基因多态性与突变以及基因芯片(完成版本)03版课件.ppt

1、基因多态性与突变以及基因芯片09口腔七年制口腔七年制2009041102 王芳王芳2009041109 王瑶王瑶2009041110 周游周游2009041118 史海欣史海欣基因多态性n定义n表现形式n检测方法n医学意义和应用基因多态性定义定义 多态性多态性(Polymorphism):群体中经常存在的两种或两种以上较常见的变异型或等位基因，其中最罕见的一种在人群中不少于1%。亦称遗传多态性（geneticpolymorphism）或基因多态性。基因多态性表现形式表现形式nDNA多态(分子水平的遗传多态)n染色体多态n蛋白质、酶的多态 多态性表现形式多态性表现形式 DNA多态多态 (分子水平

2、的遗传多态分子水平的遗传多态)DNA片段长度多态性DNA重复序列多态性单核苷酸多态性DNA片段长度多态性（片段长度多态性（FLP）-Restriction fragment length polymorphism 由于单个碱基的缺失、重复和插入所引起限制性内切酶位点的变化，而导致DNA片段长度的变化。又称限制性片段长度多态性(RFLP)这是一类比较普遍的多态性。检测技术：PCR-RFLP酶切 (琼脂糖)电泳 Southern Blot DNA重复序列多态性重复序列多态性（VNTR）Variable number tandem repeats n DNA重复序列的多态性（RSP），特别是短串联重

3、复序列，如小卫星DNA和微卫星DNA，主要表现于重复序列拷贝数的变异。当用限制酶切割VNTR区域时，只要酶切位点不在重复区，就可以得到各种长度不同的片段。这种可变数目串联重复序列（VNTR Variable number tandem repeats）决定了小卫星DNA长度的多态性。用途：用途：单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（SNP）-single nucleotide polymorphism 基因组内特定核苷酸位置上存在两种不同的碱基，其中最少的一种在群体中的频率不小于1%,平均每隔100-300bp有一多态位点.单核苷酸多态性的特征 二等位基因的遗传变异 多为转换，C T CG二核苷酸处

4、集中分布C T多态性表现形式多态性表现形式 染色体多态：染色体的细胞遗传学形态随体的有无、次溢痕的大小、以及带纹的变异等。多态性表现形式多态性表现形式蛋白质、酶的多态结合珠蛋白：HP-1、HP2-1、HP2-2；G6PD有3种类型；抗原多态性：红细胞抗原ABO型；HLA的多态性；DNA 多态的检测方法限制性片断长度多态性限制性片断长度多态性(RFLP)单链构象多态性单链构象多态性（SSCP）变性梯度凝胶电泳变性梯度凝胶电泳（DGGE）等位基因特异的寡核苷酸杂交等位基因特异的寡核苷酸杂交（ASO）DNA 多态的检测方法 DNA芯片芯片 DNA测序测序 DHPLC 质谱法质谱法基因突变 概念：基因

5、突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化。点突变点突变移码突变移码突变动态突变动态突变静态突变静态突变发生频率相对稳定的基发生频率相对稳定的基因突变因突变人类基因组中的短串重复序人类基因组中的短串重复序列，在一代一代传递过程中列，在一代一代传递过程中会发生明显的增加会发生明显的增加点突变点突变（point mutation）概念：是指一个碱基被另一个碱基所替代，又称碱基替换（base substitutionbase substitution）。转换转换（transition）:嘌呤与嘌呤之间，或嘧啶与嘧啶之间的替换颠换颠换（transvertion）:嘌呤与嘧啶之间的

6、替换。两两种种形形式式基因外DNA序列 一般不产生效应基因的调控区域 可能对基因表达造成影响基因的编码序列，密码子改变 造成不同的突变反应点突变突变效应可发可发生在生在不同不同的区的区域域v同义突变：密码子改变后，编码氨基酸未改变v错义突变：密码子改变后，编码氨基酸改变v无义突变：新密码子为终止密码，多肽合成提前终止v终止密码突变：终止密码变为非终止密码同义突变同义突变（same sense mutation）无义突变无义突变（non-sense mutation）终止密码突变终止密码突变（terminator codon mutation）终止密码突变与无义突变终止密码突变与无义突变错义突变

7、错义突变（missense mutation）移码突变移码突变（frame-shift mutation）概念:由于基因组DNA链中插入或缺失1个或几个碱基对从而使自插入或缺失的那一点以下的三联体密码的组合发生改变，进而使其编码的氨基酸种类和序列发生变化。最小变化是在DNA链上增加或减少一个遗传密码大范围改变密码组合整条多肽链的氨基酸种类及序列的变化导致一条或几条多肽链丧失活性或根本不能合成碱基对插入和（或）缺失的数目和方式不同对其后的密码组合的改变的影响程度不同。诱发基因突变的因素诱发基因突变的因素 自发突变（spontaneous mutation）：在自然条件下，未经人工处理而发生的突变

8、。诱发突变（induced mutaion）：经人工处理而发生的突变。物理因素化学因素生物因素物理因素物理因素 紫外线：紫外线：使DNA顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）。在复制或转录进行时，该处碱基配对发生错误，从而引起新合成的DNA或RNA链的碱基改变。电电离辐射离辐射 射线直接击中DNA链，DNA分子吸收能量后引起DNA链和染色体的断裂，片断发生重排，引起染色体结构畸变.化学因素化学因素羟胺（hydroxylamine，HA）可使胞嘧啶（C）的化学成分发生改变，而不能正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌呤（A）互补。经两次复制后，C-G碱基对就变换

9、成T-A碱基对。羟化胞嘧啶羟化胞嘧啶亚硝酸或含亚硝基化合物 可使碱基脱去氨基（-NH2）而产生结构改变，从而引起碱基错误配对。化学因素化学因素 去氨基去氨基次黄嘌呤次黄嘌呤生物因素主要来源于病毒和细菌 如乙肝病毒将自身的DNA导入人体的DNA中，进行基因重组，导致基因变异。基因突变的一般特性基因突变的一般特性 多向性多向性 同一基因座上的基因可独立发生多次不同的突变而形成复等位基因 可逆性可逆性 突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回复突变 有害性有害性 突变会导致人类许多疾病的发生稀有性稀有性 在自然状态下发生突变的频率很低 随机性随机性可重复性可重复性基因突变的一般特性基因突变的一般特性

10、基因突变的意义基因突变的意义根据基因突变对机体的影响，有以下几种情况：根据基因突变对机体的影响，有以下几种情况：中性突变：中性突变：变异后果轻微，对机体效应不明变异后果轻微，对机体效应不明 显，从进化观点看显，从进化观点看中性突变中性突变造成个体间的生物化学组成的造成个体间的生物化学组成的遗传学差异遗传学差异，一，一 般对机体无影响；般对机体无影响；如：如：ABO血型，血型，HLA，同工酶等，同工酶等有利于个体生存生育有利于个体生存生育。如：。如：Hbs突变基因杂合突变基因杂合 子比正常纯合子对抗疟疾；子比正常纯合子对抗疟疾；产生遗传易感性产生遗传易感性。如：肿瘤易感性；。如：肿瘤易感性；引起

11、遗传病引起遗传病。每个健康人均有。每个健康人均有56个有害突变；个有害突变；致死突变：致死突变：造成死胎、自然流产、生后夭折。造成死胎、自然流产、生后夭折。基因突变的意义：基因突变的意义：基因突变基因突变的后果基因突变的后果 续续基因芯片技术及其应用DNA Microarray Technology and its Applicationn一、背景介绍一、背景介绍n二、应用领域二、应用领域n三、前景展望三、前景展望 概念原理技术发展 背景介绍背景介绍基因芯片电子芯片集成电子线路集成分子线路背景介绍背景介绍背景介绍背景介绍-基因芯片概念nDNA微阵列（DNA microarray）又称DNA阵列

12、或DNA芯片，比较通俗的名字是基因芯片（gene chip）。是一块带有DNA微阵列（micorarray）涂层的特殊玻璃片，在数平方厘米之面积上安装数千或数万个核酸探针，经由一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。背景介绍背景介绍-基因芯片原理 基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。背景介绍背景介绍-技术发展概况技术发展概况 基因芯片技术的研制开发起始于上世纪九十年代初，美国国家自然科学基金首先资助了两个DNA芯片的制作方案。光源遮蔽板芯片打印式基因芯片 原位光刻基因芯片第一种方案是斯坦福大学的P.Brown实验室提出的点阵打印式基因芯片

13、，将DNA合成出来，然后制成点样液并显微点印在平方厘米的固体介质表面。背景介绍背景介绍-技术发展概况技术发展概况 第二种方案是美国Affymetrix公司研制出来的。其原理与计算机芯片类似，即采用激光引导的原位光刻技术，使DNA片段的序列在原位合成延伸。背景介绍背景介绍-技术发展概况技术发展概况 背景介绍背景介绍-技术发展概况技术发展概况l微型化、集成化l高通量、平行化l同时检测多个基因的改变飞速发展 平均每年增长94%平均每年增长57%2000多家如Packer Motorola 发表论文专利申请参与公司 背景介绍背景介绍-技术发展概况技术发展概况 基因芯片的应用领域科学研究临床疾病诊断环境

14、检测药物研究开发法医学鉴定动植物检疫食品检测军事应用健康管理运动医学应用领域应用领域-科学研究中的应用科学研究中的应用1994年2011.9年microarray OR gene chip 79632篇近7(2011.9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文（1）SNP（Single Nucleotide Polymorphism)芯片的应用:即单核苷酸多态性芯片，指基因组中微小的基因序列差异。u研究基因多态性与疾病易感性的关系u识别特殊SNP谱图应用领域应用领域-科学研究中的应用科学研究中的应用（2）mCGH的应用：CGH(comparative genome hybridization

15、）即比较基因组杂交与DNA芯片技术结合形成mCGH技术 在肿瘤、新药研究、药物敏感性以及新疗法的开拓中已开始发挥着重要的作用。应用领域应用领域-科学研究中的应用科学研究中的应用（3）功能基因组研究：基因芯片的高通量、平行化、快速化等特点，为功能基因组学的研究提供了可靠平台，使大规模研究各物种功能基因组成为可能。应用领域应用领域-科学研究中的应科学研究中的应用用（4）生物信息学研究：基因芯片应用过程中产生的海量数据，为生物信息学研究提供了极好的平台。根据数据的归类，分析基因表达或比较基因组的差异，可探索这些差异所反映出的生物学功能或机制。目前的主要瓶颈是软件开发方面。应用领域应用领域-科学研究中

16、的应用科学研究中的应用应用领域应用领域-临床疾病诊断中的应用临床疾病诊断中的应用采取样本核酸提取样品标记反转录扩增放大杂交反应洗脱读取信息，诊断结果 早期诊断早期诊断基因细胞组织脏器个体全身应用领域应用领域-临床疾病诊断中的应用临床疾病诊断中的应用 对HIV、HBV、HCV等病毒感染的检测方面，基因芯片还以发现早期窗口期的病例，从而为血库检验提供更加精密的技术应用领域应用领域-临床疾病诊断中的应用临床疾病诊断中的应用呼吸系统感染消化系统感染 应用领域应用领域-临床疾病诊断中的应用临床疾病诊断中的应用2003 年4 月,与严重急性呼吸综合征（SARS)相关的一种新型冠状病毒的基因组全序列被测定。

17、针对SARS冠状病毒全长基因组，可设计多个靶探针检测位点 应用领域应用领域-临床疾病诊断中的应用临床疾病诊断中的应用急性传染病快速诊断急性传染病快速诊断75%亚健康状态20%患病者5%健康应用领域应用领域-健康管理的应用健康管理的应用 Agilent全基因组芯片全基因组芯片，可以对机体的全部基因进行定时监测扫描，建立健康基因表达谱，为健康管理提供”分子快照”。可用于健康管理的全基因组基因芯片（44K）建建立立健健康康人人全全基基因因组组表表达达谱谱应用领域应用领域-健康管理的应用健康管理的应用n基因芯片的飞速发展引起世界各国的广泛关注和重视。1998年6月29日美国宣布正式启动生物芯片计划，世界各国也开始加大投入，以基因芯片为主的生物芯片产业正在全球崛起。前景前景国国际际形形势势通用电器公司进入基因技术领域 700亿美金收购Amersham Inc.具有code-link基因芯片技术国国际际形形势势前景前景公共卫生问题国国内内情情况况前景前景