物理图谱

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-- 物理圖譜是利用限制性內切酶將染色體切成片段,再根據重疊序列確定片段間連接順序,以及遺傳標志之間物理距離[堿基對(bp) 或千堿基(kb)或兆堿基(Mb)]的圖譜。以人類基因組物理圖譜爲例,它包括兩層含義,一是獲得分布于整個基因組30 000個序列標志位點(STS,其定義是染色體定位明確且可用PCR擴增的單拷貝序列)。將獲得的目的基因的cDNA克隆,進行測序,確定兩端的cDNA序列,約200bp,設計合成引物,並分別利用cDNA和基因組DNA作模板擴增;比較並純化特異帶;利用STS制備放射性探針與基因組進行原位雜交,使每隔100kb就有一個標志;二是在此基礎上構建覆蓋每條染色體的大片段:首先是構建數百kb的YAC(酵母人工染色體),對YAC進行作圖,得到重疊的YAC連續克隆系,被稱爲低精度物理作圖,然後在幾十個kb的DNA片段水平上進行,將YAC隨機切割後装入粘粒的作圖稱爲高精度物理作圖.

因限制性內切酶在DNA鏈上的切口是以特異序列爲基礎的,核苷酸序列不同的DNA,經酶切後就會産生不同長度的DNA片段,由此而構成獨特的酶切圖譜。因此,DNA物理圖譜是DNA分子結構的特征之一。DNA是很大的分子,由限制酶産生的用于測序反應的DNA片段只是其中的極小部分,这些片段在DNA鏈中所處的位置關系是應該首先解決的問題,故DNA物理圖譜是順序測定的基礎,也可理解爲指導DNA測序的藍圖。廣義地說,DNA測序從物理圖譜制作開始,它是測序工作的第一步。制作DNA物理圖譜的方法有多種,这裏選擇一種常用的簡便方法──標記片段的部分酶解法,來說明圖譜制作原理。

用部分酶解法測定DNA物理圖譜包括兩個基本步驟:

(1)完全降解:選擇合適的限制性內切酶將待測DNA鏈(已經標記放射性同位素)完全降解,降解産物經凝膠電泳分離後進行自顯影,獲得的圖譜即爲組成該DNA鏈的酶切片段的數目和大小。

(2)部分降解:以末端標記使待測DNA的一條鏈帶上示蹤同位素,然後用上述相同酶部分降解該DNA鏈,即通過控制反應條件使DNA鏈上該酶的切口隨機斷裂,而避免所有切口斷裂的完全降解發生。部分酶解産物同樣進行電泳分離及自顯影。比較上述二步的自顯影圖譜,根據片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈上的位置。下面是測定某組蛋白基因DNA物理圖譜的詳細說明。

該基因全長5900bp,用限制酶HpaⅡ完全降解該DNA可産生五個大小不等的片段,電泳分離並參照已知分子量的標准DNA帶,得知这些片段的大小分別爲1930、1690、1020、950和310bp。不難推測該DNA上有四個HpaⅡ切口,但切口的位置和这五個片段在完整基因中的排列順序此時尚無法知道。接著將末端標記的該DNA片段進行HpaⅡ的部分降解,由于各切口隨機斷裂,産生的片段數顯然會多于完全降解産物。但電泳後的自顯影圖上只可能出現末端標記的DNA片段。若以待測DNA在左端爲標記處,那麽自顯影圖上將呈現4210、3260、2950和1020bp四條帶。其中最小片段(1020bp)與完全降解産物爲同一片段,它應定位于該基因的左端;而最大片段(4210bp)與完整基因(5900bp)之差的片段(1690bp)無疑應定位于該基因的右端;余下的叁個片段(1930、930和310bp)的定位,根據部分酶解的相鄰片段之差很易確定。據此推出的这五個片段在該基因上的排列順序是(左→右):1020-1930-310-950-1690。物理圖譜與DNA測序的原理頗爲相似,二者是通過片段長度來推測位置,所不同的是測序確定核苷酸(堿基)的位置,而此處是確定某個片段的位置。DNA物理圖譜測定後,便可對每一酶切片段進行核苷酸順序分析。在測定暸所有片段的DNA順序後,根據物理圖譜將各片段"拼湊"起來就得出暸待測DNA鏈的全部核苷酸順序。基因的全順序測定才是我們要達到目的,一般人類基因的長度都在10Kb以上,巨大基因可長達200Kb,要完成基因的全順序測定需進行大量的工作。完成这些工作可采取多種不同的方法,但其基本思路是一致的,即在確定物理圖譜的基礎上,再進行DNA順序測定。

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