人类染色体作图PPT学习教案

1、会计学1 人类染色体作图人类染色体作图 2021-7-162 通过分析、统计家系中有关性状的连锁情况和 重组率而进行基因定位的方法。 five modes of Mendelian inheritance： 1.Autosomal dominant 2.Autosomal recessive 3.X-linked recessive 4.X-linked dominant-rare 5.Y-linked-very rare (hairy ears) 第1页/共70页 2021-7-163 u Affected fathers have all affected daughters and no

2、 affected sons. u Affected females are more common than affected males. u The trait is present in each generation or is lost.第2页/共70页 2021-7-164 uCongenital Generalized Hypertrichosis is one medical syndrome that could have contributed to the werewolf myth. uScientists are interested in this atavist

3、ic syndrome as its understanding could shed light on how during our evolution we lost hair from parts of our body. 第3页/共70页 2021-7-165 uE B Wilson于1911年将红绿色盲基因首次定位到X染色体 上。 u1968年Donahue利用系谱分析将Duffy血型基因定位于1号 染色体上，这也是人类首次将基因定位于常染色体上 。 u1号染色体长臂在靠近着丝粒区的地方变长，这一异常是 遗传的，将其作为1号染色体上的一个特定的标记，随后 发现这一标记与Duffy血型

4、具有平行性，表明这种染色体 的异常结构同这一基因相连锁，因此将此血型基因定位于 1号染色体上。 第4页/共70页 2021-7-166 外祖父法外祖父法：确定确定X染色体上基因间的相对距离。染色体上基因间的相对距离。 根据双重杂合体母亲所生儿子中性状的重组情况，可以根据双重杂合体母亲所生儿子中性状的重组情况，可以 估算重组率。估算重组率。 而母亲而母亲X染色体上的基因组成，可以由外祖父的表型获知。染色体上的基因组成，可以由外祖父的表型获知。 两对连锁基因时，双重杂合体母亲可能有两种连锁相：两对连锁基因时，双重杂合体母亲可能有两种连锁相： 互引相：互引相：AG/ag-顺式相顺式相 ( cis p

5、hase) 互斥相：互斥相：Ag/aG-反式相反式相 (trans phase) 例如：人类色盲（例如：人类色盲（a）和蚕豆病基因（）和蚕豆病基因（G6PD ）（）（g） 第5页/共70页 2021-7-167 1. 若若X染色体没有重组交换染色体没有重组交换 无论母亲顺式还是反式，儿子的无论母亲顺式还是反式，儿子的X X染色体只有两种。染色体只有两种。 第6页/共70页 2021-7-168 2. 若母亲若母亲X染色体的两个基因间发生了重组交换染色体的两个基因间发生了重组交换 第7页/共70页 2021-7-169 r体细胞遗传学somatie cell genetics 是以高等生物的体细

6、胞为实验材料，采用细胞离 体培养，细胞融合以及遗传物质在细胞间转移等 方法，研究真核细胞内基因的结构、功能及其表 达规律和条件等的遗传学分支学科。 可以绕过减数分裂过程，应用细胞培养方法，研 究体细胞融合、突变、分离以及连锁和交换等等 。把基因定位在染色体上，作成细胞学图。 第8页/共70页 2021-7-1610 1、体细胞杂交定位 体细胞杂交又称体细胞融合，是指将两种 基因型不同的体细胞融合成一个细胞的过程 ，这种融合后的细胞又称为杂种细胞，它兼 有两种细胞的染色体。 第9页/共70页 2021-7-16 11 经紫外处理的仙台病毒：具有附着点，能同时经紫外处理的仙台病毒：具有附着点，能同

7、时 把两个细胞融合在一起把两个细胞融合在一起 两细胞靠近两细胞靠近 细胞膜融合，形成细胞膜融合，形成异核体异核体 细胞核融合形成杂种细胞细胞核融合形成杂种细胞 继续分裂继续分裂 杂种细胞系杂种细胞系 培养多代培养多代 其中一个物种的其中一个物种的 染色体随机丢失，最后只剩一条或几条染色体随机丢失，最后只剩一条或几条 1、人、鼠杂种细胞的获得 第10页/共70页 2021-7-1612 细胞融合 细胞核融合 染色体丢失 继续培养许多代，其 中的一个物种的染色 体逐渐随机丢失，最 后只剩一条或几条。 第11页/共70页 2021-7-1613 第12页/共70页 杂种细胞的筛选 (HAT选择法)

8、小鼠细胞株为胸腺嘧啶核苷激酶缺陷型（TK-） r人体细胞株是次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷型 （HGPRT-） r这两种酶相对应的嘧啶和嘌呤核苷酸的代谢影响都不 大，因此，两种细胞都可以在完全培养基中生长. 142021-7-16第13页/共70页 HAT培养基： H为次黄嘌呤，是HGPRT的底物，为DNA合成提供原料 （核苷酸旁路合成原料） A为氨甲喋呤,是叶酸拮抗剂,可阻断细胞利用正常途径合 成DNA. T为在胸苷激酶（TK）的作用下生成胸腺嘧啶核苷酸， 为DNA合成提供原料 152021-7-16第14页/共70页 因此在HAT培养基上: 人细胞：由于A的存在，正常的DNA 合成通路受

9、阻 。 同时由于HGPRT的缺乏，无法利用次黄嘌呤通过旁路合 成DNA（ 嘌呤合成障碍） 鼠细胞：由于A的存在正常的DNA合成通道受阻，由于无 TK，无法合成胸腺嘧啶。（嘧啶合成障碍 ） 杂种细胞：有HGPRT旁路合成腺嘌呤,鸟嘌呤；并可以利用 TK合成胸腺嘧啶（嘌呤和嘧啶都可以正常合成） 162021-7-16第15页/共70页 172021-7-16第16页/共70页 182021-7-16第17页/共70页 2021-7-1619 人类染色体的丢失是随机的，所以各种杂种 细胞系保留的人类染色体是不同的，从而可建立 包括人类24条染色体在内的一整套杂种细胞，其 中每个杂种细胞都包含有一组人

10、类染色体，这一 套杂种细胞株系称为克隆分布板(clone panel) 第18页/共70页 2021-7-1620 2、鉴别剩下的人类染色体 应用荧光染色法和其他特殊的染色技术，可应用荧光染色法和其他特殊的染色技术，可 使染色体纵长上呈现各种不同的使染色体纵长上呈现各种不同的分带（分带（bands）。 这些分带的位置、宽狭和浓淡等随染色体号码的这些分带的位置、宽狭和浓淡等随染色体号码的 不同而不同。但就某一种分带技术来说，不同而不同。但就某一种分带技术来说，每一染每一染 色体的分带模式（色体的分带模式（banding pattern）是高度专）是高度专 一和稳定的。一和稳定的。因而可用于人类染

11、色体识别，追循因而可用于人类染色体识别，追循 染色体丢失过程。染色体丢失过程。 第19页/共70页 2021-7-1621 第20页/共70页 2021-7-1622 3、基因定位 u同线测定：根据某一基因产物与某条人体染色 体的同时存在或同时消失的现象来判断人类某 一基因是否位于该染色体上。 u区域定位：利用染色体结构的变异，确定人类 某个或某些基因在染色体的特定区域内（如用 染色体易位，缺失作图）。 第21页/共70页 2021-7-1623 同线法进行人体基因的定位： 人鼠杂种细胞株编码 GFEDCBA人类染色体号码 核苷磷酸化酶 + 磷酸葡糖酸脱氢酶 + 苹果酸氧化还原酶 + 羧肽酶C

12、 + 异柠檬酸脱氢酶 + 葡萄糖磷酸变位酶1 人类基因编码的酶 +5 +4 +3 +2 + +1 第22页/共70页 2021-7-1624 根据某一基因产物与某条人体染色体的同 时存在或同时消失的现象来判断人类某一基因 是否位于该染色体上，该方法叫同线测定。 第23页/共70页 2021-7-1625 杂种细胞系杂种细胞系 人体基因与染色体人体基因与染色体 ABCDE 基因或基因产物基因或基因产物 o p q r + - + + - + - + - - - + + + + - - - - - 染色体序号染色体序号 1 2 3 - + - + - - - - - + + + - - + 同线法

13、进行人体基因定位同线法进行人体基因定位 第24页/共70页 2021-7-1626 4、区域定位 第25页/共70页 2021-7-1627 r 染色体缺失定位法: 在体外造成杂种细胞内特定 染色体的不同位置发生断裂，形成各种类型的缺 失末端，获得一套特定染色体的缺失杂种细胞， 然后通过检测缺失杂种细胞内基因产物存在与否 对许多基因进行区域定位。 第26页/共70页 2021-7-1628 第27页/共70页 2021-7-1629 1、克隆基因定位法（p91） 采用已克隆基因的cDNA探针与保留在杂种 细胞内的人染色体DNA酶切序列进行分子杂交 ，来确定克隆基因所在的染色体。 第28页/共7

14、0页 2021-7-1630 以人体白蛋白基因cDNA为探针的克隆基因定位法 电泳电泳 条带条带 大小大小 人细胞人细胞 CHO 中国中国 仓鼠仓鼠 人人CHO杂种细胞杂种细胞 含含4号染色号染色 体的杂种细体的杂种细 胞胞 不含不含4号染号染 色体的杂色体的杂 种细胞种细胞阳性细胞阳性细胞阴性细胞阴性细胞 3.5Kb 6.8Kb 因此，将此基因定位于4号染色体上 第29页/共70页 2021-7-1631 2、原位杂交法 以标记的探针（同位素、生物素或荧光染 料）直接同中期染色体进行原位杂交。 第30页/共70页 2021-7-1632 把来自人类珠蛋白基因的克隆DNA制备探针，与含有 人体

15、不同染色体组合的体细胞杂种杂交，发现只有携带人体 第11号染色体的细胞株系才能与之杂交，于是就把这个基因 定位于11号染色体上。 第31页/共70页 2021-7-1633 二、 通过遗传重组所得到的基因在具体染 色体上的线性排列图称为遗传连锁图。 遗传图谱 第32页/共70页 2021-7-1634 物理图谱 这是一种高分辨率的染色体作图，是确定遗传 标志或界标在染色体上所处的位置，以物理距离为 图距单位，如 bp，kp等。物理图阐明了基因之间 的精确距离。 第33页/共70页 2021-7-1635 遗传标记： 指可以明确反映遗传多态性的生物特征。 l 在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基

16、因的在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基因的 变异。变异。 l 在现代遗传学中，遗传多态性是指基因组中任在现代遗传学中，遗传多态性是指基因组中任 何座位上的相对差异。何座位上的相对差异。 第34页/共70页 2021-7-1636 u 形态学标记（morphological marker） u 细胞学标记(cytological marker) u 生化标记(biochemical marker) u DNA分子标记(molecular marker) 第35页/共70页 2021-7-1637 形态标记即个体的外部形态特征。 l简单直观、经济方便； l但其数量有限、多态性较差 l表现易受环境

17、影响，并且有一些标记与不良性 状 连锁。 l形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程， 周期较长。 l主要在早期使用。 第36页/共70页 2021-7-1638 细胞学标记即细胞染色体的变异。 l 包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着 丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带等）的变化。 l 与形态标记相比，优点是能进行一些重要基因的染色 体或染色体区域定位。 l 但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来 培育，难度很大；同时某些物种对染色体变异反应敏 感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。 第37页/共70页 2021-7-1639 u 生化标记包括同工酶和等位酶标记生化标

18、记包括同工酶和等位酶标记。分析方法是电分析方法是电 泳和组织化学染色法泳和组织化学染色法,将酶的多种形式转变成肉眼可辩的将酶的多种形式转变成肉眼可辩的 酶谱带型。酶谱带型。 u 优点：优点：一是表现近中性，对生物经济性状一般没有大的一是表现近中性，对生物经济性状一般没有大的 不良影响；二是直接反映了基因产物差异，受环境影响不良影响；二是直接反映了基因产物差异，受环境影响 较小。较小。 u 缺点：缺点：一是可用标记数量少，二是染色方法和电泳技术一是可用标记数量少，二是染色方法和电泳技术 有一定难度。有一定难度。 第38页/共70页 2021-7-1640 DNA分子标记是指在 分子标记是指在DN

19、A分子水平上，通过一分子水平上，通过一 定方式或特殊手段来反映生物个体之间或种群之间定方式或特殊手段来反映生物个体之间或种群之间 具有差异性状的具有差异性状的DNA片段。它直接反映基因组片段。它直接反映基因组 DNA间的差异。 间的差异。 第39页/共70页 2021-7-1641 分子标记的优越性表现为：分子标记的优越性表现为： u直接以直接以DNA的形式表现的形式表现，在生物体的各个组织、各个发，在生物体的各个组织、各个发 育阶段均可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达育阶段均可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达 与否等问题；与否等问题； u数量极多数量极多，遍布整个基因组，可检测座

20、位几乎无限；，遍布整个基因组，可检测座位几乎无限； u多态性高多态性高，自然界存在许多等位变异，无须人为创造；，自然界存在许多等位变异，无须人为创造； u表现为中性表现为中性，不影响目标性状的表达；，不影响目标性状的表达； u许多标记表现为许多标记表现为共显性的特点共显性的特点，能区别纯合体和杂合体。，能区别纯合体和杂合体。 第40页/共70页 2021-7-1642 u第一代分子标记第一代分子标记，以，以Southern杂交技术为核心的分子标杂交技术为核心的分子标 记，（如记，（如RFLP、VNTR）。）。 u第二代分子标记第二代分子标记，以，以PCR技术为核心的分子标记，（如技术为核心的分

21、子标记，（如 RAPD、 、AFLP、SSR）；）； u第三代分子标记第三代分子标记，单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（SNP）标记。）标记。它也它也 是是以以PCR技术技术为基础的分子标记技术。为基础的分子标记技术。 第41页/共70页 2021-7-1643 第一代分子标记（基于Southern杂交技术的分子标记） 1 RFLP标记 限制性片段长度多态性 （Restriction Fragment Length Polymorphism） 由于各种原因引起DNA内核苷酸排列顺序改变，当这种改 变涉及到限制性内切酶识别位点时，利用限制性内切酶将DNA 分子切割成许多长度不等的限制性片段，这些具

22、有不同长度的限 制性片段类型在人群中所呈现的多态分布现象就称为限制性片段 长度多态性(RFLPs) 第42页/共70页 2021-7-1644 第43页/共70页 2021-7-1645 RFLP连锁分析:通过家系连锁分析,找出与突变基因相连锁 的DNA多态性,并将其作为遗传标记追踪多态性在家族成员 中的传递. 第44页/共70页 第45页/共70页 第46页/共70页 第47页/共70页 2021-7-1649 PH 23k b Msp I MspI PH 19kb Msp I Msp I Msp I 23/1923/19 23/2319/19 23kb 19kb 利用利用RFLP对苯丙酮尿

23、症进行基因诊断对苯丙酮尿症进行基因诊断 苯丙酮尿症苯丙酮尿症:常染色体隐性遗传病常染色体隐性遗传病 D d 第48页/共70页 2021-7-1650 2VNTR标记 数量可变串联重复序列(variable number of tandem repeat),重复单位6-12个bp（小卫星标记） 在DNA的某些位置上这种串联成簇的重复单位数目 不同,因此，用在串联重复序列两侧的限制内切酶酶切后 ，就会产生重复数目不等的片段。 探针：位于此特殊VNTR附近独有的DNA片段。 探针：根据VNTR多态性本身设计，可检测到所有相 关的谱带。可作为DNA指纹分析。 第49页/共70页 2021-7-165

24、1 第50页/共70页 2021-7-1652 第51页/共70页 第52页/共70页 M1M3 M2M3 M1 M4 M1M3 M2M4 M2M4 第53页/共70页 M2 M1 第54页/共70页 2021-7-1656 第二代分子标记 1. RAPD标记标记 随机扩增多态随机扩增多态DNA Randomly amplified polymorphic 以单一的随机引物以单一的随机引物(一般为一般为10个碱基个碱基)，利用，利用PCR 技术，随机扩增未知序列的基因组技术，随机扩增未知序列的基因组DNA（非定点的（非定点的 扩增基因组扩增基因组DNA）获得的）获得的DNA片段长度变异。片段长

25、度变异。 第55页/共70页 2021-7-1657 RAPD标记的特点有：标记的特点有： （1）不需）不需DNA探针，设计引物也无须知道序列信息；探针，设计引物也无须知道序列信息； （2）显性遗传，不能鉴别杂合子和纯合子；）显性遗传，不能鉴别杂合子和纯合子； （3）技术简便；）技术简便； （4）DNA样品需要量少，成本较低；样品需要量少，成本较低； （5）实验重复性较差，结果可靠性较低。）实验重复性较差，结果可靠性较低。 第56页/共70页 2021-7-1658 2. AFLP标记标记 扩增酶切片段长度扩增酶切片段长度多态性多态性 amplified fragment length pol

26、ymorphic 基本原理：基本原理：AFLP标记是选择性扩增基因组标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段酶切片段 所产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶所产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶 酶切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的酶切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的 长度不同被检测出来。长度不同被检测出来。 第57页/共70页 第58页/共70页 2021-7-1660 AFLP标记的特点：标记的特点： 1.由于由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基种分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基种 类、数目很多，所以标记数目是无限

27、多的；类、数目很多，所以标记数目是无限多的； 2.可同时检测多个座位，多态性极高；可同时检测多个座位，多态性极高； 3.表现共显性；表现共显性； 4.分辩率高，结果可靠；分辩率高，结果可靠； 5.目前该技术受专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验目前该技术受专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验 条件要求较高。条件要求较高。 第59页/共70页 2021-7-1661 3STR标记（简单序列重复） 短串联重复序列（short tandem repeat） STR标记又叫微卫星标记又叫微卫星DNA标记（标记（SSR ） ），它是指，它是指 基因组中存在的由基因组中存在的由2-6个核苷酸为重复单位组成

28、的长达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，广泛分布于真核生物基几十个核苷酸的串联重复序列，广泛分布于真核生物基 因组中。因组中。 第60页/共70页 2021-7-1662 特点： 高度多态。 高频率性、分布广、平均分布。 STR两侧有特异性单拷贝顺序。 相对容易进行PCR 微卫星已成为取代RFLP的第二代分子标 记 第61页/共70页 2021-7-1663 第62页/共70页 2021-7-1664 微卫星微卫星DNA PCR扩增结果（示例）：扩增结果（示例）： 500bp 400bp 300bp 240bp 该结果显示在所检查的人群中，该位点多态性有该结果显示在所检查的人群中，该位点多态性有4种。种。 微卫星微卫星DNA差异最小只相差差异最小只相差2个碱基（重复片段只有个碱基（重复片段只有2 个碱基）。个碱基）。 第63页/共70页 第64页/共70页 2021-7-1666 第三代分子标记：SNP(single nucleotide polymorph