动物遗传学：第14章 真核生物的遗传分析

第十四章真核生物的遗传分析主要内容第一节真核生物基因组第二节真核生物基因组DNA序列的复杂性第三节基因家族第四节表观遗传学第五节遗传标记第一节真核生物基因组

一、基因组的概念一个物种的单倍体染色体所携带的一整套基因（细胞遗传学）一个生物物种所有的不同核酸分子的总和（分子遗传学）一个生物物种结构和功能的所有遗传信息的总和，包括全部的基因和调控元件等核酸分子（现代生物学）原核生物与真核生物基因组特点的异同相同点生物基本单位中的所有核酸序列组成都有重复序列和单一序列都是生物的遗传物质异同点1.真核生物基因组指一个物种的单倍体染色体组(1n)所含有的一整套基因.还包括叶绿体.线粒体的基因组.

原核生物一般只有一个环状的DNA分子.其上所含有的基因为一个基因组.2.原核生物的染色体分子量较小.基因组含有大量单一顺序(unique-sequences).DNA仅有少量的重复顺序和基因.

真核生物基因组存在大量的非编码序列.包括:内含子和外显子、基因家族和假基因、重复DNA序列.真核生物的基因组的重复顺序不但大量.而且存在复杂谱系.3.原核生物的细胞中除了主染色体以外.还含有各种质粒和转座因子.质粒常为双链环状DNA.可独立复制.有的既可以游离于细胞质中.也可以整合到染色体上.转座因子一般都是整合在基因组中.

真核生物除了核染色体以外.还存在细胞器DNA.如线粒体和叶绿体的DNA.为双链环状.可自主复制.有的真核细胞中也存在质粒.如酵母和植物.4.原核生物的DNA位于细胞的中央.称为类核(nucleoid).

真核生物有细胞核.DNA序列压缩为染色体存在于细胞核中.5.真核基因组都是由DNA序列组成.原核基因组还有可能由RNA组成.如RNA病毒.第一节真核生物基因组

二、基因组大小与C值C值：一个物种单倍体基因组的DNA含量是相对恒定的，它通常称为该物种DNA的C值。

最小的C值:支原体(106bp),

最大的C值:某些显花植物和两栖动物(1011bp)

真核生物的基因组比较庞大

人：单倍体基因组3.16×109bp按1000个碱基编码一种蛋白质计：理论上，有300万个基因，实际大概10万个基因

说明：有许多DNA序列并不转录成mRNA指导合成蛋白质。

C值悖理（Cvalueparadox）:C值的大小并不能完全说明生物进化的程度和遗传复杂性的高低，也就是说，物种的C值和它进化复杂性之间没有严格的对应关系。三、真核生物基因组的结构特点真核生物基因组（EukaryoticGenome,EG）与原核生物基因组（ProkaryoticGenome,PG）相比有很大差异：（1）EG位于细胞核中，由数条具有多级空间结构的染色体组成；（2）具有多个复制起点，基因内有内含子；（3）存在着大量的非编码DNA序列；（4）编码蛋白质的基因多位于单拷贝序列中，同时还有大量的重复序列；（5）具有基因簇和基因家族；（6）具有生命所必须的细胞器基因组四、真核生物基因组DNA序列分类基因序列与非基因序列编码序列与非编码序列单一序列与重复序列第二节真核生物基因组DNA序列的复杂度真核生物基因组重复序列分类

（一）单拷贝序列（uniquesequence）亦称非重复序列（nonrepetitivesequence）:在一个基因组中只有一个拷贝或2-3个拷贝（二）中度重复序列（moderatelyrepetitivesequence）（三）高度重复序列（highlyrepetitivesequence）（二）重复序列1、串联重复DNA序列只存在于真核基因组，由2~200bp的重复单位组成卫星DNA（SatelliteDNA）：在进行密度梯度离心时，某些高度重复DNA序列由于碱基组成和浮力密度与主体DNA有区别，会形成一系列的卫星带主带：多由单拷贝序列组成，GC含量接近于基因组均值隐蔽卫星DNA可变数目串联重复序列Variablenumberoftandemrepeat,VNTR卫星DNA中，有一类重复单位在11~60bp，总长度为几百到几千bp的重复序列，多位于近端粒处根据重复单位的大小又可分为：卫星DNA、小卫星DNA和微卫星DNA三类，这类DNA多不具备转录能力卫星DNA一般位于异染色质区，通常位于着丝粒在染色体中可能有某种结构功能长度为100kb~数Mb卫星DNA（satelliteDNA）重复顺序：由2-10bp组成重复单位，重复单位成串排列而成由于这类序列的碱基组成不同于其他部份，可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开，因而称为卫星DNA（或随体DNA）在人细胞组中，卫星DNA约占5-6％，按其浮力密度不同，可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种；果蝇的卫星DNA顺序已经清楚，可分为三类，都是由7bp组成的高度重复顺序：卫星Ⅰ为：5’ACAACTT3’

卫星Ⅱ为：5’ACAAATT3’蟹的卫星DNA为只有AT两个碱基的重复顺序组成。小卫星DNA核心重复序列由10~25bp组成总长度为0.1~30kb多位于靠近染色体末端的区域，也称端粒小卫星，微卫星DNA由1~6个核苷酸为核心序列分散于整个基因组总长度<150bp高度重复顺序的功能1.调节反向序列常存在于DNA复制起点区的附近。另外，许多反向重复序列是一些蛋白质（包括酶）与DNA的结合位点2.参与基因表达的调控DNA的重复顺序可以转录到核内不均一RNA（hnRNA）分子中，并形成发夹结构，这对稳定RNA分子，免遭分解有重要作用

3.参与转位作用

几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，长度由几个bp

到1400bp，形成回文结构，在转位作用中既能连接非同源的基因，又可以被参与转位的特异酶所识别。4.与进化有关不同种属的高度重复顺序，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。如：人与非洲绿猴的α卫星DNA长度仅差1个碱基（前者为171bp，后者为172bp），而且碱基序列有65％是相同的，表明它们来自共同的祖先5.同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即DNA指纹6.α卫星DNA成簇的分布在染色体着丝粒附近，可能与减数分裂时染色体配对有关，即同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA顺序二、DNA序列分析方法DNA测序技术早在DNA双螺旋结构(WatsonandCrick,1953)发现后不久就有报导(Whitfeld,1954)，当时的测序的方法为降解法(sequencingbydegradation,SbD)，但由于操作复杂，并没有形成规模化的应用。1965，Cornall大学以S．W．Holle，为首的科学家小组，首次完成75个核苷酸的酵母丙氨酸tRNA的全序列测定。即利用各种RNA酶把tRNA降解成寡核苷酸，经分离纯化后，再分别测定短片段顺序。1968年华裔生物化学、生物学家吴瑞博士（Dr．RayWu）独创性地设计出一种崭新的引物一延伸测序策略，并于1971年首次成功地测定了λ噬菌体两个COS末端的完整序列；1977，F.Sanger在该策略的基础上，发展出了快速测定DNA序列的末端中止法；K.Mullis采纳他的方法，完善了PCR扩增DNA的方法；M．Smith发明了碱基定点突变技术。这三位科学家全都获得了诺贝尔奖。Sanger等(1977)：末端终止法，该技术引入了聚合酶和测序胶，使DNA测序走向了大规模实用化。经过Melamede,1985;Cheesman,1991;Metzkeretal.,1994等，改良后成为迄今为止应用最为广泛的测序技术。随着技术的改进和创新(Juetal.,2000;Church,2002;Barnesetal.,2002;Mitraetal.,2003)，聚合酶测序法又有了新的发展。另外，还有许多其他的测序策略：如连接酶测序法(sequencingbyligation,SbL)(Whiteleyetal.,1984;LandegrenandHood,1988;Drmanac,1992)、焦磷酸测序法(pyrosequencing)(Hyman,1988)杂交测序法(sequencingbyhybridization,SbH)(Drmanacetal.,1989;1998;2001)随着基因组计划和基因组学的进展，对原有技术的改造和新技术的发明，促使了新一代测序(nextgenerationsequencing,NGS)理念和测序仪的诞生，基因组学和功能基因组学进入了一个低成本、大规模、高通量测序的时代。1、Sanger测序法

双脱氧末端终止法利用DNA聚合酶的两种酶催反应特性：1、利用单链DNA模板，合成DNA互补链；2、利用2’，3’双脱氧核苷三磷酸作底物，参入到寡核酸链的末端，从而终止DNA链的生长。有时也称引物合成法，或酶催引物合成法。反应：同时加入引物和模板、DNA聚合酶1、一种ddNTP、以及四种dNTP（有一种带放射性标记）。变性胶电泳分离反应混合物。放射自显影术，检测单链DNA片段的放射性带。结果判读，从放射性X光底片上，直接读出DNA的核酸顺序。GTACGTTGACGCCddATPddTTPddGTPddCTPddCTP

ddATP

ddGTP

ddTTPAGTCAGGATCACC在实际的DNA合成反应中，使用失去了5’→3’核酸外切酶活性的DNA聚合酶I的Klenow大片段。适当地调整ddNTP和dNTP的比例，便能够获得良好的电泳谱带模式。dNTP／ddNTP=1：100时，谱带分离效果较佳，可读出多于200个以上的核苷酸顺序。2、化学降解法1977年由美国哈佛大学的A．M．Maxam和W．Gilbert发明，于1980年获得诺贝尔化学奖原理1、利用末端标记使待测DNA带放射性，2、利用不同化学药品使DNA分别在特定碱基处断裂，3、变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离各组大小不同的DNA片段，根据特定的断裂位置读出DNA序列第三节 基因家族真核基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因。可能由某一共同祖先基因(ancestralgene)经重复(duplication)和突变产生。家族成员可以分布于不同染色体上可集中于一条染色体上，串联排列在一起，形成基因簇(genecluster)有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因(Pseudogene)根据分布形式分基因簇和散布的基因家族：A基因簇（genecluster）基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域；它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质。如组蛋白基因家族聚集在第7号染色体长臂3区内Histonegenefamily

组蛋白基因家族假基因（pseudogene）：具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能，所以假基因是没有功能的基因，用ψ表示。来源：一般认为是由mRNA反转录成cDNA，然后整合在基因组中，假基因不含内含子。B散布的基因家族（interspersedgenefamily）概念：一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上，各成员在序列上有明显差异。这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。1）简单基因家族◆特点：家族成员串联排列在一起组成一个转录单位◆代表:

rRNA基因家族

(重复单元28S、18S、5.8s-rRNA)根据基因家族在基因组中的复杂程度分类2）复杂基因家族◆特点：相关基因家族排列在一起，之间有间隔序列，独立的转录单位◆代表:

组蛋白基因家族间隔区3）发育相关复杂基因家族◆特点：分布在不同的染色体上独立的转录单位基因顺序与表达顺序相关◆代表:珠蛋白基因家族根据基因家族成员序列的相似程度分类A经典的基因家族，家族成员序列有高度的同源性，序列一致，拷贝数高，非转录间隔区短而一致。B基因家族各成员的编码产物保守（大段的高度保守氨基酸序列）；只是DNA序列的相似性低。C基因家族各成员的编码产物之间只有很短的保守氨基酸序列，DNA序列的相似性更低。D超基因家族，各基因序列之间无同源性，但其基因产物的功能相似。编码产物之间也无明显的保守氨基酸序列，但也有一些共同特征。真核生物基因结构示意图一、DNA与染色体染色体的单线性（mononemy）：在真核细胞中每条染色由一个DNA分子组成，即一个DNA分子从染色体一端连续地走向另一端。单线性的证据：蝾螈卵母细胞在双线期的灯刷染色体和在黑腹果蝇细胞中抽取的DNA分子的相对分子质量测量。第四节真核生物基因组的包装与表观遗传学修饰灯刷染色体（lampbrushchromosome）形如灯刷状，是一类处于伸展状态具有正在转录的环状突起的巨大染色体。常见于进行减数分裂的细胞中。因此它常是同源染色体配对形成的含有4条染色单体的二价体。灯刷染色体首次由W．弗勒明在1882年报道，但未肯定这是一种染色体。1892年J．吕克特对在鲨鱼卵母细胞中的这种巨大染色体的结构进行了研究，并因其形状酷似欧洲当时擦洗煤油灯罩的灯刷，取名为灯刷染色体。50年代在H．G．卡伦等人改进了研究技术后，灯刷染色体的研究才蓬勃发展起来。不同物种灯刷染色体的大小十分悬殊。一般说来，凡单套染色体中DNA的含量（C值）高的动物，灯刷染色体大，侧环长，而且灯刷染色体持续时间也比较长。两栖类的具有最高的C值，灯刷染色体也最大，是研究灯刷染色体的常用材料，其中研究得最为详尽的是某些有尾两栖类。（1）灯刷染色体是两栖类卵母细胞在进行减数分裂的第一次分裂时停留在双线期的染色体，它是一个二价体，包含4条染色单体，此时同源染色体尚未完全解除联会，因此可出现几处交叉，当用RNA酶和胰蛋白酶去掉染色体中的RNA和蛋白质后，每条染色单体是一条连续的纤丝，其直径为2-3nm，相当于一条DNA双螺旋的直径，进一步用DNase处理后，该纤丝断裂，由此证明染色单体中每条染色单体的主体是一条连续的DNA双螺旋分子。（2）野生型黑腹果蝇的细胞用去垢剂溶解并用蛋白酶消化，可得到近乎完整的染色体DNA分子。发现染色体大小与DNA分子相对分子质量密切相关，染色体愈大，所含DNA分子的相对分子质量愈大二、核小体结构与包装模型（一）核小体模型核小体是构成染色质的基本结构单位，使染色质中DNA、RNA和蛋白质组成一种致密的结构。

（二）染色体包装的四级结构（1）串联排列直径11nm的核小体的形成是DNA压缩的第一步（2）在组蛋白H1存在下，核小体进一步螺旋化，每一圈由六个核小体构成外径300nm，内径10nm，螺距11nm的中空螺旋管。（3）螺旋管再次螺旋化形成直径0.4nm的圆筒状超螺旋管，DNA又压缩了将近40倍，直径加粗了10余倍。（4）超螺旋管再螺旋，折叠压缩5倍而形成2-10的染色单体，即染色体包装的四级结构。三、表观遗传学修饰（见另一PPT）第五节遗传标记可识别的等位基因或DNA片段遗传性和可识别性第五节遗传标记一、遗传标记的概念和类型二、分子遗传标记的应用一、

遗传标记的概念及其类型1、形态学标记2、细胞遗传标记3、生化与免疫遗传标记4、分子遗传标记5、理想的分子遗传标记应具备的特点一、

遗传标记的概念及其类型（一）遗传标记的概念

遗传标记是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。遗传标记是一些等位基因或遗传物质，能在生物体上以各种形式表现出各种变异。遗传标记的概念经历了从宏观到微观、从外部到内部、从蛋白质到DNA的发展过程。1、形态学标记形态学标记(morphologicalmarker)

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，动物的毛色、角形、耳型、体型、外貌等。此法简单直观，但标记数目少、多态性低、易受环境影响。特点

简单直观，但标记数目少，多态性低，易受外界条件的影响；依据它进行选择的准确性差，所需时间较长，选择效率也较低。古代形态学标记公元前4000年，伊拉克的古代巴比伦石刻上记载了马头部性状在５个世代的遗传。伯乐相马按图索骥2、细胞遗传标记细胞遗传标记(cytologicalgeneticmarker)

主要是指染色体核型（染色体数目、大小、随体、着丝粒位置、核仁组织区等）、带型（Q、G、C、R带型）和数量特征的变异等，它们分别反映了染色体在结构上和数量上的遗传多态性。

染色体多态现象牛Y染色体的多态性猪银染核仁组织区多态性结构异染色质多态性家猪X、Y染色体G带示意图细胞遗传标记的特点不易受环境影响，呈孟德尔方式遗传。多态性集中表现在染色体高度重复DNA结构的异染色质所在的部位。细胞遗传标记经常伴有对生物有害的表型效应，难以获得相应的标记材料，或者观测和鉴定比较困难，从而限制了细胞遗传标记的应用。3、生化与免疫遗传标记免疫遗传学标记(immunogeneticalmarker)以动物的免疫学特性为标记，包括红细胞抗原多态性和白细胞抗原多态性。

·

红细胞抗原多态性——血型，以细胞表面的抗原而定

·

白细胞抗原多态性——主要组织兼容性复合体（MHC），以白细胞表面的抗原而定。生化遗传标记(biochemicalgeneticmarker)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。有些可以用电泳方法区分其中的差异。同工酶与等位酶同工酶(isozyme)：电泳可区分的同一种酶（系统）的不同变化等位酶(allozyme)：由一个位点的不同等位基因编码的同种酶的不同类型，其功能相同但氨基酸序列不同生化与免疫遗传标记的特点与形态学标识和细胞遗传标记相比，数量更丰富，受环境影响更小，检测手段简便，是一种较好的遗传标记。血液型和蛋白质型都是基因表达的产物，局限于反映基因组编码区的遗传信息，且标记的数量还比较有限，不能很好地覆盖整个基因组。4、分子遗传标记分子遗传标记(moleculargeneticmarker)是一种新的以DNA多态性为基础的遗传标记.在遗传学研究中广泛应用的DNA分子标记已经发展了很多种。分子标记的分类一般依其所用的分子生物学技术大致可以分为两大类：

（1）基于Southern杂交技术的RFLP，为第一代分子标记。（2）基于PCR技术为核心的分子标记，（如RAPD、AFLP、SSR、DNA指纹和mtDNA）等，为第二代分子标记；单核苷酸多态性（SNP）标记被称为第三代分子标记。英文缩写英文名称中文名称RFLPRestrictionfragmentIength

polymorphism限制性片段长度多态性STSSequencetaggedsite序列标签位点RAPDRandomamplifiedpolymor-PhicDNA随机扩增多态性DNAAFLPAmplifiedfrangmentlengthPolymorphism扩增片断长度多态性SSRSimplesequencerepeat简单序列重复SNPSimplemucleotide

polymor-phism单核苷酸多态性几种主要的ＤＮＡ分子标记DNA多态现象产生的原因单个核苷酸的点突变即核苷酸的替换单一DNA序列的插入或缺失整串DNA序列的插入或缺失基因转换

（一）限制性片段长度多态性（restictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP）

RFLP是1980年建立的第一代分子遗传标记。原理：用限制性内切酶切割不同个体的DNA时，如果存在酶切位点的变化，就会产生长度不同的DNA片段，电泳后用克隆探针检测时，就会出现泳动行为的改变。

基本过程图14-1RFLP示意图限制性片段的制备电泳Southern印迹与放射性探针杂交放射性自显影图14-2RFLP检测RFLP标记特点A无表型效应，RFLP标记的检测不受环境条件和发育阶段的影响。BRFLP标记在等位基因之间是共显性的，因此在配制杂交组合时不受杂交方式的影响。C在非等位的RFLP标记之间不存在上位效应，因而互不干扰DRFLP标记起源于基因组DNA的自身变异，在数量上几乎不受限制EDNA需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。在动物分子标记辅助育种中需要将RFLP转换成以PCR为基础的标记。PCR－RFLP将PCR技术用于RFLP分析，即PCR-RFLP。该技术先用1对引物特异性扩增基因组的某一高变区，然后用限制性内切酶消化PCR产物，电泳检测多态性。PCR-RFLP分析省去了探针的制备、分子杂交等繁琐的过程，DNA需求量也少，大大简化了传统的RFLP技术。

DNA多态现象检测的原理-RFLPsA

B电泳图谱AABBAB图14-3PCR—RFLP图14-4PCR—RFLPPCR－RFLP的应用•••

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•••√MstⅡ酶切位点×MstⅡ酶切位点消失PCR-RFLPProValGluProGluGlu123正常杂合异常图14-5

PCR-RFLPAmismatchedPCR-basedtestandRFLPmethodswereusedfordetectionofIGF-IIgenotypes

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accggggcgcGAR2F2:gccgcggcttcgcctaTgAtcF3R3:ccccacgcgctcccgTgctgR1F1PIGF2-intron3引物设计表1目的基因引物序列Table1Theprimersequencesofthetargetgenes引物序列PCR产物/bpPCR条件内切酶名称PrimersequencesPCRproductsPCRcoditionsNameofenzymeF1:5'--ACCGAGCCAGGGACGAGCC--3'R15'--CGAGGAGGCCCGCGGACT--3'11494℃,2min;30×(94℃,30s,6℃,1min,72℃,1min);72℃,7minTseⅠF2：5--GCCGCGGCTTCGCCTATGATC--3′R2：5--GCTGGAAGGGAGGAAGCCGAGA--3′17094℃,2min;33×(94℃,30s,62℃,45s,72℃,1min);72℃,7minBCLⅠF3：5'--TCCCCAAGCAAAACTGGTTTCGCC--3'R3:5'--CCACGCGCTCCCACGCTG--3'19194℃,3min;30×(94℃,30s,59.5℃,30s,72℃,30s);72℃,7minDraⅢ猪IGF-II基因PCR-RFLP分析

M123456M12345678注：M为PBR322-MspIdigestDNAmaker，泳道1、3、7为GA基因型，泳道2、5、6、8为AA基因型，泳道3为GG基因型牛β-LG基因的PCR-RFLP分析图（二）串联重复序列标记tandemrepeatedsequence,TRS真核生物基因组中的可变串联重复序列（variablenumbertandemrepeatedsequence,VNTR）有两类:小卫星和微卫星，两者具有高度的变异性。图7-6卫星DNA(1)小卫星(minisatelliteDNA)小卫星DNA是一种可变数量的串联重复，在不同个体和基因组的不同位点上数目都不同。小卫星重复单位的核心序列为15-76bp近缘物种和个体间的小卫星核心序列有着一定的同源性，在一定的条件下可以相互杂交。

用内切酶把总DNA切成不同长度的片段（VNTR上没有酶切位点），再以VNTR中的特殊序列为探针进行Southern杂交，由于不同个体的这种串联重复的数目及位置不同，所以VNTR的Southern杂交谱带具有高度的个体特异性，故又称其为DNA指纹（DNAfingerprints）。DNA指纹图谱原理①选择在VNTR特异序列上没有酶切位点的限制性内切酶将动物总基因组DNA切成不同长度的片段②以VNTR中特异序列作为探针，进行Southern杂交，③由于不同个体的串联重复序列的数目和位置不同，形成的杂交谱带具有个体的特异性，人们称为DNA指纹图谱(DNAfingerprinting,DFP)VNTR示意图123A

B

C123VNTR变异的原理示意图⑵微卫星（microsatelliteDNA,MS)又称简单序列重复(simplesequencerepeat,SSR)是高度重复序列，广泛存在于真核生物基因组，重复单位的核心序列为2~6bp。微卫星标记的形成示意图微卫星遗传标记的原理以微卫星DNA标记两侧特异性序列设计专一引物，通过PCR技术扩增微卫星片段，扩增产物经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，不同个体间因核心序列的重复次数不同而产生DNA多态性。微卫星遗传标记示意图ABPCR扩增凝胶电泳123

AAAB

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242-238-217-201-190-180-160-147-Lane3:PBR322/MSP1marker;1:(202,202);2:(190,190);4:(202,186);5:(208,182);6:(206,206);7:(204,182);8:(202,186);9:(198,176);10:(202,186);11:(198,176);地方鸡种ＡＤＬ210微卫星引物扩增结果一个家系的微卫星PCR检测结果微卫星遗传标记的特点分布广泛均匀多态信息含量丰富呈共显性遗传稳定性好，可重复性好分析技术易于实现自动化开发成本高微卫星标记的应用领域遗传图谱的构建连锁分析特殊的基因（如致病基因）姻亲分析样品鉴定（如父本分析、血缘分析、杂种分析）物种和居群遗传多样性群体遗传学分析（如有效群体大小、群体遗传结构、群体分化、迁移与基因流动（三）RAPD标记随机扩增多态DNA（(RandomAmplifiedPolymorphicDNA)：其原理是基于PCR技术，由人工随机合成的DNA分子为引物，以基因组DNA为模板，进行多态性DNA片段的随机合成。对扩增产物进行电泳、染色分析，就可直接在紫外光线下看到新合成的DNA分子片段形成的不同条带。RAPD原理示意图若位点2处碱基发生改变，则不同品种鸡基因组的RAPD分析图RAPD的缺点：

RADP图谱中某些弱带重复性较差，目前，引物长度和序列及应用的引物数目、扩增反应条件等实验技术方面未标准化，影响了不同条件下结果的可比性；每个标记含有的信息量小；有假阳性或假阴性结果；显性标记，无法区分从一个位点扩增的DNA片段是纯合的还是杂合的，无法进行等位基因分析。用在种以上类群间的比较时无法得到可靠的遗传距离（四）线粒体DNA标记线粒体基因组具有的独特优点：线粒体DNA分子小、拷贝数高;结构和组织简单而高度保守;母系遗传，缺乏重组;DNA突变率高.（五）单核苷酸多态性标记(SNP)singlenucleotidepolymorphism是指染色体上的某个存在单个碱基的变化，包括单碱基的转换、颠换、插入及缺失等。SNPsinhumanpopulationInter-genicregionsCodingregionsEvery1400bpEvery1430bp

SNP与RFLP、STR等标记不同之处在于不以“长度”差别为检测手段，而是直接以序列的变异作为标记。

基因组DNA某一特定的核苷酸位置上，可能发生单个碱基的变化，如转换、颠换等，使得群体中基因组的某些位点上存在差异。

SNP就是指基因组内特定的核苷酸位置上存在两种以上不同的核苷酸，其中最少一种在群体中的出现频率不少于1%（低于1%则视为突变）。

（五）单核苷酸多态性标记（singlenucleotidepolymorphism,SNP）

SNP是出现频率最高的标记，人类基因组中平均每1000bp中就有1个SNP，总数可达300万个。位于基因表达序列内的SNP可能会影响蛋白质的结构和表达水平，对分析基因与性状的关系有重要意义。

SNP是单碱基突变，任何用于单碱基突变的技术都可用于SNP检测，如RFLP、DNA序列分析、单链构象多态性（SSCP）等。最先进的是微数列矩阵DNA芯片（DNAchip）技术。

SNP标记的特点⑴高密度

SNP是基因组中最普遍、频率最高的遗传标记。单个SNP虽然只有两个等位基因，多态信息含量不如微卫星位点，但其高密度弥补了其不足。⑵代表性

某些位于基因表达序列内的SNP(coding

SNP,cSNP)，有可能直接影响蛋白质结构或表达水平，鉴别cSNP对于复杂表型性状与基因变异之间的关联分析具有重要意义。⑶易实现自动化分析

双等位标记，检测时只需“有或无”表示。DNA芯片技术实验了SNP分析的高通量、微型化和自动化。SSCP单链构象多态性：SSCP(SingleStrandConformationpolymorphism)：指等长的单链DNA因核苷酸序列的差异而产生的构象变异，在非变性聚丙烯酰胺中表现为电泳迁移率的差别。鸡IGFBP2基因的PCR-SSCP分析图

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CATGCATGCATGPRLR3PRLR6atacttctttccaagaggaagtggatacttctttccaaggggaagtgg5’-UTRgaattaaa…tctccgcccgaatcaaa…tctccacccLeu340Ser基因芯片基因芯片(genechip)

：是指采用原位合成或显微打印手段，将数以万计的DNA探针固化于支持物表面上，产生二维DNA探针阵列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品快速、并行、高效地检测或医学诊断，由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程运用了计算机芯片的制备技术，所以称之为基因芯片技术。基因芯片的应用（1）基因表达分析；（2）测序；（3）寻找变异、多态性（SNP）；（4）药物筛选；（5）基因诊断分子遗传标记的特点无表型效应；不受环境的限制和影响；普遍存在于所有生物；数量丰富；遗传多态性高；检测方法简单快捷；遗传共显性，能分离出等位基因的三种基因型。5、理想的分子遗传标记应具备的特点遗传多态性高;检测手段简单快捷，易于实现自动化;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。标记遍布整个基因组；准确性，能正确反映动物的真实遗传，即标记是经济性状基因，还是与影响重要性的性状连锁。实验重复性好（便于数据交换）；开发成本和使用成本尽量低廉。二、分子遗传标记的应用○个体及亲缘关系的鉴定DNA指纹○遗传资源的评估、监测、保护和利用○基因定位和遗传图谱的构建○标记辅助选择第六节基因组学一、产生背景及概念二、基因组学分类三、结构基因组学四、功能基因组学五、比较基因组学一、产生背景及概念1.背景：

1985年提出人类基因组计划（HGP），随着HGP的提出和实施，产生的基因组学。

一、人类基因组计划完成带来的挑战1.100多个物种的基因组测序已经完成；2.>4,000个物种的基因组计划正在进行；3.比较基因组学：比较多个物种的基因、蛋白质的序列来揭示功能的保守性，并发现新的规律。DNA双螺旋基因的结构基因：可遗传1.遗传的基本功能单位2.基因由DNA编码3.一个基因编码一条蛋白质4.基因序列的改变可能导致功能及表型的改变基因型(Genotype)->

表型(Phenotype)经典遗传学：Antennapedia1.antenna-触角，pedia-足2.触足突变3.同源异型基因:homeoticgenes4.Antennapedia：hoxgeneAntennapedia经典遗传学：Huntington'sdisease1.Huntington‘sdisease：亨廷顿舞蹈病2.Huntingtin(11-41):FESLKSFQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQP人类基因组计划1.搞清楚人类基因组的DNA碱基的内容和顺序2.编码区(编码蛋白的DNA序列)：占基因组的<2%3.非编码区：功能？a.非编码RNA：具有调控功能b.重复片段：维持基因组的结构？c.转座子基因概念的延伸：生物体的复杂性1.人类基因组：~22，000个基因vs.100,000个蛋白质——可变剪切(AlternativeSplicing)2.表观遗传学遗传信息的传递：中心法则1.DNA自身通过复制传递遗传信息；2.DNA转录成RNA；3.RNA自身能够复制(RNA病毒)；4.RNA能够逆转录成DNA；5.RNA翻译成蛋白质。2.基因组学的概念以分子生物学技术、计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探索生命活动的内在规律及其内外环境影响机制的科学。3、基因组学的发展历程流感嗜血杆菌(haemophilus

influenzae)

1995年7月第一个细菌基因组全序列发表,大小为1.8

Mb。含1703个基因或开放阅读。这是微生物乃至整个生物学领域的一个里程碑.(Science)1997年9月,大肠杆菌的完整基因图谱已绘制成功,基因组全序列完成,全长为5Mb,共有4288个基因,同时也搞清了所有基因产物的氨基酸序列.啤酒酵母，1997年，第一个真核生物基因组图谱公布。秀丽线虫(caenorhabditis

elegans)

1998年12月完成了基因组测序。基因组大小100Mb,分布于6条染色体,预测有19，099个基因。果蝇Celera公司2000年3月宣布了基因组全序列为180Mb。有13601个基因,其中一半的基因功能还没有搞清楚,有1600个碱基跨度区仍未能完全测序。2000年12月,第一个植物基因组——拟南芥基因组被全部测序,遗传图谱、物理图谱建立,序列大小为125Mb。基因组测序区段覆盖了全基因组的115.4Mb,分析共含有25498个基因,编码蛋白来自11000个家族。2001年2月中旬，《Nature》与《Science》分别发表了人类基因组工作框架图,报告人类基因组共有30亿个碱基对,预测编码基因31000个,比最初预测的10万个编码基因数大大减少。2002年4月，水稻基因组图谱公布。2002年

小鼠、疟原虫和按蚊基因组测序完成鼠基因组共有约27亿个碱基对，比人类少15％，但其包含的基因数目约在3万个左右，与对人类基因数的最新估计非常接近。2003年

人类基因组计划宣布，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现人类遗传变异图谱研究以及黑猩猩基因组测序计划开始2003年11月，世界上首个复杂生物体的蛋白图谱－－果蝇蛋白图谱公布，从而实现了只显示遗传密码的基因图谱到揭示遗传密码功能的蛋白图谱的飞跃。这个果蝇（Drosophilamelanogaster）蛋白图谱发表在《科学》杂志的网络版上这篇研究发布的这个含有7,000多个果蝇蛋白的图谱涵盖了这些蛋白之间超过20,000种不同的互作。这些果蝇蛋白有许多与人类蛋白类似，适于作为研制小分子药物如用于治疗癌症、心脏病和糖尿病的口服药片等的靶点2004年３月１日多国科学家组成的两个研究小组宣布绘制出鸡的基因序列草图和遗传差异图谱。

科学家选取了家鸡的远祖——红原鸡为测绘对象，绘制出了草图中约10亿个碱基对，相当于人类的三分之一。科学家在９日出版的《Nature》杂志上载文说，分析发现，红原鸡约有２万到2.3万个遗传基因，与人类数量基本持平，其中有60％与人类相同。鸡基因组的分析还仅仅是开始，不过已经得出了一些出人意料的结果。科学家们发现，控制鸡生成角蛋白的基因与预想的不同。角蛋白构成人类的头发、指甲，以及鸟类的喙和羽毛，科学家一直认为哺乳动物和鸟类的角蛋白来源相同。但图谱显示，鸡的角蛋白基因与哺乳动物的区别很大。科学家由此推测，角蛋白可能独立进化出了两次。意外的发现另外，此前科学界一致认为鸡没有嗅觉，但是分析结果表明鸡具有大量的嗅觉基因，味觉基因却很缺乏。分析还发现，鸡缺乏人类所具有的产生乳汁、唾液和牙齿的基因。意外的发现鸡基因组研究的意义鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物的一种比较理想的中介。将人类基因组与鸡等其他生物的基因组进行比较，有助于更深入理解人类基因的结构和功能，进而开发治疗疾病的新手段，对于培育优质鸡种、改善食品安全、控制禽流感病毒的蔓延也有重要意义。鸡是种常见的家禽，长期受到进化生物学家的青睐。它的基因序列也有助于科学家了解农业和进化学上重要特性的遗传学基础。鸡的进化研究转基因小鸡对鸡和人类的基因组进行比较后发现约七千万个碱基对是共有的。这暗示着在大约三亿一千万年前二个物种从共同祖先分化出来的时候，遗传物质具有守恒性。鸡和所有的哺乳动物多起源于恐龙鸟类的祖先——始祖鸟“分道扬镳”在鸟类和哺乳动物分离的时候，鸡获得了生成羽毛和喙的蛋白质的基因，而哺乳动物获得了毛皮蛋白质的基因，丧失了与蛋清和蛋黄有关的基因。鸡的基因组比哺乳动物的紧凑的多，它拥有2万到2.3万个基因，