基因组多态性.ppt
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1、 基因组多态性基因组多态性 genome polymorphism *医科大学医科大学 *教授教授/博导博导 研究方向:研究方向:*E-mailE-mail:*:*基因组学基因组学基本要求基本要求1 1、掌握基因组多态性的概念和遗传机理;、掌握基因组多态性的概念和遗传机理;2 2、了解基因组多态性在医学研究中的应用。、了解基因组多态性在医学研究中的应用。人种差异的原因是基因组多态性林奈:林奈:1707年年5月月23日日1778年年1月月10日,瑞典自然学者,日,瑞典自然学者,现代生物学分类命名的奠基人现代生物学分类命名的奠基人。人与人差异的根源是什么?人与人差异的根源是什么?黑猩猩与人的基因差
2、异只有黑猩猩与人的基因差异只有1%1%药效差异的原因是基因多态性药效差异的原因是基因多态性 人类基因组的共性人类基因组的共性(99.9%)(99.9%):决定发育成一个人:决定发育成一个人:人人类类基基因因组组的的多多态态性性(0.1%)0.1%):决决定定发发育育成成某某一一个个具具体体的的人人:身身高高、容容貌貌、行行为为、健健康康、患某种病、寿命等。患某种病、寿命等。OMIM Statistics for October 19,2011(Online Mendelian Inheritance in Man)Autosomal 19599X-linked 1161Y-linked 59M
3、itochondrial 6520884http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/mimstats.htmlhttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/mimstats.html基因差异导致疾病数目:单基因病基因差异导致疾病数目:单基因病人类基因组:人类基因组:24条染色体条染色体/31亿碱基对亿碱基对人类基因组包括:人类基因组包括:细胞核基因组:规模庞大。细胞核基因组:规模庞大。线粒体基因组:仅线粒体基因组:仅3737个基因。个基因。细胞核基因组细胞核基因组2424条染色体上全部遗传信息,包括:条染色体上全部遗传信息,包括:编码顺序编码顺序:结构基因
4、结构基因3 34 4万个万个非编码顺序:基因内的插入顺序、重复顺序、非编码顺序:基因内的插入顺序、重复顺序、基因间的间隔顺序等基因间的间隔顺序等结构基因结构基因由编码顺序、插入顺序和侧翼顺序构成。由编码顺序、插入顺序和侧翼顺序构成。编码顺序被插入顺序隔开呈不连续状态,故称编码顺序被插入顺序隔开呈不连续状态,故称为间隔基因(为间隔基因(split gene)split gene)。ExonExonIntronIntronGT-AG law真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征外显子是单拷贝序列:具有唯一性。外显子是单拷贝序列:具有唯一性。Flanking SequenceTATATATA
5、box boxExonExonIntronIntronT A T A AHogness boxATAT真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征TATATATA box boxExonExonIntronIntronCAAT boxCAAT boxCAAT box G G C A A T C T G G C A A T C TCT真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征GC box G G C G G GCAAT boxGC boxTATATATA box boxExonExonIntronIntron真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征CAAT boxGC boxEnhance
6、rTATATATA box boxExonExonIntronIntronCore sequence GGTGTGG GAAATTT真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征Regulator SequenceCAAT boxGC boxAATAAAEnhancerTATATATA box boxExonExonIntronIntron真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征外显子是单拷贝序列:具有唯一性。外显子是单拷贝序列:具有唯一性。逆转录逆转录逆转录逆转录DNADNARNARNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译复制复制复制复制基基因因表表达达
7、:DNA序序列列所所携携带带的的遗遗传传信信息息,通通过过转转录录和和翻翻译译形形成成具具有有生生物物活性的蛋白质的过程。活性的蛋白质的过程。基因表达基因表达cDNA单链可以与基因外显子互补配对结合单链可以与基因外显子互补配对结合基因组多态性的概念在不同群体或个体之间,基因组在不同群体或个体之间,基因组的某些位点上碱基的差异性。的某些位点上碱基的差异性。遗传学标记是一类能够区分不同的个体和遗传学标记是一类能够区分不同的个体和群体群体,或者能够区分不同的染色体位点,或者能够区分不同的染色体位点,同时又能稳定遗传的物质。同时又能稳定遗传的物质。宏观可见或微观存在。宏观可见或微观存在。遗传学标记遗传
8、学标记 (genetic marker)基因组多态性的种类限制性片段长度多态性(限制性片段长度多态性(RFLP RFLP)小卫星小卫星DNA(DNA(minisatelliteminisatellite DNA)DNA)微卫星微卫星DNA DNA(microsatellite DNAmicrosatellite DNA)单核苷酸多态性(单核苷酸多态性(SNPsSNPs)表达序列标签表达序列标签(EST(EST)和序列标签位点()和序列标签位点(STSSTS)表观遗传修饰(表观遗传修饰(epigenetic modification)epigenetic modification)一、限制性片段
9、长度多态性一、限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)使用某种限制性内切酶酶切不同个体的使用某种限制性内切酶酶切不同个体的DNADNA分子后,个体之间酶切片段长度的差异性即分子后,个体之间酶切片段长度的差异性即限制性片段长度多态性。限制性片段长度多态性。DNA酶切后在同一电泳场中移动的差异酶切后在同一电泳场中移动的差异 DNA酶切后在同一电泳场中移动的差异:片段长度多态性酶切后在同一电泳场中移动的差异:片段长度多态性 RFLPRFLP的遗传基础:的遗传基础:限制性内切酶具有特异的识别序列和切点,限制性内切酶具有特异的识别
10、序列和切点,如:如:ApaIApaI 的识别序列和切点为:的识别序列和切点为:5 5GGGCCGGGCC C 3C 3,BamHIBamHI的识别序列和切点为:的识别序列和切点为:5 5G G GATCC 3GATCC 3。不同个体不同个体DNADNA分子存在个别碱基的差异,如分子存在个别碱基的差异,如果这种差异正好位于某种限制性内切酶的特果这种差异正好位于某种限制性内切酶的特异性识别序列上,将会失去或增加一个酶切异性识别序列上,将会失去或增加一个酶切位点,从而改变酶切后形成的特定位点,从而改变酶切后形成的特定DNADNA片段片段的大小。的大小。凡是可以引起酶切位点变异的突变,如点突凡是可以引
11、起酶切位点变异的突变,如点突变、变、DNADNA片段插入或缺失等均可导致片段插入或缺失等均可导致RFLPRFLP的产生。的产生。19801980年代,用内切酶切割年代,用内切酶切割DNADNA后电泳,后电泳,发现人类基因组某些位点含有多个等位发现人类基因组某些位点含有多个等位基因,称为人类基因组高变区基因,称为人类基因组高变区(hypervariablehypervariable rigionrigion,HVR),HVR),即小卫星即小卫星DNADNA。二、小卫星二、小卫星DNADNA(minisatellite DNA)由一些约十多个或几十个由一些约十多个或几十个bp的短序列的短序列(即重
12、复单位)串联重复而成。如:(即重复单位)串联重复而成。如:GGTTCTTAAAAAGGTTCTTAAAAA-GGTTCTTAAAAAGGTTCTTAAAAA不同的个体或同一个体的两条同源染色不同的个体或同一个体的两条同源染色体之间,重复次数可能并不相同。体之间,重复次数可能并不相同。区别于存区别于存在于着丝粒、端粒和在于着丝粒、端粒和Y长臂的重复序列,称长臂的重复序列,称为小卫星为小卫星DNA。小卫星DNA本质小卫星小卫星DNADNA的特点的特点1、同一、同一HVR的重复单位具有高度保守性。的重复单位具有高度保守性。2、在不同的个体或同一个体的同源染色体之、在不同的个体或同一个体的同源染色体之
13、间,重复单位的重复次数不同,构成众多等间,重复单位的重复次数不同,构成众多等位基因。位基因。3、经酶切、电泳、变性、印迹、重复序列、经酶切、电泳、变性、印迹、重复序列 杂交、冲洗、显影后表现为丰富多彩的杂交、冲洗、显影后表现为丰富多彩的 RFLPs。A B C请请思考此图谱形成的思考此图谱形成的原理和其中包含的遗原理和其中包含的遗传学知识点。传学知识点。每一条带每一条带代表代表什么?什么?条带间隙代表条带间隙代表什么?什么?条带数目代表条带数目代表什么?什么?难点14 4、同一个体不同组织来源的、同一个体不同组织来源的RFLPRFLP谱带完全一谱带完全一样;而不同个体的谱带的位置和宽度千差万别
14、,样;而不同个体的谱带的位置和宽度千差万别,可称为可称为DNADNA指纹。指纹。5 5、每一条谱带的遗传均遵循孟德尔规律。大、每一条谱带的遗传均遵循孟德尔规律。大部分谱带以杂合状态存在。部分谱带以杂合状态存在。HVRHVR是多态信息含量较高的分子标记。是多态信息含量较高的分子标记。HVRHVR谱带在人与人之间的差异就象人的指谱带在人与人之间的差异就象人的指纹一样,故将其称为纹一样,故将其称为DNADNA指纹。尤如商品条形指纹。尤如商品条形码,千差万别,丰富多彩。码,千差万别,丰富多彩。例如,用例如,用 珠蛋白珠蛋白3 3HVRHVR核心序列探针所显示核心序列探针所显示 的的DNADNA指纹,指
15、纹,个体相关机率为个体相关机率为4 41010-12-12,意味着现今世界上除同卵双生外没意味着现今世界上除同卵双生外没有有DNADNA指纹相同的人。指纹相同的人。哪些是他们的孩子?哪些是他们的孩子?小卫星DNA非单倍型遗传 小卫星小卫星DNADNA的基因散在分布在多条染色的基因散在分布在多条染色体上,多对染色体的分离和自由组合,体上,多对染色体的分离和自由组合,使得同胞中也无相同的。使得同胞中也无相同的。1 1、Southern Southern bloting(RFLPbloting(RFLP法):法):酶切、电泳、变性、印迹、杂交、冲洗、显影。酶切、电泳、变性、印迹、杂交、冲洗、显影。得
16、到多条泳带图谱,每一谱带代表一个位点的得到多条泳带图谱,每一谱带代表一个位点的探针互补序列的重复次数。探针互补序列的重复次数。2 2、AMP-FLPAMP-FLP法法(单位点)(单位点):即即PCRPCR扩增片段长度多态性方法:引物合成、扩增片段长度多态性方法:引物合成、PCRPCR、电泳、染色。得到一条或二条带,仅代电泳、染色。得到一条或二条带,仅代表一个位点的重复序列,是纯合子或杂合子。表一个位点的重复序列,是纯合子或杂合子。DNADNA指纹分析所采用的方法指纹分析所采用的方法难点2法医学方面法医学方面个体识别个体识别现场检材和嫌疑对象的现场检材和嫌疑对象的DNADNA指纹条带位置与强指纹
17、条带位置与强度一致,则为同一个体。度一致,则为同一个体。亲子鉴定:如能从父母指纹中找到孩子的所有亲子鉴定:如能从父母指纹中找到孩子的所有条带,亲子关系成立。条带,亲子关系成立。DNA指纹的应用 概概 念念人类基因组的间隔序列和内含子等非编码人类基因组的间隔序列和内含子等非编码区内,广泛存在着与小卫星区内,广泛存在着与小卫星DNADNA相似的重相似的重复单位为复单位为1 16bp6bp的短小重复序列,称为微卫星的短小重复序列,称为微卫星DNADNA。也称为短串联重复序列也称为短串联重复序列(short tandem repeats,STR)short tandem repeats,STR),如:
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- 基因组 多态性
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