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第三章基因组作图解析

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3 基因组作图

3 基因组作图

一、 遗传图谱（genetic map）
2、遗传作图的基础
基因间交换（去连锁）的概率与它们在 染色体上的距离成正比例。因而重组频率是 衡量两个基因间距离的单位。
少数例外：重组热点区域
一、 遗传图谱（genetic map）
3、遗传作图的方法
有性杂交实验：小鼠、果蝇等 系谱分析：人、多年生植物 DNA转移：不发生减数分裂的细菌等
sc-cv 的重组值：17.3
sc 7.6
一、 遗传图谱（genetic map）
3、遗传作图的方法 之
家系连锁分析
遗传标记系谱连锁分析图
“1”片段与疾病基因连锁
一、 遗传图谱（genetic map）
3、遗传作图的方法 之
非减数分裂分析
一、 遗传图谱（genetic map）
3、遗传作图的方法 之
二、 物理图谱（physical map）
1、物理图作图方法 之 限制性酶切作图
1.1 限制性酶切作图的原理 一
用一种限制酶处理，电泳分离大小确定的DNA片 段。
用第二种限制酶处理，获得第二组片段。 用两种酶混合处理，获得第三组片段。 对三组片段进行比对组装，对于两种酶切位点 交替出现的区段，利用加减法即可确定酶切位点 的相对位置。
8 5 3 ＋ 5
2
2
YAC重 叠群 1000kb
cosmid 重叠群 40kb
质粒亚 克隆
限制酶作图、 测序分析
二、 物理图谱（physical map）
1.3 基因组限制性酶切作图的技术路线
酵母人工染色体（Yeast Artificial Chromosomes, YAC）
YAC载体是利用酿酒酵母的染色体 CEN4 ARS1 的复制元件构建的载体。 EcoRI TRP1 YAC载体必须含有以下元件： ①端粒重复序列（TEL） Apr pYAC4 URA3 ②着丝粒（CEN） ③自主复制序列（ARS） ori

基因组作图

基因组作图

双杂合子， 具有所有4 个等位基因
隐性配子对于 后代的基因型 不产生影响
后代的表型完全 由双杂合子配子 的基因型提供
测交实验可以对一次减数分裂进行直接分析，从 而计算出重组频率及所研究的两个基因间的间距
显隐性等位基因间的测交
外侧标记只需 一次重组事件 即可去连锁
两次重组的频率肯定低于一次重组，因此中间标记去连锁 发生的频率也就相对较低。所以利用三点测交则可以快速
生化标记
啤酒酵母遗传分析中使用的典型的生化标记
标记 ADE2 CAN1 CUP1 CYH1 LEU2 SUC2 URA3 表型 腺苷依赖性 刀豆氨酸抗性 耐受铜 耐受放线菌酮 亮氨酸依赖性 能发酵蔗糖 尿苷依赖性 确定细胞具有该标记的方法 只在含有腺苷的培养基中生长 可在刀豆氨酸存在下生长 可在铜存在下生长 可在放线菌酮存在下生长 只在含有亮氨酸的培养基中生长 可在蔗糖为唯一碳源的培养基中生长 只在含有尿苷的培养基中生长
微卫星（ 2、微卫星（Microsatellites) 微卫星 Microsatellites)或简单串联重复（Simple tandem repeats, STRs)：重复单位往往6bp或更短。
等位基因 814 Weissenbach J., et al. A second-generation linkage 标记 markers
Linkage analysis with different types of organism
• 果蝇、小鼠等:有计划的育种实验（planned breeding 果蝇、小鼠等 experiments) • 人类:系谱分析（family pedigree) 人类 • 细菌 细菌：DNA在细胞间的转移
直接配子分型：酵 母配子单倍体克隆 的生化判定；真核 生物DNA标记分型

基因组学__遗传作图物理图PPT演示课件

基因组学__遗传作图物理图PPT演示课件
基本概念
基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒的 整套基因和染色体组成，即全部基因的总称（包括 所有的编码区和非编码区）
基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段，对 所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因 定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。
分子遗传学的分支学科 提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息 生命科学的前沿和热点领域
……
中
13
基本概念
蛋白质组学：
蛋白质组(Proteome)：在一种细胞内存在的全部蛋 白质。
蛋白质组学：研究细胞内所有蛋白质及其动态变化 规律的科学。
功能蛋白质组(Functional Proteome)：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
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
中
24
2.2遗传作图中使用的标记
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
中
14
基因组计划
模式微生物基因组计划 模式植物基因组计划 模式动物基因组计划 人类基因组计划
中
15
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
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。

遗传标记与基因组作图(免费)

遗传标记与基因组作图(免费)

2、种内基因组遗传的多态性尽管在种内或种族内绝大部分的基因组序列是保守的，但所有基因组中都天然存在有多态性区域，可以用来鉴别每个个体。

个体遗传物质DNA 的多态性个体呈现出多态现象例如人类个体在身高、血型、肤纹等表型DNA 多态现象以孟德尔共显性遗传方式传递基因组多态性的类型1)．可变数串联重复(variable number of tandem repeat ，VNTR)多态性Jefferys(1985年)等用Southern 杂交的方法检测到人类基因组中存在一类多态现象。

这类多态性主要表现为等位片段(基因)内在的串联重复核苷酸单元的拷贝数不同，从而使得等位片段(基因)的长度呈现多态性。

这类多态现象因此被称为可变数串联重复多态。

每个特定位点的VNTR 由两部分组成：中间的核心区和外围的侧翼区，核心区含有至少一个以上“重复”的短顺序。

由于这类多态在结构上与卫星DNA 相似，故又可根据重复单元中的核苷酸数目多少，将其分为小卫星DNA 和微卫星DNA 。

生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m第二节、遗传标记（Genetic marker)遗传学中通常将可识别的等位基因称为遗传标记。

但随着遗传学和基因概念的发展其内涵也发展。

除基因标记外遗传标记主要包括：3.蛋白质标记：非酶蛋白质和酶蛋白质在非酶蛋白质中，用得较多的是种子贮藏蛋白；酶蛋白质主要是同功酶。

4.DNA 标记：也称DNA 多态性标记、DNA 分子标记，是DNA 水平上遗传多态性的直接反映。

1.形态标记：是指那些能够明确显示遗传多态的外观性状，如株高、粒色等的相对差异2.细胞学标记：是指能够明确显示遗传多态的细胞学特征。

如染色体结构上和数量上的遗传多态性等。

生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m这里仅介绍遗传的分子标记中的几种重要的分子标记:1.同工酶标记:同工酶（Isozyme ）是一类分子结构不同、功能相似、催化同样的生化反应的酶。

3基因组的结构与功能 PPT课件

3基因组的结构与功能 PPT课件

>3000
人类
3×109
3万～4万
2019/9/14
鲁云霞制作
数量级
103 104 105 106 109
6
三、不同生物基因组的结构与组织形 式也明显不同
原核生物的基因组一般较小，结构比较简单； 病毒基因组的大小和结构差异较大；
真核生物基因组一般较庞大，但结构基因在 基因组中所占的比例较小，其中编码序列更 小，且存在大量重复序列；
基因组（genome）泛指一个细胞或病毒的全 部遗传信息。在真核生物体中，基因组是指一 套 完 整 单 倍 体 DNA( 染 色 体 DNA) 和 线 粒 体 DNA的全部序列，既包括编码序列，也包括大 量存在的非编码序列。
人类基因组包含22条常染色体和X、Y两条性
染色体上的全部遗传物质（核基因组）以及胞
第三章 基因组的结构与功能
重点：基因组的概念，各类生物基因组的特 点。
难点：各类生物基因组的结构特点。 基本要求： 掌握基因组的概念、各类生物基因组的结构
特点； 熟悉基因的转位与插入； 比较和了解各类生物基因组的差异。
2019/9/14
鲁云霞制作
1
基因组概述
从简单的病毒到复杂的高等动植物细胞，都有一套 决定于生物基本特征和功能的遗传信息，贮存于病 毒或细胞的核酸中；
SARS冠状病毒属于单股正链RNA病毒；
RNA分子不分节段，5端有甲基化帽，3端有polyA结 构，基因组长度在27000～30000碱基之间；
5端约2/3的区域编码病毒RNA聚合酶蛋白，后1/3的区 域编码结构蛋白，依次为S蛋白(spike protein)，E蛋白 (envelop protein)，M蛋白(membrane protein)，N蛋白 (nucleocapsid protein)等;

基因组图谱

基因组图谱

三 点 测 验
P 凹陷、非糯性、有色 × 饱满、糯性、无色 shsh++++ ↓ ++wxwxcc Ｆ1 饱满、非糯性、有色 × 凹陷、糯性、无色 +sh+wx+c ↓ shshwxwxcc +wxc 2708 ｝亲 型 sh++ 2538 ++ c 626 ｝单交换 shwx+ 601 sh+ c 113 ｝单交换 + wx+ 116 +++ 4 ｝双交换 shwxc 2
（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
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。
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。
组合的配制
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。

遗传课件 3基因连锁与遗传作图


♀ 灰色常翅 × ＋b＋vg 测交后代 ↓
♂ 黑色残翅（双隐性个体） bbvgvg
灰色残翅 灰色常翅 黑色常翅 黑色常翅 ＋bvgvg ＋b＋vg bb＋vg bbvgvg 20 3 19 4 亲组合 重组合 亲组合 重组合
亲组合类型：39/46＝84.8％ 重组合类型：7/46＝15.2％
亲组合类型远远大于重组合类型
5、基因定位（gene mapping）
（gene location/localization）
用一定的方法，确定基因或遗传标记在染色 体上的相对位置和排列次序。
1910年，Morgen：果蝇白眼基因→X染色体； 1911年，Wilson：人红绿色盲基因→X染色体；
1968年，Donahue：人Duffy血型基因→1号染色体
ppll 比率d =1338/6952×100%=19.2%。 1/2 则: pl 配子频率d=(0.192) = 0.44 即44% 亲本型pl与PL配子的频率应相等 故PL为44%； 重组型配子(Pl ，pL)的频率各为 (50 –44)%=6% F1 形成的四种配子比例为： 44PL∶6pl∶6pL∶44pl
pl配子的频率d=
交换值=（1-2
交换值=2
）×100% F2双隐性个体的频率 同理可证，在相斥相中，
F2双隐性个体的频率 ×100%
自交法举例
香豌豆
12 %
紫花、长花粉粒 红花、圆花粉粒 PPLL ppll F1 紫花、长花粉粒 PpLl F2 紫长 紫圆 红长 红圆 总数 P_L_ P_ll ppL_ ppll 实际个体数 4831 390 393 1338 6952 P
C C Sh Sh c sh
c
sh

3 physical map


限制性作图的基本原理
最简单的构建限制图的方法 是比较不同限制酶产生的 DNA 片 段的大小。 首先用一种限制酶处理样品， 经琼脂糖凝胶电泳分离染色后 可见大小确定的DNA片段。 然后用第二种限制酶处理获得 第二组片段。 后用 2 种酶混合处理，获得第 三组片段。 收集所有上述资料进行对比组 装，对于 2 种酶切位点交替出现 的区段，利用加减法既可确定 酶切位点的相对位置。
交变电场
脉冲凝胶电泳(pulsed-field gel electrophoresis, PFGE) 在不改变其它如凝胶浓度、 电场强度和缓冲液的条件 下，脉冲凝胶电泳使大分 子DNA的分辨力提高了2 个数量级，达到10 Mb。 PFGE的基本原理:将一个 方向不断变换的电场取代 简单的单一电场（单向电 场），使电泳中受阻的 DNA分子在电场改变时扭 转迁移方向，达到分离的 目的
指纹作图
克隆指纹主 要用于重叠 群构建，其 原理是，如 果2个克隆 彼此重叠， 它们一定含 有相同的顺 序
限制性带型指纹 （Restriction patterns）
用不同限制性酶处 理样品，经凝胶分 离产生DNA条带。 如果二个克隆产生 的DNA条带有部分 是相同的，说明它 们含有重叠的顺序。
CHEF (contour clamped homogeneous electric field， 夹角等值均一电场)和FIGE （field inversion gel electrophoresis，电场逆转凝 胶电泳）
交变电场分辩大分 子DNA的范围远远 超出常规电泳，可 将酵母14条染色体 彼此分开
4）基因组DNA的甲基化状态。
限制性作图的潜力随使用的稀有切点限制酶种类而增 加，在低等生物基因组以及大分子DNA克隆片段的物理 图绘制中被广泛采用。

第三章基因组作图

人类基因组单体型图。
样品将分别取自亚、欧、非裔人群，我国将提供一半的亚裔样品，
占到研究样品总数的1／6。这意味着我国虽然只做10％的构建工作，
但可以得到几十份全基因组规模的单体型图，并且获得与其它族裔
的比对结果。我国样品将在北京师范大学进行采集。
（4）中国10％单体型图计划
O 北京、香港和台湾地区的科学家将共同参加这一重大国际合作科研项目，
进行国际交流，并统一向国际中心提交数据。
O 中国协调组由杨焕明院士任组长。香港大学、香港科技大学和香港中文大
学计划共同承担单体型图2％的任务，台湾中研院下属的生物医学科学研
究所计划承担约1.5％左右的工作。其余6.5%任务由大陆科学家承担。
（5）基因组单体型图的意义
①是人类基因组的遗传整合图，将对基因组的研究更为全面、有效、准
筛查后进行结构学和功能学验证
物理图构建
O
低精度物理作图：构建覆盖每条染色体的数百kb的大
片段的图谱。
O
高精度物理作图：构建覆盖每条染色体的几十个kb的
图谱。
物理图作图方法Ⅱ：荧光原位杂交（FISH）作图
O
将一组不同颜色的荧光标记探针与单个变性的染色体杂交，
分辨出每种杂交信号，从而测定出各探针序列的相对位置。
O
缺点：最终排序结果的拼接组装比较困难，尤其在部分重复序列较
高的地方难度较大。
2、逐个克隆法
O 对连续克隆系中排定的YAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装：
O 遗传图-物理图-亚克隆测序-计算机拼装。
O 理想状况下，整条染色体就是由一个完整的重叠群构成。
基因组“草图”和“完成图
O
草图绘制的是整个基因组的框架，完成图则是基因组序列

基因组学遗传作图物理图

中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
? 限制性片段长度多态性（restriction fragment length
polymorphisms,RF）LP
? 简单序列长度多态性（simple sequenece length
polymorphisrns,SSLPs) ? 小卫星序列：（Minisatellite DN）A ? 微卫星序列：（Microsatellite DNA, ）MS
? 功能蛋白质组 (Functional Proteome) ：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
中英联合实验室
基因组计划
? 模式微生物基因组计划 ? 模式植物基因组计划 ? 模式动物基因组计划 ? 人类基因组计划
中英联合实验室
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
?基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 ?基因产物 -蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
? 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
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