动物遗传学-第九章-动物基因组学基础[精]课件

1、第九章 动物基因组学基础一、遗传标记的发展遗传标记：指能够用以区别生物个体或群体及其特定基因型，并能稳定遗传的物质标志。第一节 动物遗传标记形态学标记：能够用肉眼识别和观察、明确显示遗传多样性的外观性状。如伯乐相马细胞遗传标记：主要是指染色体核型、带型和数量特征的变异等，反映了染色体结构和数量的遗传多态性。 免疫遗传标记：是以动物的免疫学特性为标记，包括红细胞和白细胞抗原多态性。 生化遗传标记：主要是指在同一动物个体中具有相同功能的蛋白质存在两种以上的变异体。 发展史分子遗传标记：是一种新的以DNA多态性为基础的遗传标记。理想的分子遗传多样性具备的特点：遗传多样性高；监测手段简单快捷，易于实现

2、自动化；遗传共显性，即在分离群中能够分离出等位基因的3种基因型。二、分子遗传标记利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大小不等、数量不同的分子片段，经电泳分离，通过Southern印迹将DNA片段转移至支持膜上，然后放射性标记的探针与支持膜上的DNA片段进行杂交。 1、限制性片段长度多态性(RFLP)4、扩增片段长度多态性(AFLP)优点：是PCR和RFLP相结合的一种产物，兼有两者的技术优点，同时又克服RFLP技术的复杂性，和RAPD的稳定性差、标记呈显隐性遗传的缺点。不足：大部分标记呈显性遗传，操作不如RAPD简便，实验成本较高。5、单核苷酸多态性标记(SNP)是指染色体上某个位点存在单个

3、碱基的变化，包括单碱基的转换、颠换、插入及缺失等。特点：高密度；代表性；易实现自动化分析，容易实现自动化分析。6、线粒体DNA标记(mtDNA)mtDNA进化率极高，比核DNA高10 20倍，且呈严格的母系遗传，使得mtDNA标记非常适合动物单亲亲缘鉴定、种质资源的起源、分子进化和分类的研究。唯一的非编码区是D-环区(D-Loop)，其碱基岐变率比mtDNA分子其他区域高510倍， D-Loop 分析是mtDNA多态性研究的重要内容。几种DNA分子标记的比较优点 RFLP RAPD Microsatellite Minisatellite AFLP遗传特性 共显性 显隐性 共显性 共显性 显隐

4、性多态水平 低 中等 高 高 高监测基础 分子杂交 随机PCR 专一PCR 分子杂交 专一PCR使用技术 难 易 易 难 易难度DNA用量 510g 50g 50g 510g 50g 费用 中等 低 高 中等 高三、分子遗传标记在动物遗传育种中的应用1、个体及亲缘关系的鉴定2、种质资源的遗传评估、监测、保护和利用3、基因定位与遗传图谱的构建4、标记辅助选择(MAS)一、基本概念基因图谱：描述了基因位点在染色体上的线性排列顺序及它们之间的相对距离。广义讲，基因图谱包括物理图谱、遗传图谱、表达图谱及转录图谱等。第二节 基因图谱二、连锁图谱(遗传图谱)的构建(一) 参考家系：是用于构建连锁图谱的动物

5、群体，也称为作图群体。(二) 遗传标记：如RFLP、RAPD、AFLP、微卫星、SSCP、SNP等标记。(三) 遗传标记多态程度的度量杂合程度(H)：若m个等位基因具有相同的频率，则多态信息含量(PIC)：若m个等位基因具有相同的频率，则全同胞信息交配比例(PFIM)：若m个等位基因具有相同的频率，则(四) 图距函数概念：将重组率转换成图距的公式。Haldane图距函数： =Kosambi图距函数：(五) 连锁分析法1、双回交的2分析法2、两个基因位点F2 群体2检验法3、直接分析法4、已知连锁相的LOD值5、未知连锁相的LOD值6、多位点连锁分析三、物理图谱1、物理图谱的概念：是用细胞和分子

6、遗传学原位杂交的方法和体细胞杂交的方法，将基因或遗传标记定位在某一染色体或染色体的某一特定区域上。2、物理图谱的构建方法：染色体分离法体细胞杂交法人类部分染色体物理图谱一、质量性状的基因定位方法质量性状：指从表型上可以明显区分为不同类型的性状。1、家系分析法2、遗传重组定位法3、细胞学定位与体细胞杂交4、物理学定位第三节 基因定位方法二、数量性状的基因定位与方法(一) 主效基因：指某一基因位点的等位基因对某一数量性状的效应具有足够大的效应，从而可以通过等位基因分离来偶然发现，这包括由遗传上的自发突变和诱发突变引起的明显形态学突变。(二) 主效基因的检测：多峰分布；有选择的回交；非正态分布；方差

7、的异质性；亲子相关；综合分离分析(三) 单标记定位的统计学基础1、近交群体杂交2个纯合标记基因型间效应平均值的差异为：杂合标记基因型平均值与2个纯合标记基因型平均值的算数平均数之差为：2、远交群体杂交3、 F2群体的实例分析：P246Sax(1923)色素基因与种子重量一个亲本是色素基因位点显性纯合的(P)，种子平均重量为480mg，另一个亲本是隐形纯合的(p)，种子平均重量为210mg。它们的F2代各基因型PP、Pp和pp的种子平均重量分别为307、283和264mg。(四) 基本统计方法假设基础：数量性状表型值服从正态分布；遗传性状标记和数量性状基因位点遵循孟德尔遗传定理；数量性状基因位点

8、在整个基因组上分布稀少；数量性状基因只有2个等位基因；遗传标记对该数量性状没有一因多效性；数量性状基因位点与其他基因位点不存在互作效应。1、线性模型法2、最大似然法(五) 动物QTL定位的常用试验设计方法1、近交群体F1代互交、与亲代回交2、远交群体大动物的半同胞家系：女儿设计法和孙女设计法小动物的全同胞家系(六) 统计分析方法的扩展1、Hasemann-Elston回归分析法2、Haley-Knott回归法例如P250251(1)按Haldane图距函数将遗传距离转换成重组率：(2)计算aabb、AABb和AaBb遗传标记基因型的数量性状的加性和显性系数：3、最大似然法的扩展(七) 候选基因

9、法1、步骤：候选基因的选择；引物设计；基因特定片段的扩增；多态位点的寻找。2、统计分析方法：混合线性模型多重回归分析；差异性分析。3、优点：判断选择的候选基因，统计功效高，应用广，总费用低，操作简便。4、缺点：目前只知道少量候选基因；部分遗传变异不知由何候选基因引起或不知该基因序列。一、动物基因组学的基本概念1986年著名遗传学家Mckusick V提出从整个基因组的层次研究遗传学的科学称“基因组学”。基因组学：是以基因组分析手段，研究基因组的结构组成、时序表达模式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息。基因组学涉及的领域：基因定位、遗传标记、结构基因组学、功能基因组学。第四节 动物

10、基因组学(一) 人类基因组计划 人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，由6个国家的科学家共同参加的旨在阐明人类基因组30亿个缄基对的序列，发现所有人类基因，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上真正全面认识自我的科学计划。 20世纪人类科学史上三大计划：40年代的曼哈顿(Manhatton)原子弹计划；60年代的阿波罗(Apollo)登月计划；90年代的人类基因组计划 。二、动物基因组计划及其研究进展 例如：人类的进化？疾病产生的机制？人的生老病死？于是，决定开始进行人的基因组的研究，由此形成了基因组学和人类基因组计划. 19

11、86年，诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文肿瘤研究的转折点：人类基因组测序（Science, 231: 10551056）。文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。 从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大推动。”人类认识自身的必然要求HGP的目标 鉴定人类DNA全部的大约3万个基因；测定组成人类DNA的所有30亿个碱基序列；建立包含这些信息的数据库；改进数据分析的工具；将相关技术转让给私营机构；宣布由该计划可能引起的民族的、法律的和社会的问题。(二) 动物基因组计划猪基因组计划的

12、最初目标：构建一个覆盖猪整个基因组90%以上，遗传标记的间距大约为20cM左右的遗传连锁图谱；构建一个在每条猪染色体臂上至少具有1个远端和近端的标志位点，并被遗传作图在染色体上；开发分类猪染色体的激光流动分型技术；开发能够快速测定多态分子标记的PCR技术；评估猪、人、鼠和牛之间保守的同体；开发和评估用于分析QTL作图试验数据的统计方法，并计划和开始在猪群中的QTL作图研究。(三) 动物基因图谱的研究现状目前主要的动物基因图谱有牛、猪、绵羊、鸡等。(四) 动物中单基因控制的性状(五) 动物基因组在家畜育种上的应用1、基因诊断2、标记辅助选择和标记辅助导入基因3、地方品种种质特性研究功能基因组学(functinal genomics)：利用结构基因组学研究所得的各种来源的信息，建立与发展各种技术和实验模型来测定基因及基因组非编码序列的生物学功能。比较基因组学(comparative genomics)：通过模式生物基因组之间、动物基因组之间以及模式生物基因组、动物基因组及人类基因组之间的比较与鉴别，可以为研究生物进化、分离动物生产中重要经济性状的候选基因，以及预测新的基因功能提供依据。三、动物功能基因组学和比较基因组学美国肉类动物研究中心/法国国家农业研究中心http:/locus.jouy.inr