遗传学第十三章 基因组学

2019/8/2 22
①限制性内切酶多型性：若在“基因工 程”一节所述，限制性内切酶能识别饿 切割特异核苷酸序列，DNA序列能或不 能被某一酶酶切，实际上相当于一对等 位基因的差异。
2019/8/2 23
如有两个DNA分子，一个具有某一酶的酶 切位点，而一个没有这个位点，酶切后 形成的DNA片段长度就有差异，即多型性 （RFLP）(图9-20)。根据这一等位基因 的遗传，可将RFLP作为标记，定位在基 因组中某一位置上。这同用基因标记的 方法一样。据分析，人类基因组中有 105RFLP位点，每一位点只有两个等位基 因。
2019/8/2 5
2019 年 ， 构 建 了 每 个 标 记 的 密 度 为 0.6Mb(1Mb=1×106bp)的人类基因组遗传 图谱，0.1Mb的物理图谱。2000年完成了 人类基因组草图的构建，并已测定基因 组的大量核苷酸序列，这些研究成果使 人们深信，人类将在不远的将来会彻底 揭示人类自身的全部遗传信息。
2019/8/2 24
但 是 ， 用 限 制 性 酶 酶 切 基 因 组 DNA 后 ， 会 产 生 很 多 DNA 片 段 。 例 如 ， 用 识 别 6 个 核 苷 酸 的 EcoRI（表9-1）酶切的DNA，理论上它可以在 每隔4096bp(46)切割DNA分子，这样，人类基因 组就会有75万个DNA片段，所以内切酶酶切要 结合Southern杂交分析，用特异的杂交探针来 检测差异，或用PCR方法，扩增包括RFLP的DNA 片段，在琼脂糖凝胶电泳中检测等位基因的差 异。
2019/8/2 8
由于以人类为对象的研究实际上受到诸 多限制，也受伦理学的约束，所以人类 基因组计划还将对有关的模式生物如酵 母、线虫、果蝇、小鼠、家猪、拟南芥 等进行相应的研究，为研究人类基因组 的战略提供了重要的依据。
2019/8/2 9
目前已有多种模式生物的基因组序列已 全部测定。在真核生物中，有酵母、线 虫、果蝇、拟南芥。还有水稻基因组全 序列已接近完成。在原核生物中，有大 肠杆菌等10多种生物的基因组序列也已 经测定。人们预计，随着新技术和系统 的不断发展，人类将测定更多基因组的 全部序列。
2019/8/2 30
由于SNPs数目大，可用寡聚核苷酸分子杂交法 直接检测，例如，利用DNA芯片技术将不同寡 聚核苷酸固定在芯片上，标记待测DNA，一次 就可测得很多SNPs标记。也可用特异等位基因 动力学杂交方法（dynamic allele-specific hybridization, DASH）检测。这种方法是利 用液体杂交法检测，即在酶标偶联反应 （ELISA）板的96个孔中进行杂交，再用一种 只与双链DNA结合的荧光染料检测。
基 因 组 学 的 重 要 组 成 部 分 是 基 因 组 计 划 （genome project），大体上可以分为：
①构建基因组的遗传图谱（genetic map）； ②构建基因组的物理图谱（physical map）； ③测定基因组DNA的全部序列； ④构建基因组的转录本图谱； ⑤分析基因组的功能。
2019/8/2 18
(一）图谱的构建
1.图谱标记 2．遗传图谱的构建
2019/8/2 19
1.图谱标记
图谱构建中需要可以鉴别的标记 （marker），在构建遗传图谱中，可用 基因和DNA作为标记。
（1）基因标记。 （2）DNA标记。
2019/8/2 20
（1）基因标记。
基因控制性状的表现，所以也就是利用 可以鉴别的形态、生化等表型性状作标 记，这与前述的连锁交换中介绍的方法 一样。遗传学中最早建立的果蝇连锁图， 就是利用控制果蝇眼睛的一些基因作为 标记，分析各基因间的连锁关系及遗传 距离，绘制出连锁遗传图谱。这些基本 原理和方法，仍在现在的基因组遗传图 谱构建中广泛应用。
2019/8/2 31
只有当两条DNA分子完全互补配对，形成 双链DNA时才有信号。这种方法还可通过 控制不同复性温度，来鉴别不同等位基 因。
2019/8/2 32
2．遗传图谱的构建
（1）人类基因组遗传图谱的构建。 （2）植物基因组遗传图谱的构建。
2019/8/2 33
（1）人类基因组遗传图谱的构 建。
2019/8/2 10
一、基因组图谱的构建
人类基因组计划中，最终要测定人的基 因组中核苷酸的全部排列顺序。而利用 现有的DNA测序方法，每个测序反应通 常只能得到800个核苷酸的序列，这就意 味着要用很多DNA小片段的序列，才能 装配、连接构成完整的连续DNA分子。 ]
2019/8/2 11
鸟枪射击法（shotgun）是许多小基因组 序列测定中通常采用的途径（图9-25）， 利用构建的基因库直接测序，根据片段 之间的重复序列，就可以连接成完整的 基因组DNA。但是随着DNA片段数的增 加，最后对各片段序列的分析连接会变 得越来越复杂。
2019/8/2 14
A:克隆连续序列法（clone contig）： 将基因组DNA切割长度为0.1Mb~1Mb的大 片段，克隆到YAC或BAC载体上，分别测 定单个克隆的序列，再装配、连接成连 续的DNA分子。
2019/8/2 15
B: 定 向 鸟 枪 射 击 法 （ directed shotgun）:以基因组图谱中的标记为依 据，测序、装配和构建不同DNA片段的序 列。
③单核苷酸多型性：
核苷酸多型性（single nucleotide polymorphism, SNP）是基因中的点突变， 存在的数量多，其中有些可产生RFLP， 但多数突变不是发生在酶切位点。据估 计，人类基因组的编码基因只能感有20 万个SNPs，在非编码区的数目可能还要 多10倍以上。这种标记也只有两种等位 基因。
2019/8/2 21
（2）DNA标记。
基因是非常有用的标记，但并不十分理想。在 高等真核生物中，根据基因绘制的遗传图谱都 不太详细，每个标记之间相距很远。例如，经 过半个多世纪的研究，到1985年，水稻基因组 的遗传图谱也仅具有119个基因。另外对于一 些复等位基因位点，也很难全部鉴定标记出来。 因此遗传图谱构建中还需要其他标记。DNA可 作为构建遗传图谱的标记，可有以下3种类型。
2019/8/2 34
最后，将5264个标记定位在2335个位点， 因为其中有些标记相距很近而作为一个 位点，所以位点数小于标记数目。据此 构建的人类基因组遗传图谱的密度为每 个标记599kb。这个图谱密度比预期的每 个标记1000kb要好得多。
2019/8/2 6
在美国提出人类基因组计划后，英、法、日、 俄罗斯和一些发展中国家不甘落后，也相继启 动了类似的研究项目。如日本于1991年4月提 出了与HGP同等重要的“水稻基因组计划” （rice genome project,RGP），1991年10月 正式实施。通过该计划，将绘制出水稻所有12 条染色体的遗传图谱，并对全部cDNA进行序列 分析、组织特异性表达和基因功能研究。
2019/8/2 13
在进行大规模序列测定之前，构建基因组图谱 是测定但是基因组全部核苷酸序列的重要一环。 基因组图谱可作为序列测定中制定测序方案的 依据，以便先重后轻地分析基因，锚定测知的 核酸序列在染色体上的位置。因此，在人类基 因组计划实施过程中，首先用了6年时间构建 高密度的基因组图谱，然后才进入测序工作。 有了基因组图谱之后，基因组序列测定可用下 列两种方法结合型性：
简单序列长度多型性（simple sequence length polymorphism,SSLP）是一些长度 不等的重复序列。与RFLP不同的是， SSLP可有多个等位基因位点，SSLP又可 分为两种 ：
2019/8/2 26
(a)多次重复序列(variable number of tandem repeat,VNTP),也称为微随体 （minisatellite）。这种重复序列长度为 几十个核苷酸。
2019/8/2 2
基因组学强调的是以基因组为单位，而 不是以单个基因为单位作为研究对象， 因此，基因组学的研究目标是认识基因 组的结构、功能及进化，弄清基因组包 含的遗传物质的全部信息及相互关系， 为最终充分合理地利用各种有效资源， 为预防和治疗人类遗传疾病提供科学依 据。
2019/8/2 3
2019/8/2 12
例如当DNA片段数为n时，各片段之间可 能 的 重 复 数 将 达 到 2n2-2n 。 。 另 外 ， 若 基因组中含有相同或相似的重复序列， 在构建、装配连续DNA分子时就容易出现 错误，会将来源不同区段的DNA片段连接 在一起。因此，仅用鸟枪射击法不适用 于大基因组序列测定。
2019/8/2 27
(b) 简 单 重 复 序 列 （ simple tandem repeat,STP ） 又 称 为 小 随 体 （ microsatellite ） 。 这 种 重 复 序 列 短 ， 常只有2个、3个或4个核苷酸重复单位 （如一个基因具有TCTGAGAGACGC,另一个 等位基因具有TCTGAGAGAGAGACGC）。
第十三章 基因组学
一、基因图谱的构建 二、基因图谱的应用 三、后基因组学
2019/8/2 1
基因组学（genomics）是遗传学研究进 入分子水平后发展起来的一个分支，只 要研究生物体全基因组（genome）的分 子特征。一个物种的单倍体的染色体数 目称为该物种的基因组或染色体组，它 包含了该物种自身的所有基因。不同物 种的基因组大小差异极大，表9-2列举了 几种生物的基因组大小。
2019/8/2 17
物理图谱的构建不需要检测等位基因的 差异，它既可以利用具有多型性的标记， 也可利用没有多型性的标记进行图谱构 建，它将标记直接定位在基因组中某一 位点。实际上这两种途径都需要利用分 子遗传学的技术和方法。尽管两种图谱 是分别构建的，但它们可以相互借鉴， 互为补充，作为基因组图谱利用。
根据基因组图谱构建的途径，可分为基 因组遗传图谱构建和物理图谱构建两种。