第2章 遗传图绘制
遗传作图 物理图_PPT幻灯片
重叠群法：contig，指相互间存在重叠顺序的 一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克 隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基 对。在单个的重叠群中，采用鸟枪法测序，然 后在重叠群内进行组装。由上至下。
直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序， 再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法 DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分 子标记，检测组装片段是否处在正确的位置， 校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下 至上
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
•基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 •基因产物-蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
+
+
+
-
-
+
实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
中英联合实验室
基本概念
药物基因组学：
根据不同个体间的基因组差异与基因多态性，阐明 个体间在药物代谢和效应方面发生差别的遗传基础。
不同的个体间药物的疗效和副作用存在差异。 促使新药的发现。 根据个体的遗传背景来优化药物治疗方案，即“个
遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或遗传 连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和专一的 多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱
基因组学
最早1986年，由美国霍普金斯大学著名 人类遗传学家和内科教授McKusick （1921-2008）提出来的
2 遗传图绘制
ABO 血型基因座上具有编码不同半乳糖转移酶复等位基因
其特异性决定了血型的差别
2.2.1 基因标记
基因是非常有用的标记，但并不是理想的。原因： 1. 可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及 多基因。 2. 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，遗 传图中留下大片的无标记区段。 3. 只有部分基因其等位基因成员可以通过常规实 验予以区分，因而产生的遗传图是不完整的。
子标记。
2. 简单序列长度多态性(SSLP)
1) 可变排列的简单重复序列, 即重复次数不一, 在染色体的同一座位重复序列拷贝数不同; 2) SSLP的类型: 小卫星序列(minisatellite), 有时又称可变串联 重复（VNTR），重复单位较长。重复序列为16100个核苷酸，主要分布在染色体端粒及着丝粒 微卫星序列(micrisatellite), 或称简单串联重 复（STR），重复单位较短。重复序列只有2-6个 核苷酸，分布在整个基因组。
•SNP只涉及单个碱基的变异，这种变异可以由单个碱基的转 换（包括C与T互换，G与A互换），或颠换（包括C与A、G与 T、C与G、A与T互换）引起。
•点突变，位于密码子的摇摆位置，表现为沉默突变而被大 量保留下来。大多数不能被限制酶识别，必须采取测序或寡 聚核苷酸杂交检测 •在人类基因组中可达到300万个，平均每1000个碱基对就 有一个
2.2.2 DNA标记
基因之外的作图工具统称为DNA标记。与基 因标记一样，DNA标记必须有至少两个等位 基因才是有用的。有三种类型的DNA序列特 征可以满足这一要求：
1. 限制性片段长度多态性（restriction fragment
length polymorphisms, RFLP）
2. 简单序列长度多态性（simple sequence length
基因组学
名词解释：第一章基因组遗传图（连锁图）：指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。
单位是厘摩cM （基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率）。
物理图：以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，sequence-tagged site, STS）为“路标”，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。
转录图：以EST（expressed sequence tag ，表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。
EST：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5'或3'端序列称为表达序列标签（EST），一般长300-500 bp左右。
序列图（分子水平的物理图）：序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的总和。
基因：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。
基因组（genome）：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和。
基因组学（genomics）：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。
C值：单倍体基因组的DNA总量，一个特定种属具有特征C值C值矛盾（C value paradox）：指一个有机体的C值和其编码能力缺乏相关性。
单一序列：基因组中单拷贝的DNA序列。
重复序列：基因组中多拷贝的DNA序列。
复杂性（complexity）：基因组中不同序列的DNA总长。
高度重复序列（highly repetitive sequence）：重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对（base pair，bp）之间（一般不超过200 bp），串联重复频率很高（可达106以上），高度重复后形成的这类重复顺序称为高度重复顺序。
中度重复序列（intermediate repetitive sequence ）：重复长度300～7000 bp不等，重复次数在102～105左右。
遗传图谱绘制及其在种群遗传分析中的应用
遗传图谱绘制及其在种群遗传分析中的应用遗传图谱是绘制个体或种群基因组的一种图形化表示方法。
遗传图谱可以揭示基因之间的相互关系，帮助科学家理解和研究遗传信息传递的方式。
在种群遗传学中，遗传图谱的绘制和分析可以提供有关种群遗传结构、基因流动和基因多样性等重要信息，对于保护和管理野生物种以及推动农作物育种具有重要意义。
遗传图谱的绘制通常基于分子标记技术，如DNA分子标记和SNP分析。
DNA分子标记可以帮助科学家识别基因组上具有特定遗传差异的位点，从而绘制出遗传图谱。
通过对多个个体或种群的DNA样本进行分析，我们可以得到一个具有多个位点和多个个体的遗传图谱。
在绘制遗传图谱时，首先需要选择合适的标记技术。
常用的标记技术包括PCR-RFLP、SSR、AFLP和SNP等。
每种标记技术都有其优点和限制，因此在选择标记技术时需要充分考虑研究目的和样本特点。
其次，需要选择合适的个体或种群进行样本收集。
在种群遗传分析中，样本的选择是至关重要的。
一般来说，样本应该具有代表性，包括来自不同地理区域或群体的个体。
此外，样本的数量也是影响遗传图谱绘制的重要因素，较大的样本数量可以提供更准确和可靠的结果。
一旦获得了样本，就可以通过分子标记技术对其进行分析。
例如，可以使用聚合酶链反应（PCR）扩增位点DNA，并使用限制性内切酶（RFLP）或测序等方法对扩增产物进行检测。
通过将多个位点的数据组合起来，就可以绘制出遗传图谱。
绘制好的遗传图谱可以用来研究种群的遗传结构和基因流动。
遗传结构是指种群中不同个体之间的遗传联系和分离程度。
遗传图谱可以帮助我们判断不同个体或群体之间的遗传距离，揭示种群的遗传联系和分离情况。
此外，遗传图谱还可以用来分析种群的基因流动，即不同个体或群体之间基因交换的程度。
基因流动对于种群的遗传多样性和适应力具有重要影响，因此对基因流动的研究在物种保护和育种中十分重要。
除了研究种群遗传结构和基因流动外，遗传图谱还可以用来评估种群的遗传多样性。
2.3遗传作图的方法
2.3遗传作图的方法2.3 遗传作图的方法染色体作图：确定相互连锁的基因在染色体上的相对位置以及它们之间的遗传距离的过程，又称为基因定位(gene mapping)。
连锁图：根据基因在染色体上直线排列的定律，构建的基因位置以及相互交换值的图谱称为连锁图(linkage map)或遗传学图(genetic map)2.3.1 构建遗传图谱的基本原理假设交换是随机发生的，一对并列的染色单体上任何两点发生交换的机会是均等的；两个彼此靠近的基因之间因交换而分离的的几率要比互相远离的2个基因之间发生分离的几率要小。
随机的染色体上两个任意基因座越远，它们越容易被染色体断裂所分离。
因此重组率可以成为测量两个基因之间相对距离的尺度。
计算出不同基因间的重组率，就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的图。
真核生物遗传过程中会发生减数分裂，此过程中染色体要进行重组和交换，这种重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化。
根据概率大小，就可以推断出同一条染色体上两点间的相对距离和位置关系。
正因为如此，得到的这张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。
我们称这一距离(概率)为遗传距离(cM)，由此构建的图谱也称为遗传图谱。
重组率：是指重组型配子占总配子数的百分比，用Rf表示。
Rf ＝(重组型配子数/总配子数) ×100%交换值：重组率通常又称为交换值。
但严格地讲，交换值不能等同于重组率。
因为非等位基因之间可能发生多重交换，但不一定形成重组型配子，导致用重组率代表交换值会造成偏低估计。
基因间距离与交换值、遗传距离、连锁强度遗传图的偏离与造成遗传图偏离的原因重组热点（r e c o m b i n a t i o n h o t s p o t):染色体上某些比其他位点有更高交换频率的位点。
近端粒区和远着丝粒区有较高重组率。
性别之间也表现重组率的差异。
双交换的出现，产生距离减少的假象。
遗传学图的绘制1）测定基因所属连锁群2）确定基因在染色体上的顺序连锁群(linkage map)：位于同一染色体上的所有基因构成一个连锁群。
人教版初中八年级生物下册第七单元第二章-生物的遗传与变异第二节 基因在亲子代间的传递-经典PPT教学
2.测量：部位 种子长轴 ，用具
、方法 。
3.处理数据：以 毫米 为单位计，四舍五入，保留 整数位。
讲授新课
学案A:测量不同品种花生种子长度填入数据记录表， 算出每个品种的平均值，并绘制不同品种花生种子 长度平均值统计图。 学案B: 统计每个长度范围内不同品种花生种子数目 填入分布情况记录表，并绘制不同品种花生种子长 度分布曲线。
性状
小小的树叶所具有的属性是多样的： 长短、宽窄、厚薄、色彩的浓淡、 边缘的锯齿形状、中间的脉络走向……
导入新课
地球是个物种丰富的星球！
也是一个充满变异的世界!
导入新课
快乐姐妹眼果蝇和白眼果蝇的头部
达尔文记载的安康羊
幼猪肤色
不同品种的玉米果穗
导入新课
玫瑰花色
产
量
选择、繁育
不
同
的
奶
选择、繁育
牛
高产奶牛
讲授新课
原 因 分 析
不同的奶牛控制产奶量的基因组成不同，通过人 工选择可以将产量高的奶牛选择出来，这种奶牛含有 控制高产奶量的遗传物质，经过繁殖，再从下一代中 选择产奶量多的奶牛，最终可以得到高产奶牛。
讲授新课
杂交 高产倒伏小麦 低产抗倒伏小麦
高产抗倒伏小麦
提出问题：
1.不同品种花生种子大小存在变异吗？ 2.花生种子的大小和环境有关吗？ 3.大花生的种子一定比小花生的大吗？ 4.大花生种子的平均值一定比小花生种子的平 均值大吗？
讲授新课
作出假设：
不同品种花生种子大小存在变异
讲授新课
制定计划：
1.材料：选用 两个品种的花生 种子， 随机 取样， 数量 各20粒 。
Ａ、同卵双生姐妹，姐姐比妹妹略胖 Ｂ、种在肥沃土壤中的水稻颗粒饱满 Ｃ、不同人种的肤色不同 Ｄ、某人用眼不当导致近视
第02章 遗传图绘制
最早涉及RFLP的论文
1) Botstein D, White RL, Skolnick M, Davis RW (1980) Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. Am J Hum Genet 32:314–331 [PubMed] 2. Gusella JF, Wexler NS, Conneally PM, Naylor SL, Anderson MA, Tanzi RE, Watkins PC, Ottina K, Wallace MR, Sakaguchi AY, Young AB, Shoulson I, Bonilla E, Martin JB (1983) Polymorphic DNA marker genetically linked to Huntington’s disease. Nature 306:234–238 [PubMed] doi: 10.1038/306234a0. 3. Knowlton RG, Cohen-Haguenauer O, Van Cong N, Frezal J, Brown VA, Barker D, Braman JC, Schumm JW, Tsui LC, Buchwald M, Donis-Keller H (1985) A polymorphic DNA marker linked to cystic fibrosis is located on chromosome 7. Nature 318:380–382 [PubMed] doi: 10.1038/318380a0.
基因组路标(landmarker)
基因组
1“基因组学”精要第1 章基因组学概论1)基因组学：研究基因组结构和功能的科学，其内容包括基因的结构、组成、存在方式、表达调控模式、基因功能和相互作用等2)结构基因组学：以全基因组测序为目的的基因结构研究，通过基因组作图、核酸序列分析来确定基因组成、基因定位的科学。
其目的是建立高分辨率的遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱。
3)功能基因组学：利用结构基因组学提供的信息，以高通量，大规模的实验方法及统计与计算机分析为特征，全面系统地分析全部基因功能学科。
2) 简述基因组学研究的意义？基因组学已经成为现代生命科学的核心领域，催生了许多新兴的生命科学的分支学科与交叉学科，如功能基因组学、进化基因组学等；基因组结构域功能的解读可为医学、健康、农业、林业、畜牧业与医药工业的发展和技术创新提供理论依据•基因组学的研究涉及众多领域，尤其是在人类疾病基因的研究，发挥了十分重要的作用。
•疾病的遗传学基础；•对于致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究中占据着核心的位置；•对疾病的预防、诊断、治疗都有重要意义。
第2 章遗传图绘制4)遗传作图：采用遗传学分析方法（杂交实验和家系分析），将基因或其他DNA顺序标定在连锁群上，构建连锁图。
遗传图距单位为厘摩（cM），每厘摩定义为1%交换率。
5)物理作图：采用分子生物学技术，直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。
4) 简述构建遗传图谱的基本原理？基因连锁、重组交换值5) 为何要绘制遗传图与物理图？●基因组太大,必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图谱进行指导。
●基因组存在大量重复顺序,会干扰排序,因此要高密度基因组图。
●遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。
6)简述DNA 标记的类型及其特点？1、限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphisms, RFLP）特点：1) 处于染色体上的位置相对固定;2) 同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变，即能遗传;3) 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段, 表现为共显性，即能区分纯合和杂合型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SSR多态性标记的优点
1）在基因组中分布均匀； 2）可用DNA测序凝胶直接显示，检测
方便； 3）杂合子DNA多态性表现共显性； 3）群体中SSR标记的多态性信息量高。
PNAS 79:6564, 1982
SNP标记及其特点
1) DNA单链的每个碱基位置可有4种选择：A, T, C, G，即4种可能的多态性。因此SNP可由核苷酸 代换产生；
第2章 遗传图绘制
什么是遗传图?
遗传图(Genetic Map):
通过遗传学方法, 以遗传图距(cM) 为单位绘 制的染色体上基因或标记之间相对位置的 连锁图。
什么是物理图?
物理图(Physical Map):
通过DNA克隆，细胞原位杂交或DNA测序等方法 将DNA克隆或DNA分子标记锚定在染色体的确 定空间位置上而绘制的连锁图。物理图是一种 实物图，有确定的物理距离，如碱基对数目。
例子
n
PICi = 1-Σ Pij2 j=1
标记 C 有两个等位型，1个等位性在群体中的 频率为30%, 另一个为70%
标记C的多态性频率为： PICc = 1- (0.32 + 0.72) = 1- (0.09 + 0.49) = 0.42
分子 标记 遗传 图绘
制
遗传分析确定某一分子标记与遗传病基因位置的连锁关系： D: 正常等位基因；d:突变等位基因；M1，M2：位于同一等 位基因座的分子标记。如果分子标记与疾病基因共分离，表 明这两位点属于同一连锁群。
Polymorphic Information Content的计算
PIC的计算公式(由Bostein提出):
n
PICi = 1-Σ Pij2
j=1
Where PICi is the polymorphic information content of a marker i;
Pij is the frequency of the jth pattern for marker i and the summation extends over n patterns (累加), 即抽样检测时样品为多态的 机率.
RFLP, AFLP, RAPD
2) 第二代分子标记, 重复顺序多态性:
Simple sequence length polymorphisrns, SSLPs Variable number of tandem repeats, VNTR Simple tandem repeats, STR Single sequence repeats, SSR
2)多态性信息量(polymorphic information content, PIC) PIC用来表示群体中某一位点多态性的程度:
PIC 值小于0.25表示群体的多态性较低， PIC 值处于0.25-0.5 之间属于为中度多态性， PIC 值大于0.5为高度多态性。
3) 分子标记按多态性频率大小排列: SNP＞SSR ＞RFLP
2) 人类基因组平均600bp含一个SNP，密度高，分 布均一；
3) 人类基因组SNP总量大于500万； 4) 紧密连锁的SNP可组成单倍型(Haplotype)，便
于构建进化树 ；
5) SNP的缺点：需要DNA测序或芯片杂交确定，
费用较高。
如何检测 SNP
SNP检测的实验手段 经典方法采用PCR-单链构 象多态性（PCR-SSCP）分析、RFLP、 dHPLC和HA等，必须通过凝胶电泳等进行分 析。
Locus: 座位是经典遗传学中常用的概念, 系指染 色体上经遗传分析确定的某个位置, 它们 可以是基因、DNA顺序或分子标记，单具 体物理位置不确定。因此locus系指遗传单 元在染色体所占据的相对位置。
Site: 位点是指基因组物理图上某一确定的DNA 顺序。
遗传作图标记
1) 第一代分子标记,单一顺序多态性:
大肠杆菌遗传作图
大肠杆菌的遗 传图绘制主要 采取结合转移 方法。通过转 移供体染色体 片段与受体细 菌同源DNA发 生重组与交换， 可绘制遗传遗 传图。遗传图 图距以转移时 间计算，图距 单位为分钟。
大肠杆菌遗传图
大肠杆菌遗传图, 环状DNA, 图距单位min, 长100 min.
谢谢!
2）标记 为了确保分散的DNA片段正确归位, 必 须寻找一批标记,它们在染色体上的位置是已 知的、唯一的、确定的, 并位于不同的测序片 段之中。这些标记可以指导DNA克隆准确地 锚定到染色体的确切位置。
基因 组测 序的 策略
-
由下至 上(左)
-
由上至 下(右)
全基因组鸟枪法测序和基于克隆物理图的测序都 必须要有高密度的分子标记。
为何要绘制遗传图和物理图？
1)基因组太大,必需分散测序,然后将分 散的顺序按原来位置组装,需要图譜 进行指导。
2)基因组存在大量重复顺序,会干扰排序, 因此要高密度基因组图。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互 整合校正。
基因组测序的研究路线
分子标记与基因组作图
1）目标 基因组测序的基本策略是将整个基因组 分割成一些小片段分别测序, 然后将测序的片 段进行组装, 使其回归到原来的位置。
RFLP的特点
1) 处于染色体上的位置相对固定; 2) 同一亲本及其不同多
态性片段, 表现为共显性. 4) 需要用Southern杂交检测显示.
第二代分子标记---SSR
1) 可变排列的简单重复顺序, 即重复次数不一, 在染色体的同一座位重复顺序拷贝数不同。
高通量检测SNP 的技术方法，如MALDI-TOF、 DNA Chip以及DNA测序、动态特异等位基因 杂交（dynamic allele-specific hybridization)。
群体多态性组成频率(PIC)
1)杂合性(heterozygosity) 在一个群体中等位基因位点杂合个体占总样本 的比例,与等位形式多少有关。
2) SSR的类型: 小卫星序列(minisatellite), 重复单位较长 微卫星序列(micrisatellite), 重复单位较短, 注: 在1-6个核苷酸之间, 是常用的分子标记。
如何检测
SSR
在SSR多态性位 点DNA序列 两侧存在保守 的顺序。根据 这些序列可设 计成对引物扩 增，经测序凝 胶电泳分辨， 检测不同SSR 分子标记。
分子标记
基因组路标(landmarker)
标记1 标记2
标记3
染色体上的基因和DNA顺序 均可作为路标, 路标具有 物理属性,它们由特定的 DNA顺序组成. 路标位于 染色体上的位置是固定的, 唯一的,不会更改的,因而 提供了作图的依据。基因 组路标就是DNA分子标记。
座位(locus)与位点(site)
3) 第三代分子标记, 单核苷酸多态性:
Single nucleotide polymorphisms, SNP
第一代分子标记---RFLP
RFLP: Restriction Fragment Length Polymorphism
限制性片段长度多态性
最早发现的DNA分子标记--RFLP
同源染色体的相同位置含有同源DNA区段，它们之间可能存在某些碱 基序列的差异。这些差异如果发生在限制酶识别的位置，在进行限 制酶酶切时，就会产生长短不一的片段。