LOD連鎖分析課件資料

1、 連鎖分析linkage analysis生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院連鎖分析是怎么發(fā)現(xiàn)的?什么是連鎖和連鎖分析?連鎖分析有什么作用?連鎖分析的原理是什么?連鎖分析分多少類?連鎖分析適用于什么樣的數(shù)據(jù)?用什么去度量連鎖程度的高低?1：連鎖現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)連鎖現(xiàn)象是英國劍橋大學(xué)的遺傳學(xué)教授貝特森(Bateson)和彭乃特（Punnett)(1906年)最初發(fā)現(xiàn)的。他們研究香豌豆的兩對(duì)性狀的遺傳，發(fā)現(xiàn)來自同一親體的基因較多地聯(lián)在一起，這就是所謂基因的連鎖（linkage），但是他們未能提出正確的解釋。他們的實(shí)驗(yàn)如下：一對(duì)是花的顏色,紫花對(duì)紅花為顯性，一對(duì)是花粉形狀，長形對(duì)圓形為顯性。結(jié)果表明F2：1). 同樣

2、出現(xiàn)四種表現(xiàn)型；2). 不符合9:3:3:1；3). 親本組合數(shù)偏多，重新組合數(shù)偏少(與理論數(shù)相比)。試驗(yàn)一：結(jié)果與第一個(gè)試驗(yàn)情況相同。 試驗(yàn)二： 第二個(gè)試驗(yàn)的表現(xiàn)與第一個(gè)試驗(yàn)基本相同，同9:3:3:1的獨(dú)立遺傳比例相比較，在F2四種表現(xiàn)型中仍然是親本組合性狀(紫、圓和紅、長)的實(shí)際數(shù)多于理論數(shù)，重新組合性狀的實(shí)際數(shù)少于理論數(shù)，同樣不能用獨(dú)立分配規(guī)律來解釋。 上述兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果都表明，原來為同一親本所具有的兩個(gè)性狀，在F2中常常有連系在一起遺傳的傾向，這種現(xiàn)象稱為連鎖遺傳。美國學(xué)者M(jìn)organ摩爾根（1910年）證實(shí)了同一染色體上的基因有連鎖現(xiàn)象以果蠅為材料果蠅雜交實(shí)驗(yàn) 紅眼和紫眼 長翅和殘翅同

3、時(shí)研究了兩對(duì)伴性性狀的連鎖遺傳，指出兩個(gè)基因存在于同一條染色體上，因而在形成配子時(shí)，這兩個(gè)基因常常連在一起。揭示了連鎖交換規(guī)律。 摩爾根1910年提出連鎖定律，成為遺傳學(xué)中的第3個(gè)基本規(guī)律。發(fā)表了“基因論”。摩爾根等提出： (1)相引是兩個(gè)基因位于同一條染色體上， 相斥則反之。 (2)同源染色體在減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生交換 ( crossing-over ) (3)位置相近的因子相互連鎖。(孟德爾遺傳的隨機(jī)分離與相引Science,1911 34.384)2 連鎖和連鎖分析概述假設(shè)兩個(gè)位點(diǎn)在同一條染色體上，它們的位置比較近，那么這兩個(gè)位點(diǎn)上的等位基因傳遞給下一代是不獨(dú)立的，這種現(xiàn)象在遺傳學(xué)中我們稱為連

4、鎖(linkage ).連鎖分析（linkage analysis）：考察兩個(gè)基因座的位置是否臨近，通過對(duì)一些基因數(shù)據(jù)的分析來尋找一些感興趣的基因位置，也稱為基因作圖（genetic mapping）.2 .1定義2.2：連鎖分析原理由于兩個(gè)連鎖的（物理上臨近的）基因座上等位基因更易于一起分離，即它們一起作為一個(gè)單位由父母傳遞給后代，這種現(xiàn)象偏離了自由組合的孟德爾第二定律.因此連鎖分析的基本原理是通過分析兩個(gè)遺傳位點(diǎn)在家系中的共分離性來確定控制疾病表型變異的的基因位點(diǎn).連鎖分析方法一般是以有關(guān)遺傳標(biāo)志為“路標(biāo)”，以被定位基因與其連鎖基因的重組率為“遺傳學(xué)距離”，進(jìn)行基因定位。2.4：連鎖分析分

5、類分類標(biāo)準(zhǔn)一：按照是否基于模型,可以分為一種是基于模型的參數(shù)分析法，另一種是與模型無關(guān)的非參數(shù)分析。參數(shù)方法需要假定性狀的遺傳模式以及有關(guān)的參數(shù)值，例如，致病等位基因的頻率，外顯率，野生型等位基因的頻率和突變型等位基因的頻率,和重組率等等.非參數(shù)方法中常是通過測(cè)量家系中兩個(gè)患病或兩個(gè)非患病個(gè)體或一個(gè)患者及一個(gè)非患者標(biāo)記基因的相似程度來判斷致病基因與標(biāo)記基因是否連鎖。這種相似或相異程度常用同胞或親屬對(duì)間共享IBD或IBS的概率來評(píng)價(jià)。分類標(biāo)準(zhǔn)二:按照標(biāo)記位點(diǎn)的數(shù)目,分為單點(diǎn)連鎖分析和多點(diǎn)連鎖分析.2.5：連鎖分析適用的對(duì)象一個(gè)家庭中父親（母親）的兩個(gè)基因座上等位基因由于連鎖而共同分離的情況可能與

6、另一個(gè)家庭中發(fā)生的分離情況不同。由連鎖而發(fā)生的共分離現(xiàn)象只能在家庭內(nèi)部才可以觀察到.因此，考察連鎖必須有家系數(shù)據(jù)。所需要的數(shù)據(jù)包括：表型測(cè)量數(shù)據(jù)(例如是否患病)和遺傳標(biāo)記分型數(shù)據(jù)(即遺傳標(biāo)記基因型數(shù)據(jù))。3：連鎖分析的遺傳學(xué)基礎(chǔ)3.1自由組合：染色體向下遺傳時(shí)，非同源染色體的兩對(duì)等位基因自由組合。AaBb1234AaBb1234AB13ab24Ab14aB233.2 完全連鎖和不完全連鎖完全 連鎖：連鎖基因之間不發(fā)生非姐妹染色單體間的交換，只形成兩種親型配子，沒有重組型配子產(chǎn)生不完全連鎖：連鎖基因之間發(fā)生非姐妹染色單體間的交換，不僅形成兩種親型配子，同時(shí)形成兩種重組型配子。bvbvBBVVPb

7、vBV配子BVbvF1bvbvBVbvbvbv11 完全連鎖bvbvBBVVPbvBV配子BVbvF1bvbvBvbV減數(shù)分裂中染色體的交換BVbvbvBV不完全連鎖重組型配子親本型配子 pr vg pr+ vg+ pr vg pr+ vg+ pr vg pr+ vg+ pr+ vg+ pr vg 兩對(duì)位于同一條染色體 上的等位基因的簡單遺傳 Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg+ Pr Vg+ Pr+ Vg+ Pr+ Vg Pr+ Vg Pr+ Vg+ Pr+ Vg+ Pr+ Vg+在減數(shù)分裂中染色體交換 由于F1雜合雄蠅（BbVv)只產(chǎn)生兩種類型的配子，數(shù)目相等，所以

8、用雙隱性雌蠅測(cè)交的后代，只能有兩種表現(xiàn)型，比例為1:1 完全連鎖：灰身長翅黑身殘翅不完全連鎖：當(dāng)兩對(duì)非等位基因?yàn)椴煌耆B鎖時(shí)，F(xiàn)1不僅產(chǎn)生親本型配子也產(chǎn)生重組型配子。 黑身殘翅灰身長翅灰身長翅 灰身殘翅 黑身長翅 黑身殘翅 交叉(chiasma ):在交換時(shí)一對(duì)染色體出現(xiàn)的交叉型結(jié)構(gòu)。在減數(shù)分裂時(shí)同源染色體之間的交換導(dǎo)致了遺傳重組的發(fā)生。一個(gè)交叉就是交換的位點(diǎn)。重組是交換的結(jié)果，但交換并不一定引起重組，如兩標(biāo)記間發(fā)生偶數(shù)次重組，標(biāo)記并不發(fā)生重組。視頻 互換(crossover)：重組(recombination) ：奇數(shù)次互換導(dǎo)致一個(gè)重組交叉之后開始互換4AaBb123AaBbccCC1234

9、AAaaBBbbccCC1234AAaaBBbbccCC1234AAaaBBbbccCC說明：等位基因的互換，一般只發(fā)生在非姊妹染色單體之間，在同一姊妹染色單體之間不能發(fā)生。交換發(fā)生是隨機(jī)的，距離越長交換的機(jī)會(huì)越多，因此交換值的大小可以用來表示基因間的距離長短。 兩位點(diǎn)的圖距：一條染色單體上的互換個(gè)數(shù)的期望值單位：摩根（morgan）=100 cM(厘摩）1cM大約100萬堿基由于交換并不一定導(dǎo)致重組，因此重組值要小于或等于交換值。由于無法直接測(cè)定交換率，只有通過標(biāo)記基因的重組來估計(jì)交換的頻率。重組率(recombination fraction):兩個(gè)基因座之間發(fā)生奇數(shù)次交換的概率用來表示重

10、組率=重組配子數(shù)/（重組+非重組）連鎖分析基于如下生物學(xué)現(xiàn)象：位于同一條染色體上的兩個(gè)基因座之間發(fā)生重組的機(jī)會(huì)與它們之間的距離成正比。兩個(gè)基因座之間的連鎖用重組率來衡量，兩個(gè)基因座越近，發(fā)生交換的可能性越小，重組率也越小。兩個(gè)極端的例子是：（1） =1/2，兩個(gè)基因座相隔很遠(yuǎn)，它們獨(dú)立分離（即服從孟德爾自由組合的第二定律）；（2） =0，兩個(gè)基因座重合，事實(shí)上是同一個(gè)基因座。重組率與連鎖強(qiáng)度的關(guān)系 當(dāng)兩對(duì)基因?yàn)檫B鎖遺傳時(shí)，其重組率總是50%。因?yàn)橄嘁M或相斥組中的一對(duì)同源染色體的四條非姐妹，染色單體，兩個(gè)基因之間的染色體區(qū)段內(nèi)僅有兩條非姐妹 染色單體發(fā)生交換，因此重組型配子的數(shù)目只是少數(shù)。重組

11、率的變化范圍為0 , ，通過圖函數(shù)，兩個(gè)基因座之間的重組率可以轉(zhuǎn)換成兩個(gè)基因座之間的遺傳距離，遺傳距離與物理距離密切有關(guān)，但并不相同 Haldane圖譜函數(shù)r1/2 (1-e2d )e =自然對(duì)數(shù)的底(e = 2.71828)d =圖距 R0.500.25 0 25 50 75 100 125 150 175 d當(dāng)圖距小于等于10時(shí)重組率幾乎等于交換率，重組率可以直接被看作圖距（cM) 當(dāng)圖距大于10時(shí)重組率小于交換率，重組率不可直接被看作圖距； 重組率最大不能超過50% 0.500.25 0 25 50 75 100 125 150 175 d1) When observed recombi

12、nation is less than r = 10% (r10%), we do not need to use Haldanes mapping function. This is because when loci are located close together the amount of double crossovers within such a small interval is negligible. 2) When r = 50% two loci are inherited independently and the distance between them in

13、cM is infinite. This means that when two loci are inherited independently, we can not determine how many cM there are between the two loci. 3) When two loci are separated by 50cM, the two loci are not inherited independently. A 50 cM map distance between two loci is the equivalent of 32% recombinati

14、on or r = 0.32. 4：Lods score連鎖分析方法它是一種基于模型的參數(shù)分析方法，即在分析前要已知所研究性狀的遺傳模式、等位基因的數(shù)目及每種基因型的外顯率，分析中僅僅未知的變量是重組率基本思想:極大似然估計(jì)和對(duì)數(shù)優(yōu)勢(shì)法Z()=logL()/L(1/2).基本原理 基于模型的Lods score連鎖分析方法基本思想極大似然估計(jì)對(duì)數(shù)優(yōu)勢(shì)orf22fF22ff12fF22ff12f1、假設(shè)重組率為2、構(gòu)造似然函數(shù)L() 3、構(gòu)造似然比4、對(duì)數(shù)變換F21fF12f1、假設(shè)重組率為2、構(gòu)造似然函數(shù)L() 3、構(gòu)造似然比4、對(duì)數(shù)變換5、對(duì) 求極大值 ，所對(duì)應(yīng)的為重組率的估計(jì)值6、 稱為L

15、OD score例：LOD score為0.903F12fF21forf22fF22ff12fF22ff12fLOD score為0.9031、表示考慮重組率為0 (連鎖）的情況下， 比考慮隨機(jī)重組（不連鎖）的情況下， 產(chǎn)生已知后代的概率高7.943倍2、相為可能母親相3、考慮兩位點(diǎn)連鎖比不連鎖可能性高7.943倍5、從統(tǒng)計(jì)學(xué)考慮還需要進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)4、Z（0）=0正LOD值表示支持連鎖 ，負(fù)LOD值表示不支持連鎖建立檢驗(yàn)假設(shè)： 兩個(gè)基因座不連鎖。 兩個(gè)基因座連鎖顯著性水平：一般取單側(cè)右尾概率：0.001Morton(1955) 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：漸進(jìn)的服從自由度為1 的分布兩個(gè)基因連鎖Morton(1955) 結(jié)論：2. 性染色體LOD值 2 ，支持連鎖1. 常染色體LOD值 3 ，支持