遺傳連鎖分析

1、本章主要內(nèi)容： 第一節(jié) 遺傳作圖基本概念 第二節(jié) 遺傳作圖的分子標(biāo)記 第三節(jié) 遺傳作圖的方法第一節(jié) 遺傳作圖基本概念1. 遺傳作圖定義 采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。2. 遺傳作圖的基本原理 隨機的染色體上兩個任意基因座越遠，它們越容易被染色體斷裂所分離。3.遺傳圖距的單位 厘摩（cM）:每單位厘摩為1交換率。 交換率或交換值或重組頻率= 減數(shù)分裂的重組產(chǎn)物減數(shù)分裂的總產(chǎn)物4.遺傳作圖的主要方法 雜交實驗、 家系分析第二節(jié) 遺傳作圖標(biāo)記1. 基因標(biāo)記 孟德爾 肉眼 豌豆植株高矮、豌豆顏色等 摩爾根 顯微鏡、肉眼 果蠅軀體顏色、翅膀形狀等 生化表型細(xì)菌、酵母遺

2、傳學(xué)研究；人類中如血型系列（ABO）分析、血清蛋白和免疫蛋白 基因標(biāo)記的缺點高等生物，如 脊椎動物和顯花植物等，可用作標(biāo)記的基因十分有限，許多性狀都涉及多基因；高等生物基因組中存在大量的基因間隔區(qū)，純粹用基因作為標(biāo)記將在遺傳圖譜中留下大片的無標(biāo)記區(qū)段；只有部分基因其等位基因成員可以通過常規(guī)試驗予以區(qū)分，因而產(chǎn)生的遺傳圖是不完整的，必需尋找其他有效的標(biāo)記；2. DNA分子標(biāo)記2.1 DNA 分子標(biāo)記作圖的優(yōu)點: 不以表型為參照 直接檢測個體基因型組成 具有共顯性的特點2.2 分子標(biāo)記用于基因定位的發(fā)展史 基因定位最早采用的方法就是基因定位最早采用的方法就是連鎖分析連鎖分析。通過基因與通過基因與D

3、NADNA標(biāo)記之間的重組率來估計基因標(biāo)記之間的重組率來估計基因的位置?？捎糜谶B鎖分析的的位置。可用于連鎖分析的DNADNA標(biāo)志是基因定標(biāo)志是基因定位的基礎(chǔ)，位的基礎(chǔ)，DNADNA標(biāo)記越多，雜合性越強，基因標(biāo)記越多，雜合性越強，基因定位就越方便。定位就越方便。DNADNA標(biāo)記的選擇經(jīng)歷了從標(biāo)記的選擇經(jīng)歷了從RFLP-RFLP-STRSTRSNPSNP等發(fā)展過程。等發(fā)展過程。PIC(polymorphic formation content):某一標(biāo)記在群體中出現(xiàn)多態(tài)性的頻率。183個個RFLP, 多態(tài)性不夠高，雜合性（多態(tài)性不夠高，雜合性（PIC）平均達）平均達到到 0 .3而且在染色體上分布不

4、均勻，難以將一些罕而且在染色體上分布不均勻，難以將一些罕見的基因進行定位；對多基因病的定位也難以奏效見的基因進行定位；對多基因病的定位也難以奏效,STR位點已經(jīng)達到位點已經(jīng)達到8000個，平均個，平均 100kb200kb有有一個一個 STR位點，雜合性（位點，雜合性（PIC）平均達到）平均達到 0 .7,這已經(jīng)使得連鎖分析的功能發(fā)揮到了極限。這已經(jīng)使得連鎖分析的功能發(fā)揮到了極限。SNP位點已經(jīng)達到數(shù)十萬個，平均位點已經(jīng)達到數(shù)十萬個，平均 1000bp有有一個一個 ，估計，估計1700萬個萬個(40個人篩選結(jié)果）。個人篩選結(jié)果）。(短串聯(lián)重復(fù)序列短串聯(lián)重復(fù)序列,STRs ,short tend

5、em repeats)2.3 分子標(biāo)記 RFLP(restriction fragment length polymorphisms,限制性片段長度多態(tài)性)RFLP的特征: 處于染色體上的位置相對固定; 同一親本及其子代相同位點上的多態(tài)性片段特征不變;同一凝膠電泳可顯示不同多態(tài)性片段,具有共顯性特點; SSLPs(Simple sequence length polymorphisms,簡單序列長度多態(tài)性) SSLP 產(chǎn)生重復(fù)序列的可變排列,同一位點重復(fù)次數(shù)不同,表現(xiàn)DNA序列長度變化; 與RFLP 不同,具有多等位性; 小衛(wèi)星(minisatellite)和微衛(wèi)星(microsatellit

6、e)序列都可用于遺傳作圖,但微衛(wèi)星更普遍; SNP(single nucleotide polymorphisms,單核苷酸多態(tài)性) 1996年，年，Lander報道了報道了SNP，制備第三代遺，制備第三代遺傳連鎖圖的遺傳標(biāo)記。傳連鎖圖的遺傳標(biāo)記。 基因組中單個核苷酸的突變稱為點突變; 理論上每個單核苷酸位置最多只有4種形式,但某些群體特定的單核苷酸位置只有2個或3個SNP,這些位點稱為雙等位或三等位; 在基因組編碼順序中，SNP 大多位于密碼子的搖擺位置，表現(xiàn)為基因沉默而被大量保留下來; 大多數(shù)SNP所在的位置不能被限制酶識別，必須采取測序或寡核苷酸雜交檢測; SNP 在基因組中的數(shù)量極大.

7、二倍體細(xì)胞中每個SNP最多只有2種等位型;/SNP/index.html第三節(jié) 遺傳作圖的方法1. 遺傳學(xué)簡介 等位基因隨機分離定律 獨立遺傳定律 完全連鎖 不完全連鎖 不完全顯性 共顯性如何進行遺傳作圖？如何進行遺傳作圖？孟德爾第一定律孟德爾第一定律 等位基因隨機分離等位基因隨機分離(The Law of Segregation) AAaaAaF1ParentsF2AAaaAa1:2:1A:a=1:1孟德爾第二定律孟德爾第二定律 獨立分配定律獨立分配定律(the law of independent assortment) F1Parent

8、sF2如何進行遺傳作圖？如何進行遺傳作圖？AaBb AB Ab aB ab 25% 25% 25% 25%AB(25%) Ab(25%)aB(25%)Ab(25%)AABB AABb AaBB AaBbAABb AAbb AaBb AabbAaBB AaBb aaBB aaBbAaBb Aabb aaBb aabbA:a=1:1 B:b=1:1AABBaabb連鎖遺傳定律連鎖遺傳定律 F1ParentsF2如何進行遺傳作圖？如何進行遺傳作圖？AaBb AB Ab* aB* ab50% 0% 0% 50%AB(50%) Ab(0%)aB(0%)Ab(50%)AABB - - AaBb - - -

9、 - - - - -AaBb - - aabbAABBaabb* 完全連鎖完全連鎖 AB Ab aB ab(25) (25) (25) (25)(50) (0) (0) (50) (48) (2) (2) (48)配子類型配子類型(%)獨立遺傳獨立遺傳孟德爾第二定律孟德爾第二定律完全連鎖完全連鎖不完全連鎖不完全連鎖連鎖遺傳定律連鎖遺傳定律根據(jù)重組率計算遺傳距離根據(jù)重組率計算遺傳距離2. 連鎖分析 連鎖發(fā)生的時期 減數(shù)分裂期,同源染色體復(fù)制后不分離雙價體重組 重組(recombination)或交換(crossing-over):在雙價體中,并列的同源染色體臂發(fā)生機械斷裂,彼此交換DNA區(qū)段,這

10、一過程被稱為交換或重組. 連鎖基因之間的交換 重組率繪制遺傳圖 重組率為測量基因之間相對距離的尺度. 遺傳圖的偏離 近端粒區(qū)和遠著絲粒區(qū)有較高的重組率; 如老鼠主要組織兼容性復(fù)合座位(major histocompatibility complex,MHC)含有一組控制免疫反應(yīng)的基因，其中一個區(qū)段的重組率高于平均數(shù)數(shù)百倍. 重組熱點(recombination hot spot):染色體的某些位點之間比其他位點之間有更高的交換率. 性別之間也會表現(xiàn)重組率的差異 同一染色體發(fā)生多起交換的現(xiàn)象3. 不同模式生物的連鎖分析 連鎖分析的三大范疇: 有性雜交實驗 系譜分析 DNA轉(zhuǎn)移3.1 雜交實驗的連

11、鎖分析 雜交實驗的連鎖分析的程序: 選擇已知基因型的親本 設(shè)計雜交方案 獲得交配的子代 分析其表型及基因型 兩點雜交 多點雜交 RFLP連鎖圖 RFLP 作圖的程序 與經(jīng)典遺傳作圖類似,只是統(tǒng)計性狀改為DNA 分子標(biāo)記; 程序：選擇已知基因型的親本 設(shè)計雜交方案 獲得交配的子代 分析其DNA分子標(biāo)記 共分離: 在有性繁殖的后代,假如基因附近有一緊密連鎖的分子標(biāo)記,在細(xì)胞減數(shù)分裂時分子標(biāo)記與基因之間由于相距太近很少有機會發(fā)生交換，那么這種分子標(biāo)記與連鎖的基因有最大的可能同時出現(xiàn)在同一個個體中，這種現(xiàn)象被稱為共分離. 圖位克隆:從分子標(biāo)記連鎖圖中找到與靶基因位于同一連鎖群的分子標(biāo)記,然后再從同一連

12、鎖群的分子標(biāo)記中檢測與靶基因接近的分子標(biāo)記,依次漸進,直至獲得最接近基因座的標(biāo)記為止.3.2 系譜分析作圖 人類樣品有限，借助統(tǒng)計學(xué)方法對獲得的數(shù)據(jù)進行可信度檢驗，常用的程度為lod 值評價。lod值是基因連鎖可能性的對數(shù)，用于初步研究的2個基因是否位于同一條染色體上，或者說可以回答2個基因是否連鎖。3.3 細(xì)菌遺傳作圖 細(xì)菌遺傳作圖面臨的困難: 細(xì)菌是單倍體 細(xì)菌不發(fā)生減數(shù)分裂 細(xì)菌遺傳作圖的三種方法: 感染(transduction,轉(zhuǎn)導(dǎo)):以噬菌體為媒介，將長度可達50Kb的DNA片段從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞。 轉(zhuǎn)化(transformation)：供體細(xì)胞釋放的一段DNA（通常小于50

13、Kb）,經(jīng)受體細(xì)胞攝取后整合到基因組中，可借助抗性培養(yǎng)基篩選重組克隆。 接合轉(zhuǎn)移：兩個細(xì)菌機械接觸，其中一細(xì)菌（供體）將DNA轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌中。轉(zhuǎn)移的DNA 可以是供體細(xì)胞染色體的一段拷貝，亦可是整個染色體，長度可達1Mb;轉(zhuǎn)移的DNA也可是質(zhì)粒，即附加體轉(zhuǎn)移（episome transfer）.而且供體DNA分子轉(zhuǎn)移后，必須與受體細(xì)胞DNA 發(fā)生雙交換才能整合到受體細(xì)胞染色體中，如果不發(fā)生雙交換，轉(zhuǎn)移的DNA將隨受體細(xì)胞分裂而丟失，除質(zhì)粒附加體轉(zhuǎn)移例外。 細(xì)菌遺傳作圖中采用的都是生化標(biāo)記，顯性或野生型具有生化特性（如合成色氨酸），隱性表型是可以互補的性狀（如不能合成色氨酸），從而檢測轉(zhuǎn)移DNA是否進入受體細(xì)胞。4. 對數(shù)量性狀作圖QTL定位理論：早在1923 年, Sax就對菜豆種子的大小(數(shù)量性狀) 與種皮色素(離散的單基因性狀) 之間的遺傳關(guān)聯(lián)進行了研究；Thoday首次提出利用兩個單基因標(biāo)記對控制數(shù)量性狀的多基因進行系統(tǒng)定位的構(gòu)想, 認(rèn)為當(dāng)標(biāo)記位于要定位的基因兩側(cè)時, 標(biāo)記和要定位基因之間的共分離基因型易于鑒別, 定位也更準(zhǔn)確,因而主張應(yīng)首先篩選這樣的標(biāo)記；數(shù)量性狀基因座(quantitative trait loci ,簡稱QTL) 定位的理論,即分析標(biāo)記基因型和數(shù)量性狀值之間的連鎖；QTL定位的群體:單交組合產(chǎn)生后代F