段经直接染色使DNA显带，或通过DNA分子杂交，使标记放射性同位素或非放射性同位素标记的探针能在数以百万计的不同DNA片段溶液中找 到与其互补的DNA链。虽然这些方法能分离DNA片段，并确定与其相应的探针的顺序，但不能 使分离的DNA片段按染色体上的顺序进行排序。1、分离大片段、分离大片段DNA分子分子6565ppt课件.限制酶切图谱比较不同限制酶产生的比较不同限制酶产生的DNADNA片段的大小片段的大小单酶切、双酶切、对比组装单酶切、双酶切、对比组装部分酶切：多个相同酶切位点区段只发生一次酶切部分酶切：多个

46、相同酶切位点区段只发生一次酶切末端同位素标记（或其他标记）结合部分酶切：形成梯末端同位素标记（或其他标记）结合部分酶切：形成梯形分布带形分布带6666ppt课件.(1)完全降解完全降解：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)(2)部分降解部分降解：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

47、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。6767ppt课件.2、大片段DNA和DNA克隆库排序把覆盖一条染色体的50500个大DNA片段进行排序以构建低分辨率图谱的排序方法有两种：一是一是用两种不同的限制性内切酶分别切割基因组DNA，可以产生两套彼此重叠的DNA片段，再 用适当的探针将相邻的重叠片段鉴定出来。二是二是只用一种限制性内切酶产生大片段，再用一 套连点探针(linking probe)与两个不同的大DNA片段杂交，由于探针是由酶切大片段产生的 小片段制成，含有特定酶切位点顺序，所以可确定大段DNA在基因组中的邻近关系。然而，高分辨率的物理图谱必须采用克隆排序

48、。染色体上DNA片段的克隆是随机的，库中的 每个克隆通常都与相邻的数个克隆有广泛的重叠，克隆库的高度重复使染色体的任一片段将 出现在数个不同的克隆库中。6868ppt课件.目前，利用克隆库进行高分辨率物理图谱的排序有五种途径：YAC是装载DNA片段最大的克隆库，插入外源DNA片段是细菌宿主系统中(BAC)克隆片段的10 倍：BAC是一种可取代YAC的新方法，克隆效率高，克隆载体的稳定性好，克隆嵌合体极少；COSMID作为亚克隆的载体克隆系统，在重叠群连接时起重要作用。代表基因组转录区的 CDNA克隆库可作为另一类确定DNA大片段间衔接关系的探针(CDNA探针)，检测不含内含子的 编码区在基因组

49、中的衔接次序；另一类利用经过标准化的家族连锁分析进行排序的FRLP探针套，可将大片段DNA克隆进行 排序。现有许多指纹法可用来鉴定重叠克隆并排定克隆库次序。6969ppt课件.克隆库中常用的载体 载体载体质粒、噬菌体、粘粒质粒、噬菌体、粘粒啤酒酵母基因组主要是先构建粘粒文库，然后建立啤酒酵母基因组主要是先构建粘粒文库，然后建立克隆重叠群完成测序克隆重叠群完成测序高等生物基因组高等生物基因组拟南芥拟南芥1.2X101.2X105 5bpbp，需要，需要2500025000个克隆个克隆人类基因组是拟南芥基因组的人类基因组是拟南芥基因组的3333倍倍7070ppt课件.大分子大分子DNADNA的克隆

50、载体的克隆载体酵母人工染色体酵母人工染色体YACYAC：重组：重组YACYAC分子只能在酵母细胞中分子只能在酵母细胞中扩增扩增着丝粒：在细胞分裂时负责染色体均等分配着丝粒：在细胞分裂时负责染色体均等分配端粒：位于染色体端部的特异序列，保持人工染色体的稳定性端粒：位于染色体端部的特异序列，保持人工染色体的稳定性自主复制起始点：在细胞中启动染色体的复制自主复制起始点：在细胞中启动染色体的复制缺陷：插入子稳定性问题、同一酵母细胞多个缺陷：插入子稳定性问题、同一酵母细胞多个YACYAC引起交换产引起交换产生嵌合生嵌合7171ppt课件.7272ppt课件.噬菌体噬菌体P1P1载体：与载体：与 载体相似

51、，将天然噬菌体基因组载体相似，将天然噬菌体基因组中的一段区域缺失，容量达中的一段区域缺失，容量达125kb125kb细菌人工染色体细菌人工染色体BACBAC：由大肠杆菌中：由大肠杆菌中F F质粒衍生，容质粒衍生，容量达量达300kb300kb，单拷贝复制，稳定，不会因重组发生嵌，单拷贝复制，稳定，不会因重组发生嵌合合P1P1人工染色体人工染色体PACPAC：结合：结合P1P1载体和载体和BACBAC载体的优点载体的优点7373ppt课件.7474ppt课件.ppt课件.7575质粒质粒*受体细胞受体细胞结构结构插入片断插入片断举例举例 E.coliE.coli环状环状 8 8*p pUCUC1

52、8/19,T-18/19,T-载体载体pGEM-3zpGEM-3z等等 噬菌体噬菌体E.coliE.coli线状线状9-24kb9-24kbEMBLEMBL系列，系列，gt gt系列系列丝状噬菌体及噬菌粒丝状噬菌体及噬菌粒E.coliE.coli环状环状 10 kb 10 kbM13mpM13mp系列系列粘粒载体粘粒载体E.coliE.coli环状环状35-45kb35-45kbpJB8,c2RB,pJB8,c2RB,pcoslEMBL,pWE15/16,pcoslEMBL,pWE15/16,pCV pCV BAC(Bacterial BAC(Bacterial Artificial Chro

53、Artificial Chromomosome)some)E.coliE.coli环状环状300 kb300 kbPel oBACPel oBAC系列系列PAC(P1-derived PAC(P1-derived Artificial chromosome)Artificial chromosome)E.coliE.coli环状环状100-2000 kb100-2000 kbPCYPAC1PCYPAC1YAC(Yeast Artificial YAC(Yeast Artificial chromosome)chromosome)酵母细胞酵母细胞线性染色体线性染色体100-2000 kb100-

54、2000 kbMAC(Mammalian MAC(Mammalian Artificial Chromosome)Artificial Chromosome)哺乳类细胞哺乳类细胞线性染色体线性染色体 1000 kb 1000 kb病毒载体病毒载体动物细胞动物细胞环状环状SV40 SV40 载体，昆虫载体，昆虫杆状病毒载体杆状病毒载体穿梭载体穿梭载体动物细胞动物细胞和细菌和细菌环状环状pSVK3pSVK3质粒，质粒，PBV,PBV,TiTi质粒质粒载体的种类和特征载体的种类和特征7676ppt课件.3、克隆间隙的填补方法染色体步查和染色体跳查染色体步查和跳查(chromosome walking

55、和chromosome jumping)是寻找重叠克隆和填补克隆 群间隙的有效方法。从染色体上的某一位置(或某一克隆片段)出发，设法分离得到与其邻接 的(一侧或两侧)片段，一步一步地或跳过一定序列，根据末端重叠序列将邻近片段连接起来。7777ppt课件.重叠群组建重叠群重叠群contigcontig：相互间存在重叠顺序的一组克隆。：相互间存在重叠顺序的一组克隆。最早组建重叠群方法最早组建重叠群方法染色体步移染色体步移：从基因组文库：从基因组文库中挑取一个指定的或随机的克隆，然后在文库中寻中挑取一个指定的或随机的克隆，然后在文库中寻找与之重叠的第二个克隆。在此基础上再寻找第三找与之重叠的第二个克

56、隆。在此基础上再寻找第三个克隆，依次延伸个克隆，依次延伸染色体步移的速度缓慢，仅适合于小基因组及小区段染染色体步移的速度缓慢，仅适合于小基因组及小区段染色体的物理图绘制色体的物理图绘制7878ppt课件.序列标签位点（STS）作图u序列标签位点（序列标签位点（Sequence Tag SiteSequence Tag Site，STSSTS）：）：指指一段短的DNA序列，通常长度在100-500bp，易于识别，在待研究的染色体或基因组中仅存在1个拷贝。当2个片段含有同一STS序列时，可以确认这两个片段彼此重叠。u目前，分辨率最高的物理图谱物理图谱是在序列标签位点序列标签位点(seguence-

57、(seguence-tagged site,STS)tagged site,STS)作为标记的基础 上，将插入人类DNA片段的克隆群按原来在染色体基因组上的线性顺序构建的图谱。STS可作为整合遗传图谱和物理图谱的，对采用不同作图技术构建的图谱进行比较 并对其进行整合，最终实现大规模基因组DNA测序。u 序列标记位点作图序列标记位点作图：通过PCR或分子杂交运用STS将待定DNA顺序定位在基因组染色体区段中。8080ppt课件.STSSTS定位：定位在染色体或基因组中的定位：定位在染色体或基因组中的DNADNA区段区段克隆作图克隆作图：基因组测序计划的准备工作之一，将基因组或分离：基因组测序计划

58、的准备工作之一，将基因组或分离的染色体打断，并将这些片段克隆到高容量的载体中，构建全的染色体打断，并将这些片段克隆到高容量的载体中，构建全基因组文库。基因组文库。PCRPCR方法检测含有标记的方法检测含有标记的STSSTS克隆，根据重叠的克隆，根据重叠的STSSTS标记可绘标记可绘制克隆连锁图。制克隆连锁图。ppt课件.8181l 如何选择分子标记研究对象的相关信息；研究对象的相关信息；研究目的；研究目的；结果的可靠性和可重复性；结果的可靠性和可重复性；分子标记的遗传特性；分子标记的遗传特性；费用；费用；时间。时间。ppt课件.8282分子图谱的构建分子图谱的构建选择适合作图的选择适合作图的D

59、NA标记；标记；根据遗传材料之间的根据遗传材料之间的DNA多态性，选择用于建立作图群体多态性，选择用于建立作图群体的亲本组合；的亲本组合；建立分离群体，即具有大量分子标记处于分离状态的分离建立分离群体，即具有大量分子标记处于分离状态的分离群体或衍生系；群体或衍生系；测定群体中不同个体的标记基因型；测定群体中不同个体的标记基因型；对标记基因型数据进行连锁分析，构建连锁图。对标记基因型数据进行连锁分析，构建连锁图。主要步骤主要步骤遗传图谱遗传图谱是某一物种的是某一物种的染色体染色体图谱（也就是我们所图谱（也就是我们所知的连锁图谱），显示所知的基因和知的连锁图谱），显示所知的基因和/或或遗传标记遗传

60、标记的的相对位置，而不是在每条相对位置，而不是在每条染色体染色体上特殊的物理位置。上特殊的物理位置。由由遗传重组遗传重组测验结果推算出来的、在一条测验结果推算出来的、在一条染色体染色体上上可以发生的突变座位的直线排列（可以发生的突变座位的直线排列（基因位点基因位点的排列）的排列）图。图。物理图谱物理图谱是利用是利用限制性内切酶限制性内切酶将染色体切成片段，将染色体切成片段，再根据重叠序列确定片段间连接顺序，以及再根据重叠序列确定片段间连接顺序，以及遗传标遗传标记记之间物理距离之间物理距离碱基对碱基对(bp)或或千碱基千碱基(kb)或或兆碱基兆碱基(Mb)的图谱。以的图谱。以人类基因组人类基因组

61、物理图谱物理图谱为例，它包为例，它包括两层含义，一是获得分布于整个括两层含义，一是获得分布于整个基因组基因组30 000个序个序列标志位点列标志位点(STS，其定义是染色体定位明确且可用，其定义是染色体定位明确且可用PCR扩增扩增的的单拷贝序列单拷贝序列)。ppt课件.8484l 构建构建DNA标记图谱的软件标记图谱的软件软件名称及简要介绍、操作系统、参考文献及获取软件软件名称及简要介绍、操作系统、参考文献及获取软件的网址信息：的网址信息：http:/linkage.rockefeller.edu/soft/list.html目前应用最为广泛的作图软件目前应用最为广泛的作图软件mapmaker/exp：http:/www.broad.mit.edu/ftp/distribution/software/mapmaker3/ppt课件.8585此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！