医学遗传学/基因定位
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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