遗传图绘制.ppt

　　1张

　　标题： 2. 遗传图绘制

　　2张

　　其他占位符： 2

　　标题： 基因组计划：获得全基因组序列，为基因组的全面测序提供工作框架

　　1997-1999: 拟南芥、线虫、人类22号染色体基因组测序相继完成

　　2005年至今：黑猩猩、猪、玉米……

　　3张

　　其他占位符： 3

　　标题： 基因组计划

　　正文： 获得全基因组序列：为基因组的全面测序提供工作框架 构建基因组图：在长链DNA分子上寻找特征性标记，根据分子标记将包括这些序列的克隆进行连锁定位，绘制基因组图。 根据基因组图，基因组区段分解、逐个测序，最后进行组装

　　4张

　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 4

　　标题： 基因组测序的两种不同策略

　　正文： 重叠群法 (作图法测序)：contig，指相互间存在重叠顺序的一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基对。在单个的重叠群中，采用鸟枪法测序，然后在重叠群内进行组装。由上至下。 直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序，再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分子标记，检测组装片段是否处在正确的位置，校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下至上

　　5张

　　其他占位符： 5

　　(Gp:) 克隆重叠群 指导的测序

　　(Gp:) 全基因组直接鸟枪法测序

　　(Gp:) 基因组物理图

　　(Gp:) 序列组装

　　(Gp:) 序列组装

　　(Gp:) DNA片段内部用鸟枪法测序

　　(Gp:) 序列的物理位置已知

　　(Gp:) 用分子标记来确定组装序列在染色体中的位置

　　6张

　　其他占位符： 6

　　标题： Why：为什么需要基因组图?

　　正文： 分散测序的小片段在组装时必须回到原来的位置。但是我们怎么知道测序小片段在染色体的正确位置呢?如果基因组中存在重复的DNA序列，怎样才能避免张冠李戴呢? 作图法测序和鸟枪法测序最后都必须将DNA序列回归到基因组图上，因此基因组图的绘制是基因组测序和组装的核心内容之一，是基因组全面测序的必要前提。

　　7张

　　其他占位符： 7

　　标题： What：基因组作图的基本思路

　　正文： 在长链DNA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隆进行连锁定位，绘制基因组图。 分子标记在基因组中的位置具有唯一性，可以准确无误地将已测序的DNA锚定在染色体的物理位置上。

　　8张

　　其他占位符： 8

　　标题： What：基因组作图的方法

　　正文： 遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法(杂交实验和家系分析)，将基因或其他DNA分子标记标定在染色体上，构建连锁图。遗传图距单位为厘摩(cM)，每单位厘摩定义为1%交换率。 物理作图( physical 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 (base pair, bp)。

　　9张

　　其他占位符： 9

　　小米基因组遗传图

　　cM

　　分子标记

　　10张

　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 10

　　遗传图谱和 物理图谱 的对应关系

　　正文： 图片来自于：://nature/nrg/journal/v8/n9/fig_tab/nrg2144_F1.html

　　(Gp:) 遗传图谱

　　(Gp:) 分子标记

　　(Gp:) 物理图谱

　　(Gp:) X染色体带型

　　11张

　　其他占位符： 11

　　除了测序，遗传图谱和 物理图谱的其他应用，如靶基因定位

　　正文： 图片来自于：://pnas/content/100/10/5968/F1.large.jpg

　　12张

　　其他占位符： 12

　　标题： 第二章 遗传作图

　　正文： 2.1 遗传作图概述 2.2 遗传作图中使用的标记 2.3 遗传作图的方法 2.4 人类遗传图

　　13张

　　其他占位符： 13

　　标题： 2.1 遗传作图概述

　　正文： 遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或遗传连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和专一的多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱。 遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因或其它DNA顺序标定在染色体上从而构建连锁图。 遗传图谱可以表示基因之间连锁关系和相对距离,早期 绘制的经典遗传图谱的单位是重组率，1%的重组率为1个遗传单位。现代遗传图谱的单位为厘摩(centi Morgan，cM)，1cM相当于1%的重组率，约为1,000,000个碱基对(base pairs，bp)

　　14张

　　其他占位符： 14

　　标题： 2.1 遗传作图概述

　　正文： 通过遗传图谱，我们可以大致了解各个基因或DNA片断之间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近着丝粒，哪个更靠近端粒等。 遗传距离是通过遗传连锁分析获得的，使用的DNA厘摩标志越多，越密集，所得到的遗传连锁图的分辨率就越高。 遗传图谱不仅是现阶段定位基因的重要手段，即使在人类基因组全物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因组遗传与变异的重要手段。

　　15张

　　其他占位符： 15

　　标题： 2.2 遗传作图中使用的标记

　　正文： 遗传标记(Genetic Markers)：遗传图有特征性的位置标记，用于表示基因组中特定顺序所在的位置。这些标记按孟德尔方式遗传，标记位点应是多态的。 基因标记 DNA标记

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　　其他占位符： 16

　　标题： 2.2.1 基因标记

　　正文： 经典遗传学: 表型(phenotype) ：一个遗传性状必须以两种替换形式或表型存在才能用于遗传学分析 等位基因(allele)：每种表型是由不同的等位基因控制。定义：同源染色体的相同位置上，控制相对性状的一对基因。 肉眼分辨的表型：颜色、形状等。如用于果蝇遗传图的构建 生化表型：微生物遗传学研究,便于实验

　　17张

　　其他占位符： 17

　　标题： 2.2.1 基因标记

　　正文： 人类的生化性状 ABO血型 HLA(人类白细胞抗原) 复等位基因(multiple alleles)：人类白细胞抗原(HLA)是最复杂最具多态性的体系，位于6 号染色体 HLA-DRBI(human leukocyte antigens-DRBI)基因位点至少有59个等位基因 HLA-B抗原编码位点有60多个等位基因

　　基因标记：有用、有效，并非理想。基因标记有什么缺陷?

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　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 18

　　标题： 人类染色体的一小部分:

　　基因 外显子 内含子

　　基因组内各种重复序列

　　19张

　　其他占位符： 19

　　标题： 2.2.1 基因标记

　　正文： 基因标记：有用、有效，并非理想。 高等生物，可用作标记的基因十分有限。 许多性状都涉及多基因。 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因标记将在遗传图中留下大片的无标记区段。 并非所有等位基因可以通过常规实验予以区分，因而产生的遗传图不完整，必须寻找其他更有效的标记。

　　20张

　　其他占位符： 20

　　标题： 2.2.2 DNA(分子)标记

　　正文： 基因之外的作图工具统称为DNA分子标记。 第一代标记：限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphisms, RFLP) 70年代中后期，限制酶片段长度多态性(RFLP) 第二代标记：简单序列长度多态性(simple sequence length polymorphisms,SSLPs) 85年，“小卫星序列"(minisatellite) 89年，“微卫星序列"(microsatellite) 第三代标记：单核苷酸多态性标记(single nucleotide polymorphisms, SNP)

　　21张

　　其他占位符： 21

　　标题： 2.2.3 遗传标记中的第一代标记

　　正文： 70年代发展起来的DNA重组技术、DNA克隆技术和DNA探针技术 为拓展遗传图谱的构建途径创造了技术条件 使人类基因定位的方法从细胞及染色体水平过渡到分子水平 DNA水平的多态性标记位点作为绘制现代遗传图谱的主要界标，提高图谱的 精确度、准确性。遗传图谱的绘制进入了一个崭新的时代 现代遗传图谱的概念由Botstein D等(1980)首先提出，在此基础上，限制性片段长度多态性(RFLP)作为遗传图谱的第一代崭新标记得以问世 。 限制性位点能够用作基因标记。广泛应用到基因组研究中。基因或基因组可以用重叠的限制性片段来作图。最终扩展到整个序列，构建连锁图谱。

　　22张

　　其他占位符： 22

　　正文： 例如：大肠杆菌的限制酶EcoR1会辨识这一段特殊的序列，并将DNA序列切开。

　　23张

　　其他占位符： 23

　　正文： 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， 经限制酶处理后产生长度不一的片段，成为RFLP。 这些片段经琼脂糖凝胶电泳分离，可显示不同个体同一位点DNA组成的差异。 RFLP分子标记的缺点：不是所有限制性位点都有多态性-->分布密度过于稀疏;又必须借助分子杂交显示，工作效率较低。

　　识别特征序列E

　　识别特征序列B

　　限制酶根据什么特征序列来处理?

　　24张

　　其他占位符： 24

　　标题： 2.2.3遗传标记中的第二代标记

　　正文： 简单序列长度多态性 SSLPs 发现： 小卫星序列minisatellite (1985年) 微卫星序列microsatellite (1989年) microsatellite marker又称简单串连重复(simple sequence repeat, SSR)，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PCR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。

　　25张

　　其他占位符： 25

　　26张

　　其他占位符： 26

　　标题： 2.2.3遗传标记中的第三代标记

　　正文： 单核苷酸多态性标记(single nucleotide polymorphisms，SNPs) 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测。

　　27张

　　其他占位符： 27

　　标题： 2.2.3遗传标记中的第三代标记

　　正文： 单核苷酸多态性标记(single nucleotide polymorphisms，SNPs) 在人类基因组中可达到300万个SNPs，平均每1000个碱基对就有一个 (人类基因组大小为30亿个碱基对)。 SNP标记优点：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”凝胶电泳，为DNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础。

　　28张

　　其他占位符： 28

　　标题： SNP的应用之一：全基因组关联分析

　　正文： 全基因组关联分析(Genome-wide association study，GWAS)是指在全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性(SNP)，从中筛选出与特定生物表型相关的SNPs。 同时，GWAS研究让我们找到了许多从前未曾发现的基因以及染色体区域。对于人类来说，这为复杂疾病的发病机制提供了更多的线索。 GWAS分析涉及到遗传、计算和统计等领域的知识和技能。

　　29张

　　其他占位符： 29

　　标题： SNP的应用

　　正文： 950 个水稻品系，样本来自世界各地 通过全基因组关联分析(GWAS)，挖掘到46个基因，这些基因与开花时间和稻粒有关的十多种表型 是关联的。

　　30张

　　其他占位符： 30

　　标题： 2.3 遗传作图的方法

　　正文： 连锁分析是遗传作图的基础：1905，Bateson，Saunder和Punnett;1911年Morgan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遗传连锁(Genetic linkage)，因为它们都是在同一条长的DNA分子上。

　　有丝分裂和减数分裂?

　　31张

　　其他占位符： 31

　　标题： 有丝分裂

　　正文： 发生在体细胞核中 DNA复制(形成姐妹染色单体)结束之后，姐妹染色单体被平均分配到子细胞。

　　32张

　　其他占位符： 32

　　(Gp:) 间期

　　(Gp:) 前期I

　　(Gp:) 中期I

　　(Gp:) 后期I

　　(Gp:) 前期II

　　(Gp:) 中期II

　　(Gp:) 后期II

　　(Gp:) 末期I

　　(Gp:) 配子

　　(Gp:) 发生交换

　　(Gp:) 同源染色体联会

　　标题： 减数分裂只发生在生殖细胞中。减数分裂时姐妹染色单体之间发生区段交换。

　　同源染色体配对是发生姐妹染色体交换与重组的先决条件。

　　同源染色体配对，然后分离

　　33张

　　其他占位符： 减数分裂中，同源染色体之间可以不发生区段交换吗?

　　其他占位符： 33

　　34张

　　其他占位符： 34

　　识别同源染色体，并将他们在减数分裂一期分配到两个子细胞中。 在配对的时候 DNA 必须被切断。DNA 断了怎么办，修!而怎么修最好呢?这就是交换与重组的意义了。 为了保证染色体的精确分离，减数第一次分裂后每对同源染色体之间会产生至少一次交换

　　35张

　　其他占位符： 35

　　标题： 2.3 遗传作图的方法

　　正文： 连锁分析是遗传作图的基础：1905，Bateson，Saunder和Punnett;1911年Morgan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遗传连锁(Genetic linkage)，因为它们都是在同一条长的DNA分子上。 部分连锁与重组： 比利时细胞学家Janssens发现减数分裂时同源染色体的交换，解释了为何同一条染色体上的基因表现为部分而非完全连锁现象。 Morgan的研究生Sturtevant提出：2 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2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的地理图。

　　36张

　　其他占位符： 36

　　标题： 基因A、B位于同一条染色体上：

　　(Gp:) 前期I

　　(Gp:) 没有 交换

　　(Gp:) 基因A和B之间发生 交换

　　(Gp:) 前期II

　　(Gp:) 末期II

　　基因型 2AB:2ab

　　基因型 1AB:1aB:1Ab:1ab

　　37张

　　其他占位符： 37

　　标题： 孟德尔遗传法则：等位基因随机分离;非等位基因自由组合

　　(Gp:) 单因子杂交

　　(Gp:) 亲代

　　(Gp:) F1代的基因型

　　(Gp:) F1代的表型

　　(Gp:) 双因子杂交

　　(Gp:) 亲代

　　(Gp:) F1代的 基因型

　　(Gp:) F1代的 表型

　　正文： 基因A和B在同一条染色体上，因此应该同时遗传。 所以孟德尔第二法则不适用于A和B的遗传;而适用于A和C，或B和C的遗传。 孟德尔没有发现连锁，因为他所研究的7个基因都位于不同的豌豆染色体上。

　　38张

　　其他占位符： 基因组学概论

　　其他占位符： 38

　　(Gp:) 2个基因

　　(Gp:) 等位基因 (allele)

　　(Gp:) 开花颜色

　　(Gp:) 花粉性状

　　(Gp:) 亲本杂交

　　(Gp:) 结论： 显性性状为 Purple 紫色花和 Long长形花粉 隐性性状为 Red 红色花 和 Round圆粒花粉

　　(Gp:) F1 代 自交

　　(Gp:) 如果2个基因之间不连锁(发生交换)，相互独立遗传 F1自交后后代的比例将是：

　　(Gp:) 如果2个基因连锁(不发生交换)，即共同遗传。F1自交后后代比例：

　　39张

　　其他占位符： 39

　　结论： F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传

　　(Gp:) 结论： 显性性状为 Purple 紫色花和 Long长形花粉 隐性性状为 Red 红色花 和 Round圆粒花粉

　　(Gp:) 2个基因

　　(Gp:) 等位基因 (allele)

　　(Gp:) 开花颜色

　　(Gp:) 花粉性状

　　(Gp:) 如果2个基因之间不连锁(发生交换)，相互独立遗传 F1自交后后代的比例将是：

　　F1 代 自交

　　F1自交后代 的实际数量

　　1200 purple, long 390 purple, round 391 red, long 130 red, round

　　3631 purple, long 0 purple, round 0 red, long 1208 red, round

　　如果2个基因连锁(不发生交换)，即共同遗传。F1自交后后代比例：

　　(Gp:) =

　　(Gp:) +

　　(Gp:) 2个基因发生连锁, 3:1

　　(Gp:) 2个基因不连锁, 9:3:3:1

　　(Gp:) F1自交后代 的实际数量

　　结论：F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传(有些减数分裂细胞发生染色体交换，有些细胞不发生交换)

　　40张

　　其他占位符： 40

　　标题： 从部分连锁到遗传作图

　　正文： 构建遗传图谱的基本原理 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。我们称这一距离(概率)为遗传距离(cM)，由此构建的图谱也称为遗传图谱。

　　41张

　　其他占位符： 41

　　标题： 从部分连锁到遗传作图

　　正文： Morgan的研究生Sturtevant提出：2 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2个基因之间发生分离的频率要小。 交换使2个连锁基因分开的频率同它们在染色体上所处位置的距离成正比。 距离越远，位于其间的配对区段越多，交换的机会越大(或者说，重组率越大) 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的地理图。

　　42张

　　其他占位符： 42

　　标题： 部分连锁与遗传作图Sturtevant 用果蝇完成的重组分析实验

　　43张

　　其他占位符： 43

　　正文： 亲本：A1/B1和A2/B2，个体231;新组合：A1/B2和A2/B1，个体39 交换率：39/(231+39)=14%;A与B相距14cM

　　标题： RFLP连锁图绘制

　　44张

　　其他占位符： 44

　　结论： F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传

　　(Gp:) 结论： 显性性状为 Purple 紫色花和 Long长形花粉 隐性性状为 Red 红色花 和 Round圆粒花粉

　　(Gp:) 2个基因

　　(Gp:) 等位基因 (allele)

　　(Gp:) 开花颜色

　　(Gp:) 花粉性状

　　(Gp:) 如果2个基因之间不连锁(发生交换)，相互独立遗传 F1自交后后代的比例将是：

　　F1 代 自交

　　F1自交后代 的实际数量

　　1200 purple, long 390 purple, round 391 red, long 130 red, round

　　3631 purple, long 0 purple, round 0 red, long 1208 red, round

　　如果2个基因连锁(不发生交换)，即共同遗传。F1自交后后代比例：

　　(Gp:) =

　　(Gp:) +

　　(Gp:) 2个基因发生连锁, 3:1

　　(Gp:) 2个基因不连锁, 9:3:3:1

　　(Gp:) F1自交后代 的实际数量

　　结论：F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传(有些减数分裂细胞发生染色体交换，有些细胞不发生交换)

　　重组率多少?

　　45张

　　其他占位符： 45

　　结论： F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传

　　(Gp:) 结论： 显性性状为 Purple 紫色花和 Long长形花粉 隐性性状为 Red 红色花 和 Round圆粒花粉

　　(Gp:) 2个基因

　　(Gp:) 等位基因 (allele)

　　(Gp:) 开花颜色

　　(Gp:) 花粉性状

　　(Gp:) 如果2个基因之间不连锁(发生交换)，相互独立遗传 F1自交后后代的比例将是：

　　F1 代 自交

　　F1自交后代 的实际数量

　　1200 purple, long 390 purple, round 391 red, long 130 red, round

　　3631 purple, long 0 purple, round 0 red, long 1208 red, round

　　如果2个基因连锁(不发生交换)，即共同遗传。F1自交后后代比例：

　　(Gp:) =

　　(Gp:) +

　　(Gp:) 2个基因发生连锁, 3:1

　　(Gp:) 2个基因不连锁, 9:3:3:1

　　(Gp:) F1自交后代 的实际数量

　　结论：F1代自交中控制性状的2个基因表现出部分连锁遗传(有些减数分裂细胞发生染色体交换，有些细胞不发生交换)

　　重组率是重组型配子占总配子数的百分数(标准方法通过测交实验)。 针对本实验(杂交实验)： 不产生重组的配子类型：AB，ab 0.5 AB 0.5 ab 发生重组产生的配子类型：AB，ab，Ab，aB 基因型aabb所占比重 1338/6950=0.19 配子ab所占比例 0.43% (0.43*0.43=0.19) 重组型配子占 (1-0.43*2)/2=0.07 0.43 AB 0.07 Ab 0.43 ab 0.07 aB 重组率=0.07*2=14%

　　46张

　　其他占位符： 46

　　标题： 基因图位克隆

　　正文： 分子连锁图的构建使得我们可以借助于分子标记共分离试验，找到基因所在的确切位置，为靶基因克隆奠定基础。 假如基因附近有一个紧密连锁的分子标记，在细胞减数分裂时分子标记与基因之间由于相距太近很少有机会发生交换。 寻找与靶基因共分离的分子标记是图位克隆(map-based cloning)的一个关键步骤，这是一个逐步推进的过程。 首先可从分子标记框架连锁图中找到与靶基因位于同一个连锁群的标记，然后再从中检测与靶基因接近的标记成员，依次渐进，直到获得最接近基因座位的标记为止。

　　47张

　　其他占位符： 47

　　除了测序，遗传图谱和 物理图谱的其他应用，如靶基因定位

　　正文： 图片来自于：://pnas/content/100/10/5968/F1.large.jpg

　　48张

　　其他占位符： 48

　　标题： 不同模式生物的连锁分析

　　正文： 有性杂交实验 主要涉及果蝇、老鼠和玉米、水稻等 系谱分析 对某家庭性状相关成员进行统计，分析性状之间的连锁关系，通过重组率进行相关基因定位 主要涉及人类和多年生树木 人类很难预先设计遗传学试验，人类重组频率的计算只能通过检测现有家系连续时代成员的基因型才能获得。 DNA转移 不发生减数分裂的生物，如细菌和病毒基因组

　　49张

　　其他占位符： 49

　　标题： 2.4 人类遗传图

　　正文： 人类基因组计划的最初目标---完成一份遗传图，其密度至少为每1000kb 一个标记 1994年完成，密度达到700kb一个标记 含有5800个标记，包括4000多个微卫星序列 (SSR) 1998，另一份遗传图也随之问世，其密度为每380kb一个标记 含有8000个简单串联重复分子标记 (SSR)

　　50张

　　其他占位符： 50

　　标题： 思考题

　　正文： 用于遗传图绘制的基因标记存在哪些缺点? 有哪些分子标记可用于绘制遗传连锁图?并简述这些分子标记的基本原理，优点或缺点。 遗传作图的基础是什么? 发生姐妹染色单体交换与重组的先决条件是什么?姐妹染色单体交换与重组可以在有丝分裂中发生吗? 基因图位克隆的原理是什么? 中英互译：RFLP, SSLP, SNP, 遗传连锁，遗传图谱

　　51张

　　其他占位符： 51

　　小米基因组遗传图

　　下节课内容：3 物理图绘制