小是十分必要的。合适群体大小的确定与作图的内容有
关。 从作图效率考虑，作图群体所需样本容量的大小取决于以下 两个方面： ① 是从随机分离结果可以辨别的最大图距。 ② 是两个标记间可以检测到重组的最小图距。
3、图谱构建的理论基础
基因重组和连锁理论
遗传图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组
基因的连锁是位于同一染色体上的基因在遗传过程
（1）形态标记
形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表 型标记 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质 上就是基因标记。 态标记的特征： 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
（2）细胞学标记
明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数
量特征：
染色体的核型
染色体的带型
基因组学之结构基因组学 part2
重点
• 基因组学的基本概念、基因组作图与测序 的原理和方法。
结构基因组学
1、概念和目的
2、基因组作图
遗传图谱 物理图谱 转录图谱 序列图谱
3、基因图谱
概念和目的
• 以全基因组测序为目标的基因结构研究弄清基因 组中全部基因的位置和结构，为基因功能的研究 奠定基础。 • 其目的是建立高分辨的遗传图谱、物理图谱、转 录图谱和序列图谱。
等或越简单，1cM图距平均对应的碱基对数量就越
少
遗传图的偏离
大量的细胞遗传学研究表明，染色体的各个区段交换 频率有很大的差别： ⑴ 近端粒区和远着丝粒区有较高的重组率，染色体 的某些位点之间比其他位点之间有更高的交换频率， 被称为重组热点（recombination hot point） ⑵ 性别也能引起重组率的差异：一般而言，由女性 减数分裂事件绘制的遗传图比男性的要长的多
要构建构建遗传图谱，需要寻找基因组不同
位置上的特征标记（遗传标记）。包括： （1）形态标记 （2）细胞学标记 （3）生化标记
（4）DNA分子标记
二、标记的多态性
所有的标记都必须具有多态性 花色：白色、红色 身高：高、矮 血型：A、B、O型 淀粉：糯、非糯
所有多态性都是基因突变的结果！
Pro Val Glu
×MstⅡ酶切位点消失 PCR-RFLP
1
2
3
正常 杂合
异常
2. TRS
• 真核生物基因组中的可变串联重复序列
• （variable number tandem repeated
sequence， VNTR）有两类:小卫星和微卫星，
两者具有高度的变异性。
VNTR示意图
1 1 2 2 3
RFLP的原理
• 利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大
小不等、数量不同的分子片段，
• 酶切位点的改变，会使得RFLP谱带表现出
不同程度的多态性.
PCR－RFLP
• 将PCR产物术用于RFLP分析，即PCR-RFLP。
• 该技术先用1对引物特异性扩增基因组的某一高变
区，然后用限制性内切酶消化PCR产物，电泳检测
指纹图谱。
3.小卫星 DNA
• 小卫星重复单位的核心序列为15-76bp • 近缘物种和个体间的小卫星核心序列有着一定 的同源性，在一定的条件下可以相互杂交。
4.微卫星DNA
• 又称简单序列重复（simple sequence repeat， SSR） • 是高度重复序列，广泛存在于真核生物基因组， 重复单位的核心序列为2-6bp。
染色体的结构变异
染色体的数目变异
优点：不受环境影响
缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生
（3）生化标记
又称蛋白质标记，就是利用蛋白质的多态
性作为遗传标记。如同工酶
优点：数量较多，受环境影响小
缺点：受发育时间的影响、有组织特异性
、只反映基因编码区的信息
夏腊梅同工酶谱照片
（4）DNA分子标记
1、遗传图谱构建原理：基因连锁与互换定律
遗传图谱（基因或标记的排序与遗传距离）
物理图谱（基因或标记的排序与物理距离）
4、重组率的计算
• 重组型配子所占的比例取决于减数分裂细胞中发 生交换的频率。交换频率越高，则重组型配子的 比例越大。 • 重组型配子数 • 重组率=———————— • 总配子数
• MAPMAKER/EXP可通过
ftp:// /distri- bution/software/mapmaker3 获得，该软件可以应用于各种类型的实验群体进行遗传作 图，是目前应用最为广泛的作图软件之一。
7、DNA标记连锁图谱的完善 DNA标记连锁群的染色体定位
• 一个生物体基因组的最终图就是它的全部 DNA 序
列
结构基因组学主要任务
基因组作图
遗传图谱（连锁图谱） 物理图谱 转录图谱 序列图谱（分子水平的物理图谱）
遗传图谱
遗传图谱（连锁图谱）
• 概念：指基因或分子标记在染色体上的相对
位置与遗传距离，用厘摩（cM）表示。 • cM含义：1cM的遗传距离表示在100个配子中
一、遗传图谱与遗传标记
• 遗传图谱
• 采用遗传分析的方法将基因或其他DNA序列标定
在染色体上构建连锁图。
• 什么是遗传标记？
• 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼 此之间的相对位置。
• 遗传图谱：通过遗传重组所得到的基因线性排列 图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标 记之间的重组频率,确定它们的相对距离（cM)。 • 物理图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数 个片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确 定遗传标记之间物理距离[碱基对(bp)或千碱基 (kb)或兆碱基(Mb)]的图谱。
1、亲本的选配 ① 首先要考虑亲本间的DNA多态性； ② 选择亲本时应尽量选用纯度高的材料；
③ 要考虑杂交后代的可育性；
2、分离群体大小的选择
一般选用F2代分离群体
遗传图谱的分辨率和精度，很大程度上取决于群体大 小。群体越大，则作图精度越高。但群体太大，不仅增 大实验工作量，而且增加费用。因此确定合适的群体大
3
A
VNTR变异的原理示意图
B
C
DNA指纹图谱原理
• 选择在VNTR特异序列上没有酶切位点的限制性内切
酶将动物总基因组DNA切成不同长度的片段；
• 以VNTR中特异序列作为探针，进行Southern杂交；
• 由于不同个体的串联重复序列的数目和位置不同，
形成的杂交谱带具有个体的特异性，人们称为DNA
部分连锁与遗传作图
• 构建遗传图谱的基本原理是真核生物遗传过程中会发生减
数分裂，此过程中染色体要进行重组和交换，这种重组和 交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而 发生相应的变化。 • 根据概率大小，人们就可以推断出同一条染色体上两点间 的相对距离和位置关系。正因为如此，我们得到的这张图 谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这一距离(
微卫星遗传标记的原理
以微卫星DNA标记两侧特异性序列设计专一引
物，通过PCR技术扩增微卫星片段，扩增产物
经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，不同个体间
因核心序列的重复次数不同而产生DNA多态性
微卫星遗传标记示意图
A
B
PCR扩增 凝胶电泳
AA AB BB 1 2 3
5. SNP
• 是指染色体上的某个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。
中一般倾向于维系在一起
基因的重组是通过一对同源染色体的两个非姊妹染
色单体之间的交换来实现的
Sh C Sh C
P1
Sh C Sh C sh c F1
P2
sh c sh c
6%细胞
Sh C sh c Sh C
交换
94％ 细胞 无交 换
sh c Sh C
Sh C sh c
sh c
二 分 体 新 四 分 体
示，1cM的大小大致符合1%的重组率。
分子标记实例1 遗传图绘制-亲本基因型
遗传图绘制-F2基因型分析
5、图谱制作的统计学原理
（一）两点测验 如果两个基因于同一染色体上且相距较近，则在 分离后代中通常表现为连锁遗传。对两个基因座 之间的连锁关系进行检测，称为两点测验 • 了解各等位基因分离是否符合孟德尔分离比例， 这是连锁检验的前提： • 在显性条件下，F2群体中分离比例为3:1
遗传作图的标记
Set the flags on the genomes
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
三、分子标记类型
• RFLP（第一代）：限制性片段长度多态性 • TRS（第二代）：串联重复序列标记 • SNP（第三代）：单核苷酸多态性 ……
简称分子标记，以DNA序列的多态性作为遗传标记 随着分子生物学的发展，相继建立了RFLP、TRS、SNP 等多种分子遗传标记检测技术，开创了遗传标记研究 的新阶段。 优点： 不受时间和环境的限制 遍布整个基因组，数量无限
不影响性状表达
自然存在的变异丰富，多态性好 共显性，能鉴别纯合体和杂合体
（二）多点测验
• 对多个座位进行联合分析，利用多个座位间的共 分离信息来确定它们的排列顺序，也就是多点测 验。 • 在一条染色体上，经过多次多点测验，就能确定 出最佳的基因排列顺序，并估计出相邻基因间的 遗传图距，从而构建出相应的连锁图。
6、构建DNA标记图谱的计算机软件
• 许多学者为构建遗传图谱设计了专用程序包,通过网址 /soft/list.html可以获得各种专用 程序的相关信息，。应用于植物遗传连锁分析和遗传图谱 构建的常用软件是MAPMAKER/EXP等。
把分子遗传图谱与经典遗传图谱联系起来，并