图位克隆的基本原理和方法-PPT课件
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图位克隆的原理及应用
图位克隆的原理及应用引言图位克隆技术是一种基于图像处理和计算机视觉的方法，用于从给定的源图像中提取目标物体，并将其精确地复制到另一个图像中的指定位置。
该技术可以广泛应用于虚拟现实、计算机游戏、视频编辑等领域。
本文将介绍图位克隆的原理以及其应用。
一、图位克隆的原理图位克隆的原理基于像素级的操作，主要包括以下几个步骤：1. 源图像选择首先，需要选择一个源图像作为克隆的参考。
源图像应包含要复制的目标物体，并尽量与目标图像的背景相似。
2. 目标物体的提取接下来，需要使用图像分割算法从源图像中提取出目标物体。
图像分割算法可以基于阈值、边缘检测、颜色空间等进行，其目的是将目标物体与背景分离。
3. 特征点匹配在目标物体提取后，需要对源图像和目标图像进行特征点检测，并进行匹配。
特征点可以是角点、边缘点或其他具有唯一性的点，用于确定两个图像之间的对应关系。
4. 变换参数计算通过特征点匹配，可以得到源图像和目标图像之间的变换关系。
根据这些对应关系，可以计算得到变换矩阵，用于将源图像中的目标物体变换到目标图像中。
5. 图像融合最后，将变换后的目标物体与目标图像进行融合。
图像融合可以通过像素级别的操作，如颜色插值、像素加权平均等方法实现。
二、图位克隆的应用图位克隆技术具有广泛的应用前景，在以下领域得到了广泛的应用：1. 虚拟现实图位克隆可以用于虚拟现实中的互动体验。
通过将用户的身体动作与克隆的虚拟物体进行匹配，可以实现与虚拟物体的互动效果，提供更加逼真的虚拟现实体验。
2. 计算机游戏在计算机游戏中，图位克隆可以用于创建更加真实的游戏场景。
通过克隆和复制游戏中的物体，可以提高游戏的真实感和交互性，增强玩家的沉浸感。
3. 视频编辑图位克隆可以用于视频编辑中的特效制作。
通过将克隆的对象嵌入到不同的视频场景中，可以创造出令人惊艳的特效效果，提高视频的观赏性和吸引力。
4. 图像修复对于损坏或缺失的图像部分，可以使用图位克隆技术进行修复。
图位基因克隆
图位基因克隆在生命科学的广袤领域中，图位基因克隆技术宛如一颗璀璨的明星，为我们揭示基因的奥秘、理解生命的密码提供了强大的工具。
它是一项复杂而精妙的技术，涉及众多学科的知识和技术手段，让我们一同走进这个神奇的世界，探寻图位基因克隆的奥秘。
要理解图位基因克隆，首先得明白基因在染色体上的位置并非随机分布，而是有着特定的规律和秩序。
而图位基因克隆就是基于这种位置信息来定位和分离目标基因的方法。
想象一下，染色体就像是一条长长的道路，基因则是这条道路上的一个个站点。
我们要找到特定的那个“站点”——目标基因，就需要有一张详细准确的“地图”。
这张“地图”就是遗传图谱和物理图谱。
遗传图谱是通过分析不同基因之间的遗传连锁关系构建而成，它就像是给我们指明了各个“站点”之间的相对距离和大致方向。
物理图谱则更加精确，它能告诉我们基因在染色体上的具体位置和实际距离。
有了这两张“地图”，我们就可以开始寻找目标基因的征程了。
首先，我们需要找到与目标基因紧密连锁的分子标记。
这些分子标记就像是道路上的路标，能帮助我们逐渐靠近目标基因。
通过对大量的个体进行基因分析和遗传标记检测，我们可以确定这些标记与目标基因之间的距离和位置关系。
接下来，就是通过染色体步移或者染色体跳跃等技术，逐步缩小目标基因所在的区域。
这就好比我们沿着道路一步步前进，不断接近我们的目的地。
在这个过程中，需要进行大量的实验和数据分析，每一步都需要严谨细致，容不得半点马虎。
当目标基因所在的区域被缩小到一定程度后，就可以利用基因文库筛选或者 DNA 测序等技术来确定目标基因的具体序列。
基因文库就像是一个装满了基因片段的宝库，我们要在其中找到我们所需要的那一片“拼图”。
而 DNA 测序则能让我们直接读取基因的“密码”，最终确定目标基因的身份。
图位基因克隆技术在农业、医学等领域都有着广泛的应用。
在农业方面，它可以帮助我们培育出更加优良的作物品种。
比如，通过克隆与抗病虫害相关的基因，我们可以让农作物拥有更强的抵御病虫害的能力，从而减少农药的使用，提高农产品的产量和质量。
植物基因的图位克隆
植物基因的图位克隆关键词：植物基因、图位克隆、基因功能、实验流程、挑战与解决方案引言随着生物技术的不断发展，对植物基因功能的研究已成为农业、生态学等领域的重要课题。
图位克隆技术作为一种前沿的基因克隆方法，已在许多植物基因的研究中发挥重要作用。
本文将详细介绍植物基因图位克隆的技术原理、应用及面临的挑战和解决方案。
主体部分一、植物基因图位克隆的技术原理和应用植物基因图位克隆是一种基于基因组图谱的基因克隆技术，其基本原理是在基因组图谱中找到与目标基因相关的DNA片段，然后通过分子生物学方法克隆出该基因。
该技术在植物基因功能研究中的应用主要体现在以下几个方面：1、揭示基因与表型特征之间的关系：通过图位克隆技术，科学家们可以克隆出与特定表型特征相关的基因，进而研究其功能和作用机制。
2、发掘抗逆基因资源：植物在逆境条件下常常表现出独特的适应性，图位克隆技术可以帮助我们克隆这些抗逆基因，为作物改良提供宝贵资源。
3、解析植物发育过程中的关键基因：通过图位克隆技术，可以克隆出植物发育过程中发挥关键作用的基因，深入研究其调控网络和作用机制。
二、植物基因图位克隆的实验流程和操作植物基因图位克隆的实验流程包括以下几个主要步骤：1、样本采集：根据研究目标和实验需求，采集不同类型和不同发育阶段的植物组织样本。
2、基因的筛选：利用生物信息学方法和基因组图谱，筛选出与目标表型特征或生理特性相关的候选基因。
3、定位分析：对候选基因进行定位，可以通过比较基因组序列、染色体构象信息等手段，确定目标基因在染色体上的位置。
4、基因克隆：根据定位结果，设计特异性引物，采用PCR等分子生物学方法，克隆出目标基因的完整序列。
5、功能验证：通过转录组分析、蛋白表达及互作等实验手段，验证目标基因的功能及其在植物生长发育和抗逆过程中的作用。
三、植物基因图位克隆的挑战和解决方案尽管植物基因图位克隆技术已取得许多突破性成果，但在实际应用中仍面临一些挑战，如基因表达水平低、基因组规模大等。
文档图位克隆原理及应用
位克隆技术的原理及其在分离玉米基因中的应用刘朝显2010.11.3 2 内容摘要图位克隆技术的基本原理1 图位克隆的技术环节 2 图位克隆在分离玉米基因中的应用 3 一. 图位克隆技术的基本原理 1. 图位克隆（Map-based cloning）: 定位克隆（position cloning）,1986 年首先由剑桥大学的Alan coulson 提出。
正常遗传学 2. 基本原理：根据功能基因在基因组中都有相对较稳定的基因座，在利用分子标记技术对目的基因精细定位的基础上，用与目的基因紧密连锁的分子标记筛选DNA文库，通过染色体步移(chromosome walking)逼近目的基因或通过染色体登陆(chromosome landing)方法最后找到包含有该目的基因的克隆，最后经遗传转化试验证实目的基因功能。
3 3. 图位克隆技术的优越性与局限性优点：不需要事先了解目的基因的表达产物，这为克隆许多有重要经济价值的农作物基因提供了有效的手段，因为这些基因的产物大多都是未知的。
缺点：基因组中的重复序列导致染色体步移困难，甚至将步移引入歧途。
4 一. 图位克隆技术的基本原理 4. 图位克隆示意图 5 一. 图位克隆技术的基本原理M1 M2 Gene 连锁标记的筛选M1 M2 Gene 初定位M3 M2 Gene 精细定位M3 M4 M5 M6 M7 M8 合成探针筛选基因组文库转基因功能验证BSA，NIL 300左右5000左右二. 图位克隆的技术环节 6 1.定位群体的构建⑴亲本选择原则:选择高度纯合，遗传差异大，DNA多态性丰富的亲本（实现基因精细定位的重要前提）可选用多个亲本进行多态性筛选⑵定位群体的组配：基因的定位是基于分离后代中交换单株出现的频率大小而实现的，因此组配一个遗传信息多群体大小适中的分离群体尤其重要。
BC1,F2 非永久性群体群体类型RIL,DH，NIL 永久性群体 2. 初定位(玉米：100-350株) 近等基因系（near-isogenic line,NIL ）法: 近等基因系是指几乎仅在目标性状上存在差异的两种基因型个体, 这可通过连续回交的途径获得。
图位克隆原理
(2)不完全显性：F1表现为双亲性状的中间型。
(3)共显性：F1同时表现双亲性状，而不是表 现单一的中间型。
RR ↓ rr
•由于根长还受影响培
Rr
养环境等影响，因为
↓
不完全显性的情况比
1RR : 2Rr : 1rr 较难判断
孟德尔规律
►二、非等位基因间的相互作用
无互作： 有互作：
9:3:3:1
9：7 互补作用 15：1 重叠作用 13：3 抑制作用 9：6：1 累加作用 9：3：4 隐性上位作用 12：3：1 显性上位作用
什么是重组子
►在突变位点附近区域内绝大部分 的样品跑样结果都应该为只有非 重组的Col条带，即记录Rf为0， 只有少数的样品存在交换，Rf记 为1。
►图中的6、12号样品即为重组子
筛选重组子的目的
► 在筛选出6、12号两个重组子以后，假设 在目标区域内寻找到新的标记引物，就 不需要把所有的个体跑样，只需要跑重 组子个体
►END
交换次数 配子总数
×100%
3×2 + 7
= 19 × 2
×100% ≈34 cM
SSLPs
SSLPs
►40.48 %
►4.76%
►20.00 %
4.76%
12.5% 12.5% 36%
筛选 F2 代 短根 移栽
3周左右
提基因组
各对引物PCR
统计计算Rf
步骤总结
缩小范围 寻找新Marker 扩大群体 (筛选重组子)
►密度： 每 6.6kb 存在一个
SNP
= single nucleotide polymorphism
►单核苷酸多态性
►主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异 所引起的DNA序列多态性。SNP所表现的多态性 只涉及到单个碱基的变异，这种变异可由单个 碱基的转换或颠换所引起，也可由碱基的插入 或缺失所致。但通常所说的SNP并不包括后两种 情况。(后面两种情况的多态性一般归为InDel）
图位克隆原理
注意后两种情 况反映的是来 自于两个配子 的染色体区段 的情况
包含来自于 两个亲本的 染色体片段
包含来自于 Col 两 条 染 色体区段
包含来自于 Ler两条染色 体区段
*
Col
*
* **
*
*
**
1、4、8、10、11、13、15、18、19共9个 样品，只包含来自于亲本Col的染色体区段， 没有发生交换
孟德尔规律
• 二、非等位基因间的相互作用 无互作： 9:3:3:1 有互作： 9：7 互补作用 15：1 重叠作用 13：3 抑制作用 9：6：1 累加作用 9：3：4 隐性上位作用 12：3：1 显性上位作用
Thanks for attention.
• END
SNP = single nucleotide polymorphism • 单核苷酸多态性 • 主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异 所引起的DNA序列多态性。SNP所表现的多态性 只涉及到单个碱基的变异，这种变异可由单个 碱基的转换或颠换所引起，也可由碱基的插入 或缺失所致。但通常所说的SNP并不包括后两种 情况。(后面两种情况的多态性一般归为InDel） • 密度： 每 3.3kb 存在一个
SSLPs
父本染色体
F1
母本染色体
假设： Aa 突变位点 Bb Marker 突变为 隐性突变
F1
F1 配子
长根
长根
长根
长根
长根
短根
长根
长根
短根
短根
F2 短根个体
Col 单带
Ler单带
Col Ler 双带
• 因为F2代根据表型来筛选个体时，我们人工选 择的是短根表型，选择的个体为短根aa，即突 变位点不可能存在交换，交换率= 0 • 其他位点可能存在交换，利用带型差异判断交 换次数
图位克隆原理知识讲解
SNP
= single nucleotide polymorphism
• 单核苷酸多态性 • 主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异
所引起的DNA序列多态性。SNP所表现的多态性 只涉及到单个碱基的变异，这种变异可由单个 碱基的转换或颠换所引起，也可由碱基的插入 或缺失所致。但通常所说的SNP并不包括后两种 情况。(后面两种情况的多态性一般归为InDel）
F1 plant
假设： 只存在单交换
自交
F2 plants
只有左侧三种植株会选入定位群体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分子标记M5与突变位点的遗传距离：
M5处发生交换的 植株包括三种情况
10/100
6/100
4/100
(20/(100×2 )) ×100%=10cM
假设： 统计100个个体
分子标记M4与突变位点的遗传距离：
比较产物长度
• CAPs
= cleaved amplified polymorphic sequences 酶切扩增多态性
利用酶切位点
Marker: MIG5-B
HC C
L
• dCAPs = derived CAPS 设计引物引入错配碱基，从而引入酶切位点
其它标记
InDel
= insertion-deletion 插入缺失标记，指的是两 种亲本中在全基因组中的差异，相对另一个亲 本而言，其中一个亲本的基因组中有一定数量 的核苷酸插入或缺失。根据基因组中插入缺失 位点，设计一些扩增这些插入缺失位点的PCR 引物，这就是InDel标记。 部分SSLP就是由 InDel转化而来
在拟南芥的众多生态型中最常用的三种是 • Landsberg erecta(Ler) • Columbia(Col) • Wassilewskija(Ws)
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将构建的BSA池分别用本室的255对在亲本ZH11/ZS97间存在多态性的SSR标 记进行PCR扩增，经过跑PAGE胶找到与目标性状紧密连锁的标记。
8
HL15(M )
HL15(W ) ZS97
ZH11
HL15(M ) HL15(W ) ZS97
ZH11
HL15(M) HL15(W) HY5(M) HY5(W) HY3(M) HY3(W) HY2(M) HY2(W) HY1(M) HY1(W) ZS97 ZH11
找到紧密连锁的分子标记之后我们就要进行一个“阳性”检测： 即检测这个找到的分子标记是不是真正的与目标性状连锁。 我们对F2代群体中随机选取一个200左右的小群体，将找到的分 子标记分别扩增这些样，看表型与基因型是否对应。 同时我们可以用这个小群体进行一个初步的基因定位。
9
一. 表型观察
Fine mapping
4
作图群体
将纯合突变体与ZS97进行杂交，对杂交的种子进行基 因型鉴定，找到杂合型种子（即种子能够发生分离）， 将杂合F1代种子种下去后就能得到F2代群体。
5
r/r
R/R
P1 纯合突变体
×
P2 ZS97
F1
R/r
F2
R/R
R/r
r/r
6
primary mapping method
Bulked Segregment Analysis：群组分离分析法。原理是将分 离群体(F2、BC1等)中的个体依据研究的目标性状(如抗病、 感病)分成两组，每一组取样8-15份，在每一组群体中将各个 体DNA等量（等浓度等体积）混合，形成两个DNA池(如抗 病池和感病池)。同时需要构建两个亲本（ZH11/ZS97）的 BSA池。由于分组时仅对目标性状进行选择，因此两个池间 理论上就应主要在目标基因区段存在差异。
图位克隆的基本原 理和方法
何宗顺 2011.12.7
1
图位克隆的基本原理
其基本的原理是： 功能基因在基因组中都有相对较稳定的基因座，通过找到 与目标性状紧密连锁的分子标记，在利用分子标记技术对 目的基因精细定位的基础上，由于水稻全基因组序列的发 布，我们可以得到已定位区段的候选基因，通过对候选基 因进行分析，确定目标基因，最后经遗传转化试验证实目 的基因功能。
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精细定位
• 扩大群体，进行精细定位
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Complementation test
找到候选基因后可对候选基因进行分析以排除非目标基因， 可以通过比较扩增，测序，表达量检测及目标性状相关的 生化和生理途径等方法来排除。当然最后要说明问题的话 就是构建互补载体做一个互补验证。
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20
InDel/Caps标记：将要开发标记的日本晴区段序列与93-11做一个 blast，选取插入或者缺失比较大的位点设计引物。 SNPS标记:可以通过测序找到在ZH11/ZS97间存在单碱基差异的位点， 或者找谢老师咨询。14Βιβλιοθήκη Candidate gene
将最后精细定位区段在/cgibin/gbrowse/rice/ 中输入定位区间的物理位置，即可显示出候选基因。
二. 筛选交换单株
三. 开发新的分子标记
10
r/r
R/R
P1 纯合突变体
×
P2 ZS97
F1
R/r
F2
R/R
R/r
正常表型
r/r 突变表型
11
ZH11：“A” ZS97：“B”
交换有两种带型：H和B
12
单株 1 2 3 4 5
M1
H AABH
M2
H AABA
M3
A AAAA
M4
A HAAA
M5
AH HAA
67 AA AA AA BH BB
8 9 10 AA B AA A AA A HA A HB A
基因和表型相对应！
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开发新的标记：
新的SSR标记： /modules/redbtools/ssrscan.php， 运行SSRScan就会得到该段序列的简单重复序列。
2
图位克隆的步骤：
Primary mapping Fine mapping Candidate gene
Complementation test Functional analysis
3
Primary mapping
primary mapping method and Mapping population