基因組測序與序列

1、會計學(xué)1基因組測序與序列基因組測序與序列第1頁/共89頁第1頁/共89頁第2頁/共89頁第2頁/共89頁第3頁/共89頁Genome Size (Mb)第3頁/共89頁第4頁/共89頁什么是什么是C 值？值？C值悖理：值悖理： 生物的復(fù)雜性與基因組的大小并不完全成比生物的復(fù)雜性與基因組的大小并不完全成比例增加例增加第4頁/共89頁第5頁/共89頁細菌細菌真菌真菌等等動物動物陰影部分為一個門內(nèi)陰影部分為一個門內(nèi)C-值的范圍值的范圍第5頁/共89頁第6頁/共89頁第6頁/共89頁第7頁/共89頁 DNA 的復(fù)性的復(fù)性 遵循二級反應(yīng)動力學(xué)，可表述為遵循二級反應(yīng)動力學(xué)，可表述為：dCt / dt =

2、-KC02 反應(yīng)達反應(yīng)達 t 時，單鏈時，單鏈DNA濃度濃度 = CtC0 = 單鏈單鏈 DNA起始濃度起始濃度 K 復(fù)性速度常數(shù)復(fù)性速度常數(shù)順序復(fù)雜性第7頁/共89頁第8頁/共89頁Cot(1/2) = 1/K (mol. Sec / L) 常數(shù)常數(shù) Ct/C0 0101C0t(1/2) C0t(1/2) C0t(1/2)值與基因組復(fù)雜性成正比。值與基因組復(fù)雜性成正比。第8頁/共89頁第9頁/共89頁 是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生一條多肽鏈或功能一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸所必需的全部核苷酸序列。序列。 基因分類：基因分類： 編碼編碼R

3、NA的基因，如的基因，如rRNA基因，基因，snRNA基因等；基因等； 編碼蛋白質(zhì)的基因編碼蛋白質(zhì)的基因2. 什么是基因？什么是基因？第9頁/共89頁第10頁/共89頁基因的不連續(xù)性基因的不連續(xù)性Intron 和和Exon: 大多數(shù)真核生物蛋大多數(shù)真核生物蛋白質(zhì)基因的編碼順白質(zhì)基因的編碼順序序(Exon)都被或長都被或長或短的非編碼順序或短的非編碼順序(Intron)隔開隔開第10頁/共89頁第11頁/共89頁基因家族基因家族 一群具有一致的或相似順序的基因一群具有一致的或相似順序的基因, ,有的還擔(dān)負有的還擔(dān)負類似的生物學(xué)功能類似的生物學(xué)功能, , 可以相互補償可以相互補償, , 比如比如:

4、E2f :E2f transcription factor transcription factor Mouse symbolHuman OrthologE2f1E2F1 E2f2E2F2E2f3E2F3E2f4E2F4E2f5E2F5E2f6E2F6第11頁/共89頁第12頁/共89頁假基因假基因(Pseudogene) 來源于功能基因來源于功能基因 但已失去活性但已失去活性 的的DNA序列序列產(chǎn)生假基因的原因有產(chǎn)生假基因的原因有:1. 由重復(fù)產(chǎn)生的假基因由重復(fù)產(chǎn)生的假基因;2. 加工的假基因加工的假基因, 由由RNA反轉(zhuǎn)錄為反轉(zhuǎn)錄為cDNA 后再整合后再整合到基因組中到基因組中;3. 殘缺

5、的基因殘缺的基因(Truncated gene) 第12頁/共89頁第13頁/共89頁重迭基因有以下幾種情況：重迭基因有以下幾種情況：*一個基因完全在另一個基因內(nèi)部一個基因完全在另一個基因內(nèi)部*部分重疊部分重疊* 兩個基因共用少數(shù)堿基對兩個基因共用少數(shù)堿基對 第13頁/共89頁第14頁/共89頁*一個基因完全在另一個一個基因完全在另一個基因內(nèi)部基因內(nèi)部如：如：B和和A， E和和D 其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同 -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNATAA第14頁/共89頁第15頁/共89頁*部分重疊部分重疊 如：如： K和和C *兩個基因

6、共用少數(shù)兩個基因共用少數(shù)堿基對堿基對 如：如： D和和J-TAATG-D 終止密碼子終止密碼子J 起始密碼子起始密碼子第15頁/共89頁第16頁/共89頁第16頁/共89頁第17頁/共89頁第17頁/共89頁第18頁/共89頁A 克隆于質(zhì)粒中DNA用堿或熱變性B M13克隆單鏈DNAC 噬粒克隆DNAD PCR產(chǎn)生單鏈DNAA 高酶活性B 無53外切酶活性C 無35外切酶活性ddATP/ddCTP/ddGTP/ddTTP 的3碳原子連接的是氫原子,不是羥基第18頁/共89頁第19頁/共89頁第19頁/共89頁第20頁/共89頁第20頁/共89頁第21頁/共89頁第21頁/共89頁第22頁/共8

7、9頁第22頁/共89頁第23頁/共89頁堿基特異修飾方法GPh8.0,用硫酸二甲酯對 N7進行甲基化,使 C8-C9鍵對堿基裂解有特殊敏感性A+GpH2.0 哌啶甲酸可使嘌呤環(huán)的N原子化,從而導(dǎo)致脫嘌呤,并因此消弱腺嘌呤和鳥嘌呤的糖苷鍵C+T肼可打開嘧啶環(huán),后者重新環(huán)化成五元環(huán)后易除去C1.5mol/L NaCl存在時,可用肼除去胞嘧啶第23頁/共89頁第24頁/共89頁哌啶第24頁/共89頁第25頁/共89頁第25頁/共89頁第26頁/共89頁第26頁/共89頁第27頁/共89頁第27頁/共89頁第28頁/共89頁第28頁/共89頁第29頁/共89頁1 ATACGTTA2 GTTAGATC3

8、 ACGTTAGA4 CGTTAGAT5 GTTAGATCDNA 樣品 TATGCAATCTAG與基因芯片上 65,000 種可能的八聚體進行雜交從而形成特定的結(jié)合圖形計算機分析雜交圖象并由探針的重疊情況推導(dǎo)樣品的核酸序列1 ATACGTTA3 TACGTTAG4 ACGTTAGA2 CGTTAGAT5 GTTAGATC3 TACGTTAG4 ACGTTAGA2 CGTTAGAT互補序列為：ATACGTTAGATC樣品序列為：TATGCAATCTAG利用基因芯片進行雜交測序的原理第29頁/共89頁第30頁/共89頁ABCABCABCABC小片段測序小片段測序計算機拼裝計算機拼裝第30頁/共89

9、頁第31頁/共89頁ABC小片段測序小片段測序計算機拼裝計算機拼裝鳥槍法鳥槍法(Shotgun)測序的問題測序的問題 CAATGCATTAGCAGCCAATGCGAP錯裝錯裝第31頁/共89頁第32頁/共89頁第32頁/共89頁第33頁/共89頁解決辦法:通過相鄰已知順序作為探針篩選已有的基因組文庫解決辦法:利用其它宿主菌與載體重新構(gòu)建文庫第33頁/共89頁第34頁/共89頁第34頁/共89頁第35頁/共89頁第35頁/共89頁第36頁/共89頁 先將染色體打成比較大的片段先將染色體打成比較大的片段(幾十幾十-幾百幾百Kb), 利用利用分子標記將這些大片段排成重疊的克隆群分子標記將這些大片段排

10、成重疊的克隆群(Contig), 分別分別測序后拼裝測序后拼裝. 這種策略叫基于克隆群這種策略叫基于克隆群(contig-based)的策的策略略.ABCABC大片段大片段contig小片段測序拼裝小片段測序拼裝第36頁/共89頁第37頁/共89頁第37頁/共89頁第38頁/共89頁第38頁/共89頁第39頁/共89頁第39頁/共89頁第40頁/共89頁第40頁/共89頁第41頁/共89頁第41頁/共89頁第42頁/共89頁第42頁/共89頁第43頁/共89頁第43頁/共89頁第44頁/共89頁隨機測序與序列組裝方法和指導(dǎo)測序與序列組裝方法相結(jié)合進行序列組裝第44頁/共89頁第45頁/共89頁

11、第45頁/共89頁第46頁/共89頁第46頁/共89頁第47頁/共89頁第47頁/共89頁第48頁/共89頁 19號染色體是含基因最豐富的染色體，而13號染色體含基因量最少目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”。在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無用DNA” 不包含或含有極少基因的成分。基因組上大約有14的區(qū)域沒有基因的片段。 353的基因包含重復(fù)的序列。這說明那些原來被認為是“垃圾”的DNA也起重要作用，應(yīng)該被進一步研究。第48頁/共89頁第49頁/共89頁第49頁/共89頁第50頁/共89頁第

12、50頁/共89頁第51頁/共89頁5.6 人類基因組計劃的論理學(xué)第51頁/共89頁第52頁/共89頁第52頁/共89頁第53頁/共89頁第53頁/共89頁第54頁/共89頁第54頁/共89頁第55頁/共89頁第55頁/共89頁第56頁/共89頁第56頁/共89頁第57頁/共89頁第57頁/共89頁第58頁/共89頁第58頁/共89頁第59頁/共89頁第59頁/共89頁第60頁/共89頁第60頁/共89頁第61頁/共89頁第61頁/共89頁第62頁/共89頁第62頁/共89頁第63頁/共89頁第63頁/共89頁第64頁/共89頁第64頁/共89頁第65頁/共89頁第65頁/共89頁第66頁/共8

13、9頁第66頁/共89頁第67頁/共89頁第67頁/共89頁第68頁/共89頁第68頁/共89頁第69頁/共89頁第69頁/共89頁第70頁/共89頁第70頁/共89頁第71頁/共89頁第71頁/共89頁第72頁/共89頁第72頁/共89頁第73頁/共89頁第73頁/共89頁第74頁/共89頁第74頁/共89頁第75頁/共89頁第75頁/共89頁第76頁/共89頁cDNA文庫構(gòu)建第76頁/共89頁第77頁/共89頁cDNA文庫構(gòu)建第77頁/共89頁第78頁/共89頁5RACE第78頁/共89頁第79頁/共89頁3RACE第79頁/共89頁第80頁/共89頁第80頁/共89頁第81頁/共89頁 是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生一條多肽鏈或功能一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸所必需的全部核苷酸序列。序列。 基因分類：基因分類： 編碼編碼RNA的基因，如的基因，如rRNA基因，基因，snRNA基因等；基因等； 編碼蛋白質(zhì)的基因編碼蛋白質(zhì)的基因2. 什么是基因？什么是基因？第81頁/共89頁第82頁/共89頁*一個基因完全在另一個一個基因完全在另一個基因內(nèi)部基因內(nèi)部如：如：B和和A， E和和D 其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同 -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNAT