基因組圖譜教材

第3章基因組圖譜遺傳圖譜（geneticmap）物理圖譜（physicalmap）第1節(jié)遺傳圖譜（geneticmap）遺傳圖譜的概念遺傳圖譜的構(gòu)建遺傳圖譜的應用一、遺傳圖譜的概念遺傳連鎖圖（geneticmap），是指通過遺傳學方法，以遺傳圖距（cM）為單位繪制的染色體上基因或標記之間相對位置的連鎖圖。繪制遺傳和物理圖譜的原因基因組太大，必需分散測序，然后將分散的順序按原來位置組裝，需要圖譜進行指導；基因組存在大量重復順序，會干擾排序，因此要高密度基因組圖；遺傳圖和物理圖各有優(yōu)缺點，必須相互整合校正。遺傳作圖遺傳作圖（Geneticmapping）：采用遺傳學分析方法將基因或其它DNA順序標定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。二、遺傳圖譜的構(gòu)建理論基礎:連鎖與交換基本方法:兩點測驗法和三點測驗法連鎖與交換

連鎖遺傳的現(xiàn)象連鎖遺傳的解釋完全連鎖與不完全連鎖交換與不完全連鎖的形成

連鎖遺傳現(xiàn)象是W.貝特森和R.C.龐尼特于1906年在香碗豆(Lathyrus

odoratus)雜交試驗中發(fā)現(xiàn)的。

F1兩對相對性狀均表現(xiàn)為顯性，F(xiàn)2出現(xiàn)4種表現(xiàn)型；

F2四種表現(xiàn)型的個體數(shù)與理論值9:3:3:1相差很大，并且兩親本性狀組合類型的實際數(shù)高于理論數(shù)，而兩種新性狀組合的實際數(shù)低于理論數(shù)。連鎖遺傳連鎖(linkage)遺傳：雜交試驗中，原來為同一親本所具有的兩個性狀在F2中不符合獨立分配規(guī)律，而常有連在一起遺傳的傾向。

T.H.摩爾根等根據(jù)果蠅試驗的結(jié)果，逐漸形成了較完整的連鎖遺傳學說。

（1）同一染色體上載有許多基因，呈直線排列，相互連鎖構(gòu)成1個連鎖群；（2）某生物有多少對染色體就有多少個連鎖群；（3）位于不同染色體上的基因所控制的性狀之間表現(xiàn)獨立遺傳的關系；（4）連鎖遺傳的基因可以通過非姊妹染色單體間的交換而重組。

連鎖交換規(guī)律處于同一染色體上的兩個或兩個以上的基因在遺傳時，聯(lián)合在一起的頻率大于重新組合的頻率。

連鎖和交換的重組稱為染色體內(nèi)重組，因染色體自由組合而產(chǎn)生的重組稱為染色體間重組。

完全連鎖：如果雜種F1（雙雜合體）只產(chǎn)生兩種親本類型的配子，而不產(chǎn)生非親本類型的配子，就稱為完全連鎖。

不完全連鎖：指雜種F1不僅產(chǎn)生親本型配子，還會產(chǎn)生重組型配子。重組：通過聯(lián)會中的同源染色體中非姊妹染色單體的交換，產(chǎn)生新基因組合或染色體組合的過程。當兩對非等位基因為不完全連鎖時，F(xiàn)1不僅產(chǎn)生親本型配子也產(chǎn)生重組型配子。

黑身殘翅灰身長翅交換與不完全連鎖的形成偶線期同源染色體聯(lián)會粗線期同源染色體的非姊妹染色單體交換中期Ⅰ配子非等位基因在染色體上呈線性排列；同源染色體聯(lián)會，非姊妹染色單體節(jié)段互換導致基因連鎖關系改變，產(chǎn)生交換型染色單體發(fā)生交換的性母細胞中的四種染色單體分配到四分體中，發(fā)育成四種配子相鄰兩基因間發(fā)生斷裂與交換的基因與基因間物理距離有關，距離越大，斷裂與交換的機會就越大。交換是指來自雙親的一對同源染色體在減數(shù)分裂的粗線期至雙線期，非姊妹染色單體在對應位點上發(fā)生斷裂和交互重接的過程。交換值（重組率）：指同源染色體的非姊妹染色單體間有關基因的染色體片段發(fā)生交換的頻率，一般利用重新組合配子數(shù)占總配子數(shù)的百分率進行估算。

交換值(%)=（重新組合配子數(shù)/總配子數(shù)）×100

交換值的大小與基因距離有關

影響交換值的因素基因在染色體上的位置基因之間的距離重組型配子生活力的差異減數(shù)分裂時同源染色體能否正常聯(lián)會群體大小年齡（雌果蠅）性別（雄果蠅、雌家蠶）、環(huán)境（溫度）等

交換值與遺傳距離非姊妹染色單體間交換數(shù)目及位置是隨機的；連個連鎖基因之間重組率的變化范圍是(0，50%)，反映基因間的連鎖強度、基因間的相對距離；通常用重組率來度量基因之間的相對距離，也稱為遺傳距離(geneticdistance)。以1%重組率作為一個遺傳單位（厘摩，cM）兩點測驗法和三點測驗法適用于兩基因相距不超過5個遺傳單位時應用。兩點測驗法是以兩對基因為對象來測定交換值，每次只研究兩對基因，因此測定三對基因在染色體上位置，要通過三次雜交，三次測交，最后根據(jù)交換值來判定基因的位置。兩點測驗：

三點測驗：

用三雜合體和三隱性個體雜交，獲得三因子雜種(F1)，再用F1與三隱性基因純合體測交，通過對測交后代表現(xiàn)型及其數(shù)目的分析，分別計算三個連鎖基因之間的交換值，從而確定這三個基因在同一染色體上的順序和距離。通過一次三點測驗可以同時確定三個連鎖基因的位置，即相當于進行三次兩點測驗，而且能在試驗中檢測到所發(fā)生的雙交換。三點測驗

仍以玉米C/c、Sh/sh、Wx/wx三對基因連鎖分析為例，在描述時用“+”代表各基因?qū)娘@性基因。1.用三對性狀差異的兩個純系作親本進行雜交、測交：P: 凹陷、非糯性、有色×飽滿、糯性、無色

shsh++++++wxwxcc ↓F1及測交: 飽滿、非糯性、有色×凹陷、糯性、無色

+sh+wx+cshsh

wxwxcc

2.考察測交后代的表現(xiàn)型、進行分類統(tǒng)計

3.確定兩種親本類型和兩種雙交換類型——雙交換的比例最小；三點測驗4.根據(jù)雙交換的基因型確定三對基因在染色體上的排列順序。

根據(jù)F1的基因型，基因排列有三種可能性：sh++================wx在中間+wx++sh+================sh在中間wx+c++sh================c在中間wx

c

+哪一種排列方式可以產(chǎn)生+++與wxshc類型的雙交換配子的基因型?第②種排列順序才有可能出現(xiàn)+++與wxshc類型的雙交換配子。+sh+================sh

在中間wx+c所以這三個連鎖基因在染色體的位置為wx

shc。三點測驗

5.計算基因間的交換值。由于雙交換實際上是在兩個區(qū)域同時發(fā)生了單交換，所以在估算每個區(qū)域交換值時，都應加上雙交換值，才能夠正確地反映實際發(fā)生的交換頻率。三點測驗

6.繪制連鎖遺傳圖。Sh位于wx與c之間；wx-sh:18.4 sh-c:3.5 wx-c:21.9。通過兩點測驗或三點測驗，可以確定某些基因存在于同一染色體上

即具有連鎖遺傳的關系。存在于同一染色體上的基因，組成一個連鎖群(linkagegroup)，如果把一個連鎖群的各個基因之間的距離和順序標志出來，就能繪成連鎖遺傳圖。一種生物連鎖群的數(shù)目與染色體的對數(shù)是一致的。

染色體作圖

1.每個基因的位置是用從一組連鎖基因的一端算起的圖距來表示。

2.一般以最左端的基因位置為0，其他基因的位置通過它與最鄰近的基因間的重組率之和來確定。

3.隨著研究的進展，發(fā)現(xiàn)有新的基因在更左端時，就把0點的位置讓位給新的基因，其余的基因座作相應的移動。

4.重組率在0-50%之間，但在一張圖上，可以出現(xiàn)

50單位以上的圖距。因此要從圖上數(shù)值得知基因間的重組率只限于鄰近的基因座間。染色體作圖的前提條件：（1）產(chǎn)生重組型配子的基因型的所有位點必須呈雜合狀態(tài)；（2）必須能夠根據(jù)后代的表型或基因型推斷所有配子的基因組成；（3）有足夠多的測交后代。基因間距離越小，發(fā)生交換的可能性越小，獲得重組型所要求的后代數(shù)量越多。染色體作圖的過程：（1）尋找遺傳標記；（2）測定交換值；（3）繪制連鎖遺傳圖。植物遺傳圖譜的構(gòu)建選擇研究材料（親本）構(gòu)建分離群體遺傳標記檢測標記間的連鎖分析選擇親本

要求親緣關系遠，遺傳差異大但又不能相差太大以導致引起子代不育對備選材料進行多態(tài)(差異)性檢測，綜合測定結(jié)果，選擇有一定量多態(tài)性的一對或幾對材料作為遺傳作圖親本

親本之間的親緣關系究竟以多遠為宜？這因物種而異，一般異交作物的多態(tài)性高，自交作物的多態(tài)性低。如，玉米的多態(tài)性很好，一般品種間配制的群體就可成為理想的分子作圖群體，而番茄的多態(tài)性較差，因而只能選用不同種間的后代構(gòu)建分子連鎖圖，水稻的多態(tài)性居中。

此外，配制組合前還應對親本及其F1雜種進行細胞學鑒定，若雙親間存在相互易位，或多倍體材料存在單體或部分染色體缺失等問題，其后代就不宜用來構(gòu)建連鎖圖譜。

組合配制過程中最關鍵的一條是應盡量保證所用群體起源于同一F1個體，大多數(shù)作物的繁殖系數(shù)都較高。如果一定用若干個F1時，應將不同F(xiàn)1及其所衍生的后代分開保存。

組合的配制作圖群體的類型

單交組合所產(chǎn)生的F2代或由其衍生的F3、F4家系

F2群體是最常用的作圖群體，優(yōu)點是容易構(gòu)建，所需時間短。缺點是F2群體存在雜合基因型，且F2單株提供的材料有限，很難用其進行連續(xù)性研究，也無法滿足不同實驗室對同一材料合作研究的需要。。F3、F4家系是為了延長F2群體的使用時間不長而采用的一種辦法。將F2衍生系內(nèi)多個單株混合提取DNA，以代表原F2單株的遺傳組成，但加大了工作量，且會出現(xiàn)取樣誤差。

重組近交系(recombinantinbredlines,RIL)

這種群體是由連續(xù)多代自交或姊妹交產(chǎn)生的，可以用來更精確地定位那些連鎖緊密的位點。這種群體的另一個優(yōu)點是可以連續(xù)不斷地提供大量的種子和葉片等材料，因而可以滿足不同時間、地點、實驗室研究的需要。缺點：時間長

加倍單倍體(doubledhaploids,DH)優(yōu)點：可以連續(xù)不斷地提供大量的種子和葉片等材料，可以滿足不同時間、地點、實驗室研究的需要；時間短。缺點：可信度低

回交和三交群體適合于自交不親和的材料，或研究某種特殊問題（雌雄配子交換率的差別等）。特點：可用于區(qū)別后代材料的真?zhèn)位虮容^核基因組的差別，其余和單交組合所產(chǎn)生的F2代群體一樣。

作圖群體可按其遺傳穩(wěn)定性分為：（1）非固定性分離群體：F2、F3、F4和三交群體等（2）固定性或永久性分離群體：DH、RIL等

分子標記分離數(shù)據(jù)的收集與處理獲得不同個體的DNA多態(tài)性資料，將電泳的帶型數(shù)值化。如1、2、3、0等。數(shù)據(jù)的收集應注意的問題：（1）避免利用沒有把握的數(shù)據(jù)；（2）注意親本基因型；（3）當親本出現(xiàn)多條帶的差異時，應通過共分離分析區(qū)別是屬于同一基因座位，還是分別屬于多個基因座位。

遺傳圖距的確定根據(jù)連鎖交換的情況，確定標記之間的連鎖關系和遺傳距離Mapmarker作圖軟件，計算分子標記間的遺傳圖譜

分子標記連鎖群的染色體定位利用遺傳學方法或其它方法將少數(shù)標記錨定在染色體上，作為確定連鎖群的參照系。常用的方法：單體分析三體分析代換系分析附加系分析

P凹陷、非糯性、有色×飽滿、糯性、無色

shsh++++↓++wxwxcc

Ｆ1飽滿、非糯性、有色×凹陷、糯性、無色

+sh+wx+c↓shshwxwxcc+wxc2708

｝親型

sh++2538++c626

｝單交換

shwx+601

sh+c113

｝單交換

+wx+116+++4

｝雙交換

shwxc2

總數(shù)6708三點測驗三點測驗法的具體步驟Ｆt表型判斷三基因是否連鎖確定三基因連鎖后，推斷三基因的順序計算交換值繪制基因位置圖Ｆt表型判斷三基因是否連鎖若三基因為完全連鎖關系，則Ｆt只能表現(xiàn)二種表型。若三基因是獨立遺傳的，則Ｆt應該表現(xiàn)出八種表型，且數(shù)目相等；若三基因中有兩基因連鎖，一基因獨立遺傳，則Ｆt應該表現(xiàn)出八種表型，兩組比例，每四種表型的比例一樣；現(xiàn)在Ｆt八種表型分四組且各組之間的比例不同，說明三基因只能是同在一條染色體上，且三基因為不完全連鎖關系。三對基因不完全連鎖確定基因順序按照“一變或一不變”的法則確定之。首先從Ft中選出親本基因型，如：上例

+

wxc

親型

+++雙交換型（一不變）

+

wxc親型

sh

wxc雙交換型（一變）

該基因sh

就位于中間,其基因順序為：

wx-sh-c

交換值的計算

sh-wx

sh-c

+wxc2708

｝親型

sh++2538

++c626

｝單交換

18.29%

sh

wx+601

sh+c113

｝單交換3.41%

+wx+116

+++4

｝雙交換

0.09%

0.09%

sh

wxc2

總數(shù)6708

交換值18.38%

3.50%

連鎖遺傳圖

cSh

Wx━┿━━━━┿━━━━━━━━━━━┿━3.5018.38Wx-c之間的距離為：18.38+3.50=21.88水稻遺傳圖

1994年，水稻第一張高密度遺傳圖譜

927個位點，1383個標記

1998年，1157個位點，2275個標記

2000年，3267個標記高密度的遺傳圖譜為基因組測序和遺傳研究奠定了堅實的基礎。人類遺傳圖譜的構(gòu)建

不可能根據(jù)需要選擇親本，設計雜交組合，構(gòu)建分離群體！只能檢測現(xiàn)存家庭連續(xù)幾代成員的基因型家系分析法資料有限、必須借助于統(tǒng)計學方法現(xiàn)有的人類遺傳圖譜

1～22號染色體

8個家系134個成員

X染色體，12個家系170個成員

5364個SSR標記

2335個位點標記間的平均距離599kb第2節(jié)物理圖譜（physicalmap）物理圖譜的概念構(gòu)建物理圖譜的原因構(gòu)建物理圖譜的途徑遺傳圖譜的缺陷分別率有限

人類只能研究少數(shù)減數(shù)分裂事件，不能獲得大量子代個體精確性不高

染色體上存在重組熱點，影響鄰近區(qū)段的遺傳圖譜的準確性物理圖譜，是指用分子生物學方法直接檢測DNA標記在染色體上的實際位置繪制成的圖譜。物理圖譜的概念構(gòu)建物理圖譜的途徑限制性作圖熒光原位雜交序列標簽位點克隆作圖

限制性作圖在DNA分子上定位限制性內(nèi)切核酸酶酶切位點的相對位置。限制性作圖的基本原理比較一種DNA分子被不同限制性內(nèi)切酶切割所產(chǎn)生的片段大小首先用一種內(nèi)切酶處理樣品后，電泳確定DNA片段的大??；用第二種酶處理獲得第二組片段；兩種酶混合處理獲得第三組片段；收集資料進行比對組裝。兩種酶切位點交替出現(xiàn)的區(qū)段用加減法確定其的相對位置連續(xù)出現(xiàn)2個或多個相同酶切位點的區(qū)段，采用部分酶解法切點過多時可采用末端標記結(jié)合部分酶切進行繪圖(1)完全降解：選擇合適的限制性內(nèi)切酶將待測DNA鏈(已經(jīng)標記放射性同位素)完全降解，可獲得的圖譜即為組成該DNA鏈的酶切片段的數(shù)目和大小。(2)部分降解：以末端標記使待測DNA的一條鏈帶上示蹤同位素，然后用上述相同酶部分降解該DNA鏈，即通過控制反應條件使DNA鏈上該酶的切口隨機斷裂。部分酶解產(chǎn)物同樣進行電泳分離及自顯影。比較上述二步的自顯影圖譜，根據(jù)片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈上的位置。熒光原位雜交熒光原位雜交（Fluorescentinsituhybridization,FISH)：通過熒光標記的探針與DNA分子雜交，雜交信號即探針DNA在染色體上的圖譜位點。步驟：取處于有絲分裂中期的細胞制片，將染色體變性成單鏈，再將標記的DNA探針變性后雜交到染色