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连锁分析生物信息科学与技术学院1v连锁分析是怎么发现的?v什么是连锁和连锁分析?v连锁分析有什么作用?v连锁分析的原理是什么?v连锁分析分多少类?v连锁分析适用于什么样的数据?v用什么去度量连锁程度的高低?21：连锁现连锁现象的象的发现发现v连锁现象是英国剑桥大学的遗传学教授贝贝特森特森(Bateson)和彭乃特彭乃特（Punnett)(1906年)最初发现的。他们研究香豌豆的两对性状的遗传，发现来自同一亲体的基因较多地联在一起，这就是所谓基因的连锁（linkage），但是他们未能提出正确的解释。v他们的实验如下：v一对是花的颜色,紫花对红花为显性，一对是花粉形状，长形对圆形为显性。3结结果表明果表明F2：1).同同样样出出现现四种表四种表现现型；型；2).不符合不符合9:3:3:1；3).亲亲本本组组合数偏多，重新合数偏多，重新组组合数偏少合数偏少(与理与理论论数相比数相比)。试验试验一：一：4结结果与第一个果与第一个试验试验情况相同。情况相同。试验试验二：二：5 第二个第二个试验试验的表的表现现与第一个与第一个试验试验基本相同，同基本相同，同9:3:3:1的的独立独立遗传遗传比例相比比例相比较较，在，在F2四种表四种表现现型中仍然是型中仍然是亲亲本本组组合性合性状状(紫、紫、圆圆和和红红、长长)的的实际实际数多于理数多于理论论数，重新数，重新组组合性状的合性状的实际实际数少于理数少于理论论数，数，同同样样不能用独立分配不能用独立分配规规律来解律来解释释。上述两个上述两个试验结试验结果都表明，原来果都表明，原来为为同一同一亲亲本所具有的本所具有的两个性状，在两个性状，在F2中常常有中常常有连连系在一起系在一起遗传遗传的的倾倾向，向，这这种种现现象称象称为为连锁遗传连锁遗传。6v美国学者Morgan摩摩尔尔根根（1910年）证实了同一染色体上的基因有连锁现象v以果蝇为材料v果果蝇杂蝇杂交交实验实验 红眼和紫眼 长翅和残翅同时研究了两对伴性性状的连锁遗传，指出两个基因存在于同一条染色体上，因而在形成配子时，这两个基因常常连在一起。揭示了连锁交换规律。7v摩尔根1910年提出连锁定律，成为遗传学中的第3个基本规律。发表了“基因论”。v摩尔根等提出：(1)相引是两个基因位于同一条染色体上，相斥则反之。(2)同源染色体在减数分裂时发生交换 (crossing-over)(3)位置相近的因子相互连锁。(孟德尔遗传的随机分离与相引Science,191134.384)82 连锁和连锁分析概述假设两个位点在同一条染色体上，它们的位置比较近，那么这两个位点上的等位基因传递给下一代是不独立的，这种现象在遗传学中我们称为连锁连锁(linkage).连锁连锁分析分析（linkage analysis）：考察两个基因座的位置是否临近，通过对一些基因数据的分析来寻找一些感兴趣的基因位置，也称为基因作图（genetic mapping）.2.1定义9利用利用测测交法交法验证连锁遗传验证连锁遗传特点：特点：连锁遗传连锁遗传的表的表现现为为：两个两个亲亲本型配子数是相等，本型配子数是相等，多多于于50%；两个两个重重组组型配子数相等，型配子数相等，少于少于50%。102.2：连锁连锁分析原理分析原理v由于两个连锁的（物理上临近的）基因座上等位基因更易于一起分离，即它们一起作为一个单位由父母传递给后代，这种现象偏离了自由组合的孟德尔第二定律.v因此连锁分析的基本原理是通过分析两个遗传位点在家系中的共分离性来确定控制疾病表型变异的的基因位点.v连锁分析方法一般是以有关遗传标志为“路标”，以被定位基因与其连锁基因的重组率为“遗传学距离”，进行基因定位。112.3：连锁连锁分析的作用分析的作用v连锁分析是用来确定人类基因组上疾病易感基因位置的一种方法。人们认为，已知的标记系统和待推定的疾病基因座之间的连锁证据是此疾病由一种遗传机制造成的最有力的统计证据。v连锁分析仅涉及到基因座的位置，用位置来定位基因，而不考虑此基因的生化功能。这种方法称为“定位克隆”（positional cloning）。122.4：连锁连锁分析分分析分类类v分类标准一：按照是否基于模型,可以分为一种是基于模型的参数分析法参数分析法，另一种是与模型无关的非参数分析非参数分析。v参数方法需要假定性状的遗传模式以及有关的参数值，例如，致病等位基因的频率，外显率，野生型等位基因的频率和突变型等位基因的频率,和重组率等等.v非参数方法中常是通过测量家系中两个患病或两个非患病个体或一个患者及一个非患者标记基因的相似程度来判断致病基因与标记基因是否连锁。这种相似或相异程度常用同胞或亲属对间共享IBD或IBS的概率来评价。v分类标准二:按照标记位点的数目,分为单单点点连锁连锁分析分析和多点多点连锁连锁分析分析.132.5：连锁连锁分析适用的分析适用的对对象象v一个家庭中父亲（母亲）的两个基因座上等位基因由于连锁而共同分离的情况可能与另一个家庭中发生的分离情况不同。由连锁而发生的共分离现象只能在家庭内部才可以观察到.v因此，考察连锁必须有家系数据家系数据。v所需要的数据包括：表型测量数据(例如是否患病)和遗传标记分型数据(即遗传标记基因型数据)。143：连锁连锁分析的分析的遗传遗传学基学基础础3.1自由自由组组合：合：染色体向下遗传时，非同源染色体的两对等位基因自由组合。A aB b1234A aB b1234AB13ab24Ab14aB23153.2 完全完全连锁连锁和不完全和不完全连锁连锁v完全 连锁：连锁基因之间不发生非姐妹染色单体间的交换，只形成两种亲型配子，没有重组型配子产生v不完全连锁：连锁基因之间发生非姐妹染色单体间的交换，不仅形成两种亲型配子，同时形成两种重组型配子。16bvbvBBVVPbvBV配子BVbvF1 bvbvBVbvbvbv1 1 完全连锁17bvbvBBVVPbvBV配子BVbvF1bvbv18BvbV减数分裂中染色体的交换BVbvbvBV不完全连锁重组型配子亲本型配子19 pr vg pr+vg+pr vg pr+vg+pr vg pr+vg+pr+vg+pr vg 图5-1 两对位于同一条染色体 上的等位基因的简单遗传20 Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg Pr Vg+Pr Vg+Pr+Vg+Pr+Vg Pr+Vg Pr+Vg+Pr+Vg+Pr+Vg+图图52 在减数分裂中染色体交在减数分裂中染色体交换换21 由于由于F1杂杂合雄合雄蝇蝇（BbVv)只只产产生两种生两种类类型的配子，数目型的配子，数目相等，所以用双相等，所以用双隐隐性雌性雌蝇测蝇测交的后代，只能有两种表交的后代，只能有两种表现现型，型，比例比例为为1:1 完全完全连锁连锁：灰身灰身长长翅翅黑身残翅黑身残翅22不完全不完全连锁连锁：当两当两对对非等位基因非等位基因为为不完全不完全连锁连锁时时，F1不不仅产仅产生生亲亲本型本型配子也配子也产产生生重重组组型配子型配子。黑身残翅黑身残翅灰身灰身长长翅翅灰身灰身长长翅翅 灰身残翅灰身残翅 黑身黑身长长翅翅 黑身残翅黑身残翅 23交叉交叉(chiasma):v在交换时一对染色体出现的交叉型结构。v在减数分裂时同源染色体之间的交换导致了遗传重组的发生。一个交叉就是交换的位点。v重组是交换的结果，但交换并不一定引起重组，如两标记间发生偶数次重组，标记并不发生重组。v视频 24互互换换(crossover)：重重组组(recombination)：奇数次互换导致一个重组交叉之后开始互交叉之后开始互换换4AaBb1 23AaBbccCC1 234AAaaBBbbccCC1 234AAaaBBbbccCC1 234AAaaBBbbccCC25说明：v等位基因的互换，一般只发生在非姊妹染色单体之间，在同一姊妹染色单体之间不能发生。v交换发生是随机的，距离越长交换的机会越多，因此交换值的大小可以用来表示基因间的距离长短。v 26v两位点的图距：一条染色单体上的互换个数的期望值v单位：摩根（centimorgan,cM）=100 cM(厘摩）v1cM=100万碱v由于交换并不一定导致重组，因此重组值要小于或等于交换值。v由于无法直接测定交换率，只有通过标记基因的重组来估计交换的频率。27重组率(recombination fraction):v两个基因座之间发生奇数次交换的概率v用来表示v重组率=重组配子数/（重组+非重组）28v连锁分析基于如下生物学现象：位于同一条染色体上的两个基因座之间发生重组的机会与它们之间的距离成正比。两个基因座之间的连锁用重组率来衡量，两个基因座越近，发生交换的可能性越小，重组率也越小。两个极端的例子是：v（1）=1/2，两个基因座相隔很远，它们独立分离（即服从孟德尔自由组合的第二定律）；v（2）=0，两个基因座重合，事实上是同一个基因座。重重组组率率与与连锁连锁强强度的关系度的关系 29v当两对基因为连锁遗传时，其重组率总是50%。v因为相引组或相斥组中的一对同源染色体的四条非姐妹，染色单体，两个基因之间的染色体区段内仅有两条非姐妹 染色单体发生交换，因此重组型配子的数目只是少数。v重组率的变化范围为0 ，通过图函数，两个基因座之间的重组率可以转换成两个基因座之间的遗传距离，遗传距离与物理距离密切有关，但并不相同 30vHaldane图谱函数1/2 (1-e2d)ve =自然对数的底(e=2.71828)vd =图距 R0.500.25 0 25 50 75 100 125 150 175 d31当图距小于等于10时重组率几乎等于交换率，重组率可以直接被看作图距（cM)当图距大于10时重组率小于交换率，重组率不可直接被看作图距；重组率最大不能超过50%0.500.25 0 25 50 75 100 125 150 175 d324：Lods score连锁连锁分析方法分析方法v它是一种基于模型的参数分析方法，即在分析前要已知所研究性状的遗传模式、等位基因的数目及每种基因型的外显率，分析中仅仅未知的变量是重组率v基本思想:极大似然估极大似然估计计和对对数数优势优势法法vZ()=logL()/L(1/2).33基本原理 基于模型的Lods score连锁分析方法基本思想极大似然估计对数优势34orf2 2fF2 2ff1 2fF2 2ff1 2f1、假设重组率为2、构造似然函数L()3、构造似然比4、对数变换F2 1fF1 2f351、假设重组率为2、构造似然函数L()3、构造似然比4、对数变换5、对 求极大值 ，所对应的为重组率的估计值6、称为LOD score例：LOD score为0.90336F1 2fF2 1forf2 2fF2 2ff1 2fF2 2ff1 2fLOD score为0.9031、表示考虑重组率为0(连锁）的情况下，比考虑随机重组（不连锁）的情况下，产生已知后代的概率高7.943倍2、相为可能母亲相3、考虑两位点连锁比不连锁可能性高7.943倍5、从统计学考虑还需要进行假设检验4、Z（0）=0正LOD值表示支持连锁，负LOD值表示不支持连锁37ab baAb baAB baaB baAB baab baAB ba Ab ba38建立检验假设：两个基因座不连锁。两个基因座连锁显著性水平：一般取单侧右尾概率：0.001Morton(1955)检验统计量：渐进的服从自由度为1 的分布两个基因连锁39Morton(1955)结论：2.性染色体LOD值 2，支持连锁1.常染色体LOD值 3，支持连锁3.LOD值 -2，不支持连锁4、当常染色体 3 LOD值 -2；性染色体2 LOD值 -2时 连锁证据不充分则需增加家系材料 40在于对连锁的判断能力强，能确定连锁程度，适于呈孟德尔遗传、外显率高、纯一的单基因突变病分析 优点：3、对遗传参数如基因频率、基因传递率、外显率及表型模拟率等依赖较大，故对一些复杂多基因疾病进行家系连锁分析很难获得满意结果 缺点：1、需要完整的系谱材料2、结果受遗传模型设定的影响41