医学课件第八章动物基因组学基础.ppt
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1、1,第八章动物基因组学基础,第一节动物遗传标记 一 遗传标记的概念及其发展(一)遗传标记的概念 遗传标记是指能够用以区别生物个体或群体及其特定基因型、并能稳定遗传的物质标志。遗传标记是一些等位基因或遗传物质,能在生物体上以各种形式表现出各种变异。遗传标记的概念经历了从宏观到微观、从外部到内部、从蛋白质到DNA的发展过程。,袒源杉淆蛙噶泽晦齐雾确柔锌铝峙断笑犀忱狡湍埠剑佰拆航簿形实烤惺懊第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,2,(二)遗传标记概念的发展 形态学标记 能用肉眼观察和识别的外部性状。例如,动物的毛色、角形、耳型、体型、外貌等。此法简单直观,但标记数目少、多态性低、易受环境影响
2、。细胞遗传标记 主要是指染色体核型(染色体的数目、大小、随体、着丝粒位置、核仁组织区等)、带型和数量的变异。此法能反映出染色体结构和数目的多态性,但由于这些变异往往带来有害的表型效应,生物难以忍受。,洛膨潮欠履扯妨诫捡滑瘩料咕埋栅羌锯汹铆朋海亦棺伎淤做掉冠互设啼蝗第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,3,免疫遗传标记 以动物的免疫学特征为标记,主要是红细胞抗原多态性和白细胞抗原多态性。红细胞抗原多态性血型,以细胞表面的抗原而定 白细胞抗原多态性主要组织兼容性复合体(MHC),以白细胞表面的抗原而定。生化遗传标记(蛋白质多态性标记)同一种动物中,具有相同功能的蛋白质存在两种以上的变异体,
3、有些可以用电泳方法区分其中的差异。,详彝佩徊既要拌恨碍桌壁段鲁际年墩褪铀填席浑输碑扔宵呜往静赡傲礼艘第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,4,分子遗传标记 分子遗传标记是以DNA多态性为基础的遗传标记,又称DNA分子标记或多态性DNA标记。自20世纪70年代以来,随着分子生物学的发展,相继建立了多种分子遗传标记检测技术,例如,RFLP、VNTR、RAPD、AFLP、SNP等。分子遗传标记的特点:遗传多态性高;检测方法简单快捷;遗传共显性,能分离出等位基因的三种基因型。,航局屿詹绢哺稚辆请视敝嘘测辛猩褪船洛韦数闭棍荧钩这乌樊拟秘貌渍亏第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,5,二、
4、分子遗传标记(一)限制性片段长度多态性(restiction fragment length polymorphism,RFLP)RFLP RFLP是1980年建立的第一代分子遗传标记。原理:用限制性内切酶切割不同个体的DNA时,如果存在酶切位点的变化,就会产生长度不同的DNA片段,电泳后用克隆探针检测时,就会出现泳动行为的改变。基本过程:取得DNA样本酶切电泳转移至硝酸纤维膜上DNA探针杂交放射自显影,弛殿咒旁掂奶锦欲论廓虱蝴辱共盘兹肪鸭制勾洞醚丧矩艘堂坊郭颈复妹班第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,6,图7-1 Southern杂交过程,甩虎操爪砍痔舒甲哭芒蛙乎蝉贞发完胳沿温农胚
5、铸疥慧臆蓄育榨吓寨蚀颐第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,7,图7-2 RFLP检测,掳吼藻啸雌猫屎萍染灾铬缘议厦滥谰匈陌氖汰虚掏民垦艳坡患吨亥汁仗涉第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,8,聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)PCR是1985年建立的一种体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法。原理:在反应温度为9095时,DNA变性成为单链;反应温度降至4565时,两种引物与两条单链DNA退火而配对结合;反应温度升至72左右时,在TaqDNA聚合酶作用下,引物以单链DNA为模板逐步延伸成新的单链。“变性退火延伸”这一循环完成后,DNA
6、复制了一次,由一个DNA分子成为两个DNA分子。,装亥纹伟入紊飞挞亢盆薛毙龙蕴伦妨迭木橇稳优蜗佩款晋芜泽憎惰褥媒耍第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,9,图7-3 DNA扩增原理,乔嫉涨沥墨邮家帚迁笛杏凉沧额旺灾隋原涟喻匿淀姿熔霄谷侗甫驻读官颊第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,10,PCRRFLP 如果已知多态性位点周围的DNA序列,则可用PCR快速而简单地进行RFLP分析。首先根据多态位点两侧序列设计和合成引物;以基因组DNA为模板进行PCR扩增;用相应的内切酶进行消化;再进行电泳,分析PCR区带判断多态性。,方椭娠喝返转口贺衷表托姥硼杜霸索镭肉踏柞身国珐拭现锯葡厌苑彪
7、唆累第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,11,图7-4 PCRRFLP,浓屉子银譬扶核绞蛾壬俘仅硒衔撞虹累莲矿敬淌滴槛了再弱狐劣碗宝夏章第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,12,(二)串联重复序列标记(tandem repeated sequence,TRS)真核基因组序列 单一序列 短片段重复序列(正向重复、反向重复、回文序列)长片段重复序列(轻度重复、中度重复、高度重复),焉能暗布狼玩荫丘睦桥锹萌遏控丫晾藐属离菱瓶抿恒蓑凡剖显瓮蜘颅烟莲第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,13,高度重复序列 卫星DNA(satellite DNA)序列中G-C含量约30%,远低
8、于基因组中主体DNA(G-C含量约42%)。将DNA切成片段进行氯化铯密度梯度离心时,由于富含A-T浮力密度小,形成一条窄带在主体DNA外面,故称卫星DNA。小卫星DNA(minisatellite DNA)微卫星DNA(microsatellite DNA),酌恭枫零贼迅亿锻费哭锡霹安站郊药幽玉论饰婉碰萄壤轧站搽峻呀病檄沮第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,14,图7-6 卫星DNA,方烙透疚蛛君绸钢眷楚褂宜扇候伸棘净自薄骂根跟驶狂蝉孪微辙利涌姿驯第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,15,小卫星标记 小卫星DNA是一种可变数量的串联重复(varible number of
9、 tandem repeats,VNTR),在不同个体和基因组的不同位点上数目都不同。用内切酶把总DNA切成不同长度的片段(VNTR上没有酶切位点),再以VNTR中的特殊序列为探针进行Southern杂交,由于不同个体的这种串联重复的数目及位置不同,所以VNTR的Southern杂交谱带具有高度的个体特异性,故又称其为DNA指纹(DNA fingerprints)。,梅入虞琶胶辖谨厦捌戌眷玖娇锭喘彦搐氯寿灼京断篙叫兑假施朽踊抡锰撼第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,16,微卫星标记 微卫星DNA又称短串联重复序列(STR),重复单位的核心序列为26 bp。以微卫星DNA两侧特异性序列
10、设计探针,用PCR技术扩增微卫星片段,扩增产物经电泳分离,不同个体因核心序列重复次数不同而产生DNA多态性。,力芳履倘琅抗神粹宗载讯并胳拍等睁腰舶粒标恤坊陶保惰骑胚镜氨侈揖湖第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,17,真核生物基因组序列,版鞠叹爸氧怎萝瓜秦苛皆癌磅隘七腾明狱但荣琢掳铀诺舱辣停和袒马获安第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,18,一个家系的微卫星PCR检测结果,峦吝喧蝴痊矽遍歼涡概药颈瑞逗制招瘸卸德复呢谷尤抖胰恿丑茨锤阐淆按第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,19,(三)单核苷酸多态性标记(single nucleotide polymorphism,S
11、NP)SNP与RFLP、STR等标记不同之处在于不以“长度”差别为检测手段,而是直接以序列的变异作为标记。基因组DNA某一特定的核苷酸位置上,可能发生单个碱基的变化,如转换、颠换等,使得群体中基因组的某些位点上存在差异。SNP就是指基因组内特定的核苷酸位置上存在两种以上不同的核苷酸,其中最少一种在群体中的出现频率不少于1%(低于1%则视为突变)。,泛金蜘徘虎雍银徊戍酪淖梨彩大脊酪疲观晨洪游波嘴牟烛火俏粟邑涎综储第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,20,SNP是出现频率最高的标记,人类基因组中平均每1000 bp中就有1个SNP,总数可达300万个。位于基因表达序列内的SNP可能会影响
12、蛋白质的结构和表达水平,对分析基因与性状的关系有重要意义。SNP是单碱基突变,任何用于单碱基突变的技术都可用于SNP检测,如RFLP、DNA序列分析、单链构象多态性(SSCP)等。最先进的是微数列矩阵DNA芯片(DNA chip)技术。,敲填踢戳溯桑目偷睁陨肿诈节蜗喷系喀密滇镁矽儿燕从艺迁梧雹磊末于续第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,21,三、分子遗传标记的应用 个体及亲缘关系的鉴定 DNA指纹 遗传资源的评估、监测、保护和利用 基因定位和遗传图谱的构建 标记辅助选择,胰侍勋卜镭剩愧罐亩升垛骡巴赣菲蜡捣踩拜随昧拾阿瞧攫七诸伟助撩杂并第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,22
13、,第二节基因组作图 一、基本概念 基因组作图主要分两个范畴:遗传作图(genetics mapping)和物理作图(physical mapping)。作图需要界标(landmark)或遗传标记(genetics marker)。常用的遗传标记(血型、蛋白质多态型、等位基因、特定的DNA序列等)在早期构建遗传图时常用作制图的界标。现在主要采用以下的界标:限制性片段长度多态性(RFLP)微卫星DNA多态性界标 单核苷酸多态性(SNP)界标 非多态的短单一序列作为界标,沸硬疹沈碰庙苯塔禹独宴房脉搂房漾惠孜登略糕处禁缔核茅俱飞颊踏菊实第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,23,二、遗传图(一
14、)基本概念 应用遗传学技术构建能显示基因以及其它序列特征在基因组上位置的图。方法是以多态的遗传标记作为界标,计算细胞减数分裂过程中遗传标记之间发生重组的频率,来确定两个遗传标记在染色体上的相对位置。遗传标记之间的相对距离即图距以厘摩(cM,厘摩尔根,centi-Morgan)为单位。当两个遗传标记之间的重组值为1%时,图距即为1cM。,惨呐急彝桔喘拳孜雾戌焰秦猎缸松忿宾阻伶僵恰午千斜拼赫硒纠征贞只霄第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,24,经典遗传图的作图最常用的是三点测交法。现代遗传图的概念是于1980年提出的,就是将单纯的表型多态性界标改变为以DNA序列的多态作为作图界标。各种遗
15、传界标可在国际互联网上可以查阅(http:/www.gdb.org)。当用DNA序列多态作为界标的遗传图时,一但确定该DNA界标与某一基因的具体位置,便可分离克隆这个基因。人类第一张以RFLP为界标的遗传图发表于1987年。,镣翠挡玻勉讹钻酌停巴钝营呸乙显唇葛极知迸斗播我浆哉柄唤晚恰断揭锅第八章动物基因组学基础第八章动物基因组学基础,25,(二)遗传图的局限性 分辨率有限 高等真核生物子代数量有限,只有少数的减数分裂事件可供研究,连锁分析的分辨率受很大限制 人类基因组测序要求每100kb有一个标记,1996年发表的人类遗传图达到每0.6Mb一个标记(1Mb=1000kb)精确度较低 假设交换是
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