什么是遗传图谱和物理图谱

1.什么是遗传图谱和物理图谱？两者的异同是什么？遗传图谱在基因组研究中的意义何在？答：遗传图谱：某一物种的染色体图谱（也就是我们所知的连锁图谱），显示所知的基因和/或遗传标记的相对位置，而不是在每条染色体上特殊的物理位置。采用遗传学分析方法将基因或其它DNA标记按一定的顺序排列在染色体上，这一方法包括杂交实验，家系分析。标记间的距离（遗传图距）用减数分裂中的交换频率来表示，单位为厘摩(Centi-Morgan,cM),每单位厘摩定义为1%交换率。遗传学图谱的解像度（分辨率）低，大约只能达到100万碱基对(1Mb)的水平。物理图谱：顾名思义，是DNA中一些可识别的界标（如限制性酶切位点、基因等）在DNA上的物理位置，图距是物理长度单位，如染色体的带区、核苷酸对的数量等。两者异同：①遗传图谱是基于重组频率，物理图谱是基于直接测量的DNA结构。②减数分裂重组的频率并不统一沿大多数染色体。有一些热点和冷点在重组和/或突变。热点和冷点会导致相当大的格律失真时，遗传图谱和物理地图并排排列时。③遗传图谱表示的是基因或标记间的相对距离，以重组值表示，单位CM④物理图谱表示的是基因或标记间的物理距离，距离的单位为长度单位，如μm或者碱基对数（bp或kp）等。意义：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，那个更靠近端粒等。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。2.基因组和转录组有什么对应关系？两者的差异何在？答：对应关系：基因组是指一种微生物（包括细菌和病毒）或其它生物体细胞中的总DNA或RNA(是指逆转录病毒),包括核DNA，细胞器DNA(动植物线粒体DNA和植物叶绿体DNA)和染色体外遗传成分(如细菌的质粒DNA)。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有mRNA。研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。从基因组DNA转录的基因总和，即转录组，也称味表达谱，是研究细胞表型和功能的一个重要手段。在生物系统中，基因组是遗传信息的储存体，mRNA(转录组)是基因表达的中间体，功能性蛋白质(蛋白质组)是基因功能的执行体。差异：①基因组是一个十分稳定的体系，同一种系不同个体之间的染色体数目是相同的，各染色体上有相同数量的基因和基因分布，也有基本相同的核苷酸顺序，即基因组是一个相对静态的概念，一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的。②转录组和基因组水平不同，转录组是高度动态的，当细胞受到侵犯时，甚至当细胞处于正常的生理活动如复制，分裂时，基因的转录情况也会变化很大，产生不同的转录组。③mRNA是信使RNA，携带着从基因组转录下来的遗传信息，但并不是所有的基因都同时转录，是受转录因子控制的，而且并非所有基因组序列都能转录。原核生物中非转录成分较少，基因组序列利用效率较高，真核生物染色体存在大量非转录成分，一个基因转录形成的mRNA稳定性较差，转录的RNA原始产物要经过切割、修剪、添加、修饰和异构化形成成熟mRNA，tRNA和rRNA，其中内含子在mRNA拼接时被切除掉。通过选择性拼接，一个基因可以编码多条多肽链。正常的mRNA拼接发生mRNA内部，而在一些低等生物中还存在着奇怪的反转录(trans-splicng)现象，拼接发生在两条mRNA之间，即两条mRNA在剪接因子作用下，第一条剪接下来的外显子与另外一条剪接下来的外显子拼接在一起，编码一个新的多肽。转录组只研究mRNA3.物理图谱的构建方法主要有哪几种？举例详述一种物理图谱的构建方法。答：主要包括以下几种：①细胞遗传学图谱(cytogeneticmapping),包括荧光标记原位杂交（Fluorescentinsituhybridization,FISH）将荧光标记的探针与染色体杂交确定分子标记的所在位置。②限制图谱（Restrictionmapping）它是将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。③连续的文库图谱或基于克隆的基因组作图(Clone-basedmapping)根据克隆的DNA片段之间的重叠顺序构建重叠群(Contig),绘制物理连锁图。④顺序标签位点（Sequencetaggedsite,STS）作通过PCR或分子杂交将小段DNA顺序定位在基因组的DNA区段中。限制性酶切图谱—小分子DNA构建方法:用同一种酶进行完全和不完全酶切(1)完全降解：选择合适的限制性内切酶将待测DNA链(放射性同位素或荧光等标记)完全降解,降解产物经凝胶电泳分离后进行自显影或发光反应,获得的图谱即为组成该DNA链的酶切片段的数目和大小。例如：某段DNA全长23kb,用HpaⅡ完全降解产生7kb、5.7kb、4.3kb、3.8kb、2.2kb五个大小不等的片段,。不难推测该DNA上有四个HpaⅡ切口,但切口的位置和这五个片段在完整DNA中的排列顺序此时尚无法知道。(2)部分降解（Partialdigestion)：以末端标记使待测DNA的一条链带上示踪同位素或荧光染料,然后用上述相同酶对该DNA链部分降解,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。部分酶解得到的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。由于各切口随机断裂,产生的片段数显然会多于完全降解产物，有些产物上仍然有1个或几个酶切位点。因为在待测DNA左端有标记，只有带标记的片段才有可能被荧光检测或进行放射自显影，其他酶切片段不能被检测。因此，电泳后的自显影图上只可能出现末端标记的DNA片段。若自显影图上将呈现2.2kb、9.2kb、13kb、和17.3kb四条带，其中最小片段（2.2kb），与完全降解产物为同一片段，它应定位于该DNA链的左端；而最大片段（17.3kb）与完整基因（23kb）之差为5.7kb，因此该5.7kb片段无疑应定位于该DNA链的右端；余下的三个片段（7、4.3和3.8kp）的定位，根据部分酶解的相邻片段之差很易确定。据此推出的这五个片段在该DNA链上的排列顺序是（左→右）:2.2-7-3.8-4.3-5.7。物理图谱与DNA测序的原理颇为相似，二者是通过片段长度来推测位置，所不同的是测序确定核苷酸（碱基）的位置，而此处是确定某个片段的位置。4.你认为细菌，多细胞动物、大型动物分别应采用什么样的测序策略？答：①细菌：鸟枪法。细菌的基因组相对较小，要对其进行全基因组测序应利用全基因组鸟枪测序法。全基因组鸟枪测序法是直接将全基因组随机打断成小片段DNA，构建质粒文库，然后对质粒两端进行随机测序。②多细胞动物：鸟枪法（例如果蝇）把基因组直接打碎成3kb左右的小片段，做成质粒文库，测序并拼接。研究者将果蝇的基因组随机地切成小片,然后测定每一个DNA小片段的核苷酸序列,他们称这些小片段是“测序工厂”。测定这些小片段仅化了4个月时间。他们用计算机来检测重叠序列,从而测定片段之间的顺序。最后,将这些小片段再拼接在一起,装配起整个基因组。在拼接之前,须在DNA全长中避开重复序列,才能稳保成功。③大型动物：采用图位法和鸟枪法，大型动物的基因组很大，所以对其测序先采用基因组序列测定的传统方法----基于BAC的方法，得到BAC文库后，选择其中一些进行鸟枪法测序，首先：有一个根据目的基因的有无建立起来的遗传分离群体，如F2、DH、BC、RI等。二是开展以下几项工作：1)首先找到与目标基因紧密连锁的分子标记；2)用遗传作图和物理作图将目标基因定位在染色体的特定位置；3)构建含有大插入片段的基因组文库(BAC或YAC库)；4)以与目标基因连锁的分子标记为探针筛选基因组文库；5)用获得阳性克隆构建目的基因区域的跨叠群；6)通过染色体步行、登陆或跳跃获得台有目标基因的大片段克隆；7)通过亚克隆获得带有目的基因的小片段克隆；8)将P1,YACClone进行mapping9)用鸟枪法法对P1,YACClone进行测序。10)用计算机进行序列结合、编辑5.有一大型海洋经济动物，对其遗传背景了解极少，你认为对其基因组学研究应该如何制定研究计划。答：应该对其结构基因组和功能基因组进行研究一、结构基因组的研究包括构建四张图谱：遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基因图谱①遗传图谱：它是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”，以遗传学距离为图距的基因组图。遗传图谱的绘制需要应用多态性标志，对于海洋经济生物可以利用微卫星标志绘制图谱。现初步的了解该中海洋生物基因组中基因的定位，利于以后的基因分离和研究。②物理图谱：是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。这一部可以确定该种海洋生物基因组中有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置。用部分酶解法测定DNA物理图谱：（1）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）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。③序列图谱：主要是测定该种生物基因上核苷酸的排列顺序。由于海洋生物的基因组较大，采用逐个克隆法较好，对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装。再利用计算机信息处理系统分析所得到的序列。④基因图谱：确定每一个基因，研究它的结构、特性和功能。最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置，最终确定基因上的开放阅读框架。二对功能基因组的研究计划如下：1构建基因文库或cDNA文库从该种海洋生物的功能基因组出发，构建特定部位组织的cDNA。提取组织的基因组DNA，用特定的限制性酶切，利用琼脂糖凝胶电泳回收一定长度的合适的片断，与经过酶切的并去磷酸化的pUC质粒进行连接重组，将重组体转到大肠杆菌的感受态中，利用菌落的蓝白斑指示筛选阳性克隆，建立该种海洋动物的部分基因组文库。2重组克隆的进一步筛选采用质粒的通用引物对质粒插入片断进行PCR检测，进一步确认每个克隆的插入片断的大小。将经PCR检测确认后的克隆再次进行DNA序列测定。3功能基因的筛选利用功能基因表达克隆（Functioncloning）的方法，将cDNA表达文库分成若干亚文库分别转染细胞,通过一些特定的灵敏的生理生化指标或抗体免疫反应来检测亚文库表达产物的功能,在检测得到阳性亚文库后,一种途径是进一步对亚文库再分小,重复筛选,直至最后得到单克隆功能基因;另一种途径则是利用原位免疫组化的方法分离出呈阳性反应的单细胞,进而分离出相应的功能基因。4基因的序列分析利用荧光原位杂交(Fluorescenceinsituhybridization,FISH),DNA芯片(DNAmicroarray),差异显示(Differentialdisplay),稳定同位素探针(Stableisotopeprobing),基因陷阱(Genetrap)等分子生物学或生物信息学手段进行序列分析。5基因功能研究采用基因转移、基因改造及基因表达等基因工程技术来生产得到大量的功能基因的产物，用于进一步的研究。