遗传图构建原理

遗传图构建原理————遗传学人类基因组计划遗传图序列图转录图物理图结构基因组的研究策略由此可知：遗传图的绘制是人类基因组研究的第一步。遗传图•什么是遗传图？•怎样构建遗传图（即遗传图的构建原理）？•遗传图的发展历史？•构建遗传图的功能、意义？一、遗传图谱的相关定义遗传图（geneticmap）：又称为连锁图（linkagemap），是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离，后者通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩（图距单位：cM）来表示，cM值越大，两者之间距离越远。遗传距离：减数分裂时两个基因间重组值为1%=连锁图中两个基因间图距1厘摩1cM大约相当于1×106个核苷酸对（1Mb）.一、遗传图谱的相关定义遗传标记：遗传标记是遗传物质的特殊的易于识别的表现形式,可以是任何一种呈现孟德尔遗传的性状或物质形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多肽标记等，确定其在基因组中的位置后，可作为参照标记用于遗传重组分析，研究基因遗传和变异的规律。目前,遗传标记主要分4大类:①形态学标记主要指可以观察到的一些性状,如种皮颜色、抗病性反应、株高等。②细胞学标记主要包括核型分析、染色体分带和原位杂交技术、利用非整体进行遗传操作进而基因定位等。③生化标记主要是同工酶及种子贮藏蛋白,有时又称做蛋白质标记或当做一种分子标记。④分子标记主要指在DNA水平上的标记。任何一类图谱都有可识别的标记。遗传图谱的标记是什么呢？标记1标记2标记3染色体上的基因和DNA序列均可作为路标,路标具有物理属性,他们由特定的DNA顺序组成.路标位于染色体上的位置是固定的,不会更改的,因而提供了作图的依据遗传作图的常用标记1.基因是首先被使用的标记•在经典遗传学中，研究一种性状的遗传必须要求同一性状至少2种不同的存在形式或称表型。•起初只有那些能通过视觉区分的基因表型用于研究。最初的遗传图谱是在20世纪初针对果蝇等生物使用基因作为标记构建的。2.DNA标记基因之外的作图工具统称为DNA标记。有三种类型的DNA序列特征可以满足这一要求：1.限制性片段长度多态性（restrictionfragmentlengthpolymorphisms,RFLP）2.简短串联重复(shorttandemrepeats,STR)3.单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphisms,SNP）二、遗传图构建理论遗传作图(Geneticmapping)即遗传图谱的构建。它是利用遗传学的原理和方法，构建能反映基因组中遗传标记之间遗传关系的图谱。孟德尔遗传定律：•等位基因随机分离如果亲本的等位基因是A和a，那么F1代的成员得到A或a的概率相等。•非等位基因自由组合基因A的等位基因遗传与基因B的等位基因遗传相互独立。连锁与部分连锁：20世纪初遗传学家认识到基因位于染色体上，同一染色体上的两个基因理论上应该共同传递给下一代。但事实上同一染色体上的完全连锁的想象只有极少数。大多数的基因是部分连锁的。摩尔根用减数分裂时染色体的行为解释了同一染色体上的基因部分连锁的现象。部分连锁的原因是基因之间发生了交换2.1遗传作图的方法从摩尔根时代开始，连锁（linkage）分析便成为遗传分析的重要手段，更是遗传作图的基础。遗传标记之间的遗传关系主要是通过连锁关系来反映。而连锁关系是通过重组率来反映的。重组型数目重组率(RF)=————————总数目遗传作图的理论基础：•假设交换是随机发生的，一对并列的染色单体上任何两点发生交换的机会是均等的；•两个彼此靠近的基因之间因交换而分离的的几率要比互相远离的2个基因之间发生分离的几率要小。•因此重组率可以成为测量两个基因之间相对距离的尺度。•计算出不同基因间的重组率，就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的图。二、怎样构建遗传图步骤：1.选用合适的遗传标记2.测定群体中不同个体的遗传标记3.对遗传标记数据进行连锁分析，构建连锁图传统遗传图中的遗传标记主要是形态学标记。形态学标记的数量不多，但利用形态学标记作图的时间很长，在二十世的前八十年主要是利用形态学标记作图。2.1传统遗传图果蝇的突变体:2.2分子遗传图要构建分子遗传图谱首先要根据遗传材料选择合适的作图群体，再应用分子标记技术对基因型进行标记分析，确定标记间的连锁关系。2.2分子遗传图其构建步骤：主要包括构建合适的遗传群体，包括亲本的选择，分离群体类型的选择及群体大小的确定等；利用合适的分子标记进行分析；利用计算机软件进行图谱构建，建立标记间的连锁排序和遗传距离；利用计算机软件绘出遗传图谱这几个部分.不同模式生物的连锁分析方法•有性杂交实验：可进行遗传学实验的材料，如老鼠、果蝇、水稻等。•谱系分析：不能进行遗传实验的材料，如人类、多年生树木。•DNA转移：不发生减数分裂的生物，如细菌、酵母。有性杂交实验有性杂交实验的标准方法——测交分析（testcross)一个亲本为双杂合子，另一个亲本为双纯合子。所以测交便于分析子代个体基因型的分离比。AB/ab×ab/abABAbabababababaBF1基因型ABabAbabaBabababABAbaBab表型•两点杂交确定两个位点是否连锁。•多点杂交确定多个位点的相对位置与排序。遗传图绘制-分子标记的等位型式遗传图绘制-F2基因型分析数据库的建立:把基因型重组的结果数字化，按作图的要求，整理数据，建立计算机文件。准备资料（preparedata）：如果是F2群体的资料，阅读资料后，屏幕上将出现：datatypef2intercross1463620symbols1=A2=H3=B0=-（个体数座位数QT数）其中：1=A—亲本A的纯合基因型（aa）2=H—杂合基因型（ab）3=B—亲本B的纯合基因型（bb）4=C—非亲本A纯合基因型（ab，bb）5=D—非亲本B纯合基因型（aa，ab）0=-—缺资料分群（group）：通过两点分析，计算各座位之间的连锁关系，并把基因座位划分为若干个连锁群。屏幕上将出现：group1：141235…group2：271842……通过设置LOD值，可以改变连锁群的数目。LOD值增大，连锁群的数目也会增大。LOD值3.0时，其分群的可靠性较大。当座位数足够大时，连锁群的数目与单倍体的染色体数目相同。•排序（sequence）：通过多点分析，可以计算出在同一连锁群内不同排列顺序下，各座位之间的距离和连锁群的总长度。•比较（compare）：通过比较同一连锁群内不同排列顺序的作图结果，找出log-likelihood（对数似然值）为最大的排列方式为最合理的排列方式。作图（map）：显示最后的作图结果。DistMarkercMIdName(71)RG47219.2(50)RG24616.1(154)K54.8(159)U104.7(75)RG53215.3(160)W115.5(39)RG17315.0(163)Amy1B3.8(108)RZ2763.3(32)RG14634.3(57)RG3452.5(60)RG38123.5(102)RZ198.2(84)RG69013.2(141)RZ73033.1(143)RZ8012.6(90)RG8109.2(55)RG3311DistMarkercMIdName(66)RG43713.0(76)RG5445.3(37)RG17122.2(33)RG15727.4(110)RZ3186.3(167)PalI29.3(129)RZ5810.2(12)CDO6868.8(162)Amy1A/C12.8(95)RG958.4(82)RG6545.1(52)RG25610.0(104)RZ2135.4(99)RZ12313.1(74)RG5202DistMarkercMIdName(25)RG1047.7(58)RG34813.2(111)RZ3296.9(145)RZ8929.8(23)RG1002.8(43)RG19117.5(139)RZ67841.6(128)RZ57437.1(109)RZ28415.6(115)RZ39418.5(156)pRD10A2.5(118)RZ4035.0(40)RG17928.6(4)CDO3371.9(112)RZ337A22.5(121)RZ44815.0(124)RZ51932.1(173)Pgi-17.1(13)CDO879.2(94)RG91017.9(62)RG418A3DistMarkercMIdName(47)RG2188.1(107)RZ2628.6(42)RG19012.6(92)RG90813.7(93)RG913.2(67)RG44916.1(89)RG7888.4(127)RZ56516.8(138)RZ67521.4(35)RG16328.2(130)RZ5902.7(46)RG21412.2(31)RG1435.9(79)RG6204三、遗传图的发展历程由于遗传理论和检测技术的不断进步，带来了遗传图的演变和发展。1、自1980年第1次提出采用限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)绘制连锁图。2、第2代简短串联重复(shorttandemrepeats,STR)连锁图。3、第3代单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)连锁图。目前,除了单核苷酸多态性位点的开发仍在进行之外,遗传图的绘制工作可以说已经完成。这标志着遗传图已全面进入应用阶段,并日益成为“功能基因组计划”不可或缺的工具。四、遗传图的应用1、确定基因在染色体上相对位置2、对可疑疾病易感基因进行定位,从而为今后致病基因的克隆奠定基础。资料来源•中国知网：①刘旭《遗传标记和遗传图谱构建》②张霁侯一平《遗传图及其制作与应用的一些问题》•其他：百度