What makes us different from each other? The answer is POLYMORPHISMS
突变类型 突变效应 点突变 序列重排 动态突变 有害突变 有利突变 中性突变
DNA 多态 (DNA polymorphism)
表型水平 : 单 / 双眼皮 左 / 右利手 多态 蛋白水平 :ABO 血型 MN 血型 染色体水平 : 随体有 / 无 大 / 小 DNA 水平 : 碱基或其顺序的改变
Human blood groups
Chromosomal Polymorphism
DNA 多态 (polymorphism) 基因间隔区或基因内部碱基序列发生改变, 但不影响转录 翻译和蛋白质的结构与功能, 从而未引起个体病理改变, 这类突变称为 DNA 多态 这种序列可以很长或仅一个 bp- 多态位点 变异类型可称为 allele1 2 3
DNA 多态特点 1. DNA 多态不引起表型效应 2. 多态位点上最罕见的等位基因频率大于 1% 3. DNA 多态的传递符合孟德尔遗传
DNA 多态主要类型 RFLP STR SNP
多态的应用 1. 作为鉴别个体的一个标记 亲子鉴定 器官移植时鉴定细胞来源 2. 追踪额外染色体来源 如 :21 三体 3. 基因定位 4. 基因诊断
RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) DNA 序列中碱基的变化引起限制性内切酶酶切位点的增加或丢失, 从而引起限制性内切酶酶切片段长度的改变, 此类多态称限制性片段长度多态 -RFLP
Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)
原理 : 例如 :Hind Ⅲ 300bp 200bp ---- AAGCTT-----------------AAGCTT-----------AAGCTT ----- 有切点 等位基因 1 500bp ---- AAGCTT-----------------AGGCTT-----------AAGCTT ----- 无切点 等位基因 2 RFLP 呈二态性
检测方法 : 建立在核酸分子杂交基础上的 RFLP 检测 建立在 PCR 基础上的 RFLP 检测
Southern Blot-RFLP 300bp 200bp ---- AAGCTT-----------------AAGCTT-----------AAGCTT ----- 500bp ---- AAGCTT-----------------AGGCTT-----------AAGCTT ----- A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 500bp 300bp 200bp 2/2 1/2 1/1 2/2 1/2 1/1 2/2 1/2 1/1
PCR-RFLP 等位基因 1 等位基因 2 300bp 200bp -------------------------AAGCTT ------------- 500bp -------------------------AGGCTT ------------- A B C 500bp 300bp 200bp 2/2 1/2 1/1
STR 微卫星多态 (Short Tandem Repeats) 特点 : 为高度重复序列 (2~6bp 重复, 串联排列 ) 具有一定的稳定性 ( 按孟德尔方式传递 ) ; STR 是微卫星 DNA, 但微卫星 DNA 不一定都是 STR 多态, 如 : 动态突变 端粒 DNA 是多等位基因的标记 ; 检测方法简便
STR Allele 1 8 CA repeats Allele 2 12 CA repeats Location of PCR primers After PCR amplification 40 basepair fragments 48 basepair fragments Separate by electrophoresis
For example: 13 STR Loci at different chromosomes TPOX D3S1358 FGA D5S818 CSF1PO D7S820 D8S1179 THO1 VWA AMEL D13S317 D16S539 D18S51 D21S11 AMEL
检测方法 : PCR-SSLP (single strand length polymorphism) PCR 扩增包含 STR 位点的 DNA 片段 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (PAGE) 染色 分析结果
STR 位点的扩增原理 : 80bp 100bp ----------------(GATA)n------------------ 重复次数 等位基因 片段大小 n=5 1 200bp n=6 2 204bp n=7 3 208bp n=8 4 212bp n=9 5 216bp n=10 6 220bp
How to detect STR? Primer 1 CA CA CA Primer 2 CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA CA length differences
Homozygote CA CA CA CA CA CA CA CA Heterozygote CA CA CA CA CA CA CA CA CA Homozygote = both alleles are of the same length Heterozygote =the two alleles are of different lengths
A sample of genomic DNA, can be used as the starting material for the PCR.
Genotyping STRs step 1: PCR in practice genomic DNA + primers + Taq DNA polymerase + dntps (ACGT) + buffer
PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) 丙烯酰胺 APS TEMED Acry 长链 Bis 聚丙烯酰胺凝胶 根据凝胶不同的交联度和不同的浓度,PAGE 可用来分离不同长度及不同碱基差异的 DNA 片段 PAGE 后的凝胶采用 AgNO 3 染色
Genotyping STRs step 2: electrophoresis Detect length differences Agarose or polyacrylamide slab gel Longer fragments migrate slower than shorter ones through polymer network. electrode + electrode
RESULT: 220bp 216bp 212bp 208bp 204bp 200bp We can describe alleles from shorter bands to longer ones as allele 1,2,3,4,5,6.. Notes: Every person have two alleles (two bands) on a locus, one is from mother, the other is from father. 2/2 1/3 5/5 2/5 2/3 4/6 1/4 7 man s STR at one gene locus 2/2 and 5/5 are homozygotes,1/3, 2/5 and so on are heterozygotes.
Microsatellite Marker Databases GDB: http://www.gdb.org Marshfield: http://research.marshfieldclinic.org/genetics/ CHLC (Cooperative Human Linkage Center): http:/www.chlc.org Genethon: http://www.genethon.fr/genethon_en.html
Microsatellite Marker Databases NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ CEPH (Centre d Etude du Polymorphisme Humain): http://www.cephb.fr Utah: http://www.genetics.utah.edu/home.html
结果分析 : 220bp 216bp 212bp 208bp 204bp 200bp 2/2 1/3 5/5 2/5 2/3 4/6 1/4
5/5 4/4 3/5 2/5 4/5 2/4 1/5 3/4 3/5 2/5 2/4
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 11/12 1/4 4/11 4/8 1/11 4/6 12/13 4/7 M 3/4 7/14 7/7 3/10 3/6 3/4 3/11 3/5 1/4
Single Nucleotide Polymorphism (SNP) GATACAATGCATCATA GATGCAATGTATCATA GATGCAATGCATCATA almost exclusively biallelic
SNP 单核苷酸多态 (Single Nucleotide Polymorphism) 概念 : 某一人群中正常个体基因组内特定核苷酸位置上存在不同碱基 特点 : 分布广 密度高 遗传稳定性好 直接以序列的变异作为标记 有望实现分析的自动化 检测方法 : ASO DNA 芯片 测序等
ASO
DNA microarray
多态的应用 1. 作为鉴别个体的一个标记 亲子鉴定 器官移植时鉴定细胞来源 2. 追踪额外染色体来源 如 :21 三体 3. 基因定位 4. 基因诊断
1.Paternity Testing
例如 : 亲子鉴定 M1 M2 M3 M4 M5? Y Y N N N
karyotype
第一次减数分裂不分离 第二次减数分裂不分离
Down s Syndrome
例如 :21 三体诊断中追踪额外 21 号染色体来源?