理论教育 基因定位技术及其应用

基因定位技术及其应用

时间:2023-11-04 理论教育 版权反馈
【摘要】:基因定位是用一定的方法将基因确定到染色体的实际位置,是基因分离和基因克隆的基础,常用的方法有荧光标记原位杂交技术和辐射杂种细胞系。经过不断地改进,FISH技术克服了放射性探针检测周期长且危害人体健康的缺点,在基因定位、染色体识别、物理图谱的构建、进化分析等研究中被广泛应用。(二)辐射杂种细胞系辐射杂种细胞是在荧光原位杂交技术之后新建立的一种简便易行且相对独立的基因定位技术,是一种体细胞杂交技术。

基因定位技术及其应用

基因定位是用一定的方法将基因确定到染色体的实际位置,是基因分离和基因克隆的基础,常用的方法有荧光标记原位杂交技术和辐射杂种细胞系。

(一)荧光原位杂交技术

荧光原位杂交技术(Fluorescence in Situ Hybridization,FISH)标志着分子细胞遗传学的一个重要阶段的开始。随着物理学、化学技术的不断进步,免疫染色、量子点和微流控芯片等新技术的引入,进一步促进了FISH的发展。

荧光原位杂交技术是根据碱基互补配对的原理,用标记有荧光分子的DNA或RNA序列为探针,在合适的温度和离子强度下,与经过变性的单链核酸序列互补配对,通过带有的荧光基团进行检测;或者用荧光基团对探针进行直接标记并与目标序列结合,最后利用荧光显微镜直接观察目标序列在细胞核、染色体或切片组织中的分布情况。FISH技术主要分四步:①将染色体、细胞或组织进行固定;②标记探针;③探针与固定材料上的靶序列DNA或RNA杂交;④检测杂交结果。

该技术可在原位与染色体的互补序列特异性地结合而不破坏染色体的整体形态,可定位基因组中多个同源的位点,结果直观、可靠,但检测步骤复杂,探针大小对结果影响较大,对2kb以下的cDNA序列很难定位,结果也需经验十分丰富的细胞遗传学家进行分析。经过不断地改进,FISH技术克服了放射性探针检测周期长且危害人体健康的缺点,在基因定位、染色体识别、物理图谱的构建、进化分析等研究中被广泛应用。

(二)辐射杂种细胞系(www.daowen.com)

辐射杂种细胞(Radiation Hybrid,RH)是在荧光原位杂交技术之后新建立的一种简便易行且相对独立的基因定位技术,是一种体细胞杂交技术。1975年,高斯(Goss)和哈里斯(Harris)利用IFGT(Irradiation and Fusion Gene Transfer)方法构建了辐射杂交物理图,Cox等在此基础上,利用高剂量的X射线将染色体打成若干片段,这种细胞与仓鼠细胞可形成杂交克隆。现在,已建立了人RH图和各种模式生物的RH图,提供了不同模式生物作图之间的比较,成为一种提示不同物种间差异的工具。

1.基本原理 RH作图依赖辐射随机引起染色体的断点,不依赖非减数分裂重组得到的断点,它既含有遗传图标记(如SSLP),又含有物理图标记(如STS),是整合遗传标记图谱和物理图谱的重要工具,有巨大的DNA补充潜力。在EST标记时,缺少基因的定位信息,而RH系统就成为了EST定位的主要方法。

2.RH的操作程序 RH的操作程序是:①引物设计及合成;②PCR反应;③数据分析。下面以Gene Bridge 4(GB4)嵌板为例来说明RH过程。通常GB4共96管,其中93管为杂交克隆,1管供体总基因组DNA,1管受体总基因组DNA,1管空白对照。在进行RH时,首先设计出尽可能靠近3′末端Poly A的位置、扩增效率高且特异性好的引物;分别以供体细胞全基因组DNA和受体细胞全基因组DNA为模板作PCR预扩增,对前者扩增出稳定的特异性条带而后者无条带的,再以相同的PCR体系和条件以整个GB4嵌板为模板进行扩增;PCR产物经电泳、染色后,对结果进行统计分析,每个分析重复2次;PCR结果分阳性、阴性和可疑3种情况,结果与预扩增一致的为阳性特异带,记为1,不一致的为阴性,记为0,相矛盾的记为2,通常会有1.2%的差异率,如果差异大于5%需要重复检测。将获得的结果提交到斯坦福人类基因组中心(Stanford Human Genome Center,SHGC)或麻省理工学院基因组研究中心(Whitehead Institute/MIT Center for Genomic Research,WI/MIT),借助RH图谱和遗传图谱将基因定位于染色体上。

RH是人类基因组计划构建转录图中作为EST(Expressed Sequence Tag)定位的主要方法,虽然定位基因组中多个同源位点很难,但其使用的实验和统计学手段比较成熟,因此简便易行,定位精度高,适合1~2kb以下序列的染色体定位,可应用于一些模式生物的基因片段定位、不同来源基因组间的相互比较,从最初仅适用于单条染色体作图,到逐步发展成整个基因组作图的一个有利手段,为比较基因组学研究提供了有力的方法和工具。

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