拟南芥图位克隆

拟南芥图位克隆
拟南芥图位克隆

拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种模式植物,具有基因组小(125 Mbp)、生长周期短等特点,而且基因组测序已经完成(The Arabidopsis Genomic Initiative,2000)。同时,拟南芥属十字花科(Cruciferae),具有高等植物的一般特点,拟南芥研究中所获得结果很容易用于其它高级植物包括农作物的研究,产生重大的经济效益,特殊是十字花科中还有许多主要的经济作物,与人类的出产生涯亲密相关,因此目前拟南芥的研究越来越多地受到国际植物学及各国政府的器重。

从遗传学的观点来看,基因克隆的途径可概括为正向遗传学和反向遗传学两种。正向遗传学道路指的是通过被克隆基因的产物或表示型突变去进行;反向遗传学门路则指的是根据被克隆基因在染色体上的位置来实现。固然一些模式生物(如拟南芥)的基因组测序已经完成,但还有40%的基因(在拟南芥中)的功能仍是未知的。

一、图位克隆概述

图位克隆(map-based cloning)又称定位克隆(positional cloning),1986年首先由剑桥大学的Alan Coulson提出(Coulson等,1986),用该方法分离基因是依据目的基因在染色体上的地位进行的,无需预先知道基因的DNA序列,也无需预先晓得其抒发产物的有关信息。它是通过火析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基本。近几年来跟着拟南芥基因组测序工作的实现,各种分子标记的日趋丰盛和各种数据库的完美,在拟南芥中克隆一个基因所需要的尽力已经大大减少了。

目前完成整个拟南芥的图位克隆过程大约需要一年时间。在这个过程中,我们从筛选突变体开端,逐步找到和表型相关的基因。这和反向遗传学的方法正好相反。图位克隆能实现,关键在于全基因组测序打算的完成和各种分子标记的发现。这些数据被贮存在专门的数据库中(表1)(Lukowitz等,2000)。在拟南芥中的图位克隆,在很大程度上得益于对Col-0生态型测序的完成,因为它是在研究拟南芥时最常用的生态型。

表1 拟南芥网络资源网站网址

Supplemental material for this paper ml

Nottingham Stock Centre(U.K.)

Recombinant Inbred map

Ohio Stock Center(U.S.A.)

TAIR database*,homepage

Recombinant Inbred map(mirror site)

CAPS markers

Sequence table l

SNP collection

CEREON collection of polymorphisms

SSLP markers

TIGR,genome annotations

Database of Ler sequences

Kasuza DNA Research Institute,genome annotations

MIPS genome annotations

SINS database of transposon insertions jones/jjhome.htm

*注:The Arabidopsis Information Resource (TAIR)

实现基因图位克隆的症结是筛选与目标基因连锁的分子标记。本质上,分子标记是一个特异的DN *** 段或可能检出的等位基因,对其有效天时用即可达到图位克隆基因之目的。迄今为止,已有几十种技术可用于分子标记的筛选。其中最为常用的是简单序列长度多态性(SSLPs)和单核苷酸多态性(SNPs)。SSLP 是基于PCR的分子标记,在拟南芥基因组中有较多分布,而且是共显性的,它的检测十分直接,但是我们需要设计引物来检测假设的SSLP标记;对SNPs标记的检测也比较直接,它是拟南芥不同生态型之间基因组中的单个核苷酸的差别,这些差异的核苷酸通常位于不编码区域。最常见的用于检测SNPs标记的方法主要是剪切扩增多态性序列(CAPS),它也是基于PCR的。另外,一种更为有效的方法衍生的CAPS(dCAPS)可把任何已知的点突变作为分子标记,只有在PCR是引入不配对的引物,使扩增的序列在一个生态型中拥有制约性酶切位点,而在另毕生态型中没有,以形成多态性。

二、图位克隆的个别进程

图位克隆法随着相关配套技术(序列数据库、分子标记等)的日渐成熟,许多拟南芥及一些农作物的基因已被成功的克隆。因为有了拟南芥的基因组序列和高密度的遗传标记,图位克隆过程就变得相对直接。用一种高效的拟南芥图位克隆方法,从基于Col-0 和Ler遗传背景的突变体动身,我们有可能在大约一年时间内找出与这个突变相关的基因,这其中主要耗时间的是五个植物(拟南芥)的生长周期(我们假定每个周期为两个月)。图位克隆的一般过程如下。

第一步,将突变体植株和另外一个生态型(Col-0或者Ler)的植株杂交。在大多数情况下,用于杂交的突变体植株是作为父本还是母本是没有关系的。然后播种F1代种子。在F1代植物的生长过程中,我们就有可能来对其表现型和基因型进行分析。F1代植物的表型的出现或者消散将显示着我们所研究的突变是显性的还是隐性的。最好通过对一些标记的分析来确认F1代植物是杂合体,而且在杂交过程中我们没有犯过错。当然也有必要确认本来的生态型背景。

第二步,F1代动物自交得到F2代种子,大约收获600个个体以进行突变基因的粗定位(first-pass mapping)。在其成长过程中,咱们可断定其表型,大约有150个个体被以为是纯合体(在隐性突变的情形

下是纯合突变体,在显性突变的情况下是纯合野生型)。然后从这150个个体的叶子或者其它组织中制备DNA用于基因型剖析。起先用散布于拟南芥五条染色体上的25个标记(相邻的两个标记之间大约相距20 cM)进行分析,肯定突变基因是跟哪个或者哪多少个标记是连锁的,而后用三点测交的方式来定义一个包含突变基因的大约20 cM的遗传距离。一旦这样的一个遗传间隔被定义之后,接下来的工作就是引入新的标记把这个距离缩小到大概4 cM。普通来说,应用150个F2代个体是在很大水平上能找到这样一个遗传间隔的,间隔渐变基因最近的两个分子标记将作为侧面标记而用于下面的进一步分析。

第三步,将播种一个更大的F2代群体用于突变基因的精细定位(fine- resolution mapping)。最终目标是将包含突变基因的遗传间隔缩小到40 kb甚至更小(这在拟南芥中大约是0.16 cM)。显然用于作图的F2代植物越多,就越能精确地定位突变基因。一般需要3000~4000个F2代植物个体(包括粗定位时的600个F2代植物个体)来精确地定位突变基因。然而也有许多图位克隆过程用了少于3000个F2代植物个体就成功地定位了突变基因。但是这往往要冒因为作图群体不够大再一次种植F2代植物而延伸整个作图过程的时间的危险。在大约4 cM的遗传间隔内找到与突变革严密连锁的分子标记,正常情况下能在突变两侧找到相距小于40 kb的两个分子标记。一旦这样的两个分子标记被找到之后,就可以通过测序来找到突变基因。一种有效的方法是设计PCR引物来扩增笼罩这40 kb的多个重叠的500 bp的片段。将这些片段测序后拼接起来以得到全部40 kb的序列,然后将它与野生型植物(Col-0或者Ler)的序列进行比对,这就可以找到这个区域中的多个基因。

第四步,从一系列侯选基因中鉴定基因。这是定位克隆技巧的最后一个要害环节。当初最常用的办法是用含有目标基因的大片断克隆如BAC克隆或YAC克隆去筛选cDNA文库,并查问生物数据信息库,待找出侯选基因后,把这些侯选基因进行下列分析以确定目的基因:①准确定位法检查cDNA是否与目标基因共分别;②检讨cDNA时空表白特色是否与表型一致;③测定cDNA序列,查询数据库,以懂得该基因的功能;④筛选突变体文库,找出DNA序列上的变化及与功效的关联;⑤进行功能互补试验,通过转化突变体察看突变体表型是否恢复畸形或产生预期的表型变更。功能互补实验是最直接、终极鉴定基因的方法。利用新兴的RNA烦扰(RNAi)也可有效地确定目标基因。

三、存在的问题

图位克隆也有其本身的局限性,在某些情况下,就很难或者不能通过图位克隆技术来定位基因。

在分析天然发生的变异的时候,日语,我们最有可能碰到的复杂情况是一个给定的性状是由不止一个的基因位点节制的。例如,在Kashmir-1(有抗性的)和Columbia(敏感的)株系之间的杂交实验中,我们发明粉状霉菌抗性基因至少波及三个遗传位点,它们是以附加的方法起作用的。对这些抗性基因中的任何一个作精致定位都请求下降作图群体的遗传庞杂性,例如通过发明只有一个位点坚持多态性的重组近交系。在拟南芥的株系之间杂交时,良多种性状是由一个或多个遗传位点把持的,其中包含开花时光,种子大小,蛰伏,生理节律,次生代谢以及表皮毛的密度。无论何时,当影响这些性状的做作或者引诱的突变被定位的时候,第二位点润饰成分会干扰这些分析。

表观(上位)遗传突变这个术语是描写一个基因在表达和功能上的可遗传改变,而不涉及DNA序列的改变,这是图位克隆工程中又一个可能的复杂情况。已有文献很好地证明的是花发育基因SUPERMAN的后生clark kant等位基因。这些等位基因是可遗传的,但它们不稳固有一个小的回复率。它们在SUPERMAN 基因的DNA序列中都存在类似的胞嘧啶甲基化现象,成果,有可能减少了SUPERMAN基因转录子的表达。它们中没有一个是和SUPERMAN的DNA序列改变接洽在一起的;只管如斯,它们能被带有SUPERMAN基因的转基因所弥补。目前,对这种表观遗传突变是怎么产生的以及它们涌现的频率知道的未几。

对于染色体上位点的物理和遗传距离的比值是变化的。通常这种变化是比较小的,对作图的辨别率也只有较小的影响。但是,有证据表明有些染色体区域是例外的。例如,对GURKE基因的图位克隆就无比难题,这个基因的定位靠近于第一条染色体的着丝粒;在着丝粒附近重组是严厉限制的,使得对它精细定位的努力无效。而且,在这个区域中反复DNA单元的广泛分布使我们识别出分布的单拷贝序列,这些单拷贝序列能产生有疑难的遗传标记。这个发现是经由对第二条染色体上的物理和遗传距离之间的比值的体系地分析之后确认的。对这条染色体的几乎全序列,1%重组的遗传距离相当于100-400 kb的物理距离,平均是250 kb。然而着丝粒区域是一个明显的例外,在这里1%重组的遗传距离相当于1000-2500 kb。看来值得指出的是在现存的物理图谱中,拟南芥的五个着丝粒是没有一个被完全覆盖的。最近对着丝粒区域的分析显示这些区域通常包含重复的DNA和简直不含表达的基因。因此,由于濒临着丝粒,应该没有拟南芥基因是不遵从图位克隆策略的。

除了着丝粒,第二条染色体上也有一个小片段上1%重组的遗传距离相称于1000 kb甚至更多。根据揣测,视察到的低重组率景象可能是因为被用于作图分析的株系的DNA序列的重排。第二和第四条染色体的DNA序列的比拟显示有些基因片段是在这两条染色体之间被复制的(其中一个片段的大小是4.6 mb),还有一个从线粒体基因组向第二条染色体转移的DN *** 段。这些发现明白地证实了拟南芥基因组的构造是能够一直转变的。因而,不同株系之间的遗传变异可能不仅仅是由点突变和DNA重排导致的,这就从基本上给图位克隆工程造成了重大的问题。举例来说,假如在两个株系之间发生倒转的一个大约500 kb的序列被用于构成的一个作图群体,所有发生在这个倒转内的重组事件将发生不育的减数决裂产物。因此,不可能在这个倒转序列内对突变进行作图。到目前为止,发生在常见株系之间的这样的DNA重排还不被报道过,确切应当是这样,由于它们很难被检测到。在一个作图实验中,它们的呈现将很有可能被疏忽直到最后一步。

有时候,T-DNA插入和辐射也被观察到能导致DNA的重排。因此,当被作图的突变是由这些方法产生的时候,相似的艰苦也有可能产生。但在这些情况下,至少有必定的可能性突变是和重排的一个或两个断裂点有关。

四、前景瞻望

目前,在拟南芥中的图位克隆已经不仅仅是一些专一的(和长久的)专家的工作了,而是每个人都能完成的工作。在过去的几年中,产生了很多便宜但功能强盛的工具,同时也有大量的信息被收集在免费的数据库中。利用这些资源,目前大部分的图位克隆工程应该是可以确定的,直接的,也是简单的。随着我们对拟南芥基因组结构和变化的意识的增加,情况将进一步改良,因为这将有助于我们打消部分上面提到的依然存在的复杂情况,或者至少使得它们可被控制。在从前十多年里,拟南芥(Arabidopsis thaliana)遗传学在植物生物化学、生理学、病理学和发育生物学研究中施展着越来越重要的作用。许多研究者想知道某种性状是由那个基因改变产生的。如果突变是由T-DNA或转座子插入引起,插入序列会提供一个直接指向基因的标签。但是绝大多数遗传变异不属于这种情形。由于多种起因,化学诱变剂和辐射广泛用于诱导突变,以EMS为例,它比其他诱变剂更简单易行、效力更高,且能引起单碱基对调换,更有可能产生诸如弱的、显性的或条件等位基因等特别性质突变。除此之外,还有大量的天然突变,并可能反应其DNA序列的渺小变化。在上述情况之下,除定位克隆(positional cloning)外,另无它法选择。但定位克隆始终被认为是一种耗时、费钱的过程。基因组测序规划的完成使这种情况发生极大变化,此命三限,以前染色体步移(chromosome walking)认为是最枯燥辛劳、技术难度大的过程,现在也已不再如此。利用已知的序列信息可极大地进步分子绘图的效率;几乎可用一些分子生物学常规方法,就可在几个月内分离职何突变基因。

一、作图精度(mapping resolution)

与基因标签法(gene tagging)相反,图位克隆(map-based cloning)或定位克隆(positional cloning)实质上是一种间接克隆基因的手段。通过渐进消除基因组的其余无关部门,来逐渐缩小(narrow down)包含突变基因的染色体或DN *** 段。一旦明白了包含突变基因的染色体或DN *** 段,就可用其他手段来找出这个区域的那个基因发生了突变。显然包含突变基因的染色体或DN *** 段间距越小,作图精度越高,基因克隆就越轻易。

在拟南芥上,1%的重组率对应的遗传距离均匀相当于250 kb的物理距离。但遗传距离与物理距离的比率并不稳定,随基因所在染色体的位置及不同作图群体而异。

作图精度重要取决于作图群体的大小。在约1000株拟南芥(约2000个染色体)的作图群体中惯例可到达10-40 kb的作图精度。这样长的典范的DN *** 段包括2-10个基因。

如果包含突变基因的染色体或DN *** 段足够短,这个片段的解释在大多数情况下就可供给足够的信息来抉择候选基因并确定突变等位基因的DNA序列。另外,也可用分子互补(molecular complementation)的方法,通过将野生型DNA的重叠片段转化到突变体中去,以确定那个序列可将突变体恢复到野生型。这种方法对隐性突变体是相称直接的方法,但对于显性或半显性遗传的取得功能突变体(gain-of-function mutant)却存在问题。后者可将显性突变体等位基因转移到野生型,来产生突变体表型以确定。通常是通过与突变体等位基因相干的RFLP来加以鉴定。也可通过扫描完全DN *** 段内由酶解或化学裂解错配碱基(enzymatic or chemical cleavage of mismatched bases)、分析单链构象多态性(single-strand conformational polymorphism,SSCP)、异源双链分析(heteroduplex analysis)或变性HPLC等产生的变异。

二、分子作图的资源与手腕

高精度作图须要高密度的遗传标记。若干拟南芥品系(accession)或生态型(ecotype)足以用来设计高密度分子标志。收集T-DNA系的Wassilewskija(Ws)及收集有多样不同种系的Niederzenz已胜利地用于定位克隆名目。

用于作图最常用的组合是Landsberg erecta × Cloumbia(Ler × Col),这两个品系估量每1000 kb内在4-11个位置存在差别。在Ler ×Col作图群体方面已经积聚了很多可贵的资源。对Cloumbia品系的基因组测序已经完成(The Arabidopsis Genomic Initiative,2000)。在拟南芥种质资源核心(Arabidopsis stock center)储存有包括基因组的和cDNA噬菌体文库、BAC文库、YAC文库,及用于分子互补的可转化人工染色体(transformation- competent artificial chromosomes)文库等。Landsberg erecta品系的序列信息有利于设计新的分子标记。在Cloumbia或Landsberg erecta品系中已诱导出的绝大多数突变(包括表型可见的突变)也可用作分子标记。Landsberg erecta ×Cloumbia杂交已经产生重组体近亲系(recombinant-inbred line),并用来确定约1200个分子标记,其中超过80个分子标记是基于PCR的。

目前普遍用于作图实验的分子标记是简略序列长度多态性(SSLPs)、酶切扩增多态性序列(CAPS)及衍生型CAPS(dCAPS)。这些标记有两个独特特点:①它们都是共显性的,这象征着植株的两套染色体都可分型,并能从作图群体中的收集最大批的信息;②它们都是以PCR为基础的,并且可在琼脂糖凝胶上分析,这使得这些方法简单易行,且价钱廉价。

三、精细作图实验步骤

精密作图试验包括以下几个顺序的步骤:①产生F2作图群体(约4个月);②用分离群体分组混合分析法(bulked segregant analysis,BSA)或混合分群分析法、分离团体混合分析法建立连锁(少于1周);

③鉴定坚固的侧翼PCR标记(少于1个月);④用侧翼标记对大量作图群体(约1000株)进行PCR分析,征集重组体(少于2个月);⑤精密作图,用已知的、自做的或新PCR标记缩短包含突变基因DN *** 段(少于2个月)。

首先突变应与一个或若干个不同的品系杂交,以产生作图群体。倡议筹备多个作图杂交,这样在第一群体中遇到第二位置修饰子的罕见情况可能会用到。一旦得到作图杂交的F2群体,就可以通过鉴定连锁的遗传标记弄清突变的大抵位置。下一步找到相距约5% 重组率的两个标记,QQ空间大图模块使用方法!!!!!!!!!!!!! - 博文预览,并加以确定包含突变基因DN *** 段。利用这些侧翼标记,对大的作图群体进行检测,以寻找突变邻近的重组体。最后,通过产生和分析新的标记,尽可能将包含突变基因DN *** 段缩短。最幻想的是鉴定出除突变外的独一标记。

四、用BSA法检测连锁

BSA法是从近等基因系(近等基因系或NIL,一组遗传背景相同或相近,只在个别染色体区段上存在差异的株系。如果一对近等基因系在目标性状上表现差异,那么,但凡能在这对近等基因系间揭示多态性的分子标记,就可能位于目标基因的四周。因此,利用近等基因系资料,可以寻找与目标基因紧密连锁的分子标记)分析法演变而来的,它战胜了许多作物没有或难以创立相应的NIL的限度,在自交和异交物种中均有广泛的利用远景。对于尚无连锁图或连锁图饱和程度较低的植物,利用BSA法也是进行疾速获得与目标基因连锁的分子标记的有效方法。BSA法根据分组混合的方法不同可分为基于性状表现型和基于标记基因型二种:①基于性状表现型的BSA法。根据目标性状的表现型对分离群体进行分组混合,其基础思维是在作图群体中,依据目标性状表型的相对差异(如抗病与感病),将个体或株系分成两组,然后分别将两组中的个体或株系的DNA混合,造成绝对的DNA池。显然可以推测这两个DNA池之间除了在目标基因座所在的染色体区域的DNA组成上存在差异之外,来自基因组其它局部的DNA组成是完整雷同的,都是该作图群体基因库的一个随机样本。换句话说,两DNA池间差异相当于两近等基因系基因组之间的差异,仅在目标区域上不同,而整个遗传背景是相同的,亦即这是一对近等基因DNA池。因此,在这两个DNA池间表现出多态性的DNA标记,就有可能与目标基因连锁。在检测两DNA池之间的多态性时,通常应以双亲的DNA作对比,日语,以利于对实验结果的准确分析和断定。为了牢靠起见,在用BSA法获得连锁标记后,最好再回到群体上根据分离比例进行验证,同时也可估算出标记与目标基因间的图距。②基于标记基因型的BSA法。是根据目标基因两侧的分子标记的基因型对分离群体进行分组混合的。这种方法合适于目标基因已定位在分子连锁图上,但其两侧标记与目标基因之间相距还较远,需要进一步寻找更为紧密连锁的标记的情况。假设已知目标基因座位于两标记座位A和B之间,记来自亲本1的标记等位基因为A1和B1,来自亲本2的为A2和B2。那么,在某个分离群体(如F2)中,标记基因型为A1B1/A1B1的个体中,目标区段(即标记座位A和B之间的染色体区段)将根本来自亲本1,而A2B2/A2B2个体中的则基原来自亲本2,除非在该区段上发生了双交换,而双交换发生的概率是很小的。因此,可以将群体中具备A1B1/A1B1和A2B2/A2B2基因型的个体的DNA分离混合,形成一对近等基因DNA池,它们只在目标区段上存在差异,而在目标区段之外的整个遗传背景是相同的。这样就为在目标区段上检测多态性的分子标记提供了基础。用两个DNA池分辨作为PCR扩增的模板,利用电泳分析比较扩增产物,寻找两DNA池之间的多态性,就可能在目标区段上找到与目标基因紧密连锁的DNA标记。与前面所说的一样,失掉连锁标记后,还可以进一步分析它在群体中的分离情况,进行验证,并确定它在目标区段中的位置。Goivannoni等(1991)以番

茄第10染色体上一个15 cM的区间和第11染色体上一个6.5 cM的区间作为目标区段,对这一方法进行了验证。这两个区段上存在着掌握番茄落果和成熟性的基因。针对每一区段,用7-14个F2个体构成混合DNA池,用200个随机引物进行筛选。结果发现了三个多态性的标记,其中两个被证明与所选择的区段是紧密连锁的。Goivannoni等还探讨了目标区段的两连锁标记间的最佳的区间长度和混合个体数。研讨表明,随着混合体所含个体数的增加,在混杂体中,个体在目标区间内发生双交换的概率也将增加。在F2群体中,对于5 cM的区间,当混合体所含个体数不超过40时,双交流概率小于10%。当目标区间增大到10 cM时,混合个体数必须小于10,才干保持10%的双交换概率。但是随着样本数的减少,两类混合体间在除目标区段以外的区域出现差异的机遇就会大大增添,从而导致PCR检测时假阳性的增长。因此,Goivannoni 等提议混合体所含个体数应大于5,目标区间的长度应小于15 cM。近等基因系分析法和分离体分组混合分析法只能对目标基因进行分子标记(molecular tagging),但还不能确定目标基因与分子标记间连锁的紧密程度及其在遗传连锁图上位置,而这些信息对于估价该连锁标记在标记帮助选择和图位克隆中的运用价值是十分必须的。因此,在获得与目标基因连锁的分子标记后,还必需进一步利用作图群体将目标基因定位分子连锁图上。

BSA法是对DNA池进行检查,而不是对许多单个样本进行检查,这样就极大地减少了建破连锁所需要的PCR反响次数,因此是一种鉴定与突变遗传连锁的标记的有效方法。当不可能或难以从突变体中提取DNA时,如突变体在胚胎发生早期结束生长,BSA法也可实用。在这种情况下,从纯合的野生型个体中提取DNA池可用于野生型等位基因作图,而不是对突变体等位基因作图。

用于Ler × Col群体的BSA分析的SSLP标记的具体信息(如引物序列,PCR前提,Columbia、Landsberg erecta、Ws品系产生的PCR片段大小)可在拟南芥信息资源(Arabidopsis Information Resource,TAIR)中找到。因为可用同样的PCR计划去扩增全体标记,而且可用同样凝胶分离产物,因此可在数小时内完成BSA分析。

另外一种用最小数量PCR反映树立连锁的方法是,Ponce等(1999)提出的用21个SSLP标记同时候析F2单株的方法。该法用荧光标记引物进行PCR,用主动测序仪分离/检测产物。

五、在突变基因附近搜集重组体

如果已知两个标记紧密连锁,并且在突变基因的两侧,那么就可有效地在大量的作图群体中寻找与突变基因附近重组的染色体。在一个大的F2代群体内,正确的战术能使玩家在战斗中胜利关键,大多数植株在突变基因两侧的标记位点都具有相同的基因型。比方两个标记之间相距5%重组率,1000 株中约有900株(或2000套个染色体中有1800套)预期在两个标记上表现相同的基因型。这些植株既可能在两个标记基因之间没有发生重组,也可能在少数情况下进行了双交换。这些植株对突变基因的作图没有任何意思,可以摒弃而不必进一步分析。这样大量的作图群体只是分析这两个侧翼标记而不作进一步分析,只有少数F2植株显示这两个侧翼标记的不同基因型。显然只有这些植株可能具有突变基因附近重组的染色体,有必要进一步作图应用。

尽管BSA法检测连锁非常有效,但它不能确定染色体上紧密连锁位点之间的次序。这就要用到三点考试材料。为了找到可用于选择(如上所述)重组染色体的侧翼标记,有必要用这个区域的标记检查单个F2植株。约50-100个F2植株群体可进行大约1%重组率的精度作图。为了有效挑选重组染色体,应鉴定两个在技术上稳定,并且相距不到10%的重组率的标记来确定包含突变基因的区段。现存的SSLP和CAPS 数据库中可找到恰当的标记。

用微孔板或微量滴定盘(96-well microtiter plate)与植株逐一对应提取DNA样本,及碱法裂解法提取DNA可使得侧翼标记连锁分析变得更为高效。

六、采取可见或可取舍性标记

上述方法是用分子标记进行的。但有时也可用可见的遗传标记作图,另外,如T-DNA或转座子上存在的抗性基因等显性可选择标记也可用来作图。

七、创造新的分子标记

为了充足利用重组染色体进行精密作图,日语,有必要创造新的分子标记来迫近突变基因。一种方法是采用SSLP标记,因为平均每10或20 kb长的DNA序列内就存在20 bp或更长的单-、双-或三核苷酸重复,这些都是SSLP标记的靶序列。另一种更大的多态性起源是核苷酸交换(nucleotide exchange)提供。对于Ler × Col组合而言,不同数据库贮存的序列信息都可用来寻找这样的多态性。斯坦福DNA序列和技术中央(The Stanford DNA Sequence and Technology Center)搜集了Landsberg erecta和Columbia之间的412份简单核苷酸多态性(simple nucleotide polymorphisms,SNPs)(见Arabidopsis Information Resource,TAIR)。这些多态性全部都经过验证,并曾用于作图。洛克菲勒基因组研究所(the Institute for Genomic Research)也搜集了15000个长度大约500 bp的Landsberg erecta品系的随机序列,这些序列可通过BLAST工具搜寻到。

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功能基因的克隆及其生物信息学分析 摘要:随着多种生物全基因组序列的获得,基因组研究正从结构基因组学(structuralgenomics)转向功能基因组学(functionalgenomics)的整体研究。功能基因组学利用结构基因组学研究获得的大量数据与信息评价基因功能(包括生化功能、细胞功能、发育功能、适应功能等),其主要手段结合了高通量的大规模的实验方法、统计和计算机分析技术[1],它代表了基因分析的新阶段,已成为21世纪国际生命科学研究的前沿。功能基因组学是利用基因组测序获得的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使生物学研究从对单一基因或蛋白的研究转向多个基因或蛋白同时进行系统的研究,是在基因组静态的组成序列基础上转入对基因组动态的生物学功能学研究[2]。如何研究功能基因,也成为我们面临的一个课题,本文就克隆和生物信息学分析在研究功能基因方面的应用做一个简要的阐述。 关键词:功能基因、克隆、生物信息学分析。 1.功能基因的克隆 1.1图位克隆方法 图位克隆又称定位克隆,它是根据目标基因在染色体上确切位置,寻找与其紧密连锁的分子标记,筛选BCA克隆,通过染色体步移法逐步逼近目的基因区域,根据测序结果或用BAC、YAC克隆筛选cDNA表达文库寻找候选基因,得到候选基因后再确定目标基因。优点是无需掌握基因产物的任何信息,从突变体开始,逐步找到基因,最后证实该基因就是造成突变的原因。通过图位克隆许多

控制质量性状的单基因得以克隆,最近也有报道某些控制数量性状的主效基因(控制蕃茄果实大小的基因克隆[3]、控制水稻成熟后稻谷脱落基因克隆[4]以及小麦VRN2基因克隆[5]等)也通过图位克隆法获得。 1.2同源序列克隆目的基因 首先根据已知的基因序列设计PCR引物,在已知材料中扩增到该片段,并经克隆测序验证,利用放射性同位素标记或其他非同位素标记该PCR片段作为探针,与待研究材料的cDNA文库杂交,就可以获得该基因cDNA克隆,利用克隆进一步筛选基因组文库,挑选阳性克隆,亚克隆并测序,从中就可以筛选到该基因的完整序列。 1.3结合连锁和连锁不平衡的分析方法 结合连锁和连锁不平衡的分析方法是未知基因克隆研究领域发展的新方向[6]。(Linkagedisequilibrium,LD)。与连锁分析不同,连锁不平衡分析可以利用自然群体中历史发生的重组事件。历史上发生的重组使连锁的标记渐渐分布到不同的同源染色体上,这样就只有相隔很近的标记才能不被重组掉,从而形成大小不同的单倍型片段(Haplotypeblock)。这样经过很多世代的重组,只有相隔很近的基因,才能仍处在相同的原始单倍型片段上,基因间的连锁不平衡才能依然存在。所以基于连锁不平衡分析,可以实现目的基因的精细定位。林木大多为自由授粉的异交物种,所以连锁不平衡程度很低,林木基因组中的LD可能会仅局限于非常小的区域,这就为目的基因的精细定位提供了可能,结合SNP检测技术,科学家甚至可以将效应位点直接与单个的核苷酸突变关联起来,进行数量性状寡核苷酸

克隆技术简介

克隆技术介绍 张勋学号:160820216 摘要克隆技术是生命科学技术领域里非常重要的部分,随着新时代的到来,克隆技术在人类生产生活中将发挥更加重要的作用。人们享受着克隆技术带来的巨大好处,但与此同时,克隆技术对人类的可持续发展也提出了问题和挑战。本文是通过从实质、方法、应用价值等方面对克隆技术进行一些介绍。 一、克隆技术实质 1963 年J.B.S.Haldane在题为“人类种族在未来二万年的生物可能性”的演讲上采用“克 隆(Clone)”的术语。学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫“克隆”,这门生物技术叫“克隆技术”,其本身的含义是无性繁殖,即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系,该细胞系中每个细胞的基因彼此相同。早在1938年,德国胚胎学家Speman 最早提出克隆设想。1962年,英国剑桥大学的Gurdon进行了青蛙胚胎核移植,获得成年蛙。在经历半个多世纪的研究后,终于在1996年的7月5日,在苏格兰罗斯林研究所中,随着用体细胞克隆出来的小羊多莉的诞生,哺乳动物克隆技术真正的来到我们面前。克隆技术作为人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破,反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步,它对于扩大良种动物群体,提高畜群的遗传素质和生产能力,拯救濒危动物等的方面而言是迄今为止最为理想手段。 克隆也可以理解为复制,就是从原型中产生出同样的复制品,它的外表及遗传基因与原型完全相同,但大多行为思想不同。时至今日,“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”,凡是来自同一个祖先,无性繁殖出的一群个体,也叫“克隆”。这种来自同一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”,简称无性系。简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。克隆是指人工操作动物繁殖的过程,无性繁殖是指:不经过两性生殖细胞的结合由母体直接产生新个体的生殖方式。 植物基因的克隆技术是生命科学研究的重要组成部分,是现代生命科学技术中最核心的内容,它是随着20 世纪70 年代初DNA 体外重组技术的发明而发展起来的,其目标是识别和分离特异基因并获得基因完整序列,确定其在染色体上的位置,阐明其生化功能,并利用生物工程手段应用到生产实践中去。一般来讲,基因克隆的策略可分为两种途径:正向遗传学途径和反向遗传学途径。 正向遗传学途径以待克隆的基因所表现的功能为基础,通过鉴定基因的表达产物或表型性状进行克隆,如功能克隆和表型克隆等;反向遗传学途径则着眼于基因本身特定的序列或者在基因组中的特定位置进行克隆,如定位克隆、同源序列法克隆等;随着DNA测序技术和生物信息学的发展,又产生了电子克隆等新兴克隆技术。目前,在玉米,水稻、油菜、拟南芥、烟草、番茄等多种植物中,已经克隆了许许多多与植物的产量、品质、抗性及农艺性状等相关的基因。现对在植物基因克隆过程中运用的主要技术进行综述,以把握植物基因克隆技术的发展历程,并对未来的发展趋势进行展望。

连续调图像阶调复制的原理

连续调图像阶调复制的原理 连续调图像的明暗层次(阶调),在印刷品上可以通过两种方法来表现。一种是利用墨层厚度的变化,如凹版印刷。一种是利用网点覆盖率,如凸版印刷、平版印刷、孔版印刷等。 一、网点对图像阶调的传递 图3-1中的(A),是一张用制版照相机拍摄的连续调阳图底片,用它晒制出PS版(平版),经过印刷,得到了如图3-1中的(B),底片上的明暗层次全部丢失了,只有黑白之别,这 PS版的和度片中间调相对应的感光层,在晒版时,得不到足够的光量发生光化学反应,显影时被冲掉,形成图像的基础被破坏而造成的。

图3-1 网点对阶调的传递 为了把原稿上图像的明暗层次再现出来,必须制作出加网的阳图或阴图底片,将图像分割成许多不连续的点子,再转晒到印版上,而后用来印刷。印张上单位内,点子的总面积大,则油墨覆盖率高,反射光线少,吸收光线多,使人感到阴暗;印张上单位面积内,点子的总面积小,油墨复盖率低,反射光线多,吸收光线少,给人以明亮的感觉,这样原稿图像的浓淡层次,在印张上便可得到再现。 原版上的眯,中网技术形成的,叫做网点。在凸版、平版、孔版等印刷中,网点是构成连续调图像的基本印刷单元。通过图像处理,在印刷品上由这种图像单元与空白的对比,达

到再现连续调的效果。 二、网点的特性 在印刷图像处理中,按照加网的方法,分为AM网点和FM网点。 (一)ATM网点 ATM网点是传统的最常用的网点,也叫调幅网点。一般是在照相机上,利用网屏或在电子分色要上,通过网点发生器,用激光束进行电子加网形成的。 网屏有玻璃网屏和接触网屏,如图3-2所示。由于网屏的网孔呈现有序的排列,因此,形成的网点在空间的分布不仅有规律,而且单位面积内网点的数量是衡定不变的,原稿上图像的明暗层次,依靠每个网点面积的变化,在印刷品上得到再现。对应于原稿墨色深的部位印刷。 玻璃网屏 接触网屏 图3-2 品上网点面积大,接受的油墨最多;对应于原稿墨色浅的部位,印刷品上网点面积小,接受的油墨量少,这样便通过网点的大小反映了图像的深浅。 1.网点覆盖率

基因图位克隆的策略与途径

基因图位克隆的策略与途径 拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种模式植物,具有基因组小(125 Mbp ) 、生长周期短等特点,而且基因组测序差不多完成 (The Arabidopsis Genomic Initiative, 2000)。同时,拟南芥属十字花科(Cruciferae),具有高等植物的一样特点,拟南芥研究中所取得成果专门容易用于其它高等植物包括农作物的研究,产生重大的经济效益,专门是十字花科中还有许多重要的经济作物,与人类的生产生活紧密有关,因此目前拟南芥的研究越来越多地受到国际植物学及各国政府的重视。 基因(gene是遗传物质的最差不多单位,也是所有生命活动的基础。不论 要揭示某个基因的功能,依旧要改变某个基因的功能,都必须第一将所要研究的基因克隆出来。特定基因的克隆是整个基因工程或分子生物学的起点。本文就基因克隆的几种常用方法介绍如下。 1 、图位克隆 Map-based cloning, also known as positional cloning, first proposed b y Alan Coulson of the University of Cambridge in 1986, Gene isolated b y this method is based on functional genes in the genome has a relativel y stable loci, in the use of genetic linkage analysis or chromosomal abnor malities of separate groups will queue into the chromosome of a specific location, By constructing high-density molecular linkage map, to find mole cular markers tightly linked with the aimed gene, continued to narrow the candidate region and then clone the gene and to clarify its function and biochemical mechanisms. 用该方法分离基因是按照目的基因在染色体上的位置进行的,无需预先明白基因的DNA 序列,也无需预先明白其表达产物的有关信息。它是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基础。近几年来随着拟南芥基因组测序工作的完成,各种分子标记的日趋丰富和各种数据库的完善,在拟南芥中克隆一个基因所需要的努力差不多大大减少了(图1)。

数字图像处理

数字图像处理(MATLAB版) 实验指导书 (试用版) 本实验指导书配合教材和课堂笔记中的例题使用 姚天曙编写 安徽农业大学工学院 2009年4月试行

目录 实验一、数字图像获取和格式转换 2 实验二、图像亮度变换和空间滤波 6 实验三、频域处理7 实验四、图像复原9 实验五、彩色图像处理10 实验六、图像压缩11 实验七、图像分割13 教材与参考文献14

《数字图像处理》实验指导书 实验一、数字图像获取和格式转换 一、实验目的 1掌握使用扫描仪、数码相机、数码摄像级机、电脑摄像头等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法; 2修改图像的存储格式;并比较不同压缩格式图像的数据量的大小。 二、实验原理 数字图像获取设备的主要性能指标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率(色彩位数)、扫描幅面和接口方式等。各类设备都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。分辨率的单位是dpi,dpi是英文Dot Per Inch的缩写,意思是每英寸的像素点数。 扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上,原稿可以是文字稿件或者图纸照片;然后启动扫描仪驱动程序后,安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。为了均匀照亮稿件,扫描仪光源为长条形,并沿y方向扫过整个原稿;照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙,形成沿x方向的光带,又经过一组反光镜,由光学透镜聚焦并进入分光镜,经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上,CCD将RGB光带转变为模拟电子信号,此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。至此,反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号,最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息,随着沿y方向的移动,在计算机内部逐步形成原稿的全图。扫描仪工作原理见图1.1。

《图像处理及制版原理》复习重点

《图像处理及制版原理》复习重点 1.图像的定义和分类; 2.网点的类型和特点; 3.调幅:网点面积率、加网线数、网点形状、网线角度的概念; 4.调频:网点直径、综合积分面积率; 5.网点特性对图像复制的影响:网点传递、网线角度安排、龟纹和玫瑰斑的区 别、MD方程、网点扩大的类型和相关因素; 6.阶调和层次概念、层次曲线、曲线数据值和斜率(导数)的意义; 7.分色概念、分色方法基本类型(密度法/色度法)、UCR/GCR概念、相同和差异; 8.中性灰平衡的概念; 9.RIP的任务和作用; 10.图像数字化概念、采样定理; 11.图像输入设备(扫描仪/数字相机)的类型、特点、工作原理、光电转换器件的 类型; 12.扫描分辨率、数字相机的分辨率:扫描分辨率或图像采集像素数与印刷尺寸 关系的计算、像素面积的计算、数字相机像素数与图像质量的关系; 13.图像像素数、图像数据量的计算(按图像色彩模式、像素行列数等); 14.图像灰度阶调分布类型(高调、低调、中调、高低调)、分布频率的计算; 15.图像层次曲线处理的查找表(LUT)方法; 16.JPEG图像压缩的基本方法和手段; 17.色彩管理的目的和基本原理、色彩传递偏差的来源(输入设备和印刷过程)、 色域压缩/剪裁的几种方式(可感知、相对色度、绝对色度); 18.记录设备的类型、工作原理概述、计算机直接制版与激光照排技术的差别; 19.电子雕刻机的基本工作原理、凹版类型及其网穴特点; 20.记录分辨率、记录光斑尺寸; 21.记录网点图像的层次级数与记录分辨率、加网线数的关系; 22.滚筒型记录设备输出速度的计算。 23.记录网点面积率误差的补偿的基本方法(不要求计算); 24.数字调幅加网的基本原理、RTS与超细胞加网技术的特点。

拟南芥的图位克隆技术

拟南芥基因的图位克隆技术 浙江大学生命科学学院徐冰 浙江杭州310029 1 国内外研究现状 拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种模式植物,具有基因组小(125 Mbp)、生长周期短等特点,而且基因组测序已经完成(The Arabidopsis Genomic Initiative, 2000)。同时,拟南芥属十字花科(Cruciferae),具有高等植物的一般特点,拟南芥研究中所取得成果很容易用于其它高等植物包括农作物的研究,产生重大的经济效益,特别是十字花科中还有许多重要的经济作物,与人类的生产生活密切相关,因此目前拟南芥的研究越来越多地受到国际植物学及各国ZF的重视。 从遗传学的观点来看,基因克隆的途径可概括为正向遗传学和反向遗传学两种。正向遗传学途径指的是通过被克隆基因的产物或表现型突变去进行;反向遗传学途径则指的是依据被克隆基因在染色体上的位置来实现。虽然一些模式生物(如拟南芥)的基因组测序已经完成,但还有40%的基因(在拟南芥中)的功能还是未知的。 图1 图位克隆所需努力的比较(1995年和2002年)(Jander等,2002) 图位克隆(map-based cloning)又称定位克隆(positional cloning),1986年首先由剑桥大学的Alan Coulson提出(Coulson等,1986),用该方法分离基因是根据目的基因在染色体上的位置进行的,无需预先知道基因的DNA序列,也无需预先知道其表达产物的有关信息。它是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基础。近几年来随着拟南芥基因组测序工作的完成,各种分子标记的日趋丰富和各种数据库的完善,在拟南芥中克隆一个基因所需要的努力已经大大减少了(图1)。 目前完成整个拟南芥的图位克隆过程大约需要一年时间。在这个过程中,我们从筛选突变体开始,逐渐找到和表型相关的基因。这和反向遗传学的方法正好相反。图位克隆能实现,关键在于全基因组测序计划的完成和各种分子标记的发现。这些数据被储存在专门的数据库中

基因克隆技术的研究进展_钟军

第6卷第4期(专辑) 2002年12月 生命科学研究 Life Science Research Vol.6No.4(Suppl.) Dec.2002基因克隆技术的研究进展X 钟军,李,官春云 (湖南农业大学油料作物研究所,中国湖南长沙410128) 摘要:为能快速而准确地克隆目的基因,综述了一些基因克隆常用技术,包括差异表达基因分离技术、转座子标签技术、图位克隆技术、同源序列技术、表达序列标签技术的原理、应用及应用潜力,并对其作了简要的评价. 这些技术有利有弊,应根据不同的实验目的和水平来选择相应的技术. 关键词:基因;克隆;差异表达基因分离技术;转座子标签技术;图位克隆技术;同源序列技术;表达序列标签技术 中图分类号:Q78文献标识码:A文章编号:1007-7847(2002)S1-0148-05 Advances in Gene Cloning Technique ZHONG Jun,LI Xun,GUAN Chun-yun (T he Oil Crop Institute of H unan Agriculture University,Chan gsha410128,H unan,China) Abstract:To clone candidate gene quickly and correctly,advances about gene cloning included map-based cloning, transposon tagging,homology-based candidate gene method,expressed sequence tagging methods and some differen-tially expressed gene clone method are introduced and appraised.Because of the advantages and disadvanta ges of those techniques,various technique should be selected according special purpose and level. Key words:gene;clone;differentially e xpressed gene clone method;transposon tagging;map-based cloning;ho-mology-based candidate gene method;e xpressed sequence ta gging method (Li f e Science Research,2002,6(Suppl):148~152) 克隆基因的途径有两种,正向遗传学和反向遗传学途径.前者是依据目标基因所表现的功能为基础,通过鉴定其产物或某种表型突变而进行的;后者则着眼于基因本身,通过特定的序列或在基因组中的位置进行.近几十年来,许多重点实验室致力于植物基因的克隆,到1992年取得了突破性进展.基因的克隆一般采用下列技术:差异表达基因分离技术、转座子标签技术、表达序列标签技术、图位克隆技术和同源序列技术等. 1差异表达基因分离技术 1.1扣除杂交技术 扣除杂交技术的原理是用有特异性表达基因的目标样提取mRNA经逆转录形成cDNA探针,与无特异性表达基因的参照样的过量mRNA或cDNA杂交,经两轮充分杂交后,移去杂交分子和过量的无特异性表达基因的参照样mRNA或cD-NA,将不形成杂交体的有特异性表达基因的目标样cDNA纯化富集、扩增,建立相应cDNA文库即为差异表达基因cDNA文库.此技术最早是由Lamar和Palmer于1984年提出[1],他们先用超声波打断雌性小鼠的DNA,用Mbo1完全消化雄性小鼠DNA;将两者一起变性、复性,再将产物克隆入表达载体的Bam H I位点中,只有那些两端有GATC序列的基因才能被克隆入载体,这样就达到了扣除两者共有序列的目的,并得到雄性小鼠 X收稿日期:2002-06-11;修回日期:2002-10-14 作者简介:钟军(1973-),女,湖南沅江人,博士研究生,从事分子遗传学研究.Tel:+86-0731-*******,E-mail:zhhjp@s https://www.360docs.net/doc/ee7878928.html,

基因图位克隆的策略与途径拟南芥

基因图位克隆的策略与途 径拟南芥 Ting Bao was revised on January 6, 20021

拟南芥基因克隆的策略与途径 拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种模式植物,具有基因组小(125 Mbp)、生长周期短等特点,而且基因组测序已经完成(The Arabidopsis Genomic Initiative, 2000)。同时,拟南芥属十字花科(Cruciferae),具有高等植 物的一般特点,拟南芥研究中所取得成果很容易用于其它高等植物包括农作物的研究,产生重大的经济效益,特别是 十字花科中还有许多重要的经济作物,与人类的生产生活密切相关,因此目前拟南芥的研究越来越多地受到国际植物 学及各国政府的重视。 基因(gene)是遗传物质的最基本单位,也是所有生命活动的基础。不论要揭示某个基因的功能,还是要改变某个基因的 功能,都必须首先将所要研究的基因克隆出来。特定基因的克隆是整个基因工程或分子生物学的起点。本文就基因克隆 的几种常用方法介绍如下。 1、图位克隆 Map-based cloning, also known as positional cloning, first proposed by Alan Coulson of the University of Cambridge in 1986, Gene isolated by this method is based on functional genes in the genome has a relatively stable loci, in the use of genetic linkage analysis or chromosomal abnormalities of separate groups will queue into the chromosome of a specific location, By constructing high-density molecular linkage map, to find molecular markers tightly linked with the aimed gene, continued to narrow the candidate region and then clone the gene and to clarify its function and biochemical mechanisms.图位(map-based clonig)又称克隆(positoinal cloning),1986年首先由剑桥大学的Alan Coulson提出。用该方法分离基因是根据功能基因在中都有相对较稳定的基因座,在利用分离群体的遗传连锁分析或将基因伫到染色体的1 个具体位置的基础上,通过构建高密度的分子连锁图,找到与目的基因紧密连锁的分子标记,不断缩小候选区域进而克隆该基因,并阐明其功能和生化。 用该方法分离基因是根据目的基因在染色体上的位置进行的,无需预先知道基因的DNA序列,也无需预先知道其表达产物的有关信息。它是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基础。近几年来随着拟南芥基因组测序工作的完成,各种分子标记的日趋丰富和各种数据库的完善,在拟南芥中克隆一个基因所需要的努力已经大大减少了(图1)。

图位克隆基因研究进展

图位克隆基因研究进展 宋成标 摘要图位克隆是在不清楚基因产物结构和功能的情况下,根据基因在染色体上都有稳定的基因座实现的。随着各种分子标记技术和高质量基因组文库构建技术的发展,图位克隆现已经成为分离生物体基因的一种常规技术。本文主要概述了图位克隆的一般步骤,包括目的基因的初步定位、精细定位和遗传做图、染色体步行和登陆及利用功能互补实验鉴定目的基因。最后,对图位克隆技术存在的局限和发展前景作了初步的分析。 关键词图位克隆, 分子标记, 精细定位, 基因组文库 Abstract Map-based cloning is based on the functional genes have their particular gene locus on chromosomes,when we know about the structure and function of gene products unclearly.With the rapid development of molecular marker technologies and constructing high quality genomic library technologies, map-based cloning had already become a common bio—technique for gene isolation. This article summarized mainly the processes of the map-based cloning in principle,including first-pass mapping of candidate gene、fine scale-mapping and building genetic map、chromosome walking or landing and finally complement experiment for identifing candidate gene. Finally the problems and the prospects in the map-based cloning are analyzed Keywords Map-based cloning, Molecular marker, Fine maping, Genomic library 从遗传学观点来看,基因克隆有两条途径:正向遗传学途径和反向遗传学途径。正向遗传学途径指的是通过被克隆基因的产物或表型突变去进行,如传统的功能克隆及近年来迅速发展的表型克隆;反向遗传学途径是根据被克隆的目的基因在染色体上都有稳定的位置来实现的。由于在多数情况下,我们并不清楚基因产物的结构和功能,很难通过正向遗传学途径克隆基因,而反向遗传学途径则显示了较好的前景。其中可以利用的主要有三种方法,分别是转座子标签法、随机突变体筛选法和图位克隆法。转座子标签法中受转座子的种类、转座频率及有些植物存在内源转座子等的影响,随机突变体筛选法则随机性较大且不能控制失活基因的种类和数量等,限制了它们的应用。图位克隆(map-based cloning)又称为定位克隆(positional cloning),1986年首先由剑桥大学的Coulson 等提出,用该方法分离基因是根据目的基因在染色体上的位置进行的,无需预先知道基因的DNA序列,也无需预先知道其表达产物的有关信息。它是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基础。随着模式物种(拟南芥、水稻)全基因组测序的完成,各种分子标记技术的发展促进了高密度分子标记连锁图谱的建立和各种数据库的完善。图位克隆技术越来越成熟,已经成为分离生物基因的一种常规方法。本文将对图位克隆技术的相关策略作一介绍。 1图位克隆的策略 自1992年图位克隆技术首次在拟南芥中克隆到ABI3(Girauda et al., 1992)基因和F AD3 (Arondel et al., 1992)基因以来,图位克隆技术在其它相关技术快速发展的支持下迅速发展起来。它是依据功能基因在生物基因组中都有相对稳定的基因座,在利用分子标记技术对目的基因进行精细定位的基础上,用与目的基因紧密连锁的分子标记筛选已构建的DNA文库(如Cosmid、YAC、BAC等文库),构建出目的基因区域的遗传图谱和物理图谱,再利用此物理图谱通过染色体步行、跳跃或登陆的方式获得含有目的基因的克隆,最后通过遗传转化和功能互补实验来验证所获得的目的基因(图1)。 初步定位(First-pass maping)-------构建遗传图谱(constructing genetic map)-----精细定位(fine maping)---------构建物理图谱( constructing physical map)------染色体步移、登陆(chromosomal walking、landing)-------确定侯选基因(Consider candidate genes)----遗传互补验证目的基因(Through genetic complementation (transformation) to identify candidate gene)(请帮我画一个简易图表,把内容填进去) 图1 图位克隆的主要步骤 Figure 1 Key steps in map-based cloning process

功能基因的克隆及生物信息学分析

功能基因的克隆及其生物信息学分析 摘要:随着多种生物全基因组序列的获得,基因组研究正从结构基因组学(structural genomics)转向功能基因组学(functional genomics)的整体研究。功能基因组学利用结构基因组学研究获得的大量数据与信息评价基因功能(包括生化功能、细胞功能、发育功能、适应功能等),其主要手段结合了高通量的大规模的实验方法、统计和计算机分析技术[1],它代表了基因分析的新阶段,已成为21世纪国际生命科学研究的前沿。功能基因组学是利用基因组测序获得的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使生物学研究从对单一基因或蛋白的研究转向多个基因或蛋白同时进行系统的研究,是在基因组静态的组成序列基础上转入对基因组动态的生物学功能学研究[2]。如何研究功能基因,也成为我们面临的一个课题,本文就克隆和生物信息学分析在研究功能基因方面的应用做一个简要的阐述。 关键词:功能基因、克隆、生物信息学分析。 1.功能基因的克隆 1.1 图位克隆方法 图位克隆又称定位克隆,它是根据目标基因在染色体上确切位置,寻找与其紧密连锁的分子标记,筛选BCA克隆,通过染色体步移法逐步逼近目的基因区域,根据测序结果或用BAC、YAC克隆筛选cDNA表达文库寻找候选基因,得到候选基因后再确定目标基因。优点是无需掌握基因产物的任何信息,从突变体开始,逐步找到基因,最后证实该基因就是造成突变的原因。通过图位克隆许多控制质量性状的单基因得以克隆,最近也有报道某些控制数量性状的主效基因(控制蕃茄果实大小的基因克隆[3]、控制水稻成熟后稻谷脱落基因克隆[4]以及小麦VRN2 基因克隆[5]等)也通过图位克隆法获得。

基于光谱的颜色复制技术_王海文

工艺与技术 9 开创印刷颜色复制历史的新纪元。 件的解码,从而以多通道的方式显示在成像设备上, 不考虑“真实”的 颜色复制 考虑“近似真实”的 颜色复制 考虑“色度真实”的 颜色复制 考虑“色貌真实”的 颜色复制考虑“人文真实”的 颜色复制 原始印刷近代印刷现代印刷原始颜色复制经验色彩管理现代色彩管理光谱颜色复制 融合颜色复制 当代印刷(高保真)未来印刷图1 印刷颜色复制发展历程示意

工艺与技术 2007.53)多光谱颜色复制的工艺流程:多光谱颜色复制的基本工艺流程为:首先经多光谱相机获取原稿或实物的多光谱数字图像和高分辨率图像,而后把两种图像进行融合,并进行光谱数据的重建,然后把数据传输至输出端,并进行数据的解码,最后据光源 多光谱数据的编码 数据的解码及控制 多光谱相机 数据的传输 多通道显示 多光谱滤色片 图2 多光谱颜色复制原理 图3 孟塞尔实验室基于多光谱技术的颜色复制流程 多光谱数字图像 的获取 高分辨率图像 色度和色貌 变换图像融合 光谱重建 色域映射显示器特性化 普通打印机特性化 基于光谱打印分离的最小同 色异谱多原色直接数字打印 开放式通道

工艺与技术 《丝网印刷》征稿启事 《丝网印刷》主要报道国内外网印及制像业的新工艺、新材料、新设备和新技术,沟通国内外供需 信息,辟有工艺与技术、材料与设备、数字化技术、业者论坛、行业展望、新技术园地、技术讲座、经 验谈、初学者等栏目。热忱欢迎全国各地网版印刷、数码印刷、 标牌制作、广告制作、包装印刷、特种印刷的专家、企业管理 者、工程技术人员和生产操作人员踊跃投稿。 来稿要求和注意事项:1.文稿务求具有实用性及可读性,观 点明确,数据准确,行文简明流畅,长短不限;2.文稿请用方格 纸书写或用计算机打印,也可发送电子邮件,如有可能请提供与 文章相关的图片或照片;3.编译文稿请提供原文;4.来稿请自 留底稿,一般不退稿。稿件请注明作者的详细地址、邮编、联系 电话及身份证号码;5.切忌一稿两投。来稿一经刊用,稿酬从优, 并寄赠当期样刊2本。

水稻基因的图位克隆技术

水稻基因的图位克隆技术 吴自明 (江西农业大学,作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室,农业部双季稻生理生态与栽培重点实验室,江西省作物生理生态与遗 传育种重点实验室,江西南昌330045) 摘要 综述了水稻图位克隆技术的原理、技术环节及其在水稻基因克隆上的应用,分析了当前存在的主要问题,并对其应用前景作出了展望。 关键词 水稻;图位克隆;基因 中图分类号 S 511 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)34-14905-02 Map based C lo ning T echnique of R ice Genes WU Zi m ing (Key Laboratory of C rop Ph ysiology,Ecol ogy and Genetic B reeding,Mi nistry of Ed ucation,Key Laboratory of Ph ysiology,Ecology and C ultivati on of Double C roppin g Rice,Mini stry of Agriculture,Key Lab oratory of Crop Physi ology,Ecology an d Genetic Breedin g of Jian gxi Province,Jiangxi Agricultural Uni versi ty,Nanchang,Jiangxi 330045)Abstract The p rinciple an d tech nical links of m ap based gene cloni ng techniq ue i n rice an d its applications in the gene cloni ng of rice were s um ma rized .And the mai n existing problems at present were analyzed .And its applicati on foregrou nd was p redicted.Key w ords Rice;Map based cloni ng;Gene 基金项目 江西省教育厅项目(GJJ09477);江西农业大学博士启动基 金;江西农业大学校自然科学基金。 作者简介 吴自明(1974-),男,江西鄱阳人,副教授,从事植物分子 生物学研究。 收稿日期 2008 10 06 近年来,水稻基因组研究进展非常迅速,高密度遗传图谱和物理图谱的构建,全基因组序列的公布,数以万计ES T 、全长c DN A 等序列及功能分析数据的释放以及新型水稻分子标记及其高效检测技术的发展等,为基因的图位克隆带来了新的思路和方法。同时,这些新的进展也能够使基因的精细定位和物理图谱构建等相关工作大大简化,使基因的图位克隆朝着更加简便、快速的方向发展。1 图位克隆技术原理 图位克隆(Ma p based Cloning)又称定位克隆(Positional Cloning),1986年首先由剑桥大学的Alan Co ulson 提出[1]。用该方法分离基因是根据目的基因在染色体上的位置进行,无需预先知道基因的D N A 序列,也无需预先知道其表达产物的有关信息,而是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基础。实现基因图位克隆的关键是筛选与目标基因连锁的分子标记。 近几年来,水稻各种分子标记的日趋丰富和各种数据库的日趋完善,在很大程度上得益于以粳稻日本晴和籼稻9311为代表的基因组测序的完成[2-3]。目前已有几十种技术可用于分子标记筛选,其中最常用的是简单序列长度多态性(SSLPs)、单核苷酸多态性(SNPs)和插入缺失多态性(Inser tio n/Deletio n,InDel)[4-7]。Shen 等利用日本晴和9311基因组序列构建了水稻基因组水平的D NA 多态性数据库,其中包括1703176个单核苷酸多态性(Single Nucleo tide Polymor phis m,SNP)和479406个插入缺失多态性(InDel)[8]。Fe ltus 等通过对除去多重拷贝序列及低质量序列后的日本晴和9311基因组草图的比对分析,得到408898个D N A 多态性,包括SNP 和单碱基I nD el [9],这些差别的核苷酸通常位于非编码区[10]。 目前,常把SNP 多态性转化成基于P CR 的剪切扩增多态性(Cle ave d Amplified P olymorphic Se que nc es,CAPS)或CAPS 衍生的dCAPS 标记[11-12]。CAPS 标记是PCR 反应和酶切相结 合产生的一种分子标记。如果不同材料间在PCR 扩增区域有S NP 位点,且该位点是限制性内切酶作用位点,那么不同 材料的PCR 扩增产物经特定的酶切后,再进行琼脂糖凝胶电泳就会表现多态性。当SNP 恰好位于限制性酶切位点比较少时,这种情况可以在CAPS 标记的基础上通过在扩增引物中引入错配碱基,则可以结合SNP 位点引入新的限制性内切酶作用位点,产生和CAPS 标记类似的多态性,这就是dCAPS 的方法。用CAPS 或dCAPS 的方法则可以将几乎所有的SNP 位点转化成以P CR 为基础的分子标记[12] 。 2 图位克隆技术环节 2.1 构建遗传作图群体 对于基因图位克隆而言,构建特殊的遗传作图群体是筛选与目标基因紧密连锁分子标记的关键环节。常用的作图群体有F 2、近等基因系、重组自交系等群体,水稻常用F 2群体。创建F 2群体应注意优先选择基因组已测序的日本晴、9311和培矮64S 等品种为亲本之一。2.2 基因初定位 一般说来,当标记为显性遗传时,欲获得最大遗传信息量的F 2群体,需借助于进一步子代测验,以分辨F 2中的杂合体。为此,Mic helmo re 等发明分离群体分组分析法(Bulke d Se gre ga nt Ana lysis,BS A)以筛选目标基因所在局部区域的分子标记[13]。其原理是将目标基因的F 2(或BC)代分离群体各个体仅以目标基因所控制的性状按双亲表型分为2群,每一群中各个体D N A 等量混合,形成2个D N A 混合池(如抗病和感病、不育和可育),并且用目的基因附近的所有分子标记对混合D NA 样品池进行分析,根据所有池中包含有交换的DN A 池的比例来确定与目的基因连锁最紧密的分子标记和目的基因附近所有分子标记的顺序。混合样品作图可以极大提高分子标记分析效率,减小D NA 提取工作量。 2.3 基因精细定位 一旦把目标基因初步定位在2个标记之间后,就可以从国际水稻基因组测序计划(IRG SP)公布的序列中下载这2个标记区域的部分P AC/BAC 克隆序列。利用软件SSRI T 搜索克隆序列中的微卫星序列,然后选择合适的微卫星序列进行特异PCR 引物的设计。也可以直接借助于公共数据库的序列进行比较,如寻找R GP 基因组数据库(粳稻)与中国华大基因组数据库(籼稻)的单核苷酸多态性(SNP)序列差异,设计CAPS 或dCAPS 标记和插入/缺失多态 安徽农业科学,J ou rn al of An hui Agri.Sci.2008,36(34):14905-14906 责任编辑 张彩丽 责任校对 张士敏

印刷图文复制原理与工艺

1位图字体:将文字方块画成网格,文字由黑色的小点组成。 2图形:指没有明暗层次变化,简单的线画和形状要素,是机械结构图、工艺流程图、图标边框、标志、标识等的主要表现形式。 3图像:是印刷复制工艺中最难控制和掌握的信息要素。主要特征包括阶调3、色彩和清晰度。 4图像位深(颜色深度):指位图中每个像素所占的位数,它存放图像的相关颜色信息,即用来记录一幅图中每个像素点的色彩等属性的位长度。 5调频加网技术:图像经扫描输入后,经处理,通过输出装置时以同样大小的点随机分布在不同空间内,用网点的多少和疏密即网点出现的频率高低,表示图像的密度和层次的一种技术方法。 6调频调幅加网只要有下列加网方法: 规则分布的单元网格中网点由数目随机、大小随机、位置随机的子网点组成,即子网点在一定范围内随机。 在图像不同的阶调处分别采用不同的加网方法。 7数字网点的生成方法: ?值法,模型法,生长模型法,对半取反法 8黒版的作用: 黒版能加强图像的密度反差或亮度范围 黒版能稳定颜色 黒版能加强图像中至暗调的层次 使用适当的黒版,可以降低成本 用黒版能更好地表现文字的视觉效果 用黒版能更好地再现以消色调为主的图像 9印前图像处理具有以下主要特征:(每个特征都要稍作解释) 色彩再现特征:印前图像处理应力求忠实的保持原稿的颜色和层次变化特征处理特征:根据复制工艺特点压缩或扩展图像阶调,提高图像对比度,降低或增加图像的色彩饱和度等 分色特征:分色的好坏直接取决于图像处理过程中对各分色参数的设置 10采样:将空间上连续变化的图像变换成离散点的操作称为采样或抽样。 11量化:经采样后图像被分割成空间上离散的像素,但其灰度是连续的,还不能作为印前处理的图像信息,必须将像素灰度转换成离散的整数值,这一过程就是量化。 12图像扫描过程:扫描仪工作基准设置—审稿—预扫描—扫描颜色模式确定—扫描分辨力的确定—图像大小的确定—brightness contrast的调节—扫描颜色校正—descreen选择—扫描及图像储存 13印刷复制中,图像增强处理的目的是: 采用一系列技术改善图像的视觉效果,提高图像的清晰度; 将图像转换成一种更适合于复制的形式,抑制一些无用的信息,以提高图像复制的质量; 14图像平滑方法:领域平均法,中值滤波,边界保持类滤波 15图像锐化:用灰度的差分对边缘和轮廓进行提取….. 方法:梯度锐化法,拉普拉斯算子,高通滤波,其他锐化算子 16图像平滑:图像的平滑处理技术即图像的去噪处理,主要是为了去除实际成像过程中,因成像设备和环境所造成的图像失真,提取有用的信息,

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