基因组图谱

第3章基因组图谱遗传图谱（geneticmap）物理图谱（physicalmap）第1节遗传图谱（geneticmap）遗传图谱的概念遗传图谱的构建遗传图谱的应用一、遗传图谱的概念遗传连锁图（geneticmap），是指通过遗传学方法，以遗传图距（cM）为单位绘制的染色体上基因或标记之间相对位置的连锁图。绘制遗传和物理图谱的原因基因组太大，必需分散测序，然后将分散的顺序按原来位置组装，需要图谱进行指导；基因组存在大量重复顺序，会干扰排序，因此要高密度基因组图；遗传图和物理图各有优缺点，必须相互整合校正。遗传作图遗传作图（Geneticmapping）：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构建连锁图。二、遗传图谱的构建理论基础:连锁与交换基本方法:两点测验法和三点测验法连锁与交换连锁遗传的现象连锁遗传的解释完全连锁与不完全连锁交换与不完全连锁的形成连锁遗传现象是W.贝特森和R.C.庞尼特于1906年在香碗豆(Lathyrusodoratus)杂交试验中发现的。F1两对相对性状均表现为显性，F2出现4种表现型；F2四种表现型的个体数与理论值9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型的实际数高于理论数，而两种新性状组合的实际数低于理论数。连锁遗传连锁(linkage)遗传：杂交试验中，原来为同一亲本所具有的两个性状在F2中不符合独立分配规律，而常有连在一起遗传的倾向。T.H.摩尔根等根据果蝇试验的结果，逐渐形成了较完整的连锁遗传学说。（1）同一染色体上载有许多基因，呈直线排列，相互连锁构成1个连锁群；（2）某生物有多少对染色体就有多少个连锁群；（3）位于不同染色体上的基因所控制的性状之间表现独立遗传的关系；（4）连锁遗传的基因可以通过非姊妹染色单体间的交换而重组。连锁交换规律处于同一染色体上的两个或两个以上的基因在遗传时，联合在一起的频率大于重新组合的频率。连锁和交换的重组称为染色体内重组，因染色体自由组合而产生的重组称为染色体间重组。完全连锁：如果杂种F1（双杂合体）只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。不完全连锁：指杂种F1不仅产生亲本型配子，还会产生重组型配子。重组：通过联会中的同源染色体中非姊妹染色单体的交换，产生新基因组合或染色体组合的过程。当两对非等位基因为不完全连锁时，F1不仅产生亲本型配子也产生重组型配子。黑身残翅灰身长翅交换与不完全连锁的形成偶线期同源染色体联会粗线期同源染色体的非姊妹染色单体交换中期Ⅰ配子非等位基因在染色体上呈线性排列；同源染色体联会，非姊妹染色单体节段互换导致基因连锁关系改变，产生交换型染色单体发生交换的性母细胞中的四种染色单体分配到四分体中，发育成四种配子相邻两基因间发生断裂与交换的基因与基因间物理距离有关，距离越大，断裂与交换的机会就越大。交换是指来自双亲的一对同源染色体在减数分裂的粗线期至双线期，非姊妹染色单体在对应位点上发生断裂和交互重接的过程。交换值（重组率）：指同源染色体的非姊妹染色单体间有关基因的染色体片段发生交换的频率，一般利用重新组合配子数占总配子数的百分率进行估算。交换值(%)=（重新组合配子数/总配子数）×100交换值的大小与基因距离有关影响交换值的因素基因在染色体上的位置基因之间的距离重组型配子生活力的差异减数分裂时同源染色体能否正常联会群体大小年龄（雌果蝇）性别（雄果蝇、雌家蚕）、环境（温度）等交换值与遗传距离非姊妹染色单体间交换数目及位置是随机的；连个连锁基因之间重组率的变化范围是(0，50%)，反映基因间的连锁强度、基因间的相对距离；通常用重组率来度量基因之间的相对距离，也称为遗传距离(geneticdistance)。以1%重组率作为一个遗传单位（厘摩，cM）两点测验法和三点测验法适用于两基因相距不超过5个遗传单位时应用。两点测验法是以两对基因为对象来测定交换值，每次只研究两对基因，因此测定三对基因在染色体上位置，要通过三次杂交，三次测交，最后根据交换值来判定基因的位置。两点测验：三点测验：用三杂合体和三隐性个体杂交，获得三因子杂种(F1)，再用F1与三隐性基因纯合体测交，通过对测交后代表现型及其数目的分析，分别计算三个连锁基因之间的交换值，从而确定这三个基因在同一染色体上的顺序和距离。通过一次三点测验可以同时确定三个连锁基因的位置，即相当于进行三次两点测验，而且能在试验中检测到所发生的双交换。三点测验仍以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx三对基因连锁分析为例，在描述时用“+”代表各基因对应的显性基因。1.用三对性状差异的两个纯系作亲本进行杂交、测交：P:凹陷、非糯性、有色×饱满、糯性、无色shsh++++++wxwxcc↓F1及测交:饱满、非糯性、有色×凹陷、糯性、无色+sh+wx+cshshwxwxcc测交后代的表现型F1配子种类粒数交换类别饱满、糯性、无色+wxc2708凹陷、非糯、有色sh++2538饱满、非糯、无色++c626凹陷、糯性、有色shwx+601凹陷、非糯、无色sh+c113饱满、糯性、有色+wx+116饱满、非糯、有色+++4凹陷、糯性、无色shwxc2总数6708亲本型单交换单交换双交换2.考察测交后代的表现型、进行分类统计3.确定两种亲本类型和两种双交换类型——双交换的比例最小；三点测验4.根据双交换的基因型确定三对基因在染色体上的排列顺序。根据F1的基因型，基因排列有三种可能性：sh++================wx在中间+wx++sh+================sh在中间wx+c++sh================c在中间wxc+哪一种排列方式可以产生+++与wxshc类型的双交换配子的基因型?第②种排列顺序才有可能出现+++与wxshc类型的双交换配子。+sh+================sh在中间wx+c所以这三个连锁基因在染色体的位置为wxshc。三点测验5.计算基因间的交换值。由于双交换实际上是在两个区域同时发生了单交换，所以在估算每个区域交换值时，都应加上双交换值，才能够正确地反映实际发生的交换频率。三点测验6.绘制连锁遗传图。Sh位于wx与c之间；wx-sh:18.4sh-c:3.5wx-c:21.9。通过两点测验或三点测验，可以确定某些基因存在于同一染色体上即具有连锁遗传的关系。存在于同一染色体上的基因，组成一个连锁群(linkagegroup)，如果把一个连锁群的各个基因之间的距离和顺序标志出来，就能绘成连锁遗传图。一种生物连锁群的数目与染色体的对数是一致的。染色体作图1.每个基因的位置是用从一组连锁基因的一端算起的图距来表示。2.一般以最左端的基因位置为0，其他基因的位置通过它与最邻近的基因间的重组率之和来确定。3.随着研究的进展，发现有新的基因在更左端时，就把0点的位置让位给新的基因，其余的基因座作相应的移动。4.重组率在0-50%之间，但在一张图上，可以出现50单位以上的图距。因此要从图上数值得知基因间的重组率只限于邻近的基因座间。染色体作图的前提条件：（1）产生重组型配子的基因型的所有位点必须呈杂合状态；（2）必须能够根据后代的表型或基因型推断所有配子的基因组成；（3）有足够多的测交后代。基因间距离越小，发生交换的可能性越小，获得重组型所要求的后代数量越多。染色体作图的过程：（1）寻找遗传标记；（2）测定交换值；（3）绘制连锁遗传图。植物遗传图谱的构建选择研究材料（亲本）构建分离群体遗传标记检测标记间的连锁分析选择亲本要求亲缘关系远，遗传差异大但又不能相差太大以导致引起子代不育对备选材料进行多态(差异)性检测，综合测定结果，选择有一定量多态性的一对或几对材料作为遗传作图亲本亲本之间的亲缘关系究竟以多远为宜？这因物种而异，一般异交作物的多态性高，自交作物的多态性低。如，玉米的多态性很好，一般品种间配制的群体就可成为理想的分子作图群体，而番茄的多态性较差，因而只能选用不同种间的后代构建分子连锁图，水稻的多态性居中。此外，配制组合前还应对亲本及其F1杂种进行细胞学鉴定，若双亲间存在相互易位，或多倍体材料存在单体或部分染色体缺失等问题，其后代就不宜用来构建连锁图谱。组合配制过程中最关键的一条是应尽量保证所用群体起源于同一F1个体，大多数作物的繁殖系数都较高。如果一定用若干个F1时，应将不同F1及其所衍生的后代分开保存。组合的配制作图群体的类型单交组合所产生的F2代或由其衍生的F3、F4家系F2群体是最常用的作图群体，优点是容易构建，所需时间短。缺点是F2群体存在杂合基因型，且F2单株提供的材料有限，很难用其进行连续性研究，也无法满足不同实验室对同一材料合作研究的需要。。F3、F4家系是为了延长F2群体的使用时间不长而采用的一种办法。将F2衍生系内多个单株混合提取DNA，以代表原F2单株的遗传组成，但加大了工作量，且会出现取样误差。重组近交系(recombinantinbredlines,RIL)这种群体是由连续多代自交或姊妹交产生的，可以用来更精确地定位那些连锁紧密的位点。这种群体的另一个优点是可以连续不断地提供大量的种子和叶片等材料，因而可以满足不同时间、地点、实验室研究的需要。缺点：时间长加倍单倍体(doubledhaploids,DH)优点：可以连续不断地提供大量的种子和叶片等材料，可以满足不同时间、地点、实验室研究的需要；时间短。缺点：可信度低回交和三交群体适合于自交不亲和的材料，或研究某种特殊问题（雌雄配子交换率的差别等）。特点：可用于区别后代材料的真伪或比较核基因组的差别，其余和单交组合所产生的F2代群体一样。作图群体可按其遗传稳定性分为：（1）非固定性分离群体：F2、F3、F4和三交群体等（2）固定性或永久性分离群体：DH、RIL等分子标记分离数据的收集与处理获得不同个体的DNA多态性资料，将电泳的带型数值化。如1、2、3、0等。数据的收集应注意的问题：（1）避免利用没有把握的数据；（2）注意亲本基因型；（3）当亲本出现多条带的差异时，应通过共分离分析区别是属于同一基因座位，还是分别属于多个基因座位。遗传图距的确定根据连锁交换的情况，确定标记之间的连锁关系和遗传距离Mapmarker作图软件，计算分子标记间的遗传图谱分子标记连锁群的染色体定位利用遗传学方法或其它方法将少数标记锚定在染色体上，作为确定连锁群的参照系。常用的方法：单体分析三体分析代换系分析附加系分析P凹陷、非糯性、有色×饱满、糯性、无色shsh++++↓++wxwxccＦ1饱满、非糯性、有色×凹陷、糯性、无色+sh+wx+c↓shshwxwxcc+wxc2708｝亲型sh++2538++c626｝单交换shwx+601sh+c113｝单交换+wx+116+++4｝双交换shwxc2总数6708三点测验三点测验法的具体步骤Ｆt表型判断三基因是否连锁确定三基因连锁后，推断三基因的顺序计算交换值绘制基因位置图Ｆt表型判断三基因是否连锁若三基因为完全连锁关系，则Ｆt只能表现二种表型。若三基因是独立遗传的，则Ｆt应该表现出八种表型，且数目相等；若三基因中有两基因连锁，一基因独立遗传，则Ｆt应该表现出八种表型，两组比例，每四种表型的比例一样；现在Ｆt八种表型分四组且各组之间的比例不同，说明三基因只能是同在一条染色体上，且三基因为不完全连锁关系。三对基因不完全连锁确定基因顺序按照“一变或一不变”的法则确定之。首先从Ft中选出亲本基因型，如：上例+wxc亲型+++双交换型（一不变）+wxc亲型shwxc双交换型（一变）该基因sh就位于中间,其基因顺序为：wx-sh-c交换值的计算sh-wxsh-c+wxc2708｝亲型sh++2538++c626｝单交换18.29%shwx+601sh+c113｝单交换3.41%+wx+116+++4｝双交换0.09%0.09%shwxc2总数6708交换值18.38%3.50%连锁遗传图cShWx━┿━━━━┿━━━━━━━━━