基因组多态性 (1)

基因组甲基化
甲基化是基因组 DNA 的一种主要表观遗传 修饰形式,是调节基因组功能的重要手段。 DNA甲基化主要是通过DNA甲基转移酶家族来 催化。 DNA甲基化影响到基因的表达 ,与肿瘤的发 生密切相关。
难点6
基因组印记(genomic imprinting)
来自双亲的某些等位基因,在子代的表达不同, 有些只有父源的基因有转录活性,而母源的同一基 因则始终处于沉默状态,另一些基因的情况则相反。 这是由于源自某一亲本的等位基因或它所在 染色体发生了表观遗传修饰,导致不同亲本来源的 两个等位基因在子代细胞中表达不同。
林奈：1707年5月23日~1778年1月10日，瑞典自然学者， 现代生物学分类命名的奠基人 。
人种差异的原因是什么？
个体差异的原因是什么？
人与人药效差异的原因是什么？
这些差异的原因是基因多态性
人与人的基因组共性为 99.9% ，决定发育成 一个人。
人类基因组的差异为0.1%，即人类基因组的 多态性为 0.1% 。这种差异决定发育成某一 个具体的人：身高、容貌、行为、健康、患 某种病、寿命等。
DNA指纹的应用
法医学方面——个体识别 现场检材和嫌疑对象的DNA指纹条带位臵与强 度一致，则为同一个体。 亲子鉴定：如能从父母指纹中找到孩子的所有 条带，亲子关系成立。
三、微卫星DNA（microsatellite DNA) 概 念
人类基因组的间隔序列和内含子等非编码 区内，广泛存在着与小卫星DNA相似的重 复单位为1～6bp的短小重复序列，称为微卫星 DNA。也称为短串联重复序列 （short tandem repeats,STR)，如： （GACA)n、(GATA)n、(TCC)n 、(CT)n、 (CA)n。
DNA酶切后在同一电泳场中移动的差异
DNA酶切后在同一电泳场中移动的差异：片段长度多态性
RFLP的遗传基础： 限制性内切酶具有特异的识别序列和切点， 如： ApaI 的识别序列和切点为： 5’GGGCC^C 3’， BamHI的识别序列和切点为： 5’G^GATCC 3’。
不同个体DNA分子存在个别碱基的差异，如 果这种差异正好位于某种限制性内切酶的特 异性识别序列上，将会失去或增加一个酶切 位点，从而改变酶切后形成的特定DNA片段 的大小。 凡是可以引起酶切位点变异的突变，如点突 变、DNA片段插入或缺失等均可导致RFLP 的产生。
难点4
五、表达序列标签和序列标签位点
表达序列标签 (expressed sequence tags, EST ）,是指从不同组织来源的 cDNA文库中随机挑选克隆进行测序后得 到的部分cDNA序列。
真核基因的分子结构特征
Enhancer
CAAT box TATA box
Exon
GC box
Intron
例如，用α珠蛋白3’HVR核心序列探针所显示 的DNA指纹， 个体相关机率为4×10-12,意味着现今世界上除同卵双生外没 有DNA指纹相同的人。
哪些是他们的孩子？
难点2
DNA指纹分析所采用的方法
1、Southern bloting(RFLP法）： 酶切、电泳、变性、印迹、杂交、冲洗、显影。 得到多条泳带图谱，每一谱带代表一个位点的 探针互补序列的重复次数。 2、AMP---FLP法（单位点）: 即PCR扩增片段长度多态性方法：引物合成、 PCR、电泳、染色。得到一条或二条带，仅代 表一个位点的重复序列，是纯合子或杂合子。
遗传学标记
(genetic marker)
遗传学标记是一类能够区分不同的个体和 群体,或者能够区分不同的染色体位点， 同时又能稳定遗传的物质。 宏观可见或微观存在。
基因组多态性的种类
限制性片段长度多态性（RFLP ） 小卫星DNA (minisatellite DNA) 微卫星DNA （microsatellite DNA） 单核苷酸多态性（SNPs)
15号染色体
父方缺失
母方缺失
PWS综合征 临床表现： 新生儿肌张力 减低，饮食过量， 过度肥胖。， 脾气暴躁， 前额狭窄上斜， 无青春期或青春 期短。糖尿病 发生率高。
AS综合征 临床表现： 孤独、兴趣与 活动局限， 刻板和重复， 行动笨拙。 在成年偶见精神 病发作。
机制： PWS和AS基 是紧密相邻 的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ记基因
表达序列标签(EST ）和序列标签位点（STS）
表观遗传修饰（epigenetic modification)
一、限制性片段长度多态性
（restriction fragment length polymorphism, RFLP ）
使用某种限制性内切酶酶切不同个体的DNA 分子后，个体之间酶切片段长度的差异性即 限制性片段长度多态性。
二、小卫星DNA（minisatellite DNA ）
1980年代，用内切酶切割DNA后电泳， 发现人类基因组某些位点含有多个等位 基因，称为人类基因组高变区 （hypervariable rigion, HVR) ， 即小卫星DNA。
小卫星DNA本质
由一些约十多个或几十个bp的短序列 （即重复单位）串联重复而成。如： GGTTCTTAAAAAGGTTCTTAAAAA-----GGTTCTTAAAAAGGTTCTTAAAAA 不同的个体或同一个体的两条同源染色 体之间，重复次数可能并不相同。 区别于存 在于着丝粒、端粒和Y长臂的重复序列，称 为小卫星DNA。
单倍型(haplotype)
3-4个相邻SNP标记若稳定遗传可能构成 一种单倍型,可有8-16种单倍型,这相当于 一个微卫星DNA的多态性。
微（小）卫星DNA
重复序列拷贝数差异 不等交换和滑动复制 众多等位基因
SNP
散在的单个碱基不同 单个碱基置换 二等位基因
数以万计
４00万个之多
特
点
1、密度高,平均密度约1/ 700 ～ 1/800,人类基 因组中至少有400万个SNP，其中只有10万个可 以形成RFLP （SNP多态性更高）。 2、具代表性，位于基因编码区的SNP能影 响蛋白质结构，其总数可达20万“点突变”， 可能代表疾病遗传机理。
难点1
什么？ 条带间隙代表 什么？ 条带数目代表 什么？
A
B
C
4、同一个体不同组织来源的RFLP谱带完全一 样；而不同个体的谱带的位置和宽度千差万别， 可称为DNA指纹。 5、每一条谱带的遗传均遵循孟德尔规律。大 部分谱带以杂合状态存在。 HVR是多态信息含量较高的分子标记。
HVR谱带在人与人之间的差异就象人的指 纹一样，故将其称为DNA指纹。尤如商品条形 码，千差万别，丰富多彩。
人类基因组：24条染色体/31亿碱基对
人类基因组包括： 细胞核基因组：规模庞大。 线粒体基因组：仅37个基因。
细胞核基因组 24条染色体上全部遗传信息，包括： 编码顺序:结构基因3～4万个 非编码顺序：基因内的插入顺序、重复顺序、 基因间的间隔顺序等
基因组多态性的概念
在不同群体或个体之间，基因组 的某些位点上碱基的差异性。
序列标签位点（sequence tagged sites,STS）
EST序列的单拷贝特性，其位点也是一种遗传 标记。这个标记不是区分个体与群体,而是区分 不同的染色体位点。 数目多，覆盖密度较大，达到平均每1kb一个 STS或更密集。 在基因的定位上可以发挥很大的作用。
难点5
六、表观遗传学（epigenetics）
存在部位 染色体任何区域 近端粒和近着丝粒 广泛存在于内含子、基因 间隔区、启动子 重复单位长度 1～ 6bp 6～ 70bp 重复次数 10～60 几～几佰 总序列长度 几十～几佰 0.5～30kb 重复单位变异程度 10-4～ 10-5 5×10-2 存在数目 5万～ 50万 有限，有些染色体无 约10kb中有一个 约占基因组10% 探针 更易合成
AATAAA
外显子是单拷贝序列：具有唯一性。 可从mRNA逆转录生成cDNA。
EST序列的用途
①采用生物信息学方法延伸EST，可获得 基因的部分乃至全长cDNA序列； ② EST在不同物种均为保守序列，众多物种 基因组学已有现存数据，可以应用或参考； 随着人类和其它生物基因组计划的完成， 将为基因识别、基因克隆和表达分析提供 有力支持。为基因功能的研究提供广阔 的空间。
小卫星DNA的特点 1、同一HVR的重复单位具有高度保守性。 2、在不同的个体或同一个体的同源染色体之 间，重复单位的重复次数不同，构成众多等 位基因。 3、经酶切、电泳、变性、印迹、重复序列 杂交、冲洗、显影后表现为丰富多彩的 RFLPs。 每一条带代表
请思考此图谱形成的 原理和其中包含的遗 传学知识点。
应用微卫星DNA标记，有人从欧洲出土的 数千年前的人类骨骼中提取到DNA，与现 在欧洲大陆人的微卫星DNA比较，居然找 到了古尸的后裔。
难点3
四、单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNPs)
指基因组内特定核苷酸位臵上存在两种不同 的碱基，其中一种在群体中的频率不小于 1%的现象。
基因组学
基因组多态性
genome polymorphism
重庆医科大学 张政 研究方向：microRNA基因调控 E-mail : zhangzheng92@163.com
基本要求
1、掌握基因组多态性的概念和遗传机理；
2、了解基因组多态性在医学研究中的应用。
黑猩猩与人的基因差异有多少？
黑猩猩与人的基因差异只有1%
特 点
1、在人类基因组中出现的数目和重复次数不同， 表现高度多态性。 2、是分散排列的简单重复序列。每10kb的 DNA中可能有一个微卫星DNA，约占基因组的 10%。 3碱基或4碱基的微卫星DNA，突变率低，实验 中稳定性好，易于标准化，更受人们重视。
微卫星DNA与小卫星DNA的区别 微卫星DNA 小卫星DNA
微卫星DNA的应用
1、基因定位和人类基因组计划（HGP） 2、高风险人群筛查或产前诊断：与致病基因或 主基因紧密连锁的微卫星标记。 3、个体识别和亲子鉴定：多位点微卫星DNA测 定，检测方便,结果稳定可靠。多位点的微卫星 DNA图谱也是一种DNA指纹，其应用价值更大。 如： 8位点微卫星DNA用于亲子鉴定。
研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表 达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传 的现象很多，已知的有DNA甲基化、组蛋白修饰、 非编码RNA调控、基因组印记、母体效应等。 也是一种多态性。 机制：基因组含有两类遗传信息,一类是指导蛋白质 合成的遗传信息,另一类是表观遗传学信息,即何时、 何地表达遗传信息。
特
点
3、遗传稳定性高于微卫星DNA 4、易于检测自动化，通过简单的“+/-”进 行基因分型。（只有三种基因型） 其高密度、稳定性弥补了只有两种等位基因 的不足。
SNP芯片
朱莉2013.5.14在美国《纽约时报》刊登文章《我的医疗选择》， 介绍她携带一种名为BRCA1的缺陷基因，患乳腺癌和卵巢癌的风 险大增。 她说，自己的母亲死于癌症。“我的母亲与癌症斗争10年， 56岁去世。她有幸见到第一个孙辈，但我其他的孩子都没机会了 解她，感受她是多么充满爱意又和蔼的人。孩子们问我，类似情 况是否会发生在我身上。”医生估计，朱莉患乳腺癌和卵巢癌的 几率分别是87%和50%。 “知道这一事实后，我决定采取预防性措施，把癌患风险降 至最小，”她说，“我选择先接受乳房手术，因为我患乳腺癌的 风险比卵巢癌要高，手术也更复杂。”她回忆，治疗过程从2月2 日开始，那场手术主要排除乳头后乳腺导管的病灶。两周后的大 手术把她的乳腺组织取出，“就像科幻电影一般”。9周后，医生 为她重塑乳房并植入填充物。治疗于4月27日结束。术后，朱莉患 乳腺癌的几率降至5%。
X染色体剂量补偿、DNA甲基化、基因组印记 表观基因组学和人类表观基因组计划等问题 是表观遗传学主要研究内容。
X 染色体剂量补偿
在雌性哺乳动物中 , 两条 X 染色体有一个是失 活 的 , 称 为 X 染 色 体 的 剂 量 补 偿 (dosage compensation) 。X 染色体的失活状态需要表观遗 传修饰，如 DNA 甲基化来维持。这种失活可以通过 有丝分裂或减数分裂遗传给后代。