你如何映射一个基因组?

基因组映射用于识别并记录基因的位置和基因之间的距离在染色体上的距离。基因组映射为人类基因组项目提供了关键的起点。

  • 一种基因组地图突出了有机体中的关键“地标”基因组
  • 有点像伦敦管图如何在管道上显示不同的挡块,以帮助您绕过城市,一个基因组地图可以帮助科学家在基因组周围导航。
  • 基因组图上的地标可能包括短脱氧核糖核酸序列,转向的监管部位基因打开和关闭或基因本身。
  • 基因组映射为全基因组提供了基础测序人类基因组项目
  • 测序的DNA片段可以与基因组图对齐以帮助组装基因组。
  • 随着时间的推移,随着科学家了解有关特定基因组的更多信息,它的地图变得更加准确和详细。基因组图不是最终产品,而是正在进行中的工作。

不同类型的基因组映射

  • 有两个类型的基因组映射称为遗传映射和物理映射。
  • 两种类型的基因组映射指导科学家迈向A的基因(或DNA部分)的位置染色体但是,他们依赖于非常不同的信息。
    • 遗传映射看遗传信息如何在染色体之间或在同一染色体中的不同区域之间进行播种十分病(一种细胞分裂)。一个名为重组或'穿越'的过程。
    • 物理映射通过制定数量来查看已知的DNA序列(包括基因)之间的物理距离基对(A-T,C-G)它们之间。

显示绘制基因组的两种基本方式的例证:遗传映射和物理映射。图像信用:基因组研究有限公司。

遗传映射

早期遗传地图

  • Alfred Sturtevant从果蝇中创造了染色体的第一个遗传地图(果蝇黑胶基)1913年。
    • 他确定基因以线性方式排列在染色体上,如项链上的珠子,以及特异性的基因特征位于特定的地方。
    • 他提出,在两个基因之间的“穿越”(重组)的频率可以有助于确定它们在染色体上的位置。
    • 他意识到,在染色体上相隔较远的基因更容易被单独遗传,因为存在更大的区域可以发生重组。
    • 以相同的方式,在染色体上彼此靠近的基因更可能被继承在一起。

显示横穿的例证在分裂期间的染色体和这是如何影响那种基因的可能性。图像信用:基因组研究有限公司。

  • 通过了解各种特征的遗传多久可以估计基因之间的距离。然后可以绘制基因在染色体上彼此关系的地图。这称为链接地图。
  • 据称在同一染色体上的基因被称为“连接”,并且这些基因之间的距离称为“连接距离”。距离越小的两个基因将被继承在一起。
  • 研究了研究如何通过如何传播特征的概念来发展第一个人类基因组图。
  • 如果看到两个(或更多)的特征经常在家庭中一起遗传,例如金发和蓝眼睛,它表明两个特征的基因在特定的染色体上靠近。

显示染色体的遗传映射的例证从果蝇的(果蝇melanogaster)的。基因的名称显示在每种染色体的右侧。每种染色体左侧的数字代表这些基因之间的距离。图像信用:基因组研究有限公司。

现代遗传地图

  • 利用更新的遗传映射技术,基因的位置从找到发生的遗传重组的精确频率。
  • 为了产生遗传地图,研究人员从家庭成员收集血液或组织样本,其中一些有一些疾病或特征。
  • 这researchers then isolate the DNA from samples taken from each individual and closely examine it to find unique patterns in the DNA of those individuals with the disease/characteristic, that aren’t present in the DNA of the individuals who don’t have the disease/characteristic.
  • 这些被称为标记,并且对于通过几代家庭跟踪特征或疾病的遗传是非常有价值的。
  • 一种类型的DNA标记在整个基因组中发现,称为微卫星,并由特定的重复碱基组成。
  • 如果特定基因接近染色体上的DNA标记,则更有可能在重组过程中将基因和标记保持在一起,因此更可能沿着家族线(遗传)一起通过。
  • 以相同的方式,如果DNA标记和基因经常被重组过程分离,则表明它们在染色体上偏远,并且不太可能遗传在一起。
  • 在遗传映射上的DNA标记越多,其中一个可能越容易位于疾病或特征相关基因附近。
  • 虽然遗传地图擅长给您更大的图像,但它们的准确性有限,因此需要补充来自其他映射技术中获得的进一步信息,例如物理映射。

物理映射

  • 物理映射给出了染色体上特定已知的DNA序列之间的(物理)距离的估计。
  • 在染色体上的这些已知的DNA序列之间的距离表示为它们之间的碱基对的数量。
  • 用于物理映射有几种不同的技术。这些包括:
    • 限制映射(指纹映射和光学映射)
    • 荧光原位杂交(鱼类)映射
    • 序列标记站点(STS)映射。

限制映射

  • 这使用了特定的限制在短的已知碱基序列中切割未知的DNA片段,称为限制性位点。
  • 限制酶总是以特定的DNA(限制性位点)切割DNA。例如,限制酶生态ri(取自大肠杆菌)始终在序列Gaattc / cttaag处切割。因此,如果我们使用生态RI切割DNA,我们知道切割的DNA序列两侧将是AATT(见下图)。
  • 限制图显示了整个基因组中该特定限制性位点(Gaattc)的所有位置。
  • 通过沿染色体对齐不同的限制图来生成物理图。
  • 有两种特定类型的限制映射 - 光学和指纹。

显示限制酶EcoRi的限制性位点的例证。限制酶总是在特定的DNA序列中切割DNA。图像信用:基因组研究有限公司。

指纹映射

  • 在指纹映射中,基因组被分解成碎片,然后将其复制细菌细胞
  • 然后通过限制酶切割DNA拷贝(克隆),并且使用称为实验室方法估计所得片段的长度电泳
  • 电泳根据尺寸将DNA的片段与导致不同的条带分离。

显示DNA指纹的插图是通过电泳产生的。图像信用:基因组研究有限公司。

  • 通过将来自DNA的所有片段的图案比较来构建指纹图以找到相似性的区域。然后将具有与类似模式的人分组在一起以形成地图。
  • 指纹映射成了人,小鼠,斑马鱼和猪基因组测序的基础。

显示DNA指纹如何与产生基因组图的例证。图像信用:基因组研究有限公司。

光学映射

  • 光学映射使用伸展并保持在滑块上的单个分子的DNA。
  • 加入限制酶以在留下间隙的特定点切割DNA。
  • 然后用染料染色碎片,并且在a下面可视化间隙荧光显微镜。
  • 荧光的强度用于构建单分子的光学图。
  • 然后可以组合并重叠,以提供基因组的全局概述,并辅助组装测序的基因组。

显示光学映射过程的例证。图像信用:基因组研究有限公司。

荧光原位杂交(鱼类)映射

  • 这使用荧光探针检测DNA序列在染色体上的位置。
  • 首先,准备探针。这些是单链DNA的短序列,与科学家想要找到的DNA序列匹配。
  • 然后用荧光染料在与染色体DNA混合之前用荧光染料标记探针,使其可以与染色体上的DNA的互补链结合。
  • 荧光标签允许科学家在染色体上看到DNA序列的位置。

显示鱼的例证如何用来生产遗传地图。左侧的照片显示来自四个英国胡椒飞蛾的染色体17,荧光探针指示特定基因的物理位置。右侧的插图显示了染色体上基因的相对位置。图像信用:改编自美国科学进步协会(DOI:10.1126 / Science.1203043

序列标记的站点(STS)映射

  • 该技术将易于识别的短DNA序列(长度之间的长度之间的位置之间)映射到易于识别的并且仅在基因组中发生一次。这些短DNA序列称为序列标记的位点(STS)。
  • 为了映射一组STSS,需要来自单个染色体或整个基因组的重叠DNA片段的集合。
  • 为此,基因组首先被分解成碎片。
  • 然后将片段复制至细菌细胞中的10次以产生DNA克隆文库。
  • 聚合酶链反应(PCR)然后用于确定哪些片段包含STS。特别的底漆设计用于结合ST的任一侧,以确保仅复制DNA的一部分。
  • 如果发现两个DNA片段包含相同的STS,则它们必须表示基因组的重叠部分。
  • 如果一个DNA片段含有两种不同的STS,那么这两个STS必须在基因组中彼此邻接。

显示sts映射的过程的例证。图像信用:基因组研究有限公司。

此页面的最后更新于2016-06-02