遗传学课件11 基因和基因组

第十一章基因和基因组从某种意义而言，遗传学实质上就是研究基因的科学。基因概念的开展基因结构的多样性基因的精细结构分析基因组和基因组学概述第一节基因概念的开展遗传因子的概念19世纪，孟德尔实验，遗传因子的概念：决定遗传性状的根本遗传单位，从作用上感知它的存在，但无法证明。2.基因概念的提出1909年，WilhelmJohannsen首次提出“基因〞的概念以取代孟德尔的遗传因子。同时提出了基因型和表现型的概念。3.基因的三位一体概念

1910年，Morgan的果蝇杂交实验，基因的染色体学说，三位一体的概念。4.基因的化学本质是DNA1944年，Avery的肺炎双球菌转化实验〔细菌外表光滑和粗糙的遗传〕，证明了细菌的遗传物质是DNA而不是蛋白质。Hershey-Chaseexperiment：噬菌体用32P标记DNA，35S标记蛋白质，然后侵染细菌，搅拌后离心沉淀细菌，发现32P标记与细菌共沉淀，而35S标记与细菌分开。说明噬菌体的DNA进入细菌，DNA是遗传物质。对基因功能的了解，基因型如何决定表现型1941年，斯坦福大学GeorgeBeadle的真菌突变体的营养缺陷型实验。诱发突变，检测维生素缺陷型，用遗传学方法证明突变株是在基因位点发生了突变，用生物化学方法证明了突变株某个代谢步骤发生了故障，从而提出：基因是通过它的产物，即具有催化功能的酶，来决定生物的性状。由此，“一个基因，一个酶〞的理论诞生。6.DNA的双螺旋结构以及复制机制的提出1953年，美国的JimWatsonand英国FrancisCrick提出DNA双螺旋结构和复制模型，这一模型后来被证明是正确的，为了解遗传信息传递机制奠定了根底。7.基因精细结构的分析

1955年，Benzer用T4噬菌体做遗传分析，发现了基因的精细结构，发现基因具有可分割性，并提出顺反子的概念。8.基因信息的传递过程20世纪60年代，提出了中心法那么，确定了三联体密码，提出了操纵子学说。这些成就使得人们对遗传信息传递和基因表达调控机制有了初步理解。9.基因结构的多样性以及基因的人为操纵20世纪70年代和80年代以后，由于许多重大技术的突破，对基因的认识又有了新的开展，发现了基因结构的多样性，例如断裂基因、重叠基因、重复基因、转座基因等。另外，基因工程技术的诞生，使人们可以合成基因、改造基因、测定基因、利用基因。基因既是一种客观存在，又可以被人们主观应用，利用基因定向改造生物变为现实。10.基因组时代的到来当生命科学开展到20世纪最后10多年和21世纪，对单个基因的认识已经不能满足人们对复杂生命现象的理解。基因组时代已经到来。对整个基因组的结构、功能、进化开始进行研究。不久的将来，人们对非编码基因的作用、基因的表达和调控、基因的功能表现、基因与基因之间的相互作用将会有更加深刻的理解。至目前为止，关于基因的概念一般是这样定义的：遗传学定义：基因是遗传的物理和功能单位。分子生物学定义：基因是产生蛋白质或RNA所必须的全部DNA序列。其他定义：基因是DNA序列中能被转录为一个初始RNA分子的区域。第二节基因种类和结构多样性一、基因的种类按基因的最终产物可分为蛋白质基因：通过转录和翻译最终产物是蛋白质的基因。大多数的基因属于此类。产生的蛋白质参与细胞构成、酶催化、基因表达调节等。RNA基因：通过转录最终产物是RNA的基因。包括rRNA,tRNA,snRNA,snoRNA,miRNA等。这些RNA也被叫做非编码RNA〔non-codingRNA,ncRNA〕。这些RNA主要参与基因调控、染色体复制、RNA修饰加工、mRNA翻译及稳定性、蛋白质降解等过程，近年来受到重视。按蛋白质的功能可分为结构基因：基因产物是酶和其他不直接影响基因表达的蛋白质。调节基因：通过最终产物蛋白质或RNA来控制其他基因表达的基因按表达方式组成型表达基因：在任何组织部位和任何发育时期都表达的基因选择性表达基因：只在特定的组织部位或特定发育阶段表达的基因根据拷贝数单拷贝基因：在基因组中只有一个拷贝多拷贝基因：在基因组中有多个拷贝二、编码基因的一般结构I.原核生物基因的特点〔1〕多以操纵子形式存在〔生物学功能相近的基因聚在一起，受一个启动子和调控元件的控制〕。真核生物中一般没有这种基因聚集现象。〔2〕操纵子调控多是通过抑制子的负调控，诱导子的作用可以解除抑制。真核生物基因调控要复杂的多，并以正调控为主。〔3〕原核生物基因多数是多顺反子结构，真核生物基因绝大多数是单顺反子。〔4〕原核生物基因转录与翻译同时进行，没有5‘帽子，没有3’polyA，没有内含子。而这三个结构在真核生物基因普遍存在。〔5〕原核生物只有一种RNA聚合酶，启动子比较短〔不超过几百个bp〕。真核生物有三种RNA聚合酶，启动子比较长〔上千个bp〕。II.真核生物基因的结构真核生物基因都由控制序列和转录序列组成，控制序列包括启动子和增强子，转录序列包括外显子和内含子。终止子1．外显子和内含子大多数真核生物的基因为不连续基因〔interruptesd或discontinuousgene〕。所谓不连续基因就是基因的编码顺序在DNA分子上是不连续的，被非编码顺序所隔开。编码的顺序称为外显子〔exon〕，是一个基因表达为多肽链的局部；非编码顺序所称为内含子〔intron〕,又称插入顺序〔interveningsequence,IVS〕。内含子只转录，在前mRNA(pre-mNRA)时被剪切掉。如果一个基因有n个内含子，一般总是把基因的外显子分隔成n+1局部。内含子的核苷酸数量可比外显子多许多倍。人外显子平均1340bp，kb，人含内含子最多的基因有233个内含子。2.启动子启动子〔promoter〕包括以下几种不同顺序，能促进转录过程：〔1〕TATA框〔TATAbox〕：其一致顺序为TATAATAAT。它在基因转录起始点上游约-25bp处，根本上由A-T碱基对组成，是决定基因转录起始的选择，为RNA聚合酶的结合处之一，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。〔2〕CAAT框〔CAATbox〕：其一致顺序为GGGTCAATCT，是真核生物基因常有的调节区，位于转录起始点上游约-75bp处，可能也是RNA聚合酶的一个结合处，控制着转录起始的频率。〔3〕GC框〔GCbox〕：有两个拷贝，位于CAAT框的两侧，由GGCGGG组成，是一个转录调节区，有激活转录的功能。3．增强子在真核基因转录起始点的上游或下游，一般都有增强子〔enhancer〕,它不能启动一个基因的转录，但有增强转录的作用。此外，增强子顺序可与特异性细胞因子结合而促进转录的进行。研究说明，增强子的作用通常有组织特异性，这是因为不同细胞有不同的特异因子与增强子结合，从而使基因表达表现出组织细胞特异性、发育阶段特异性、环境特异性。4．终止子在一个基因的末端往往有一段特定顺序，它具有转录终止的功能，这段终止信号的顺序称为终止子〔terminator〕。终止子的共同顺序特征是在转录终止点之前有一段回文顺序，约7-20核苷酸对。回文顺序的两个重复局部由一个不重复节段隔开。这段回文序列转录后形成的RNA具有发夹结构，有利于实现转录的终止。三、基因结构的多样性一个基因由几个不相邻的编码序列组成，编码序列之间被非编码的序列隔开，这样的基因被称为断裂基因。外显子〔Exon〕：断裂基因中的编码局部，将包含在成熟的RNA中。内含子〔Intron〕：断裂基因中非编码局部，在初始转录物加工成成熟RNA时被除去。5‘UTR3‘UTREIEIEI.断裂基因断裂基因在进化中的意义：〔1〕通过不同的剪切方式可产生多种不同的mRNA，编码多种不同功能的蛋白。因此有利于储存信息，增加信息量。〔2〕内含子保守性差，变异性强，有利于形成新的基因。〔3〕有些内含子可能在基因表达过程中有一定的调节控制作用。思考：什么是RNA拼接〔RNAsplicing〕?什么是选择性拼接或可变剪接〔alternativesplicing〕?为什么一条DNA可以产生几种不同的蛋白？〔使用不同的起始密码、基因重叠、选择拼接〕II、重叠基因〔Overlappinggene〕在一个基因的编码顺序内存在着另一种基因的遗传信息，这样的基因被叫做重叠基因。1.重叠基因的发现：

重叠基因是1977年由英国剑桥大学Sanger在研究ΦX174时发现的。ΦX174是一种单链DNA病毒，宿主为大肠杆菌，因此，又是噬菌体。它感染大肠杆菌后共合成11个蛋白质分子，总分子量为25万左右，相当于6078个核苷酸所容纳的信息量。而该病毒DNA本身只有5375个核苷酸，最多能编码总分子量为20万的蛋白质分子，Sanger在分析了ΦX174DNA的全序列之后，才了解到这11个基因原来是有重叠的。1〕一个基因完全在另一个基因里面。如基因Ａ和Ｂ是两个不同基因，而Ｂ包含在基因Ａ内。同样，基因Ｅ在基因Ｄ内。〔2〕局部重叠。如基因Ｋ和基因Ａ及Ｃ的一局部基因重叠。

〔3〕两个基因只有一个碱基重叠。如基因Ｄ的终止密码子的最后一个碱基是Ｊ基因起始密码子的第一个碱基(如TAATG)。这些重叠基因尽管它们的DNA大局部相同，但是由于将mRNA翻译成蛋白质时的读框不一样，产生的蛋白质分子往往并不相同。有些重叠基因读框相同，只是起始部位不同，如SV40DNA基因组中，编码三个外壳蛋白VP1、VP2、VP3基因之间有122个碱基的重叠，但密码子的读框不一样。2.重叠基因的重叠方式重叠基因仅在噬菌体和病毒中存在，在真核生物中尚未发现重叠基因。这可能因为前者基因组比较小，但又必须编码一些维持其生命和繁殖的基因，在选择的压力下，保存了这种重叠基因的形式。3.重叠基因的意义1〕最经济有效地利用DNA信息量，节约碱基2〕可能对基因表达调控起一定作用，例如首尾重叠，前一个基因的翻译终止恰好起始下一个的翻译，保证了两个基因的同时翻译。III、重复多拷贝基因〔repetitivegene〕根据对多种生物DNA所作的详细分析说明，在真核基因组存在有四种不同类型的DNA序列：〔1〕不重复的唯一序列〔只有一个拷贝〕；〔2〕低度重复序列〔<10个拷贝〕；〔3〕中度重复序列〔10到上万个拷贝〕；〔4〕高度重复序列〔几万到几百万个拷贝〕。重复基因，即在基因组中有多个拷贝的基因。在真核生物基因组中发现这种现象，真核生物中的重复基因可以到达30%,重复基因主要是为了满足生物体对某种基因产物的大量需要。例如组蛋白基因、rRNA基因和tRNA基因在基因组中一般都是多拷贝的重复基因，他们往往成簇存在，形成基因簇〔genecluster〕。rRNA基因簇的转录产生了一系列小基质块，每个小基质块对应一个转录单位，它们和后面的基质块通过非转录区隔开。IV、转座因子〔transposableelement〕虽然McClintock早在1951年就在玉米中发现了转座因子，基因在染色体上能移动位置，也就是说能“转座〞，能“跳动〞，在当时遗传学家们那里简直是闻所未闻。因为按照传统的观念，基因在染色体上是固定不变的，它们有一定的位置、距离和顺序，它们只可以通过交换重组改变自己的相对位置，通过突变改变自己的相对性质；但是，要从染色体的一个位置“跳〞到另一个位置，甚至“跳〞到别的染色体上，那是科学家们从来没有想过的。因此，他们在读了麦克林托克1950年发表的?玉米易突变位点的由来与行为?和1951年发表的?染色体结构和基因表达?两篇论文，了解了她在做些什么工作之后，简直不敢相信，都认为这个女人也许是发疯了。直到1967年以后人们相继在E.coli、酵母、果蝇中发现了转座因子以后，McClintock的基因转座理论才被人们认可。并在1983年获得诺贝尔奖。能够改变自身位置的一段DNA序列。〔有关内容将在下一章重点介绍〕V、假基因〔pseudo-gene〕假基因〔pseudo-gene〕最初由Jacq等人提出。他们在非洲爪蟾DNA中克隆了一个5SrRNA相关基因，比较其功能基因后发现，这个基因的5’端有16bp的缺失以及另外14bp的错配，就将这个截短的5SrRNA的同源物描述为假基因。随着大量不同家族的假基因的发现，假基因就被明确限定为具有与功能基因相似的序列，但不翻译为功能蛋白质〔或RNA〕的基因片段。假基因产生的可能原因：启动子突变；剪接点丧失；可读框发生无义突变或错义突变根据是否保存相应功能基因的间隔序列〔如内含子〕，假基因分为两大类：一类保存了间隔序列〔如珠蛋白假基因家族〕，另一类那么缺少间隔序列。后一类假基因又称为处理后的假基因〔processedpseudo-gene〕或返座假基因〔retro-pseudo-gene〕。哺乳动物血红蛋白类α-珠蛋白基因家族、类β-珠蛋白基因家族都是由功能基因和假基因形成的一个基因簇第三节基因的精细结构分析在经典遗传学中把基因看成是世代相传的遗传物质单位，它既是一个突变单位〔从A突变为a〕，又是一个重组单位，重组时整个基因和另一个基因重组，而并不涉及到基因内部的重组；基因同时又是一个功能单位，它可以使机体显示出一定的表型。1955年Benzer发表了“细菌噬菌体遗传区的精细结构〞的论文，首先建立了基因精细结构的测定方法并提出了顺反子的概念，使基因的概念向前开展了一大步，这也是遗传学从经典开展到分子遗传的重要标志之一。一、重组测验〔recombinanttest〕1.拟等位基因〔pseudo-allele〕果蝇的眼睛有红色、粉红色、樱桃色、杏色、白色等，以前认为这些基因都是复等位基因。如果“+〞红眼，Wa杏色眼，W白眼，现有一杂交：杏色眼白眼X杏色眼除了杏色眼和白眼=3:1以外，还出现了1/1000野生型红眼果蝇PF1F2进一步研究发现，杏色眼和白眼虽然位于同一个座位〔Locus〕,但是属于不同的突变位点，因而它们之间可以发生重组，而产生+和双突变型配子WaW.于是在F2代就有红眼果蝇出现。••••**WaWWF1重组*W••*Wa配子••+将这种具有功能上的等位，结构上不等位的基因称为拟等位基因。基因内部这种精细结构的分析是从S.Benzer开始的。2.噬菌体突变型T4噬菌体感染E.Coli能引起溶菌，有一种快速溶菌突变型〔r〕，感染大肠杆菌时形成大而边缘清晰的噬菌斑。这种突变型可被分成三组，Benzer对rII突变型进行了详细研究。rII突变型的特点：噬菌体rIIrII+E.coli菌株BK()大而边缘清晰的噬菌斑致死小而边缘模糊的噬菌斑小而边缘模糊的噬菌斑因此，rII和rII+容易相互区分3.Benzer的重组测验E.colirxry溶菌液接种在B上，估计总的噬菌斑数溶菌接种在K上，估计r+重组子数亲代原型rx、ry重组子r+和rxry都能生长，形成噬菌斑只有重组r+才能长，形成噬菌斑复感染重组率=2xrII+噬菌斑数噬菌斑总数×100%=2xK菌株上的噬菌斑数B菌株上的噬菌斑总数×100%以前用来计算重组的方法是计算基因与基因之间的距离，而用Benzer，故称为基因的精细作图。Benzer在实验中发现两个最近的突变型之间的重组值为0.01%，即0.01个图距，再没有发现小于此值的。Benzer把基因内出现重组的最小区间称为重组子〔recon〕，所以重组子是基因内不能由重组分开的遗传单位。T4x105bp,总长度为1500个图距，5重组子可以小到只有一个核苷酸对，基因不再是最小的重组单位。二、互补测验〔complementationtest〕重组测验是以遗传图的方式确定突变位点之间的空间关系，而互补测验是确定突变之间的功能关系。例如rII区有3000多个突变，它们都有相同的表型，那么它们是不是影响了同一个遗传功能呢？它们是属于同一个基因吗？为了划分这种功能上的界限，需要进行互补测验。互补测验的原理：用不同的rII突变型成对组合去感染K()菌株，如果被双重感染的细菌中产生了两种亲代基因型的噬菌体，那么就必然是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型属于不同基因的突变型，它们彼此互补。如果被双重感染的细菌中不产生亲代噬菌体，那么这两种突变型一定有一个相同的功能受到了损伤，属于同一个基因的突变型，彼此不能互补。2.互补测验的结果互补测验发现，rII突变型可以分成rIIA,rIIB两个互补群，同属于rIIA互补群的突变不能互补，同属于rIIB互补群的突变也不能互补，只有rIIA和rIIB的突变才互补，说明rIIA和rIIB是两个不同的并且独立的功能单位，也就是属于两个不同基因。•••*••*••••*••*•••*••*••rIIArIIB+rIIA+rIIBrIIArIIB°°°°°°°°K()K()K()不互补不互补互补3.顺反子〔cistron〕Benzer的互补测验中所用两个突变型分别位于两个染色体上〔即两个不同的噬菌体DNA上〕，这样的组合称为反式排列；如果两个突变在同一个染色体上，那么为顺式排列〔另一个染色体为野生型〕。互补测验一般都用反式排列。如果互补，两个突变属于不同基因；如果不互补，两个突变为同一基因内不同位点的突变；综上所述，Benzer将不能发生互补的各突变点所在的区域称为一个顺反子。顺反子实际上是基因的同义词，是遗传的一个功能单位，其内部任何位点的突变都导致功能的改变。每个顺反子在染色体上的区域称为座位〔Locus〕，每个座位中有许多突变位点也叫突变子〔muton〕。从理论上，突变子和重组子都可以小到只有一对碱基。可见：基因〔顺反子〕只具有功能上完整性，在结构上具有可分割性。总结几个新概念：基因是一个作用单位，也叫作顺反子。顺反子内存在很多突变子和重组子。突变子是改变后可以产生突变表型的最小单位；重组子是指不能由重组分开的根本单位。理论上，每一个核苷酸对的改变，就可导致一个突变，每两个核苷酸对之间都可发生交换，因此，一个基因有多少核苷酸对，就有多少突变子，就有多少重组子，从物理大小上看，突变子等于重组子。基因不是突变单位，基因不是交换单位，基因只是功能单位。Benzer的实验已将基因“三位一体〞的概念打破。第四节基因组和基因组学概述基因组〔Genome〕：一个生物的遗传物质的总和〔包括基因和基因间隔区〕。或者说一个物种的单倍体所包含的全部的染色体，有时也译作“染色体组〞。例如人的基因组是指24条染色体的全部遗传信息。一、基因组的大小一个物种基因组大小总是恒定的，即DNA含量总是恒定的，称为该物种的C值〔Cvalue〕。一般随着生物的进化，生物体的结构功能越复杂，C值也就越大。但C值的大小并不能完全说明生物体复杂性的上下，生物的复杂性与基因组的大小并不完全成比例增加。例如，一些两栖类动物的C值几乎是人类的50倍，这种看来有点反常的现象称为C值矛盾〔C-valueparadox〕。据估计，在高等生物基因组中，基因及基因相关序列所占基因组的比例大约只有20%-30%，其余70%-80%为非基因的DNA，也叫垃圾DNA或JunkDNA。以人为例，C=3x109bp，约6x108bp为编码基因及相关序列(占20%，大约编码3万多个基因)，其余那么为非编码序列，目前的功能还不太清楚。不同类别生物的C值出现明显差异，是由于复杂程度低的生物中基因组的空间被节省下来了，即基因间隔区小，基因内内含子区域比例低，基因组中重复序列少；而复杂程度高的生物基因组的组成那么相反。二、真核生物的基因组1.真核生物基因组的特点〔1〕真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的〔即双倍体,diploid〕，即有两份同源的基因组。〔2〕真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。〔3〕存在重复序列，重复次数可达百万次以上。〔4〕基因组中不编码的区域多于编码区域。〔5〕大局部基因含有内含子，因此，基因是不连续的。〔6〕基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。

〔1〕单拷贝序列和低度重复序列单拷贝顺序和低度重复序列在单倍体基因组中只出现一次或数次，因而复性速度很慢。这些序列在基因组中占40%-50％，单低拷贝顺序中储存了巨大的遗传信息，编码各种不同功能的蛋白质。〔2〕中度重复序列中度重复序列大致指在真核基因组中重复数十至数万〔<105〕次的重复顺序。其复性速度快于单拷贝顺序，但慢于高度重复顺序。少数在基因组中成串排列在一个区域，大多数与单拷贝基因间隔排列。依据重复顺序的长度，中度重复顺序可分为两种类型：2.真核生物基因组重复序列短分散片段〔shortinterspersedrepeatedsegments,SINES〕这类重复顺序的平均长度长度在500bp以下，拷贝数有的可达10万以上如Alu家族等属于这种类型的中度重复序列。〔Alu家族是哺乳动物包括人基因组中含量最丰富的一种中度重复顺序家族，约占人基因组的3-6％。Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点〔AG↓CT〕，因而定名为Alu家族〕长分散片段〔Longinterspersedrepeatedsegments,LINES〕这类重复顺序的长度大于1000bp，平均长度为3500-5000bp，它们与单拷贝顺序间隔排列，拷贝数一般在1万左右，如KpnⅠ家族等。中度重复顺序在基因组中所占比例在不同种属之间差异很大，一般约占10-40％，在人约为12％。这些顺序大多不编码蛋白质。有些中度重复顺序那么是编码蛋白质或rRNA的结构基因，如rRNA基因，tRNA基因,组蛋白基因,免疫球蛋白基因等。〔3〕高度重复序列高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万次(106)以上，因此复性速度很快。在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60％，在人基因组中约占20％。卫星DNA(satelliteDNA)：是一类高度重复序列，这类重复顺序的重复单位一般由2-10bp组成，成串排列。由于这类序列的碱基组成不同于其他部份，可用密度梯度离心法将其与主体DNA分开，因而称为卫星DNA或随体DNA。果蝇的卫星DNA顺序已经搞清楚，都是由7bp组成的高度重复顺序：卫星Ⅰ为5'ACAACT3',卫星Ⅱ为5'ACAAATT3'。而蟹的卫星DNA为只有AT两个碱基的重复顺序组成。3.多基因家族与假基因真核基因组的另一特点就是存在多基因家族〔multigenefamily〕。多基因家族是指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。如组蛋白基因家族的H1,H2A,H2B,H3,H4。多基因家族的不同成员一般编码功能相关或相似的蛋白质，如珠蛋白基因家族的等。在多基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，这些基因称为假基因〔pseudogene〕。假基因与有功能的基因同源，原来可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或点突变等，使这一基因失去活性，成为无功能基因。例如人类珠蛋白基因家族中的，，等。4.细胞器基因组〔在第十三章介绍〕基因组学(Genomics)的概念是ThomasRoderick在1986年提出的，是指研究基因组的结构、功能和进化的科学。具体研究内容：〔1〕组建基因组的物理图谱和遗传图谱〔2〕确定整个基因组的序列〔3〕分析基因组的结构特点〔4〕鉴定基因组中所有基因的功能〔5〕建立基因表达数据库〔6〕建立以互联网为平台的数据库〔7〕为比较不同生物的基因组和分析他种生物的基因组提供资料。三、基因组学目前，基因组学分成了两个分支：结构基因组学〔Structuralgenomics〕，是以构建遗传图谱、物理图谱和全基因组测序为主要目标。功能基因组学〔Functionalgenomics〕，也叫后基因组学〔Post-genomics〕，是以基因的功能〔包括基因的生化功能、细胞功能、发育功能、适应功能等〕为主要研究内容。物理图谱〔physicalmap〕是DNA序列上的两个点在染色体上的实际距离的图示。通常由DNA限制性片段或克隆的DNA片段有序排列而成。物理距离以核苷酸碱基对数(bp)来表示。最常见的物理图是限制图、跨叠图和DNA序列图。其中DNA序列图是最精细的物理图。1.遗传图谱和物理图谱遗传图谱〔geneticmap〕是基因或DNA分子标记在染色体上的相对位置及相互距离的图示。也叫连锁图谱〔Linkagemap〕。遗传距离以cM表示。染色体遗传图谱人类局部染色体物理图谱分子标记指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异特征的DNA片段，它直接反映基因组DNA间的差异。目前的分子标记有三类：第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，包括RFLP、DNA指纹技术〔DNAFingerprinting〕、原位杂交〔insituhybridization〕等；第二类是以PCR为核心的分子标记技术，包括RAPD、简单序列重复SSR、简单序列长度多态性SSLP、序列标签位点STS等；第三类是一些新型的分子标记，包括单核苷酸多态性SNP、表达序列标签EST等。RFLP:restrictionfragmentlengthpolymorphismRFLP是指用限制性内切酶酶切不同个体基因组DNA后,含同源序列的酶切片段在长度上的差异。其差异的检测是利用标记的同源序列DNA片段作探针(即RFLP标记)进行分子杂交,再通过放射自显影(或非同位素技术)实现的。RAPD应用了PCR反响的原理，以不同的基因组DNA为模板，以单一的随机寡聚核苷酸〔长度多为10个核苷酸〕为引物而获得的一定扩增产物。由于不同基因组DNA序列存在着差异，其不同区段上可与引物同源互补的位点不同，扩增产物的数量、大小也不同，因而表现出多态性。这些DNA片段鉴定后证明可以作为分子标记的那么称之为RAPD标记。RAPD:randomamplifiedpolymorphismicDNA1Kbladder1Kbladder1KbladderA02A07A09A19B02A02A07A09A19B02Sample#9SampleSB120SSR:simplesequencerepeat根据微卫星序列两端互补序列设计引物，通过PCR反响扩增微卫星片段，由于核心序列串联重复数目不同，从而表现出不同个体在同一个微卫星座位上扩增的微卫星的长度多态性。2.基因组序列分析测序原理仍然是Sanger在1977年创造的双脱氧链终止法。逐个克隆法：对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装〔公共领域测序方案〕全基因组鸟枪法：在一定作图信息根底上，绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序，利用超级计算机进行组装〔美国Celera公司〕策略有两种：作图法和全基因组鸟枪法FrancisCollinsVSJ.CraigVenter〔1〕两者都需要把基因组DNA切割成小片段，然后通过测定序列的重叠片段再把它们连接起来。〔2〕两者都需要屡次重复地分析基因组上的序列，一般在5-10次/片段〔3〕两者都用鸟枪法，区别在不同阶段：作图法先把BAC克隆排列好之后，对每个BAC克隆的插入序列〔大约100kb〕利用鸟枪法进行序列分析和组装，然后把每个BAC序列根据物理图谱组成基因组的完整序列。而全基因组鸟枪法直接随机分析整个基因组的DNA片段，然后利用计算机把这些DNA片段组装成完整的基因组。两者