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1、Chapter2 Genome ProjectCGTCTCATCTTCGAATTGTCGTTTTGCATGCTGAAAATGCTGCCACTTGTTGGCCATGGAGATGGAGGCTGCTAACTAGCCACGCCGGGGGGCTGCCTGACCTCTTCACGGTGGCCTCGATGTCCACGTTGAGTATCCAATGAGCAATGACCCCAATCACCCAAGCTAGGCTCTATGGGCAGTTTTGGTTTGAAGCTTATCATAATTTTGTTTCTTTAAAGATGATGGATAGAAATGAGATCTTCAAACTCATTTTGGTTTAAAGCACGTCATAATT

2、TTGGTTGTGTCGCGAAGCGAGCGTAGCTCAATGGGCTATGTTCCTTTTTTTTAAATCTATCCACTCTAATTTAGTTTAAGTTCTAAACTTAGCACATATACTTGTATTTAGTGATAGATGTTAATTATAGTGTGTATTTAGTTTAAGTTCT35CDSUTRUTRChapter2 Genome Projectq2.1 Introduce to genomicsq2.2 genomic mappingq2.3 Human genome projectq2.4 Genome sequencing methodq2.5 Functional

3、 genomicsq2.6 Comparative genomics2.1 Introduce to genomics2.1.1.Concept of genome and genomics：v基因组基因组（genome）：）：是指细胞中所有的是指细胞中所有的DNADNA，包括所有的基因和基因间隔区域。是指细包括所有的基因和基因间隔区域。是指细胞所有遗传信息的总和。胞所有遗传信息的总和。v基因组学基因组学genomics以基因组分析为手段，研究以基因组分析为手段，研究基因组的结构组成、时序表达模式和功能，基因组的结构组成、时序表达模式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能进化信息并提供有关生物

4、物种及其细胞功能进化信息的一门学科。的一门学科。换句话说，换句话说，基因组学基因组学就是指对所有基因就是指对所有基因进行进行基因组作图基因组作图（包括遗传图谱、物理（包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱），图谱、转录本图谱），核苷酸序列分析核苷酸序列分析，基因定位基因定位和和基因功能分析基因功能分析的一门科学。的一门科学。经典的经典的“基因学基因学”与现在的与现在的“基因组学基因组学”有何异同？有何异同？前基因组时代的前基因组时代的“钓鱼钓鱼”和后基因组时代的和后基因组时代的“捞鱼捞鱼”二二.基因组学分类：基因组学分类：l结构基因组学结构基因组学：structural genomics 建立高分

5、辨率的遗传、物理、转录和建立高分辨率的遗传、物理、转录和序列等图谱。序列等图谱。以全基因组测序为目标以全基因组测序为目标l功能基因组学功能基因组学functional genomics）确定并分析基因组的全部功能。以基因功能鉴定为确定并分析基因组的全部功能。以基因功能鉴定为目标目标基因组时代可分为基因组时代可分为l前基因组时代前基因组时代l后基因组时代后基因组时代 Genomics StructuralgenomicsFunctionalgenomics三三.基因组学的核心任务：基因组学的核心任务：1.1.构建基因组的遗传图谱与物理图谱；构建基因组的遗传图谱与物理图谱；2.2.在基因组内鉴别与

6、注释所有基因编码；在基因组内鉴别与注释所有基因编码；3.3.编译基因表达图谱；编译基因表达图谱；4.4.积累功能数据（包括基因的生化和表型特征）；积累功能数据（包括基因的生化和表型特征）；5.5.揭示揭示DNADNA序列多样性；序列多样性；6.6.提供基因组间比较的资源。提供基因组间比较的资源。7.7.创建一个综合的网络数据库与研究界面；创建一个综合的网络数据库与研究界面；基因组的特点:第二节第二节 基因组作图基因组作图遗传图谱遗传图谱物理图谱物理图谱序列图谱序列图谱转录图谱转录图谱基因组图的绘制是基因组全面测序的工作框架。基因组图的绘制是基因组全面测序的工作框架。四张图四张图（一）概念（一）

7、概念：遗传图谱遗传图谱又称连锁图谱又称连锁图谱(linkage map)，它，它是以具有遗传多态性的遗传标记为是以具有遗传多态性的遗传标记为“路路标标”，以遗传学距离为图距的基因组图。，以遗传学距离为图距的基因组图。一一.遗传图谱（遗传图谱（genetic map）：）：|遗传图（连锁图）遗传图（连锁图）DNADNA标志在染色体上的标志在染色体上的相相对位置对位置（遗传距离），遗传距离以（遗传距离），遗传距离以DNADNA片段在片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩染色体交换过程中的分离频率厘摩(cM)(cM)来表示。来表示。cMcM值越大，两者之间距离越远。值越大，两者之间距离越远。|通过遗传

8、图分析，可以了解各个基因或通过遗传图分析，可以了解各个基因或DNADNA片片段之间的段之间的相对距离相对距离。基因组路标(landmarker)染色体上的基因和DNA顺序均可作为路标,路标具有物理属性,他们由特定的DNA顺序组成.路标位于染色体上的位置是固定的,不会更改的,因而提供了作图的依据标记1标记2标记3 RG472RG246K5U10RG532W1RG173RZ276Amy1BRG146RG345RG381RZ19RG690RZ730RZ801RG810RG331RG437RG544RG171RG157RZ318PallRZ58CDO686Amy1A/CRG95RG654RG256RZ

9、213RZ123RG520RG104RG348RZ329RZ892RG100RG191RZ678RZ574RZ284RZ394pRD10ARZ403RG179CDO337RZ337ARZ448RZ519Pgi-1CDO87RG910RG418ARG218RZ262RG190RG908RG91RG449RG788RZ565RZ675RG163RZ590RG214RG143RG6201234RG556RZ390RG313RZ556RG403RG229RG13RZ649RZ67RZ70RZ225CDO1055145144523451154333222223RZ398RG213Amp-3Est-2RZ

10、144RZ667Pgi-2pRD10BRG648RG424RG162RG172CDO544RG653Amy2ARG433Cat-16RG773RG769RZ488RG511RG477PGMS0.7CDO59RG711Est-9RZ337BCDO497CDO418RZ978CDO38RG351RZ143RG20A5J560A3E396A18A1120TGMS1.2A10K250AG8-AroRZ617RG978RG1Amy3D/ERZ66AC5RG418BAmp-2CDO9978RG757CDO590C711G103RZ206RZ422Amy3ABCRZ228RZ12RG667RG451RZ79

11、2RZ40494234511532211QTL的位置不同测定时期的非条件QTL不同测定时期的条件QTL图例：遗传图谱遗传图谱（二）遗传图谱的构建的主要步骤：（二）遗传图谱的构建的主要步骤：选择选择适合作图的适合作图的遗传标记遗传标记根据遗传材料之间的遗传多态性，根据遗传材料之间的遗传多态性，选择选择用用于建立作图群体的于建立作图群体的亲本组合亲本组合建立建立作图群体作图群体测定测定群体中不同个体的群体中不同个体的标记基因型标记基因型对标记基因型数据进行对标记基因型数据进行连锁分析连锁分析，构建构建标标记连锁图记连锁图1.遗传标记：遗传标记：|遗传标记遗传标记（genetic marker）：）

12、：就是指在染色体特定就是指在染色体特定位置上用于遗传分析的标签，借此可追踪染色体、染位置上用于遗传分析的标签，借此可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座位在家系中传递的任何一色体某一节段、某个基因座位在家系中传递的任何一种遗传特性，可以明确反映遗传多态性的生物特征，种遗传特性，可以明确反映遗传多态性的生物特征，可以帮助人们更好地研究生物的遗传与变异规律。可以帮助人们更好地研究生物的遗传与变异规律。|它具有两个基本特征，即它具有两个基本特征，即可遗传性可遗传性和和可识别性可识别性。|因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作为因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作为遗传标记。遗传标记。标记

13、标记1 1标记标记2 2标记标记3 3基因基因1基因基因2MM Mm mm2 1 0p 形态标记p 细胞学标记p 生化标记蛋白质标记p DNA分子标记遗传标记的类型：遗传标记的类型：u分子标记分子标记是指在分子水平上探测遗传多态性的标是指在分子水平上探测遗传多态性的标记。记。v广义上的分子标记广义上的分子标记包括蛋白质标记与包括蛋白质标记与DNA标记。标记。v狭义上的分子标记狭义上的分子标记就是指就是指DNA分子标记。目前分子标记。目前所说的分子标记一般是指所说的分子标记一般是指DNA分子标记。分子标记。形态标记形态标记：指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状。如：果蝇眼睛的颜色、植株的高矮等

14、。如：果蝇眼睛的颜色、植株的高矮等。v广义的形态标记那些借助简单测试即可识别的某广义的形态标记那些借助简单测试即可识别的某些形状如生理特性、抗病虫性等。些形状如生理特性、抗病虫性等。v一个遗传性状必须以两种表型（一个遗传性状必须以两种表型（phenotype）存）存在才能用于遗传学分析，每种表型是由相应基因的在才能用于遗传学分析，每种表型是由相应基因的不同等位基因（不同等位基因（allele）所决定的。）所决定的。形态标记形态标记v形态标记的不足形态标记的不足：l可以观察到的标记非常有限，难以建立饱可以观察到的标记非常有限，难以建立饱和的遗传图谱和的遗传图谱l许多形态标记还受环境、生育期等因素

15、的许多形态标记还受环境、生育期等因素的影响影响l形状的识别需要有相关的经验形状的识别需要有相关的经验 细胞学标记细胞学标记：指能明确显示遗传多态性的细胞学特：指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。征。v染色体的结构特征和数量特征是常见的细胞学标记。染色体的结构特征和数量特征是常见的细胞学标记。v用具有染色体数目和结构变异的材料与染色体正常用具有染色体数目和结构变异的材料与染色体正常的材料进行杂交，其后代常导致特定染色体上的基因的材料进行杂交，其后代常导致特定染色体上的基因在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可以在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可以测定基因所在的染色体及其相对位置。

16、测定基因所在的染色体及其相对位置。细胞学标记细胞学标记v细胞学标记克服了形体标记易受环境影响的细胞学标记克服了形体标记易受环境影响的缺点，但这种标记的产生需要花费大量的人力缺点，但这种标记的产生需要花费大量的人力物力进行培养选择。物力进行培养选择。v染色体变异对材料的影响较大，观察和鉴定染色体变异对材料的影响较大，观察和鉴定比较困难。比较困难。蛋白质标记蛋白质标记：蛋白质的多态性，可能是由于：蛋白质的多态性，可能是由于基因编码的氨基酸序列的差异引起的，也可能是基因编码的氨基酸序列的差异引起的，也可能是由于蛋白质后加工不同引起的。由于蛋白质后加工不同引起的。如糖基化能导致蛋白质分子量的变化。如糖

17、基化能导致蛋白质分子量的变化。同工酶同工酶是指具有相同催化功能而结构及理化是指具有相同催化功能而结构及理化性质又不同的一类酶，其结构的差异来源于基因性质又不同的一类酶，其结构的差异来源于基因的差异，因此并不一定是同一基因的产物。的差异，因此并不一定是同一基因的产物。生化标记生化标记生化标记主要指蛋白质标记生化标记主要指蛋白质标记 A B CA B CA B Cv蛋白质是基因表达的产物，与形态性状、蛋白质是基因表达的产物，与形态性状、细胞学特征相比，数量上更丰富，受环境影细胞学特征相比，数量上更丰富，受环境影响更小，能更好地反映遗传多态性，已被广响更小，能更好地反映遗传多态性，已被广泛地应用于物

18、种起源和进化研究、种质鉴定、泛地应用于物种起源和进化研究、种质鉴定、分类和抗病性筛选等领域。分类和抗病性筛选等领域。v同工酶标记需要特殊的显色方法和技术同工酶标记需要特殊的显色方法和技术v某些酶的活性具有发育和组织特异性某些酶的活性具有发育和组织特异性v标记的数量还是比较有限标记的数量还是比较有限DNADNA分子标记分子标记：是：是DNADNA水平上遗传多态性的水平上遗传多态性的直接反映，直接反映，DNADNA水平的遗传多态性表现为核水平的遗传多态性表现为核苷酸序列的任何差异，哪怕是单个核苷酸苷酸序列的任何差异，哪怕是单个核苷酸的变异。的变异。DNADNA分子标记分子标记标记可以是一个基因，也

19、可以是未知功能的标记可以是一个基因，也可以是未知功能的DNADNA片段。片段。近年来，最常用的分子标记近年来，最常用的分子标记 l遗传多态性丰富；遗传多态性丰富；l是遗传物质是遗传物质DNADNA差异的直接反映；差异的直接反映；l稳定性、重现性好，不受环境影响；稳定性、重现性好，不受环境影响；l在基因组中大量存在且分布均匀；在基因组中大量存在且分布均匀；l信息量大、分析效率高信息量大、分析效率高l检测手段简单快捷，易于自动化检测手段简单快捷，易于自动化l成本较低成本较低DNADNA标记的优点：标记的优点：DNADNA分子标记的三个阶段分子标记的三个阶段|随着分子生物学技术发展和研究水平的深入，

20、分子随着分子生物学技术发展和研究水平的深入，分子标记的发展经历了三个阶段，也称为三代标记的发展经历了三个阶段，也称为三代DNADNA分子标记。分子标记。v第一代分子标记第一代分子标记：以酶切与分子杂交技术为核心的：以酶切与分子杂交技术为核心的分子标记技术。分子标记技术。如如 RFLPRFLP标记标记v第二代分子标记第二代分子标记：以：以PCRPCR技术为核心的分子标记技术。技术为核心的分子标记技术。如如SSRSSR标记、标记、RAPDRAPD标记、标记、AFLPAFLP标记、标记、SCARSCAR标记等标记等 v第三代分子标记第三代分子标记：一些新型的分子标记技术。：一些新型的分子标记技术。如

21、如SNPSNP标记等标记等目前应用的路标目前应用的路标多态性分子标记多态性分子标记RFLPrestriction fragment length polymorphism,限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性RAPDrandom amplified polymorphism DNA随机扩增多态性随机扩增多态性AFLPamplified fragment lenth polymorphism扩增片段长度多态性扩增片段长度多态性SSRsimple sequence repeat polymorphism简单序列重复多态性简单序列重复多态性SNPsingle nucleotide polymor

22、phism单核苷酸多态性单核苷酸多态性 目前，分子标记技术已经发展出许多类型，目前，分子标记技术已经发展出许多类型，其中最常见的四种分子标记技术为其中最常见的四种分子标记技术为:RFLPRFLP、RAPDRAPD、AFLPAFLP与与SSRSSRRFLPRFLP标记标记 ：（Restriction Fragment Length Polymorphism）即限制性片段长度多态性。即限制性片段长度多态性。这种多态性是由于限制性内切酶酶切位点或这种多态性是由于限制性内切酶酶切位点或位点间位点间DNADNA区段发生突变引起的。区段发生突变引起的。RFLPRFLP标记标记BotsteinBotstei

23、n等在等在19801980年首次提出了用年首次提出了用RFLPRFLP作为遗传标记构建连锁图谱的设想，并作为遗传标记构建连锁图谱的设想，并在在19871987年由年由Donis-KellerDonis-Keller等建成了第一张人的等建成了第一张人的RFLPRFLP图谱图谱uRFLPRFLP标记是根据在不同基因型的基因组标记是根据在不同基因型的基因组DNADNA中中限制性内切酶酶切位点各不相同的原理，在用限制性内切酶酶切位点各不相同的原理，在用限制性内切酶酶切不同个体基因组限制性内切酶酶切不同个体基因组DNADNA后，会产后，会产生大小不同的生大小不同的DNADNA酶切片段，经凝胶电泳将不同酶

24、切片段，经凝胶电泳将不同大小的片段分离开来，然后将这些大小不同的大小的片段分离开来，然后将这些大小不同的DNADNA片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上，并用特片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上，并用特异的探针进行异的探针进行SouthernSouthern印迹杂交，最后通过放印迹杂交，最后通过放射自显影或其它显色技术显示杂交结果，从而射自显影或其它显色技术显示杂交结果，从而揭示出揭示出DNADNA的多态性。的多态性。选用不同限制性内切酶消化选用不同限制性内切酶消化DNADNA用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段用琼脂糖凝胶电泳分离酶切片段将凝胶中的酶切片段将凝胶中的酶切片段DNADNA的找到尼龙膜上的找到尼龙

25、膜上用同位素标记好的探针与尼龙膜上的用同位素标记好的探针与尼龙膜上的DNADNA杂交杂交通过放射自显影，显示通过放射自显影，显示DNADNA多态性多态性最早发现的DNA分子标记-RFLPRFLPRFLP示意图限制性片段的制备限制性片段的制备电泳电泳Southern 印印 迹迹与放射性探针杂交与放射性探针杂交放射性自显影放射性自显影RFLP连锁图绘制遗传图与RFLP连锁图RFLPRFLP的特点的特点:p处于染色体上的位置处于染色体上的位置相对固定相对固定;p同一亲本及其子代相同位点上的多态性片同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段段特征不变特征不变;p同一凝胶电泳可显示不同多态性片段同一凝胶电泳

26、可显示不同多态性片段,表表现为现为共显性共显性;p这类标记数量较少，多态性信息因而较低。这类标记数量较少，多态性信息因而较低。p操作流程长，费时费力操作流程长，费时费力.RAPDRAPD标记标记 （random amplified polymorphism DNA）：即即随机扩增多态性标记随机扩增多态性标记.RAPD.RAPD标记是标记是基于基于PCRPCR技术的技术的DNADNA指纹。指纹。RAPDRAPD标记技术就是用一标记技术就是用一个（有时用两个）随机引物（一般个（有时用两个）随机引物（一般8-108-10个碱基）个碱基）非定点地扩增基因组非定点地扩增基因组DNADNA，然后用凝胶电泳

27、分开扩，然后用凝胶电泳分开扩增片段，检测增片段，检测DNADNA多态性。多态性。RAPDRAPD标记标记v19901990年年WilliamsWilliams等第一次运用随机引物扩增寻找等第一次运用随机引物扩增寻找多态性多态性DNADNA片段作为一种新的分子标记片段作为一种新的分子标记RAPDRAPD标记。标记。S165TGTTCCACGGS168TTTGCCCGGTRAPDRAPDRAPD标记的主要特点标记的主要特点：l（1 1）设计引物也无须知道序列信息，一套引物可用）设计引物也无须知道序列信息，一套引物可用于不同生物的基因组分析，可检测整个基因组；于不同生物的基因组分析，可检测整个基因组

28、；l（2 2）操作简单易行；）操作简单易行；l（3 3）对）对DNADNA样品需要量极少，对样品需要量极少，对DNADNA质量要求不高；质量要求不高；l（4 4）引物价格便宜，成本较低；）引物价格便宜，成本较低；l（5 5）显性遗传（极少数为共显性），不能鉴别杂合）显性遗传（极少数为共显性），不能鉴别杂合子和纯合子；子和纯合子；l（6 6）实验重复性较差，结果可靠性较低。）实验重复性较差，结果可靠性较低。SSRSSR标记标记 ：（Simple sequence repeat）即简即简单序列重复多态性标记，也称作单序列重复多态性标记，也称作微卫星标记微卫星标记。这种多态性是由于基因组这种多态性是

29、由于基因组DNADNA中简单序列重复中简单序列重复单元单元(如如ATAT、GAGA、CTTCTT等等)的重复次数不同引起的重复次数不同引起的长度多态性。的长度多态性。SSRSSR标记标记每个每个SSR座位两座位两侧一般是相对侧一般是相对保守的单拷贝保守的单拷贝序列序列Tetra-nucleotide minisatellitesSSRSSR标记的主要特点标记的主要特点：l（1 1）数量丰富，广泛均匀地分布于整个基因组；）数量丰富，广泛均匀地分布于整个基因组；l（2 2）具有较多的等位性变异，可以检测出复等位）具有较多的等位性变异，可以检测出复等位基因的差异；基因的差异；l（3 3）共显性共显性

30、标记，可以鉴别出杂合子和纯合子；标记，可以鉴别出杂合子和纯合子；l（4 4）实验）实验重复性好重复性好，结果，结果稳定可靠稳定可靠；l（5 5）操作简单；）操作简单；l（6 6）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此其开发有一定困难，费用也较高。序列信息，因此其开发有一定困难，费用也较高。AFLPAFLP标记标记（Amplified fragment length polymorphism）：即）：即扩增片段长度多态性扩增片段长度多态性标记，标记，AFLPAFLP技术是先用限制性内切酶将基因组技术是先用限制性内切酶将基因组DNADNA切割开

31、来，切割开来，然后将人工合成的双链接头连接到酶切片段末端，再然后将人工合成的双链接头连接到酶切片段末端，再用与接头互补的特异性引物进行用与接头互补的特异性引物进行PCRPCR扩增，将扩增产扩增，将扩增产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，用放射性或非放射性显物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳，用放射性或非放射性显示示DNADNA的多态性。的多态性。AFLPAFLP标记标记v是由是由ZabeauZabeau和和VosVos（19931993）发明的一种选择性扩增）发明的一种选择性扩增限制性片段的限制性片段的DNADNA指纹技术。指纹技术。lAFLPAFLP实际上是一种实际上是一种限制性酶切限制性酶切和和PCRPCR

32、相结合相结合的技术，的技术，也就是将随机性与专一性扩增结合起来，所以也就是将随机性与专一性扩增结合起来，所以AFLPAFLP既有既有RFLPRFLP的可靠性，也有的可靠性，也有PCRPCR的高效性，可以在一的高效性，可以在一个反应内检测大量的限制性片段，一次可获得个反应内检测大量的限制性片段，一次可获得50-50-100100条谱带的信息，因此条谱带的信息，因此AFLPAFLP提供的信息量大，多提供的信息量大，多态性检出率高。态性检出率高。AFLPAFLP较其他分子标记有着明显的优较其他分子标记有着明显的优越性。越性。AFLPAFLP的主要特点的主要特点：v（1 1）无需预先知道）无需预先知道

33、DNADNA的任何序列信息；适合于任何生物，没有种属的特异性；的任何序列信息；适合于任何生物，没有种属的特异性；v（2 2）所需）所需DNADNA用量少，反应灵敏、快速高效，适合于大规模样品的研究；用量少，反应灵敏、快速高效，适合于大规模样品的研究；v（3 3）多态性丰富，用少量的引物就能获得大量的多态性片段，该方法可以检测）多态性丰富，用少量的引物就能获得大量的多态性片段，该方法可以检测到种和种以下水平的差异；到种和种以下水平的差异；v（4 4）重复性好，结果可靠，灵敏度高；）重复性好，结果可靠，灵敏度高；v（5 5）呈显性或共显性遗传，能检测到覆盖整个基因组的遗传变异；）呈显性或共显性遗传

34、，能检测到覆盖整个基因组的遗传变异；v（6 6）操作难度较高，花费较大。）操作难度较高，花费较大。SNPSNP标记标记（Single nucleotide polymorphism）：）：即单核苷酸多态性。主要是指基因组即单核苷酸多态性。主要是指基因组DNADNA在单碱基水在单碱基水平上的差异，它不仅能检测基因组中点的差异，而且平上的差异，它不仅能检测基因组中点的差异，而且通常也能探测单个或数个碱基的小的插入、缺失、颠通常也能探测单个或数个碱基的小的插入、缺失、颠换与转换等微小变异。换与转换等微小变异。SNPSNP标记标记vSNPSNP能够探测不同个体间能够探测不同个体间DNADNA序列水平上

35、的任何差序列水平上的任何差异，为遗传学家探寻个体差异提供了一种强有力的异，为遗传学家探寻个体差异提供了一种强有力的工具。因此又被称为第三代遗传标记。工具。因此又被称为第三代遗传标记。SNP1/1000 sequence variationsbetween any two individualsThere would be at least 3 millions of SNPsSNPSNP具有如下特点：具有如下特点：v（1 1）SNPSNP多态性位点丰富。多态性位点丰富。SNPSNP几乎遍及整个基因组。几乎遍及整个基因组。v（2 2）更加直接而精确地检测基因组）更加直接而精确地检测基因组DNAD

36、NA序列的差异。序列的差异。v（3 3）SNPSNP更有助于基因功能的研究。更有助于基因功能的研究。v（4 4）SNPSNP操作技术难度大，花费昂贵。操作技术难度大，花费昂贵。分子遗传标记的分子遗传标记的发展发展?FingerprintDNA recovered from fingerprintsGenetic markers for forenticsGenetic markersmaking individual identification possibleNothing would be more specific and reliable than DNA!Individual Id

37、entification andPaternityTesting?Nothing would be more specific and reliable than DNA!Individual Identification andPaternityTesting2.创建作图群体创建作图群体v在构建遗传图谱时，首先需要有作图群体。在构建遗传图谱时，首先需要有作图群体。v作图群体作图群体就是遗传标记与基因处于分离状态就是遗传标记与基因处于分离状态的遗传群体。的遗传群体。如如F F2 2群体就是一个作图群体群体就是一个作图群体。Recombinant Inbred LinesBALB/cBy(C)C

38、57BL/6By(B)F120 Generations Brother-Sister MatingCXB1CXB2CXB13+?+F2CXB RISet遗传作图群体3.测定群体中不同个体的标记基因型测定群体中不同个体的标记基因型基因定位实验数据MM Mm mm1 3 2遗传图谱资料遗传图谱资料标记标记1 1标记标记2 2标记标记3 3基因基因1基因基因24.遗传标记连锁分析，构建连锁图遗传标记连锁分析，构建连锁图采用连锁分析，计算标记之间的交换率，进而采用连锁分析，计算标记之间的交换率，进而确定标记之间的遗传距离。确定标记之间的遗传距离。1%1cM交换率交换率 遗传距离遗传距离v可以采用连锁分

39、析软件可以采用连锁分析软件Mapmaker3.0Mapmaker3.0来进行来进行连锁分析与遗传图谱构建。连锁分析与遗传图谱构建。RG472RG246K5U10RG532W1RG173RZ276Amy1BRG146RG345RG381RZ19RG690RZ730RZ801RG810RG331RG437RG544RG171RG157RZ318PallRZ58CDO686Amy1A/CRG95RG654RG256RZ213RZ123RG520RG104RG348RZ329RZ892RG100RG191RZ678RZ574RZ284RZ394pRD10ARZ403RG179CDO337RZ337AR

40、Z448RZ519Pgi-1CDO87RG910RG418ARG218RZ262RG190RG908RG91RG449RG788RZ565RZ675RG163RZ590RG214RG143RG6201234RG556RZ390RG313RZ556RG403RG229RG13RZ649RZ67RZ70RZ225CDO1055145144523451154333222223RZ398RG213Amp-3Est-2RZ144RZ667Pgi-2pRD10BRG648RG424RG162RG172CDO544RG653Amy2ARG433Cat-16RG773RG769RZ488RG511RG477P

41、GMS0.7CDO59RG711Est-9RZ337BCDO497CDO418RZ978CDO38RG351RZ143RG20A5J560A3E396A18A1120TGMS1.2A10K250AG8-AroRZ617RG978RG1Amy3D/ERZ66AC5RG418BAmp-2CDO9978RG757CDO590C711G103RZ206RZ422Amy3ABCRZ228RZ12RG667RG451RZ792RZ40494234511532211QTL的位置不同测定时期的非条件QTL不同测定时期的条件QTL图例：二二.物理图谱（物理图谱（physical map）：）：物理图谱物理图谱（

42、Physics Map）：是以一段已知核酸序列是以一段已知核酸序列的片段的片段STSSTS序列序列为路标，以碱基对数目的多少为图距为路标，以碱基对数目的多少为图距来表示两个遗传标记之间的物理距离来表示两个遗传标记之间的物理距离 基本单位是基本单位是MbMb、kbkb、bpbp的图谱。的图谱。序列标签位点序列标签位点（Sequence Tagged Sites，STS）用来）用来确定相连或重叠的确定相连或重叠的DNADNA片段片段,进而确定片段在基因组进而确定片段在基因组的位置。的位置。|利用限制性内切酶将染色体切成片段，再根据重叠利用限制性内切酶将染色体切成片段，再根据重叠序列确定片段间连接顺

43、序。序列确定片段间连接顺序。首先，物理图要获得大量定位明确首先，物理图要获得大量定位明确STSSTS；其次，在此基础上构建覆盖每条染色体的大片段其次，在此基础上构建覆盖每条染色体的大片段DNADNA的连续克隆系，为最终完成全序列的测定奠定基的连续克隆系，为最终完成全序列的测定奠定基础。础。|物理图谱是进行物理图谱是进行DNADNA分析和基因结构研究的基础。分析和基因结构研究的基础。遗传图与物理图遗传图两个或两个两个或两个以上基因以上基因共同遗传的频率共同遗传的频率相互间在染色体相互间在染色体上的位置关系上的位置关系物理图实际物理位置实际物理位置限制性酶切片断作图限制性酶切片断作图重复序列克隆图

44、谱重复序列克隆图谱DNA序列序列遗传距离是遗传距离是“相对距离相对距离”，物理距离就是，物理距离就是“实际距实际距离离”cMbpl物理图谱物理图谱是系统性、大规模基因组测序的必备条件，是系统性、大规模基因组测序的必备条件，也是对基因定位、克隆和分析基因组结构的关键工具。也是对基因定位、克隆和分析基因组结构的关键工具。l物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息。物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息。l对于人类基因组来说，最粗的物理图谱是染色体的对于人类基因组来说，最粗的物理图谱是染色体的条带染色模式，最精细的图谱是测出条带染色模式，最精细的图谱是测出DNADNA的完整碱基的完整碱基序列。

45、序列。l为什么基因组计划中既要作遗传图谱与又要为什么基因组计划中既要作遗传图谱与又要作物理图谱呢？作物理图谱呢？F1)1)基因组太大基因组太大,必需分散测序必需分散测序,然后将分散的顺然后将分散的顺序按原来位置组装序按原来位置组装,需要图谱进行指导需要图谱进行指导.F2)2)基因组存在大量重复顺序基因组存在大量重复顺序,会干扰排序会干扰排序,因此因此要高密度基因组图要高密度基因组图.F3)3)遗传图和物理图各有优缺点遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校必须相互整合校正正.三三.序列图谱（序列图谱（sequence map）：）：序列图谱序列图谱:是分别将各染色体全部碱基序列绘制是分别将各染

46、色体全部碱基序列绘制的图谱。包括转录序列和非转录序列。的图谱。包括转录序列和非转录序列。|序列图谱是基因组计划最实质的内容，是最精序列图谱是基因组计划最实质的内容，是最精密的基因图谱，即它将密的基因图谱，即它将DNADNA序列按照遗传图和物序列按照遗传图和物理图的标记，确定在基因组中而组合成完整的染理图的标记，确定在基因组中而组合成完整的染色体序列图谱。色体序列图谱。l目前的策略是把庞大的基因组分成若干有路标的目前的策略是把庞大的基因组分成若干有路标的区域后，进行测序分析。将测出的每一个区域后，进行测序分析。将测出的每一个DNADNA片段片段按其染色体位置进行准确的排列，按其染色体位置进行准确

47、的排列，从而得到基因从而得到基因组组DNADNA序列的全貌。序列的全貌。l测序方法有多种：全基因组的测序方法有多种：全基因组的“鸟枪法鸟枪法”测序策测序策略，逐步克隆测序策略、略，逐步克隆测序策略、cDNAcDNA测序等。测序等。l目前，我们可以从基因网的数据库中查到所有基目前，我们可以从基因网的数据库中查到所有基因的序列因的序列四四.转录图谱（转录图谱（Transcription map）：）：转录图谱转录图谱也叫基因表达图谱，以表达序列标签也叫基因表达图谱，以表达序列标签（expressed sequence tag,EST ）为位标，反映基）为位标，反映基因在不同条件下的表达情况的图谱。

48、因在不同条件下的表达情况的图谱。|ESTEST是指一段是指一段cDNAcDNA片段。片段。|所有生物性状和疾病都是由蛋白质决定的，而所有所有生物性状和疾病都是由蛋白质决定的，而所有蛋白质都是蛋白质都是mRNAmRNA依照遗传密码编码的，若把依照遗传密码编码的，若把mRNAmRNA通通过反转录合成过反转录合成cDNAcDNA（或称作（或称作ESTEST的部分的部分cDNAcDNA片段），片段），就抓住了基因的转录部分。然后大规模测序，进行就抓住了基因的转录部分。然后大规模测序，进行基因的分离、定位。基因的分离、定位。|因此，转录图亦称因此，转录图亦称cDNAcDNA图或图或“表达序列表达序列”图

49、。图。|表达图谱的意义：表达图谱的意义：通过这张图我们可以了解某一通过这张图我们可以了解某一基因在不同时间、不同组织、不同水平的表达。它基因在不同时间、不同组织、不同水平的表达。它能有效的反映在正常或受控条件中表达的全基因的能有效的反映在正常或受控条件中表达的全基因的时空图。有了时空图。有了“正常正常”的基因图谱，就奠定了构建的基因图谱，就奠定了构建特定生理条件下（如受外源的病原体、药物、食物、特定生理条件下（如受外源的病原体、药物、食物、精神的刺激）与精神的刺激）与“异常异常”病理情况下，病理情况下，cDNAcDNA差异图差异图的基础，以此为的基础，以此为2121世纪的基因医学绘制出指导的蓝

50、世纪的基因医学绘制出指导的蓝图。图。R I C E L I F E水稻基因时空动态谱人基因组时空动态谱Distinguishing LeukemiasALLAMLIt has taken 4 decades to have the cytology-basedclassification.Gene expression profile-based gene diagnosis ALL AMLlow highC-myb(U22376)Aldehyde reductase(X15414)Proteasome iota(X59417)SNF2(D26156)Myosin light chain(M3