基因定位的应用

第2节　基因定位的应用

基因定位和基因图对遗传学、医学和人类及生物进化的研究都有十分重要的意义。它可提供诊断遗传病和其他疾病的遗传信息，可以指导对这些疾病致病基因的克隆和对病症、病因的分析与认识，这些又取决于遗传图和物理图的相互依赖关系。通过多态位点标记进行连锁分析获得物理图的位置有助于遗传作图，同时，通过连锁分析（部分有减数分裂的交换）又能指导物理作图，使基因定位更为精细。

（一）连锁分析检测基因突变指导遗传病的诊断

通过遗传连锁图，可以在缺少任何生化或分子性质信息的情况下对遗传病进行诊断，例如应用RFLP进行的临床诊断（见第14章）。应当指出，由于多种遗传标记的定位，使RFLP的应用更加广泛。遗传图对疾病诊断最明显的价值是当某一基因已被定位于某染色体但尚未被克隆时，可依赖于运用一个或多个遗传标记进行连锁分析，利用它和该基因的重组关系进行基因诊断。

（二）连锁分析进行致病基因的鉴别与定位

已知疾病基因与遗传标记相关进行连锁分析以诊断疾病需要一定的条件：①有足够数量的家系来确定这种连锁；②有适当的、可提供信息的DNA标记。第一条通常较难满足，尤其是较罕见的疾病，患者通常在年幼时死亡。这时可采取两种方法来进行研究：一是利用少数的大家系，并从此家系成员中获得DNA信息，其优点是所有患者都是同一种遗传病，并由单一基因突变引起；二是收集大量的小家系。前者如慢性进行性舞蹈病，后者如囊性纤维化（CF）。实际上，当疾病基因与遗传标记之间的遗传学图距小于20cM时，可用连锁分析找到连锁关系，但当两者遗传学图距超过此距离时就难以发现连锁关系。

（三）促进对癌基因和肿瘤抑制基因的定位与克隆

通过慢性粒细胞白血病Ph染色体的发现，人们了解到慢性粒细胞白血病是由于染色体9号和22号的易位引起，此外还发现Burkitt淋巴瘤染色体t（8；14）。1982年证实c－myc癌基因定位于8q24，并对其基因分子的结构有了深入认识。现今已知100多种癌基因和约10种肿瘤抑制基因，而且关于肿瘤细胞遗传学异常的报道日益增多，到1993年10月，与染色体畸变相关的肿瘤达239种，其中结构畸变为188种，数目畸变为51种。上述充分说明基因定位和克隆与肿瘤的鉴别定位及深入研究有着密切关系。当然，基因定位与基因图的发展也推动了许多常见复杂病的遗传因素的研究。

（四）位置克隆与基因定位

基因定位的重要应用之一是据此进行基因克隆（gene cloning）。

致病基因克隆有以下两种基本策略。

1.功能克隆

功能克隆（functional cloning）是利用疾病已知的遗传损伤而引起的生化功能如蛋白质氨基酸缺陷的信息进行基因定位，进而克隆该致病基因。已进行的基因克隆大都是预先测知疾病基因的编码蛋白质，利用其mRNA反转录成cDNA，再用cDNA作探针，从人类基因组中“钓”出基因本身。然而，绝大多数遗传病的基因产物不明，无法用功能克隆策略进行基因克隆。

2.位置克隆

位置克隆（positional cloning）是先进行基因定位作图，然后找来自该区的基因并进行克隆，在此之后再来明确该基因的功能。

遗传病致病基因运用位置克隆的成功例子很多，一典型例子是假肥大型肌营养不良（DMD）基因的克隆。学者们利用受累女性X染色体与常染色体21号的易位，以及男性患儿发生小的Xp21.2缺失并伴发3种其他X－连锁隐性遗传病，再运用RFLP连锁分析将DMD基因定位于Xp21。Ray等利用X染色体与21号染色体基因易位，于1986年克隆了该基因的一部分，即XJ系列探针。同年，Kunkel等利用男性患儿的DNA，通过灵敏的技术提纯得到有Xp21.2缺失的片段，即后来被称为pERT87系列的探针。

关于基因定位，近年又兴起一种候选基因方法（candidate gene approach）。此法无须经过基因图和物理图的过程，而是根据某种遗传病和特定基因分别定位于染色体的同一区域，而后再发现并鉴定其基因突变，则可研究此致病基因。自1992年，用此法克隆的基因已有十几个，如SOD1（肌萎缩性侧索硬化症）基因、RET（多发性内分泌促瘤2A型）基因等。

基因定位取得了巨大的成就，随着新的分子生物学技术的不断发展与完善，许多学者认为已经到了对人类基因组3×109 bp、5万～10万个基因进行整体制图和测序的时候，以达到完善而系统地认识人类基因组的目的（具体内容参见第12章）。

（唐艳平）