遗传标记与作图.ppt

第三章第三章 遗传标记与基因组作图遗传标记与基因组作图第一节第一节 基因组多样性（基因组多样性（DiversityDiversity））1、地球上众多物种的存在以及种内的多态性、地球上众多物种的存在以及种内的多态性 真细菌真细菌 古细菌古细菌 真核生物真核生物生命树显示了古细菌、真细菌和真核生物的关系以及真菌生命树显示了古细菌、真细菌和真核生物的关系以及真菌、植物和动物的关系、植物和动物的关系 原生动物原生动物 植物植物 真菌真菌 动物动物精选ppt 2、种内基因组遗传的多态性种内基因组遗传的多态性 尽管在种内或种族内绝大部分的基因组序列是保守的，但所有基尽管在种内或种族内绝大部分的基因组序列是保守的，但所有基因组中都天然存在有多态性区域，可以用来鉴别每个个体因组中都天然存在有多态性区域，可以用来鉴别每个个体 个体遗传物质个体遗传物质DNADNA的多态性的多态性 个体呈现出多态现象个体呈现出多态现象 例如人类个体在身高、血型、肤纹等表型例如人类个体在身高、血型、肤纹等表型 DNADNA多态现象以孟德尔共显性遗传方式传递多态现象以孟德尔共显性遗传方式传递基因组多态性的类型基因组多态性的类型 1)1)．可变数串联重复．可变数串联重复(variable number of tandem repeat(variable number of tandem repeat，， VNTR)VNTR)多态性多态性 Jefferys(1985Jefferys(1985年年) )等用等用SouthernSouthern杂交的方法检测到人类基因组杂交的方法检测到人类基因组中存在一类多态现象。

这类多态性中存在一类多态现象这类多态性主要表现为等位片段主要表现为等位片段( (基因基因) )内内在的串联重复核苷酸单元的拷贝数不同，从而使得等位片段在的串联重复核苷酸单元的拷贝数不同，从而使得等位片段( (基基因因) )的长度呈现多态性这类多态现象因此被称为可变数串联重的长度呈现多态性这类多态现象因此被称为可变数串联重复多态复多态每个特定位点的每个特定位点的VNTRVNTR由两部分组成：中间的核心区和外由两部分组成：中间的核心区和外围的侧翼区，核心区含有至少一个以上围的侧翼区，核心区含有至少一个以上“重复重复”的短顺序由于的短顺序由于这类多态在结构上与卫星这类多态在结构上与卫星DNADNA相似，故又可根据重复单元中的核相似，故又可根据重复单元中的核苷酸数目多少，将其分为小卫星苷酸数目多少，将其分为小卫星DNADNA和微卫星和微卫星DNADNA精选ppt2)2)散在重复的散在重复的DNADNA顺序多态性顺序多态性 Alu IAlu I顺序顺序 哺乳动物基因组中的散在重复哺乳动物基因组中的散在重复DNADNA顺序，研究发现人类的顺序，研究发现人类的AluIAluI顺序也存在多态性。

顺序也存在多态性 人类人类ⅢⅢ型胶原纤维基因的第型胶原纤维基因的第8 8个内含子存在一类种族特异性的个内含子存在一类种族特异性的Alu IAlu I顺序顺序: : 35 35％的美国黑人％的美国黑人 1 1％的高加索人％的高加索人 而印第安人、东南亚人中则不含有这种顺序而印第安人、东南亚人中则不含有这种顺序 人类人类Y Y染色体中有一类特有的染色体中有一类特有的Alu IAlu I顺序，称为顺序，称为YAP(Y Alu polymorphism)YAP(Y Alu polymorphism)，，其在不同人群中存在明显不同的多态分布其在不同人群中存在明显不同的多态分布3 3）单核苷酸多态性）单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism(single nucleotide polymorphism，，SNP)SNP) 单核苷酸多态性，主要是指基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的单核苷酸多态性，主要是指基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNADNA顺序多态性顺序多态性。

它是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性它是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的的9090％以上估计人类基因组中有％以上估计人类基因组中有300300万个，平均万个，平均1 1个个SNP/500SNP/500—1 0001 000个碱基理论上讲，理论上讲，SNPSNP既可能是双等位多态性，也可能是既可能是双等位多态性，也可能是3 3个或个或4 4个等位多态性，但个等位多态性，但实际上，后两者非常少见，几乎可以忽略因此，通常所说的实际上，后两者非常少见，几乎可以忽略因此，通常所说的SNPSNP都是双等都是双等位多态性的位多态性的SNPSNP既可存在于基因顺序内，也可存在一基因以外的非编码顺既可存在于基因顺序内，也可存在一基因以外的非编码顺序中序中存在于编码顺序中的存在于编码顺序中的SNPSNP虽然较少，但其在遗传疾病研究中却具有重虽然较少，但其在遗传疾病研究中却具有重要意义相当一部分要意义相当一部分SNPSNP直接或间接地与个体间的表型差异、人类对疾病的直接或间接地与个体间的表型差异、人类对疾病的易感性和抵抗能力有关，因此，对易感性和抵抗能力有关，因此，对SNPSNP的研究越来越受到人们的关注。

的研究越来越受到人们的关注含有这种序列含有这种序列精选ppt 第二节、第二节、遗传标记遗传标记 （（Genetic marker)Genetic marker) 遗传学中通常将可识别的等位基因称为遗传学中通常将可识别的等位基因称为遗传标记遗传标记 但随着遗传学和基因概念的发展其内涵也发展但随着遗传学和基因概念的发展其内涵也发展 除基因标记外遗传标记主要包括：除基因标记外遗传标记主要包括：1.形形 态态 标记标记：： 是指那些能够明确显示遗传多态的外是指那些能够明确显示遗传多态的外 观性状，如株高、粒色等的相对差异观性状，如株高、粒色等的相对差异2.细胞学标记细胞学标记 ：是指能够明确显示遗传多态的细胞学特征是指能够明确显示遗传多态的细胞学特征 如染色体结构上和数量上的遗传多态性等如染色体结构上和数量上的遗传多态性等3.蛋白质标记蛋白质标记：非酶蛋白质和酶蛋白质：非酶蛋白质和酶蛋白质 在非酶蛋白质中，用得较多的是种子贮藏蛋白；在非酶蛋白质中，用得较多的是种子贮藏蛋白； 酶蛋白质主要是同功酶。

酶蛋白质主要是同功酶4.DNA 标标 记记：： 也称也称DNA多态性标记、多态性标记、 DNA分子标记，分子标记， 是是 DNA水平上遗传多态性的直接反映水平上遗传多态性的直接反映精选ppt 这里仅介绍这里仅介绍遗传的分子标记遗传的分子标记中的几种重要的分子标记中的几种重要的分子标记:1.同工酶标记同工酶标记: 同工酶同工酶（（IsozymeIsozyme））是一类分子结构不同、是一类分子结构不同、 功能相似、催化同样的生化反应的酶功能相似、催化同样的生化反应的酶 同工酶标记是利用编码同工酶的等位基因与同工酶酶谱同工酶标记是利用编码同工酶的等位基因与同工酶酶谱的相关性及其共显性的特点进行染色体定位和遗传连锁分析的相关性及其共显性的特点进行染色体定位和遗传连锁分析2.DNA分子标记分子标记: (1)基于基于DNA-DNA杂交的杂交的DNA标记标记 RFLP标记标记 (restriction fragment length polymorphism)：：      DNADNA某一位点上的变异有可能引起该位点特异性的限制性内切某一位点上的变异有可能引起该位点特异性的限制性内切酶识别位点的改变，包括原有位点的消失或出现新的酶切位点，酶识别位点的改变，包括原有位点的消失或出现新的酶切位点，致使酶切片段长度随之发生变化。

这种变化引起的多态现象即为致使酶切片段长度随之发生变化这种变化引起的多态现象即为限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性（（RFLPRFLP) ) 对对RFLPRFLP的检测主要是用的检测主要是用SouthernSouthern杂交的方法进行，即利用限制杂交的方法进行，即利用限制酶酶解及凝胶电泳分离不同生物体的酶酶解及凝胶电泳分离不同生物体的DNADNA分子，然后用经标记的特分子，然后用经标记的特异异DNADNA探针与之杂交，通过放射自显影或非同位素显色技术来揭示探针与之杂交，通过放射自显影或非同位素显色技术来揭示DNADNA的多态性的多态性 ( 图图 Southern Southern ) ) 精选ppt1                     39                                                                                                                39        RecombinantsZCLZZA1   2   3   4(A)(B)Fig.1 The southern analysis of RFLP marker RG214.1 The polymorphism of RFLP marker RG214 between 2 parents and 2 bulks9RFLP analysis of plants in F2 population with RG214精选ppt（（2 ）基于）基于PCRPCR的的DNADNA标记：标记： ①①RAPDRAPD（（random amplified polymorphic DNArandom amplified polymorphic DNA））标记：标记：随机引物随机引物PCRPCR标记，标记，随机扩增多态性随机扩增多态性DNADNA，用随机短引物（人工合成，用随机短引物（人工合成的十核苷酸）进行的十核苷酸）进行DNADNA的的PCRPCR扩增。

所扩增的扩增所扩增的DNADNA区段是事先未知的，区段是事先未知的，具有随机性和任意性，因此随机引物具有随机性和任意性，因此随机引物PCRPCR标记技术可用于对任何未标记技术可用于对任何未知基因组的研究知基因组的研究RAPD RAPD 原理）原理） ②② ISSR (Inter-simple sequence repeats) ISSR (Inter-simple sequence repeats)标记标记: :简单序列重复简单序列重复区间扩增多态性利用基因组中常出现的区间扩增多态性利用基因组中常出现的SSRSSR本身设计引物，无需本身设计引物，无需预先克隆和测序预先克隆和测序 ③③SSRSSR（（simple sequence repeats)simple sequence repeats)标记标记: :简单重复序列多态简单重复序列多态性又称微卫星性又称微卫星DNADNA多态性，即由二核苷酸，三核苷酸或四核苷酸多态性，即由二核苷酸，三核苷酸或四核苷酸串联重复的拷贝数目不等而出现的多态现象串联重复的拷贝数目不等而出现的多态现象76)(76)精选ppt④④ STS STS（（sequence-tagged sitesequence-tagged site）标记）标记: :序列标定位置序列标定位置。

染色体上位置已定的、核苷酸序列已知的、且在基因组染色体上位置已定的、核苷酸序列已知的、且在基因组中只有一份拷贝的中只有一份拷贝的DNADNA短片断，一般长短片断，一般长200200－－500bp500bpSTS STS 标记是根据单拷贝的标记是根据单拷贝的DNADNA片断两端的序列，设计一对特异片断两端的序列，设计一对特异引物，经引物，经PCRPCR扩增基因组扩增基因组DNADNA而产生的一段长度为几百而产生的一段长度为几百bpbp的特异序列的特异序列STS)STS)（（3 3）基于）基于PCRPCR与限制性酶切技术结合的与限制性酶切技术结合的DNADNA标记标记①①AFLPAFLP（（amplified fragments length polymorphismamplified fragments length polymorphism））标记标记: :扩增片段长度多态性通过对基因组扩增片段长度多态性通过对基因组DNADNA酶切片段的酶切片段的选择性扩增来检测选择性扩增来检测DNADNA酶切片段长度的多态性酶切片段长度的多态性AFLPAFLP揭示揭示的的DNADNA多态性是酶切位点和其后的选择性碱基的变异。

多态性是酶切位点和其后的选择性碱基的变异 （（AFLP AFLP 原理原理））精选ppt②②CAPSCAPS（（Cleaved amplified polymorphic sequenceCleaved amplified polymorphic sequence）标记）标记: : 是特异引物是特异引物PCRPCR与限制性酶切相结合而产生的一种与限制性酶切相结合而产生的一种DNADNA标记标记, ,当当SCARSCAR（（sequence characterized amplified regions)sequence characterized amplified regions)或或STSSTS的特异的特异扩增产物的电泳谱带不表现多态性时，一种补救办法就是用限制性扩增产物的电泳谱带不表现多态性时，一种补救办法就是用限制性内切酶对扩增产物进行酶切，然后再通过琼脂糖或聚丙烯胺凝胶电内切酶对扩增产物进行酶切，然后再通过琼脂糖或聚丙烯胺凝胶电泳检测其多态性泳检测其多态性, ,这种多态性称为这种多态性称为CAPSCAPS标记。

它揭示的是特异标记它揭示的是特异PCRPCR产产物物DNADNA序列内限制性酶切位点变异的信息，也表现为限制性片段长度序列内限制性酶切位点变异的信息，也表现为限制性片段长度的多态性的多态性4 4）单核苷酸多态性的）单核苷酸多态性的DNADNA标记标记SNPSNP（（single nucleotide polymorphismsingle nucleotide polymorphism）标记）标记: : 单核苷酸多态性不同个体基因组单核苷酸多态性不同个体基因组DNADNA序列同一位置上的序列同一位置上的单个核苷酸的差别其比较的不是单个核苷酸的差别其比较的不是DNADNA的片段长度，而是相同的片段长度，而是相同序列长度里的单个碱基的差别序列长度里的单个碱基的差别 (SNP_)(SNP_)(5)(5)主要类型的主要类型的DNADNA分子标记的技术分子标记的技术特点比较特点比较精选ppt第三节第三节 人类基因组作图人类基因组作图 1.人类基因组计划的缘起人类基因组计划的缘起与与1945年日本广岛、长崎的原子弹爆炸有着千丝万缕的关系年日本广岛、长崎的原子弹爆炸有着千丝万缕的关系  原子弹爆炸、强烈辐射原子弹爆炸、强烈辐射  人群（人群（DNA损伤）损伤）                           死亡死亡 诱发病症诱发病症 幸存者无明显病症幸存者无明显病症 白血病白血病 但基因发生了突变但基因发生了突变 可遗传给后代可遗传给后代 1984年年12月月9-13日日 美国犹他州阿尔他（美国犹他州阿尔他（Alta））                          美国能源部美国能源部 环境诱变物和致癌物防护国际会议环境诱变物和致癌物防护国际会议  科学家在讨论中提出一个问题：科学家在讨论中提出一个问题：有有什什么么新新方方法法可可以以非非常常有有效效地地、、直直接接检检出出人人类类基基因因的的突突变变？？有有没没有有新新方方法法可可在在日日本本广广岛岛、、长长崎崎原原子子弹弹爆爆炸炸的的幸幸存存者者及及其其子子女女的的群群体体中中直接测定基因突变的增加？直接测定基因突变的增加？精选ppt从理论上计算从理论上计算 幸存者后代的基因突变频率比对照人群高幸存者后代的基因突变频率比对照人群高3倍倍       实际调查实际调查 同正常的对照人群中的基因突变频率相差无几同正常的对照人群中的基因突变频率相差无几     于于是是有有科科学学家家提提出出：：只只有有测测定定人人基基因因的的全全序序列列，，通通过过比比较较分分析析以以检出所有突变，才能精确地测定突变频率。

检出所有突变，才能精确地测定突变频率       美国科学家美国科学家Dulbecco   1986年年3月月 《《Science》》               Human Genome Project, HGP1990年首先在美国开始实施年首先在美国开始实施中国：中国：1994年国家自然科学基金资助的重大项目年国家自然科学基金资助的重大项目                 “中华民族基因组若干位点基因结构的研究中华民族基因组若干位点基因结构的研究”1999年年9月月：：中中国国科科学学院院遗遗传传研研究究所所人人类类基基因因组组中中心心获获准准参参加加HGP，，负负责责测测定定人人类类基基因因组组全全部部序序列列的的1%－－－－3号号染染色色体体上上的的3000万万个碱基对个碱基对夏家辉教授：神经性耳聋的致病基因夏家辉教授：神经性耳聋的致病基因GJB3GJB3克隆，克隆，                        定位于定位于11号染色体号染色体精选ppt2. 人类基因组计划大事记人类基因组计划大事记 　　1990年年10月，国际人类基因组计划启动月，国际人类基因组计划启动。

　　1999年年9月，中国获准加入人类基因组计划月，中国获准加入人类基因组计划 　　1999年年12月月1日，人类首次成功地完成人体染色体基因完整序日，人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定列的测定 　　2000年年4月底，中国科学家完成月底，中国科学家完成1％人类基因组的工作框架图％人类基因组的工作框架图 　　2000年年5月月8日，由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组日，由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组宣布，他们已基本完成了人体第宣布，他们已基本完成了人体第21对染色体的测序工作对染色体的测序工作 　　2000年年6月月26日，六国科学家公布人类基因组工作框架图日，六国科学家公布人类基因组工作框架图 　　2001年年2月月12日，人类基因组图谱及初步分析结果首次公布日，人类基因组图谱及初步分析结果首次公布 　　2001年年8月月26日，中国提前两年完成日，中国提前两年完成1％人类基因组测序任务％人类基因组测序任务 　　2003年年4月月15日，六个国家共同宣布人类基因组序列图完成日，六个国家共同宣布人类基因组序列图完成 (美、英、德、日、法、中美、英、德、日、法、中)精选ppt3. The organization of the human genomeThe organization of the human genome ( (人基因组组构人基因组组构) )精选ppt返回返回精选ppt4. 已完成的多种生物基因组测序情况已完成的多种生物基因组测序情况水稻基因组水稻基因组 2002老鼠基因组老鼠基因组 2002精选ppt5.作图策略和方法问题作图策略和方法问题 5.1 经典的遗传学图谱经典的遗传学图谱: 主要用来确定生物体的基因在染色体上的排列，只能标明基因主要用来确定生物体的基因在染色体上的排列，只能标明基因之间的相对位置，无法指明基因在染色体上的具体位置，因此无法之间的相对位置，无法指明基因在染色体上的具体位置，因此无法按图直接克隆分离基因。

在人类基因组计划中显然利用价值不大按图直接克隆分离基因在人类基因组计划中显然利用价值不大.5.2 现代遗传学图谱现代遗传学图谱：： 其概念是其概念是David Botstein等等 于于1980年提出来的，当时由于年提出来的，当时由于DNA限制性内切酶和连接酶的应用，限制性内切酶和连接酶的应用，RFLP成为一种崭新的成为一种崭新的DNA多态性多态性标记他们提出来利用标记他们提出来利用RFLP作为标记去构建多态性基因与这些标作为标记去构建多态性基因与这些标记连锁关系，进而确定多态性基因的位置其精髓在于将单纯的表记连锁关系，进而确定多态性基因的位置其精髓在于将单纯的表型研究深入到型研究深入到DNA分子的本质上去分子的本质上去即：即：表型多样性对应于表型多样性对应于DNA分子的多样性分子的多样性 将单纯的表现多态性的界标改变为以将单纯的表现多态性的界标改变为以DNA序列的多态作为作图序列的多态作为作图界标这些界标包括：界标这些界标包括： RFLP、、 VNTR和和STR等精选ppt（（1））.Genetic mapping Genes were the first markers DNA markers Biochemical markers①① Linkage analysis is the basis of genetic mapping②② Partial linkage is explained by the behavior of chromosomes during meiosis③③ Linkage analysis with different types of organism fruit flies and mice---with which we can carry out planned breeding experiments. with human--- with whom we can make use of family Pedigrees with bacteria--- conjugation,transduction, transformation精选ppt基于基于VNTR标记的人系谱分析图标记的人系谱分析图B精选ppt基于基于DNA分子标记的一条分子标记的一条人类染色体上的（基因）连锁图人类染色体上的（基因）连锁图 A精选ppt(2)(2)Physical mapping Physical mapping （测序策略）（测序策略） ① ① By the clone contig approach By the clone contig approach (60)(60) 建立连续重叠克隆系（建立连续重叠克隆系（overlapping clonesoverlapping clones)/)/重叠群重叠群(Contig)(Contig)，， 对单个重叠群对单个重叠群, ,采用鸟枪法对其中的克隆逐个进行测序采用鸟枪法对其中的克隆逐个进行测序, ,最后在重最后在重 叠群内进行拼接叠群内进行拼接, ,拼接出全长序列。

拼接出全长序列 这种方法也称为这种方法也称为 Top-down mapping Top-down mapping ：： “自上而下自上而下” 或由长到短作图或由长到短作图: : 先构建大先构建大DNADNA克隆克隆(100Kb-10000Kb),(100Kb-10000Kb),并把克隆依染色并把克隆依染色 体排列体排列------染色体的克隆图当把每个克隆测序完成后，染色体的克隆图当把每个克隆测序完成后， 就可以拼装出整个染色体的就可以拼装出整个染色体的DNADNA序列 (99)(99)注：重叠群：相互间存在重叠顺序的一组克隆，根据重叠顺序的注：重叠群：相互间存在重叠顺序的一组克隆，根据重叠顺序的相对位置将各个克隆首尾连接，构成连续顺序图相对位置将各个克隆首尾连接，构成连续顺序图精选ppt② By the whole-genome shotgun method ② By the whole-genome shotgun method (60)(60) 直接将基因组直接将基因组DNADNA随机切成随机切成 2Kb 2Kb 左右的小片段左右的小片段, ,（（BACBAC克隆克隆, ,）随机末端测序）随机末端测序, ,再以基因组的分子标记为起点进行再以基因组的分子标记为起点进行DNADNA片段拚接，其余过程辅以少量大片段片段拚接，其余过程辅以少量大片段( (约约10Kb) ,10Kb) ,计算计算机分析串连得全序列机分析串连得全序列. . 这是一种这是一种“自下而上自下而上”或由短到长作图或由短到长作图 Bottom-up approach/mappingBottom-up approach/mapping: : 精选ppt6. 6. 物理图的类型物理图的类型 ① ① 染色体组型染色体组型/ /带型带型 ( (粗略的物理图粗略的物理图) ) ② ② 限制酶切图谱限制酶切图谱 ③ ③ 大尺度限制酶切图谱大尺度限制酶切图谱: :将将YAC DNAYAC DNA用稀切点限制酶用稀切点限制酶 ( (如如sfisfi ,Not,Not 等等) )酶解后经脉冲凝胶电泳酶解后经脉冲凝胶电泳(pulsed (pulsed field gel electrophoresis) field gel electrophoresis)分离分离DNADNA片段片段, ,经特异经特异 DNA(DNA(如如AluAlu顺序顺序) )探针杂交后绘制出图谱探针杂交后绘制出图谱 ④ ④ YAC-STSYAC-STS物理图谱物理图谱: :有足够多的有足够多的STSSTS位标并在染色体位标并在染色体 上的分布达到足够密度上的分布达到足够密度, ,根据每个根据每个YACYAC所含有的所含有的STSSTS把把 各各YACYAC排在染色体上排在染色体上, ,得到一个相互重叠排列的染色得到一个相互重叠排列的染色 体的体的YACYAC图谱图谱 (96)(96) （（110110））精选ppt ⑤ ⑤ 辐射杂种图谱辐射杂种图谱(RH(RH图谱图谱,Radiation hybrid),Radiation hybrid) 用辐射方法产生的杂种细胞是含有全部小鼠染色体背景的细胞用辐射方法产生的杂种细胞是含有全部小鼠染色体背景的细胞内同时含有唯一的人类染色体的一个片段。

这样得到一系列细胞株，内同时含有唯一的人类染色体的一个片段这样得到一系列细胞株，每个细胞株分别含有不同的人类染色体片段其所含的染色体片段每个细胞株分别含有不同的人类染色体片段其所含的染色体片段可以用已知的可以用已知的STSSTS或特定的或特定的DNADNA探针，用探针，用PCRPCR或或FISHFISH方法进行鉴定方法进行鉴定 ⑥ ⑥ 核苷酸顺序图：核苷酸顺序图： (100)(100)7.7.物理图与遗传图的关系物理图与遗传图的关系: :两者之间既有联系又有差异两者之间既有联系又有差异(100)(100)8.8.“位点位点”的概念：的概念：在经典的定义中对于在经典的定义中对于“位点位点”的概念是基的概念是基因即遗传位点而目前基因组研究中通常染色体位点不仅是指基因，因即遗传位点而目前基因组研究中通常染色体位点不仅是指基因，还包括客观物组成的染色体上的位点还包括客观物组成的染色体上的位点在物理图谱中，位点是指一在物理图谱中，位点是指一系列的客观物：包括探针位点、限制性内切酶酶切位点、克隆位点、系列的客观物：包括探针位点、限制性内切酶酶切位点、克隆位点、基因位点、中间粒及端粒位点等。

基因位点、中间粒及端粒位点等 位点－－染色体上任何可以区分的染色体位置位点－－染色体上任何可以区分的染色体位置精选ppt9.国际人类基因组国际人类基因组‘单体型图单体型图’计划计划中国科学家开始绘制中国科学家开始绘制10％人类基因组单体型图％人类基因组单体型图                    2002.10                2004.10           “国际人类基因组国际人类基因组‘单体型图单体型图’计划计划”将以世界亚、非、欧将以世界亚、非、欧三大族群为研究对象，三大群体样本各占三分之一其中，三大族群为研究对象，三大群体样本各占三分之一其中，中中国汉族将提供一半的亚裔样本，即占世界样本的六分之一国汉族将提供一半的亚裔样本，即占世界样本的六分之一 　　 “国际人类基因组国际人类基因组‘单体型图单体型图’计划计划”（（ＨａｐＭａｐＨａｐＭａｐ）是继）是继“国际人类基因组计划国际人类基因组计划”之后，人类基因组研究领域的又一重大之后，人类基因组研究领域的又一重大研究计划科学家们将在已完成的人类全基因组序列图的基础上，研究计划。

科学家们将在已完成的人类全基因组序列图的基础上，确定人类经世代遗传仍保持完整的确定人类经世代遗传仍保持完整的单体型图单体型图以及在不同族群中以及在不同族群中这些这些单体型单体型的的类型与分布并将这些不同的类型与分布并将这些不同的单体型单体型标上标签标上标签       单体型（单体型（haplotypehaplotype））:对于多基因座复等位基因遗传系统而言，对于多基因座复等位基因遗传系统而言，每条染色体上带有分属各个基因座上的某个等位基因一条染色体每条染色体上带有分属各个基因座上的某个等位基因一条染色体上这些不同的等位基因组合就是不同的单体型上这些不同的等位基因组合就是不同的单体型精选ppt ２００２年１０月，中国、美国、英国、日本、加拿大五国代２００２年１０月，中国、美国、英国、日本、加拿大五国代表在美国华盛顿正式启动了这项计划表在美国华盛顿正式启动了这项计划 中国完成１０％中国完成１０％ 美国完成３１％美国完成３１％ 日本占２５％日本占２５％ 英国占２４％英国占２４％ 加拿大占１０％加拿大占１０％中国负责３号、２１号和８号染色体单体型图的绘制。

其中，香港中国负责３号、２１号和８号染色体单体型图的绘制其中，香港大学、香港科技大学和香港中文大学的工作占整个计划的２％，台大学、香港科技大学和香港中文大学的工作占整个计划的２％，台湾科学家将负责１湾科学家将负责１. .５％ 　　　　 意义：人类单体型图的绘制，将为不同群体的遗传多态性研究、疾意义：人类单体型图的绘制，将为不同群体的遗传多态性研究、疾病和遗传关联分析、治病基因和治病因子的确定、药效及副作用和病和遗传关联分析、治病基因和治病因子的确定、药效及副作用和疾病风险的分析、人类起源进化迁徙历史的研究等提供完整的人类疾病风险的分析、人类起源进化迁徙历史的研究等提供完整的人类基因组信息和有效的研究工具将为人类常见疾病的研究提供最强基因组信息和有效的研究工具将为人类常见疾病的研究提供最强大、最经济的工具大、最经济的工具 　　　　精选pptHapMap的科学基础是染色体上的的科学基础是染色体上的SNP的的“板块板块”（（block）结构SNPs在一段染色体上是成组遗传的，在在一段染色体上是成组遗传的，在DNA上构成无形的区域上构成无形的区域“板板块块” 每个板块在进化上非常保守，在多世代的传递中没有或极少发。

每个板块在进化上非常保守，在多世代的传递中没有或极少发生生DNA重组，其重组，其SNPs的构成在单个染色体上的模式，即单体型的构成在单个染色体上的模式，即单体型（（Haplotype，图，图1））精选ppt个体1个体2个体3个体4精选ppt第四节 水稻基因组计划 1、日本水稻基因组计划 1991年年 4月：日本水稻基因组研究计划月：日本水稻基因组研究计划 (RGP) 启动启动 ，， 亚洲第一个全面、系统地开展水稻基因组研究的国家亚洲第一个全面、系统地开展水稻基因组研究的国家 1999年年 9月月 2 0日：在泰国举行的国际水稻生物技术大日：在泰国举行的国际水稻生物技术大会上会上RGP发表了一张含发表了一张含 2275个分子标记个分子标记 ，覆盖，覆盖1521.6cM 的水稻遗传图谱的水稻遗传图谱 ,有有 2600个个ESTs 被定位 2002年年4月：日本月：日本RGP在在Science上公布了以上公布了以Oryza sativa L.ssp. japonica 为材料的基因组草图，所用的方法也是鸟为材料的基因组草图，所用的方法也是鸟枪法，结果表明枪法，结果表明Oryza sativa L.ssp. japonica 大约由大约由420Mb组成，含有组成，含有32000-50000个基因个基因，与其他禾谷类作，与其他禾谷类作物有很大的同线性，但与拟南芥的同线性有限。

精选ppt2、国际水稻基因组测序计划、国际水稻基因组测序计划 (International Rice Genome Sequencing Project, IRGSP) 1 997年 9月 2 3日： 在 新加坡新加坡 举行举行 植物分子生物学国际会议植物分子生物学国际会议 ，一致同意成立，一致同意成立 世界性水稻基因组测序组织世界性水稻基因组测序组织 1998年年 2月月 5日日 ：中国、日本、美国、韩国的代表共：中国、日本、美国、韩国的代表共同草拟了组织议程同草拟了组织议程 ，参与者同意共享资源，参与者同意共享资源 ，并定期将最，并定期将最新的物理图谱和新的物理图谱和DNA序列公布于国际互联网序列公布于国际互联网 共有有 11个国家参与个国家参与IRGSP ，各国的相关科研，各国的相关科研机构划分了各自的测序范围机构划分了各自的测序范围 ，参与国际水稻基因组测序，参与国际水稻基因组测序计划的科研机构及其各自在水稻计划的科研机构及其各自在水稻 1 2条染色体上的测序范条染色体上的测序范围及相关互联网信息围及相关互联网信息精选ppt 参与IRGSP的国家、地区与染色体分配精选ppt 参与测序的科研机构及其染色体分配参与测序的科研机构及其染色体分配 科研机构名称 负责的染色体 水稻基因组计划 (RGP ,日本 ) 1，6，7，8 韩国水稻基因组计划(韩国 ) 1 Clemson大学 (CUGI ,美国 ) 3， 10 冷泉港实验室 (美国 ) 3， 10 华盛顿基因组测序中心(美国 ) 3， 10 TIGR基因组研究院 (美国 ) 3， 10 Rutger 植物基因组研究中心 (PGR,美国) 10 Wisconsin大学 (美国 ) 11 中科院国家基因研究中心中科院国家基因研究中心 (中国中国 ) 4 印度水稻基因组计划(印度 ) 11 台湾植物基因组中心台湾植物基因组中心(中国台湾中国台湾 ) 5 Genonscope (法国 ) 12 Universidad Federal de Pelotas (巴西 ) 12 Kasetsart 大学 (泰国 ) 9 McGill 大学 (加拿大 ) 9 John Innes 中心 (英国 ) 2精选ppt 测序工作分为三个阶段测序工作分为三个阶段 : 测序阶段、第二阶段和最后完成阶段测序阶段、第二阶段和最后完成阶段 最后完成阶段测序结果的标准最后完成阶段测序结果的标准 ：：IRGSP规定为出错率规定为出错率低于低于 1 / 10000 (精确度精确度 99. 99% ) 。

第二阶段是测序第二阶段是测序工作的瓶颈工作的瓶颈 ，测序阶段留下的缺口需要补平，测序阶段留下的缺口需要补平 ，由于特殊，由于特殊分子结构分子结构 (二级、三级结构二级、三级结构 ，，GC-富集区富集区 )和重复序列造和重复序列造成的低质量测序结果需要改进成的低质量测序结果需要改进 美国科学家在美国科学家在美国科学家在美国科学家在TIGRTIGR网页上发布了他们对网页上发布了他们对网页上发布了他们对网页上发布了他们对3 3号和号和号和号和1010号染号染号染号染色体测序的完成序列信息，并在色体测序的完成序列信息，并在色体测序的完成序列信息，并在色体测序的完成序列信息，并在TIGRTIGR网页上新建了一个网页上新建了一个网页上新建了一个网页上新建了一个基因数据库，通过检索可与其他植物基因组进行已知基因基因数据库，通过检索可与其他植物基因组进行已知基因基因数据库，通过检索可与其他植物基因组进行已知基因基因数据库，通过检索可与其他植物基因组进行已知基因同源比较同源比较同源比较同源比较 20022002年年年年1111月在月在月在月在《《《《NatureNature》》》》发表两篇文章，分别公布发表两篇文章，分别公布发表两篇文章，分别公布发表两篇文章，分别公布了日本完成的了日本完成的了日本完成的了日本完成的1 1号染色体测序工作和中国完成的号染色体测序工作和中国完成的号染色体测序工作和中国完成的号染色体测序工作和中国完成的4 4号染色号染色号染色号染色体测序工作。

体测序工作体测序工作体测序工作精选ppt国际水稻基因组计划大事记 ●1998.2  测序工程启动　　●2002.11  中国、日本率先完成水稻第4号和第1号染色体的序列精确测定，并在英国《自然》杂志上发表了有关成果　　●2002.12  水稻基因组“草图”绘就　　●2003.6  美国科学家完成了水稻第10号染色体的序列精确测定，研究结果发表在美国《科学》杂志上　　●2004.12  水稻基因组“精细图”全部完成　　●2005.8“  精细图”刊登于《自然》杂志上 精选ppt共定位了水稻中共定位了水稻中37500个基因相比个基因相比3年年前的前的“草图草图”，新绘制的，新绘制的“精细图精细图”覆盖率覆盖率达到达到95.3%，误差率不超过万分之一，并首次，误差率不超过万分之一，并首次在高等动植物中完成了对着丝粒的测序在高等动植物中完成了对着丝粒的测序 精选ppt3 3、中国水稻基因组计划、中国水稻基因组计划 1992年8月月中国国家科委正式宣布实施中国水稻基因组中国国家科委正式宣布实施中国水稻基因组计划，并在上海成立了中国科学院国家基因研究中心计划，并在上海成立了中国科学院国家基因研究中心 （National Center for Gene Research, NCGR） NCGR于于1997年年10月发表了指纹月发表了指纹-锚标法，建成覆盖率锚标法，建成覆盖率较高的较高的水稻广陆矮水稻广陆矮4号基因组号基因组BAC文库物理图文库物理图。

根据国际水稻基因组计划安排，中国负责第根据国际水稻基因组计划安排，中国负责第4 4条染色体条染色体的测序工作，并率先圆满完成第４号染色体精确测序图的测序工作，并率先圆满完成第４号染色体精确测序图测序图拼接后总长为测序图拼接后总长为35003500万个碱基对万个碱基对，，精确度为精确度为99.9999.99％％，，覆盖染色体全长序列覆盖染色体全长序列9898％（仅留下７个小的空洞），达到％（仅留下７个小的空洞），达到了国际公认的基因组测序完成图的标准了国际公认的基因组测序完成图的标准 20022002年年4 4月中国科学家在月中国科学家在ScienceScience发表了完成的中国栽发表了完成的中国栽培稻培稻93119311的基因组测序草图的基因组测序草图精选ppt 中国中国““水稻水稻973973项目项目””－－－－－－““水稻基因组测序和重要农艺性状功能基因组研究水稻基因组测序和重要农艺性状功能基因组研究””项目即今后几年的主要研究内容如下：项目即今后几年的主要研究内容如下：（（1 1）构建实用性较强的水稻）构建实用性较强的水稻突变库突变库，分离克隆突变所影，分离克隆突变所影 响的基因；响的基因；（（2 2）） 完成水稻完成水稻cDNAcDNA芯片芯片技术的实用化，在分析不同基技术的实用化，在分析不同基 因表达谱的基础上，明确研究的生物学问题；因表达谱的基础上，明确研究的生物学问题；（（3 3）加快）加快启动子序列的克隆启动子序列的克隆，提供重要的转基因表达的，提供重要的转基因表达的 调控元件；完善可转化人工染色体（调控元件；完善可转化人工染色体（transformation transformation competent artificial chromosome competent artificial chromosome ，，TACTAC）大片段基）大片段基 因功能互补体系，建立和完善基于因功能互补体系，建立和完善基于TACTAC的多基因转的多基因转 化技术体系。

化技术体系 精选ppt研究进展研究进展: 请同学自己查找、学习请同学自己查找、学习 基因组学研究基因组学研究 基因作图研究基因作图研究 分子标记研究分子标记研究SNP精选ppt返回返回返回返回精选ppt精选pptAFLP返回返回精选pptRFLP返回返回精选pptRAPD返回返回随机引物随机引物PCRPCR产物多态性的分子基础：类型产物多态性的分子基础：类型1 1和和2 2为显性标记，是最常见到多态性，为显性标记，是最常见到多态性，类型类型3 3和和4 4为共显性标记，但较少见为共显性标记，但较少见 精选ppt返回返回精选pptF76返回返回精选ppt返回返回精选ppt精选pptisozyme返回返回精选pptSouthern blot返回返回DNA样品限制酶样品限制酶 酶解酶解电泳电泳精选pptSNP返回返回One way of detecting an SNP by solution hybridization精选pptSSLP(Simple sequence length polymorphisms) are arrays of repeat sequences that display length variations, different alleles containing different numbers of repeat unit(F85).Unlike RFLPs, SSLPs can be multi-allelic as each SSLP can have a number of different length variation.1.Minisatellites（小卫星（小卫星 DNA））,also known as variable number of tandem repeats（可变数串联重复，（可变数串联重复，VNTRs),in which the repeat unit is up to 25 bp in length;2.Microsatellites（微卫星（微卫星 DNA）） or simple tandem repeats (STRs),whose repeats are shoter,usually dinucleotide or tetranucleotide units.  Microsatellites are more popular than minisatellites as DNA markers because Microsatellites are more convenientlyspaced throughout the genome and  the quickest way to type a length polymorphism is by PCR返回返回精选pptF85返回返回精选ppt返回返回STS返回返回56精选ppt精选ppt54返回返回精选ppt99返回返回精选ppt返回返回精选ppt具体技术路线：染色体具体技术路线：染色体→→YACYAC重叠群重叠群→→单个单个YACYAC克隆克隆 → → cosmidcosmid重叠群重叠群→→单个单个cosmidcosmid克隆克隆→→质粒亚克质粒亚克 隆隆→→随机测序随机测序 → →计算机分析串连得大片段计算机分析串连得大片段返回返回精选ppthttp://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/faq/snps.shtmlQuick links for this page: What are SNPs? How can SNPs be used as risk factors in disease development? Human Genome Project SNP Mapping Goals What is the SNP consortium? Who are members of the SNP consortium? Why should private companies fund a publicly accessible genome map? Whose DNA was analyzed to create the consortium's SNP map? Are SNP data available to the public? Related Links - SNP basics, articles Meeting Proceedings and Reports 精选pptSingle nucleotide polymorphisms or SNPs (pronounced "snips") are DNA sequence variations that occur when a single nucleotide (A,T,C,or G) in the genome sequence is altered. For example a SNP might change the DNA sequence AAGGCTAA to ATGGCTAA. For a variation to be considered a SNP, it must occur in at least 1% of the population. SNPs, which make up about 90% of all human genetic variation, occur every 100 to 300 bases along the 3-billion-base human genome. Two of every three SNPs involve the replacement of cytosine (C) with thymine (T). SNPs can occur in both coding (gene) and noncoding regions of the genome. Many SNPs have no effect on cell function, but scientists believe others could predispose people to disease or influence their response to a drug. Although more than 99% of human DNA sequences are the same across the population, variations in DNA sequence can have a major impact on how humans respond to disease; environmental insults such as bacteria, viruses, toxins, and chemicals; and drugs and other therapies. This makes SNPs of great value for biomedical research and for developing pharmaceutical products or medical diagnostics. SNPs are also evolutionarily stable --not changing much from generation to generation --making them easier to follow in population studies. 精选pptScientists believe SNP maps will help them identify the multiple genes associated with such complex diseases as cancer, diabetes, vascular disease, and some forms of mental illness. These associations are difficult to establish with conventional gene-hunting methods because a single altered gene may make only a small contribution to the disease. Several groups worked to find SNPs and ultimately create SNP maps of the human genome. Among these groups were the U.S. Human Genome Project (HGP) and a large group of pharmaceutical companies called the SNP Consortium or TSC project. The likelihood of duplication among the groups was small because of the estimated 3 million SNPs, and the potential payoff was high. In addition to the pharmacogenomic, diagnostic, and biomedical research implications, SNP maps are helping to identify thousands of additional markers along the genome, thus simplifying navigation of the much larger genome map generated by researchers in the HGP精选pptSNP資料庫簡介與運資料庫簡介與運用用YUH-SHAN JOU, PH.D.周玉山周玉山 博士博士DIVISION OF MOLECULAR AND GENOMIC MEDICINENATIONAL HEALTH RESEARCH INSTITUTESJOU@NHRI.ORG.TW精选pptExample order of bases in a section of DNA on a chromosome:Some people have a different base at a given locationWhat is a SNP?...C C A T T G A C......C C G T T G A C...…G G T A A C T G...…G G C A A C T G...精选pptDNA Polymorphism Discovery Panels for Human Genome VariationGenome Res 8(12):1229, 1998精选pptCharacteristics of SNP in DatabasesScience 291:1331 (2001)SNP Databases: (Dec. 2000)• Celera+PFP : 2,104,820 entries• TSC : 585,811 entries• Kwok (Wash U): 438,032 entries 精选pptDec. 2001精选pptClassification of SNP by locationCoding region: Synonymous: mutation does not change amino acid.  Non-synonymous: mutation change amino acid seq. ie rare mutations that cause medelian diseases with  allele frequency below 1%.Non-coding region:5’ and 3’ UTR’s Introns Space精选pptFeatures of Single Nucleotide Polymorphisms Features of Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) Markers(SNPs) Markersthe variant sequence type has a frequency of at least 1% in the population.high frequency of SNPs in human genome: estimated ~1 SNP/Kb.SNP :bi-allelic markers with 2 common nucleotide substitution alleles (0.1% of total SNPs is tri-allelic markers in TSC data).SNPs has lower mutation rate than do repeat sequences, but not as informative as microsatellite markers.detection methods for SNPs are potentially more suitable for genetic screening in automated and large-scale.the SNPs are likely be responsible for the functional change of the diseases: cSNPs. Allele frequencies of SNPs are tend to be very population-specific. 精选pptSNPs Genotyping• Genome scans for Linkage Analysis: 1,000 to 5,000 markers.• Candidate Gene (LD mapping): 100 to 1,000 markers per cM. • Genome scans for Association Studies: 100,000 markers ? • Requires PCR amplification per variant position.• Currently resource intensive to find/characterize SNPs :    60,000  -100,000, allele frequencies, map location and order.• Comprehensive map may not be available until the genome is sequenced.• Regional and gene specific SNPs will probably come first.• High-density SNP mapping: require more efficient technologies and   computational capability to analyze or recognize patterns from hundreds   of thousands of SNPs. 精选pptMapping Disease GenesLook for genetic linkage of disease to markerMicrosatellite markers are too widely spaced to get to the individual gene level.There are common SNPs in every gene.chromosomegenesmicrosatelliteSNPsdisease gene精选ppt精选pptGenotyping SNP markers for association studiesIf average size of linkage disequilibrium (LD) is 30~50 Kb.50 Kb per SNP marker60,000 SNP markers analyzed per association study.at least 1,000 individual patient samples in a cohort. A total of 60,000,000 SNP genotyping data per study and try to associate with available phenotypes.Cost: 60,000,000X0.02=1,200,000 US dollars精选pptNRG 2:931 (2001)精选pptAssays for Known SNPsDNA sequencing: capillaries electrophoresisMicroarray: oligonucleotide arraysDHPLC: Mismatch Repair Enzymes: T4 Endo VII, Cleavase etcTemplate-directed Dye-terminator Incorporation assay with Fluorescence Polarization detection: ddNTP*MALDI-TOF: on silicon chips or various fragment sizesKinetic-PCR: sample pooling?More technologies are under developed.Purpose: confirmation of SNPs in various races Technologies: High-throughput and AutomationStrategies: haplotyping, Pool markers or Pool genomic DNA 精选pptMass Spectrometry for Analysis and ScoringUse mass spec to score which base(s) addMultiplex 5 with known primer massesPool 50 to 500 samplesHaff and Smirnov, Genome Res. 7 (1997): 378Sequenom精选pptMALDI-TOF assays for SNPs精选pptMALDI-TOF assays for SNPs (cont.)精选pptSelected list of SNP databaseshttp://snp.cshl.org/ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/cgi-bin/Entrez/map_searchhttp://hgvbase.cgb.ki.se/http://archive.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd0.htmlhttp://snp.ims.u-tokyo.ac.jp/http://www.genome.utah.edu/genesnps/精选ppt。