遺傳圖構(gòu)建原理

1、2021/8/21遺傳圖構(gòu)建原理 遺傳學(xué)2021/8/22 人人 類類 基基 因因 組組 計計 劃劃遺傳圖遺傳圖序列圖序列圖轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖物理圖物理圖2021/8/23 2021/8/24結(jié)構(gòu)基因組的研究策略2021/8/25 由此可知：遺傳圖的繪制是人類基因組研究的第一步。2021/8/26遺傳圖 什么是遺傳圖？ 怎樣構(gòu)建遺傳圖（即遺傳圖的構(gòu)建原理）？ 遺傳圖的發(fā)展歷史？ 構(gòu)建遺傳圖的功能、意義？2021/8/27一、遺傳圖譜的相關(guān)定義遺傳圖（genetic map）： 又稱為連鎖圖（linkage map），是指基因或DNA標(biāo)志在染色體上的相對位置與遺傳距離，后者通常以基因或DNA片段在染色

2、體交換過程中的分離頻率厘摩（圖距單位：cM）來表示，cM值越大，兩者之間距離越遠(yuǎn)。遺傳距離： 減數(shù)分裂時兩個基因間重組值為1% =連鎖圖中兩個基因間圖距1厘摩 1cM大約相當(dāng)于1106個核苷酸對（1Mb）.2021/8/28一、遺傳圖譜的相關(guān)定義遺傳標(biāo)記： 遺傳標(biāo)記是遺傳物質(zhì)的特殊的易于識別的表現(xiàn)形式,可以是任何一種呈現(xiàn)孟德爾遺傳的性狀或物質(zhì)形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多肽標(biāo)記等，確定其在基因組中的位置后，可作為參照標(biāo)記用于遺傳重組分析，研究基因遺傳和變異的規(guī)律。目前, 遺傳標(biāo)記主要分4 大類: 形態(tài)學(xué)標(biāo)記 主要指可以觀察到的一些性狀, 如種皮顏色、抗病性反 應(yīng)、株高等。 細(xì)胞學(xué)標(biāo)記

3、 主要包括核型分析、染色體分帶和原位雜交技術(shù)、利用非整體進(jìn)行遺傳操作進(jìn)而基因定位等。 生化標(biāo)記 主要是同工酶及種子貯藏蛋白, 有時又稱做蛋白質(zhì)標(biāo)記或當(dāng)做一種分子標(biāo)記。 分子標(biāo)記 主要指在DNA 水平上的標(biāo)記。 2021/8/29 任何一類圖譜都有可識別的標(biāo)記。遺傳圖任何一類圖譜都有可識別的標(biāo)記。遺傳圖譜的標(biāo)記是什么呢？譜的標(biāo)記是什么呢？標(biāo)記1標(biāo)記2標(biāo)記3染色體上的基因和基因和DNADNA序列序列均可作為路標(biāo), 路標(biāo)具有物理屬性,他們由特定的DNA順序組成. 路標(biāo)位于染色體上的位置是固定的,不會更改的,因而提供了作圖的依據(jù)2021/8/210 2021/8/211 遺傳作圖的常用標(biāo)記2021/8

4、/2121.基因是首先被使用的標(biāo)記 在經(jīng)典遺傳學(xué)中，研究一種性狀的遺傳必須要求同一性狀在經(jīng)典遺傳學(xué)中，研究一種性狀的遺傳必須要求同一性狀至少至少2種不同的存在形式或稱表型。種不同的存在形式或稱表型。 起初只有那些能通過視覺區(qū)分的基因表型用于研究。最初起初只有那些能通過視覺區(qū)分的基因表型用于研究。最初的遺傳圖譜是在的遺傳圖譜是在20世紀(jì)初針對果蠅等生物使用基因作為標(biāo)世紀(jì)初針對果蠅等生物使用基因作為標(biāo)記構(gòu)建的。記構(gòu)建的。2021/8/2132. DNA標(biāo)記 基因之外的作圖工具統(tǒng)稱為基因之外的作圖工具統(tǒng)稱為DNA標(biāo)記。有三種標(biāo)記。有三種類型的類型的DNA序列特征可以滿足這一要求：序列特征可以滿足這一

5、要求：1.限制性片段長度多態(tài)性限制性片段長度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphisms, RFLP）2.簡短串聯(lián)重復(fù)簡短串聯(lián)重復(fù)( short tandem repeats, STR )3.單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms, SNP）2021/8/214 二、遺傳圖構(gòu)建理論2021/8/215 遺傳作圖遺傳作圖 (Genetic mapping) 即遺傳即遺傳圖譜的構(gòu)建。它是利用遺傳學(xué)的原理和方圖譜的構(gòu)建。它是利用遺傳學(xué)的原理和方法，構(gòu)建能反映基因組中遺傳標(biāo)記之間遺法，構(gòu)建能反映基因組中

6、遺傳標(biāo)記之間遺傳關(guān)系的圖譜。傳關(guān)系的圖譜。2021/8/216 孟德爾遺傳定律：孟德爾遺傳定律：2021/8/217連鎖與部分連鎖：連鎖與部分連鎖：2021/8/218 部分連鎖的原因是基因之間發(fā)生了交換部分連鎖的原因是基因之間發(fā)生了交換2021/8/2192.1 遺傳作圖的方法遺傳作圖的方法 從摩爾根時代開始，從摩爾根時代開始，連鎖（連鎖（linkage）分析分析便成為遺傳分析的重要手段，更便成為遺傳分析的重要手段，更是遺是遺傳作圖的基礎(chǔ)傳作圖的基礎(chǔ)。遺傳標(biāo)記之間的遺傳關(guān)系。遺傳標(biāo)記之間的遺傳關(guān)系主要是通過連鎖關(guān)系來反映。而連鎖關(guān)系主要是通過連鎖關(guān)系來反映。而連鎖關(guān)系是通過重組率來反映的。是

7、通過重組率來反映的。 重組型數(shù)目重組型數(shù)目 重組率重組率 (RF) = 總數(shù)目總數(shù)目2021/8/220 2021/8/221 遺傳作圖的理論基礎(chǔ)：遺傳作圖的理論基礎(chǔ)：2021/8/222二、怎樣構(gòu)建遺傳圖步驟：1. 選用合適的遺傳標(biāo)記2. 測定群體中不同個體的遺傳標(biāo)記3. 對遺傳標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行連鎖分析，構(gòu)建連鎖圖2021/8/223 傳統(tǒng)遺傳圖中的遺傳標(biāo)記主要是形態(tài)傳統(tǒng)遺傳圖中的遺傳標(biāo)記主要是形態(tài)學(xué)標(biāo)記。形態(tài)學(xué)標(biāo)記的數(shù)量不多，但利用學(xué)標(biāo)記。形態(tài)學(xué)標(biāo)記的數(shù)量不多，但利用形態(tài)學(xué)標(biāo)記作圖的時間很長，在二十世的形態(tài)學(xué)標(biāo)記作圖的時間很長，在二十世的前八十年主要是利用形態(tài)學(xué)標(biāo)記作圖。前八十年主要是利用形態(tài)

8、學(xué)標(biāo)記作圖。 2.1 傳統(tǒng)遺傳圖傳統(tǒng)遺傳圖2021/8/224果蠅的突變體果蠅的突變體:2021/8/225 2021/8/2262.2 分子遺傳圖 要構(gòu)建分子遺傳圖譜首先要根據(jù)遺傳材料選擇合適的作圖群體，再應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)對基因型進(jìn)行標(biāo)記分析，確定標(biāo)記間的連鎖關(guān)系。2021/8/2272.2 分子遺傳圖其構(gòu)建步驟： 主要包括構(gòu)建合適的遺傳群體，包括親本的選擇，分離群體類型的選擇及群體大小的確定等；利用合適的分子標(biāo)記進(jìn)行分析；利用計算機(jī)軟件進(jìn)行圖譜構(gòu)建，建立標(biāo)記間的連鎖排序和遺傳距離； 利用計算機(jī)軟件繪出遺傳圖譜這幾個部分.2021/8/228不同模式生物的連鎖分析方法不同模式生物的連鎖分析方

9、法2021/8/229有性雜交實驗有性雜交實驗ABABAbAbababababababababababaBaBF1F1基因型基因型ABabABabAbabAbabaBabaBabababababABABAbAbaBaBabab表型表型2021/8/230 2021/8/2312021/8/2322021/8/233 數(shù)據(jù)庫的建立數(shù)據(jù)庫的建立: 把基因型重組的結(jié)果數(shù)字化，把基因型重組的結(jié)果數(shù)字化， 按作圖的要求，整理數(shù)據(jù)，按作圖的要求，整理數(shù)據(jù)， 建立計算機(jī)文件。建立計算機(jī)文件。2021/8/234 準(zhǔn)備資料（準(zhǔn)備資料（prepare data）：）： 如果是如果是F2群體的資料，閱讀資料后，屏

10、幕上將出現(xiàn)：群體的資料，閱讀資料后，屏幕上將出現(xiàn)： data type f2 intercross 146 362 0 symbols 1=A 2=H 3=B 0=- （個體數(shù)（個體數(shù) 座位數(shù)座位數(shù) QT數(shù)）數(shù)） 其中：其中： 1=A親本親本A的純合基因型（的純合基因型（aa） 2=H雜合基因型（雜合基因型（ab） 3=B親本親本B的純合基因型（的純合基因型（bb） 4=C非親本非親本A純合基因型（純合基因型（ab，bb） 5=D非親本非親本B純合基因型（純合基因型（aa，ab） 0=- 缺資料缺資料2021/8/235分群（分群（group）：）： 通過兩點分析，計算各座位之間的連鎖關(guān)系，并

11、通過兩點分析，計算各座位之間的連鎖關(guān)系，并把基因座位劃分為若干個連鎖群。屏幕上將出現(xiàn)：把基因座位劃分為若干個連鎖群。屏幕上將出現(xiàn)： group 1：1 4 12 35 group 2：2 7 18 42 通過設(shè)置通過設(shè)置LOD值，可以改變連鎖群的數(shù)目。值，可以改變連鎖群的數(shù)目。LOD值增大，連鎖群的數(shù)目也會增大。值增大，連鎖群的數(shù)目也會增大。LOD值值3.0時，其分群的可靠性較大。當(dāng)座位數(shù)足夠大時，其分群的可靠性較大。當(dāng)座位數(shù)足夠大時，連鎖群的數(shù)目與單倍體的染色體數(shù)目相同。時，連鎖群的數(shù)目與單倍體的染色體數(shù)目相同。 2021/8/236 排序（排序（sequence）：）： 通過多點分析，可以

12、計算出在同一連鎖群通過多點分析，可以計算出在同一連鎖群內(nèi)不同排列順序下，各座位之間的距離和內(nèi)不同排列順序下，各座位之間的距離和連鎖群的總長度。連鎖群的總長度。 比較（比較（compare）：）： 通過比較同一連鎖群內(nèi)不同排列順序的作通過比較同一連鎖群內(nèi)不同排列順序的作圖結(jié)果，找出圖結(jié)果，找出log-likelihood（對數(shù)似然值）（對數(shù)似然值）為最大的排列方式為最合理的排列方式。為最大的排列方式為最合理的排列方式。2021/8/237作圖（作圖（map）：顯示最后的作圖結(jié)果。）：顯示最后的作圖結(jié)果。DistMarkercMIdName(71)RG47219.2(50)RG24616.1(15

13、4) K54.8(159) U104.7(75)RG53215.3(160) W115.5(39)RG17315.0(163) Amy1B3.8(108) RZ2763.3(32)RG14634.3(57)RG3452.5(60)RG38123.5(102) RZ198.2(84)RG69013.2(141) RZ73033.1(143) RZ8012.6(90)RG8109.2(55)RG3311DistMarkercMIdName(66)RG43713.0(76)RG5445.3(37)RG17122.2(33)RG15727.4(110) RZ3186.3(167) PalI29.3(1

14、29) RZ5810.2(12)CDO6868.8(162) Amy1A/C12.8(95)RG958.4(82)RG6545.1(52)RG25610.0(104) RZ2135.4(99)RZ12313.1(74)RG5202DistMarkercMIdName(25)RG1047.7(58)RG34813.2(111) RZ3296.9(145) RZ8929.8(23)RG1002.8(43)RG19117.5(139) RZ67841.6(128) RZ57437.1(109) RZ28415.6(115) RZ39418.5(156) pRD10A2.5(118) RZ4035.0

15、(40)RG17928.6(4)CDO3371.9(112) RZ337A22.5(121) RZ44815.0(124) RZ51932.1(173) Pgi-17.1(13)CDO879.2(94)RG91017.9(62)RG418A3DistMarkercMIdName(47)RG2188.1(107) RZ2628.6(42)RG19012.6(92)RG90813.7(93)RG913.2(67)RG44916.1(89)RG7888.4(127) RZ56516.8(138) RZ67521.4(35)RG16328.2(130) RZ5902.7(46)RG21412.2(31)RG1435.9(79)RG62042021/8/238三、遺傳圖的發(fā)展歷程 由于遺傳理論和檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步，帶來了遺傳圖的演變和發(fā)展。 1、自1980 年第1次提出采用限制性片段長度多態(tài)性( restriction fragment length polymorphism, RFLP) 繪制連鎖圖。 2、第2 代簡短串聯(lián)重復(fù)( short tandem repeats, STR )連鎖圖 。 3、第3 代單核苷酸多態(tài)性( single nucleotide polymorphism, SNP)連鎖圖 。