動物遺傳學(xué)動物基因組學(xué)基礎(chǔ)二

1、趙志輝第九章第九章 動物基因組學(xué)基礎(chǔ)（二）動物基因組學(xué)基礎(chǔ)（二）吉林大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院genome and genomics概念 genomegene + chromesome 一個配子中染色體遺傳物質(zhì)的總和； 細菌或噬菌體：單個染色體所含的全部 dna分子或遺傳信息二倍體生物：維持配子或配字體正常功能 的最基本的一套染色體dna 及其遺傳信息。c值矛盾c值：基因組的大小通常以一個基因組中的dna含量來表示，成為生物體的c值（c value）?；蚪M的基因數(shù)目基因組的基因數(shù)目表表3-3 不同生物的基因數(shù)目不同生物的基因數(shù)目基因組1%編碼蛋白，99垃圾序列非結(jié)構(gòu)基因的dna序列的結(jié)構(gòu)與功能？c值矛

2、盾匝生物學(xué)功能和進化中的意義？基因組學(xué)基因組學(xué)研究的發(fā)展基因組學(xué)（genomics)轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomics)蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics)表型組學(xué)（phenomics)系統(tǒng)生物學(xué)（system biology）基因型環(huán)境=表型第二節(jié) 基因組的序列組織基因組的復(fù)雜性c值矛盾的解釋：基因數(shù)量是否隨著c值的增加而增加復(fù)性動力學(xué)c值的差異主要反映了重復(fù)序列dna含量的差異基因的結(jié)構(gòu)基因組的結(jié)構(gòu)同一個基因能產(chǎn)生同一個基因能產(chǎn)生不止一個蛋白分子不止一個蛋白分子內(nèi)含子/外顯子單一序列（單一序列（unique sequence）又稱非重復(fù)序列，）又稱非重復(fù)序列，在一個基因組中只有一個或幾

3、個拷貝在一個基因組中只有一個或幾個拷貝dna的序列。的序列。 重復(fù)序列重復(fù)序列(repetitive sequence)重復(fù)序列的特點重復(fù)序列的特點重復(fù)單位的長度多樣性重復(fù)單位的長度多樣性, ,短的短的僅幾個甚至兩個核苷酸僅幾個甚至兩個核苷酸, ,長的有長的有幾百乃至上千個核苷酸。幾百乃至上千個核苷酸。重復(fù)的次數(shù)多樣性重復(fù)的次數(shù)多樣性, ,少的可重少的可重復(fù)幾十次復(fù)幾十次, ,多的上百萬次。多的上百萬次。單一序列單一序列(unique sequence)真核生物dna的分類短分散重復(fù)序列（短分散重復(fù)序列（short interspersed repeated sequence，sines）al

4、u家族（ alu family）長分散重復(fù)序列（長分散重復(fù)序列（long interspersed repeated sequence，lines）kpn家族（ kpn family）中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列衛(wèi)星衛(wèi)星dna由重復(fù)單位長度為由重復(fù)單位長度為2-200bp 的重復(fù)序的重復(fù)序列組成。列組成。 衛(wèi)星衛(wèi)星dna:dna:由長的串聯(lián)重復(fù)序列組成。由長的串聯(lián)重復(fù)序列組成。 微衛(wèi)星微衛(wèi)星dna（microsatellite）：以）：以2-6個核苷酸為核心序列的串聯(lián)重復(fù)序列。個核苷酸為核心序列的串聯(lián)重復(fù)序列。 小衛(wèi)星小衛(wèi)星dna（minisatellite）：以）：以6-

5、25個核苷酸為核心序列的串聯(lián)重復(fù)序列。個核苷酸為核心序列的串聯(lián)重復(fù)序列?；蚣易寤蚣易澹╣ene family）是真核生物基因組中來）是真核生物基因組中來源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的一組基因。源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的一組基因?；蚣易迮c基因簇基因家族與基因簇成簇存在的基因家族基因簇基因簇(gene cluster)是指基因家族的各成員緊是指基因家族的各成員緊密成簇排列成大段的串聯(lián)重復(fù)單位，定位于染色密成簇排列成大段的串聯(lián)重復(fù)單位，定位于染色體的特殊區(qū)域，它們是同一個祖先基因擴增的產(chǎn)體的特殊區(qū)域，它們是同一個祖先基因擴增的產(chǎn)物（物（mhc class i）。）。orphon孤獨基因孤獨基因

6、hla gene familyimmunoglobulin gene familyfigure10. the organization of the immunoglobulin heavy chain locus in vertebrates.figure12. comparison of the ighc locus in the hominoid line. the existence of the gene has been proved only in human. gene duplication including the -genes occurred in the commo

7、n ancestor of hominoids and subsequent deletion of the cgene(in orangutan, including one of the cgenes) occurred independently in each hominoid species散布的基因家族 編碼密切相關(guān)的蛋白，但成員的序列并不相同，且散在分布于不同的染色體上。如血紅蛋白基因家族。兩個成員具有共同的起源。假基因（pseudogene)存在于基因家族中結(jié)構(gòu)與功能基因具有同源性無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物失活由突變產(chǎn)生alu家族是人類基因組中十分典型的散布基因家族特點：成員眾多，平

8、均6kb一個； 300bp，以alu i特征識別序列agct分為兩個片 段，170bp/130bp； 非串聯(lián)重復(fù)； 具轉(zhuǎn)錄活性，可能與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、hnrna加工以 及dna復(fù)制有關(guān)； 具轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)特征。衛(wèi)星dna的應(yīng)用dna fingerprinting (小衛(wèi)星） jeffreys等(1985)用人的肌紅蛋自基因第一個內(nèi)含子中的重復(fù)序列(重復(fù)單位長33bp)作探針，從人的基因文庫中篩選出數(shù)個重復(fù)序列dna，每個重復(fù)序列都是由許多堿基組成相似或相同的基本序列串聯(lián)重復(fù)構(gòu)成。由一種重復(fù)單位頭尾相連構(gòu)成的序列稱為小衛(wèi)星dna (minisatellite dna)，重復(fù)單位長約10-60bp。同一小衛(wèi)

9、星位點上重復(fù)單位的重復(fù)次數(shù)變化，使之在群體中表現(xiàn)出高度多態(tài)性。 nakamura等(1987)稱小衛(wèi)星dna為vntr(variable number of tandem repeat)，并使這一概念沿用至今。小衛(wèi)星dna中每一重復(fù)單位均含有一個相似或相同的核心序列（core sequence），長約l0-l5bp，并且在同一物種不同小衛(wèi)星位點之間和不同物種的小衛(wèi)星位點之間表現(xiàn)高度保守性。迄今為止的許多研究業(yè)已證實，小衛(wèi)星dna在染色體上的隨機性因物種而異，因不同的小衛(wèi)星家族而異。用克隆的小衛(wèi)星dna做探針，可以與同一物種或不同物種基因組中多個位點的小衛(wèi)星dna雜交，獲得具有個體專一性的限制性

10、片段雜交譜帶圖，即dna指紋圖（dna fingerprinting)。dna指紋圖具有高度變異性，個體專一性，組織穩(wěn)定性，因此成為了一種較為廣泛應(yīng)用的遺傳標記 全基因組鳥槍法：全基因組鳥槍法：在一定作圖信息基礎(chǔ)在一定作圖信息基礎(chǔ)上，繞過大片段連續(xù)上，繞過大片段連續(xù)克隆系的構(gòu)建而直接克隆系的構(gòu)建而直接將基因組分解成小片將基因組分解成小片段隨機測序，利用超段隨機測序，利用超級計算機進行組裝級計算機進行組裝（美國（美國celera公司）。公司）。隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測序就成為重中之重的工作。隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測序就成為重中之重的工作。dna序列分析技術(shù)是一個包括制備序列分析技

11、術(shù)是一個包括制備dna片段化及堿基分析、片段化及堿基分析、dna信息翻譯的多階段的過程。通過測序得到基因組的信息翻譯的多階段的過程。通過測序得到基因組的序列序列圖譜圖譜?；驁D譜基因圖譜是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達模式等信息的圖譜。上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達模式等信息的圖譜。在人類基因組中鑒別出占具在人類基因組中鑒別出占具2%5%長度的全部基因的位置、長度的全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過基因的表達產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過基因的表達產(chǎn)物mrna反追反追到染色體的位置。到

12、染色體的位置。( postgenome era) * * 人類基因組計劃完成之后，生物學(xué)被重新劃分為人類基因組計劃完成之后，生物學(xué)被重新劃分為前基因組和后基因組兩部分。前基因組和后基因組兩部分。* * 利用生物在進化上的親緣關(guān)系利用生物在進化上的親緣關(guān)系,來比較它們與來比較它們與人類之間的相似與相異人類之間的相似與相異,即比較基因組學(xué)。即比較基因組學(xué)。 1.1.蛋白質(zhì)分離和鑒定：蛋白質(zhì)分離和鑒定：2.2.翻譯后修飾：翻譯后修飾是蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)功能的重要方式，翻譯后修飾：翻譯后修飾是蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)功能的重要方式，因此對蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對闡明蛋白質(zhì)的功能具有重因此對蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對闡明蛋白質(zhì)

13、的功能具有重要作用。要作用。3.3.蛋白質(zhì)功能確定：如分析酶活性和確定酶底物，細胞因子蛋白質(zhì)功能確定：如分析酶活性和確定酶底物，細胞因子的生物分析的生物分析/ /配基配基- -受體結(jié)合分析?？梢岳没蚯贸头戳x受體結(jié)合分析?？梢岳没蚯贸头戳x技術(shù)分析基因表達產(chǎn)物技術(shù)分析基因表達產(chǎn)物- -蛋白質(zhì)的功能。另外對蛋白質(zhì)表達出蛋白質(zhì)的功能。另外對蛋白質(zhì)表達出來后在細胞內(nèi)的定位研究也在一定程度上有助于蛋白質(zhì)功能來后在細胞內(nèi)的定位研究也在一定程度上有助于蛋白質(zhì)功能的了解。的了解。4.4.對人類而言，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究最終要服務(wù)于人類的健康，對人類而言，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究最終要服務(wù)于人類的健康，主要指促進分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展。如尋找藥