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二、DNA限制性片段多态性连锁分析

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DNA限制性片段长度多态性(restricitionfragment length polymorphism, RFLPs)连锁分析法是指由于缺失、重排或碱基置换的结果,使DNA分子中原有的某种限制性内切酶的识别位点发生改变,或是消失或是增加,所以酶切后生成的DNA片段的长度也随之改变。这种DNA限制性片段长度的变化往往同某种疾病的连锁关系,因而可作为这种疾病的诊断指标。

如果所分析的DNA分子不太大,比如人体线粒体DNA,长16569bp。在这种DNA分子上每种限制酶的识别点不过几个到几十个,因此,当某种限制酶的识别点发生改变并经过这种酶切后,可清楚地看到DNA电泳带的图型发生改变,条带或者增加或是减少,条带所处的位置也有变化。可是,遗传病病例分析时所用的是基因组DNA,而基因组DNA从限制酶酶切后至少会生成100万个片段,多的可达1000万个片段。如果其中有一、二个片段发生改变,不可能从电泳凝胶上直接观察分辨。此时就必定要用合适的探针。某个目的基因或某一特定的DNA片段,在同酶切后的DNA作分子杂交后,可在曝光的X线片上看到RFLP。图23-8是用分子杂交法检测RELP示意图。

图23-8 分子印迹杂交法则 RFLPs的示意图

这是通过限制酶A识别点的改变出现DNA的RFLP,再以合适的DNA片段作为分子杂交的探针,在探针上标记了放射性同位素,同分别经酶A,酶B完全酶切的DNA作印迹杂交。在曝光后的X线片上可看到不同的杂交带图型。①是正常个体,经酶A和酶B切后的DNA同探针杂交,都只看到一条带。②是一个杂合子即隐性突变基因携带者的杂交图式,由于它的一条染色体的DNA分子中酶A的识别点发生改变,酶切后的DNA片段较原来的长,所以出现一长一短两个片段。③是突变基因纯合子,也就是患者,酶A和B的酶切片段虽然是各有一个,但A的片段比正常的个体长,所以杂交带出现的位置也有改变。从图23-8可以看出研究RFLP的两个重要因素,一是要制备合适的探针,二是要用尽可能多的各种限制性内切酶进行酶切和杂交。

1974年首次用RFLP作为遗传学分析的方法。1978年简悦威和Dozy等第一次用人体β珠蛋白基因作为探针,同限制酶Hpa Ⅰ酶切的DNA做杂交,发现了DNA的RFLP与镰形细胞贫血之间的关系(表23-4)。

表23-4 DNA的RFLP与镰形细胞贫血的关系

由此可以看出,HpaⅠβ珠蛋白基因13.0kb片段可作为检出镰形细胞贫血及携带者的一种指标。1981年Geever等根据镰形细胞贫血是β珠蛋白第6个密码子的一个核苷酸置换的结果,用限制酶DdeⅠ酶切DNA后与β珠蛋白基因杂交。结果是:Hb基因型AA的正常个体有175bp和201bp二条带。SS个体即患者只有一条带,是正常人两个DNA片段长度之和,即376bp。AS杂合子则有三条带:175bp、201bp、376bp。其原因是第6个密码子中的A被T置换,使Hb A变成了HbS。限制酶DdeI的识别顺序为C↓TNAG,当A变成T后,该部位DNA顺序变成CTNTG,从而丢失了一个DdeI识别位点,所以HbA的2个DdeI片段(175bp、201bp)变成了HbS的一个DdeI片段(175+201=376bp)。

除了用基因作探针直接检测基因内的核苷酸变化引起的RFLP外,还有两种途径:一是用基因作探针,检测该基因两侧顺序中核苷酸变化引起的RFLP,确定这些RFLP与遗传病之间有无连锁关系。另一种是用克隆的专一DNA顺序作探针,检测基因两侧顺序DNA的RFLP与遗传病的连锁关系。迄今用上述三种方法已查明近30种遗传病可通过RFLP来检测。表23-5、6、7为部位举例。

表23-5 用基因作探针检测基因内的结构变化来直接分析遗传病

表23-6 用克隆的DNA片段作探针检测连锁的RFIP间接分析遗传病

表23-7 用基因作探针检测紧密连锁的RFLP间接分析遗传病

除了遗传病与RFLP之间的关系的资料,还发现人体癌基因Ha-ras的Bam HI片段的长度可在6.75~8.7kb之间变动。这种RFLP是由于Ha–ras基因有一段可变串联重复顺序(vari-able tandem replication,VTR)。重复顺序长28bp、重复次数可以不同,所以造成BamHⅠ片段的长度变化。图23-9中左图箭头是某种酶的切点,黑框代表可变串联重复顺序。右图代表某种酶切割后,不同个体显示的电泳图谱。1/1、2/2、3/3代表1、2、3等位基因的纯合子;1/2、1/2、2/3代表三种可能的杂合子,由于重复顺序数目不同改变了该酶的切点位置,因而形成不同长度的DNA片段。除Ha-ras癌基因外,成人多囊肾(adult polycystic kidney)基因旁也出现VTR,现已用它作携带者及产前诊断。

图23-9 可变串联重复顺序(VTR)示意图

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