遗传学图谱学习.pptx

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1、为何要绘制遗传图与物理图？为何要绘制遗传图与物理图？1)1)基因组太大基因组太大,必需分散测序必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图谱进行指需要图谱进行指导导 。2)2)基因组存在大量重复顺序基因组存在大量重复顺序,会干扰排序会干扰排序,因此要高密度基因组图。因此要高密度基因组图。3)3)遗传图和物理图各有优缺点遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。必须相互整合校正。第1页/共90页结构基因组的研究策略结构基因组的研究策略第2页/共90页 基因组测序的策略基因组测序的策略-由上至下由上至下(左左)和由下至上的测序和由下至上的测序(右右)克隆重叠

2、群指导的测序重叠群（重叠群（contig):contig):指相互间存在重叠顺序的一组克隆。指相互间存在重叠顺序的一组克隆。第3页/共90页Clone-by-cloneClone-by-clone测序测序第4页/共90页鸟枪鸟枪法测法测序序第5页/共90页混合法测序混合法测序(Hybrid strategy)(Hybrid strategy)第6页/共90页一一 、遗传图谱与物理图谱、遗传图谱与物理图谱第7页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.12.1遗传图与物理图遗传图与物理图遗传图遗传图遗传图是应用遗传学分析方法将基因或其他遗传图是应用遗传学分析方法将基因或其他DNADNA顺序顺序标

3、定在染色体上构建的连锁图。标定在染色体上构建的连锁图。这一方法包括杂交实验，家系分析等。这一方法包括杂交实验，家系分析等。遗传图距单位为遗传图距单位为厘摩厘摩(cM),(cM),每单位厘摩定义为每单位厘摩定义为1%1%交换率。交换率。物理图物理图物理图是应用分子生物学技术来直接将物理图是应用分子生物学技术来直接将DNADNA分子标记、分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。基因或克隆标定在基因组实际位置。物理图的距离依作图方法而异，如辐射杂种作图的计算物理图的距离依作图方法而异，如辐射杂种作图的计算单位为单位为厘镭厘镭(cR),(cR),限制性片段作图与克隆作图的图距为限制性片段作图与克隆作

4、图的图距为DNADNA的分子长度，即的分子长度，即碱基对碱基对(bp,kb(bp,kb)。第8页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记遗传标记的类型遗传标记的类型:基因标记基因标记 DNADNA标记标记遗传标记的特征遗传标记的特征:亲本间存在着多态性（即差异），也就是说亲本间存在着多态性（即差异），也就是说具有可识别性。具有可识别性。亲本间存在的多态性在后代中可以重演，即亲本间存在的多态性在后代中可以重演，即具有可遗传性。具有可遗传性。第9页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记个体上可以看见的遗传标个体上

5、可以看见的遗传标记基因，如花色（红花、记基因，如花色（红花、白花）、株高（高秆、矮白花）、株高（高秆、矮秆）等。秆）等。生化性状基因生化性状基因 ，如血型系，如血型系列列(ABO)(ABO)分析、血清蛋白、分析、血清蛋白、免疫蛋白、同工酶等。免疫蛋白、同工酶等。基因标记基因标记(性状标记性状标记):):第10页/共90页第11页/共90页水稻部分形态学标记性状及其基因水稻部分形态学标记性状及其基因性状分类性状分类标记性状标记性状已鉴定的基因举例已鉴定的基因举例色素色素紫色叶耳紫色叶耳PauPau紫色叶舌紫色叶舌PlgPlg紫色谷壳紫色谷壳PrPr黑色谷壳黑色谷壳BhBh紫色柱头紫色柱头WhWh

6、紫色叶鞘紫色叶鞘PshPsh籽粒籽粒有芒有芒An-1,An-2,An-3An-1,An-2,An-3内颖发育不全内颖发育不全dp-1,dp-2dp-1,dp-2大胚大胚gege圆粒圆粒rk-1,rk-2rk-1,rk-2多雌蕊多雌蕊mp-1,mp-2mp-1,mp-2 资料来源：资料来源：Rice Genet.News.Vol.6 Rice Genet.News.Vol.6。第12页/共90页同工酶标记是指以同工酶带型为标记，通过电泳使同工酶带型产生多态性。2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记第13页/共90页水稻部分同工酶基因水稻部分同工酶基因同工酶同工酶

7、基因座位基因座位染色体染色体 等位基因等位基因酸性磷酸酯酶酸性磷酸酯酶Acp-1Acp-112120-30-3Acp-2Acp-212120,30,3Acp-4Acp-4 7 71,21,2乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶Adh-1Adh-111 110-30-3-淀粉酶淀粉酶 Amy-1Amy-1 7 70-30-3过氧化氢酶过氧化氢酶Cat-1Cat-1 6 60-30-3酯酶酯酶Est-2Est-2 6 60,1,20,1,2Est-3Est-3 9 91,21,2Est-5Est-5 1 10,1,20,1,2Est-7Est-7 7 70,10,1Est-9Est-9 7 71,21,2资料来源

8、：资料来源：Rice Genet.News.Vol.7 Rice Genet.News.Vol.7。第14页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记标记（标记（DNA markersDNA markers）:是指以是指以DNADNA片段为标记，通过片段为标记，通过DNADNA片段的电泳使片段的电泳使DNADNA产生多态产生多态性，如性，如RFLPRFLP等。等。第15页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记基因标记基因标记(性状标记性状标记):存在的问题：存在的问题：数量有限。虽然经过近百年的努力，目前这些标

9、记的数数量有限。虽然经过近百年的努力，目前这些标记的数量仍然不多，因此限制了这些标记的利用。量仍然不多，因此限制了这些标记的利用。操作上比较麻烦，难以开展大规模的研究和利用。操作上比较麻烦，难以开展大规模的研究和利用。高等生物基因组存在大量基因间隔区，纯粹的基因标记高等生物基因组存在大量基因间隔区，纯粹的基因标记在遗传图中会留下大片的无标记区段。在遗传图中会留下大片的无标记区段。部分基因无法通过实验区分。部分基因无法通过实验区分。第16页/共90页DNADNA标记具有的优势：标记具有的优势：在数量上是巨大的；在数量上是巨大的；操作相对简单，适合大规模开展工作；操作相对简单，适合大规模开展工作；

10、标记比较明显，容易识别；标记比较明显，容易识别；受环境影响少，标记本身就是遗传物质。受环境影响少，标记本身就是遗传物质。2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记第17页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记 同工酶标记和同工酶标记和DNADNA标记都是标记都是分子标记。但目前分子标记一分子标记。但目前分子标记一般指般指DNADNA标记。标记。第18页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记标记标记1)RFLP(Restriction fragment length polymo

11、rphism)1)RFLP(Restriction fragment length polymorphism)，最早，最早发现的发现的DNADNA分子标记，译为限制性片段长度多态性。分子标记，译为限制性片段长度多态性。Botstein Botstein 等等19801980年首次发现，以后被大量利用，在微年首次发现，以后被大量利用，在微生物、植物、动物和人类上都得到了广泛的利用。生物、植物、动物和人类上都得到了广泛的利用。RFLPRFLP标标记是最早利用的记是最早利用的DNADNA标记，在技术上比较复杂，涉及多个标记，在技术上比较复杂，涉及多个环节。环节。人类基因组中大约有人类基因组中大约有1

12、0105 5个个RFLPRFLP。第19页/共90页第20页/共90页RFLPRFLP是如何发现的是如何发现的?在犹他州盐湖城滑雪胜地艾尔塔的一场例行的学术讨论中在犹他州盐湖城滑雪胜地艾尔塔的一场例行的学术讨论中,从事经典人类遗传从事经典人类遗传学研究的专家与从事分子生物学研究的专家进行学术交流。分子生物学家从经学研究的专家与从事分子生物学研究的专家进行学术交流。分子生物学家从经典遗传学的研究中获得灵感。典遗传学的研究中获得灵感。第21页/共90页David BotsteinDavid Botstein David BotsteinDavid Botstein虽然是首先提出虽然是首先提出RFL

13、PRFLP想法想法的科学家的科学家,但他的思想并没有及时跟上历但他的思想并没有及时跟上历史步伐史步伐,他是极力反对人类基因组计划他是极力反对人类基因组计划的著名科学家之一的著名科学家之一.PRINCETON,N.J.-Princeton University has PRINCETON,N.J.-Princeton University has named David Botstein,a renowned geneticist,named David Botstein,a renowned geneticist,educator and pioneer of the Human Genome

14、 Project,as the educator and pioneer of the Human Genome Project,as the new new director of the Lewis-Sigler Institute for Integrative director of the Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics.Botstein will succeed Shirley M.Tilghman,who Genomics.Botstein will succeed Shirley M.Tilghman,who wa

15、s was the founding director of the institute and became president the founding director of the institute and became president of the University in 2001,and James Broach,who is interim of the University in 2001,and James Broach,who is interim director.Botsteins appointment will begin July 1,2003.dire

16、ctor.Botsteins appointment will begin July 1,2003.第22页/共90页第第1 1篇有关人类篇有关人类RFLPRFLP实验论文实验论文A Highly Polymorphic Locus in Human DNAA Highly Polymorphic Locus in Human DNA Arlene R.Wyman and Ray White,MITArlene R.Wyman and Ray White,MIT A locus in the human genome,not associated with any specific A loc

17、us in the human genome,not associated with any specific gene,gene,has been found to be a site of restriction fragment length has been found to be a site of restriction fragment length polymorphism.The polymorphism was found by hybridizing a polymorphism.The polymorphism was found by hybridizing a 16

18、-16-kilobase-pair segment of single-copy human DNA,selected from kilobase-pair segment of single-copy human DNA,selected from the human genome library cloned in phage CH4A,to a the human genome library cloned in phage CH4A,to a Southern Southern transfer of total human DNA digested with EcoRI.DNAs f

19、rom a transfer of total human DNA digested with EcoRI.DNAs from a number of individuals from within Mormon pedigrees as well as number of individuals from within Mormon pedigrees as well as random individuals have been examined.The locus is highly random individuals have been examined.The locus is h

20、ighly variable,with at least eight alleles present,homozygotes variable,with at least eight alleles present,homozygotes accounting accounting for less than 25%of the individuals examined.for less than 25%of the individuals examined.-PNAS|November 1,1980|vol.77|no.11|-PNAS|November 1,1980|vol.77|no.1

21、1|6754-67586754-6758第23页/共90页第一篇第一篇RFLPRFLP论文的诞生论文的诞生1)1)David Botstein David Botstein等在AltaAlta的研究生学术讨论上提出RFLPRFLP的想法。2)2)Skolflick Skolflick将BotsteinBotstein的想法告诉他父亲的好友-当时洛克菲勒大学校长,诺贝尔奖得主赖得堡,并又告之BotsteinBotstein的老师Fox(MIT).FoxFox(MIT).Fox向BotsteinBotstein了解,并叫他的学生WhiteWhite寻找人类基因组中的RFLPRFLP。3)3)Whi

22、te White安排他的一位女博士后WhymanWhyman从事这一研究.Whyman.Whyman从自己构建的基因文库中分离到一个片段作为探针,在5656名摩门教成员中发现8 8个成员含有该片段多态性结构。从而完成了一项具有里程碑意义的研究。第24页/共90页 RFLP RFLP多态性的产生与检测多态性的产生与检测第25页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记 RFLPRFLP操作流程操作流程DNADNA提取提取 限制性内切酶处理限制性内切酶处理 电泳电泳 探针杂交探针杂交放射性自显影放射性自显影探针制备探针制备转膜转膜第26页/共90页第27页/

23、共90页RFLPRFLP的特点的特点1)1)处于染色体上的位置相对固定处于染色体上的位置相对固定;2)2)同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变;3)3)同一凝胶电泳可显示不同多态性片段，表现为共显性；同一凝胶电泳可显示不同多态性片段，表现为共显性；4 4）只有两种等位形式。）只有两种等位形式。第28页/共90页如何寻找如何寻找RFLPRFLP标记标记1)1)随机克隆筛选随机克隆筛选;2)2)将其它方法获得的将其它方法获得的DNADNA标记标记,如如RAPD(random amplified polymorphism RAPD(random

24、 amplified polymorphism DNA)DNA)标记转换为标记转换为RFLPRFLP标记标记;3)3)从从cDNA cDNA 中寻找中寻找RFLPRFLP；4)4)计算机筛选。计算机筛选。第29页/共90页AFLP(amplified fragment lenth AFLP(amplified fragment lenth polymorphism,polymorphism,放大的片段长度多态性放大的片段长度多态性)1)1)这是一种筛选这是一种筛选RFLPRFLP分子标记的方法分子标记的方法.先将先将DNADNA样品采用选定的限制性内切酶样品采用选定的限制性内切酶(如如EcoE

25、coRI,RI,Sau3ASau3A)消化消化,然后加上接头然后加上接头PCRPCR引物；引物；2)2)接头接头PCRPCR引物设计引物设计:根据限制酶接头添加数个根据限制酶接头添加数个向外延伸的碱基向外延伸的碱基,然后向然后向3 3方向延伸方向延伸1-31-3个不同个不同的碱基；的碱基；3)3)选择不同的引物对扩放样品选择不同的引物对扩放样品DNA,DNA,经聚丙烯胺经聚丙烯胺凝胶电泳分离标记的凝胶电泳分离标记的PCRPCR产物。产物。第30页/共90页AFLPAFLP的操作程序的操作程序第31页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记标记标记2 2

26、）SSLP(simple sequence length polymorphism)SSLP(simple sequence length polymorphism)即即简单序列长度多态性，是由于简单序列的重复次数简单序列长度多态性，是由于简单序列的重复次数不同，导致扩增片段长度不同而产生的多态性。不同，导致扩增片段长度不同而产生的多态性。第32页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记小卫星序列（小卫星序列（minisatellite)minisatellite)又称为可变数目的串联又称为可变数目的串联重复（重复（variable number of

27、 tandem repeat,VNTR)variable number of tandem repeat,VNTR)。重复单位长度为几十个核苷酸。重复单位长度为几十个核苷酸。微卫星序列（微卫星序列（microsatellitemicrosatellite）又称简单序列重复又称简单序列重复（simple sequence repeatsimple sequence repeat，SSRSSR），或称短串联重），或称短串联重复（复（short tandem repeatshort tandem repeat，STRSTR），是一类由几个），是一类由几个（一般（一般2-42-4个）核苷酸为重复单位组

28、成的长达几十个）核苷酸为重复单位组成的长达几十个核苷酸的串联重复序列。个核苷酸的串联重复序列。SSLPSSLP的两种类型：的两种类型：第33页/共90页为什么微卫星比小卫星更常用做为什么微卫星比小卫星更常用做DNADNA标记？标记？1 1）小卫星在基因组中分布不均匀，更常见于染色体末端。）小卫星在基因组中分布不均匀，更常见于染色体末端。微卫星序列在整个基因组中分布均匀，而且密度高；微卫星序列在整个基因组中分布均匀，而且密度高；2 2）小卫星不适用于）小卫星不适用于PCRPCR分型，因为它的重复单位较长，分型，因为它的重复单位较长，可以形成可以形成20kb20kb长的聚集区，而微卫星区较短，通常

29、小长的聚集区，而微卫星区较短，通常小于于150bp150bp，用，用PCRPCR扩增时反应快又精确。扩增时反应快又精确。人类基因组约有人类基因组约有6.56.510105 5个微卫星标记。个微卫星标记。第34页/共90页 由于重复单位的不同，微卫星存在着多种不同的类由于重复单位的不同，微卫星存在着多种不同的类型。各类微卫星的频率在不同的生物体之间存在着显型。各类微卫星的频率在不同的生物体之间存在着显著的差异。在著的差异。在人类人类基因组中，基因组中，最丰富的微卫星最丰富的微卫星是是(A)n(A)n、(AC)n(AC)n、(AAAN)n(AAAN)n、(AAN)n(AAN)n和和(AG)n(AG

30、)n。(AT)n(AT)n是植物是植物基因组中最丰富的微卫星。在基因组中最丰富的微卫星。在水稻水稻基因组中，基因组中，最丰富最丰富的微卫星的微卫星是是(GA)n(GA)n和和(GT)n(GT)n。不同生物的基因组中，。不同生物的基因组中，微卫星的丰度也差异较大。哺乳动物基因组中微卫星微卫星的丰度也差异较大。哺乳动物基因组中微卫星的丰度约为植物基因组的的丰度约为植物基因组的5 5倍。在植物中，双子叶植倍。在植物中，双子叶植物微卫星的丰度约为单子叶植物的物微卫星的丰度约为单子叶植物的3 3倍。倍。第35页/共90页140012001000 800 600 400 200 0CATG/GTACCTT

31、T/GAAAATC/TAGGATA/CTATTGG/ACCCAG/GTCTCT/CTCCGG/GCCATT/TAATTG/AACGT/CAGA/CTSSR motifEstimated number of SSR in the rice genome第36页/共90页 在在微微卫卫星星DNADNA中中，简简单单序序列列的的重重复复次次数数在在同同一一物物种种的的不不同同品品种种或或不不同同个个体体中中存存在在着着较较大大的的差差异异。也也就就是是说说，微微卫卫星星座座位位上上存存在在着着非非常常丰丰富富的的等等位位基基因因。例例如如，在在水水稻稻中中，RFLPRFLP座座位位的的等等位位基基因

32、因数数为为2-2-4 4个个，而而微微卫卫星星的的等等位位基基因因数数为为2-252-25个个。从从多多态态性性信信息息含含量量（polymorphism polymorphism information information contentcontent，PICPIC）来来衡衡量量，RFLPRFLP的的PICPIC值值为为0.390.39，而而微微卫卫星星的的PICPIC大于大于0.750.75。由于微卫星座位具有丰富的等位基因，因此微卫由于微卫星座位具有丰富的等位基因，因此微卫星标记是一类比较理想的分子标记。星标记是一类比较理想的分子标记。第37页/共90页 SSLP多态性信息量多态性信

33、息量第38页/共90页如何检测如何检测SSRSSR第39页/共90页SSRSSR在遗传学上的应用在遗传学上的应用基因组复制产生的基因组复制产生的“滑移滑移”现象导致现象导致微卫星具有很大的变异性微卫星具有很大的变异性，这种变化造，这种变化造成任何两个个体都不会有完全相同的微卫星变异组合。因此根据微卫星序列成任何两个个体都不会有完全相同的微卫星变异组合。因此根据微卫星序列的差异可以建立每个人的遗传档案（的差异可以建立每个人的遗传档案（genetic profile)genetic profile)，应用于法医鉴定。，应用于法医鉴定。也用于鉴定可以珍稀动植物的亲源关系。也用于鉴定可以珍稀动植物的亲

34、源关系。第40页/共90页SSRSSR的特点的特点1)1)染色体上的位置相对固定染色体上的位置相对固定;2)2)操作简单，可以用操作简单，可以用PCRPCR分型分型;3)3)同一凝胶电泳可显示不同多态性片段同一凝胶电泳可显示不同多态性片段,表现为共显性；表现为共显性；4 4）有多种等位形式。）有多种等位形式。第41页/共90页遗传作图中使用的遗传作图中使用的SSRSSR分析分析人人6 6号染色体号染色体SSRSSR的的PCRPCR产物电泳图。产物电泳图。PCRPCR产物用蓝色和绿色荧光标记。红色是分子量大小标记。产物用蓝色和绿色荧光标记。红色是分子量大小标记。每条泳道显示了每个人的遗传图，没有

35、任何两个人的遗传图相同。每条泳道显示了每个人的遗传图，没有任何两个人的遗传图相同。第42页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.2 2.2 遗传作图的标记遗传作图的标记3 3）SNP(Single Nucleotide Polymorphism)SNP(Single Nucleotide Polymorphism)，即单核苷，即单核苷酸多态性酸多态性 。优点：优点：数量极大；数量极大；可实行快速自动化检测。可实行快速自动化检测。缺点：缺点：大多数只有两个等位基因，限制了其在人类基因作图大多数只有两个等位基因，限制了其在人类基因作图上的应用价值。上的应用价值。思考：思考：为什么为什么SNPS

36、NP限制了其在人类基因作图上的应用价值限制了其在人类基因作图上的应用价值？第43页/共90页SNP SNP(single nucleotide(single nucleotide polymorphism,polymorphism,单核苷酸多态性单核苷酸多态性)第44页/共90页SNPSNP的一些特点的一些特点1)1)理论上同一碱基位置SNPSNP等位型式最多为4 4，但多数为2 2；2)2)直接从STS(sequence-tagged site)STS(sequence-tagged site)测序中可寻找到SNPSNP；3)3)数量极大,人类基因组平均每1 kb 1 kb 含有一个SNP.

37、SNP.估计共有300300万个SNPSNP；4)SNP4)SNP与人类易感性疾病有关,涉及药物基因组学；5)5)编码区SNPSNP主要分布在密码子的第3 3个碱基位置。第45页/共90页如何检测如何检测SNPSNP1 1）DNADNA芯片技术：芯片技术：将待测的将待测的DNADNA用荧光标记物标记，点用荧光标记物标记，点到玻璃或硅制的芯片表面（有原位合成的寡核苷酸），到玻璃或硅制的芯片表面（有原位合成的寡核苷酸），然后用荧光显微镜检测，发出荧光信号的位置表明寡然后用荧光显微镜检测，发出荧光信号的位置表明寡核苷酸与待测的核苷酸与待测的DNADNA杂交。杂交。原理：原理：DNADNA芯片技术以寡

38、核苷酸杂交为基础。寡核苷芯片技术以寡核苷酸杂交为基础。寡核苷酸是在试管中合成的通常小于酸是在试管中合成的通常小于50bp50bp的短的单链的短的单链DNADNA分子。在适当的条件下一个寡核苷酸只有在与另一个分子。在适当的条件下一个寡核苷酸只有在与另一个核酸分子形成完全的碱基配对结构时才能与其杂交。核酸分子形成完全的碱基配对结构时才能与其杂交。即使一个错配也不能杂交。即使一个错配也不能杂交。第46页/共90页第47页/共90页2 2）液相杂交技术）液相杂交技术在微量滴定板的孔中进行。每孔含有不同的寡核苷酸探针。这个探针的两个末端在微量滴定板的孔中进行。每孔含有不同的寡核苷酸探针。这个探针的两个末

39、端可以形成碱基配对，并且两个末端分别用荧光染料和猝灭复合物标记。探针两个可以形成碱基配对，并且两个末端分别用荧光染料和猝灭复合物标记。探针两个末端配对时，荧光信号被猝灭。当探针与靶末端配对时，荧光信号被猝灭。当探针与靶DNADNA杂交时，两个末端被分开，从杂交时，两个末端被分开，从而使荧光染料发出信号。末端的两个标记被称为而使荧光染料发出信号。末端的两个标记被称为“分子灯塔分子灯塔”。第48页/共90页第49页/共90页几种分子标记特点的比较几种分子标记特点的比较标记类型标记类型 带型带型等位基因数等位基因数 稳定性稳定性 技术难度技术难度 费用费用RFLPRFLP 共显性共显性 中中 高高

40、难难 高高 SSLPSSLP 共显性共显性 多多 高高 易易 低低 SNP SNP 共显性共显性 中中 高高 易易 高高 第50页/共90页2 2 遗传学图谱遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法遗传作图的方法遗传作图遗传作图 (Genetic mapping)(Genetic mapping)即遗传图谱的构建。即遗传图谱的构建。它是利用遗传学的原理和方法，构建能反映基因它是利用遗传学的原理和方法，构建能反映基因组中遗传标记之间遗传关系的图谱。因此，遗传组中遗传标记之间遗传关系的图谱。因此，遗传作图中作图中“遗传遗传”二字，既是手段，也是目的。二字，既是手段，也是目的。第51页/共90页孟德尔遗

41、传定律孟德尔遗传定律等位基因随机分离等位基因随机分离 如果亲本的等位基因是如果亲本的等位基因是A A和和a a，那么，那么F1F1代的成员得到代的成员得到A A或或a a的概率相等。的概率相等。非等位基因自由组合非等位基因自由组合 基因基因A A的等位基因遗传与基因的等位基因遗传与基因B B的等位基因遗传相互独立。的等位基因遗传相互独立。2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法第52页/共90页连锁与部分连锁连锁与部分连锁 2020世纪初遗传学家认识到基因位于染色体上，世纪初遗传学家认识到基因位于染色体上，同一染色体上的两个基因理论上应该共同传递同一染色体上的两个基因理论上应该共同传递给下

42、一代。但事实上同一染色体上的完全连锁给下一代。但事实上同一染色体上的完全连锁的想象只有极少数。大多数的基因是部分连锁的想象只有极少数。大多数的基因是部分连锁的。的。摩尔根用减数分裂时染色体的行为解释了同一摩尔根用减数分裂时染色体的行为解释了同一染色体上的基因部分连锁的现象。染色体上的基因部分连锁的现象。第53页/共90页2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法部分连锁的原因是基因之间发生了交换第54页/共90页从从摩摩尔尔根根时时代代开开始始，连连锁锁（linkagelinkage）分分析析便便成成为为遗遗传传分分析析的的重重要要手手段段，更更是是遗遗传传作作图图的的基基础础。遗遗传传标标

43、记记之之间间的的遗遗传传关关系系主主要要是是通通过过连连锁锁关关系系来来反反映映。而而连连锁锁关关系系是是通通过过重重组组率（率（percentage of recombinantspercentage of recombinants）来反映的。）来反映的。重组型配子数重组型配子数 重组率重组率 (%)=(%)=x 100 x 100 配子总数配子总数19051905年创立了连锁分析，为遗传作图奠定了实验基础。年创立了连锁分析，为遗传作图奠定了实验基础。2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法第55页/共90页第56页/共90页假设交换是随机发生的，一对并列的染色单体上任假设交换是随机发生

44、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；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比互相远离的2 2个基因之间发生分离的几率要小。个基因之间发生分离的几率要小。因此重组率可以成为测量两个基因之间相对距离的因此重组率可以成为测量两个基因之间相对距离的尺度。尺度。计算出不同基因间的重组率，就可以构建出显示基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。因在染色体上相对位置的图。2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法遗传作图的理论基础遗传作图的理论基础第57页/共90

45、页传统遗传图传统遗传图 传统遗传图中的遗传标记主要是形态学标记。传统遗传图中的遗传标记主要是形态学标记。形态学标记的数量不多，但利用形态学标记形态学标记的数量不多，但利用形态学标记作图的时间很长，在二十世的前八十年主要作图的时间很长，在二十世的前八十年主要是利用形态学标记作图。是利用形态学标记作图。第58页/共90页果蝇的突变体果蝇的突变体:第59页/共90页第60页/共90页根根据据连连锁锁分分析析的的结结果果，借借助助重重组组率率可可以以绘绘制制遗遗传传图图谱谱，确确定定遗遗传传标标记记之之间间的的遗遗传传距距离离和和排排列列顺顺序序，形形成成比比较较完完整整的的连连锁锁群群，并并由由各各

46、连连锁锁群群构构成成基基因因组组的的遗传图谱。遗传图谱。连连锁锁分分析析给给出出的的遗遗传传标标记记在在染染色色体体上上的的相相对对位位置置是是相相当当准准确确的的，也也提提供供了了基基因因间间的的大大致致距距离离，他他们们为为基因组测序提供了工作框架。基因组测序提供了工作框架。图谱构建2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法第61页/共90页遗传图的偏离与造成遗传图偏离的原遗传图的偏离与造成遗传图偏离的原因因重组热点重组热点（recombination hot spot):recombination hot spot):染色体上某些比其他位点有更高交染色体上某些比其他位点有更高交换频率的

47、位点。换频率的位点。近端粒区和远着丝粒区有较高重组率。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。性别之间也表现重组率的差异。双交换的出现，产生距离减少的假象。双交换的出现，产生距离减少的假象。第62页/共90页不同模式生物的连锁分析方法不同模式生物的连锁分析方法有性杂交实验：有性杂交实验：可进行遗传学实验的材料，如老鼠、果蝇、水稻等。可进行遗传学实验的材料，如老鼠、果蝇、水稻等。谱系分析：谱系分析：不能进行遗传实验的材料，如人类、多年生树木。不能进行遗传实验的材料，如人类、多年生树木。DNADNA转移：转移：不发生减数分裂的生物，如细菌、酵母。不发生减数分裂的生物，如细菌、

48、酵母。第63页/共90页有性杂交实验有性杂交实验有性杂交实验的标准方法有性杂交实验的标准方法测交分析测交分析（test cross)test cross)一个亲本为双杂合子，另一个亲本为双纯合子。一个亲本为双杂合子，另一个亲本为双纯合子。所以测交便于分析子代个体基因型的分离比。所以测交便于分析子代个体基因型的分离比。AB/abab/abAB/abab/abababABABAbAbaBaBababababababababF1F1基因型基因型表型表型ABabABabABABAbabAbabAbAbaBabaBabaBaBabababababab第64页/共90页两点杂交两点杂交确定两个位点是否连锁

49、。确定两个位点是否连锁。多点杂交多点杂交确定多个位点的相对位置与排序。确定多个位点的相对位置与排序。第65页/共90页遗传图绘制遗传图绘制-分子标记的等位型式分子标记的等位型式第66页/共90页遗传图绘制遗传图绘制-F2-F2基因型分析基因型分析第67页/共90页 作图群体（作图群体（mapping populationmapping population）是指用于遗传作）是指用于遗传作图的分离群体，如图的分离群体，如F F2 2、BCBC1 1、DHDH、RIRI等。等。无论是传统的遗传作图，还是现代的分子遗传图谱无论是传统的遗传作图，还是现代的分子遗传图谱的构建，都需要有作图群体。的构建，

50、都需要有作图群体。作图群体的基本要求：作图群体的基本要求：群体要足够大；群体要足够大；群体随机分离；群体随机分离；双亲间的多态性高。双亲间的多态性高。2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法第68页/共90页根据需要与可能，选择合适的分子标记根据需要与可能，选择合适的分子标记,对亲本和作图对亲本和作图群体进行标记基因型的分析群体进行标记基因型的分析,为构建遗传图谱收集必要为构建遗传图谱收集必要的数据。的数据。分子标记分析2 2 遗传学图谱2.32.3遗传作图的方法第69页/共90页 作图群体是通过两个亲本杂交发展而来的，因此作图群体是通过两个亲本杂交发展而来的，因此在发展和利用作图群体之前