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每日翻译20190517
Bearjazz 2019-5-17 07:08
# 编者信息 熊荣川 明湖实验室 xiongrongchuan@126.com http://blog.sciencenet.cn/u/Bearjazz The concept of DNA barcoding, which applies the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1 (COI) marker in animals, is based on the premise that there is low variation within species and large divergence gaps between sister species (Hebert et al. 2003, 2004b). Accordingly, provisional species are often suggested when sequence divergence exceeds a certain threshold (e.g., 10 times average intraspecific variation; Carr et al. 2011; Kerr et al. 2007). However, there are examples of sympatric intraspecific divergences of a magnitude that exceeds normal sister species ‐\ level divergence (Wayne et al. 1990; Tominaga et al. 2009; Xiao et al. 2012), making species discrimination based on a strict divergence threshold in mtDNA too simplistic (Moritz and Cicero 2004). 将线粒体细胞色素 c 氧化酶亚基 1 ( COI )标记应用于动物的 DNA 条形码的概念是基于物种种内变异小、姊妹物种间差异大的前提( Hebert et al. 2003, 2004b )。因此,当序列差异超过某一阈值(例如, 10 倍的平均种内差异; Carr et al. 2011; Kerr et al. 2007 )时,通常建议使用临时物种。然而,也有一些同一地区种内差异差异超过姊妹种种间差异的例子,( Wayne et al. 1990; Tominaga et al. 2009; Xiao et al. 2012 ),这样,基于严格的线粒体 DNA 分歧阈值进行物种界定的方法就显得过于简单化( Moritz and Cicero 2004 )。 Hogner S , Laskemoen T , Lifjeld J T , et al. Deep sympatric mitochondrial divergence without reproductive isolation in the common redstart, Phoenicurus phoenicurus . Ecology and Evolution, 2012, 2(12):2974-2988.
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1996-2015的20年间主要序列分子标记在系统发育重建中的使用简况
hypermarket 2016-3-18 08:57
2015年的分子标记使用格局发生了一个有意思的变化,线粒体基因的使用在经过之前的下降之后,重新开始上升,而核基因rDNA则连续第二年下降,线粒体基因的使用频率首次高于核基因rDNA(图1)。不过如果考虑历史上已经形成的数据积累,核基因rDNA已有的数据量可能仍然是最多的。 在高级阶元系统发育研究中,全长核基因rDNA的可用长度一般5-6kb,相对线粒体基因组来说较短,仍然存在一定的受随机误差影响的可能性;而线粒体基因组虽然全长14kb以上,但是控制区和12S、16S进化偏快,信号主要由蛋白质编码基因贡献,并且线粒体基因受类群选取变动的影响较大。由于核基因rDNA和线粒体基因组各自的特点,未来联合这两类基因的研究方案或许较为稳妥,几年之内在案例数量方面被基于核基因组和转录组的基因组系统发育研究超越的可能性不大。 图1. 1996-2015年的20年间主要序列分子标记在系统发育重建中的使用简况(数据源于web of knowledge)
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1995-2014的20年间主要序列分子标记在系统发育重建中的使用简况
hypermarket 2015-6-1 15:58
目前,分子系统发育研究中所主要使用的 序列分子标记,大体上可以分为 4 类 ,第 1 类是核基因 rDNA ( nrDNA ),在动物界中为 18S 和 28S ,分别与原核生物的 16S 和 23S 同源;第 2 类是线粒体基因,包括 13 个蛋白质编码基因( protein coding genes, PCGs )和 2 个 rDNA (在动物界中为 12S 和 16S ,分别与原核生物的 16S 和 23S 同源),另外有数目不等的编码 tRNA 的基因;第 3 类是核基因中的 PCGs ( nuclear PCGs, nuPCGs );第 4 类是包括表达序列标签( expressed sequence tags, ESTs )、转录组( transcriptome ,即高通量测序的 ESTs )、核基因组编码区在内的“组学”( -omics )数据。回顾这 4 类分子标记在过去 20 年中的使用频次,会有一些有意思的发现 。第一,核基因 rDNA 以区区 2 个基因,成为使用频率最高的分子标记;线粒体基因次之。究其原因,可能和核基因 rDNA 在高级阶元系统发育重建中的稳定表现有关系; 相对来说,线粒体基因在系统发育重建中的表现受类群选取( taxon sampling )的影响很大,如果只使用线粒体基因的话,仅仅一个可操作分类单元( operational taxonomic unit,OTU )的增减,就可能造成系统发育拓扑结构的剧烈变化 。而核基因 PCGs ,由于大规模内含子在真核生物基因组中的普遍存在和通用引物的设计等方面的困难,其使用案例相对于核基因 rDNA 和线粒体基因来说非常稀少。(如果计入不同类别分子标记的联合使用的案例,这个格局也是一样的。)第二,不论 核基因 rDNA 、线粒体基因、核基因 PCGs ,其使用频次在 2014 年都下降了,并且都一下子降到了 10 年前的水平 。虽然基于组学数据的系统发育研究数量并未在 2014 年出现陡然上升,但是这至少说明很多系统学研究人员的精力都已经转移到了大数据方面。
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常用DNA分子标记类型和特点总结归纳
热度 1 wangpingxi2009 2013-7-10 10:49
常用 DNA 分子标记类型和特点 依据对 DNA 多态性的检测手段, DNA 标记可分为四大类: 第一类为基于 DNA . DNA 杂交的 DNA 标记。主要有限制性片段长度多态性标记 (RFLP) 、可变数目串联重复序列标记 (VNTR) 、单链构象多态性 RFLP(SSCP 、 RFLP) 等; 第二类为基于 PCR 的 DNA 标记。主要有随机扩增多态性 DNA(RAPD) ,简单重复序列 DNA 标记 (SSR) ,测定序列标签位点 (STS) ,表达序列标签 (EST) ,测序的扩增区段 (SCAR) ; 第三类为基于 PCR 与限制性酶切技术结合的 DNA 标记。主要有两种,一种是扩增片段艮度多态性 (AFLP) ,第二种是酶解扩增多态顺序 (CAPS) ; 第四类为基于单核苷酸多态性的 DNA 标记。主要是单核苷酸酸多态性 (SNP) 。 各类常用分子标记的特点和应用如下: 标记名称 引物设计方法 特点 应用 多态性原因 RAPD 以几个随机寡核苷酸 ( 常用 10 个 ) 为引物 简便、易行、灵敏、安全性好、 DNA 用量少,能快速进行基因多态性研究,但重复性较差 遗传资源保存、遗传多样性研究、种质资源鉴定、遗传资源分类、品种纯度鉴定、遗传图谱的构建、突变检测、基因标记和基因组比较 多态性是由于引物与不同区段的同源序列结合,产生不同的 DNA 产物 RFLP 以单拷贝或低拷贝的 DNA 克隆 ( 基因组 DNA 或 cDNA) 作探针 共显性、信息完整、稳定性、重复性好 品种鉴别和品系纯度鉴定、分子标记连锁图谱构建、基因定位、种质鉴定和遗传背景分析、遗传多样性分析 多态性主要足由于限制性内切酶酶切位点或位点间 DNA 序列中 单碱基的替换、 DNA 片段的插入、缺失、易位和倒位等引起 SSR 两端序列较保守, SSR 引物根据与微卫星重复序两端的特定短序列设计,用来扩增重复序列本身,从而揭 示微卫星的多态性。 共显性、信息完整、稳定性重复性好,操作简单 生物遗传作图、基因 定位、群体遗传研 究、个体间亲缘关系 鉴定 多态性是由于 SSR 座位的基本单元重复次数的小同而形成 SNP DNA 测序中碱基的峰 高和面积变化,已有 DNA 序列比较,设计 特定区域 DNA 片段的 PCR 引物,扩增 相虑 DNA 片段并进行 序列比较 SNP 的数量极其丰 富,并且可以进行自动化检 适应于复杂性状的遗传分析、引起群体 差异的基因识别 多态性足由于单个核苷酸的变异所引起 AFLP 用两种能产生黏性末 端的限制性内切酶将 基因组 DNA 切割成分 子量人小不等的限制 性片段,然后将这些片段与其末端互补的已知序列的接头连接,所形成带接头的特异片段用作随后的 PCR 反应模版, PCR 引物 5 ’端与接头和酶切位点序列互补, 3 ’端在酶切位点后增加 1 ~ 3 个选择性碱基 不需要预先知道 DNA 序列信息的情况下就可以同时进行多数 DNA 酶切片段的 PCR 扩增,既有 RFLP 的可靠性又有 RAPD 的方便性 构建高密度的遗传 连锁图, DNA 指纹 图谱构建 多态性是由于酶切位 点和其后的选择性碱 基的变异 SCAR 根据 RAPD 或 AFLP 碱 基序列设计特异引物 克服了 RAPD 标记 的不稳定性, AFLP 标记的难操作性 生物遗传作图、基因 定位 多态性是由于引物与不同区段的同源序列结合,产生不同的 DNA 产物 CAPS 适合于扩增产物的限 制性内切酶 是一些特异引物 PCR 标记的延伸 适应于性状连锁标 记的发掘 多态性是由于特异 PCR 产物 DNA 序列内 限制性晦切位点变异
个人分类: 科研方面|25952 次阅读|2 个评论
单细胞测序之单精子测序
热度 2 xudabin98 2013-6-9 20:27
以图位克隆精细定位基因的过程中存在两个主要的难题,一是分子标记多态性,另一个则是重组交换低的问题。根据我们实验室多年克隆基因的经验上来看,二者似乎又是一对孪生兄弟般,形影不离。如果有多态的分子标记很丰富,那么重组率可能较低;如果交换率高,那么有多态的分子标记则较少。有多态的分子标记少,可以通过更换不同的遗传背景来解决,但如果交换率低,尤其是定位的基因位于基因富集区或者位于染色体端粒处,也就注定了在克隆过程中要动用庞大的群体。 基因区附近重组率低的问题一直是一个困扰学术界多年的问题。 2012 年 12 月 21 日,《 SCIENCE 》发表了北京大学生物动态光学成像中心李瑞强课题组与哈佛大学谢晓亮课题组合作的研究论文“ Probing Meiotic Recombination and Aneuploidy of Single Sperm Cells by Whole Genome Sequencing ”。这项工作首次实现了高覆盖度的单精子的全基因组测序,构建了迄今为止重组定位精度最高的个人遗传图谱,并且很好的解决了上述问题,即基因区附近重组率的降低是由于分子机制而非自然选择造成的。 减数分裂期间同源染色体之间发生的片段交叉重组 (crossover) ,对于实现遗传物质的分离是至关重要的,也是产生生物基因组多态性的重要机制。重组率在整个基因组中并非均匀分布,而是集中在一些散布的狭小区域内 (hotspot) ,并且不同物种之间以及相同物种的不同个体之间都可能存在明显的差别。以往对于人类染色体重组的的研究,受限于实验技术的制约,分辨率一直都比较低;另外,由于一个家庭内的孩子数目有限,以往的研究都是在群体水平上开展的,而无法开展个人水平的遗传重组规律研究。 单细胞 DNA 扩增技术和高通量测序技术的发明,使得测序单个精子的基因组成为可能。利用精子基因组测序技术来研究人类的染色体重组规律,具有以往技术无法比拟的优势。首先,精子是天然重组产生的单倍体,取材方便,而且从一个人可取的精子数量几乎是无限的,可以很容易地研究个人水平的重组分布规律;其次,全基因组测序技术提供了最高的分子标记( marker )密度,能够得到最为精确的片段交叉重组定位结果,可以非常清晰地揭示片段交叉重组的分布以及个人水平上重组率的分布规律;第三,测序技术本身具有高通量、自动化等特点,随着未来测序成本的进一步降低,可以对一个人更多的精子进行测序,从而获得精度更高的个体特异性的重组率分布图谱,也可以通过比较很多人的精子来研究重组率分布在不同个体之间的差异。 该项工作使用谢晓亮教授课题组新近发明的多次退火循环扩增技术 (MALBAC) 对一个亚洲男性的 99 个精子进行了单细胞全基因组 DNA 扩增,并且利用 HiSeq 高通量测序技术对每个精子分别进行了一倍深度的测序。数据分析发现,平均每个精子中的 crossover 个数约为 26.6 个 ,与之前的报道基本吻合。 需要注意的是,重组率在整个基因组中并非均匀分布,而是集中在一些散布的狭小区域内,且不同物种之间以及相同物种的不同个体之间都可能存在明显差别。其中,为什么基因区附近的重组率会降低,成为长期困扰学术界的一个难题。 该项工作 crossover 的定位精度远远超过了几个月前 Stanford 一小组的报道。他们发现个人的重组率的分布在百万碱基( Mega bases )尺度范围内与群体的重组率分布基本上是一致的,并且在个人水平上基因区附近的重组率也有降低的趋势,从而证明了这一现象是由分子机制决定的,而非自然选择的结果。 除了重组的研究,在精子测序的结果中,他们还发现了 5% 的精子基因组是非整倍体的,而非整倍体(如 21 号染色体三体)将造成严重的先天性出生缺陷。因此,利用单细胞全基因组测序技术,有望揭示更多的导致男性不育症的原因。 另外,已有的研究表明,基因或基因组变异是肿瘤发生的根本原因,利用单细胞全基因组测序技术,可以对获取的肿瘤细胞进行更为精确和深入的分析,了解癌细胞的基因如何突变,以及肿瘤的来源、属于哪种基因型等,为早期检测和诊断肿瘤和肿瘤的个体化治疗提供指导。 该研究被《 SCIENCE 》评为 “Breakthrough of the year”, 也被美国国家人类基因组研究所评选为 2012/12 月度 “Genomic Advances of the Month” 。
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单粒传法建立重组自交系之方法
热度 3 ouqiaoming 2011-1-7 16:31
单粒传法建立重组自交系之方法 单粒传法( Single seed descend method , SSD ),是种 RIL-recombinant inbred lines (重组近交系)的构建方法,具体做法是每一代都选穗分别脱粒,一穗只选一粒进行加代,后代中选或淘汰只根据单株表现。优点是:允许样本容量大,不可能选到姊妹系,对资源的利用极其有效,可以重取样。最大的缺点是不能利用系内的遗传变异,对自交中等程度或严重衰退的材料用它也不恰当。具体程序是首先两亲本( P 1 、 P 2 )杂交获得 F 1 代(如 1 穗,含 20 粒种子), F 1 代(假设种植了 1 粒种子,可获得 1 个 F 1 代单株)自交获得 F 2 ,在 F 2 随机选取单株(如 188 个),每个单株自交产生株系, 188 个单株总计产生 188 个株系,但在选择时,每个株系仅随机保留 1 个单株(随机抽取,如只抽取每行第 3 株),随机抽取的 1 个单株下年度再种植株系,再从中随机选取 1 个单株,再自交,依次类推,以单株 自交 株系 随机选单株 单株 自交 的模式,连续自交 5 代以上,这样就建立了一个包括 188 个株系的 RIL 群体。 欧巧明 2011.01.08
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