第九章 动物基因组学基础

9.1 动物遗传标记

1) 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记。

9.1.1 遗传标记的发展

优点：简单直观

缺点：标记数目少，多态性低；容易受外界环境影响。

9.1.2 、遗传标记的种类及评价

（ 1 ）形态学标记（ morphological marker ） 主要包括动物的毛色、角形、冠形、耳形、体形、外貌等。

（ 2 ）细胞遗传标记（ cytological genetic marker ） 主要指染色体的核型（染色体数目、大小、

随体、着丝粒位置、核仁组织区等）、带型（ Q 、 G 、 C 、 R 带）和数量特征的变异等，反映染色体在数目和结构上的遗传多态性。

优点：不受环境的影响，呈孟德尔遗传

缺点：往往对生物有害，可利用标记数目少，多态性低；观测鉴定困难

（ 2 ）细胞遗传标记

（ 3 ）生化免疫标记

优点：数量较丰富；受环境影响小；检测手段简便，是一种较好的遗传标记

缺点：只能反映编码区的遗传信息；数量还不够高，不能覆盖整个基因组。

（ 4 ）分子遗传标记（ molecular genetic marker ）

优点：无表型效应；不受环境的影响；普遍存在于所有生物；数量丰富

缺点：检测技术相对复杂一些

不同检测技术的优劣各不相同，理想的分子遗传标记应该：

① 遗传多态性高；

② 检测手段简便快捷，易于自动化；

③ 遗传共显性。

理想的分子遗传标记

9.1.3 分子遗传标记主要检测相关技术

酶切

分子杂交技术

PCR 扩增

电泳

DNA 提取

酶切

限制性内切酶可特异地结合于一段被称为限制酶识别序列的 DNA 序列位点上并在此切割双链 DNA 。

分子杂交

目的序列

探针 杂交

变性

PCR

变性

复性引物结合

链的延伸

电泳

1 、 RFLP

限制性片段长度多态性（ restriction fragment length polymorphism ， RFLP ） 操作技术路线：

探针杂交

基因组 DNA 酶切

电泳

Southern blotting

RF

LP

多态性产生机制：

检测区域内点突变、片段缺失、插入或重排等导致酶切位点相对改变。

A

B

AA AB BB

优点： 共显性遗传； 无表型效应；

不受年龄性别影响 缺点：

多态性低；

摸板DNA需求量大； 一个探针检测一个位点； 操作复杂，费时费力，成本高；

改进： PCR-RFLP

扩增产物

2 、小卫星minisatellite DNA

操作技术路线：

基因组 DNA 酶切 以 VNTR 特异序列为探针进行 Southern 杂交

多态性产生机制：

不同个体的串联重复序列的数目和位置不同，产生多态称 DFP

A

B

C

D

E

F

优点： 共显性遗传；

无表型效应；

不受年龄性别影响；

个体具有高度特异性； 一个 DFP探针可以检测十几个甚至几十个位点

缺点：

多态性低；

摸板 DNA需求量大；

操作复杂，费时费力，成本高；

有时谱带过于复杂

3、微卫星 微卫星（ mirosatellite DNA ）又叫简单序列重复（ simple sequence repeat ， SSR ）、短串联重复序列（ short tandem repeat ， STR ） 、简单序列长度多态性（ simple sequence length polymorphism ， SSLP ）。

高度重复序列常含有异常的高 / 低的 GC含量，进行密度梯度离心时常在主要 DNA 带前 /后形成次要的 DNA 带，称卫星 DNA 。 15~76 核苷酸为核心序列的为小卫星， 2~6 个核苷酸为核心序列的为微卫星。

设计专一引物 操作技术路线：

PCR 扩增微卫星片段

电泳

多态性产生机制：

不同个体的核心序列重复的数目不同，产生多态。

A

B

AA AB BB

4 、随机扩增多态性 DNA 利用一系列碱基顺序随机排列的寡核苷酸单链（一般 10聚体）为引物，对靶基因组 DNA进行扩增，产物电泳显色。

检测的是引物结合位点或结合位点间的碱基突变、缺失、插入、序列重排等引起的 DNA多态性。

21 3

1

2

3

RAPD评价优点

操作简单快速，成本低

模板少，引物易得

不用事先了解 DNA 序列标记覆盖全基因组，多态信息含量中等

缺点重复性差

标记为显隐性遗传

5、扩增片段多态性

选择性扩增基因组的酶切片段，用特定接头连接在酶切片段两端，在通过接头序列和 PCR 引物 3‘端识别，进行扩增，产物电泳显带。

扩增片段多态性A

FLP

AFLP的评价优点

兼 RFLP与 RAPD之长，比前者简单，比后者重复性好。

缺点

大部分标记显性遗传

不如 RAPD 简便

6、单核苷酸多态性

SNP （ single nucleotide polymorphism: ）染色体上的某个位点存在单个碱基的变化，包括碱基的转换、颠换、插入及缺失。

标记密度高

位于基因内的 SNP 可能直接与蛋白 / 性状相关检测容易实现自动化

9.1.4 分子遗传标记的应用

个体及亲缘关系的鉴定

种质资源的评估、检测、保护利用

基因定位与遗传图谱的构建

标记辅助选择 (marker-assisted selection,MAS)

9.2 基因图谱9.2.1 基本概念 基因图谱描述基因位点在染色体的线性排列顺序及他们之间的相对距离。 物理图谱 (physical map) 用细胞与分子原位杂交建立，基因距离用 bp 表示。 遗传图谱 (genetic map) 用连锁分析建立，基因距离用 cM 表示。

广义基因图谱还包括表达图谱 (expression map) 和转录图谱 (translation map) 。

9.2.2连锁图谱构建

参考家系

遗传标记

基础材料

图距函数 将重组率转换为图距的公式，最简单的是摩尔根图距。

连锁分析法双回交卡方检验

2 基因 F2 群体卡方检验

直接分析

已知连锁相的 LOD值

多位点连锁分析

9.2.3 物理图谱

体细胞杂交克隆嵌板法

原位杂交如 FISH

9.3 基因定位方法9.3.1 质量性状基因定位家系分析——性染色体连锁基因

遗传重组值定位——三点定位

细胞学 / 体细胞杂交定位

物理定位 变性定位、转录 R- 环定位、异源双链定位、限制酶切定位、插入失活、原位杂交等

9.3.2 QTL 定位主效基因 major gene

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作用，通常以引起 1个 /0.5 个表型标准差的效应为标准。

目前已经发现的主基因数量有限，且多为偶然发现。

主效基因检测

统计分析方法与试验设计方法

侯选基因法

9.4 动物基因组学9.4.1 基本概念

基因组学（ genomics ）是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，并提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息。当研究对象为动物时即为动物基因组学。

9.4.2 基因组计划

2003 年 4月 15日美国联邦国家人类基因组研究项目负责人弗朗西斯 ·柯林斯博士宣布，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。

人类基因组计划

动物基因组计划家蚕基因组计划

牛、猪、绵羊等基因组计划

9.4.3 动物基因组学应用基因诊断

标记辅助选择和标记辅助导入基因

地方品种种质特性的研究