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基因定位

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基因组是生物的生殖细胞中所含全部基因的总和。人类基因组具有极其复杂的结构,其编码蛋白质的结构基因大约有100 000个,每个单倍体DNA含有3.2×109bp,分布在24条常染色体和X,Y性染色体上。此外,还含有大量的非编码的重复DNA序列。基因定位(gene location)是用一定的方法将基因确定到染色体的实际位置。这是现代遗传学的重要研究内容之一。将不同的基因确定于染色体的具体位置之后,即可绘制出基因图(gene map)。

有两种基本方式制作人类染色体的基因图:即物理作图和遗传作图。物理作图(physical mapping)是从DNA分子水平制作基因图。它表示不同基因(包括遗传标记)在染色体上的实际距离,是以碱基对为衡量标准,所以物理图谱(physical map)最终是以精确的DNA碱基对顺序来表达,从而说明基因的DNA分子结构。从细胞遗传学水平,用染色体显带等技术在光学显微镜下观察,将基因定位不同染色体的具体区带,又称区域定位(regiona assignmer),而把基因只定位到某条染色体上称为染色体定位(chromosomalassignment)。这个水平上的基因图谱又称细胞遗传图(cytogenetical map)。分辨率可达5Mb至1Mb。遗传作图(geneticmapping)是以研究家族的减数分裂,以了解两个基因分离趋势为基础来绘制基因座位间的距离,它表明基因之间连锁关系和相对距离,并以重组率来计算和表示,以厘摩(cM)为单位。两个遗传座位间1%的重组率即为1厘摩。人类精细的遗传图水平可达1cM即100kb(1Mb)左右。

根据系谱分析和少数血型分析,就可确定某些基因位于X染色体上。X连锁关系确定后,再依重组率计算两者之间的相对距离,便可将两个基因定位于XX染体的相对位置上,1961年红绿色盲就是通过这种方法定位于X染色体上。

1968年Donahue依据系谱分析的原理,第一次将Duffy血型基因定位于第1号常染色体上。它在中期染色体时,发现1号染色体长臂1区的异染色质区有变异特征。继后,他发现在一些家族中,凡是具有这种形态特征的染色体都是Duffy血型者,从而将此血型的基因定位于第1号染色体上。伴随分子生物学和细胞分子遗传学的进展,基因定位的新方法不断出现,特别是体细胞杂交、分子杂交、DNA重组和DNA体外扩增(PCR)等技术后出现与应用,产生了许多定位新技术,如脉冲场凝胶电泳、染色体显微摄影、染色体步移和酵母人工染色体(YAC)克隆等,使基因定位的研究工作得到迅速发展。

自1973年第一次国际人类基因组制图(human genome mapping,HGM)会议召开以来,每隔2-3年就举行一次会议。在第一次HGM会议上,人类基因定位只有31个,而今迅速进展到已定位的基因4000多个,而且有一大批克隆基因和DNA遗传标记被定位,如表7-1所示。这些成果有力地推动了遗传咨询、基因诊断和基因治疗的进展,对医学理论和临床实践的发展起着十分重要的作用。

表7-1 HGM会议定位的克隆基因和DNA多态标记

HGM11(1999年) CCM(1992年) HGM12/CCM93(1993年)
基因总数
克隆基因
多态标记
2778
1524
622
3301
713
4183
3808
850
DNA节段总数
多态标记
克隆DNA
6974
2608
9760
12376
3250
16277
25640
5114
29833
多态标记总数
微卫星
3230
312
3963
812
5964
2427

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