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Mapping Databases

Mapping Databases. 2.1 Introduction 2.2 Relationship Between Mapping and Sequencing 2.3 Genomic Map Element 2.4 Complexities and Pitfalls of Mapping 2.5 Types of Maps 2.6 Genomic Mapping Resources 2.7 Comparative Maps 2.8 Practical Uses of Mapping Resources 2.9 Summary. Introduction

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Presentation Transcript

  1. Mapping Databases • 2.1 Introduction • 2.2 Relationship Between Mapping and Sequencing • 2.3 Genomic Map Element • 2.4 Complexities and Pitfalls of Mapping • 2.5 Types of Maps • 2.6 Genomic Mapping Resources • 2.7 Comparative Maps • 2.8 Practical Uses of Mapping Resources • 2.9 Summary

  2. Introduction • Genomic mapping (基因體圖譜) • Physical maps （物理圖譜） • constructed from DNA sequence or DNA clones • Genetic map, cytogenetic map （遺傳、細胞質遺傳圖譜） • A gene, a genomic variation, a disease locus • Molecular signature • Major bioinformatics challenges • 大量的基因體序列可有效率取得 • 這些資訊已經轉移到網路資料庫中

  3. Relationship Between Mapping and Sequencing • 序列與圖譜之間區別一直不是很清楚 • 一大片段的序列可當成高解析度圖譜 • Ex: bp 247 of the PGD gene; between D1S450 and D1S228; 1p36.2 • Anonymous DNA marker, a gene, or a DNA clone • 將大DNA序列加上位置註解，再放入圖譜中 • 隨著真核生物基因組的定序陸續完成，圖譜與序列間的排序將以序列為中心

  4. 染色體定序完成前的圖譜 • Marker-based, gene-based tags • Ex: expressed sequence tags ESTs, STSs sequence-tagged sites • 未完成的序列連續性較差（小於100 kb）

  5. Genomic Map Element • DNA Markers • From 1 ~ 400 bp • PCR-based marker-STSs • Amplified by PCR by its primer • Polymorphic Markers • Show sequence variation among individuals • Construct genetic linkage maps • RFLPs: restriction fragment length polymorphisms限制片段多型性)，用限制酶切DNA，因DNA序列不同， 切出的長短不同 • VNTR: variable number of tandem repeat

  6. STRPs ， simple tandem repeat polymorphisms簡單前後重複多型性 • SSLPs: short sequence length polymorphisms 短序列長度多型性 • 一小段DNA前後重複多次，不同個體 間某染色體上所具重複次數不同，代表生物DNA的多型 性。 • 基因體內有很多不同區具有STRP。可以利用特殊的primer經PCR技術，量化基因體內某一區的STRP，然後跑gel後可決定重複次數 • SNP: single nucleotide polymorphism • Every 100 ~ 300 bp/human

  7. DNA Clones • Eukaryotic genomes • Bacterial artificial chromosomes: BACs • P1- artificial chromosomes: PACs • High DNA yields • Easy for sequencing • High integrity of the insert • DNA fingerprinting • Insert overlaps, clone contigs • Restriction enzyme digested, fragment pattern, compared • STCs: Sequence-tagged clones (physical mapping stratehies)

  8. Genomic Annotation

  9. Complexities and Pitfalls of Mapping (圖譜的複雜性與陷阱) • 資料源自於不同實驗技術方法，品質也有些不同 • 雖有校正，標記的錯誤率低於5％

  10. Types of mapping • Cytogenetic maps • Cytogenetic maps resources • Genetic linkage maps • Genetic linkage maps resources • Physical maps • STS content maps • Clone-based maps • Radiation hybrid maps • Sequence-based maps

  11. Cytogenetic maps • 傳統染色所製作的染色體圖譜 • 近代技術FISH螢光原位雜交技術(Fluorescence In Situ Hybridization) • 侷限於1～ 2 MB • CGHComparative Genomic Hybridization: microarray-based • 以大片段的clone雜合基因體

  12. 條紋技術(Banding technique) • 要鑑定染色體，如果只依染色體的長度及中心節的位置，很難區分 • 某些染色體的長度，外型很像，很難分出是第幾對 • 1970年代發展出條紋的方法，對細胞遺傳的研究有很大的貢獻 • 條紋技術是將已附著在切片上的染色體，經過酸、鹼、熱、鹽類、 酵素、染料等處理，然後染色，放在顯微鏡下觀察，呈現深淺不同的條紋(band) • 每一對染色體由於DNA和蛋白質的結合不同，出現的條紋型的(banding pattern)也不同 • 此法有助於鑑定每一條染色體，並可與正常的染色體比較，鑑定出染色體內是否有不正常的變化

  13. 條紋技術的種類 • C band、G band、Q band、R band • C band • C代表基本異染色質(constitutive heterochromatin) ，染色較深的條紋是基本異染色質部份， • 出現在中 心節附近及染色體的尖端 • 可用來鑑定哺乳動物的Y染色體，因為Y染色體整條都是異染色質，經C banding技術處理，很快可以鑑別出Y染色體 • G band • G代表用金沙染料染色(Giemsa staining) • 先經鹼性鹽溶液及酵素處理，再用Giemsa染色，條紋型代表染色粒的排列 • 醫院常用G-band來檢查人類遺傳疾病 • 共識：將每 一條染色體分為短臂、長臂，每一臂依 條紋出現位置，再分隔為不同區 • 有的內部再細分隔為更小 區，每一條染色體上每一個條紋都可有一定的命名，以方便 辨識

  14. Q band • Q代表螢光染料Quinacrine mustard • 染色體先用quinacrine染色後，於螢光顯微鏡下（UV），出現螢光條紋，背景是暗的 • R band • R代表與G band相反(reverse to G bands) • G band 染色深的部位，在R band是淺的。通常是用高溫，低pH處理 • 為真染色質區，R band沒有G band清晰，較少 用來鑑定染色體 • 助於研究染色體的結構，尤其是染色 體的尖端部位染得很清楚，可用來鑑定染色體是否發生端點缺失(terminal deletion)。

  15. 條紋技銜的價值 • 助於做染色體圖(karyotyping)：每一對染色體有獨特的條紋型式，經條紋技術處理後較易區分 • 助於研究染色體內部的變化：染色體若發生倒轉(inversion) ，易位(translocation) ，缺失 (deletion)等，由條紋型的變化，很容易判斷出來 • 助於演化上的研究：比較不同生物染色體的條紋型式，可以研究演化上的關係 • 助於決定基因圖(gene mapping)的研究 • 人類的染色體約可做出900 bands，若某人缺乏某種酶，做條紋技術分析，若發現染色體缺乏某一條紋，便可推出製造該酶的基因是位在該條紋上 • 纖維囊腫病變( cystic fibrosis)基因位在染色體7的長臂 : q21 & q31之間。全長25萬bases大部份為非密碼區，真正密碼區只佔2% • 肌肉萎縮症Dmd基因位在X染色體短臂『Xp21』 全長200萬bp，其中大部份為intron，密碼區只佔1% ' 大部份病人是dmd基因內幾個bases改變，少數是因dmd 基因完全缺失或部份缺失。

  16. 螢光原位雜交技術(fluorescence in situ hybrididization)

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