遗传图的制作和基因定位
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基因作图
基因图(gene map):包括遗传图和物理图两种。
基因作图:又译为基因定位(gene mapping),是遗传学研究中一种重要技术。涉及两个内容:其一是确定被研究的目的基因与染色体之间的联系,也就是说将该目的基因定位在某条特定的染色体之上;其二是测定目的基因与所在染色体其它基因之间的遗传图距,以及它们之间的线性排列顺序,亦即确定目的基因在染色体上的相对位置。
遗传图(genetic map):根据遗传重组的实验结果绘制的,用来表示同一条染色体上不同基因之间的排列顺序及其相对距离的线性图,叫做遗传图。遗传图中相邻基因间的距离,即图距单位以厘摩(cM)表示。测定同一条染色体分子上基因的线性顺序及其距离的实验工作,叫遗传作图(genetic mapping)。
物理图(physical map):以精确的物理长度为单位(通常是脱氧核糖核苷酸的数目)表示的,沿着染色体或DNA分子排列的两个位点之间实际距离和位置的特定图谱,叫做物理图,它一般不涉及基因及性状特征。简言之,任何根据物理方法而非遗传方法定位的沿着染色体或DNA分子排列的目标图谱(object map),都可看做是物理图。
物理作图(physical mapping):又叫限制作图(restriction mapping),它是用来描述沿着着染色体的DNA序列的特征和定位,而不涉及可见的性状或基因,这类DNA序列的特征,包括诸如大DNA区段中的限制位点,以及基因座位之间的间隔DNA的核苷酸数目。
基因作图的基本原理:(遗传连锁图谱)
位于同一条染色体上的基因是连锁的,而同源染色体上的基因之间会发生一定频率的交换,使子代中出现一定数量的重组型;重组型出现的多少反映出基因间发生交换的频率的高低;由于交换值具有相对的稳定性,所以通常以这个数值表示两个基因在同一染色体上的相对距离,叫遗传距离;一般1%的交换值称为1个遗传单位,即图距单位的1厘摩(centimorgan,cM);根据基因在染色体上直线排列的原理,基因交换频率的高低与基因间的距离有一定的对应关系;基因图距就是通过测定基因间交换值而得到的。
l18 中国烟草科学Chinese Tobacco Science
烟草基因组计划进展篇:
3.烟草分子标记遗传连锁图构建和重要抗病基因定位
肖炳光
(云南省烟草农业科学研究院,昆明65003 1)
分子标记遗传连锁图是基因定位、图位克隆、分子标记辅助选择育种的基础Ll J。普通烟草基因组较大,
分子标记多态性水平较低[2】,为遗传连锁图构建、基因定位等相关研究造成较大困难。近年来,Bindler等
[ 】利用美国烟草基因组测序项目的序列数据,开发了大量SSR标记,构建了高密度烟草遗传连锁图。由
于他们使用的作图群体为烤烟和晒烟品种间杂交F2群体,遗传差异相对较远,可供烤烟利用的标记数有限。 在中国烟草总公司、中国烟草总公司云南省公司多个项目的资助下,云南省烟草农业科学研究院联合行业
内外相关单位,开展了烟草分子标记开发、遗传连锁图构建和抗病基因定位等研究工作,取得了重要进展。
1 构建了第一张烤烟SSR标记遗传连锁图
利用美国烟草基因组测序项目的序列数据、公共数据库NCBI的烟草EST数据和新测序的红花大金元
的转录组数据,开发了4886对SSR引物。以烤烟DH群体的亲本红花大金元和Hicks Broad Leaf为材料, 从10005对SSR引物(自主开发的4886对和Bindler等【4J开发的5119对)中筛选出590对多态性引物。
利用这些引物进行烤烟DH群体(含207个DH系)的SSR标记分析,得到稳定可靠的多态性标记621个。 经遗传作图,构建出含6 1 1个SSR标记、由24个连锁群组成的烤烟遗传连锁图 】,覆盖全基因组长度约
为1882.12 cM,标记问平均距离为3.08 cM。与Bindler等【4】构建的烟草SSR标记遗传连锁图相比,217个
SSR标记为两张图共有,且在本研究中处于同一连锁群的SSR标记、在Bindler等L4J构建的遗传连锁图中
也处于同一连锁群。 以5个烟草品种为材料,开发出包含7680个特异序列或标记的烟草DArT芯片 ;利用该DArT芯片
2.3遗传作图的方法
2.3 遗传作图的方法
染色体作图:确定相互连锁的基因在染色体上的相对位置以及它们之间的遗传距离的过程,又称为基因定位(gene mapping)。
连锁图:根据基因在染色体上直线排列的定律,构建的基因位置以及相互交换值的图谱称为连锁图(linkage map)或遗传学图(genetic
map)
2.3.1 构建遗传图谱的基
本原理
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。随机的染色体上两个任意基因座越远,它们越容易被染色体断裂所分离。
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。
真核生物遗传过程中会发生减数分裂,此过程中染色体要进行重
组和交换,这种重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化。根据概率大小,就可以推断出同一条染色体上两点间的相对距离和位置关系。正因为如此,得到的这张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这一距离(概率)为遗传距离(cM),由此构建的图谱也称为遗传图谱。
重组率:是指重组型配子占总配子数的百分比,用Rf表示。
Rf =(重组型配子数/总
配子数) ×100%
交换值:重组率通常又称为交换值。但严格地讲,交换值不能等同于重组率。因为非等位基因之间可能发生多重交换,但不一定形成重组型配子,导致用重组率代表交换值会造成偏低估计。基因间距离与交换值、遗传距离、
连锁强度
遗传图的偏离与造成遗传图偏离的
原因
重组热点(r e c o m b i n a t i o n h o t s p o t):
染色体上某些比其他位点有更高交
换频率的位点。
近端粒区和远着丝粒区有较高重组率。 性别之间也表现重组率的差异。
遗传图谱构建流程
遗传图谱构建流程:
①实验设计:确定研究群体、选择遗传标记,制定实验方案;
②样本采集:收集具有代表性的亲本及子代样本,记录相关信息;
③标记检测:提取DNA,利用PCR、测序等技术检测遗传标记;
④数据整理:录入标记分型结果,建立亲本-子代遗传数据矩阵;
⑤连锁分析:运用软件进行双亲遗传分离比检验,计算重组率;
⑥图距计算:基于重组事件,运用最大似然法、多点分析法等估算遗传距离;
⑦图谱构建:依据遗传距离,使用软件构建遗传连锁图谱,确定标记顺序;
⑧图谱验证:通过回交、F2群体验证或与其他图谱比较,确认图谱可靠性;
⑨图谱应用:用于基因定位、QTL分析、遗传多样性研究等。