《动物分子生物学》教学课件：第八章 动物的分子标记及应用

1、第八章 动物遗传标记及应用Genetic markers and application.2.表型差异标记(genetic marker)基因遗传差异3.Landmark一. 遗传标记的概念及发展1. 遗传标记的概念标记 (Marker): 某个体与其它个体相区别的标志。4.遗传标记（genetic marker）广义概念：受基因控制，能表达生物的变异性且能稳定遗传、可被检测的各个性状。包括形态学、生化学、免疫学、细胞学和分子水平几个方面。狭义概念：指分子标记，即在遗传分析上用作标记的基因。是以个体间遗传物质即核苷酸序列变异为基础的遗传标记，是DNA水平遗传多态性的直接反映。遗传标记的共同特点

2、：多态性、易于鉴别.5.2. 遗传标记种类形态学标记（morphological marker）细胞学标记 (cytological marker)免疫学标记 （Immune markers）生化标记 (Biochemical marker)分子标记 (Molecular marker)6.（1）形态学标记形态学标记指肉眼可见的或仪器测量的动物的外部形态特征，如毛色、体型、外形等，是研究动物群体起源、地方品种特征及品种间关系的遗传标记；生理遗传标记是反映动物生长发育、代谢过程等的一些标记，如羽毛生长速度基因（家禽）、双胎（牛）、应激综合征（猪）。家禽快慢羽基因: 性染色体上的2个等位基因决定雏

3、鸡羽毛生长速度的差异, 其中隐性基因为快羽基因k+,显性基因为慢羽基因K. (1922年, Serebrovsky) 7.形态学标记的特点形态标记简单直观、经济方便；标记数量多数有限、多态性较差，表现易受环境影响，并且有一些标记与不良性状连锁；形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合等过程，周期较长； 主要在早期使用。8.（2）细胞学标记是指动物个体细胞染色体数目和形态特征。主要包括：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（ G带、 C带、 N带、T带等）及染色体结构变异（缺失、重复、易位、倒位）等的变化。G带技术蛋白水解酶处理中期染色体片，然后用姬姆萨(Giemsa)染料染

4、色，结果染色体呈现清晰、特异的G带(G banding )。G带反映了染色体DNA上A -T的丰富区；C-带技术是和G-带技术同时建立的，主要用以显示染色体中的组成型异染区，如着丝粒、端粒、核仁组成区域等而产生相应的着丝粒带、端粒带、核仁组成区带等。N 带专一地显示出核仁组织区。T 带专一地显示出端粒区域。9.细胞学标记的多态性 染色体多态性Ag-NORs（nucleolar organize regions）银染核仁组织区多态性Y染色体多态性C带多态性 染色体变异染色体数目变异：整倍性变异、非整倍性变异染色体结构变异：缺失、倒位、重复、易位10.细胞学标记的特点与形态标记相比，细胞学标记的优

5、点是能进行一些重要基因的染色体或染色体区域定位;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；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。11.（3）免疫学标记免疫学标记是以动物的免疫学特征为遗传标记，主要指：红细胞抗原、白细胞抗原、胸腺细胞抗原等。白细胞抗原型（主要组织相容性复合体，major histocompatibility complex, MHC）:牛：BoLA； 猪：SLA； 人：HLA红细胞表面抗原型（血型，blood group）: ABO血型。12.（4）生化标记：即血液蛋白多态标记是以动物体内的某些生化性状为遗传标记，主要指血型、血清

6、蛋白、同工酶和同位酶等。这些蛋白质和酶，在电场中因迁移方向和速度不同而被分离开来；不同个体在同一蛋白质或酶座位的类型并不完全一样，显示出的谱带具有多态性。 13.同工酶与同位酶同工酶 (isozyme)：生物体内具有同一底物专一性的不同分子形式的酶。同位酶 (allozyme)：指同一基因座的不同等位基因所编码的一种酶的不同形式，其功能相同但氨基酸序列不同。由于所带电荷的差异，可通过电泳分离辨别。14.（5）分子标记（molecular marker） 分子标记（广义）是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记，是 DNA 水平遗传多态性的直接反映。也称DNA标记（狭义）。DNA标记等

7、位基因(Allele)15.分子标记的特点数量多，多态性丰富；大多呈中性突变，不影响目标性状的表达；遗传极为稳定，不易受生理期和外界环境等因素影响；呈共显性或完全显性遗传。16.分子标记种类I 类标记：出现在基因内部，影响到该基因的功能，进而影响性状表现的分子标记。II 类标记：在基因外部，与基因功能无关的分子标记，也称为匿名标记（anonymous marker）。如微卫星DNA标记。17. 常见的分子标记限制性片段长度多态性 (Restricted fragment length polymorphisms, RFLP)随机扩增多态DNA（Random amplified polymorp

8、hism DNA, RAPD）扩增片段长度多态性（Amplified fragment length polymorphism, AFLP）单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms, SNPs）DNA指纹（DNA fingerprint）微卫星DNA（microsatellite DNA）线粒体DNA（mitochondria DNA，mtDNA） 18. 限制性片段长度多态性（RFLP）限制性内切酶可识别基因组内某些特异DNA序列，并在此处催化裂解，产生一系列大小不等的DNA片段;经琼脂糖凝胶电泳，转移到硝酸纤维素膜上，用已标记过的特异性探针杂交;通过放

9、射自显影检测出特定DNA片段的差异。 19.Note: 纯合子与杂合子的区分20.PCR-RFLP结果示意图Note : 纯合子与杂合子的区分21.RFLP标记原理：特定识别序列碱基改变,造成酶切位点缺失或产生；目标区域内片段的插入或缺失，导致酶切片段长度的改变。22.例子: 猪 ESR (雌激素受体 ) 基因 ESR 基因：具有A 和 B两个等位基因 BB 型猪具有更高的窝产仔数 AA 型猪窝产仔数低于 BB型猪23.猪ESR 基因型检测AA: 4.3kbAB: 4.3kb, 3.7kb, 0.6kbBB: 3.7kb, 0.6kb 24.RFLP标记的特点遍布于整个基因组，数量几乎是无限的

10、；结果稳定、可靠；呈共显性遗传，可区分纯合子和杂合子；大多数无表型效应，不受选择的影响。25. 随机扩增多态 DNA（RAPD）由Williams等于1990年提出的一种检测DNA多态性的方法, 利用一系列随机排列碱基顺序的寡核苷酸单链(10或11bp)作为引物 (随机引物)，对基因组DNA进行扩增，随机获得大小不同的DNA片段;扩增产物通过琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，再经溴化乙锭或银染检测扩增DNA片段的多态性。26.RAPD标记原理：与引物互补的位置发生碱基突变，导致引物结合位点的分布发生变化； 引物可扩增区域内DNA序列的插入或缺失，导致扩增片段大小发生改变。 27.28.RAP

11、D 电泳结果示意图RAPD多态性主要来自： 与引物互补的位置发生碱基突变； 引物可扩增区域内DNA序列的插入或缺失。 29.由于该方法中所用引物的碱基排列是随机的，引物可达成百上千，故所检测到的是生物体的整个基因组。 但RAPD标记具有3 个主要缺点：一是RAPD 标记中的一条染色带往往是一种混合标记，是在基因组DNA中扩增位点不一、长度相同或相近的一组DNA片段的混合物;二是RAPD标记呈显性遗传，不能区分纯合子和杂合子;三是该方法的稳定性和重复性较差。30. DNA指纹（DNA fingerprint）通过用限制性内切酶消化基因组取得不同大小的DNA片段，然后与特异的核心探针杂交经放射自显

12、影可得到一系列类似手指指纹的谱带，称为DNA指纹图谱。两个无亲缘关系的个体在同一位置上共有相同区带图谱的机率极低，所以DNA指纹图被认为是某一个体独有的。这种技术已广泛地应用于法医和亲子鉴定。31.DNA fingerprintA B C D E32.DNA指纹产生的原因 卫星DNA （satellite DNA） 小卫星DNA （minisatellite DNA）卫星DNA在同一物种不同个体间数目不同，核心序列重复次数也存在差异。同一物种不同个体基因组中的小卫星数目不同，小卫星核心重复序列数目也不同，所得DNA指纹图谱不一样。33.小卫星DNA的检测小卫星种类和数目不同导致的多态34. 微

13、卫星DNA（microsatellite DNA）又称简单重复序列（simple sequence repeats, SSRs）、短串连重复序列（short tandem repeats, STRs）。以2-6个短核苷酸序列（核心序列）为基本单位（常见CA重复），呈串连重复状散在分布于生物体整个基因组中 。35.微卫星多态性个体1： (CA)12个体2： (CA)836.微卫星DNA标记的特点分布广泛: 广泛分布于真核生物基因组的任何区域 高度多态: 多为复等位基因 基因型检测方法简便：聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）引物的通用性: 微卫星侧翼序列的保守性以及物种 间某些染色体区段的共线性，使得

14、从一个物种获得的引物可以应用于相关的分类群 呈共显性遗传: 能很好地区分纯合子与杂合子是中性标记: 多数情况下，微卫星标记没有任何表型效应，因而多态性能随着自然选择而保留下来 37.微卫星DNA的检测38.聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）检测39.单核苷酸多态性（ single nucleotide polymorphism，SNP）指基因组DNA序列中单个核甘酸突变所引起的多态。多是双等位基因，且最小等位基因频率（minor allele frequency, MAF）在群体内不低于1%。40.SNP的特点数量多，分布于整个基因组;大多表现为二等位基因（bialletic）多态性;呈共显性遗传，可

15、区分纯合子和杂合子；分析结果稳定性和重复性好；检测方法简单。41.SNP的检测方法单链构象多态性（single strand conformational polymorphism，SSCP）凝胶电泳：未知SNP；PCR-RFLP ：已知SNP的基因分型；DNA芯片技术：大规模已知SNP基因分型；直接测序法：未知SNP。42.SNP的基因型基因型（genotype） ：二倍体生物，除了性染色体外，每个染色体都有两份，个体所拥有的一对等位基因的类型称作基因型，即等位基因的组合方式。例如一个SNP（A/G），则个体在该位点的基因型为：鉴定某个体的基因型，被称为基因分型（genotyping）43.

16、SNP的单倍型单倍型（haplotype）：也叫单体型，指位于染色体上某一区域的所有SNP等位基因的集合。单倍型的理论数量：有n个SNPs，就有2n个单倍型。44.但由于连锁不平衡（linkage disequilibrium, LD）的存在，相邻SNP的等位位点倾向于以一个整体遗传给后代。因此，一条染色体上某一区域实际上只有少数几个单倍型。连锁不平衡：指在某一群体中，同一条染色体不同座位上某两个等位基因同时遗传的概率明显高于预期的随机遗传的概率的现象。45.46.由于LD的存在，实际上只存在少数几个常见的单倍型：47.标签SNPs（haplotype tag SNPs, htSNPs）48.

17、49.线粒体DNA（mtDNA)多态性动物体内除了核基因组外唯一存在的核外DNA。由于线粒体基因组序列变异快，具有高度多态性，因此可以作为分子标记，用于亲缘关系的判定和生物进化分析等。50.二. 遗传标记的应用群体遗传变异与进化研究;亲缘关系的判定；高精度遗传图谱的构建；分子标记辅助选择51.1. 群体遗传变异与进化研究遗传多样性（genetic diversity）：一般指品种间及品种内个体在DNA水平上的差异。通过对遗传多样性的评估，可以了解品种的遗传结构及遗传关系，探讨品种濒危的原因和现状，从而提出合理的保护措施。 52.Hi, We have close relationship.Wh

18、y? we are in same province.No!We have really closerelationship.The result of microsatellites tell us !53.中国地方猪遗传进化关系（微卫星DNA标记）54.中国地方猪mt-DNA 序列测定分析55.2. 亲缘关系的判定在育种中，常利用畜群系谱，借助亲属信息来确定个体的选留，因此系谱的准确程度是非常重要的；但在某些情况下（如寄养、母畜复配、错领）不能准确判断该个体的亲代。微卫星DNA呈共显性遗传，亲代等位基因可在后代基因座位上搜寻到，反之由后代基因型又能够追溯到亲代等位基因。56.57.3. 高

19、精度遗传连锁图谱的构建与QTL定位QTL（quantitative trait locus）：数量性状基因座。指控制数量性状的基因在基因组中的位置，常常指一段染色体区域。在育种中借助与QTL连锁的分子标记，可以对有关QTL的遗传进行追踪，提高对数量性状优良基因选择的准确性和预见性。58.QTL定位（QTL mapping）是采用类似于单基因定位的方法，将QTL定位在遗传图谱上，确定QTL与遗传标记间的距离。原理：当某一遗传标记与控制数量性状的基因位点位于同一条染色体上且紧密连锁时，当遗传标记的密度足够大时，可通过性状关联分析检测出该遗传标记，从而对QTL进行定位。59.高精度遗传连锁图谱的构建是QTL定位的前提绘制高精度家畜遗传连锁图谱可以揭示家畜所携带遗传信息的全部内容，从而准确确定数量性状基因座（QTL）在基因组中的位置。构建连锁图谱的基本思路是，以微卫星DNA为基础，在基因组中每隔一定距离寻找一个多态分子标记，当这些标记密度足够大并覆盖全部基因组时，可由此绘制一个高精度的遗传连锁图谱。60.猪遗传连锁图谱的构建61.猪15号染色体影响肉质性状的QTL定位结果62.4. 标记辅助选择（marker assisted selection, MAS）MAS: 利用与目标性状基因（或QTL）紧密连锁的分子标记，通过对分子标记进行基因型选择，