遗传学图谱

基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和为何要绘制遗传图与物理图？1)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。2)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。3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和•结构基因组的研究策略结构基因组的研究策略基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和基因组测序的策略---由上至下(左)和由下至上的测序(右)克隆重叠群指导的测序重叠群（contig):指相互间存在重叠顺序的一组克隆。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和Clone-by-clone测序基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和鸟枪法测序基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和混合法测序(Hybridstrategy)基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和一、遗传图谱与物理图谱基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.1遗传图与物理图2.1.1遗传图遗传图是应用遗传学分析方法将基因或其他DNA顺序标定在染色体上构建的连锁图。这一方法包括杂交实验，家系分析等。遗传图距单位为厘摩(cM),每单位厘摩定义为1%交换率。2.1.2物理图物理图是应用分子生物学技术来直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。物理图的距离依作图方法而异，如辐射杂种作图的计算单位为厘镭(cR),限制性片段作图与克隆作图的图距为DNA的分子长度，即碱基对(bp,kb)。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记遗传标记的类型:基因标记DNA标记遗传标记的特征:亲本间存在着多态性（即差异），也就是说具有可识别性。亲本间存在的多态性在后代中可以重演，即具有可遗传性。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记•个体上可以看见的遗传标记基因，如花色（红花、白花）、株高（高秆、矮秆）等。•生化性状基因，如血型系列(ABO)分析、血清蛋白、免疫蛋白、同工酶等。2.2.1基因标记(性状标记):基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和水稻部分形态学标记性状及其基因性状分类标记性状已鉴定的基因举例色素紫色叶耳Pau紫色叶舌Plg紫色谷壳Pr黑色谷壳Bh紫色柱头Wh紫色叶鞘Psh籽粒有芒An-1,An-2,An-3内颖发育不全dp-1,dp-2大胚ge圆粒rk-1,rk-2多雌蕊mp-1,mp-2资料来源：RiceGenet.News.Vol.6。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和同工酶标记是指以同工酶带型为标记，通过电泳使同工酶带型产生多态性。§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和水稻部分同工酶基因同工酶基因座位染色体等位基因酸性磷酸酯酶Acp-1120-3Acp-2120,3Acp-471,2乙醇脱氢酶Adh-1110-3-淀粉酶Amy-170-3过氧化氢酶Cat-160-3酯酶Est-260,1,2Est-391,2Est-510,1,2Est-770,1Est-971,2资料来源：RiceGenet.News.Vol.7。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记2.2.2DNA标记（DNAmarkers）:是指以DNA片段为标记，通过DNA片段的电泳使DNA产生多态性，如RFLP等。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记基因标记(性状标记):存在的问题：数量有限。虽然经过近百年的努力，目前这些标记的数量仍然不多，因此限制了这些标记的利用。操作上比较麻烦，难以开展大规模的研究和利用。高等生物基因组存在大量基因间隔区，纯粹的基因标记在遗传图中会留下大片的无标记区段。部分基因无法通过实验区分。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和DNA标记具有的优势：在数量上是巨大的；操作相对简单，适合大规模开展工作；标记比较明显，容易识别；受环境影响少，标记本身就是遗传物质。§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记同工酶标记和DNA标记都是分子标记。但目前分子标记一般指DNA标记。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记2.2.3DNA标记1)RFLP(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)，最早发现的DNA分子标记，译为限制性片段长度多态性。Botstein等1980年首次发现，以后被大量利用，在微生物、植物、动物和人类上都得到了广泛的利用。RFLP标记是最早利用的DNA标记，在技术上比较复杂，涉及多个环节。人类基因组中大约有105个RFLP。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和RFLP是如何发现的?在犹他州盐湖城滑雪胜地艾尔塔的一场例行的学术讨论中,从事经典人类遗传学研究的专家与从事分子生物学研究的专家进行学术交流。分子生物学家从经典遗传学的研究中获得灵感。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和DavidBotsteinDavidBotstein虽然是首先提出RFLP想法的科学家,但他的思想并没有及时跟上历史步伐,他是极力反对人类基因组计划的著名科学家之一.PRINCETON,N.J.--PrincetonUniversityhasnamedDavidBotstein,arenownedgeneticist,educatorandpioneeroftheHumanGenomeProject,asthenewdirectoroftheLewis-SiglerInstituteforIntegrativeGenomics.BotsteinwillsucceedShirleyM.Tilghman,whowasthefoundingdirectoroftheinstituteandbecamepresidentoftheUniversityin2001,andJamesBroach,whoisinterimdirector.Botstein'sappointmentwillbeginJuly1,2003.基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和第1篇有关人类RFLP实验论文AHighlyPolymorphicLocusinHumanDNAArleneR.WymanandRayWhite,MITAlocusinthehumangenome,notassociatedwithanyspecificgene,hasbeenfoundtobeasiteofrestrictionfragmentlengthpolymorphism.Thepolymorphismwasfoundbyhybridizinga16-kilobase-pairsegmentofsingle-copyhumanDNA,selectedfromthehumangenomelibraryclonedinphageCH4A,toaSoutherntransferoftotalhumanDNAdigestedwithEcoRI.DNAsfromanumberofindividualsfromwithinMormonpedigreesaswellasrandomindividualshavebeenexamined.Thelocusishighlyvariable,withatleasteightallelespresent,homozygotesaccountingforlessthan25%oftheindividualsexamined.---PNAS|November1,1980|vol.77|no.11|6754-6758基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和第一篇RFLP论文的诞生1)DavidBotstein等在Alta的研究生学术讨论上提出RFLP的想法。2)Skolflick将Botstein的想法告诉他父亲的好友---当时洛克菲勒大学校长,诺贝尔奖得主赖得堡,并又告之Botstein的老师Fox(MIT).Fox向Botstein了解,并叫他的学生White寻找人类基因组中的RFLP。3)White安排他的一位女博士后Whyman从事这一研究.Whyman从自己构建的基因文库中分离到一个片段作为探针,在56名摩门教成员中发现8个成员含有该片段多态性结构。从而完成了一项具有里程碑意义的研究。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和RFLP多态性的产生与检测基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记RFLP操作流程DNA提取限制性内切酶处理电泳探针杂交放射性自显影探针制备转膜基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和RFLP的特点1)处于染色体上的位置相对固定;2)同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变;3)同一凝胶电泳可显示不同多态性片段，表现为共显性；4）只有两种等位形式。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和如何寻找RFLP标记1)随机克隆筛选;2)将其它方法获得的DNA标记,如RAPD(randomamplifiedpolymorphismDNA)标记转换为RFLP标记;3)从cDNA中寻找RFLP；4)计算机筛选。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和AFLP(amplifiedfragmentlenthpolymorphism,放大的片段长度多态性)1)这是一种筛选RFLP分子标记的方法.先将DNA样品采用选定的限制性内切酶(如EcoRI,Sau3A)消化,然后加上接头PCR引物；2)接头PCR引物设计:根据限制酶接头添加数个向外延伸的碱基,然后向3’方向延伸1-3个不同的碱基；3)选择不同的引物对扩放样品DNA,经聚丙烯胺凝胶电泳分离标记的PCR产物。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和AFLP的操作程序基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记2.2.2DNA标记2）SSLP(simplesequencelengthpolymorphism)即简单序列长度多态性，是由于简单序列的重复次数不同，导致扩增片段长度不同而产生的多态性。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和§2遗传学图谱§2.2遗传作图的标记小卫星序列（minisatellite)又称为可变数目的串联重复（variablenumberoftandemrepeat,VNTR)。重复单位长度为几十个核苷酸。微卫星序列（microsatellite）又称简单序列重复（simplesequencerepeat，SSR），或称短串联重复（shorttandemrepeat，STR），是一类由几个（一般2-4个）核苷酸为重复单位组成的长达几十个核苷酸的串联重复序列。SSLP的两种类型：基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和为什么微卫星比小卫星更常用做DNA标记？1）小卫星在基因组中分布不均匀，更常见于染色体末端。微卫星序列在整个基因组中分布均匀，而且密度高；2）小卫星不适用于PCR分型，因为它的重复单位较长，可以形成20kb长的聚集区，而微卫星区较短，通常小于150bp，用PCR扩增时反应快又精确。人类基因组约有6.5×105个微卫星标记。基因组学杭州师范大学生命与环境科学学院向太和由于重复单位的不同，微卫星存在着多种不同的类型。各类微卫星的频率在不同的生物体之间存在着显著的差异。在人类基因组中，最丰富的微卫星是(A)n、(AC)n、(AAAN)n、(AAN)n和(AG)n。(AT)n是植物基因组中最丰富的微卫星。在水稻基因组