物理图绘制省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 第三章第三章 物理图绘制物理图绘制学习关键点:学习关键点:物理作图方法物理作图方法 各种方法优缺点各种方法优缺点第1页用遗传学技术作图对于指导基因组计划测序用遗传学技术作图对于指导基因组计划测序阶段还是远远不够,因为遗传图谱不足:阶段还是远远不够,因为遗传图谱不足:1.遗传图遗传图分辨率有限分辨率有限:依赖于所得到交换数:依赖于所得到交换数目。目。2.遗传图遗传图准确性较低准确性较低:重组热点存在。:重组热点存在。3.遗传图遗传图准确率有限准确率有限:环境原因和取样误差,:环境原因和取样误差,分子标识排列有时会出现差错。分子标识排列有时会出现差错。第2页物理图谱是以物理图谱是以物理距离物理距
2、离来表示各遗传标识来表示各遗传标识之间或之间或DNA序列两点之间在序列两点之间在DNA分子上位分子上位置,以置,以实际碱基对长度实际碱基对长度来度量其物理距离。来度量其物理距离。第3页1)限制性作图限制性作图(Restriction mapping):它是将限制它是将限制 性酶切位点标定在性酶切位点标定在DNA分子相对位置。分子相对位置。2)依靠克隆基因组作图依靠克隆基因组作图(Clone-based mapping):依据克隆依据克隆DNA片段之间重合次序构建重合群片段之间重合次序构建重合群 (Contig),绘制物理连锁图。绘制物理连锁图。3)荧光原位杂交荧光原位杂交(Fluorescen
3、t in situ hybridization,FISH):):将荧光标识探针与染色将荧光标识探针与染色 体杂交确定分子标识所在位置。体杂交确定分子标识所在位置。4)序列标识位点作图序列标识位点作图(Sequence tagged site,STS):经过经过PCR或分子杂交将小段或分子杂交将小段DNA序列定位在基因序列定位在基因 组组DNA区段中。区段中。物理图绘制方法第4页3.1 限制性作图限制性作图第5页3.1.1 限制性作图限制性作图-小分子小分子DNA第6页在连续出现在连续出现2个或多个相同酶切位点区段,其排列个或多个相同酶切位点区段,其排列序列可有各种选择,此时采取序列可有各种选择
4、,此时采取部分酶切方法部分酶切方法使该使该区段只发生一次酶切,这称为部分限制作图。区段只发生一次酶切,这称为部分限制作图。第7页第8页部分限制作图为构建完整图谱提供了必须信息。部分限制作图为构建完整图谱提供了必须信息。但假如有多个限制位点,这种方法就显得力不从但假如有多个限制位点,这种方法就显得力不从心。尤其是内部含有大小相同片段时,重合片段心。尤其是内部含有大小相同片段时,重合片段无法区分,使排序变得非常复杂。无法区分,使排序变得非常复杂。一个较简单变通策略使我们能够忽略大量片段。一个较简单变通策略使我们能够忽略大量片段。这种方法是将标识物加到要分析这种方法是将标识物加到要分析DNA分子两端
5、,分子两端,进行部分酶切处理后,很多产物成为进行部分酶切处理后,很多产物成为不可见不可见,我,我们利用们利用可见可见部分大小,确定那些未定位切点与部分大小,确定那些未定位切点与DNA分子末端相对位置。分子末端相对位置。第9页第10页1)制备制备-琼脂糖包埋法琼脂糖包埋法2)酶切酶切-稀有酶切位点限制酶稀有酶切位点限制酶3)分离分离-脉冲电泳分离脉冲电泳分离3.1.2 3.1.2 限制性作图局限限制性作图局限假如基因组较大,切点较多,单、双、部分假如基因组较大,切点较多,单、双、部分酶切片段会很多。酶切片段会很多。限制性作图只能应用于较小限制性作图只能应用于较小DNA分子。分子。大分子大分子DN
6、A研究策略与方法:研究策略与方法:第11页 1.制备制备-琼脂糖包埋法琼脂糖包埋法1)分离纯化细胞核;分离纯化细胞核;2)将搜集细胞核包埋在琼脂糖将搜集细胞核包埋在琼脂糖 凝胶薄片中;凝胶薄片中;3)蛋白酶消化处理细胞核。蛋白酶消化处理细胞核。第12页2.稀有切点限制性内切酶应用稀有切点限制性内切酶应用1)稀有切点限制酶稀有切点限制酶:在基因组在基因组DNA序列中只有极序列中只有极少可识别序列限制酶,少可识别序列限制酶,普通识别位点在普通识别位点在6-8碱基碱基对之间对之间,并含有高并含有高G/C比。比。2)选取稀有切点限制酶注意事项:选取稀有切点限制酶注意事项:a)识别位点非特异序列,识别位
7、点非特异序列,-G ANTC-(HinfI),-GCCN4 NGCC-(BglI)b)高等生物基因组普通高等生物基因组普通A/T比较高,应选比较高,应选G/C 高百分比限制酶,如高百分比限制酶,如-GC GGCCGC-(NotI)c)基因组甲基化状态,人类基因组基因组甲基化状态,人类基因组DNA中中 5-CG-3序列较少。序列较少。第13页稀有切点限制酶第14页常常规规与与非非常常规规琼琼脂脂糖糖凝凝胶胶电电泳泳 正交变电场凝胶电泳正交变电场凝胶电泳3.脉冲凝胶电泳脉冲凝胶电泳第15页均一脉冲电泳第16页3.2 基于克隆基因组作图基于克隆基因组作图-大分子大分子DNA克隆克隆基于克隆基因组作图
8、:基于克隆基因组作图:依据依据克隆克隆DNA片段片段之间重合序列之间重合序列构建重合群构建重合群(Contig),绘制物理连锁图绘制物理连锁图。第17页3.2.1 克隆作图载体和方法克隆作图载体和方法常规质粒载体不适合用于大分子常规质粒载体不适合用于大分子DNA克隆。克隆。大分子大分子DNA克隆载体构建克隆载体构建:YAC,BAC,HAC,MAC第18页酵母人工染色体(YAC)端粒端粒:用于保护线状:用于保护线状 DNA 不被细胞内核酸酶降解,不被细胞内核酸酶降解,以形成稳定结构。以形成稳定结构。着丝粒着丝粒:有丝分裂过程中纺锤丝结合位点,:有丝分裂过程中纺锤丝结合位点,使染色使染色体在分裂过
9、程中能正确分配到子细胞中体在分裂过程中能正确分配到子细胞中。在。在 YAC 中中起到确保一个细胞内只有一个人工染色体作用。起到确保一个细胞内只有一个人工染色体作用。自主复制序列:自主复制序列:一段特殊序列,含有酵母菌中一段特殊序列,含有酵母菌中 DNA 进行双向复制所必须信号。进行双向复制所必须信号。第19页YAC文库装载文库装载DNA片段大小普片段大小普通可达通可达 200-200-500kb500kb,有可达,有可达1Mb以上。以上。YAC 载体工作原理载体工作原理第20页YACYAC主要缺点:主要缺点:1 1存在高百分比嵌合体存在高百分比嵌合体,即一个,即一个YACYAC克隆含有两克隆含
10、有两 个原来不相连独立片段;个原来不相连独立片段;2 2部分克隆子不稳定部分克隆子不稳定,在转代培养中可能会发,在转代培养中可能会发 生缺失或重排;生缺失或重排;3 3难与酵母染色体区分开难与酵母染色体区分开,因为,因为YACYAC与酵母染色与酵母染色 体含有相同结构体含有相同结构;4 4转化效率低。转化效率低。第21页细菌人工染色体(细菌人工染色体(BAC):):以细菌以细菌F F因子为基础,人因子为基础,人工构建环状工构建环状DNADNA分子。能够携带大于分子。能够携带大于100-350Kb100-350Kb外源外源DNADNA片段。片段。选择标识:氯霉素抗性基因等。选择标识:氯霉素抗性基
11、因等。BACBAC载体优点:载体优点:较为稳定;没有嵌合现象;较为稳定;没有嵌合现象;转化效率高;转化效率高;BACBAC克隆易于操作和克隆易于操作和DNADNA提取;提取;BACBAC文库筛选方便。文库筛选方便。第22页基因组文库:基因组文库:指将基因组指将基因组DNA经过限制性内切经过限制性内切酶部分酶解后所产生基因组酶部分酶解后所产生基因组DNA片段随机片段随机同对应载体重组、克隆,所产生克隆群体同对应载体重组、克隆,所产生克隆群体代表了某种有机体整个基因组。代表了某种有机体整个基因组。1)目标基因组大分子目标基因组大分子DNA制备;制备;2)载体制备;载体制备;3)载体和载体和DNA连
12、接;连接;4)转化;转化;5)转化子判定。转化子判定。YAC和和BAC基因组文库构建基因组文库构建第23页 目标基因组大分子目标基因组大分子DNADNA制备制备 样品样品洗涤吸干水分洗涤吸干水分液氮冷冻液氮冷冻碾碎碾碎离心搜集细胞核离心搜集细胞核低融点琼脂糖包埋低融点琼脂糖包埋蛋白酶消化蛋白酶消化洗涤洗涤限制酶部分酶解限制酶部分酶解第24页插插入入大大分分子子DNADNA分分离离第25页载体制备与插入载体制备与插入DNA连接连接1)YAC载体:载体:制备过程与普通质粒载体相同。制备过程与普通质粒载体相同。2)BAC载体:载体:低拷贝载体,大量制备,超离心纯化。低拷贝载体,大量制备,超离心纯化。
13、3)酶切:酶切:释放接头,接头去磷,降低自连。释放接头,接头去磷,降低自连。4)连接:连接:将含有大分子将含有大分子DNA琼脂糖薄片与载体混合琼脂糖薄片与载体混合,按按重量比重量比1:1,680C保温保温 5 min,降温至,降温至370C,加,加入连接酶过夜。入连接酶过夜。第26页 思索题:思索题:怎样从单条染色体中制备出怎样从单条染色体中制备出DNA克隆文库?克隆文库?第27页染色体步移3.2.2 3.2.2 重合群组建重合群组建相互重合相互重合DNA片段组成物理图称为片段组成物理图称为重合群重合群(contig)。构建重合群:构建重合群:步移法和指纹法步移法和指纹法第28页 3.2.3
14、3.2.3 指纹作图指纹作图33种指纹种指纹在基因组范围内查找重合克隆,最好方法是克隆指纹排序。在基因组范围内查找重合克隆,最好方法是克隆指纹排序。指纹指克隆指纹指克隆DNA序列所含有特定序列所含有特定DNA片段组成片段组成。第29页限制性片段指纹作图原理第30页限制性片段指纹电泳图第31页指纹重合群构建第32页酵母基因组遗传图与物理图整合第33页3.3 染色体细胞图染色体细胞图细胞图细胞图:经过原位杂交方法将基因或:经过原位杂交方法将基因或DNA 分子分子标识定位在染色体某一区段,由此绘制图称为标识定位在染色体某一区段,由此绘制图称为细胞图。细胞图。最惯用细胞图绘制技术为荧光原位杂交。最惯用
15、细胞图绘制技术为荧光原位杂交。(fluorescent in situ hybridization,FISH)原位杂交是以标识原位杂交是以标识DNA分子为探针,检测完整分子为探针,检测完整染色体一个杂交分析方法,染色体一个杂交分析方法,其必须使染色体其必须使染色体DNA 成为单链成为单链。第34页荧光原位杂交荧光原位杂交第35页一个一个封闭封闭杂交杂交探针探针中重中重复序复序列方列方法法第36页l 限制性作图不能用于大型基因组;l 克隆重合群复杂,费时费力;l FISH难于操作,数据积累慢。l目前最有效物理作图技术,也是能对大型基因l组产生最详尽图谱技术,是STS作图,主要为l辐射杂种作图。3
16、.4 3.4 序列标签位点序列标签位点(Sequence tagged site,STSSequence tagged site,STS)作图作图第37页STS是一段短是一段短DNA序列,其长度通常为序列,其长度通常为100500bp。一段。一段DNA序列要成为序列要成为STS需满足两个需满足两个条件:条件:1.它序列必须是已知,便于它序列必须是已知,便于PCR检测;检测;2.STS必须在拟研究染色体上有唯一定位。必须在拟研究染色体上有唯一定位。第38页寻找寻找STS方法方法1)从)从EST序列中寻找序列中寻找2)SSLP3)随机基因组序列)随机基因组序列第39页1.STS在染色体上位置是确定
17、。在染色体上位置是确定。2.两个不一样两个不一样STS出现在同一片段机会取决出现在同一片段机会取决 于它们在基因组中位置,彼此靠近,同于它们在基因组中位置,彼此靠近,同 时出现在同一片段机会就大,反之则小。时出现在同一片段机会就大,反之则小。辐射杂种辐射杂种作图原理作图原理第40页STS作图与连锁分析是一样,不一样之处仅在作图与连锁分析是一样,不一样之处仅在于两个标识间图距是依据于两个标识间图距是依据分离频率分离频率来计算。来计算。主要采取方法是辐射杂种作图。主要采取方法是辐射杂种作图。第41页辐射杂种(放射杂交体)辐射杂种(放射杂交体):指含有另一个生物染色体指含有另一个生物染色体片段啮齿类
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