连锁分析 PPT课件

1 连锁分析 生物信息科学与技术学院 2 连锁分析是怎么发现的 什么是连锁和连锁分析 连锁分析有什么作用 连锁分析的原理是什么 连锁分析分多少类 连锁分析适用于什么样的数据 用什么去度量连锁程度的高低 3 1 连锁现象的发现 连锁现象是英国剑桥大学的遗传学教授贝特森 Bateson 和彭乃特 Punnett 1906年 最初发现的 他们研究香豌豆的两对性状的遗传 发现来自同一亲体的基因较多地联在一起 这就是所谓基因的连锁 linkage 但是他们未能提出正确的解释 他们的实验如下 一对是花的颜色 紫花对红花为显性 一对是花粉形状 长形对圆形为显性 4 结果表明F2 1 同样出现四种表现型 2 不符合9 3 3 1 3 亲本组合数偏多 重新组合数偏少 与理论数相比 试验一 5 结果与第一个试验情况相同 试验二 6 第二个试验的表现与第一个试验基本相同 同9 3 3 1的独立遗传比例相比较 在F2四种表现型中仍然是亲本组合性状 紫 圆和红 长 的实际数多于理论数 重新组合性状的实际数少于理论数 同样不能用独立分配规律来解释 上述两个试验结果都表明 原来为同一亲本所具有的两个性状 在F2中常常有连系在一起遗传的倾向 这种现象称为连锁遗传 7 美国学者Morgan摩尔根 1910年 证实了同一染色体上的基因有连锁现象以果蝇为材料果蝇杂交实验红眼和紫眼长翅和残翅同时研究了两对伴性性状的连锁遗传 指出两个基因存在于同一条染色体上 因而在形成配子时 这两个基因常常连在一起 揭示了连锁交换规律 8 摩尔根1910年提出连锁定律 成为遗传学中的第3个基本规律 发表了 基因论 摩尔根等提出 1 相引是两个基因位于同一条染色体上 相斥则反之 2 同源染色体在减数分裂时发生交换 crossing over 3 位置相近的因子相互连锁 孟德尔遗传的随机分离与相引Science 191134 384 9 2连锁和连锁分析概述 假设两个位点在同一条染色体上 它们的位置比较近 那么这两个位点上的等位基因传递给下一代是不独立的 这种现象在遗传学中我们称为连锁 linkage 连锁分析 linkageanalysis 考察两个基因座的位置是否临近 通过对一些基因数据的分析来寻找一些感兴趣的基因位置 也称为基因作图 geneticmapping 2 1定义 10 利用测交法验证连锁遗传特点 连锁遗传的表现为 两个亲本型配子数是相等 多于50 两个重组型配子数相等 少于50 11 2 2 连锁分析原理 由于两个连锁的 物理上临近的 基因座上等位基因更易于一起分离 即它们一起作为一个单位由父母传递给后代 这种现象偏离了自由组合的孟德尔第二定律 因此连锁分析的基本原理是通过分析两个遗传位点在家系中的共分离性来确定控制疾病表型变异的的基因位点 连锁分析方法一般是以有关遗传标志为 路标 以被定位基因与其连锁基因的重组率为 遗传学距离 进行基因定位 12 2 3 连锁分析的作用 连锁分析是用来确定人类基因组上疾病易感基因位置的一种方法 人们认为 已知的标记系统和待推定的疾病基因座之间的连锁证据是此疾病由一种遗传机制造成的最有力的统计证据 连锁分析仅涉及到基因座的位置 用位置来定位基因 而不考虑此基因的生化功能 这种方法称为 定位克隆 positionalcloning 13 2 4 连锁分析分类 分类标准一 按照是否基于模型 可以分为一种是基于模型的参数分析法 另一种是与模型无关的非参数分析 参数方法需要假定性状的遗传模式以及有关的参数值 例如 致病等位基因的频率 外显率 野生型等位基因的频率和突变型等位基因的频率 和重组率等等 非参数方法中常是通过测量家系中两个患病或两个非患病个体或一个患者及一个非患者标记基因的相似程度来判断致病基因与标记基因是否连锁 这种相似或相异程度常用同胞或亲属对间共享IBD或IBS的概率来评价 分类标准二 按照标记位点的数目 分为单点连锁分析和多点连锁分析 14 2 5 连锁分析适用的对象 一个家庭中父亲 母亲 的两个基因座上等位基因由于连锁而共同分离的情况可能与另一个家庭中发生的分离情况不同 由连锁而发生的共分离现象只能在家庭内部才可以观察到 因此 考察连锁必须有家系数据 所需要的数据包括 表型测量数据 例如是否患病 和遗传标记分型数据 即遗传标记基因型数据 15 3 连锁分析的遗传学基础 3 1自由组合 染色体向下遗传时 非同源染色体的两对等位基因自由组合 16 3 2完全连锁和不完全连锁 完全连锁 连锁基因之间不发生非姐妹染色单体间的交换 只形成两种亲型配子 没有重组型配子产生不完全连锁 连锁基因之间发生非姐妹染色单体间的交换 不仅形成两种亲型配子 同时形成两种重组型配子 17 b v B V 配子 B V b v 1 1 完全连锁 18 b v b v B B V V P b v B V 配子 B V b v F1 b v b v 19 减数分裂中染色体的交换 不完全连锁 重组型配子 亲本型配子 20 prvgpr vg prvgpr vg prvgpr vg pr vg prvg图5 1两对位于同一条染色体上的等位基因的简单遗传 21 PrVgPrVgPrVgPrVgPrVg PrVg Pr Vg Pr VgPr VgPr Vg Pr Vg Pr Vg 图5 2在减数分裂中染色体交换 22 由于F1杂合雄蝇 BbVv 只产生两种类型的配子 数目相等 所以用双隐性雌蝇测交的后代 只能有两种表现型 比例为1 1 完全连锁 灰身长翅 黑身残翅 23 不完全连锁 当两对非等位基因为不完全连锁时 F1不仅产生亲本型配子也产生重组型配子 黑身残翅 灰身长翅 灰身长翅灰身残翅黑身长翅黑身残翅 24 交叉 chiasma 在交换时一对染色体出现的交叉型结构 在减数分裂时同源染色体之间的交换导致了遗传重组的发生 一个交叉就是交换的位点 重组是交换的结果 但交换并不一定引起重组 如两标记间发生偶数次重组 标记并不发生重组 视频 25 互换 crossover 重组 recombination 奇数次互换导致一个重组 交叉之后开始互换 26 说明 等位基因的互换 一般只发生在非姊妹染色单体之间 在同一姊妹染色单体之间不能发生 交换发生是随机的 距离越长交换的机会越多 因此交换值的大小可以用来表示基因间的距离长短 27 两位点的图距 一条染色单体上的互换个数的期望值单位 摩根 centimorgan cM 100cM 厘摩 1cM 100万碱由于交换并不一定导致重组 因此重组值要小于或等于交换值 由于无法直接测定交换率 只有通过标记基因的重组来估计交换的频率 28 重组率 recombinationfraction 两个基因座之间发生奇数次交换的概率用 来表示重组率 重组配子数 重组 非重组 29 连锁分析基于如下生物学现象 位于同一条染色体上的两个基因座之间发生重组的机会与它们之间的距离成正比 两个基因座之间的连锁用重组率 来衡量 两个基因座越近 发生交换的可能性越小 重组率也越小 两个极端的例子是 1 1 2 两个基因座相隔很远 它们独立分离 即服从孟德尔自由组合的第二定律 2 0 两个基因座重合 事实上是同一个基因座 重组率 与连锁强度的关系 30 当两对基因为连锁遗传时 其重组率总是 50 因为相引组或相斥组中的一对同源染色体的四条非姐妹 染色单体 两个基因之间的染色体区段内仅有两条非姐妹染色单体发生交换 因此重组型配子的数目只是少数 重组率的变化范围为 0 通过图函数 两个基因座之间的重组率可以转换成两个基因座之间的遗传距离 遗传距离与物理距离密切有关 但并不相同 31 Haldane图谱函数 1 2 1 e 2d e 自然对数的底 e 2 71828 d 图距R0 500 250255075100125150175d 32 当图距小于等于10时重组率几乎等于交换率 重组率可以直接被看作图距 cM 当图距大于10时重组率小于交换率 重组率不可直接被看作图距 重组率最大不能超过50 0 500 250255075100125150175d 33 4 Lodsscore连锁分析方法 它是一种基于模型的参数分析方法 即在分析前要已知所研究性状的遗传模式 等位基因的数目及每种基因型的外显率 分析中仅仅未知的变量是重组率 基本思想 极大似然估计和对数优势法Z log L L 1 2 34 基本原理 基于模型的Lodsscore连锁分析方法 基本思想 极大似然估计 对数优势 35 or 1 假设重组率为 2 构造似然函数L 3 构造似然比 4 对数变换 36 1 假设重组率为 2 构造似然函数 L 3 构造似然比 4 对数变换 5 对求极大值 所对应的 为重组率的估计值 6 称为LODscore 例 LODscore为0 903 37 or LODscore为0 903 1 表示考虑重组率为0 连锁 的情况下 比考虑随机重组 不连锁 的情况下 产生已知后代的概率高7 943倍 2 相 为可能母亲相 3 考虑两位点连锁比不连锁可能性高7 943倍 5 从统计学考虑还需要进行假设检验 4 Z 0 0正LOD值表示支持连锁 负LOD值表示不支持连锁 38 39 建立检验假设 两个基因座不连锁 两个基因座连锁 显著性水平 一般取单侧右尾概率 0 001 Morton 1955 检验统计量 渐进的服从自由度为1的 分布 两个基因连锁 40 Morton 1955 结论 2 性染色体LOD值2 支持连锁 1 常染色体LOD值