遗传学论文

基因定位方法及优缺点

姓名：张春平 学号：2010310291

学院：植物保护学院 专业：动植物检疫

摘要：基因定位是遗传学研究中的重要环节。在遗传学的早期研究中并未发现果蝇等生物的基因在染色体上的位置和生理功能有什么关系。但以后发现一些有类似表型效应的基因是紧密连锁的。例如1945年E.B.刘易斯在果蝇中发现与中胸发育有关的几个基因相邻接，构成一个复合座位或称基因复合体或拟等位基因系列；1960年J.莫诺和F.雅各布报道大肠杆菌的与乳糖发酵有关的几个基因紧密连锁，构成一个操纵子。可见基因的位置并不是和它们的功能完全无关的，因此基因定位 基因定位有助于了解基因的功能。此外，测定了某一基因在某一染色体上的位置以后，便可以用这一基因作为所属染色体或其一部分的标记，追踪并研究染色体的行为。例如通过分析大肠杆菌的接合过程中各个标记基因在受体菌株中出现的先后次序,就有助于了解接合过程中染色体的行为(见细菌接合);在许多生物中根据杂交子代中各个标记基因的组合，可以研究染色体干涉、染色单体干涉和染色体畸变；在育种工作中也经常通过标记基因来识别染色体的替换。

关键词：基因 定位 优点 缺点

Gene positioning method and advantages

and disadvantages

Name: Zhang Chunping number: 2010310291

College: College of Plant Protection Specialty: animal and plant quarantine

Abstract:

gene mapping is an important link in the study of genetics. In the genetics of early

in the study did not find such as Drosophila melanogaster biological gene in the chromosome location and physiological function what. But after the discovery of some similar phenotypic effects of gene is closely linked. For example, in 1945 E.B Lewis discovered in Drosophila and several genes involved in the development of adjacent, constitute a composite seat or gene complexes or quasi allelic series; the 1960 J Monod and F Jacob reported in Escherichia coli and lactose fermentation on several genes tightly linked, form an operon. The location was not visible genes and their function in completely unrelated, so gene mapping gene mapping contributes to the understanding of gene function. In addition, the determination of a gene on a chromosome position, they can use this gene as the chromosome or a part thereof, labeling, tracking and study of

chromosome behavior. For example, through the analysis of Escherichia coli in the engagement process of various marker genes in receptor strains that arise in the order, will help to understand the bonding process of chromosome behavior (see bacterial conjugation ); in many organisms based on the hybrid progeny of each marker gene combinations, can be studied chromosomal interference, chromatid interference and chromosome distortion; in the breeding work is also frequently through the marker gene to identify chromosomal substitution.

Key words: gene location advantages and disadvantages

前言：

基因定位和基因图对遗传学、医学和人类及生物进化的研究都有十分重要的意义。它可提供遗传病和其他疾病的诊断的遗传信息，可以指导对这些疾病的致病基因的克隆和对病症病因的分析与认识，这些又取决于遗传图和物理图的相互依赖关系。通过多态位点标记进行连锁分析获得物理图的位置有助于遗传作图，同时通过连锁分析（部分有减数分裂的交换）又能指导物理作图，使基因定位更为精细 。

正文：两点测验和三点测验是基因定位所采用的主要方法。

1.两点测验:

先用3次杂交，再用3次测交(隐性纯合亲本)来分别测定两对基因间是否连锁，然后再根据其交换值确定它们在同一染色体上的位置。

2.三点测验:

通过一次杂交和一次用隐性亲本测交，同时测定三对基因在染色体上的位置，是基因定位最常用的方法。

利用三对连锁基因杂合体，通过一次杂交和一次测定，同时确定3对基因在染色体上的位置。

1、体细胞杂交法

体细胞是生物体除生殖细胞外的所有细胞。将从身体分离的体细胞做组织培养进行遗传学研究的学科称为体细胞遗传学（somatic genetics）。体外培养细胞可人为控制或改变环境条件，并可建立细胞株，长期保存，进行各种正常和病理研究。与基因定位有关的是体细胞杂交（somatic cell hybridization）。细胞杂交又称细胞融合（cell fusion），是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞。大多数体细胞杂交是用人的细胞与小鼠、大鼠或仓鼠的体细胞（hybrid cell）进行杂交。这种新产生的融合细胞称为杂种细胞（hybrid cell)，含有双亲不同的染色体。杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保留啮齿类一方染色体

而人类染色体则逐渐丢失，最后只剩一条或几条，其原因至今不明。这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进行基因连锁分析和基因定位的有用材料。由于人和鼠类细胞都有各自不同的生化和免疫学特征，Miller等运用体细胞杂交并结合杂种细胞的特征，证明杂种细胞的存活需要胸苷激酶（TK）。但凡含有人第17号染色体的杂种细胞都因有TK活性而存活，反之则死亡。从而推断TK基因定位于第17号染色体上。这是首例用细胞杂交法进行的基因定位。由此可见，研究基因定位时，由于有杂种细胞这一工具，只需要集中精力于某一条染色体上，就可找到某一基因座位。

2、克隆嵌板法（clone panel method）

是应用杂种细胞保留或丢失人染色体有时有重叠现象而设计的一种简便有用的基因定位方法。在体细胞杂交基础上还发展了微细胞（micro cell）技术，即制备只含少数或一条人染色体的微细胞进行细胞杂交。也可将人中期染色体进行分离直接转移到鼠类细胞中，使人染色体在受体细胞中裂解变成短的DNA片段，并整合到受体细胞的基因组中。如两个基因同时整合进去，就证明它们的紧密连锁关系。

3、原位杂交和荧光原位杂交

重组DNA技术的建立与分子杂交相结合，从分子水平研究基因定位，发展了一系列有效方法。例如原位杂交（in situ hybridization）就是分子杂交技术在基因定位中的应用，也是一种直接进行基因定位的方法。分子杂交的基本原理是碱基的互补配对，同源的DNA-DNA双链或DNA-RNA链在一定条件下能结合成双链，用放射性或非放射性物质标记的DNA或RNA分子作为探针，可探测到细胞基因组中的同源部分。 1970-1978年首次将分子杂交法应用于基因定位，即用α及β珠蛋白基因的cDNA为探针，与各种不同的人/鼠杂种细胞进行杂交，再对DNA杂交情况进行分析，找出cDNA探针与人染色DNA顺序间的同源互补关系，从而将人α及β珠蛋白基因分别定位于第16号和第11号染色体上。

原位杂交的特点是杂交在显微镜载玻片上中期染色体标本上进行。所谓原位即指标本上DNA原位变性，在利用放射性或非放射性标记的已知核酸探针杂交后，通过放射自显影或非放射性检测体系来检测染色体上特异DNA或RNA顺序，可用放射性颗粒在某条染色体的区带出现的最高频率或荧光的强弱来确定探针的位置，从而进行准确的基因定位。但原位杂交必须在已知探针的情况下方可进行，而在未知致病基因时，则无法进行基因定位。

放射性同位素标记核酸探针与染色体显带结合进行原位杂交仍有不少缺点和局限性。例如需要使用放射性同位素的特殊实验室，自显影曝光时间长，同位素标记的探针不易保存，放射污染不利健康，特别是高质量的中期染色体标本在细胞培养基础上难以得到，观察费时，对间期核的研究难以进行等。

荧光原位杂交（florescence in-situ hybridization,FISH）是一种非放射性原

位杂交方法。用特殊荧光素标记核酸（DNA）探针，可在染色体、细胞和组织切片标本上进行DNA杂交，对检测细胞内DNA或RNA的特定序列存在与否最为有效。探针不是放射性的而是将荧光染料与抗体蛋白结合进行检测。它们具有高度亲和力，有与放射性探针相同或更高的分辩率。现已可用不同的荧光染料同时进行多重原位杂交，显示出不同的荧光色泽。这种多色FISH技术近年来发展迅速，已成为基因定位作图和医学诊断的重要手段。1992年运用这种策略已能在中期染色体和间期细胞同时检测7个探针。科学家们的目标是实现24种不同颜色来观察22条常染色体和X、Y染色体。荧光原位杂交法提高了杂交分辩率，可达100-200kb。此法降低应用于基因定位外，还有多种用途，它已日益发展成为代替常规细胞遗传学的检测和诊断方法，在此不多论述。

4、连锁分析

基因定位的连锁分析是根据基因在染色体上呈直线排列，不同基因相互连锁成连锁群的原理，即应用被定位的基因与同一染色体上另一基因或遗传标记相连锁的特点进行定位。生殖细胞在减数分裂时发生交换，一对同源染色体上存在着两个相邻的基因座位，距离较远，发生交换的机会较多，则出现基因重组；若两者较近，重组机会较少。重组DNA和分子克隆技术的出现，发现了许多遗传标记——多态位点，利用某个拟定位的基因是否与某个遗传存在连锁关系，以及连锁的紧密程度就能将该基因定位到染色体的一定部位，使经典连锁方法获得新的广阔用途，成为人类基因定位的重要手段。

染色体上两个位点从亲代传给子代时，若相距1cM，就有1%的重组机会。整个人类基因组含3.2×109bp，相应约有3300cM，每个染色体平均约有150cM，1cM约为1000kb。因此，一个致病基因和标记位点紧密连锁，二者不须在同一条染色体的同一区段，一条染色体可以产生大量的DNA多态，只要提供足够的家系，按孟德尔方式遗传的疾病都可将其基因定位。

三点测验的优点：

可以达到两个目的：一是纠正两点测验的缺点，使估算的交换值更加准确，二是通过一次测验同时确定三对连锁基因的位置.

两点测验的缺点：

两点测验必须分别进行三次杂交和三次测交，工作繁琐。这些都是两点

测验法的缺点。

参考文献：

（1）浙江农业大学主编. 遗传学. 第二版. 北京： 中国农业出版社. 1991

（2）Liang . G . H. 著.顾铭洪、黄铁成等译. 植物遗传学 . 北京. 北京农业大学出版社. 1991