绵羊基因组信息PPT课件

1、绵羊基因组研究绵羊基因组研究遗传图和物理图谱遗传图和物理图谱1.2.一、羊的基因组概念完整羊基因组由细胞核中的核完整羊基因组由细胞核中的核DNA和细胞质和细胞质中的线粒体中的线粒体DNA上的所有基因组成。上的所有基因组成。羊基因组项目的目标就是要鉴定出包含在这羊基因组项目的目标就是要鉴定出包含在这两大部分两大部分DNA上的全部基因上的全部基因(编码基因和标编码基因和标记基因记基因)，据目前估计羊基因组基因总数不超，据目前估计羊基因组基因总数不超过过10万个。羊基因组的研究内容包括：核基万个。羊基因组的研究内容包括：核基因组中染色体数及形态结构，即羊细胞核中因组中染色体数及形态结构，即羊细胞核中

2、的染色体数的染色体数绵羊二倍体绵羊二倍体2n=54，单倍体，单倍体n=28，即，即26条常染色体加上两条性染色体条常染色体加上两条性染色体X和和Y。345遗传联锁图遗传联锁图物理图物理图基因组图谱基因组图谱微卫星其它DNA多态片段基因DNA标记6BTA14 + BTA9QTL QTL 健康健康QTLQTL 生长生长QTL 出生体重-BTA14QTL 断奶体重-BTA9+BTA14QTL 周岁体重-BAT14QTL 胴体重-BTA147估计位于绵羊估计位于绵羊1号染色体号染色体(Oar1)上上 初生体重QTL=M-Marker15cM55cM8FISH9羊核基因组染色体羊核基因组染色体Q，R，G

3、等标准带型研等标准带型研究已经完成。羊基因遗传联锁图和物理结究已经完成。羊基因遗传联锁图和物理结构图正在进行中。构图正在进行中。羊的基因组中的所有基因通常可分为两大羊的基因组中的所有基因通常可分为两大类型：即类型：即I型基因主要为负责各种蛋白质氨基酸主要为负责各种蛋白质氨基酸编码的基因组成，又叫结构基因或功能基编码的基因组成，又叫结构基因或功能基因；这类基因具有结构稳定、变异小等特因；这类基因具有结构稳定、变异小等特性，它们均有相应的基因产物性，它们均有相应的基因产物(蛋白质或酶蛋白质或酶等等)。10II型基因主要为非编码的、具有主要为非编码的、具有高度变异、不同大小的高度变异、不同大小的DN

4、A序列片序列片段所组成，又称为段所组成，又称为DNA标记位点，标记位点，这类位点均具有相当程度的多态性，这类位点均具有相当程度的多态性，同时它们的在数量上远远多于同时它们的在数量上远远多于I型基因，估计它们约占整个羊基因组中基，估计它们约占整个羊基因组中基因总数的因总数的90%以上。以上。11羊的羊的 线粒体DNA基因组(mtDNA)呈母性遗传，呈母性遗传，全部碱基数为全部碱基数为16616 (Hiendleder 1998)，并，并且由且由15个编码基因和个编码基因和22个个tRNA基因组成。基因组成。绵羊基因组研究的主要绵羊基因组研究的主要目标之一是通过基因组目标之一是通过基因组图制作和应

5、用，在图制作和应用，在DNA分子水平来定义和解释分子水平来定义和解释绵羊的各种重要生产性绵羊的各种重要生产性状的遗传基础状的遗传基础。12二、羊基因组图谱及制作1 基因组图谱概念 羊基因组图谱包括羊基因组羊基因组图谱包括羊基因组连锁图，基因，基因组组物理图和和物理与连锁图的比较图以及以及 与其它种(如人、鼠、牛和猪等)的比较图谱。132 绵羊基因组连锁图(linkage map)又称为又称为绵羊的基因组遗传图绵羊的基因组遗传图(genetic map)。 它描述的是绵羊各种基因位点它描述的是绵羊各种基因位点(包括各类标记包括各类标记位点位点)在绵羊染色体上的在绵羊染色体上的相对位置，它是研究，

6、它是研究各基因位点间共同遗传规律的重要基础。目各基因位点间共同遗传规律的重要基础。目前它主要用前它主要用遗传标记位点来确定基因位点间来确定基因位点间的关系，遗传标记既可是可表达的的关系，遗传标记既可是可表达的DNA区段区段(编码基因编码基因)，也可是无编码功能的，也可是无编码功能的DNA小片小片段段，或，或一个酶切位点和一个点突变位点，而切位点和一个点突变位点，而且其遗传方式均和普通基因一样遵循特定的且其遗传方式均和普通基因一样遵循特定的遗传规律。两个位点间的距离用遗传规律。两个位点间的距离用cM(centi-Morgan)来测定。141cM遗传距离等于遗传距离等于1百万碱基对百万碱基对(bp

7、)的物理的物理距离。距离。1cM定义为在同源姐妹染色体在形成单倍体定义为在同源姐妹染色体在形成单倍体配子减数分裂期间发生配子减数分裂期间发生1%染色体重组。换染色体重组。换句话说，当两个遗传位点在同一染色体片句话说，当两个遗传位点在同一染色体片段上的物理距离相隔段上的物理距离相隔1百万百万bp时，它们在减时，它们在减数分裂过程中发生重组的概率为数分裂过程中发生重组的概率为1%。 通常两个位点的物理距离越远，它们发生重组通常两个位点的物理距离越远，它们发生重组的概率就越大，在未发生重组前的遗传距离也的概率就越大，在未发生重组前的遗传距离也就越大，在连锁分析中发现它们的可能性也就就越大，在连锁分析

8、中发现它们的可能性也就越大，这样的两个遗传位点称为非紧密连锁遗越大，这样的两个遗传位点称为非紧密连锁遗传位点。反之称为紧密连锁遗传位点。传位点。反之称为紧密连锁遗传位点。153 绵羊的基因组物理图(physical map)是染是染色体上所有基因位点的色体上所有基因位点的真实定位图(例如限例如限制性酶切位点，功能基因，标记基因等制性酶切位点，功能基因，标记基因等)。基因物理位置通常不涉及基因的遗传行为，基因物理位置通常不涉及基因的遗传行为，只注重它们的存在位置、长度及结构形式。只注重它们的存在位置、长度及结构形式。用碱基数目来测量其距离或者说它们的长用碱基数目来测量其距离或者说它们的长度。度。

9、 绵羊的基因组低分辨率的物理图是绵羊的基因组低分辨率的物理图是28条染色体条染色体上的不同类型的带型图，而最高分辨率的物理上的不同类型的带型图，而最高分辨率的物理图将是全部染色体上核苷酸或碱基数目与它们图将是全部染色体上核苷酸或碱基数目与它们的排列顺序。的排列顺序。164 绵羊基因组项目的目标：完全详细的绵完全详细的绵羊遗传图分辨率为羊遗传图分辨率为2Mb(1Mb=1cM)，而物，而物理图分辨率定为理图分辨率定为0.1Mb(0.1cM)，检测出全，检测出全部碱基序列的分辨率则为部碱基序列的分辨率则为1bp。绵羊基因组。绵羊基因组bp总数估计约为总数估计约为3109 bp，估计基因数不超过10万

10、个。但是其中对重要经济性状起。但是其中对重要经济性状起主要控制作用的基因数要比此少得多，主要控制作用的基因数要比此少得多，估计大约为5千到1万之间，包括遗传疾病基包括遗传疾病基因在内。要获得绵羊整个基因组的精确基因在内。要获得绵羊整个基因组的精确基因数要等到将全部基因组的因数要等到将全部基因组的DNA序列测定序列测定完成达到完成达到1bp时才能下定论。时才能下定论。1718三、绵羊基因组作图参考家系(Reference Family)和资源和资源国际绵羊基因组图谱参考家系主要为新国际绵羊基因组图谱参考家系主要为新西兰的西兰的AgResearch IMF(International mappin

11、g flock)；澳大利亚的；澳大利亚的CSIRO作图作图参考家系参考家系(15个个3世代全同胞共计世代全同胞共计182个后个后裔，用裔，用MOET和自然交配完成和自然交配完成,最大全同最大全同胞家系成员胞家系成员29个，最大家系有个，最大家系有55个后裔，个后裔，由由2头罗姆尼头罗姆尼(Romney)公羊和公羊和9头携带头携带Booroola基因的美利奴母羊基因的美利奴母羊(Merino)组成，组成，19该群体主要目的是用来发现羊毛生产和羊毛品质性该群体主要目的是用来发现羊毛生产和羊毛品质性状状)，法国，法国INRA的的INRA401是一个大型多品种杂交是一个大型多品种杂交家系，美国家系，美

12、国MARC家系重点是羊肉性能研究。此外家系重点是羊肉性能研究。此外还有几个孟德尔和多基因选择群体还有几个孟德尔和多基因选择群体(对羊毛，羊肉对羊毛，羊肉产量和质量控制，抗寄生虫，抗真菌产量和质量控制，抗寄生虫，抗真菌)。其它资源。其它资源还包括绵羊还包括绵羊-hamster体细胞杂交，体细胞杂交，YAC中的基因组中的基因组文库和质粒载体，绵羊文库和质粒载体，绵羊I型探针，型探针，RFLP频率图，微频率图，微卫星标记引物等。卫星标记引物等。 进 行 绵 羊 基 因 组 研 究 的 关 键 实 验 室 有 新 西 兰 的进 行 绵 羊 基 因 组 研 究 的 关 键 实 验 室 有 新 西 兰 的

13、AgResearcal Invermany Mosgil，澳大利亚的动物生物技澳大利亚的动物生物技术中心，美国的术中心，美国的Utah State的的Noelle Cockett，法国的法国的IRNA，以色列的以色列的HEBREW大学，以及主要进行绵羊线大学，以及主要进行绵羊线粒体粒体DNA基因组的德国的基因组的德国的Giessen大学的动物遗传育种研大学的动物遗传育种研究所。究所。20四、绵羊基因组标记系统绵羊基因组图制作使用的主要分子遗传多态标记体绵羊基因组图制作使用的主要分子遗传多态标记体系为：系为：微卫星标记(MS or STR)，估计绵羊基因组中的估计绵羊基因组中的MS数量在数量在4

14、4000左右左右(Stone等等1995)；单位点DNA小卫星(SLM)，限制性片段长度多态(RFLP)，单链一致性多态(SSCP)，红细胞抗体EA(erythrocyte antigen)和蛋白质多态(PROT)等。21绵羊基因组中绵羊基因组中I型基因按国际基因术语专型基因按国际基因术语专业委员会规则命名业委员会规则命名,通常为基因产物或功通常为基因产物或功能的英文名称缩写，例如绵羊能的英文名称缩写，例如绵羊11号染色号染色体上的生长激素基因体上的生长激素基因GH1(growth hormone 1)和和11号染色体上的羊毛角蛋白号染色体上的羊毛角蛋白基因束基因束KRT1(Keratin 1

15、 cluster和和3号染色号染色体上的羊毛角蛋白基因束体上的羊毛角蛋白基因束KRT2(Keratin 2 c l u s t e r ) 等 ， 可 参 见 下 列 地 址等 ， 可 参 见 下 列 地 址http:/www.ri.bbsrc.ac.uk/sheep/ark/loclist.html22五、绵羊基因组遗传连锁图研究现状 Crawford等等(1992)开始用微卫星标记构建绵羊开始用微卫星标记构建绵羊基因组遗传连锁图，基因组遗传连锁图，1994年建成有年建成有52个遗传标个遗传标记，记，19个连锁群，长度个连锁群，长度30cM的遗传连锁图，的遗传连锁图，1995年发表第一个有年

16、发表第一个有246个多态标记的基因组常个多态标记的基因组常染色体遗传连锁图，图总长染色体遗传连锁图，图总长2070cM，图中有，图中有86个微卫星标记直接来自绵羊，个微卫星标记直接来自绵羊，126个微卫星标记个微卫星标记来自牛引物，来自牛引物，1个微卫星标记来自鹿，另外个微卫星标记来自鹿，另外33个个为其它类型多态标记。该图覆盖了绵羊核基因为其它类型多态标记。该图覆盖了绵羊核基因组的全部组的全部26条常染色体。按现在标准该连锁图条常染色体。按现在标准该连锁图属于低分辨密度第一代连锁图。属于低分辨密度第一代连锁图。23de Gortari等等(1998)报告了具有更高分辨报告了具有更高分辨率的绵

17、羊基因组第二代遗传连锁图。率的绵羊基因组第二代遗传连锁图。图中有图中有519个标记，其中个标记，其中504个微卫星标个微卫星标记，常染色体上连锁图总长度记，常染色体上连锁图总长度3063cM，X染色体长度染色体长度127cM，总长度，总长度3190cM；标记间平均间距标记间平均间距6.4cM。小于。小于5 cM的占的占55%，大于，大于20 cM的标记为的标记为3.8%。519个个微卫星标记的平均杂合度微卫星标记的平均杂合度H=68.9%。24INTERNET上的绵羊基因组连锁图上的绵羊基因组连锁图有三个即有三个即SM1，SM2和SMC，SM1为为Crawford等等(1995)用用IMF系谱

18、完系谱完成的固定框架连锁图成的固定框架连锁图(static framework linkage map)；SM2为为de Gortari等等(1998)发表的绵羊基发表的绵羊基因组第二代连锁图；因组第二代连锁图；252627 SMC是一个以SM2为框架， 用绵羊基因组中的用绵羊基因组中的6号染色体号染色体(Lord等，等，1996)和和X染色体染色体(Galloway等等1996)为基础计算预测整个绵为基础计算预测整个绵羊基因组的动态遗传连锁图羊基因组的动态遗传连锁图(dynamic linkage map),它不断随着新基因和标记的增加而更新，它不断随着新基因和标记的增加而更新，且比印刷版有

19、更丰富的查阅功能。例如绵羊基因且比印刷版有更丰富的查阅功能。例如绵羊基因组数据库中总位点数为组数据库中总位点数为1260个，其中基因位点个，其中基因位点(I型型)319个，个，DNA标记位点标记位点(II型型)939个，已定位到个，已定位到SMC，SM1，SM2连锁图上的基因数连锁图上的基因数100，31，39个，标记位点数分别为个，标记位点数分别为545，183和和471个。由个。由N C B I 接 受 承 认 的 绵 羊接 受 承 认 的 绵 羊 ( s h e e p ) 核 酸 序 列核 酸 序 列(Nucleotide Sequence)为为1741个，家绵羊个，家绵羊(Ovis

20、aries)的为的为1339个个(1998年年11月月25日日)。28六、绵羊基因组物理图绵羊的绵羊的基因组物理图进展速度始终落后于连进展速度始终落后于连锁图的主要原因来自对绵羊基因组单个染色锁图的主要原因来自对绵羊基因组单个染色体鉴定存在的难度较大，而且作图技术单一。体鉴定存在的难度较大，而且作图技术单一。例如，开始制作物理图时仅能用例如，开始制作物理图时仅能用体细胞杂交方法将方法将I型基因确定到同源染色体上型基因确定到同源染色体上(Fries等等1993)。自。自荧光原位杂交(FISH)技术和技术和放射自显杂交(RH)作图技术应用于直接进行基因物作图技术应用于直接进行基因物理定位开始，到现

21、在已能较容易地将理定位开始，到现在已能较容易地将I型基型基因和因和II型标记位点从连锁图上转移定位到绵型标记位点从连锁图上转移定位到绵羊的物理图上。羊的物理图上。29FISH30Womack(1997)报道定位到绵羊物理图上的报道定位到绵羊物理图上的I型基因位点数400个，大部分使用体细胞杂交，大部分使用体细胞杂交(SCH)技术确技术确证，只有证，只有50个个I型基因是用型基因是用FISH方法进行定位的。方法进行定位的。现在已经证实并定位到绵羊物理图上的基因位点有现在已经证实并定位到绵羊物理图上的基因位点有458个。如绵羊的主要个。如绵羊的主要BoLA-A(MHC-class I)编码基编码基

22、因因(16个个)已定位到绵羊的物理图已定位到绵羊的物理图23号染色体上。对号染色体上。对奶 绵 羊 业 极 为 重 要 的 酪 蛋 白 基 因 中 的奶 绵 羊 业 极 为 重 要 的 酪 蛋 白 基 因 中 的CSN1(casein,alpha)，CSN2(casein, beta)等等9个基因个基因或基因束或基因束(cluster)已分别被精确地定位到了绵羊的已分别被精确地定位到了绵羊的基因组物理图基因组物理图5(1)、6(6)、13(1)和和23(1)号染色体上。号染色体上。还有几个重要的绵羊遗传病基因也被在物理图上确还有几个重要的绵羊遗传病基因也被在物理图上确定了位置。例如奶绵羊中定了

23、位置。例如奶绵羊中WEAWER疾病基因已经疾病基因已经被定位到绵羊基因组第被定位到绵羊基因组第13号染色体上号染色体上(Georges等等1993)。31七、展望制作高密度，高分辨率的绵羊基因组图对于制作高密度，高分辨率的绵羊基因组图对于分析控制绵羊重要分析控制绵羊重要经济性状座位(ETL，包，包括括QTL)数量，位置及它们对相应表现型影数量，位置及它们对相应表现型影响，继而应用响，继而应用标记辅助选择(MAS)技术来实技术来实现提高绵羊育种遗传进展速度和效益，从而现提高绵羊育种遗传进展速度和效益，从而创造更大的经济效益均具有十分重要的意义。创造更大的经济效益均具有十分重要的意义。现在世界几个

24、大的绵羊基因组项目随着作图现在世界几个大的绵羊基因组项目随着作图参考家系的完善，遗传多态标记数量的不断参考家系的完善，遗传多态标记数量的不断增加，特别是政府资助强度的加大，增加，特别是政府资助强度的加大，32例如，欧共体绵羊基因组项目成员德国例如，欧共体绵羊基因组项目成员德国ARD绵羊基因组分析项目的第二期投资强绵羊基因组分析项目的第二期投资强度增加至近度增加至近300万万ERUO，约合，约合1千千5百万人百万人民币，美国国家动物基因组项目民币，美国国家动物基因组项目(NAGRP)下一个五年计划下一个五年计划(98-03)中绵羊基因组项目中绵羊基因组项目的投资占所有家畜种中第一位的投资占所有家

25、畜种中第一位)。正在加紧。正在加紧建立绵羊与不同种间的高分辨率比较图谱建立绵羊与不同种间的高分辨率比较图谱及绵羊的基因组数据库系统及信息及资源及绵羊的基因组数据库系统及信息及资源共享体系。共享体系。绵羊基因组研究成果被应用于育种实践和生产的距离越来越近。3334Bahn TierLIDMarkerIDAllel1 Allel21WB0001 BM6458 971051WB0001 BM12241341381WB0001 TGLA116 1651691WB0001 RM0681741741WB0001 MAF502262382WB0002 BM6458 1051132WB0002 BM1224 1321402WB0002 TGLA116 1691692WB0002 RM068 1801862WB0002 MAF50 2242263WB0003 BM6458 971133WB0003 BM1224 1381403WB0003 TGLA116 1651693WB0003 RM068 1741863WB0003 MAF50 224226血或其他组织血或其他组织+LKV BAYH1G 4 00300 191TierLID_1TierLID_3TierLID_2TierLID_4DNAPCR基因型检测基因型检测ABI 310个体ID个体L