基因组学与比较基因组学

1、基因组与比较基因组学基因组与比较基因组学第第11章章什么是基因组，基因组学？什么是基因组，基因组学？l基因组（基因组（Genome）：）：是指生物体的单倍体细胞是指生物体的单倍体细胞中所有的中所有的DNA，包括细胞核内的，包括细胞核内的DNA和各种细和各种细胞器中的胞器中的DNA，是生物体内遗传信息的集合。，是生物体内遗传信息的集合。l基因组学（基因组学（genomics）：）：是研究并解析生物体是研究并解析生物体整个基因组所有遗传信息的一门学科。整个基因组所有遗传信息的一门学科。l结构基因组学结构基因组学l功能基因组学功能基因组学l比较基因组学比较基因组学基因组学的发展：基因组学的发展：从序

2、列到功能从序列到功能结构基因组学结构基因组学结构基因组学结构基因组学：基因组计划：基因组计划基因组作图基因组作图测定核苷酸序列测定核苷酸序列基因定位基因定位功能基因组学功能基因组学 功能基因组学功能基因组学：后基因组学后基因组学（postgenomics) 利用结构基因组学提供的利用结构基因组学提供的 信息和产物，在基因组系信息和产物，在基因组系 统水平上全面分析基因的统水平上全面分析基因的 功能的一门学科。功能的一门学科。比较基因组学比较基因组学 比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学科。构和功能方面的亲源关系及

3、其内在联系的学科。 基因组计划的主要任务是获得全基因组序基因组计划的主要任务是获得全基因组序列；列；现在的测序方法每次只能测现在的测序方法每次只能测800-1000bp，大量的测序片段要拼接；大量的测序片段要拼接；要知道序列在染色体上的位置才能正确拼要知道序列在染色体上的位置才能正确拼接，因此需构建基因组图谱。接，因此需构建基因组图谱。教学内容教学内容l一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术l二、人类基因组计划二、人类基因组计划 l三、比较基因组学三、比较基因组学 DNA序列序列分析技术分析技术 DNA序列分析序列分析鸟枪法测鸟枪法测序技术及序技术及其改良其改良 一、高通量一、高通

4、量DNA序列分析技术序列分析技术（一）（一）DNA序列分析技术序列分析技术 lDNA序列测定：序列测定：l是指是指DNA一级结构一级结构的测定，是在核酸酶学和的测定，是在核酸酶学和生物化学的基础上，创立并发展起来的一门重生物化学的基础上，创立并发展起来的一门重要的要的DNA技术学。技术学。DNA序列测定的技术序列测定的技术 杂交测序法杂交测序法 质谱法质谱法 单分子测序法单分子测序法 原子探针显微镜测序法原子探针显微镜测序法 DNA芯片法芯片法 经典方法经典方法: 双脱氧链末端终止法双脱氧链末端终止法(Sanger,1977) DNA化学降解法化学降解法(Maxam&Gilbert,1

5、977)新技术方法新技术方法:是由英国剑桥分子是由英国剑桥分子生物学实验室的生物生物学实验室的生物化学家化学家F. Sanger等人等人于于1977年发明的。年发明的。利用利用双脱氧核苷酸双脱氧核苷酸作为链终止物测定作为链终止物测定DNA核苷酸顺序的核苷酸顺序的方法。方法。1980年诺贝尔奖金获得者年诺贝尔奖金获得者F. Sanger1、双脱氧链末端终止法、双脱氧链末端终止法（1）Sanger 双脱氧链末端终止法测定双脱氧链末端终止法测定DNA序列的基本原理：序列的基本原理：l以以DNA合成反应为基础，合成反应为基础，加入加入ddNTP生成生成特定特定末端不同长短的末端不同长短的DNA片段；片

6、段；l聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分长度只差一个核聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分长度只差一个核苷酸的苷酸的DNA分子。分子。 DNA合成反应合成反应 利用利用DNA聚合酶不能够区分聚合酶不能够区分dNTP和和ddNTP的的特性，在特性，在DNA合成反应中，加入合成反应中，加入ddNTP， ddNTP不存在不存在3-OH末端，故不能与下一个核末端，故不能与下一个核苷酸的苷酸的5-P端形成端形成3、5-磷酸二酯键，导致磷酸二酯键，导致DNA新链的延伸提前终止于新链的延伸提前终止于ddNTP 。 ATP、dATP和和ddATP的结构的结构ATPdATPddATPl这样以待测序列的这样以待测序列的DNA为模板

7、，加入引物和为模板，加入引物和4种种dNTP（其中一种为（其中一种为-32P标记），标记），将此反应物分将此反应物分为为4等份，每份内加入一定比例的一种等份，每份内加入一定比例的一种ddNTP，如此形成如此形成A、T、C、G四个反应体系，四个反应体系，最后在各最后在各反应体系中加入反应体系中加入DNA聚合酶催化聚合酶催化DNA片段合成。片段合成。这样各反应体系中即可形成以一种这样各反应体系中即可形成以一种ddNTP残基为残基为3端结尾的一系列长短不一片段。端结尾的一系列长短不一片段。PE Applied BiosystemsCAGTTemplatePrimerdATPdNTPPolymeras

8、eTerminatorPE Applied BiosystemsTHE PROCESSTCGACGTCGACGTCGACGTTAAA C T G G C C T A A T C G A G T C A G TT G A C C G G A TPE Applied Biosystems DNA模板模板 ATTGCAGTCGAC生成的新链生成的新链 TAACGTCAGCTG T管：管： C管：管： TAACGTCAGCT TAACGTCAGC TAACGT TAACGTC T TAAC G管：管： A管：管： TAACGTCAGCTG TAACGTCA TAACGTCAG TAA TAACG TA

9、 lTAACGTCAGCTGlTAACGTCAGCTlTAACGTCAGClTAACGTCAGlTAACGTCAlTAACGTC lTAACGTlTAACGlTAAClTAAlTAl T （2）双脱氧末端终止法主要步骤）双脱氧末端终止法主要步骤l单链单链DNA模板的制备模板的制备lDNA模板与测序引物退火模板与测序引物退火l延伸延伸-终止反应终止反应l变性聚丙烯酰胺凝胶电泳变性聚丙烯酰胺凝胶电泳l放射性自显影放射性自显影l阅读测序结果阅读测序结果l将将DNA克隆到质粒载体克隆到质粒载体l将将DNA克隆到克隆到M13噬菌体载体噬菌体载体l将将DNA克隆到酵母人工染色体克隆到酵母人工染色体基因组基

10、因组DNA大片段文库大片段文库lPCR双脱氧链末端终止法要求单链作为模板双脱氧链末端终止法要求单链作为模板如何得到单链如何得到单链DNA ？2、DNA测序自动化测序自动化 lDNA测序的自动化是在测序的自动化是在Sanger的双脱氧链末的双脱氧链末端终止法的基础上在端终止法的基础上在1987年由美国应用生物系年由美国应用生物系统公司进一步发展起来的激光测序法，其基本统公司进一步发展起来的激光测序法，其基本原理与末端终止法一样，原理与末端终止法一样，都是通过都是通过ddNTP竞争竞争性的终止新合成的性的终止新合成的DNA链。链。DNA测序自动化测序自动化步骤：步骤： 4种带有不同荧光染料标记的终

11、止物种带有不同荧光染料标记的终止物ddNTPs Sanger测序反应测序反应 反应产物电泳分离反应产物电泳分离 激光激发不同大小激光激发不同大小DNA片段上的荧光分子，发射出片段上的荧光分子，发射出 四种不同波长的荧光四种不同波长的荧光 荧光信号采集、计算机分析与荧光信号采集、计算机分析与DNA自动排序自动排序PE Applied BiosystemsTemplatePrimerdNTPPolymeraseTerminatorCGTAPE Applied BiosystemsTHE PROCESSTCGACGTCGACGTCGACGTTAAA C T G G C C T A A T C G A

12、 G T C A G TT G A C C G G A TCPE Applied Biosystems以荧光化合物标记双脱氧核苷酸的自动测序以荧光化合物标记双脱氧核苷酸的自动测序（二）鸟枪法测序技术及其改良（二）鸟枪法测序技术及其改良 l基因组的每条染色体长度可达数百万碱基对以上，基因组的每条染色体长度可达数百万碱基对以上，将链终止法测定的小片段将链终止法测定的小片段DNA组装成真实的排列组装成真实的排列顺序是一项浩繁而精细的工作。顺序是一项浩繁而精细的工作。lDNA顺序的组装主要方法：顺序的组装主要方法：l全基因组鸟枪法测序全基因组鸟枪法测序l改良鸟枪法：大片段克隆法、靶标鸟枪法改良鸟枪法：

13、大片段克隆法、靶标鸟枪法1、全基因组鸟枪法测序、全基因组鸟枪法测序鸟枪法的顺序组装是直接从已测序的小片段中寻鸟枪法的顺序组装是直接从已测序的小片段中寻找彼此重叠，然后依次向两侧邻接的序列延伸。找彼此重叠，然后依次向两侧邻接的序列延伸。DNA的鸟枪法测序的主要步骤的鸟枪法测序的主要步骤 l第一，建立高度随机、插入片段大小为第一，建立高度随机、插入片段大小为2kb左右左右的基因组文库。的基因组文库。 l第二，高效、大规模的末端测序。第二，高效、大规模的末端测序。 l第三，序列集合。第三，序列集合。 l第四，填补缺口。第四，填补缺口。 鸟枪法鸟枪法鸟枪法的优势：鸟枪法的优势： 鸟枪法的主要优势在于：

14、鸟枪法的主要优势在于：测序速度快，并且无测序速度快，并且无须提供相关的遗传图谱和物理图谱。须提供相关的遗传图谱和物理图谱。 20世纪世纪90年代末，用鸟枪法在较短时间内成功年代末，用鸟枪法在较短时间内成功地完成了地完成了流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌的基因组测序，引发了一场的基因组测序，引发了一场微生物基因组测序的热潮。这些研究项目的实施，微生物基因组测序的热潮。这些研究项目的实施，表明鸟枪法测序可以组建一条流水工作线，一个科表明鸟枪法测序可以组建一条流水工作线，一个科研小组可以分工合作，一部分人专门负责制备研小组可以分工合作，一部分人专门负责制备DNA，一部分人负责测序和数据分析。经验证明，一个一

15、部分人负责测序和数据分析。经验证明，一个5Mb大小基因组的测序可以在一年内完成大小基因组的测序可以在一年内完成。鸟枪法的局限：鸟枪法的局限：拼接组装困难：拼接组装困难：对于结构复杂的大基因组而言，对于结构复杂的大基因组而言，鸟枪法的序列组装的起始阶段工作量非常大。鸟枪法的序列组装的起始阶段工作量非常大。重复序列的存在：重复序列的存在：在序列组装时可能出现错误连在序列组装时可能出现错误连接，使某些片段从原位置跳到另一无关位置。因接，使某些片段从原位置跳到另一无关位置。因此，对于缺少重复顺序的小基因组（此，对于缺少重复顺序的小基因组（5Mb）而）而言，鸟枪法仍为最佳的选择，但对于大基因组而言，鸟枪

16、法仍为最佳的选择，但对于大基因组而言，还需要更加有效的策略。言，还需要更加有效的策略。2、改良鸟枪法、改良鸟枪法l（1）大片段克隆法：）大片段克隆法：l将基因组将基因组DNA分解为若干个较大的分解为若干个较大的DNA片段，构片段，构建基因组文库；根据克隆插入子两端的建基因组文库；根据克隆插入子两端的DNA序列序列查找与之连接的克隆建立查找与之连接的克隆建立重叠群重叠群；每个克隆可以；每个克隆可以独立进行鸟枪法测序；依据克隆重叠群进行序列独立进行鸟枪法测序；依据克隆重叠群进行序列组装这种方法又称为克隆重叠群测序法。组装这种方法又称为克隆重叠群测序法。克隆重叠群克隆重叠群大片段克隆法大片段克隆法l

17、（2）靶标鸟枪法）靶标鸟枪法l根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定部分部分DNA片段的排列顺序，再逐步确定各片段在片段的排列顺序，再逐步确定各片段在染色体上的相对位置，是建立在基因组图谱基础染色体上的相对位置，是建立在基因组图谱基础上的上的”鸟枪法鸟枪法” 。教学内容教学内容l一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术l二、人类基因组计划二、人类基因组计划 l三、比较基因组学三、比较基因组学 二、人类基因组计划二、人类基因组计划人 类 基 因 组 计 划人 类 基 因 组 计 划（ H u m a n g e n o m e projec

18、t）于）于1990年启动，年启动，我国于我国于1999年加入该计年加入该计划，承担其中划，承担其中1%的任务，的任务，即人类即人类3号染色体短臂上号染色体短臂上约约30Mb的测序任务。的测序任务。（一）人类基因组计划概述（一）人类基因组计划概述1 9 8 6 年 诺 贝 尔 奖 获 得 者年 诺 贝 尔 奖 获 得 者R.Dulbecco（杜尔贝科）提（杜尔贝科）提出人类基因组计划出人类基因组计划测出人类全套基因组的测出人类全套基因组的 DNA 碱基序列（碱基序列（ 3 X 109 bp ）1988年美国能源部和国家卫生研究院率先在美国年美国能源部和国家卫生研究院率先在美国开展人类基因组计划，

19、并经国会批准由政府给予开展人类基因组计划，并经国会批准由政府给予资助。此后，成立了一个国际间的合作机构资助。此后，成立了一个国际间的合作机构人类基因组织人类基因组织 (Human Genome Organization)，由由多个国家筹集资金和科研力量，积极参加这一国多个国家筹集资金和科研力量，积极参加这一国际性研究计划。际性研究计划。1989年，美国国立卫年，美国国立卫生研究院成立了人类生研究院成立了人类染色体研究中心，沃染色体研究中心，沃森出任第一任主任。森出任第一任主任。1990 人类基因组计划起动；人类基因组计划起动；1995 第一个原核生物（细菌）基因组测序完成；第一个原核生物（细菌

20、）基因组测序完成；1996 第一个真核生物（酵母）的基因组测序完成；第一个真核生物（酵母）的基因组测序完成；1998 第一个多细胞生物（线虫）的基因组测序完成；第一个多细胞生物（线虫）的基因组测序完成；2000 果蝇和拟南芥的基因组测序完成；果蝇和拟南芥的基因组测序完成； 人类和水稻的第一张人类和水稻的第一张基因组草图基因组草图完成；完成；2001 人类基因组测序（人类基因组测序（精细图）精细图）完成；完成； 水稻（籼稻和粳稻）基因组草图完成。水稻（籼稻和粳稻）基因组草图完成。2003年年4月，人类基因组序列图月，人类基因组序列图（完成图）（完成图）完成。完成。人类基因组计划的进展状况人类基因

21、组计划的进展状况二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成l2000年年6月月26日，美国总统克林顿日，美国总统克林顿(中中)、塞莱拉公司、塞莱拉公司董事长兼首席科学家克雷格董事长兼首席科学家克雷格文特尔文特尔(左左)和人类基因和人类基因组计划首席科学家弗胡西斯组计划首席科学家弗胡西斯柯林斯柯林斯(右右)在华盛顿白在华盛顿白宫参加庆祝人类基因组草图绘制成功。宫参加庆祝人类基因组草图绘制成功。人类基因组计划的科学意义人类基因组计划的科学意义l（1）确定人类基因组中约数万个编码基因的序列）确定人类基因组中约数万个编码基因的序列及其在

22、基因组中的物理位置，研究基因的产物及及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。其功能。l（2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。录后调节。l（3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录列以及非转录“框架序列框架序列”的大小和组织，了解的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色体结构、各种不同序列在形成染色体结构、DNA复制、基复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。因转录及表达调控中的影响与作用。l（

23、4）研究空间结构对基因调节的作用。）研究空间结构对基因调节的作用。l（5）发现与）发现与DNA复制、重组等有关的序列。复制、重组等有关的序列。l（6）研究）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病的诊断、预防和治疗提供疾病的分子机制，为疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。理论依据。l（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。残余序列，研究其周围序列的性质。遗传图谱遗传图谱转录图谱转录图谱0.7 cM 或或 kb 序列图谱序列图谱物理图谱物理图谱遗传图、物理图、遗传图、物

24、理图、转录图、序列图转录图、序列图（二）人类基因组计（二）人类基因组计划的工作任务划的工作任务1、遗传图、遗传图l遗传图概念：遗传图概念：又称连锁图，是指采用又称连锁图，是指采用遗传学技术遗传学技术构建显示构建显示基因基因或或DNA分子标记在基因组上分子标记在基因组上相应位置相应位置和和遗传距离遗传距离的图谱。的图谱。 遗传作图是将每遗传作图是将每条染色体上的条染色体上的基因基因或或DNA标记标记的的相对位置相对位置经经连锁分析连锁分析确定下来，确定下来，构成图谱，因此，需构成图谱，因此，需借助相应的遗传标记。借助相应的遗传标记。遗传作图遗传作图遗传图谱的标记是什么呢？遗传图谱的标记是什么呢？

25、标记标记1 1标记标记2 2标记标记3 3染色体上的染色体上的基因基因和和DNA序列序列均均可作为路标可作为路标, 他们由特定的他们由特定的DNA顺序组成顺序组成.路标位于染色体上的位置是固路标位于染色体上的位置是固定的，不会更改的，从而而提定的，不会更改的，从而而提供了作图的依据。供了作图的依据。遗传标记遗传标记l最早的遗传标记最早的遗传标记基因基因l第一代遗传标记第一代遗传标记限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性l第二代遗传标记第二代遗传标记简单序列长度多态性简单序列长度多态性l第三代遗传标记第三代遗传标记单核苷酸多态性单核苷酸多态性（1 1）基因是首先被使用的标记）基因是首先被使用的

26、标记孟德尔孟德尔 豌豆植株高矮、豌豆的形状等豌豆植株高矮、豌豆的形状等摩尔根摩尔根 显微镜、肉眼显微镜、肉眼 果蝇躯体颜色、翅膀果蝇躯体颜色、翅膀形状等形状等生化表型生化表型细菌、酵母遗传学研究；人类中如血细菌、酵母遗传学研究；人类中如血型系列（型系列（ABO）分析、血清蛋白和免疫蛋白）分析、血清蛋白和免疫蛋白基因是非常有用的标记，但并不是理想的，基基因是非常有用的标记，但并不是理想的，基因标记的缺点：因标记的缺点：1、可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉、可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及多基因。及多基因。 2、高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，、高等生物基因组中存在大量的基因间

27、隔区，遗传图中留下大片的无标记区段。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。实验予以区分，因而产生的遗传图是不完整的。（2）限制性片段长度多态性）限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphisms, RFLP）最早发现的最早发现的DNA分子标记：分子标记：指同一物种的亚种、品系或个体间基因组指同一物种的亚种、品系或个体间基因组DNA 受受到同一种限制性内切酶作用而形成不同的酶切图到同一种限制性内切酶作用而形成不同的酶切图谱的现象

28、，谱的现象，称为限制性片段长度多态性（称为限制性片段长度多态性（RFLP)。l限制性片段长度多态性是由于基因组限制性片段长度多态性是由于基因组DNA某一位某一位点上的变异点上的变异引起该位点特异性的限制性内切酶识引起该位点特异性的限制性内切酶识别位点的改变（别位点的改变（原有位点的消失或出现新的酶切原有位点的消失或出现新的酶切位点位点），致使酶切片段长度随之发生变化而产生。），致使酶切片段长度随之发生变化而产生。 RFLP多态性的产生与检测多态性的产生与检测 RFLP的优点的优点l（1）遍布于整个基因组）遍布于整个基因组，位置相对固定，位置相对固定；l（2）无表型效应）无表型效应，不受发育阶段

29、及器官特异不受发育阶段及器官特异性限制性限制；l（3）共显性，可区分纯合子和杂合子；）共显性，可区分纯合子和杂合子；l（4）结果稳定、可靠；）结果稳定、可靠；共显性共显性: 两个亲本的性状两个亲本的性状在子代个体中同在子代个体中同时出现，没有显时出现，没有显隐关系。隐关系。 限制性片段长度多态性的缺点限制性片段长度多态性的缺点1. 制备可表现基因组制备可表现基因组DNA多态性的探针较为困难；多态性的探针较为困难；2. DNA需要量大，实验操作较繁锁，检测周期长需要量大，实验操作较繁锁，检测周期长成本费用也很高；成本费用也很高；3. RFLP分子标记分布密度过于稀疏，现已逐步分子标记分布密度过于

30、稀疏，现已逐步被其他类型分子标记所取代。被其他类型分子标记所取代。lRFLP是最早发现的分子标记，也被称为第一是最早发现的分子标记，也被称为第一代分子标记。代分子标记。l又称串联重复序列，又称串联重复序列， 其多态性主要来自重复序列其多态性主要来自重复序列拷贝数的变化，包括小卫星拷贝数的变化，包括小卫星DNA和微卫星和微卫星DNA。l小卫星小卫星DNA由由15-65bp的基本单位串联重复而成，的基本单位串联重复而成，长度一般不超过长度一般不超过20kb。重复次数（小卫星。重复次数（小卫星DNA区区的长度）在人群中是高度变异的；按照孟德尔的的长度）在人群中是高度变异的；按照孟德尔的规律遗传规律遗

31、传l微卫星微卫星DNA/简短串联重复（简短串联重复（STR、STRP或或SSLP），），重复单元重复单元2-8bp，通常重复，通常重复10-60次次lGCTTATATATATATATATATATATATAAGCT（3）简单序列长度多态性）简单序列长度多态性微卫星序列（微卫星序列（SSR）如何检测如何检测SSR根据简单重复顺序两侧的序列设计引物根据简单重复顺序两侧的序列设计引物, , 经聚丙烯胺经聚丙烯胺凝胶电泳分辩凝胶电泳分辩. . SSR标记的优点标记的优点l（1）在基因组中随机分布，检测的多态性）在基因组中随机分布，检测的多态性频率高；频率高；l（2）PCR特异引物，重复性好；特异引物，重

32、复性好；l（3）共显性，操作相对简单。）共显性，操作相对简单。 SSR标记的缺点标记的缺点l（1）SSR需要测序和设计引物，因而需要大量的需要测序和设计引物，因而需要大量的人力、物力和时间；人力、物力和时间；l（2）另外其种属特异性强，开发所需的费用高昂。）另外其种属特异性强，开发所需的费用高昂。 SSLP标记又称为第二代分子标记标记又称为第二代分子标记（4）单核苷酸多态性单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNP）SNP是指同一物种不同个体基因组是指同一物种不同个体基因组DNA的等位序的等位序列上单个核苷酸存在差异的现象。列上单个核苷酸存在差异的

33、现象。其中最少一种其中最少一种在群体中的频率不小于在群体中的频率不小于1；如果出现频率低于；如果出现频率低于1，则视作点突变。，则视作点突变。人类人类999的基因密码是相同的基因密码是相同的，而差异不到的，而差异不到01，不同，不同人群仅有人群仅有140万个核苷酸差异。万个核苷酸差异。这些差异是由这些差异是由“单一核苷酸多单一核苷酸多样性样性”（SNP）产生的，它构）产生的，它构成了不同个体的遗传基础。成了不同个体的遗传基础。SNP与与RFLP和和STR标记的主要不同之处在于，它标记的主要不同之处在于，它不再以不再以DNA片段的长度变化作为检测手段，而直接片段的长度变化作为检测手段，而直接以序

34、列变异作为标记。以序列变异作为标记。连锁互换定律的基本内容连锁互换定律的基本内容位于同一染色体上的两个或两个以上的基因遗传位于同一染色体上的两个或两个以上的基因遗传时，时，常有连在一起遗传的倾向常有连在一起遗传的倾向连锁连锁；但在配子形成过程中，同源染色体的非姊妹染色但在配子形成过程中，同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换的结果导致重组类型的产单体间发生局部交换的结果导致重组类型的产生生互换（重组）互换（重组）；连锁的频率大于重组的频率。连锁的频率大于重组的频率。遗传作图遗传作图连锁互换分析连锁互换分析AB Ab aB ab(25) (25) (25) (25)(50) (0) (0) (

35、50)(48) (2) (2) (48)配子类型配子类型(%)(%)独立遗传独立遗传孟德尔第二定律孟德尔第二定律完全连锁完全连锁不完全连锁不完全连锁连锁遗传定律连锁遗传定律ABABabab遗传作图遗传作图连锁互换分析连锁互换分析l基因（遗传标记）基因（遗传标记）在染色体上的位置是相对恒定在染色体上的位置是相对恒定的，它们之间的重组率也是相对恒定的，不同基的，它们之间的重组率也是相对恒定的，不同基因之间的重组率不同。因之间的重组率不同。l相邻相邻的两个的两个基因（遗传标记）基因（遗传标记）由于重组而分开的由于重组而分开的概率将概率将低于低于距离距离较远较远的两个，所以重组率的大小的两个，所以重组

36、率的大小可反应它们之间在染色体上距离的远近；可反应它们之间在染色体上距离的远近；l因此可通过基因重组率的计算来估算因此可通过基因重组率的计算来估算基因（遗传基因（遗传标记）标记）间的遗传距离间的遗传距离。遗传图距的单位：遗传图距的单位：厘摩（厘摩（cM）每单位厘摩为每单位厘摩为1重组率重组率如果两个基因间有如果两个基因间有1%1%的重组值，其遗传图的距离的重组值，其遗传图的距离为为1 1厘摩。厘摩。计算出不同基因（遗传标记）之间的重组计算出不同基因（遗传标记）之间的重组率，就可以构建出显示基因在染色体上相率，就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的图对位置的图遗传图谱遗传图谱。遗传作图的主要方

37、法遗传作图的主要方法l杂交实验杂交实验l家系分析家系分析 杂交实验的连锁分析的程序杂交实验的连锁分析的程序: : 选择已知基因型的亲本选择已知基因型的亲本 设计杂交方案设计杂交方案 获得交配的子代获得交配的子代 分析其表型及基因分析其表型及基因型型 玉米中的连锁遗传玉米中的连锁遗传 有色饱满有色饱满 X 无色皱缩无色皱缩 C S/C S c s/c s 测交：测交：F1 C S/c s X c s/c s（双隐性）（双隐性） CS/cs Cs/cs cS/cs cs/cs 有、满有、满 有、皱有、皱 无、满无、满 无、皱无、皱 自由组合预期：自由组合预期： 1 1 1 1 实实 验验 结结 果

38、果 ： 4032 149 152 4035 亲组合亲组合 重组合重组合 96.4% 3.6% l重组率绘制遗传图重组率绘制遗传图 重组率为测量基因之间相对距离的尺度重组率为测量基因之间相对距离的尺度. .l与经典遗传作图类似，只是统计性状改为与经典遗传作图类似，只是统计性状改为DNA 分子标记。分子标记。 程序：选择已知基因型的亲本程序：选择已知基因型的亲本 设计杂交设计杂交方案方案 获得交配的子代获得交配的子代 分析其分析其DNA分分子标记子标记DNA分子标记遗传图绘制分子标记遗传图绘制l物理图概念：物理图概念：l采用采用分子生物学方法分子生物学方法直接将直接将基因基因或或DNA分子标分子标

39、记记标定在基因组标定在基因组实际实际位置的图谱。位置的图谱。l以已知核苷酸序列的以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，片段（序列标签位点，sequence-tagged site,STS）为）为“路标路标”，以碱基，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。对作为基本测量单位（图距）的基因组图。2、物理图、物理图STS作图的原理作图的原理l两个两个STS出现在同一片段的机会取决于他们在基出现在同一片段的机会取决于他们在基因组中的距离，彼此靠的越近，分离的几率越小，因组中的距离，彼此靠的越近，分离的几率越小，彼此相隔越远，分离的几率越大。彼此相隔越远，分离的几率越大。l两个两个STS之间

40、相对距离的估算与连锁分析的原理之间相对距离的估算与连锁分析的原理一样，它们之间的图距根据它们的分离频率来算。一样，它们之间的图距根据它们的分离频率来算。STS作图原理图示作图原理图示l通过通过PCR或分子杂交检测含有标记的或分子杂交检测含有标记的STS克隆，根据重叠的克隆，根据重叠的STS标记可绘制标记可绘制克隆连锁图。克隆连锁图。物理物理作图作图3、转录图、转录图l 以以EST（expressed sequence tag ，表达序列，表达序列标签标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。制的图谱。EST：通过从：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分序所获得的部分cDNA的的5或或3端序列称为表达序端序列称为表达序列标签（列标签（EST），一般长），一般长300-500bp左右。左右。 4、序列图（分子水平的物理