遗传学第十三章材料

第十三章基因组学什么是基因组(Genome)基因组就是一个物种中所有基因的整体组成人类基因组有两层意义：——遗传信息——遗传物质从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。遗传图谱的构建1.

图谱标记图谱构建中需要可以鉴别的标记(marker)，在构建遗传图谱中，可用基因和DNA作为标记。(1)基因标记基因控制性状的表现，所以也就是利用可以鉴别的形态、生化等表型性状作标记，这与前述的连锁交换中介绍的方法一样。遗传学中最早建立的果蝇连锁图，就是利用控制果蝇眼睛的一些基因作为标记，分析各基因间的连锁关系及遗传距离，绘制出连锁遗传图谱。这些基本原理和方法，仍在现在的基因组遗传图谱构建中广泛应用。DNA标记以DNA为基础的分子标记主要包括（Gupata

et

al，1999）基于杂交的分子标记，如RFLP（Restriction

fragmentlength

polymorphism）。基于PCR的分子标记，如RAPD（Random

amplifiedpolymorphic

DNA）、AFLP（Amplified

fragment

lengthpolymorphism）、SSR(simple

sequence

repeats；又称

microsatellite)、AFLP(Amplicon

fragment

lengthpolymorphism)等。基于DNA序列和芯片的分子标记，如SNP（singlenucleotide

polymorphism）。RFLPRFLP技术是基于Southern杂交的分子标记的方法。它是指用限制性内切酶酶切不同个体基因组DNA后，酶切片段长度的差异。这一技术用放射性同位素标记DNA片段作为同源序列探针（RFLP标记），与经限制酶消化并转移到支持膜上的基因组总DNA杂交，通过放射性自显影（或非同位素技术）来显示酶切片段的大小，检测不同遗传位点的多态性RAPDRAPD由Williams等（1990）和Welsh等（1990）分别发展起来的分子标记技术。这一技术是以基因组DNA为模板，采用随机设计的单个寡核甘酸序列（一般为10bp）为引物，通过

PCR扩增，产生不连续的

DNA产物，用于检测DNA序列的多态性。SSR或微卫星重复序列：串联重复序列（tandem

repeated

sequence），其重复单位首尾相连，成串排列（Flavell

1986）。散布重复序列（interspersed

repeated

sequence），其重复单与其它无关序列或单拷贝序列相间排列。微卫星DNA序列又称简单重复序列（simple

sequence

repeat，SSR）、短串联重复序列（short

sequence

repeat，STR），它是由几个核甘酸（一般1~5个）为重复单位簇集而成的串联重复序列，可分布在整个基因组的不同位置上，而且在基因组中的分布是随机的。微卫星长度具有高度变异性，并且这种多态性常常表现复等位性，两端的序列多是相对保守的单拷贝序列，因而可以根据两端的序列设计一对特异引物，扩增每个位点的微卫星序列，从而揭示其长度的多态性（simple

sequence

lengthpolymorphism，SSLP）。ISSRISSR是一种新型的分子标记。与SSR相反，直接用同位素标记SSR序列，扩增2个SSR间的单拷贝序列。为了增加扩增的特异性，在引物的5′和3′端分别加入1～2个选择性碱基，引物长度16～18bp。AFLPAFLP是由荷兰Key

Gene公司Zabeau（1992）发现，并由Vos等（1995）发展起来的分子标记技术，结合了RFLP和RAPD技术的优点。AFLP的基本原理是基于PCR的扩增基因组DNA限制性片段多态性。基因组DNA先用限制性内切酶切割，然后将双链接头（adapter）连接到DNA片段的末

端，通过选择在3′端分别添加1～3个选择性碱基的不同引物，选择

性地识别具有特异配对顺序的酶

切片段并与之结合，从而实现特

异扩增。是长约300~400bp的基因表达序列片段。EST技术是将mRNA反转录成cDNA并克隆到质粒或噬菌体载体构建成cDNA文库后，大规模随机挑选cDNA克隆，对其5′或3′端进行一步法测序，将所获序列与基因数据库中已知序列进行比较，从而获得对生物体生长、发育、代谢、繁殖、衰落死亡等一系列生理生化过程认识的技术（Hatey1998）。EST

SNPEST（expressed

sequence

tags）

SNP是基因中的点突变，存在的数量多，其中有些可产生RFLP，但多数突变不是发生在酶切位点。人类基因组的编码基因中有20万个SNPs,在非编码区的数目可能还要多10倍以上。这种标记也只有两种等位基因。特性RFLPRAPDSSRISSRAFLP分布普遍存在普遍存在普遍存在普遍存在普遍存在遗传共显性多数显性共显性多数显性多数显性多态性中高高高非常高等位检测是不是是不是不是检测位点数1~31~101~50~50~更多20~100样品信息量低~中高高高非常高基因组区域底拷贝编码整个基因组整个基因组整个基因组整个基因组技术难度中等简单简单简单中等重复性高中等高高高DNA样品量2~30μg1~100ng50-100ng2~50ng100ng反射线一般是不是不是不是一般是耗费时间慢快快快中等可靠性高中等高高高2.遗传图谱的构建人类基因组遗传图谱的构建人类的遗传图谱是利用家系分析法，在对8个家系的134个成员的分析中(186个减数分裂)，主要根据5264个STR

标记绘制而成的。因为STR在每一百万个碱基中总有几个位点，而且每一个STR具有多个等位基因位点。利用这些家系的资料绘制第1至22号染色体图谱。对于X染色体图

谱，还利用了来自另外12个家系，170个成员(105个减数分裂)的资料绘制而成。最后，将5264个标记定位在2335个位点，因为其中有些标记相距很近而作为一个位点，所以位点数小于标记数目。(二)物理图谱的构建(二)物理图谱的构建拟南芥Rice,

chromosome

4人类部分染色体物理图谱E.coli

物理图谱二

基因组图谱的应用◆基因定位借助基因组图谱，可使基因定位在精度、速度、广度等方面有极大的提高，在复杂的数量性状位点(quantitativetrait

loci，QTL)定位分析方面，也取得了很大进展。基因组比较分析已经在禾本科，茄科，十字花科等做了遗传图谱比较分析，从分子水平了解物种间的同源性，研究基因组的进化和染色体的演变。标记辅助选择(marker-assisted

selection，MAS)根据图谱间接选择目的基因，大大加速目的基因的转移与利用，提高回交育种的效率。此外，标记辅助选择有助于克服轮回选择过程中早期选择的盲目性。基因的克隆与分离根据饱和的基因组图谱，可以找到一个与目的基因紧密连锁的分子标记，作为染色体步行(chromosomewalking)的起始点，进行基因的克隆和分离。功能基因组学基因组DNA测序：人类对自身基因组认识的第一步。功能基因组学：从基因组信息与外界环境相互作用的高度，阐明基因组的功能。功能基因组学的研究内容：人类基因组DNA序列变异性研究基因组表达调控的研究模式生物体的研究生物信息学基因组表达及调控的研究在全细胞的水平，识别所有基因组表达产物：mRNA：c

DNA阵列蛋白质：二维电泳—质谱研究生