人類淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)的遺傳分析

1、人類淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)的遺傳分析 作者：李冬果 華琳 劉紅 鄭衛(wèi)英 張金旺【摘要】 從CEPH家族14個(gè)家系中選擇4個(gè)家系50個(gè)個(gè)體的淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)及SNP基因型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示同家系的差異表達(dá)基因少，而不同家系的差異表達(dá)基因多。同家系中同胞對(duì)與非同胞對(duì)的方差比范圍約為0.0010.967，從20個(gè)SNPs中篩選出5個(gè)某一基因型明顯高于其他基因型的SNP。 【關(guān)鍵詞】 基因表達(dá)； 遺傳； 家系； SNP在個(gè)體差異問(wèn)題上，研究者面臨的問(wèn)題是遺傳與環(huán)境在個(gè)體差異形成過(guò)程中的作用。很多研究者都提出了不同的理論解釋造成個(gè)體差異的遺傳和環(huán)境基因。20世紀(jì)90年代初，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的M

2、cClearn1借鑒統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)中有關(guān)遺傳變異與環(huán)境變異因素對(duì)生物性狀的影響模型理論提出了描述遺傳與環(huán)境對(duì)個(gè)體差異影響作用的差異模型，用以揭示遺傳和環(huán)境對(duì)個(gè)體差異形成所產(chǎn)生的影響。 事實(shí)上，許多基因的表達(dá)水平均顯示出物種的自然變異，從酵母到人類。人類基因組導(dǎo)致了個(gè)體間的遺傳變異，同時(shí)也使得基因表達(dá)水平分析有了可行性。微陣列實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)測(cè)量成千上萬(wàn)個(gè)基因轉(zhuǎn)錄后生成的mRNA水平，mRNA水平高低表明其對(duì)應(yīng)基因的表達(dá)水平。鑒別差異表達(dá)基因在生物學(xué)上具有重要意義，同時(shí)又是基因表達(dá)模式的分類及局部生物過(guò)程基因網(wǎng)絡(luò)的推斷等復(fù)雜分析的前提和基礎(chǔ)。高密度的DNA微陣列（microarray）,由于荷載了成千上

3、萬(wàn)個(gè)DNA片段，可一次同時(shí)檢測(cè)數(shù)以千計(jì)的基因表達(dá)水平2。基于此原因，我們對(duì)全基因組的基因表達(dá)水平進(jìn)行分析。采用淋巴母細(xì)胞的cDNA微陣列數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因，差異表達(dá)基因分別用SPSS11.5軟件和SAM軟件（）進(jìn)行分析。1 方差比及差異表達(dá)基因1.1 4個(gè)不同家系的方差比 我們選擇Centre dEtude du Polymorphisme Humain（CEPH）家族淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)3,4，從14個(gè)家系中選擇4個(gè)家系：1333家系（12個(gè)個(gè)體）,1340家系(11個(gè)個(gè)體)，1341家系（14個(gè)個(gè)體），1345（13個(gè)個(gè)體）家系中的30個(gè)基因（），方差比（F值）范圍0.1384.7

4、31，中位數(shù)為1.849。其中組內(nèi)均方的范圍0.020.7。方差比最高的為EIF3S7和RPL18,均為4.731，最高方差比是最低方差比的34.3倍。1.2 同家系的方差比 我們選擇Centre dEtude du Polymorphisme Humain（CEPH）家族淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，從14個(gè)家系中選擇4個(gè)家系1333（12個(gè)個(gè)體）,1340(11個(gè)個(gè)體)，1341（14個(gè)個(gè)體），1345（13個(gè)個(gè)體）家系中的30個(gè)基因，其中1333家系中同胞對(duì)與非同胞對(duì)的方差比為0.0020.717，1340家系中同胞對(duì)與非同胞對(duì)的方差比為0.0010.846，1341家系同胞對(duì)與非同胞對(duì)的方

5、差比為0.0040.934，1345家系同胞對(duì)與非同胞對(duì)的方差比為0.0010.967。此項(xiàng)結(jié)果說(shuō)明同胞對(duì)的變異要小于非同胞對(duì)的變異。1.3 同家系的差異表達(dá)基因 我們?nèi)赃x擇CEPH家族淋巴母細(xì)胞基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，在14個(gè)家系中，僅選擇1333家系的30個(gè)基因，通過(guò)隨機(jī)重排檢驗(yàn)600次，?。ū硎舅x取的差值，可用其計(jì)算假發(fā)現(xiàn)率）5不同水平，得到差異表達(dá)基因如下： 0.010.19，有15個(gè)差異表達(dá)基因 0.20，無(wú)差異表達(dá)基因1.4 不同家系的差異表達(dá)基因 我們從14個(gè)家系中選擇兩個(gè)家系1333家系和1340家系的同胞兄弟的30個(gè)基因，所得結(jié)果如下： 0.010.3，有27個(gè)差異表達(dá)基因。 這個(gè)

6、結(jié)果說(shuō)明不同家系的差異表達(dá)基因比同家系的差異表達(dá)基因多。2 基于SNP的相關(guān)分析 SNP是一種可遺傳的變異，是指基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種不同的堿基，SNP通常是一種二等位基因，在人類基因組中廣泛存在6。它被普遍認(rèn)為是繼第一代限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記、第二代微衛(wèi)星標(biāo)記之后的第三代基因遺傳標(biāo)記，可用于連鎖分析來(lái)進(jìn)行遺傳病的單倍型診斷和未知致病基因的定位。SNP被認(rèn)為是一種能夠穩(wěn)定遺傳的早期突變，研究者可以通過(guò)對(duì)SNP的相關(guān)分析和高密度的SNP圖譜來(lái)定位一系列復(fù)雜疾病的相關(guān)基因。 本研究基于SNP的相關(guān)分析是研究家系資料中特定等位基因的頻率。我們從14個(gè)家系中選擇1333家系（14個(gè)個(gè)體），

7、1340家系（13個(gè)個(gè)體），1341家系（14個(gè)個(gè)體），1345家系（13個(gè)個(gè)體）的20個(gè)SNPs進(jìn)行分析，得到的結(jié)果見(jiàn)表1。 圖1 同家系的SAM plot圖（略）圖2 同家系的SAM plot圖（略）圖3 5個(gè)基因型明顯不同的SNP（略）從表1中可以看到rs2132594的2/2基因型明顯高于其他基因型；rs1037800的3/3基因型明顯高于其他基因型；rs2057008的2/2基因型明顯高于其他基因型；rs1075793的1/1基因型明顯高于其他基因型；rs2004576的1/1基因型明顯高于其他基因型。初步顯示了SNP在遺傳學(xué)中應(yīng)用的潛力，見(jiàn)圖3。表1 SNP基因型頻率（1，2，3，

8、4分別表示4個(gè)核苷酸）（略）3 討論 在人類基因定位中，傳統(tǒng)的家系分析方法起著重要作用，但也存在明顯的不足。通過(guò)家系分析很難作基因定位，而SNP作為第三代基因遺傳標(biāo)記構(gòu)成了不同個(gè)體與群體的遺傳學(xué)基礎(chǔ)?；蜓芯恐?個(gè)SNP的等位基因出現(xiàn)頻率達(dá)5以上有意義，人類DNA編碼區(qū)僅占5，雖然這些并非位于被轉(zhuǎn)錄或控制基因轉(zhuǎn)錄及翻譯成分內(nèi)用于基因研究的標(biāo)志與基因表達(dá)沒(méi)有直接關(guān)系，但它們可能與被稱為“連鎖不平衡”的重要基因一起被遺傳7。我們的研究結(jié)合了Microarray表達(dá)數(shù)據(jù)及SNP基因型數(shù)據(jù)，通過(guò)選擇家系及少量的基因分析，可以看出不同家系的差異表達(dá)基因要多于同家系的差異表達(dá)基因，而同家系中同胞對(duì)的變異要

9、小于非同胞對(duì)的變異。通過(guò)SNP的基因型頻率分析，有5個(gè)SNP的某一基因型明顯高于其他基因型。根據(jù)群體遺傳學(xué)理論，在生物長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，許多因子，如選擇、遷移、基因突變和遺傳漂變等，均會(huì)導(dǎo)致不同位點(diǎn)間的等位基因連鎖不平衡產(chǎn)生。所以進(jìn)一步還應(yīng)作相應(yīng)的連鎖分析?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1 宋尚桂，孫金玲.差異模型及其在個(gè)體差異研究中的應(yīng)用.中國(guó)特殊教育，2005，1：8488.2 陸巍，等.基于非參數(shù)方法的腫瘤基因表達(dá)數(shù)據(jù)挖掘.上海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，12：543548.3 Michael Morley,etc.Genetic analysis of genomewide variation in human gene expression,Nature,vol430,743747.4 Vivian G.cheung,etc.Natural variation in human gene expression assessed in lymphoblastoid cells,Nature genetics,vol33,42