绵羊基因组信息

绵羊基因组研究遗传图和物理图谱一、羊的基因组概念完整羊基因组由细胞核中的核DNA和细胞质中的线粒体DNA上的所有基因组成。羊基因组项目的目标就是要鉴定出包含在这两大部分DNA上的全部基因(编码基因和标记基因)，据目前估计羊基因组基因总数不超过10万个。羊基因组的研究内容包括：核基因组中染色体数及形态结构，即羊细胞核中的染色体数——绵羊二倍体2n=54，单倍体n=28，即26条常染色体加上两条性染色体X和Y。遗传联锁图物理图基因组图谱微卫星其它DNA多态片段基因DNA标记BTA14+BTA9QTL健康QTL生长QTL出生体重-BTA14QTL断奶体重-BTA9+BTA14QTL周岁体重-BAT14QTL胴体重-BTA14估计位于绵羊1号染色体(Oar1)上初生体重QTL=M-Marker15cM55cMFISH羊核基因组染色体Q，R，G等标准带型研究已经完成。羊基因遗传联锁图和物理结构图正在进行中。羊的基因组中的所有基因通常可分为两大类型：即I型基因——主要为负责各种蛋白质氨基酸编码的基因组成，又叫结构基因或功能基因；这类基因具有结构稳定、变异小等特性，它们均有相应的基因产物(蛋白质或酶等)。II型基因——主要为非编码的、具有高度变异、不同大小的DNA序列片段所组成，又称为DNA标记位点，这类位点均具有相当程度的多态性，同时它们的在数量上远远多于I型基因，估计它们约占整个羊基因组中基因总数的90%以上。羊的线粒体DNA基因组(mtDNA)呈母性遗传，全部碱基数为16616(Hiendleder1998)，并且由15个编码基因和22个tRNA基因组成。绵羊基因组研究的主要目标之一是通过基因组图制作和应用，在DNA分子水平来定义和解释绵羊的各种重要生产性状的遗传基础。二、羊基因组图谱及制作1基因组图谱概念羊基因组图谱包括羊基因组连锁图，基因组物理图和物理与连锁图的比较图以及与其它种(如人、鼠、牛和猪等)的比较图谱。2绵羊基因组连锁图(linkagemap)又称为绵羊的基因组遗传图(geneticmap)。–它描述的是绵羊各种基因位点(包括各类标记位点)在绵羊染色体上的相对位置，它是研究各基因位点间共同遗传规律的重要基础。目前它主要用遗传标记位点来确定基因位点间的关系，遗传标记既可是可表达的DNA区段(编码基因)，也可是无编码功能的DNA小片段，或一个酶切位点和一个点突变位点，而且其遗传方式均和普通基因一样遵循特定的遗传规律。两个位点间的距离用cM(centi-Morgan)来测定。1cM遗传距离等于1百万碱基对(bp)的物理距离。1cM定义为在同源姐妹染色体在形成单倍体配子减数分裂期间发生1%染色体重组。换句话说，当两个遗传位点在同一染色体片段上的物理距离相隔1百万bp时，它们在减数分裂过程中发生重组的概率为1%。–通常两个位点的物理距离越远，它们发生重组的概率就越大，在未发生重组前的遗传距离也就越大，在连锁分析中发现它们的可能性也就越大，这样的两个遗传位点称为非紧密连锁遗传位点。反之称为紧密连锁遗传位点。3绵羊的基因组物理图(physicalmap)是染色体上所有基因位点的真实定位图(例如限制性酶切位点，功能基因，标记基因等)。基因物理位置通常不涉及基因的遗传行为，只注重它们的存在位置、长度及结构形式。用碱基数目来测量其距离或者说它们的长度。–绵羊的基因组低分辨率的物理图是28条染色体上的不同类型的带型图，而最高分辨率的物理图将是全部染色体上核苷酸或碱基数目与它们的排列顺序。4绵羊基因组项目的目标：完全详细的绵羊遗传图分辨率为2Mb(1Mb=1cM)，而物理图分辨率定为0.1Mb(0.1cM)，检测出全部碱基序列的分辨率则为1bp。绵羊基因组bp总数估计约为3×109bp，估计基因数不超过10万个。但是其中对重要经济性状起主要控制作用的基因数要比此少得多，估计大约为5千到1万之间，包括遗传疾病基因在内。要获得绵羊整个基因组的精确基因数要等到将全部基因组的DNA序列测定完成达到1bp时才能下定论。三、绵羊基因组作图参考家系(ReferenceFamily)和资源国际绵羊基因组图谱参考家系主要为新西兰的AgResearchIMF(Internationalmappingflock)；澳大利亚的CSIRO作图参考家系(15个3世代全同胞共计182个后裔，用MOET和自然交配完成,最大全同胞家系成员29个，最大家系有55个后裔，由2头罗姆尼(Romney)公羊和9头携带Booroola基因的美利奴母羊(Merino)组成，该群体主要目的是用来发现羊毛生产和羊毛品质性状)，法国INRA的INRA401是一个大型多品种杂交家系，美国MARC家系重点是羊肉性能研究。此外还有几个孟德尔和多基因选择群体(对羊毛，羊肉产量和质量控制，抗寄生虫，抗真菌)。其它资源还包括绵羊-hamster体细胞杂交，YAC中的基因组文库和质粒载体，绵羊I型探针，RFLP频率图，微卫星标记引物等。–进行绵羊基因组研究的关键实验室有新西兰的AgResearcalInvermanyMosgil，澳大利亚的动物生物技术中心，美国的UtahState的NoelleCockett，法国的IRNA，以色列的HEBREW大学，以及主要进行绵羊线粒体DNA基因组的德国的Giessen大学的动物遗传育种研究所。四、绵羊基因组标记系统绵羊基因组图制作使用的主要分子遗传多态标记体系为：微卫星标记(MSorSTR)，估计绵羊基因组中的MS数量在44000左右(Stone等1995)；单位点DNA小卫星(SLM)，限制性片段长度多态(RFLP)，单链一致性多态(SSCP)，红细胞抗体EA(erythrocyteantigen)和蛋白质多态(PROT)等。绵羊基因组中I型基因按国际基因术语专业委员会规则命名,通常为基因产物或功能的英文名称缩写，例如绵羊11号染色体上的生长激素基因GH1(growthhormone1)和11号染色体上的羊毛角蛋白基因束KRT1(Keratin1cluster和3号染色体上的羊毛角蛋白基因束KRT2(Keratin2cluster)等，可参见下列地址五、绵羊基因组遗传连锁图研究现状–Crawford等(1992)开始用微卫星标记构建绵羊基因组遗传连锁图，1994年建成有52个遗传标记，19个连锁群，长度30cM的遗传连锁图，1995年发表第一个有246个多态标记的基因组常染色体遗传连锁图，图总长2070cM，图中有86个微卫星标记直接来自绵羊，126个微卫星标记来自牛引物，1个微卫星标记来自鹿，另外33个为其它类型多态标记。该图覆盖了绵羊核基因组的全部26条常染色体。按现在标准该连锁图属于低分辨密度第一代连锁图。deGortari等(1998)报告了具有更高分辨率的绵羊基因组第二代遗传连锁图。图中有519个标记，其中504个微卫星标记，常染色体上连锁图总长度3063cM，X染色体长度127cM，总长度3190cM；标记间平均间距6.4cM。小于5cM的占55%，大于20cM的标记为3.8%。519个微卫星标记的平均杂合度H=68.9%。INTERNET上的绵羊基因组连锁图有三个即SM1，SM2和SMC，SM1为Crawford等(1995)用IMF系谱完成的固定框架连锁图(staticframeworklinkagemap)；SM2为deGortari等(1998)发表的绵羊基因组第二代连锁图；SMC是一个以SM2为框架，–用绵羊基因组中的6号染色体(Lord等，1996)和X染色体(Galloway等1996)为基础计算预测整个绵羊基因组的动态遗传连锁图(dynamiclinkagemap),它不断随着新基因和标记的增加而更新，且比印刷版有更丰富的查阅功能。例如绵羊基因组数据库中总位点数为1260个，其中基因位点(I型)319个，DNA标记位点(II型)939个，已定位到SMC，SM1，SM2连锁图上的基因数100，31，39个，标记位点数分别为545，183和471个。由NCBI接受承认的绵羊(sheep)核酸序列(NucleotideSequence)为1741个，家绵羊(Ovisaries)的为1339个(1998年11月25日)。六、绵羊基因组物理图绵羊的基因组物理图进展速度始终落后于连锁图的主要原因来自对绵羊基因组单个染色体鉴定存在的难度较大，而且作图技术单一。例如，开始制作物理图时仅能用体细胞杂交方法将I型基因确定到同源染色体上(Fries等1993)。自荧光原位杂交(FISH)技术和放射自显杂交(RH)作图技术应用于直接进行基因物理定位开始，到现在已能较容易地将I型基因和II型标记位点从连锁图上转移定位到绵羊的物理图上。FISHWomack(1997)报道定位到绵羊物理图上的I型基因位点数400个，大部分使用体细胞杂交(SCH)技术确证，只有50个I型基因是用FISH方法进行定位的。现在已经证实并定位到绵羊物理图上的基因位点有458个。如绵羊的主要BoLA-A(MHC-classI)编码基因(16个)已定位到绵羊的物理图23号染色体上。对奶绵羊业极为重要的酪蛋白基因中的CSN1(casein,alpha)，CSN2(casein,beta)等9个基因或基因束(cluster)已分别被精确地定位到了绵羊的基因组物理图5(1)、6(6)、13(1)和23(1)号染色体上。还有几个重要的绵羊遗传病基因也被在物理图上确定了位置。例如奶绵羊中WEAWER疾病基因已经被定位到绵羊基因组第13号染色体上(Georges等1993)。七、展望制作高密度，高分辨率的绵羊基因组图对于分析控制绵羊重要经济性状座位(ETL，包括QTL)数量，位置及它们对相应表现型影响，继而应用标记辅助选择(MAS)技术来实现提高绵羊育种遗传进展速度和效益，从而创造更大的经济效益均具有十分重要的意义。现在世界几个大的绵羊基因组项目随着作图参考家系的完善，遗传多态标记数量的不断增加，特别是政府资助强度的加大，例如，欧共体绵羊基因组项目成员德国ARD绵羊基因组分析项目的第二期投资强度增加至近300万ERUO，约合1千5百万人民币，美国国家动物基因组项目(NAGRP)下一个五年计划(98-03)中绵羊基因组项目的投资占所有家畜种中第一位)。正在加紧建立绵羊与不同种间的高分辨率比较图谱及绵羊的基因组数据库系统及信息及资源共享体系。绵羊基因组研究成果被应用于育种实践和生产的距离越来越近。BahnTierLIDMarkerIDAllel1Allel21WB0001BM6458971051WB0001BM12241341381WB0001TGLA1161651691WB0001RM0681741741WB0001MAF502262382WB0002BM64581051132WB0002BM12241321402WB0002TGLA1161691692WB0002RM0681801862WB0002MAF502242263WB0003BM6458971133WB0003BM12241381403WB0003TGLA1161651693WB0003RM0681741863WB0003MAF50224226血或其他组织+LKVBAYH1G400300191TierLID_1TierLID_3TierLID_2TierLID_4DNAPCR基因型检测ABI310基因型鉴定凉山半细毛羊第1，2，3和9号染色体上45个微卫星标记遗传图，用于检测羊毛QTL7610462727841322237238NN15..041S19S20S28S30S47S52S53S12VS10u521WB733..761M471S44S46S31WB735u215u861u593u020u617u58384100..377..893S50S49W216..46