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第八章 动物基因组学基础
第一节 动物遗传标记
一 遗传标记的概念及其发展
（一）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志。
遗传标记是一些等位基因或遗传物质，能在生物体上
以各种形式表现出各种变异。
遗传标记的概念经历了从宏观到微观、从外部到内部、
从蛋白质到 DNA的发展过程。
2
（二）遗传标记概念的发展
□ 形态学标记
能用肉眼观察和识别的外部性状。例如，
动物的毛色、角形、耳型、体型、外貌等。此
法简单直观，但标记数目少、多态性低、易受
环境影响。
□ 细胞遗传标记
主要是指染色体核型（染色体的数目、
大小、随体、着丝粒位臵、核仁组织区等）、
带型和数量的变异。此法能反映出染色体结构
和数目的多态性，但由于这些变异往往带来有
害的表型效应，生物难以忍受。
3
□ 免疫遗传标记
以动物的免疫学特征为标记，主要是红细胞抗原多态
性和白细胞抗原多态性。
· 红细胞抗原多态性 —— 血型，以细胞表面的抗原而定
· 白细胞抗原多态性 —— 主要组织兼容性复合体
（ MHC），以白细胞表面的抗原而定。
□ 生化遗传标记（蛋白质多态性标记）
同一种动物中，具有相同功能的蛋白质存在两种以
上的变异体，有些可以用电泳方法区分其中的差异。
4
□ 分子遗传标记
○分子遗传标记是以 DNA多态性为基础的遗传标记，
又称 DNA分子标记或多态性 DNA标记。
○自 20世纪 70年代以来，随着分子生物学的发展，相
继建立了多种分子遗传标记检测技术，例如,RFLP、
VNTR,RAPD,AFLP,SNP等。
○分子遗传标记的特点：遗传多态性高；检测方法简
单快捷；遗传共显性，能分离出等位基因的三种基因型。
5
二、分子遗传标记
（一）限制性片段长度多态性（ restiction
fragment length polymorphism,RFLP）
○ RFLP
RFLP是 1980年建立的第一代分子遗传标记。
原理,用限制性内切酶切割不同个体的 DNA时，如果
存在酶切位点的变化，就会产生长度不同的 DNA片段，电
泳后用克隆探针检测时，就会出现泳动行为的改变。
基本过程,取得 DNA样本 —— 酶切 —— 电泳 —— 转移
至硝酸纤维膜上 —— DNA探针杂交 —— 放射自显影
6
图 7-1 Southern杂交过程
7图 7-2 RFLP检测
8
○ 聚合酶链式反应（ polymerase
chain reaction,PCR）
PCR是 1985年建立的一种体外快速扩增特定基因或
DNA序列的方法。
原理：在反应温度为 90— 95℃ 时,DNA变性成为单链；
反应温度降至 45— 65℃ 时，两种引物与两条单链 DNA退火
而配对结合；反应温度升至 72℃ 左右时，在 TaqDNA聚合酶
作用下，引物以单链 DNA为模板逐步延伸成新的单链。
,变性 —— 退火 —— 延伸”这一循环完成后,DNA复制了
一次，由一个 DNA分子成为两个 DNA分子。
9
图 7-3
DNA
扩增
原理
10
○ PCR— RFLP
如果已知多态性位点周围的 DNA序列，则可用
PCR快速而简单地进行 RFLP分析。
首先根据多态位点两侧序列设计和合成引物；以
基因组 DNA为模板进行 PCR扩增；用相应的内切酶进
行消化；再进行电泳，分析 PCR区带判断多态性。
11图 7-4 PCR— RFLP
12
（二）串联重复序列标记（ tandem repeated
sequence,TRS）
○ 真核基因组序列
单一序列
短片段重复序列（正向重复、反向重复、回文序列）
长片段重复序列（轻度重复、中度重复、高度重复）
13
高度重复序列
卫星 DNA（ satellite DNA） 序列中 G-C含量约 30%，
远低于基因组中主体 DNA （ G-C含量约 42%）。将 DNA切
成片段进行氯化铯密度梯度离心时，由于富含 A-T浮力密
度小，形成一条窄带在主体 DNA外面，故称卫星 DNA。
小卫星 DNA（ minisatellite DNA）
微卫星 DNA（ microsatellite DNA）
14图 7-6 卫星 DNA
15
○ 小卫星标记
小卫星 DNA是一种可变数量的串联重复（ varible
number of tandem repeats,VNTR），在不同个体和基因组
的不同位点上数目都不同。
用内切酶把总 DNA切成不同长度的片段（ VNTR上没
有酶切位点），再以 VNTR中的特殊序列为探针进行
Southern杂交，由于不同个体的这种串联重复的数目及位
臵不同，所以 VNTR的 Southern杂交谱带具有高度的个体特
异性，故又称其为 DNA指纹（ DNA fingerprints）。
16
○ 微卫星标记
微卫星 DNA又称短串联重复序列（ STR），重复单位的核
心序列为 2— 6 bp。
以微卫星 DNA两侧特异性序列设计探针，用 PCR技术扩增
微卫星片段，扩增产物经电泳分离，不同个体因核心序列重
复次数不同而产生 DNA多态性。
17真核生物基因组序列
18一个家系的微卫星 PCR检测结果
19
（三）单核苷酸多态性标记（ single
nucleotide polymorphism,SNP）
SNP与 RFLP,STR等标记不同之处在于不以“长度”
差别为检测手段，而是直接以序列的变异作为标记。
基因组 DNA某一特定的核苷酸位臵上，可能发生单个
碱基的变化，如转换、颠换等，使得群体中基因组的某些位
点上存在差异。
SNP就是指基因组内特定的核苷酸位臵上存在两种以上
不同的核苷酸，其中最少一种在群体中的出现频率不少于
1%（低于 1%则视为突变）。
20
SNP是出现频率最高的标记，人类基因组
中平均每 1000 bp中就有 1个 SNP，总数可达 300
万个。
位于基因表达序列内的 SNP可能会影响蛋白
质的结构和表达水平，对分析基因与性状的关
系有重要意义。
SNP是单碱基突变，任何用于单碱基突变的
技术都可用于 SNP检测，如 RFLP,DNA序列
分析、单链构象多态性（ SSCP）等。最先进
的是微数列矩阵 DNA芯片（ DNA chip）技术。
21
三、分子遗传标记的应用
○个体及亲缘关系的鉴定 DNA指纹
○遗传资源的评估、监测、保护和利用
○基因定位和遗传图谱的构建
○标记辅助选择
22
第二节 基因组作图
一、基本概念
○ 基因组作图主要分两个范畴：遗传作图（ genetics
mapping）和物理作图（ physical mapping）。
○ 作图需要界标（ landmark）或遗传标记（ genetics
marker）。常用的遗传标记（血型、蛋白质多态型、等
位基因、特定的 DNA序列等）在早期构建遗传图时常用
作制图的界标。现在主要采用以下的界标：
限制性片段长度多态性（ RFLP）
微卫星 DNA多态性界标
单核苷酸多态性（ SNP）界标
非多态的短单一序列作为界标
23
二、遗传图
（一）基本概念
应用遗传学技术构建能显示基因以及其它序列特征
在基因组上位臵的图。
方法是以多态的遗传标记作为界标，计算细胞减数
分裂过程中遗传标记之间发生重组的频率，来确定两个
遗传标记在染色体上的相对位臵。
遗传标记之间的相对距离即图距以厘摩（ cM，厘摩
尔根,centi-Morgan）为单位。当两个遗传标记之间的
重组值为 1%时，图距即为 1cM。
24
经典遗传图的作图最常用的是三点测交法。
现代遗传图的概念是于 1980年提出的，就是将单纯的
表型多态性界标改变为以 DNA序列的多态作为作图界标。
各种遗传界标可在国际互联网上可以查阅
（ http://www.gdb.org）。
当用 DNA序列多态作为界标的遗传图时，一但确定该
DNA界标与某一基因的具体位臵，便可分离克隆这个基因。
人类第一张以 RFLP为界标的遗传图发表于 1987年。
25
（二）遗传图的局限性
分辨率有限 高等真核生物子代数量有限，只有少数的减
数分裂事件可供研究，连锁分析的分辨率受很大限制
人类基因组测序要求每 100kb有一个标记,1996年发表的
人类遗传图达到每 0.6Mb一个标记（ 1Mb=1000kb）
精确度较低 假设交换是随机发生的，但由于交换热点的
存在使某一区段的交换频率远高于其它区段，无法绘制精确
的遗传图。
26
三、物理图
（一）基本概念
应用分子生物学技术来直接分析 DNA分子，从而构建能显示包括
基因在内的序列特征的位臵图。
以特定的 DNA序列为界标直接排列在基因组 DNA分子上，这些特
定的 DNA序列可以是多态的（如 RFLP），但主要是非多态的（如
STS,STR,EST）和特定的基因序列等。
物理图中界标之间的距离单位依作图方法而定，辐射育种作图单位
为厘镭（ cR），限制性作图单位元以物理长度，即碱基对数目（ bp、
kb）来表示。
27
（二）作图的基本方法
1,限制性作图 —— 将限制性酶切位点标定在 DNA分
子的相对位臵上。
限制性内切酶有 Ⅰ 型,Ⅱ 型,Ⅲ 型,Ⅰ 型,Ⅲ 型酶
位点特殊性不强,Ⅱ 型专一性很强。
6 bp识别序列的限制性内切酶适用于 50 kb以下的
DNA分子作图。
限制性作图方法是：比较一个 DNA分子被两种酶切
割产生的两套片段。
28图 7-16 限制性内切酶
29
3,序列标记位点（ sequence tagged site,STS）作图 ——
通过 PCR或分子杂交将小段 DNA顺序定位在基因组的 DNA区
段中。是目前用于构建最为详尽的大基因组物理图的主流技术。
○ STS作图原理
STS是一段短的 DNA序列（ 100— 500） bp，每个基因组
只有一个拷贝。
当两个片段含有同一 STS时，可确认这两个片段重叠。
两个不同的 STS出现在同一片段的机会取决于它们在基
因组中的位臵，彼此接近，同时出现在同一片段的机会就大，
反之则小。
两个标记间的图距根据分离频率来计算。
30
○ STS 的种类
⑴ 表达序列标记（ expressed sequence tag,EST），是
从 cDNA克隆中获得的短序列。 EST是获得基因序列的简
捷方法。
⑵ 简单序列长度多态性（ SSLP，小卫星和微卫星）。
⑶ 随机基因组序列，从克隆的基因组 DNA中随机测序
获得。
31
第三节 基因定位方法
? 动物有几十条染色体，有几万个基因，平均每条染色体有
上千个基因。
? 确定基因在哪一条染色体的哪一个座位上就是基因定位。
? 将定位的基因标注在染色体上就可得到基因图（ gene
map）
? 基因定位与基因组作图和基因克隆关系密切：基因定位后
可以作为一个界标；确定基因的位臵后就可按图去分离克隆基因
? 不同生物的基因定位方法不完全相同。
? 基因定位的方法随着遗传学的发展而进步。
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一、质量性状的基因定位
质量性状 —— 从表型上可以明显区分为不同
类型的性状。
（一）家系分析定位法
性连锁分析是最常用的方法。哺乳动物中只出现在雄性的性
状，控制该性状的基因在 Y染色体上。性状出现隔代交叉遗传、
且雄性出现比例高于雌性，则控制该性状的基因在 Y染色体上。
（二）遗传重组值定位法
摩尔根提出的方法，根据基因间的重组值与遗传距离成正比
的原理，采用两点测交和三点测交的方法进行基因定位。
33
（三）体细胞杂交定位法
不同物种细胞融合后，杂种细胞会出现排除某一亲本染
色体的现象，在人鼠杂种细胞常专一性地排除人的染色体。
可以制备含一条（或少数几条）人染色体的杂种细胞。
○ 定位测验法
鉴别杂种细胞中保留了哪些人染色体，测定杂种细胞产
生了哪些基因产物，经分析可将基因定位在哪一条染色体上。
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（四）原位杂交定位
将待定位基因的特定 DNA序列或该基因转录的 RNA作
为探针，在标记了放射性同位素或非放射性化学物质后，
与变性后的染色体 DNA杂交，该探针就会同染色体 DNA与
其互补的序列结合成为双链，通过放射自显影或显色技术，
就可确定探针（即待定基因）在染色体上的位臵。
35
二、数量性状的基因定位
○ 数量性状 —— 由微效多基因控制的呈连
续变异的性状。由于每个基因效应值都较小，无法
阐明单个基因的行为和效应，只能当作一个整体来
分析。同时，对控制数量性状的基因数目不能准确
估计，不能用提供基因的实际位臵和功能上的信息。
随着分子数量遗传学的发展，极大地深化了数
量遗传学的理伦，提供了在 DNA水平研究数量性状
的先进技术。
36
○ 主效基因 —— 对某一数量性状具有很大的效应
的等位基因。由于自发或诱发突变引起明显的形态
学上的变异。如猪的氟烷基因、牛的双肌基因等。
○ 数量性状基因位点（ QTL）
具有相同或相关功能的基因往往分布在某一染
色体区域内，从而形成基因群。控制同一性状的微
效基因可能存在于有限的几个基因群内，而一基因
群占据染色体的一定区域，称作数量性状基因座
（ quantitative trait locus,QTL）
37
? 一些 QTL可以对数量性状有较大的影响（对数量性
状的影响超过表型值方差的 5%），因而具有选择价值
? 一个数量性状往往受多个 QTL的影响，这些 QTL分布
在基因组的不同位臵上。利用特定的遗传标记可以确定
影响某一性状的 QTL在染色体上的数目、位臵及其遗传
效应，这就是 QTL作图或称 QTL定位
? QTL作图原理：利用特定遗传分离群体中的遗传标记
及相应的数量性状观察值，分析遗传标记与性状之间的
连锁关系。如果证明遗传标记与性状连锁，则可认定标
记附近存在一个或几个 QTL
38
QTL作图步骤：
⑴ 构建作图群体 —— 该群体待测的数量性状存在广泛变
异，如 F2群体
⑵ 选用合适的遗传标记 —— 须具备 4个特征：数量丰富，
多态性好，中性，共显性。如 RFLP,AFLP,RAPD、
VNTR,SSR等
⑶ 测定标记的基因型，制作标记的遗传图谱
—— 应含有 P1,P2和杂合型三种带型（即三种基因型）。
⑷ 测量数量性状 —— 测定遗传标记时，测定其数量性状值
⑸ 统计分析 —— 单标记分析、双分子标记分析、多分子标
记分析。
39
定位 QTL主要有两种方法：
基因组扫描 —— 利用遗传上差异较大的品种
进行杂交，跟踪性状和染色体上的标记在多世代
家系中的分离情况。
候选基因法 —— 不需特定品种的杂交，只要
发现一个候选基因位点上存在多态性，便可直接
在商业品系中研究该多态性与目标性状之间的相
关性。
40
QTL的性质
⑴ QTL可能是一个基因，也可能是几个基因；
⑵ 数量性状受为数不多、效应不等的几个 QTL影
响。少数位点对性状变异贡献很大
⑶ 由于不同群体的遗传背景不同，根据不同群体
确定的 QTL会有差异
⑷ 统计分析确定的 QTL的位臵并非物理上的位臵
41
QTL的应用
⑴ 由 QTL得到的遗传图可进一步换算成物理
图，对 QTL进行克隆和序列分析，研究控制数量
性状的基因结构和功能。
⑵ 在育种上进行标记辅助选择，利用标记与性
状的连锁提早进行识别和选择。
⑶ 利用标记与性状的连锁分析，可以提供与杂
种优势有关的信息，鉴定与优势有关的位点，确
定亲本在 QTL上的差异，可能预测杂种优势。
42
第四节 动物基因组学
一、基因组研究的新学科
? 基因组学 （ genomics） —— 研究基因组结构
与功能的分支学科，又分为结构基因组学和功能
基因组学。
? 转录物组学 （ transcriptomics） —— 研究
某一时刻某一细胞里基因组产生的全部转录物的
种类、结构和功能。
? 蛋白质组学 （ proteomics） —— 研究细胞内
全部蛋白质的组成及其活动规律的学科。
? 表型组学 （ phenomics） —— 研究生物体整
个表型形成的机制。
43
二、人类基因组计划
○ 美国于 1990年由能源部和国立卫生研究院起动了
预算耗时 15年、经费 30亿美元的人类基因组计划
○ 2001年 2月 15日，由中、美、英、法、德、日等 6国
科学家组成的, 人类基因组测序国际协作组,,在, 自然,
杂志上发表了关于人类基因组框架图的数据；次日，美国
Celera Genomics公司的也公布了人类基因组框架图的数
据。有关人类遗传本性的, 生命之书, 的诞生，是生命科
学发展史上的一个重要里程碑。
44
○ 人类基因组计划的主要内容
⑴ 基因组作图 —— 绘制遗传图，物理图。
⑵ 测序 —— 测定全基因组 DNA分子的核苷酸序
列，绘制序列图。
⑶ 基因识别 —— 识别出基因序列，设法克隆
基因，研究基因功能。
⑷ 模式生物研究 —— 大肠杆菌、酵母菌、线
虫、果蝇、小鼠等。
⑸ 发展生物信息学和计算生物学
⑹ 基因组对伦理、法律和社会产生的影响
45
三、动物基因组计划及其应用前景
先后开展猪、牛、绵羊、鸡等动物的基因
组研究，目标大致相同。
○ 猪基因组计划的目标
构建遗传图 —— 复盖基因组 90%以上，标记
间距 20cM左右的遗传图；
构建标记位点 —— 每条染色体臂至少一个
远端和近端的标记；
·开发猪染色体激光流动分型技术；
·开发快速测定多态分子的 PCR技术；
·开发和评估用于分析 QTL作图试验数据的统计方
法 ……
46
○ 应用前景
·基因诊断 —— 检测基因型，区分显性纯合体和
带缺陷隐性基因的杂合体，从而淘汰隐性基因。
·标记辅助选择和标记辅助导入基因 ——
标记辅助选择是利用与影响性状紧密连锁的
遗传标记来进行选择。
标记辅助导入基因是指检测杂种后代的基因
型，选留带有所需基因的杂种个体作种用，再与
亲本回交 ……,多次重复可将基因导入。
·研究地方品种种质特性
第八章 动物基因组学基础
第一节 动物遗传标记
一 遗传标记的概念及其发展
（一）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志。
遗传标记是一些等位基因或遗传物质，能在生物体上
以各种形式表现出各种变异。
遗传标记的概念经历了从宏观到微观、从外部到内部、
从蛋白质到 DNA的发展过程。
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（二）遗传标记概念的发展
□ 形态学标记
能用肉眼观察和识别的外部性状。例如，
动物的毛色、角形、耳型、体型、外貌等。此
法简单直观，但标记数目少、多态性低、易受
环境影响。
□ 细胞遗传标记
主要是指染色体核型（染色体的数目、
大小、随体、着丝粒位臵、核仁组织区等）、
带型和数量的变异。此法能反映出染色体结构
和数目的多态性，但由于这些变异往往带来有
害的表型效应，生物难以忍受。
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□ 免疫遗传标记
以动物的免疫学特征为标记，主要是红细胞抗原多态
性和白细胞抗原多态性。
· 红细胞抗原多态性 —— 血型，以细胞表面的抗原而定
· 白细胞抗原多态性 —— 主要组织兼容性复合体
（ MHC），以白细胞表面的抗原而定。
□ 生化遗传标记（蛋白质多态性标记）
同一种动物中，具有相同功能的蛋白质存在两种以
上的变异体，有些可以用电泳方法区分其中的差异。
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□ 分子遗传标记
○分子遗传标记是以 DNA多态性为基础的遗传标记，
又称 DNA分子标记或多态性 DNA标记。
○自 20世纪 70年代以来，随着分子生物学的发展，相
继建立了多种分子遗传标记检测技术，例如,RFLP、
VNTR,RAPD,AFLP,SNP等。
○分子遗传标记的特点：遗传多态性高；检测方法简
单快捷；遗传共显性，能分离出等位基因的三种基因型。
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二、分子遗传标记
（一）限制性片段长度多态性（ restiction
fragment length polymorphism,RFLP）
○ RFLP
RFLP是 1980年建立的第一代分子遗传标记。
原理,用限制性内切酶切割不同个体的 DNA时，如果
存在酶切位点的变化，就会产生长度不同的 DNA片段，电
泳后用克隆探针检测时，就会出现泳动行为的改变。
基本过程,取得 DNA样本 —— 酶切 —— 电泳 —— 转移
至硝酸纤维膜上 —— DNA探针杂交 —— 放射自显影
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图 7-1 Southern杂交过程
7图 7-2 RFLP检测
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○ 聚合酶链式反应（ polymerase
chain reaction,PCR）
PCR是 1985年建立的一种体外快速扩增特定基因或
DNA序列的方法。
原理：在反应温度为 90— 95℃ 时,DNA变性成为单链；
反应温度降至 45— 65℃ 时，两种引物与两条单链 DNA退火
而配对结合；反应温度升至 72℃ 左右时，在 TaqDNA聚合酶
作用下，引物以单链 DNA为模板逐步延伸成新的单链。
,变性 —— 退火 —— 延伸”这一循环完成后,DNA复制了
一次，由一个 DNA分子成为两个 DNA分子。
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图 7-3
DNA
扩增
原理
10
○ PCR— RFLP
如果已知多态性位点周围的 DNA序列，则可用
PCR快速而简单地进行 RFLP分析。
首先根据多态位点两侧序列设计和合成引物；以
基因组 DNA为模板进行 PCR扩增；用相应的内切酶进
行消化；再进行电泳，分析 PCR区带判断多态性。
11图 7-4 PCR— RFLP
12
（二）串联重复序列标记（ tandem repeated
sequence,TRS）
○ 真核基因组序列
单一序列
短片段重复序列（正向重复、反向重复、回文序列）
长片段重复序列（轻度重复、中度重复、高度重复）
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高度重复序列
卫星 DNA（ satellite DNA） 序列中 G-C含量约 30%，
远低于基因组中主体 DNA （ G-C含量约 42%）。将 DNA切
成片段进行氯化铯密度梯度离心时，由于富含 A-T浮力密
度小，形成一条窄带在主体 DNA外面，故称卫星 DNA。
小卫星 DNA（ minisatellite DNA）
微卫星 DNA（ microsatellite DNA）
14图 7-6 卫星 DNA
15
○ 小卫星标记
小卫星 DNA是一种可变数量的串联重复（ varible
number of tandem repeats,VNTR），在不同个体和基因组
的不同位点上数目都不同。
用内切酶把总 DNA切成不同长度的片段（ VNTR上没
有酶切位点），再以 VNTR中的特殊序列为探针进行
Southern杂交，由于不同个体的这种串联重复的数目及位
臵不同，所以 VNTR的 Southern杂交谱带具有高度的个体特
异性，故又称其为 DNA指纹（ DNA fingerprints）。
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○ 微卫星标记
微卫星 DNA又称短串联重复序列（ STR），重复单位的核
心序列为 2— 6 bp。
以微卫星 DNA两侧特异性序列设计探针，用 PCR技术扩增
微卫星片段，扩增产物经电泳分离，不同个体因核心序列重
复次数不同而产生 DNA多态性。
17真核生物基因组序列
18一个家系的微卫星 PCR检测结果
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（三）单核苷酸多态性标记（ single
nucleotide polymorphism,SNP）
SNP与 RFLP,STR等标记不同之处在于不以“长度”
差别为检测手段，而是直接以序列的变异作为标记。
基因组 DNA某一特定的核苷酸位臵上，可能发生单个
碱基的变化，如转换、颠换等，使得群体中基因组的某些位
点上存在差异。
SNP就是指基因组内特定的核苷酸位臵上存在两种以上
不同的核苷酸，其中最少一种在群体中的出现频率不少于
1%（低于 1%则视为突变）。
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SNP是出现频率最高的标记，人类基因组
中平均每 1000 bp中就有 1个 SNP，总数可达 300
万个。
位于基因表达序列内的 SNP可能会影响蛋白
质的结构和表达水平，对分析基因与性状的关
系有重要意义。
SNP是单碱基突变，任何用于单碱基突变的
技术都可用于 SNP检测，如 RFLP,DNA序列
分析、单链构象多态性（ SSCP）等。最先进
的是微数列矩阵 DNA芯片（ DNA chip）技术。
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三、分子遗传标记的应用
○个体及亲缘关系的鉴定 DNA指纹
○遗传资源的评估、监测、保护和利用
○基因定位和遗传图谱的构建
○标记辅助选择
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第二节 基因组作图
一、基本概念
○ 基因组作图主要分两个范畴：遗传作图（ genetics
mapping）和物理作图（ physical mapping）。
○ 作图需要界标（ landmark）或遗传标记（ genetics
marker）。常用的遗传标记（血型、蛋白质多态型、等
位基因、特定的 DNA序列等）在早期构建遗传图时常用
作制图的界标。现在主要采用以下的界标：
限制性片段长度多态性（ RFLP）
微卫星 DNA多态性界标
单核苷酸多态性（ SNP）界标
非多态的短单一序列作为界标
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二、遗传图
（一）基本概念
应用遗传学技术构建能显示基因以及其它序列特征
在基因组上位臵的图。
方法是以多态的遗传标记作为界标，计算细胞减数
分裂过程中遗传标记之间发生重组的频率，来确定两个
遗传标记在染色体上的相对位臵。
遗传标记之间的相对距离即图距以厘摩（ cM，厘摩
尔根,centi-Morgan）为单位。当两个遗传标记之间的
重组值为 1%时，图距即为 1cM。
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经典遗传图的作图最常用的是三点测交法。
现代遗传图的概念是于 1980年提出的，就是将单纯的
表型多态性界标改变为以 DNA序列的多态作为作图界标。
各种遗传界标可在国际互联网上可以查阅
（ http://www.gdb.org）。
当用 DNA序列多态作为界标的遗传图时，一但确定该
DNA界标与某一基因的具体位臵，便可分离克隆这个基因。
人类第一张以 RFLP为界标的遗传图发表于 1987年。
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（二）遗传图的局限性
分辨率有限 高等真核生物子代数量有限，只有少数的减
数分裂事件可供研究，连锁分析的分辨率受很大限制
人类基因组测序要求每 100kb有一个标记,1996年发表的
人类遗传图达到每 0.6Mb一个标记（ 1Mb=1000kb）
精确度较低 假设交换是随机发生的，但由于交换热点的
存在使某一区段的交换频率远高于其它区段，无法绘制精确
的遗传图。
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三、物理图
（一）基本概念
应用分子生物学技术来直接分析 DNA分子，从而构建能显示包括
基因在内的序列特征的位臵图。
以特定的 DNA序列为界标直接排列在基因组 DNA分子上，这些特
定的 DNA序列可以是多态的（如 RFLP），但主要是非多态的（如
STS,STR,EST）和特定的基因序列等。
物理图中界标之间的距离单位依作图方法而定，辐射育种作图单位
为厘镭（ cR），限制性作图单位元以物理长度，即碱基对数目（ bp、
kb）来表示。
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（二）作图的基本方法
1,限制性作图 —— 将限制性酶切位点标定在 DNA分
子的相对位臵上。
限制性内切酶有 Ⅰ 型,Ⅱ 型,Ⅲ 型,Ⅰ 型,Ⅲ 型酶
位点特殊性不强,Ⅱ 型专一性很强。
6 bp识别序列的限制性内切酶适用于 50 kb以下的
DNA分子作图。
限制性作图方法是：比较一个 DNA分子被两种酶切
割产生的两套片段。
28图 7-16 限制性内切酶
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3,序列标记位点（ sequence tagged site,STS）作图 ——
通过 PCR或分子杂交将小段 DNA顺序定位在基因组的 DNA区
段中。是目前用于构建最为详尽的大基因组物理图的主流技术。
○ STS作图原理
STS是一段短的 DNA序列（ 100— 500） bp，每个基因组
只有一个拷贝。
当两个片段含有同一 STS时，可确认这两个片段重叠。
两个不同的 STS出现在同一片段的机会取决于它们在基
因组中的位臵，彼此接近，同时出现在同一片段的机会就大，
反之则小。
两个标记间的图距根据分离频率来计算。
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○ STS 的种类
⑴ 表达序列标记（ expressed sequence tag,EST），是
从 cDNA克隆中获得的短序列。 EST是获得基因序列的简
捷方法。
⑵ 简单序列长度多态性（ SSLP，小卫星和微卫星）。
⑶ 随机基因组序列，从克隆的基因组 DNA中随机测序
获得。
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第三节 基因定位方法
? 动物有几十条染色体，有几万个基因，平均每条染色体有
上千个基因。
? 确定基因在哪一条染色体的哪一个座位上就是基因定位。
? 将定位的基因标注在染色体上就可得到基因图（ gene
map）
? 基因定位与基因组作图和基因克隆关系密切：基因定位后
可以作为一个界标；确定基因的位臵后就可按图去分离克隆基因
? 不同生物的基因定位方法不完全相同。
? 基因定位的方法随着遗传学的发展而进步。
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一、质量性状的基因定位
质量性状 —— 从表型上可以明显区分为不同
类型的性状。
（一）家系分析定位法
性连锁分析是最常用的方法。哺乳动物中只出现在雄性的性
状，控制该性状的基因在 Y染色体上。性状出现隔代交叉遗传、
且雄性出现比例高于雌性，则控制该性状的基因在 Y染色体上。
（二）遗传重组值定位法
摩尔根提出的方法，根据基因间的重组值与遗传距离成正比
的原理，采用两点测交和三点测交的方法进行基因定位。
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（三）体细胞杂交定位法
不同物种细胞融合后，杂种细胞会出现排除某一亲本染
色体的现象，在人鼠杂种细胞常专一性地排除人的染色体。
可以制备含一条（或少数几条）人染色体的杂种细胞。
○ 定位测验法
鉴别杂种细胞中保留了哪些人染色体，测定杂种细胞产
生了哪些基因产物，经分析可将基因定位在哪一条染色体上。
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（四）原位杂交定位
将待定位基因的特定 DNA序列或该基因转录的 RNA作
为探针，在标记了放射性同位素或非放射性化学物质后，
与变性后的染色体 DNA杂交，该探针就会同染色体 DNA与
其互补的序列结合成为双链，通过放射自显影或显色技术，
就可确定探针（即待定基因）在染色体上的位臵。
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二、数量性状的基因定位
○ 数量性状 —— 由微效多基因控制的呈连
续变异的性状。由于每个基因效应值都较小，无法
阐明单个基因的行为和效应，只能当作一个整体来
分析。同时，对控制数量性状的基因数目不能准确
估计，不能用提供基因的实际位臵和功能上的信息。
随着分子数量遗传学的发展，极大地深化了数
量遗传学的理伦，提供了在 DNA水平研究数量性状
的先进技术。
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○ 主效基因 —— 对某一数量性状具有很大的效应
的等位基因。由于自发或诱发突变引起明显的形态
学上的变异。如猪的氟烷基因、牛的双肌基因等。
○ 数量性状基因位点（ QTL）
具有相同或相关功能的基因往往分布在某一染
色体区域内，从而形成基因群。控制同一性状的微
效基因可能存在于有限的几个基因群内，而一基因
群占据染色体的一定区域，称作数量性状基因座
（ quantitative trait locus,QTL）
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? 一些 QTL可以对数量性状有较大的影响（对数量性
状的影响超过表型值方差的 5%），因而具有选择价值
? 一个数量性状往往受多个 QTL的影响，这些 QTL分布
在基因组的不同位臵上。利用特定的遗传标记可以确定
影响某一性状的 QTL在染色体上的数目、位臵及其遗传
效应，这就是 QTL作图或称 QTL定位
? QTL作图原理：利用特定遗传分离群体中的遗传标记
及相应的数量性状观察值，分析遗传标记与性状之间的
连锁关系。如果证明遗传标记与性状连锁，则可认定标
记附近存在一个或几个 QTL
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QTL作图步骤：
⑴ 构建作图群体 —— 该群体待测的数量性状存在广泛变
异，如 F2群体
⑵ 选用合适的遗传标记 —— 须具备 4个特征：数量丰富，
多态性好，中性，共显性。如 RFLP,AFLP,RAPD、
VNTR,SSR等
⑶ 测定标记的基因型，制作标记的遗传图谱
—— 应含有 P1,P2和杂合型三种带型（即三种基因型）。
⑷ 测量数量性状 —— 测定遗传标记时，测定其数量性状值
⑸ 统计分析 —— 单标记分析、双分子标记分析、多分子标
记分析。
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定位 QTL主要有两种方法：
基因组扫描 —— 利用遗传上差异较大的品种
进行杂交，跟踪性状和染色体上的标记在多世代
家系中的分离情况。
候选基因法 —— 不需特定品种的杂交，只要
发现一个候选基因位点上存在多态性，便可直接
在商业品系中研究该多态性与目标性状之间的相
关性。
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QTL的性质
⑴ QTL可能是一个基因，也可能是几个基因；
⑵ 数量性状受为数不多、效应不等的几个 QTL影
响。少数位点对性状变异贡献很大
⑶ 由于不同群体的遗传背景不同，根据不同群体
确定的 QTL会有差异
⑷ 统计分析确定的 QTL的位臵并非物理上的位臵
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QTL的应用
⑴ 由 QTL得到的遗传图可进一步换算成物理
图，对 QTL进行克隆和序列分析，研究控制数量
性状的基因结构和功能。
⑵ 在育种上进行标记辅助选择，利用标记与性
状的连锁提早进行识别和选择。
⑶ 利用标记与性状的连锁分析，可以提供与杂
种优势有关的信息，鉴定与优势有关的位点，确
定亲本在 QTL上的差异，可能预测杂种优势。
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第四节 动物基因组学
一、基因组研究的新学科
? 基因组学 （ genomics） —— 研究基因组结构
与功能的分支学科，又分为结构基因组学和功能
基因组学。
? 转录物组学 （ transcriptomics） —— 研究
某一时刻某一细胞里基因组产生的全部转录物的
种类、结构和功能。
? 蛋白质组学 （ proteomics） —— 研究细胞内
全部蛋白质的组成及其活动规律的学科。
? 表型组学 （ phenomics） —— 研究生物体整
个表型形成的机制。
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二、人类基因组计划
○ 美国于 1990年由能源部和国立卫生研究院起动了
预算耗时 15年、经费 30亿美元的人类基因组计划
○ 2001年 2月 15日，由中、美、英、法、德、日等 6国
科学家组成的, 人类基因组测序国际协作组,,在, 自然,
杂志上发表了关于人类基因组框架图的数据；次日，美国
Celera Genomics公司的也公布了人类基因组框架图的数
据。有关人类遗传本性的, 生命之书, 的诞生，是生命科
学发展史上的一个重要里程碑。
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○ 人类基因组计划的主要内容
⑴ 基因组作图 —— 绘制遗传图，物理图。
⑵ 测序 —— 测定全基因组 DNA分子的核苷酸序
列，绘制序列图。
⑶ 基因识别 —— 识别出基因序列，设法克隆
基因，研究基因功能。
⑷ 模式生物研究 —— 大肠杆菌、酵母菌、线
虫、果蝇、小鼠等。
⑸ 发展生物信息学和计算生物学
⑹ 基因组对伦理、法律和社会产生的影响
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三、动物基因组计划及其应用前景
先后开展猪、牛、绵羊、鸡等动物的基因
组研究，目标大致相同。
○ 猪基因组计划的目标
构建遗传图 —— 复盖基因组 90%以上，标记
间距 20cM左右的遗传图；
构建标记位点 —— 每条染色体臂至少一个
远端和近端的标记；
·开发猪染色体激光流动分型技术；
·开发快速测定多态分子的 PCR技术；
·开发和评估用于分析 QTL作图试验数据的统计方
法 ……
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○ 应用前景
·基因诊断 —— 检测基因型，区分显性纯合体和
带缺陷隐性基因的杂合体，从而淘汰隐性基因。
·标记辅助选择和标记辅助导入基因 ——
标记辅助选择是利用与影响性状紧密连锁的
遗传标记来进行选择。
标记辅助导入基因是指检测杂种后代的基因
型，选留带有所需基因的杂种个体作种用，再与
亲本回交 ……,多次重复可将基因导入。
·研究地方品种种质特性
