医药健康绵山羊基因组研究遗传图和物理图谱

• 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 度 增 加 至 近 300 万 ERUO, 约 合 1 千 5 百 万 人 民 币 , 美 国 国 家 动 物 基 因 组 项 目 (NAGRP) 下 一 个 五 年 计 划 (98-03) 中 绵 羊 基 因 组 项 目 的 投 资 占 所 有 家 畜 种 中 第一位)。正在加紧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。
FISH
• Womack(1997)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(SCH) 技术确证,只有50个I型基因是用FISH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458个。如绵羊的主要BoLA-A(MHCclass I)编码基因(16个)已定位到绵羊的物理图 23号染色体上。对奶绵羊业极为重要的酪蛋白基 因 中 的 CSN1(casein,alpha),CSN2(casein, beta) 等 9 个 基 因 或 基 因 束 (cluster) 已 分 别 被 精 确地定位到了绵羊的基因组物理图5(1)、6(6)、 13(1)和23(1)号染色体上。还有几个重要的绵羊
• 进行绵羊基因组研究的关键实验室有新西兰的 AgResearcal Invermany Mosgil, 澳 大利 亚的 动 物 生 物 技 术 中 心 , 美 国 的 Utah State 的 Noelle
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 体系为:
• 微卫星标记(MS or STR),估计绵羊基因组中的 MS数量在44000左右(Stone等1995);
与其它种(如人、鼠、牛和猪等)的比较图谱。
• 2 绵羊基因组连锁图(linkage map)又称为绵羊的基因组遗传图(genetic map)。
• 它描述的是绵羊各种基因位点(包括各类标记位点)在绵羊染色体上的相 对位置,它是研究各基因位点间共同遗传规律的重要基础。目前它主要用 遗传标记位点来确定基因位点间的关系,遗传标记既可是可表达的DNA 区段(编码基因),也可是无编码功能的DNA小片段,或一个酶切位点和一 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遗传规律。 两个位点间的距离用cM(centi-Morgan)来测定。
七、展望
• 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经济性状座位(ETL, 包括QTL)数量,位置及它们对相应表现型影响,继而应用标记辅助选择(MAS)技术 来实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。
• 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 不断增加,特别是政府资助强度的加大,
INTERNET上的绵羊基因组连锁 图 • 有三个即SM1,SM2和SMC,
• SM1 为 Crawford 等 (1995) 用 IMF 系 谱 完 成 的 固 定 框 架 连 锁 图 (static framework linkage map);
• SM2为de Gortari等(1998)发表的绵羊基因组第二代连锁图;
•
SMC是一个以SM2为框架,
• 用绵羊基因组中的6号染色体(Lord等,1996)和X染色体(Galloway等1996) 为基础计算预测整个绵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,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1260个,其中基因位点(I型)319个,DNA标记 位点(II型)939个,已定位到SMC,SM1,SM2连锁图上的基因数100,31,39个, 标记位点数分别为545,183和471个。由NCBI接受承认的绵羊(sheep)核酸 序列(Nucleotide Sequence)为1741个,家绵羊(Ovis aries)的为1339个 (1998年11月25日)。
五、绵羊基因组遗传连锁图研究现状
• Crawford等(1992)开始用微卫星标记构建绵羊基因组遗传连锁图,1994年 建成有52个遗传标记,19个连锁群,长度30cM的遗传连锁图,1995年发表第 一个有246个多态标记的基因组常染色体遗传连锁图,图总长2070cM,图中 有86个微卫星标记直接来自绵羊,126个微卫星标记来自牛引物,1个微卫星 标记来自鹿,另外33个为其它类型多态标记。该图覆盖了绵羊核基因组的全 部26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。
• 羊的 线粒体DNA基因 组(mtDNA)呈母性遗 传,全部碱基数为 16616 (Hiendleder 1998),并且由15个编 码基因和22个tRNA 基因组成。
• 绵羊基因组研究的主要 目标之一是通过基因组 图制作和应用,在DNA
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连锁图,基因组物理图和物理与连锁图的比较图以及
六、绵羊基因组物理图
• 绵羊的基因组物理图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 体细胞杂交方法将I型基因确定到同源染色体上(Fries等1993)。自荧光原位杂交 (FISH)技术和放射自显杂交(RH)作图技术应用于直接进行基因物理定位开始,到 现在已能较容易地将I型基因和II型标记位点从连锁图上转移定位到绵羊的物理图 上。
QTL 生长 QTL 健康
BTA14 + BTA9 QTL 出生体重-BTA14 QTL 断奶体重-BTA9+BTA14 QTL 周岁体重-BAT14 QTL 胴体重-BTA14
估计位于绵羊1号染色体(Oar1)上 初生体重QTL
=M-Marker
15cM
55cM
FISH
• 羊核基因组染色体Q,R,G等标准带型研究已经完成。羊基因遗传联锁图和物理结 构图正在进行中。
• de Gortari等(1998)报告了具有更高分辨率的绵羊基因组第二代遗传连锁 图。
• 图 中 有 519 个 标 记 , 其 中 504 个 微 卫 星 标 记 , 常 染 色 体 上 连 锁 图 总 长 度 3063cM,X染色体长度127cM,总长度3190cM;标记间平均间距6.4cM。 小于5 cM的占55﹪,大于20 cM的标记为3.8﹪。519个微卫星标记的平均 杂合度H=68.9﹪。
• 4 绵羊基因组项目的目标:完全详细的绵羊遗传图分辨率为2Mb(1Mb=1cM), 而物理图分辨率定为0.1Mb(0.1cM),检测出全部碱基序列的分辨率则为1bp。 绵羊基因组bp总数估计约为3×109 bp,估计基因数不超过10万个。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,估计大约为5千到1万之间, 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数要等到将全部基 因组的DNA序列测定完成达到1bp时才能下定论。
• 1cM遗传距离等于1百万碱基对(bp)的物 理距离。
• 1cM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1﹪染色体重组。 换句话说,当两个遗传位点在同一染色体片 段上的物理距离相隔1百万bp时,它们在减 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 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
• 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)
• 绵羊基因组中I型基因按国际基因术语专业委员会规则命名,通常为基因产物 或 功 能 的 英 文 名 称 缩 写 , 例 如 绵 羊 11 号 染 色 体 上 的 生 长 激 素 基 因 GH1(growth hormone 1) 和 11 号 染 色 体 上 的 羊 毛 角 蛋 白 基 因 束 KRT1(Keratin 1 cluster 和 3 号 染 色 体 上 的 羊 毛 角 蛋 白 基 因 束 KRT2(Keratin 2 cluster) 等 , 可 参 见 下 列 地 址 h t t p : / / w w w. r i . b b s rc . a c . u k / s h e e p / a r k / l o c l i s t . h t m l
• 该群体主要目的是用来发现羊毛生产和羊毛品质 性状),法国INRA的INRA401是一个大型多品种 杂 交 家 系 , 美 国 MARC 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(对羊毛, 羊肉产量和质量控制,抗寄生虫,抗真菌)。其它资 源 还 包 括 绵 羊 - h a m s te r 体 细 , 微卫星标记引物等map)是染色体上所有基因位点的真实定位 图(例如限制性酶切位点,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,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度。
• 绵羊的基因组低分辨率的物理图是28条染色体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的排列顺 序。
绵羊基因组研究 遗传图和物理图谱
一、羊的基因组概念
• 完整羊基因组由细胞核中的核DNA和细胞质中的线粒体DNA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两大部分DNA上的全部基因(编码基因
和标记基因),据目前估计羊基因组基因总数不超过10万个。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,即羊细胞核中的染色体数──绵羊二倍体 2n=54,单倍体n=28,即26条常染色体加上两条性染色体X和Y。
血或其他组织
DNA PCR
基因型检测 ABI 310
LKV BAY
+ H1G 4 003
00 191
Bahn TierLID MarkerID Allel1 Allel2 1 WB0001 BM6458 97 105 1 WB0001 BM1224 134 138 1 WB0001 TGLA116 165 169 1 WB0001 RM068 174 174 1 WB0001 MAF50 226 238 2 WB0002 BM6458 105 113 2 WB0002 BM1224 132 140 2 WB0002 TGLA116 169 169 2 WB0002 RM068 180 186 2 WB0002 MAF50 224 226 3 WB0003 BM6458 97 113 3 WB0003 BM1224 138 140 3 WB0003 TGLA116 165 169 3 WB0003 RM068 174 186 3 WB0003 MAF50 224 226
• 羊的基因组中的所有基因通常可分为两大类型:即
• I型基因──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(蛋白质或 酶等)。
• II型基因──主要为非编码的、具有高度变异、不同大小的DNA序列 片段所组成,又称为DNA标记位点,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I型基因,估计它们约占整个羊基因 组中基因总数的90﹪以上。
三、绵羊基因组作图参考家系(Reference • 国 际 绵 羊 基 因 组 图F谱a参m考i家l y系)主和要资为 新源西 兰 的 AgResearch IMF(International mapping flock); 澳
大利亚的CSIRO作图参考家系(15个3世代全同胞共计182个后裔,用MOET和自然交配完成,最大全同胞家 系 成 员 29 个 , 最 大 家 系 有 55 个 后 裔 , 由 2 头 罗 姆 尼 (Romney) 公 羊 和 9 头 携 带 Booroola 基 因 的 美 利 奴 母 羊 (Merino)组成,