动物遗传学-第九章-动物基因组学基础[精]课件.ppt

1、第九章第九章 动物基因组学基础动物基因组学基础一、遗传标记的发展一、遗传标记的发展v遗传标记遗传标记：指能够用以区别生物个体或群体及：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。其特定基因型，并能稳定遗传的物质标志。第一节第一节 动物遗传标记动物遗传标记v形态学标记形态学标记：能够用肉眼识别和观察、明确显示：能够用肉眼识别和观察、明确显示遗传多样性的外观性状。如遗传多样性的外观性状。如伯乐相马伯乐相马v细胞遗传标记细胞遗传标记：主要是指染色体核型、带型和数：主要是指染色体核型、带型和数量特征的变异等，反映了染色体结构和数量的遗传量特征的变异等，反映了染色体结构和数量的遗

2、传多态性。多态性。v免疫遗传标记免疫遗传标记：是以动物的免疫学特性为标记，：是以动物的免疫学特性为标记，包括红细胞和白细胞抗原多态性。包括红细胞和白细胞抗原多态性。v生化遗传标记生化遗传标记：主要是指在同一动物个体中具有：主要是指在同一动物个体中具有相同功能的蛋白质存在两种以上的变异体。相同功能的蛋白质存在两种以上的变异体。发展史发展史v分子遗传标记分子遗传标记：是一种新的以：是一种新的以DNA多态性为基础多态性为基础的遗传标记。的遗传标记。v理想的分子遗传多样性具备的理想的分子遗传多样性具备的特点特点：v遗传多样性高遗传多样性高；v监测手段简单快捷，易于实现自动化监测手段简单快捷，易于实现自

3、动化；v遗传共显性遗传共显性，即在分离群中能够分离出等位基，即在分离群中能够分离出等位基因的因的3种基因型。种基因型。二、分子遗传标记二、分子遗传标记v利用限制性内切酶消化基因组利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大，形成大小不等、数量不同的分子片段，经电泳分离，通小不等、数量不同的分子片段，经电泳分离，通过过Southern印迹将印迹将DNA片段转移至支持膜上，片段转移至支持膜上，然后放射性标记的探针与支持膜上的然后放射性标记的探针与支持膜上的DNA片段片段进行杂交。进行杂交。1、限制性片段长度、限制性片段长度多态性多态性(RFLP)4、扩增片段长度多态性、扩增片段长度多态性(AFLP)v

4、优点：优点：是是PCR和和RFLP相结合的一种产物，兼有相结合的一种产物，兼有两者的技术优点，同时又克服两者的技术优点，同时又克服RFLP技术的复杂性，技术的复杂性，和和RAPD的稳定性差、标记呈显隐性遗传的缺点。的稳定性差、标记呈显隐性遗传的缺点。v不足：不足：大部分标记呈显性遗传，操作不如大部分标记呈显性遗传，操作不如RAPD简便，实验成本较高。简便，实验成本较高。5、单核苷酸多态性标记、单核苷酸多态性标记(SNP)v是指染色体上某个位点存在单个碱基的变化，包是指染色体上某个位点存在单个碱基的变化，包括单碱基的转换、颠换、插入及缺失等。括单碱基的转换、颠换、插入及缺失等。v特点：特点：高密

5、度；代表性；易实现自动化分析，容高密度；代表性；易实现自动化分析，容易实现自动化分析。易实现自动化分析。6、线粒体、线粒体DNA标记标记(mtDNA)vmtDNA进化率极高，比核进化率极高，比核DNA高高10 20倍，且倍，且呈严格的母系遗传，使得呈严格的母系遗传，使得mtDNA标记非常适合动标记非常适合动物单亲亲缘鉴定、种质资源的起源、分子进化和分物单亲亲缘鉴定、种质资源的起源、分子进化和分类的研究。类的研究。v唯一的非编码区是唯一的非编码区是D-环区环区(D-Loop)，其碱基岐变，其碱基岐变率比率比mtDNA分子其他区域高分子其他区域高510倍，倍，D-Loop 分分析是析是mtDNA多

6、态性研究的重要内容多态性研究的重要内容。几种几种DNA分子标记的比较分子标记的比较优点优点 RFLP RAPD Microsatellite Minisatellite AFLP遗传特性遗传特性 共显性共显性 显隐性显隐性 共显性共显性 共显性共显性 显隐性显隐性多态水平多态水平 低低 中等中等 高高 高高 高高监测基础监测基础 分子杂交分子杂交 随机随机PCR 专一专一PCR 分子杂交分子杂交 专一专一PCR使用技术使用技术 难难 易易 易易 难难 易易难度难度DNA用量用量 510g 50g 50g 510g 50g 费用费用 中等中等 低低 高高 中等中等 高高三、分子遗传标记在动物遗传

7、育种中的应用三、分子遗传标记在动物遗传育种中的应用1、个体及亲缘关系的鉴定、个体及亲缘关系的鉴定2、种质资源的遗传评估、监测、种质资源的遗传评估、监测、保护和利用保护和利用3、基因定位与遗传图谱的构建、基因定位与遗传图谱的构建4、标记辅助选择、标记辅助选择(MAS)一、基本概念一、基本概念v基因图谱基因图谱：描述了基因位点在染色体上的线性：描述了基因位点在染色体上的线性排列顺序及它们之间的相对距离。排列顺序及它们之间的相对距离。v广义讲，基因图谱包括物理图谱、遗传图谱、广义讲，基因图谱包括物理图谱、遗传图谱、表达图谱及转录图谱等。表达图谱及转录图谱等。第二节第二节 基因图谱基因图谱二、连锁图谱

8、二、连锁图谱(遗传图谱遗传图谱)的构建的构建(一一)参考家系：参考家系：是用于构建连锁图谱的动物群体，是用于构建连锁图谱的动物群体，也称为作图群体。也称为作图群体。(二二)遗传标记：遗传标记：如如RFLP、RAPD、AFLP、微卫星、微卫星、SSCP、SNP等标记。等标记。(三三)遗传标记多态程度的度量遗传标记多态程度的度量v杂合程度杂合程度(H)(H)：v若若m m个等位基因具有相同的频率，则个等位基因具有相同的频率，则v多态信息含量多态信息含量(PIC)(PIC)：v若若m m个等位基因具有相同的频率，则个等位基因具有相同的频率，则v全同胞信息交配比例全同胞信息交配比例(PFIM)(PFI

9、M)：v若若m m个等位基因具有相同的频率，则个等位基因具有相同的频率，则pHi21pppPICjininijnii22111221)22(2111111ppppppPFIMjilnknklkjniniji mmmPIC32)(1)1(mmmmPFIM3)(12)1(mmH)(1(四四)图距函数图距函数v概念概念：将重组率转换成图距的公式。：将重组率转换成图距的公式。vHaldane图距函数图距函数：=)(21ln215.00值值其他其他vKosambi图距函数图距函数：2121ln412tan21)(1hx(五五)连锁分析法连锁分析法1、双回交的、双回交的2分析法分析法2、两个基因位点、两个

10、基因位点F2 群体群体2检验法检验法3、直接分析法、直接分析法4、已知连锁相的、已知连锁相的LOD值值5、未知连锁相的、未知连锁相的LOD值值6、多位点连锁分析、多位点连锁分析)5.0()(lg)(LrLrZ三、物理图谱三、物理图谱1、物理图谱的概念：、物理图谱的概念：是用细胞和分子遗传学原位是用细胞和分子遗传学原位杂交的方法和体细胞杂交的方法，将基因或遗传标杂交的方法和体细胞杂交的方法，将基因或遗传标记定位在某一染色体或染色体的某一特定区域上。记定位在某一染色体或染色体的某一特定区域上。2、物理图谱的构建方法：、物理图谱的构建方法：v染色体分离法染色体分离法v体细胞杂交法体细胞杂交法一、质量

11、性状的基因定位方法一、质量性状的基因定位方法v质量性状质量性状：指从表型上可以明显区分为不同类型：指从表型上可以明显区分为不同类型的性状。的性状。1、家系分析法、家系分析法2、遗传重组定位法、遗传重组定位法3、细胞学定位与体细胞杂交、细胞学定位与体细胞杂交4、物理学定位、物理学定位第三节第三节 基因定位方法基因定位方法二、数量性状的基因定位与方法二、数量性状的基因定位与方法(一一)主效基因：主效基因：指某一基因位点的等位基因对某一数指某一基因位点的等位基因对某一数量性状的效应具有足够大的效应，从而可以通过等位量性状的效应具有足够大的效应，从而可以通过等位基因分离来偶然发现，这包括由遗传上的自发

12、突变和基因分离来偶然发现，这包括由遗传上的自发突变和诱发突变引起的明显形态学突变。诱发突变引起的明显形态学突变。(二二)主效基因的检测：主效基因的检测：v多峰分布；有选择的回交；非正态分布；方差的异多峰分布；有选择的回交；非正态分布；方差的异质性；亲子相关；综合分离分析质性；亲子相关；综合分离分析(三三)单标记定位的统计学基础单标记定位的统计学基础1、近交群体杂交、近交群体杂交v2个纯合标记基因型个纯合标记基因型间效应平均值的差异间效应平均值的差异为为：v杂合标记基因型平均杂合标记基因型平均值与值与2个纯合标记基因个纯合标记基因型平均值的算数平均型平均值的算数平均数之差为数之差为：)21(2r

13、ammMM)21(22rhmmMMMm2、远、远交群体杂交交群体杂交3、F2群体的实例分析：群体的实例分析：P246vSax(1923)色素基因与种子重量色素基因与种子重量v一个亲本是色素基因位点显性纯合的一个亲本是色素基因位点显性纯合的(P)(P)，种子平，种子平均重量为均重量为480mg480mg，另一个亲本是隐形纯合的，另一个亲本是隐形纯合的(p)(p)，种，种子平均重量为子平均重量为210mg210mg。它们的。它们的F F2 2代各基因型代各基因型PPPP、PpPp和和pppp的种子平均重量分别为的种子平均重量分别为307307、283283和和264mg264mg。5.212/)2

14、64307()21(ra5.2)21(2 rh(四四)基本统计方法基本统计方法v假设基础：假设基础：数量性状表型值服从正态分布；数量性状表型值服从正态分布；遗传性状标记和数量性状基因位点遵循孟德尔遗传遗传性状标记和数量性状基因位点遵循孟德尔遗传定理；定理；数量性状基因位点在整个基因组上分布稀数量性状基因位点在整个基因组上分布稀少；少；数量性状基因只有数量性状基因只有2 2个等位基因；个等位基因；遗传标记遗传标记对该数量性状没有一因多效性；对该数量性状没有一因多效性；数量性状基因位数量性状基因位点与其他基因位点不存在互作效应。点与其他基因位点不存在互作效应。1、线性模型法、线性模型法2、最大似然

15、法、最大似然法(五五)动物动物QTL定位的常用试验设计方法定位的常用试验设计方法1、近交群体、近交群体vF1代互交、与亲代回交代互交、与亲代回交2、远、远交群体交群体v大动物的半同胞家系：女儿设计法和孙女设计大动物的半同胞家系：女儿设计法和孙女设计法法v小动物的全同胞家系小动物的全同胞家系(六六)统计分析方法的扩展统计分析方法的扩展1、Hasemann-Elston回归分析法回归分析法2、Haley-Knott回归法回归法v例如例如P250251v(1)按按Haldane图距函数将遗传距离转换成重组率：图距函数将遗传距离转换成重组率：v(2)计算计算aabb、AABb和和AaBb遗传标记基因型

16、的数遗传标记基因型的数量性状的加性和显性系数：量性状的加性和显性系数：3、最大似然法的扩展、最大似然法的扩展1296.0)1(5.02256.0)1(5.022errerxxBA730263.30000.07505000.04783.07000424.09566.0damdamdam(七七)候选基因法候选基因法1、步骤：、步骤：候选基因的选择；引物设计；基因特定候选基因的选择；引物设计；基因特定片段的扩增；多态位点的寻找。片段的扩增；多态位点的寻找。2、统计分析方法：、统计分析方法：混合线性模型混合线性模型多重回归分多重回归分析；差异性分析。析；差异性分析。3、优点：、优点：判断选择的候选基因

17、，统计功效高，应判断选择的候选基因，统计功效高，应用广，总费用低，操作简便。用广，总费用低，操作简便。4、缺点、缺点：目前只知道少量候选基因；部分遗传变：目前只知道少量候选基因；部分遗传变异不知由何候选基因引起或不知该基因序列。异不知由何候选基因引起或不知该基因序列。一、动物基因组学的基本概念一、动物基因组学的基本概念v1986年年著名遗传学家著名遗传学家Mckusick V提出从整个基因提出从整个基因组的层次研究遗传学的科学称组的层次研究遗传学的科学称“基因组学基因组学”。v基因组学：基因组学：是以基因组分析手段，研究基因组的是以基因组分析手段，研究基因组的结构组成、时序表达模式和功能，并提

18、供有关生物结构组成、时序表达模式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息。物种及其细胞功能的进化信息。v基因组学涉及的领域：基因组学涉及的领域：基因定位、遗传标记、结基因定位、遗传标记、结构基因组学、功能基因组学构基因组学、功能基因组学。第四节第四节 动物基因组学动物基因组学(一一)人类基因组计划人类基因组计划v 人类基因组计划人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)(Human Genome Project,HGP)是由美国科是由美国科学家于学家于19851985年年率先提出，由率先提出，由6 6个国家个国家的科学家共同参加的旨在的科学家共同参加的旨在阐明阐

19、明人类基因组人类基因组3030亿个缄基对亿个缄基对的序列，发现所有人类基因，破的序列，发现所有人类基因，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上真正全面认识自我译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上真正全面认识自我的科学计划。的科学计划。v2020世纪人类科学史上三大计划世纪人类科学史上三大计划：4040年代的年代的曼哈顿曼哈顿(Manhatton)(Manhatton)原子弹计划；原子弹计划；6060年代的年代的阿波罗阿波罗(Apollo)(Apollo)登月计划；登月计划；9090年代的年代的人人类基因组计划类基因组计划 。二、动物基因组计划及其研究进展二、动物基因组计划及其研究进展 例如

20、：人类的进化？疾病产生的机制？人的生老病死？于是，例如：人类的进化？疾病产生的机制？人的生老病死？于是，决定开始进行人的基因组的研究，由此形成了基因组学和人类基决定开始进行人的基因组的研究，由此形成了基因组学和人类基因组计划因组计划.1986年，诺贝尔奖获得者年，诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文发表短文肿瘤研肿瘤研究的转折点：人类基因组测序究的转折点：人类基因组测序（Science,231:10551056）。）。文中指出：文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。细胞的基因组。从哪个物种着手努力？如

21、果我们想理解人类从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。肿瘤，那就应从人类开始。人类肿瘤研究将因对人类肿瘤研究将因对DNA的详细的详细知识而得到巨大推动。知识而得到巨大推动。”人类认识自身的必然要求人类认识自身的必然要求HGP的目标的目标 v鉴定人类鉴定人类DNADNA全部的大约全部的大约3 3万个基因万个基因；v测定组成人类测定组成人类DNADNA的所有的所有3030亿个碱基序列；亿个碱基序列；v建立包含这些信息的数据库；建立包含这些信息的数据库；v改进数据分析的工具；改进数据分析的工具；v将相关技术转让给私营机构；将相关技术转让给私营机构；v宣布由该计划可能引起的民族

22、的、法律的和社会的宣布由该计划可能引起的民族的、法律的和社会的问题。问题。(二二)动物基因组计划动物基因组计划v猪基因组计划的最初目标：猪基因组计划的最初目标：构建一个覆盖猪整个基因组构建一个覆盖猪整个基因组90%以上，遗传标记的间距大以上，遗传标记的间距大约为约为20cM左右的遗传连锁图谱；左右的遗传连锁图谱；构建一个在每条猪染色体臂上至少具有构建一个在每条猪染色体臂上至少具有1个远端和近端的标个远端和近端的标志位点，并被遗传作图在染色体上；志位点，并被遗传作图在染色体上；开发分类猪染色体的激光流动分型技术；开发分类猪染色体的激光流动分型技术；开发能够快速测定多态分子标记的开发能够快速测定多

23、态分子标记的PCR技术；技术；评估猪、人、鼠和牛之间保守的同体；评估猪、人、鼠和牛之间保守的同体；开发和评估用于分析开发和评估用于分析QTL作图试验数据的统计方法，并计作图试验数据的统计方法，并计划和开始在猪群中的划和开始在猪群中的QTL作图研究。作图研究。(三三)动物基因图谱的研究现状动物基因图谱的研究现状目前主要的动物基因图谱有牛、猪、绵羊、鸡等。目前主要的动物基因图谱有牛、猪、绵羊、鸡等。(四四)动物中单基因控制的性状动物中单基因控制的性状(五五)动物基因组在家畜育种上的应用动物基因组在家畜育种上的应用1、基因诊断、基因诊断2、标记辅助选择和标记辅助导入基因、标记辅助选择和标记辅助导入基

24、因3、地方品种种质特性研究、地方品种种质特性研究v功能基因组学功能基因组学(functinal genomics)：利用结构基因：利用结构基因组学研究所得的各种来源的信息，建立与发展各种技组学研究所得的各种来源的信息，建立与发展各种技术和实验模型来测定基因及基因组非编码序列的生物术和实验模型来测定基因及基因组非编码序列的生物学功能。学功能。v比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)：通过模式生：通过模式生物基因组之间、动物基因组之间以及模式生物基因组、物基因组之间、动物基因组之间以及模式生物基因组、动物基因组及人类基因组之间的比较与鉴别，可以为动物基因组及人类基因组

25、之间的比较与鉴别，可以为研究生物进化、分离动物生产中重要经济性状的候选研究生物进化、分离动物生产中重要经济性状的候选基因，以及预测新的基因功能提供依据。基因，以及预测新的基因功能提供依据。三、动物功能基因组学和比较基因组学三、动物功能基因组学和比较基因组学v美国肉类动物研究中心美国肉类动物研究中心http:/www.marc.usda.gov/v法国国家农业研究中心法国国家农业研究中心http:/locus.jouy.inra.fr/v荷兰瓦根宁大学动物遗传育种系荷兰瓦根宁大学动物遗传育种系 http:/www.zod.wau.nl/abg/index.htmlv澳大利亚牛基因组数据库澳大利亚牛基因组数据库http:/spinal.tag.csiro.au/v美国国家基因研究计划牛基因组数据库美国国家基因研究计划牛基因组数据库http:/bos.cvm.tamu.edu/bovarkdb.htmlv日本动物基因研究计划中心日本动物基因研究计划中心http:/ws4.nias-k.affrc.go.jp四、动物基因组分析的相关网站四、动物基因组分析的相关网站习习 题题P260261v3、4、6、9嘿！下 课 了