基因组学和比较基因组学.ppt

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1、关于基因组学与比较基因关于基因组学与比较基因组学组学第一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月什么是基因组，基因组学？什么是基因组，基因组学？l基基因因组组（Genome）：是是指指生生物物体体的的单单倍倍体体细细胞胞中中所所有有的的DNA，包包括括细细胞胞核核内内的的DNA和和各各种种细细胞胞器器中中的的DNA，是生物体内遗传信息的集合。是生物体内遗传信息的集合。l基基因因组组学学（genomics）：是是研研究究并并解解析析生生物物体体整整个个基基因组所有遗传信息的一门学科。因组所有遗传信息的一门学科。第二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l结构基因组学结构基因组学l功能基因组

2、学功能基因组学l比较基因组学比较基因组学基因组学的发展：从序列到功能基因组学的发展：从序列到功能第三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月结构基因组学结构基因组学结构基因组学结构基因组学：基因组计划：基因组计划基因组作图基因组作图测定核苷酸序列测定核苷酸序列基因定位基因定位第四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月功能基因组学功能基因组学 功能基因组学功能基因组学：后基因组学后基因组学（postgenomics)利用结构基因组学提供的利用结构基因组学提供的 信息和产物，在基因组系信息和产物，在基因组系 统水平上全面分析基因的统水平上全面分析基因的 功能的一门学科。功能的一门学科。第五张

3、，PPT共九十八页，创作于2022年6月比较基因组学比较基因组学 比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学科。能方面的亲源关系及其内在联系的学科。第六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月基因组计划的主要任务是获得全基因组序列；基因组计划的主要任务是获得全基因组序列；现在的测序方法每次只能测现在的测序方法每次只能测800-1000bp，大，大量的测序片段要拼接；量的测序片段要拼接；要知道序列在染色体上的位置才能正确拼接，要知道序列在染色体上的位置才能正确拼接，因此需构建基因组图谱。因此需构建基因组图谱。第七

4、张，PPT共九十八页，创作于2022年6月教学内容教学内容l一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术l二、人类基因组计划二、人类基因组计划 l三、比较基因组学三、比较基因组学 第八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月DNA序列序列分析技术分析技术 DNA序列分析序列分析鸟枪法测鸟枪法测序技术及序技术及其改良其改良 一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术第九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（一）（一）DNA序列分析技术序列分析技术 lDNA序列测定：序列测定：l是是指指DNA一一级级结结构构的的测测定定，是是在在核核酸酸酶酶学学和和生生物物化化学学的的基基础

5、础上上，创创立立并并发发展展起起来来的的一一门门重重要要的的DNA技术学。技术学。第十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月DNA序列测定的技术序列测定的技术 杂交测序法杂交测序法 质谱法质谱法 单分子测序法单分子测序法 原子探针显微镜测序法原子探针显微镜测序法 DNA芯片法芯片法 经典方法经典方法:双脱氧链末端终止法双脱氧链末端终止法(Sanger,1977)DNA化学降解法化学降解法(Maxam&Gilbert,1977)新技术方法新技术方法:第十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月是是由由英英国国剑剑桥桥分分子子生生物物学学实实验验室室的的生生物物化化学学家家F.Sanger

6、等等人人于于1977年年发发明的。明的。利利用用双双脱脱氧氧核核苷苷酸酸作作为为链链终终止止物物测测定定DNA核核苷苷酸顺序的方法。酸顺序的方法。1980年诺贝尔奖金获得者年诺贝尔奖金获得者F.Sanger1、双脱氧链末端终止法、双脱氧链末端终止法第十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（1）Sanger 双脱氧链末端终止法测定双脱氧链末端终止法测定DNA序序列的基本原理：列的基本原理：l以以DNA合成反应为基础，合成反应为基础，加入加入ddNTP生成生成特定末端不特定末端不同长短的同长短的DNA片段；片段；l聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分长度只差一个核苷酸的聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分长度

7、只差一个核苷酸的DNA分子。分子。第十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 DNA合成反应合成反应 第十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月利利用用DNA聚聚合合酶酶不不能能够够区区分分dNTP和和ddNTP的的特特性性，在在DNA合合成成反反应应中中，加加入入ddNTP，ddNTP不不存存在在3-OH末末端端，故故不不能能与与下下一一个个核核苷苷酸酸的的5-P端端形形成成3、5-磷磷酸酸二二酯酯键键，导导致致DNA新新链链的的延延伸伸提提前前终终止止于于ddNTP。第十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 ATP、dATP和和ddATP的结构的结构ATPdATPddA

8、TP第十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月第十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l这这样样以以待待测测序序列列的的DNA为为模模板板，加加入入引引物物和和4种种dNTP（其其中中一一种种为为-32P标标记记），将将此此反反应应物物分分为为4等等份份，每每份份内内加加入入一一定定比比例例的的一一种种ddNTP，如如此此形形成成A、T、C、G四四个个反反应应体体系系，最最后后在在各各反反应应体体系系中中加加入入DNA聚聚合合酶酶催催化化DNA片片段段合合成成。这这样样各各反反应应体体系系中中即即可可形形成成以以一一种种ddNTP残基为残基为3端结尾的一系列长短不一片段。端结尾的

9、一系列长短不一片段。第十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月PE PE Applied BiosystemsApplied BiosystemsCAGTTemplatePrimerdATPdNTPPolymeraseTerminator第十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月PE PE Applied BiosystemsApplied BiosystemsTHE PROCESSTCGACGTCGACGTCGACGTTAAA C T G G C C T A A T C G A G T C A G TT G A C C G G A T第二十张，PPT共九十八页，创作于2022年6

10、月PE PE Applied BiosystemsApplied Biosystems第二十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 DNA模板模板 ATTGCAGTCGAC生成的新链生成的新链 TAACGTCAGCTG T管：管：C管：管：TAACGTCAGCT TAACGTCAGC TAACGT TAACGTC T TAAC G管：管：A管：管：TAACGTCAGCTG TAACGTCA TAACGTCAG TAA TAACG TA 第二十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月第二十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月lTAACGTCAGCTGlTAACGTCAGCTlT

11、AACGTCAGClTAACGTCAGlTAACGTCAlTAACGTC lTAACGTlTAACGlTAAClTAAlTAl T 第二十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（2）双脱氧末端终止法主要步骤）双脱氧末端终止法主要步骤l单链单链DNA模板的制备模板的制备lDNA模板与测序引物退火模板与测序引物退火l延伸延伸-终止反应终止反应l变性聚丙烯酰胺凝胶电泳变性聚丙烯酰胺凝胶电泳l放射性自显影放射性自显影l阅读测序结果阅读测序结果第二十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l将将DNA克隆到质粒载体克隆到质粒载体l将将DNA克隆到克隆到M13噬菌体载体噬菌体载体l将将DNA克隆

12、到酵母人工染色体克隆到酵母人工染色体基因组基因组DNA大片大片段文库段文库lPCR双脱氧链末端终止法要求单链作为模板双脱氧链末端终止法要求单链作为模板如何得到单链如何得到单链DNA？第二十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月2、DNA测序自动化测序自动化 lDNA测测序序的的自自动动化化是是在在Sanger的的双双脱脱氧氧链链末末端端终终止止法法的的基基础础上上在在1987年年由由美美国国应应用用生生物物系系统统公公司司进进一一步步发发展展起起来来的的激激光光测测序序法法，其其基基本本原原理理与与末末端端终终止止法法一一样样，都都是是通通过过ddNTP竞竞争争性性的终止新合成的的终止新

13、合成的DNA链。链。第二十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月DNA测序自动化测序自动化步骤：步骤：4种带有不同荧光染料标记的终止物种带有不同荧光染料标记的终止物ddNTPs Sanger测序反应测序反应 反应产物电泳分离反应产物电泳分离 激光激发不同大小激光激发不同大小DNA片段上的荧光分子，发射出片段上的荧光分子，发射出 四种不同波长的荧光四种不同波长的荧光 荧光信号采集、计算机分析与荧光信号采集、计算机分析与DNA自动排序自动排序第二十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月PE PE Applied BiosystemsApplied BiosystemsTemplateP

14、rimerdNTPPolymeraseTerminatorCGTA第二十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月PE PE Applied BiosystemsApplied BiosystemsTHE PROCESSTCGACGTCGACGTCGACGTTAAA C T G G C C T A A T C G A G T C A G TT G A C C G G A TC第三十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月PE PE Applied BiosystemsApplied Biosystems第三十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月以荧光化合物标记双脱氧核苷酸的自动测序

15、以荧光化合物标记双脱氧核苷酸的自动测序第三十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（二）鸟枪法测序技术及其改良（二）鸟枪法测序技术及其改良 l基基因因组组的的每每条条染染色色体体长长度度可可达达数数百百万万碱碱基基对对以以上上，将将链链终终止止法法测测定定的的小小片片段段DNA组组装装成成真真实实的的排排列列顺顺序序是是一一项项浩浩繁繁而精细的工作。而精细的工作。lDNA顺序的组装主要方法：顺序的组装主要方法：l全基因组鸟枪法测序全基因组鸟枪法测序l改良鸟枪法：大片段克隆法、靶标鸟枪法改良鸟枪法：大片段克隆法、靶标鸟枪法第三十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月1、全基因组鸟枪法

16、测序、全基因组鸟枪法测序鸟鸟枪枪法法的的顺顺序序组组装装是是直直接接从从已已测测序序的的小小片片段段中中寻寻找找彼彼此此重重叠叠，然后依次向两侧邻接的序列延伸。然后依次向两侧邻接的序列延伸。第三十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月DNA的鸟枪法测序的主要步骤的鸟枪法测序的主要步骤 l第一，建立高度随机、插入片段大小为第一，建立高度随机、插入片段大小为2kb左右的基因组左右的基因组文库。文库。l第二，高效、大规模的末端测序。第二，高效、大规模的末端测序。l第三，序列集合。第三，序列集合。l第四，填补缺口。第四，填补缺口。第三十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月鸟枪法鸟枪法测序

17、示意图测序示意图第三十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月鸟枪法的优势：鸟枪法的优势：鸟枪法的主要优势在于：鸟枪法的主要优势在于：测序速度快，并且无须提供测序速度快，并且无须提供相关的遗传图谱和物理图谱。相关的遗传图谱和物理图谱。20世世纪纪90年年代代末末，用用鸟鸟枪枪法法在在较较短短时时间间内内成成功功地地完完成成了了流流感感嗜嗜血血杆杆菌菌的的基基因因组组测测序序，引引发发了了一一场场微微生生物物基基因因组组测测序序的的热热潮潮。这这些些研研究究项项目目的的实实施施，表表明明鸟鸟枪枪法法测测序序可可以以组组建建一一条条流流水水工工作作线线，一一个个科科研研小小组组可可以以分分工工

18、合合作作，一一部部分分人人专专门门负负责责制制备备DNA，一一部部分分人人负负责责测测序序和和数数据据分分析析。经经验验证证明明，一一个个5Mb大大小小基基因因组组的的测测序序可可以以在一年内完成在一年内完成。第三十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月鸟枪法的局限：鸟枪法的局限：拼拼接接组组装装困困难难：对对于于结结构构复复杂杂的的大大基基因因组组而而言言，鸟鸟枪枪法法的序列组装的起始阶段工作量非常大。的序列组装的起始阶段工作量非常大。重重复复序序列列的的存存在在：在在序序列列组组装装时时可可能能出出现现错错误误连连接接，使使某某些些片片段段从从原原位位置置跳跳到到另另一一无无关关位位

19、置置。因因此此，对对于于缺缺少少重重复复顺顺序序的的小小基基因因组组（5Mb）而而言言，鸟鸟枪枪法法仍仍为为最最佳佳的的选选择择，但但对对于于大大基基因因组组而而言言，还还需需要要更更加加有有效效的的策策略。略。第三十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月第三十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月2、改良鸟枪法、改良鸟枪法l（1）大片段克隆法：）大片段克隆法：l将基因组将基因组DNA分解为若干个较大的分解为若干个较大的DNA片段，构建基片段，构建基因组文库；根据克隆插入子两端的因组文库；根据克隆插入子两端的DNA序列查找与之连序列查找与之连接的克隆建立接的克隆建立重叠群重叠群；每

20、个克隆可以独立进行鸟枪法测；每个克隆可以独立进行鸟枪法测序；依据克隆重叠群进行序列组装这种方法又称为克隆序；依据克隆重叠群进行序列组装这种方法又称为克隆重叠群测序法。重叠群测序法。第四十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月克隆重叠群克隆重叠群第四十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月大片段克隆法大片段克隆法第四十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l（2）靶标鸟枪法）靶标鸟枪法l根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定部分根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定部分DNA片段的排列顺序，再逐步确定各片段在染色体上的片段的排列顺序，再逐步确定各片段在染色体上的相对位置，

21、是建立在基因组图谱基础上的相对位置，是建立在基因组图谱基础上的”鸟枪法鸟枪法”。第四十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月第四十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月教学内容教学内容l一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术l二、人类基因组计划二、人类基因组计划 l三、比较基因组学三、比较基因组学 第四十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月二、人类基因组计划二、人类基因组计划人人类类基基因因组组计计划划（Human genome project）于于1990年年启启动动，我我国国于于1999年年加加入入该该计计划划，承承担担其其中中1%的的任任务务，即即人人类类

22、3号号染染色色体体短短臂臂上上约约30Mb的测序任务。的测序任务。第四十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（一）人类基因组计划概述（一）人类基因组计划概述1986 年年 诺诺 贝贝 尔尔 奖奖 获获 得得 者者R.Dulbecco（杜杜尔尔贝贝科科）提提出出人类基因组计划人类基因组计划测测出出人人类类全全套套基基因因组组的的 DNA 碱基序列（碱基序列（3 X 109 bp）第四十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月1988年年美美国国能能源源部部和和国国家家卫卫生生研研究究院院率率先先在在美美国国开开展展人人类类基基因因组组计计划划，并并经经国国会会批批准准由由政政府府给给

23、予予资资助助。此此后后，成成立立了了一一个个国国际际间间的的合合作作机机构构人人类类基基因因组组织织(Human Genome Organization)，由由多多个个国国家家筹筹集集资资金金和和科科研研力力量量，积积极极参参加这一国际性研究计划。加这一国际性研究计划。第四十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月1989年，美国国立卫生研年，美国国立卫生研究院成立了人类染色体研究院成立了人类染色体研究中心，沃森出任第一任究中心，沃森出任第一任主任。主任。第四十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月1990 人类基因组计划起动；人类基因组计划起动；1995 第一个原核生物（细菌）基因

24、组测序完成；第一个原核生物（细菌）基因组测序完成；1996 第一个真核生物（酵母）的基因组测序完成；第一个真核生物（酵母）的基因组测序完成；1998 第一个多细胞生物（线虫）的基因组测序完成；第一个多细胞生物（线虫）的基因组测序完成；2000 果蝇和拟南芥的基因组测序完成；果蝇和拟南芥的基因组测序完成；人类和水稻的第一张人类和水稻的第一张基因组草图基因组草图完成；完成；2001 人类基因组测序（人类基因组测序（精细图）精细图）完成；完成；水稻（籼稻和粳稻）基因组草图完成。水稻（籼稻和粳稻）基因组草图完成。2003年年4月，人类基因组序列图月，人类基因组序列图（完成图）（完成图）完成。完成。人类

25、基因组计划的进展状况人类基因组计划的进展状况第五十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成第五十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l2000年年6月月26日，美国总统克林顿日，美国总统克林顿(中中)、塞莱拉公司董事长、塞莱拉公司董事长兼首席科学家克雷格兼首席科学家克雷格文特尔文特尔(左左)和人类基因组计划首席科学家和人类基因组计划首席科学家弗胡西斯弗胡西斯柯林斯柯林斯(右右)在华盛顿白宫参加庆祝人类基因组草图在华盛顿白宫参加庆祝人类基因组草图绘制成功。绘制成功。第五十二张，P

26、PT共九十八页，创作于2022年6月人类基因组计划的科学意义人类基因组计划的科学意义l（1）确定人类基因组中约数万个编码基因的序列及其）确定人类基因组中约数万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。l（2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。l（3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录以及非转录“框架序列框架序列”的大小和组

27、织，了解各种不的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色体结构、同序列在形成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。调控中的影响与作用。第五十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l（4）研究空间结构对基因调节的作用。）研究空间结构对基因调节的作用。l（5）发现与）发现与DNA复制、重组等有关的序列。复制、重组等有关的序列。l（6）研究）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。机制，为疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。l（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子

28、和病毒残余序列，）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。研究其周围序列的性质。第五十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传图谱遗传图谱转录图谱转录图谱0.7 cM 或或 kb 序列图谱序列图谱物理图谱物理图谱100 kb100 kbSTS mapSTS map遗传图、物理图、转遗传图、物理图、转录图、序列图录图、序列图（二）人类基因组计（二）人类基因组计划的工作任务划的工作任务第五十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月1、遗传图、遗传图l遗传图概念：遗传图概念：又称连锁图，是指采用又称连锁图，是指采用遗传学技术遗传学技术构建显示构建显示基因或基

29、因或DNA分子标记在基因组上分子标记在基因组上相应位置相应位置和和遗传距离遗传距离的图谱。的图谱。第五十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 遗遗传传作作图图是是将将每每条条染染色色体体上上的的基基因因或或DNA标标记记的的相相对对位位置置经经连连锁锁分分析析确确定定下下来来，构构成成图图谱谱，因因此此，需需借借助助相相应应的遗传标记。的遗传标记。遗传作图遗传作图第五十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传图谱的标记是什么呢？遗传图谱的标记是什么呢？标记标记1 1标记标记2 2标记标记3 3染色体上的染色体上的基因基因和和DNA序列序列均可作为均可作为路标路标,他们由特定的他

30、们由特定的DNA顺序组成顺序组成.路标位于染色体上的位置是固定的路标位于染色体上的位置是固定的，不会更改的，从而而提供了作图，不会更改的，从而而提供了作图的依据。的依据。第五十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传标记遗传标记l最早的遗传标记最早的遗传标记基因基因l第一代遗传标记第一代遗传标记限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性l第二代遗传标记第二代遗传标记简单序列长度多态性简单序列长度多态性l第三代遗传标记第三代遗传标记单核苷酸多态性单核苷酸多态性第五十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（1 1）基因是首先被使用的标记）基因是首先被使用的标记孟德尔孟德尔 豌豆植株高矮

31、、豌豆的形状等豌豆植株高矮、豌豆的形状等摩尔根摩尔根 显微镜、肉眼显微镜、肉眼 果蝇躯体颜色、翅膀形状等果蝇躯体颜色、翅膀形状等生化表型生化表型细菌、酵母遗传学研究；人类中如血型系列细菌、酵母遗传学研究；人类中如血型系列（ABO）分析、血清蛋白和免疫蛋白）分析、血清蛋白和免疫蛋白第六十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月基因是非常有用的标记，但并不是理想的，基因标记基因是非常有用的标记，但并不是理想的，基因标记的缺点：的缺点：1、可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及多基、可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及多基因。因。2、高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，遗、高等生物基因组中

32、存在大量的基因间隔区，遗传图中留下大片的无标记区段。传图中留下大片的无标记区段。3.只有部分基因其等位基因成员可以通过常规实验只有部分基因其等位基因成员可以通过常规实验予以区分，因而产生的遗传图是不完整的。予以区分，因而产生的遗传图是不完整的。第六十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（2）限制性片段长度多态性）限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphisms,RFLP）最早发现的最早发现的DNA分子标记：分子标记：指同一物种的亚种、品系或个体间基因组指同一物种的亚种、品系或个体间基因组DNA 受到同一种受到同一种限制性内切酶作用

33、而形成不同的酶切图谱的现象，限制性内切酶作用而形成不同的酶切图谱的现象，称为限制称为限制性片段长度多态性（性片段长度多态性（RFLP)。第六十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l限限制制性性片片段段长长度度多多态态性性是是由由于于基基因因组组DNA某某一一位位点点上上的的变变异异引引起起该该位位点点特特异异性性的的限限制制性性内内切切酶酶识识别别位位点点的的改改变变（原原有有位位点点的的消消失失或或出出现现新新的的酶酶切切位位点点），致致使使酶酶切切片段长度随之发生变化而产生。片段长度随之发生变化而产生。第六十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 RFLP多态性的产生与检测多

34、态性的产生与检测第六十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 RFLP的优点的优点l（1）遍布于整个基因组，位置相对固定；）遍布于整个基因组，位置相对固定；l（2）无表型效应，不受发育阶段及器官特异）无表型效应，不受发育阶段及器官特异性限制；性限制；l（3）共显性，可区分纯合子和杂合子；）共显性，可区分纯合子和杂合子；l（4）结果稳定、可靠；）结果稳定、可靠；第六十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月共显性共显性:两个亲本的性状在两个亲本的性状在子代个体中同时出子代个体中同时出现，没有显隐关系。现，没有显隐关系。第六十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 限制性片段长度多

35、态性的限制性片段长度多态性的缺点缺点1.制备可表现基因组制备可表现基因组DNA多态性的探针较为困难；多态性的探针较为困难；2.DNA需要量大，实验操作较繁锁，检测周期长成本费需要量大，实验操作较繁锁，检测周期长成本费用也很高；用也很高；3.RFLP分子标记分布密度过于稀疏，现已逐步被其分子标记分布密度过于稀疏，现已逐步被其他类型分子标记所取代。他类型分子标记所取代。lRFLP是最早发现的分子标记，也被称为第一代分子是最早发现的分子标记，也被称为第一代分子标记。标记。第六十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l又称串联重复序列，又称串联重复序列，其多态性主要来自重复序列拷贝数的其多态性主

36、要来自重复序列拷贝数的变化，包括小卫星变化，包括小卫星DNA和微卫星和微卫星DNA。l小卫星小卫星DNA由由15-65bp的基本单位串联重复而成，长度的基本单位串联重复而成，长度一般不超过一般不超过20kb。重复次数（小卫星。重复次数（小卫星DNA区的长度）在区的长度）在人群中是高度变异的；按照孟德尔的规律遗传人群中是高度变异的；按照孟德尔的规律遗传l微卫星微卫星DNA/简短串联重复（简短串联重复（STR、STRP或或SSLP），），重复重复单元单元2-8bp，通常重复，通常重复10-60次次lGCTTATATATATATATATATATATATAAGCT（3）简单序列长度多态性简单序列长度多

37、态性第六十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月微卫星序列（微卫星序列（SSR）第六十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月如何检测如何检测SSR根据简单重复顺序两侧的序列设计引物根据简单重复顺序两侧的序列设计引物,经聚丙烯胺凝胶电泳经聚丙烯胺凝胶电泳分辩分辩.第七十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 SSR标记的优点标记的优点l（1）在基因组中随机分布，检测的多态性频）在基因组中随机分布，检测的多态性频率高；率高；l（2）PCR特异引物，重复性好；特异引物，重复性好；l（3）共显性，操作相对简单。）共显性，操作相对简单。第七十一张，PPT共九十八页，创作于2022年6月

38、SSR标记的缺点标记的缺点l（1）SSR需要测序和设计引物，因而需要大量的人力、需要测序和设计引物，因而需要大量的人力、物力和时间；物力和时间；l（2）另外其种属特异性强，开发所需的费用高昂。）另外其种属特异性强，开发所需的费用高昂。SSLP标记又称为第二代分子标记标记又称为第二代分子标记第七十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月（4）单核苷酸多态性单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNP）SNP是是指指同同一一物物种种不不同同个个体体基基因因组组DNA的的等等位位序序列列上上单单个个核核苷苷酸酸存存在在差差异异的的现现象象。其其中中最最少

39、少一一种种在在群群体体中中的的频频率率不不小小于于1；如如果果出出现现频频率率低低于于1，则则视视作作点点突变。突变。第七十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月人人类类999的的基基因因密密码码是是相相同同的的，而而差差异异不不到到01，不不同同人人群群仅仅有有140万万个个核核苷苷酸酸差差异异。这这些些差差异异是是由由“单单一一核核苷苷酸酸多多样样性性”（SNP）产产生生的的，它它构构成成了了不不同同个个体体的的遗遗传传基础。基础。第七十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月SNP与与RFLP和和STR标记的主要不同之处在于，它不再以标记的主要不同之处在于，它不再以DNA片段的

40、长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记。为标记。第七十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月连锁互换定律的基本内容连锁互换定律的基本内容位于同一染色体上的两个或两个以上的基因遗传时，位于同一染色体上的两个或两个以上的基因遗传时，常有常有连在一起遗传的倾向连在一起遗传的倾向连锁连锁；但在配子形成过程中，同源染色体的非姊妹染色单体间发但在配子形成过程中，同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换的结果导致重组类型的产生生局部交换的结果导致重组类型的产生互换（重组）互换（重组）；连锁的频率大于重组的频率。连锁的频率大于重组的频率。遗传作图遗传

41、作图连锁互换分析连锁互换分析第七十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月AB Ab aB ab(25)(25)(25)(25)(50)(0)(0)(50)(48)(2)(2)(48)配子类型配子类型(%)(%)独立遗传独立遗传孟德尔第二定律孟德尔第二定律完全连锁完全连锁不完全连锁不完全连锁连锁遗传定律连锁遗传定律ABABabab第七十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传作图遗传作图连锁互换分析连锁互换分析l基因（遗传标记）基因（遗传标记）在染色体上的位置是相对恒定的，它们在染色体上的位置是相对恒定的，它们之间的重组率也是相对恒定的，不同基因之间的重组率不之间的重组率也是相对恒

42、定的，不同基因之间的重组率不同。同。l相邻相邻的两个的两个基因（遗传标记）基因（遗传标记）由于重组而分开的概率将由于重组而分开的概率将低低于于距离距离较远较远的两个，所以重组率的大小可反应它们之间的两个，所以重组率的大小可反应它们之间在染色体上距离的远近；在染色体上距离的远近；l因此可因此可通过基因重组率的计算来估算通过基因重组率的计算来估算基因基因（遗传标记）（遗传标记）间的遗传距离间的遗传距离。第七十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传图距的单位：遗传图距的单位：厘摩（厘摩（cM）每单位厘摩为每单位厘摩为1重重组率组率如果两个基因间有如果两个基因间有1%1%的重组值，其遗传图的

43、距离为的重组值，其遗传图的距离为1 1厘摩。厘摩。计算出不同基因（遗传标记）之间的重组率，计算出不同基因（遗传标记）之间的重组率，就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的就可以构建出显示基因在染色体上相对位置的图图遗传图谱遗传图谱。第七十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月遗传作图的主要方法遗传作图的主要方法l杂交实验杂交实验l家系分析家系分析第八十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月 杂交实验的连锁分析的程序杂交实验的连锁分析的程序:选择已知基因型的亲本选择已知基因型的亲本 设计杂交方案设计杂交方案 获获得交配的子代得交配的子代 分析其表型及基因型分析其表型及基因型第八十一张，

44、PPT共九十八页，创作于2022年6月 玉米中的连锁遗传玉米中的连锁遗传 有色饱满有色饱满 X 无色皱缩无色皱缩 C S/C S c s/c s 测交：测交：F1 C S/c s X c s/c s（双隐性）（双隐性）CS/cs Cs/cs cS/cs cs/cs 有、满有、满 有、皱有、皱 无、满无、满 无、皱无、皱 自由组合预期：自由组合预期：1 1 1 1 实实 验验 结结 果果：4032 149 152 4035 亲组合亲组合 重组合重组合 96.4%3.6%第八十二张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l重组率绘制遗传图重组率绘制遗传图 重组率为测量基因之间相对距离的尺度重组率为

45、测量基因之间相对距离的尺度.第八十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l与经典遗传作图类似，只是统计性状改为与经典遗传作图类似，只是统计性状改为DNA 分子标记。分子标记。程序：选择已知基因型的亲本程序：选择已知基因型的亲本 设计杂交方案设计杂交方案 获得交配的子代获得交配的子代 分析其分析其DNA分子标记分子标记DNA分子标记遗传图绘制分子标记遗传图绘制第八十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l物理图概念：物理图概念：l采用采用分子生物学方法分子生物学方法直接将直接将基因基因或或DNA分子标记分子标记标定标定在基因组在基因组实际实际位置的图谱。位置的图谱。l以已知核苷酸序列

46、的以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，片段（序列标签位点，sequence-tagged site,STS）为）为“路标路标”，以碱基对作，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。为基本测量单位（图距）的基因组图。2、物理图、物理图第八十五张，PPT共九十八页，创作于2022年6月STS作图的原理作图的原理l两个两个STS出现在同一片段的机会取决于他们在基因组中出现在同一片段的机会取决于他们在基因组中的距离，彼此靠的越近，分离的几率越小，彼此相隔越的距离，彼此靠的越近，分离的几率越小，彼此相隔越远，分离的几率越大。远，分离的几率越大。l两个两个STS之间相对距离的估算与连锁分析的原

47、理一样，它之间相对距离的估算与连锁分析的原理一样，它们之间的图距根据它们的分离频率来算。们之间的图距根据它们的分离频率来算。第八十六张，PPT共九十八页，创作于2022年6月STS作图原理图示作图原理图示第八十七张，PPT共九十八页，创作于2022年6月l通过通过PCR或分子杂交检测含有标记的或分子杂交检测含有标记的STS克克隆，根据重叠的隆，根据重叠的STS标记可绘制克隆连锁图。标记可绘制克隆连锁图。物理物理作图作图第八十八张，PPT共九十八页，创作于2022年6月第八十九张，PPT共九十八页，创作于2022年6月3、转录图、转录图l 以以EST（expressed sequence tag

48、，表达序列标签），表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。EST：通过从：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分的部分cDNA的的5或或3端序列称为表达序列标签（端序列称为表达序列标签（EST），），一般长一般长300-500bp左右。左右。第九十张，PPT共九十八页，创作于2022年6月4、序列图、序列图（分子水平的物理图）（分子水平的物理图）l 序序列列图图是是指指整整个个人人类类基基因因组组的的核核苷苷酸酸序序列列图图，也也是最详尽的物理图。是最详尽的物理图。第九十一张，PPT

49、共九十八页，创作于2022年6月（三）人类基因组计划后续（三）人类基因组计划后续 l1、人类基因组测序结果：、人类基因组测序结果：(1)人人类类遗遗传传基基因因数数量量比比原原先先估估计计的的少少很很多多。目目前前研研究究表表明明，人人类类基基因因组组中中约约有有3万万至至4万万个个蛋蛋白白编编码码基基因因，仅仅仅仅是是果蝇基因数目的两倍，人有而鼠没有的基因只有果蝇基因数目的两倍，人有而鼠没有的基因只有300个。个。(2)人人类类99.9的的基基因因密密码码是是相相同同的的，而而差差异异不不到到0.1，不同人群仅有不同人群仅有140万个核苷酸差异万个核苷酸差异SNP。第九十二张，PPT共九十八

50、页，创作于2022年6月2 2、人类基因组计划的伦理学、人类基因组计划的伦理学A)个人个人DNA顺序的隐私权，如：顺序的隐私权，如：“次等次等”基因携带者基因携带者可能受到岐视，职业限制，医疗保险等问题。可能受到岐视，职业限制，医疗保险等问题。B)基因专利问题。基因专利问题。第九十三张，PPT共九十八页，创作于2022年6月教学内容教学内容l一、高通量一、高通量DNA序列分析技术序列分析技术l二、人类基因组计划二、人类基因组计划 l三、比较基因组学三、比较基因组学 第九十四张，PPT共九十八页，创作于2022年6月三、比较基因组学三、比较基因组学 l概念：是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的