毒理學(xué)第10章 毒理基因組學(xué)

第10章毒理基因組學(xué)

醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生系

毒理基因組學(xué)概述毒理學(xué)是研究毒物與機(jī)體交互作用的一門學(xué)科。代謝研究：毒物的體內(nèi)過程(吸收、分布、代謝轉(zhuǎn)化、排泄)及機(jī)體防御體系對毒作用的影響；機(jī)制探討：毒物對機(jī)體各種組織細(xì)胞、分子、特別是生物大分子作用及損害的機(jī)制,闡明毒物分子結(jié)構(gòu)與其毒作用之間的關(guān)系。22023/3/30基因組學(xué)（genomics）基因組（genome），又稱染色體組一個物種單倍體的染色體數(shù)目，物種全部遺傳信息的總和。泛指一個有生命體、病毒或細(xì)胞器的全部遺傳物質(zhì)；在真核生物，基因組是指一套染色體（單倍體）DNA。32023/3/301.病毒基因組

DNA病毒

RNA病毒

多數(shù)為雙鏈(ds)、環(huán)狀或線性多數(shù)為單鏈(ss)、線性42023/3/30噬菌體phiX1741977，Sanger單鏈環(huán)狀DNA病毒5386nt5386nt2500氨基酸52023/3/30乙型肝炎病毒（HBV）聚合酶HBsAgHBcAg部分開環(huán)雙鏈DNA病毒62023/3/30乙型肝炎病毒基因組乙型肝炎病毒基因組

--部分開環(huán)雙鏈DNA聚合酶HBsAgHBcAg72023/3/30.

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus單鏈RNA病毒8節(jié)段-ssRNA血凝素（HA）神經(jīng)氨酸酶（N)82023/3/30人類免疫缺陷病毒(HIV)（humanImmunodeficiencyvirus）逆轉(zhuǎn)錄病毒（單鏈RNA病毒）RNA92023/3/302.原核生物基因組細(xì)菌染色體DNA質(zhì)粒DNA以大腸桿菌（Escherichiacoli）為例102023/3/30類核（nucleoid）：細(xì)菌染色體在細(xì)胞內(nèi)形成的一個致密區(qū)域。大腸桿菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)Nucleoid類核質(zhì)粒plasmid核糖體鞭毛112023/3/30由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

通常只有一個DNA復(fù)制起點(diǎn)。大腸桿菌染色體DNA大腸桿菌4000K3000K2000K1000K0OriCTerC4639221bp122023/3/30質(zhì)粒DNA質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的，具有自主復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子；大小為幾kb。四環(huán)素抵抗132023/3/303.真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA142023/3/3012345678910111213141516171819202122XY人類染色體基因組152023/3/30人類線粒體基因組2個rRNA基因和22個tRNA基因，13個編碼蛋白質(zhì)基因，編碼序列占93%。162023/3/30CREDIT:JOESUTLIFFScience,Vol291:1221.FishinginaMoreEffective

Way!釣魚？竭澤而漁？遺傳學(xué)、生物化學(xué)基因組學(xué)、蛋白組學(xué)基因組學(xué)一、產(chǎn)生背景及概念二、基因組學(xué)分類三、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)四、功能基因組學(xué)五、比較基因組學(xué)182023/3/30一、產(chǎn)生背景及概念

1.背景：1985年提出人類基因組計(jì)劃（HGP），隨著HGP的提出和實(shí)施，產(chǎn)生的基因組學(xué)?；蚪M學(xué)（genomics）對物種的所有基因進(jìn)行定位、作圖、測序和功能分析。192023/3/302.基因組學(xué)（genomics）概念以分子生物學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究手段，以生物體內(nèi)全部基因?yàn)檠芯繉ο螅谌虮尘跋潞驼w水平上探索生命活動的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機(jī)制的科學(xué)。202023/3/303.基因組學(xué)研究內(nèi)容***

獲得生物體全部基因組序列鑒定所有基因的功能明確基因之間的相互作用關(guān)系闡明基因組的進(jìn)化規(guī)律

212023/3/304.基因組學(xué)的發(fā)展歷程流感嗜血桿菌(haemophilusinfluenzae)1995年7月第一個細(xì)菌基因組全序列發(fā)表(Science)：大小為1.8Mb。含1703個基因或開放閱讀。這是微生物乃至整個生物學(xué)領(lǐng)域的一個里程碑。222023/3/30大腸桿菌1997年9月,大腸桿菌的完整基因圖譜已繪制成功,基因組全序列完成,全長為5Mb,共有4288個基因,同時也搞清了所有基因產(chǎn)物的氨基酸序列。232023/3/30啤酒酵母1997年，第一個真核生物基因組圖譜公布。242023/3/30秀麗線蟲(caenorhabditiselegans)

1998年12月完成了基因組測序。基因組大小100Mb,分布于6條染色體,預(yù)測有19，099個基因。252023/3/30果蠅Celera公司2000年3月宣布了基因組全序列為180Mb。有13601個基因,其中一半的基因功能還沒有搞清楚,有1600個堿基跨度區(qū)仍未能完全測序。262023/3/30擬南芥：2000年12月,第一個植物基因組——擬南芥基因組被全部測序,遺傳圖譜、物理圖譜建立,序列大小為125Mb?；蚪M測序區(qū)段覆蓋了全基因組的115.4Mb,分析共含有25498個基因,編碼蛋白來自11000個家族。272023/3/30人類基因組2001年2月中旬，《Nature》與《Science》分別發(fā)表了人類基因組工作框架圖,報告人類基因組共有30億個堿基對,預(yù)測編碼基因31000個,比最初預(yù)測的10萬個編碼基因數(shù)大大減少。282023/3/302002年4月，水稻基因組圖譜公布。292023/3/302002年

小鼠、瘧原蟲和按蚊基因組測序完成鼠基因組共有約27億個堿基對，比人類少15％，但其包含的基因數(shù)目約在3萬個左右，與對人類基因數(shù)的最新估計(jì)非常接近。302023/3/30瘧原蟲的裂殖孢子瘧原蟲破壞兩個紅細(xì)胞*人被蚊子咬之后5-10分鐘，瘧原蟲孢子到達(dá)肝臟，入侵肝細(xì)胞內(nèi)就可逃逸人體免疫系統(tǒng)的攻擊。*孢子侵吞肝細(xì)胞的營養(yǎng)，大量地分裂繁殖，一周后，肝細(xì)胞脹破，數(shù)以百萬計(jì)的新孢子釋放進(jìn)入血液。*新的孢子立刻重新入侵紅細(xì)胞，再次逃過免疫系統(tǒng)的攻擊。且以血紅蛋白為食，繼續(xù)繁殖；*兩天后又可再次破壞紅細(xì)胞，產(chǎn)生更多的孢子入侵其它紅細(xì)胞……不久，2/3的紅細(xì)胞都會被瘧原蟲侵襲。*瘧原蟲在血液里這種周期性的繁殖過程，而導(dǎo)致病人三天兩頭地發(fā)高燒、打寒戰(zhàn)。312023/3/30人肝細(xì)胞內(nèi)間日瘧原蟲（Plasmodiumvivax）細(xì)胞前期成熟裂殖體瘧原蟲是瘧疾的病原體，分布區(qū)幾乎遍及全球。間日瘧原蟲是四種寄生于人體的瘧原蟲之一。322023/3/302003年

人類基因組計(jì)劃宣布，人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)；人類遺傳變異圖譜研究以及黑猩猩基因組測序計(jì)劃開始。332023/3/302003年11月，世界上首個復(fù)雜生物體的蛋白圖譜——果蠅蛋白圖譜公布，實(shí)現(xiàn)了由僅顯示遺傳密碼信息的基因圖譜到揭示遺傳密碼功能的蛋白圖譜的飛躍。果蠅（Drosophilamelanogaster）蛋白圖譜發(fā)表在《科學(xué)》雜志的網(wǎng)絡(luò)版上；研究發(fā)布的這個含有7,000多個果蠅蛋白的圖譜含蓋了這些蛋白之間超過20,000種不同的互相作用。果蠅蛋白有許多與人類蛋白類似，適于作為研制小分子藥物如用于治療癌癥、心臟病和糖尿病的口服藥片等的靶點(diǎn)研究。342023/3/302004年３月１日多國科學(xué)家組成的兩個研究小組宣布繪制出雞的基因序列草圖和遺傳差異圖譜。科學(xué)家選取了家雞的遠(yuǎn)祖——紅原雞為測繪對象，繪制出了草圖中約10億個堿基對，相當(dāng)于人類的三分之一?？茖W(xué)家在９日出版的《Nature》雜志上載文說，分析發(fā)現(xiàn)，紅原雞約有２萬到2.3萬個遺傳基因，與人類數(shù)量基本持平，其中有60％與人類相同。（同源性？）352023/3/30雞基因組的分析已經(jīng)得出了出人意料的結(jié)果?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，控制雞生成角蛋白的基因與預(yù)想的不同。角蛋白構(gòu)成人類的頭發(fā)、指甲，以及鳥類的喙和羽毛，科學(xué)家一直認(rèn)為哺乳動物和鳥類的角蛋白來源相同。但圖譜顯示，雞的角蛋白基因與哺乳動物的區(qū)別很大?？茖W(xué)家由此推測，角蛋白可能獨(dú)立了二次進(jìn)化。意外的發(fā)現(xiàn)362023/3/30另外，此前科學(xué)界一致認(rèn)為雞沒有嗅覺，但是分析結(jié)果表明雞具有大量的嗅覺基因，而味覺基因卻很缺乏。分析還發(fā)現(xiàn)，雞缺乏人類所具有的產(chǎn)生乳汁、唾液和牙齒的基因。意外的發(fā)現(xiàn)372023/3/30雞基因組研究的意義雞是研究低等脊椎動物和人類等高等哺乳動物的一種比較理想的中介體。將人類基因組與雞等其他生物的基因組進(jìn)行比較，有助于更深入理解人類基因的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而開發(fā)疾病治療的新手段，對于培育優(yōu)質(zhì)雞種、改善食品安全、控制禽流感病毒的蔓延也有重要意義。382023/3/30雞是種常見的家禽，長期受到進(jìn)化生物學(xué)家的青睞。它的基因序列也有助于科學(xué)家了解農(nóng)業(yè)和進(jìn)化學(xué)上重要特性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。雞的進(jìn)化研究轉(zhuǎn)基因小雞對雞和人類的基因組進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)約七千萬個堿基對是共有的。這暗示著在大約三億一千萬年前二個物種的確是從共同祖先分化出來的——遺傳物質(zhì)的守恒性。392023/3/30雞和所有的哺乳動物多起源于恐龍鳥類的祖先——始祖鳥402023/3/30“分道揚(yáng)鑣”在鳥類和哺乳動物分離的時候，雞獲得了生成羽毛和喙的蛋白質(zhì)的基因，而哺乳動物獲得了毛皮蛋白質(zhì)的基因，喪失了與蛋清和蛋黃有關(guān)的基因。雞的基因組比哺乳動物的緊湊，它擁有20萬到23萬個基因，但僅有十億個DNA堿基，而同樣多的基因人類需要三十億個堿基。雞的基因數(shù)量與哺乳動物的相當(dāng)，但它的基因組含有重復(fù)的“垃圾DNA”的數(shù)量很少。412023/3/30我國科學(xué)家在雞基因組學(xué)研究上的重大突破*中國科學(xué)院北京基因組研究所在國際合作的框架下參與和主持完成的紅原雞基因組和家雞基因組多態(tài)性研究。*于2004年12月9日發(fā)表在《nature》雜志上以主題科學(xué)論文的形式發(fā)表。422023/3/302004年12月10日*西南農(nóng)業(yè)大學(xué)家蠶基因組研究群體的研究論文《家蠶基因組框架圖》，于12月10日《Science》上以主題科學(xué)論文的形式發(fā)表，*標(biāo)志我國家蠶基因組研究獲國際認(rèn)可。432023/3/30絲腺是合成繭絲蛋白質(zhì)的生物器官，是蠶絲產(chǎn)業(yè)的生物學(xué)基礎(chǔ)?？茖W(xué)家通過分析家蠶基因組和基因表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)了1874個家蠶絲腺特異基因，其中97％為新發(fā)現(xiàn)；發(fā)現(xiàn)了絲腺中激素活動的證據(jù)；科學(xué)家甚至比較了家蠶與蜘蛛絲的生產(chǎn)者——蜘蛛的基因構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)了它們的107個共同功能基因。442023/3/30通過對功能基因的獲得和功能分析的開展，突破繭絲蛋白質(zhì)合成相關(guān)基因克隆和研究的瓶頸。而隨著家蠶絲腺特異基因研究的深入，中國將在改造絲蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，克服絲綢天然加工弱點(diǎn)等重要產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研發(fā)方面取得突破。452023/3/30二、基因組學(xué)分類***1.根據(jù)研究對象：動物基因組學(xué)、植物基因組學(xué)、腫瘤基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)等。2.根據(jù)研究的重點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、比較基因組學(xué)462023/3/30三、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（一）概念和目的（二）基因圖譜（三）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究常用方法472023/3/30（一）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)***以全基因組測序?yàn)槟繕?biāo)的基因結(jié)構(gòu)研究弄清基因組中全部基因的位置和結(jié)構(gòu)，為基因功能的研究奠定基礎(chǔ)?；蚨ㄎ?/p>

基因組圖譜繪制

測定核苷酸序列482023/3/30結(jié)構(gòu)基因組學(xué)

（structuralgenomics）目的：建立高分辨的遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜和序列圖譜。1.遺傳圖譜（連鎖圖譜）2.物理圖譜（位置圖譜）3.轉(zhuǎn)錄圖譜（表達(dá)圖譜）4.序列圖譜（分子水平的物理圖譜）

492023/3/30基因組圖譜的構(gòu)建基因組計(jì)劃的主要任務(wù)是獲得全基因組序列，但是，利用現(xiàn)有DNA測序方法，每個測序反應(yīng)通常只能得到800-1000個核苷酸的序列（800～1000bp）。只有掌握序列片段在染色體上的準(zhǔn)確位置才能進(jìn)行大量的正確的測序片段拼接?！嗷蚪M計(jì)劃的第一個環(huán)節(jié)——構(gòu)建基因組圖譜502023/3/30基因組圖譜的構(gòu)建

遺傳圖譜（geneticmap）***：采用遺傳分析的方法將基因或其它DNA序列標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。遺傳圖譜（連鎖圖譜）

：根據(jù)遺傳性狀(如已知基因位點(diǎn)、功能未知的DNA標(biāo)記、可鑒別的表型性狀)的分離比例將其在基因組中的定位，構(gòu)建相應(yīng)的連鎖圖譜。512023/3/30遺傳圖譜（連鎖圖譜）通過遺傳圖譜可分清各基因或分子標(biāo)記之間的相對距離與方向，如靠近著絲?；蚨肆?。遺傳圖譜的構(gòu)建是以位于同一染色體相鄰的2個基因或遺傳標(biāo)記的重組率為基因，因而必需要參考家系和分子遺傳標(biāo)記或基因作為研究基礎(chǔ)。522023/3/30遺傳標(biāo)記特點(diǎn)***有可以識別的標(biāo)記，才能確定目標(biāo)的方位及彼此之間的相對位置。構(gòu)建遺傳圖譜的關(guān)鍵是尋找基因組不同位置上的特征標(biāo)記。包括：

形態(tài)標(biāo)記

細(xì)胞學(xué)標(biāo)記

生化標(biāo)記

DNA分子標(biāo)記532023/3/301.形態(tài)標(biāo)記形態(tài)性狀：株高、顏色、白化癥等又稱表型標(biāo)記所有的標(biāo)記都必須具有多態(tài)性！

花色：白色、紅色株高：高、矮血型：A、B、O型淀粉：糯、非糯542023/3/30多態(tài)性（polymophism）所有多態(tài)性都是基因突變的結(jié)果！數(shù)量少很多突變是致死的受環(huán)境、生育期等因素的影響552023/3/30最早建立的果蠅連鎖圖，就是利用控制果蠅眼睛的形狀、顏色；軀體的顏色、翅膀的形狀等形態(tài)性狀作為標(biāo)記，分析它們連鎖關(guān)系及遺傳距離，繪制而成的?？刂菩誀畹钠鋵?shí)是基因，所以形態(tài)標(biāo)記實(shí)質(zhì)上就是基因標(biāo)記。果蠅連鎖圖562023/3/30○摩爾根的果蠅試驗(yàn)?zāi)柛鶎?shí)驗(yàn)假說“眼睛的顏色基因（R）與性別決定的基因是結(jié)在一起的，即在X染色體上?！?/p>

——

鏈鎖？也就是說：得到一條既帶有白眼基因的X染色體，又有一條Y染色體的話，即發(fā)育為白眼雄果蠅。572023/3/30○摩爾根的果蠅試驗(yàn)最終成就染色體可以自由組合，但排在一條染色體上的基因是不能自由組合的——基因的“連鎖”。摩爾根在長期的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于同源染色體的斷離與結(jié)合，而產(chǎn)生了基因的互相交換——基因的

“互換”。（僅占１％）。連鎖和交換定律——摩爾根遺傳第三定律。揭示了基因是組成染色體的遺傳單位，它能控制遺傳性狀的發(fā)育，也是突變、重組、交換的基本單位。582023/3/30○摩爾根的果蠅試驗(yàn)

親本組合中的兩個性狀連在一起傳給后代的現(xiàn)象稱為連鎖遺傳。

果蠅的灰身（B）對黑身（b）為顯性，長翅（V）對殘翅（v）為顯性。灰長（BBVV）×黑殘（bbvv）F1灰長（BbVv）將雄蠅和雌蠅分別與雙隱性黑殘（bbvv）交配（測交）結(jié)果看下圖。592023/3/30

果蠅的完全連鎖和不完全連鎖602023/3/30果蠅完全連鎖解釋（同源染色體未發(fā)生片段交換)612023/3/30果蠅不完全連鎖解釋（同源染色體發(fā)生片段交換）622023/3/30

○摩爾根提出的連鎖遺傳的主要內(nèi)容：

·

若干個基因線性排列在染色體上，一條染色體上的基因組成一個連鎖群；

·

一對同源染色體有兩條染色體，一條染色體有兩條染色單體，這兩條染色單體稱為姊妹染色體，一條染色體與另一條染色體的染色單體互稱為非姊妹染色體；

·

減數(shù)分裂時同源染色體聯(lián)會，非姊妹染色體發(fā)生片段交換，基因發(fā)生重新組合；

·

一對同源染色體的4條染色單體中只有2條發(fā)生了交換，產(chǎn)生2種重組型配子；另2條染色單體未發(fā)生交換，產(chǎn)生2種親本型配子。632023/3/30果蠅連鎖圖眼睛的形狀（棒、非棒）眼睛的顏色（紅、紫）軀體的顏色（灰、黑）翅膀的形狀（長、短）642023/3/302.細(xì)胞學(xué)標(biāo)記明確顯示遺傳多態(tài)性的染色體結(jié)構(gòu)特征和數(shù)量特征染色體的核型染色體的帶型染色體的結(jié)構(gòu)變異染色體的數(shù)目變異優(yōu)點(diǎn)：不受環(huán)境影響缺點(diǎn)：數(shù)量少、費(fèi)力、費(fèi)時、對生物體的生長發(fā)育不利652023/3/303.生化標(biāo)記

又稱蛋白質(zhì)標(biāo)記就是利用蛋白質(zhì)的多態(tài)性作為遺傳標(biāo)記。如：同工酶、貯藏蛋白優(yōu)點(diǎn)：數(shù)量較多，受環(huán)境影響小缺點(diǎn)：受發(fā)育時間的影響、有組織特異性、只反映基因編碼區(qū)的信息662023/3/304.DNA分子標(biāo)記——簡稱分子標(biāo)記以DNA序列的多態(tài)性作為遺傳標(biāo)記優(yōu)點(diǎn)：不受時間和環(huán)境的限制遍布整個基因組，數(shù)量無限不影響性狀表達(dá)自然存在的變異豐富，多態(tài)性好共顯性，能鑒別純合體和雜合體672023/3/30DNA分子標(biāo)記每種生物DNA具有穩(wěn)定性，∴DNA標(biāo)記本身可作為構(gòu)建遺傳圖譜的標(biāo)記，主要有以下3種類型：①限制性內(nèi)切酶多態(tài)性（RFLP）②簡單序列長度多態(tài)性（SSLP）③單核苷酸多態(tài)性（SSR）——微衛(wèi)星標(biāo)記682023/3/30限制性片段長度多態(tài)性

（restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP）

DNA序列能否被某一酶酶切，僅相當(dāng)于一對等位基因的差異。如有兩個DNA分子（一對染色體），一個具有某一種酶的酶切位點(diǎn)，而另一個沒有這個位點(diǎn)，酶切后形成的DNA片段長度就有差異，即多態(tài)性?？蓪FLP作為標(biāo)記，定位在基因組中某一位置上。人類基因組中有105個RFLP位點(diǎn)，每一位點(diǎn)只有兩個等位基因。RFLP分析692023/3/30微衛(wèi)星（micro-satellite）標(biāo)記微衛(wèi)星標(biāo)記又稱為簡單重復(fù)序列標(biāo)記（simplesequencerepeat，SSR）。這種重復(fù)序列的重復(fù)單位很短，常常只有2個、3個或4個核苷酸，如一條染色體TCTGAGAGAGACGC，另一條染色體TCTGAGAGAGAGAGAGAGACGC，就構(gòu)成了多態(tài)性。702023/3/30遺傳圖譜的構(gòu)建方法

理論基礎(chǔ):連鎖與交換基本方法:兩點(diǎn)測驗(yàn)法和三點(diǎn)測驗(yàn)法——根據(jù)重組率進(jìn)行基因定位。712023/3/30

基因定位法：·基因定位是指確定基因在哪一條染色體的哪一個座位上?！みz傳圖譜是根據(jù)重組率進(jìn)行基因定位的方法?！そ粨Q率可反映出基因的距離?！せ蚓嚯x大，交換率大；·

基因距離小，交換率小?！?/p>

以1%的交換率作為兩基因間的圖距單位，用摩（Morgan）、分摩來表示。·

根據(jù)重組率進(jìn)行基因定位有兩點(diǎn)測驗(yàn)法和三點(diǎn)測驗(yàn)法。722023/3/3073

交換率測定及基因定位

交換率的概念·交換發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，無法直接測定，只有通過基因之間的重組來估計(jì)交換發(fā)生的頻率?！び袝r雖然發(fā)生了交換（如雙交換，但沒有導(dǎo)致重組，因此，重組率不全等于交換率，而是重組率≤交換率?！ぶ亟M率是指重組型配子數(shù)占總配子數(shù)的百分率。重組型配子數(shù)難以測定，常用重組型個體數(shù)代表。2023/3/30□兩點(diǎn)測驗(yàn)法：通過一次雜交和一次測交就可得出兩個基因的距離。

AABB×aabb↓AaBb×aabb↓

親本型

AaBbaabb重組型AabbaaBb*重組型個體數(shù)占總個體數(shù)的百分率就是交換率，*交換率×100就是這兩基因間的距離。但不能定出它們的順序。742023/3/30

要求出Aa、Bb、Cc三對基因的順序和距離，就要做3次雜交和3次測交

AABB×aabb→AaBb×aabb→AaBbaabbAabbaaBbAACC×aacc→AaCc×aacc→AaCcaaccAaccaaCcBBCC×bbcc→BbCc×bbcc→BbCcbbccBbccbbCc

分別求出之間的距離，這三個基因就能定位。假如，Aa與Bb距離2.5Aa與Cc距離3.6Bb與Cc距離6.1.則Aa,Bb,Cc三對基因的順序?yàn)锽b—Aa—Cc或Cc—Aa—Bb752023/3/30

□三點(diǎn)測驗(yàn)法：

通過一次雜交和一次測交就可得出三個基因的距離和順序。P:♀黃體白眼短翅×♂灰體紅眼長翅（ywm/ywm）（＋＋＋/＋＋＋）

F1：♀灰體紅眼長翅×♂黃體白眼短翅（＋＋＋/ywm）（ywm/ywm）762023/3/30

表型基因型交換類型觀察數(shù)所占%灰體紅眼長翅＋＋＋/ywm親本組合

157463.96黃體白眼短翅ywm/ywm1382灰體白眼短翅＋wm/ywm單交換1271.26黃體紅眼長翅y＋＋/ywm39灰體紅眼短翅＋＋m/ywm單交換276834.39黃體白眼長翅yw＋/ywm826灰體白眼長翅＋w＋/ywm雙交換

100.39黃體紅眼短翅y＋m/ywm8測交后代的表型和數(shù)目說明測交后代的8種表型：2種親本型4種單交換（兩種類型）親本型數(shù)量最多，雙交換最少2種雙交換772023/3/30

距離：*雙交換率＝雙交換類型在后代中占的比例＝0.39%*y與w的交換率＝單交換1占的比例＋雙交換率＝1.26%＋0.39%＝1.65%*w與m的交換率＝單交換2占的比例＋雙交換率＝34.39%＋0.39%＝34.78%位置：※y與w的距離為1.65,w與m的距離為34.78※

以雙交換類型與親本類型相比，改變了連鎖關(guān)系的基因，該基因則處在中間.ywm1.6534.78782023/3/30

□干涉與并發(fā)系數(shù)

·

如果兩個單交換是獨(dú)立的，則雙交換的概率等于兩個單交換概率的乘積。上例中，1.65%×34.78%＝0.57%（理論雙交換率），大于雙交換率0.39%，即發(fā)生了干涉。

·

干涉——一個單交換發(fā)生后，使其鄰近發(fā)生單交換的機(jī)會減少。

·

并發(fā)系數(shù)——實(shí)際雙交換率與理論雙交換率的比值。

上例的并發(fā)系數(shù)＝0.39%/（1.65%*34.78%）＝0.68

·

干涉率＝1－并發(fā)系數(shù)＝1－0.68＝0.32

792023/3/30植物遺傳圖譜的構(gòu)建

選擇研究材料（親本）構(gòu)建分離群體遺傳標(biāo)記檢測標(biāo)記間的連鎖分析802023/3/301.選擇親本

要求親緣關(guān)系遠(yuǎn)，遺傳差異性大，但又不能相差太大以免導(dǎo)致引起子代不育。親本間分子標(biāo)記具有多態(tài)性。對備選材料進(jìn)行多態(tài)(差異)性檢測，選擇有一定量多態(tài)性的一對或幾對材料作為遺傳作圖親本。812023/3/302.產(chǎn)生構(gòu)圖群體：配制雜交組合，建立分離群體：單交組合產(chǎn)生的F2；由連續(xù)多代自交或姊妹交產(chǎn)生的重組近交系(recombinantinbredLines，RIL)；通過單倍體加倍而成的雙倍體(doubledhaploids，DH)；利用回交或三交(復(fù)交)產(chǎn)生的后代群體。遺傳群體構(gòu)建圖822023/3/303.遺傳標(biāo)記的染色體定位：有單體、三體、代換系與附加系分析等方法，依據(jù)染色體劑量的差異將遺傳標(biāo)記定位在特定染色體上。即當(dāng)供體材料總DNA等量時，DNA雜交帶的信號強(qiáng)弱與該標(biāo)記位于的染色體劑量成正比。4.

標(biāo)記間的連鎖分析：通過分析分離群體內(nèi)雙親間有多態(tài)性的遺傳標(biāo)記間的連鎖交換情況和趨于協(xié)同分離的程度即可確定標(biāo)記間的連鎖關(guān)系和遺傳距離。832023/3/30人類遺傳圖譜的構(gòu)建

不可能根據(jù)需要選擇親本，設(shè)計(jì)雜交組合，構(gòu)建分離群體！只能檢測現(xiàn)存家庭連續(xù)幾代成員的基因型

家系分析法資料有限、必須借助于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法842023/3/30人類基因組遺傳圖譜的構(gòu)建：家系分析法：

22對常染色體：分析8個家系134個成員(186個減數(shù)分裂)根據(jù)5264個STR(簡單重復(fù)序列)標(biāo)記繪制而成。

X染色體：另外利用12個家系170個成員，5364個SSR標(biāo)記，2335個位點(diǎn)，標(biāo)記間的平均距離599kb。852023/3/30物理圖譜的構(gòu)建用分子生物學(xué)方法直接檢測DNA標(biāo)記在染色體上的實(shí)際位置繪制成的圖譜稱為物理圖譜。將各種標(biāo)記直接定位于基因庫中的某一點(diǎn)上，即DNA序列上兩點(diǎn)間的實(shí)際距離。862023/3/30物理圖譜的構(gòu)建用于確定各遺傳標(biāo)記間的物理距離有兩種物理圖譜：（1）以已定位的DNA序列標(biāo)記位點(diǎn)（STS）為位標(biāo)，以DNA實(shí)際長度為圖譜距離的基因組圖譜。（2）由酵母人工染色體（YAC）和/或細(xì)菌人工染色體（BAC）連續(xù)克隆重疊群組成的物理圖譜。問題：有遺傳圖譜為什么還要構(gòu)建物理圖譜？872023/3/30物理圖譜的構(gòu)建：1.遺傳圖譜的缺陷：⑴遺傳圖譜的分辯率有限：

*人類只能研究少數(shù)減數(shù)分裂事件，不能獲得大量子代個體*測序要求每個標(biāo)記的間隔小于100kb，實(shí)際是599kb⑵遺傳圖譜的精確性不高：*經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為，交換是隨機(jī)發(fā)生的，基因組中有些區(qū)域是重組熱點(diǎn)*倒位、重復(fù)等染色體結(jié)構(gòu)變異會限制交換重組882023/3/30酵母遺傳圖與物理圖比較A:遺傳圖B:物理圖892023/3/30物理作圖的方法1.限制酶作圖2.依靠克隆的基因組作圖3.熒光原位雜交4.序列標(biāo)簽位點(diǎn)作圖902023/3/30⑴限制性酶圖譜：限制酶作圖（restrictionmapping）：利用限制性內(nèi)切酶繪制圖譜，對于DNA分子長度<50Kb的片段，一般沒有什么困難。而對于>50Kb的DNA分子，可選用稀有切點(diǎn)內(nèi)切酶酶切DNA。限制酶作圖912023/3/30⑵熒光原位雜交熒光原位雜交（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）：是另一物理圖譜構(gòu)建方法，通過熒光標(biāo)記的探針與DNA分子雜交，使染色體上的雜交信號（位置就是探針DNA在染色體上的圖譜位點(diǎn)）在顯微鏡下可直接觀察。熒光原位雜交922023/3/30熒光原位雜交

（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）932023/3/30⑶序列標(biāo)簽位點(diǎn)：利用某一已知序列為標(biāo)簽的位點(diǎn)(sequencetaggedsites，STS)作探針，與基因組DNA雜交，繪制物理圖譜。942023/3/30遺傳圖與物理圖的整合有些標(biāo)記既是遺傳標(biāo)記限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）標(biāo)記、簡單序列長度多態(tài)性（SSR）標(biāo)記，又是物理標(biāo)記；某些基因序列借助這些標(biāo)記可以將遺傳圖和物理圖整合起來。952023/3/30基因組測序策略有了高密度的基因組圖譜，就可以開始全基因組測序，測序的技術(shù)可以全自動化。測序的策略有兩個：鳥槍法克隆連續(xù)序列法(clonecontig)962023/3/30測序方法：定向鳥槍射擊法(directedshotgun)：以基因組圖譜中標(biāo)記為依據(jù)測序裝配和構(gòu)建不同DNA片段的序列。972023/3/30鳥槍法（shotgunsequencing）982023/3/30鳥槍法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不需要高密度的圖譜速度快、簡單、成本低缺點(diǎn)：拼接組裝困難，尤其在重復(fù)序列多的區(qū)域主要用于重復(fù)序列少、相對簡單的原核生物基因組992023/3/30克隆重疊群法（clonecontig）

將基因組DNA切割長度為0.1Mb－1Mb的大片段，克隆到酵母人工染色體(YAC)或細(xì)菌人工染色體(BAC)載體上然后再進(jìn)行亞克隆，分別測定單個亞克隆的序列

再裝配、連接成連續(xù)的DNA分子。這是一種自上而下（uptodown）的測序策略

clone-by-clonemethod1002023/3/30兩種基因組測序策略1012023/3/30TheE.coligenomeAportionoftheE.colichromosomeshowinggenesandoperons：

Adotindicates：thepromoterforeachgeneoroperon.

Arrowsandcolorindicate:thedirectionoftranscribtion：

lightpurplegenesaretranscribedfromlefttoright.

lightred

aretranscribedfromrighttoleft.

Overlappinggeneareshowningreen.1022023/3/30人類基因組物理圖譜:遺傳圖譜及物理圖譜構(gòu)建；遺傳圖譜及物理圖譜整合；構(gòu)成更加完整的人類基因組圖譜（基因在染色體上的排列不均勻）；基因組序列框架測定和分析。1032023/3/301）基因定位：*借助基因組圖譜，可使基因定位在精度、深度、廣度等方面有極大的提高。*已陸續(xù)在各種農(nóng)作物上定位了許多重要農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的基因，在復(fù)雜數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitativetraitloci，QTL)定位分析方面，也取得了很大進(jìn)展。1042023/3/302）基因組比較分析：

已經(jīng)在禾本科玉米、水稻、高梁、大麥、小麥和黑麥，茄科的蕃茄、胡椒、馬鈴薯，十字花科擬南芥、甘藍(lán)、花椰菜、油菜等做了遺傳圖譜比較分析，從分子水平了解物種間同源性，研究基因組的進(jìn)化和染色體的演變。3）標(biāo)記輔助選擇(marker-assistedselectionMAS)：

飽和基因組圖譜可用來確定與任何一個目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記根據(jù)圖譜間接選擇目的基因，可降低連鎖累贅，加速目的基因的轉(zhuǎn)移與利用，提高回交育種的效率。1052023/3/304）基因的克隆與分離：

根據(jù)基因組圖譜，可以找到一個與目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，作為染色體步行(chromosomewalking)起始點(diǎn)進(jìn)行基因的克隆和分離，此法亦稱圖位克隆法(map-basedcloning)，為基因產(chǎn)物未知的基因克隆提供了捷徑。1062023/3/303.轉(zhuǎn)錄圖譜（表達(dá)圖譜）以表達(dá)序列標(biāo)簽（EST）為位標(biāo)，根據(jù)轉(zhuǎn)錄順序的位置和距離繪制的圖譜，它是染色體DNA某一區(qū)域內(nèi)所有可轉(zhuǎn)錄序列的分布圖，是基因圖的雛形。方法：用已在染色體定位的YACDNA或BACDNA為探針，與所有可能相關(guān)的各組織cDNA文庫雜交，尋找其同源克隆并做進(jìn)一步分析。EST(ExpressedSequenceTag)是從一個隨機(jī)選擇的cDNA克隆，進(jìn)行5’端和3’端單一次測序挑選出來獲得的短的cDNA部分序列,代表一個完整基因的一小部分。1072023/3/304.序列圖譜（分子水平的物理圖譜）以某一染色體上所含的全部堿基順序繪制的圖譜。既包括可轉(zhuǎn)錄序列，也包括非轉(zhuǎn)錄序列，是轉(zhuǎn)錄序列、調(diào)節(jié)序列和功能未知序列的總和。1082023/3/30三、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究常用方法1.脈沖場凝膠電泳（PFGE）2.毛細(xì)管電泳3.基因芯片技術(shù)4.全基因組隨機(jī)測序1092023/3/30四、功能基因組學(xué)（Functuionalgenomics）——后基因組學(xué)（Postgenomics）1.概念***：完成一個生物體全部基因組測序后即進(jìn)入后基因組測序階段——描述基因組所有基因的功能，包括研究基因的表達(dá)及其調(diào)控模式，這就是功能基因組學(xué)。研究角度包括：生物學(xué)功能、細(xì)胞學(xué)功能、發(fā)育學(xué)功能等。1102023/3/30功能基因組學(xué)利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，全面分析基因的功能——從對單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進(jìn)行系統(tǒng)的研究。由基因組靜態(tài)的堿基序列研究轉(zhuǎn)入對基因組動態(tài)的生物學(xué)功能研究。研究內(nèi)容包括基因功能發(fā)現(xiàn)、基因表達(dá)分析及突變檢測。1112023/3/30“基因的功能”研究內(nèi)容生物學(xué)功能：如作為蛋白質(zhì)激酶對特異蛋白質(zhì)進(jìn)行磷酸化修飾；細(xì)胞學(xué)功能：如參與細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)信號傳遞途徑；發(fā)育上功能：如參與形態(tài)建成等。1122023/3/30“基因的功能”研究手段減法雜交差示篩選經(jīng)典方法cDNA代表差異分析mRNA差異顯示基因表達(dá)的系統(tǒng)分析（serialanalysisofgeneexpression,SAGE）cDNA微陣列（cDNAmicroarray）

新興技術(shù)DNA芯片（DNAchip）序列標(biāo)志片段顯示（sequencetaggedfragmentsdisplay）1132023/3/30（一）鑒定DNA序列中的基因（二）同源搜索設(shè)計(jì)基因功能（三）實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)基因功能（四）描述基因表達(dá)模式

主要具體內(nèi)容包括以下方面

1142023/3/30（一）鑒定DNA序列中的基因

對基因組序列進(jìn)行注釋，包括鑒定和描述推測的基因、非基因序列及其功能。1152023/3/30根據(jù)序列分析搜尋基因的步驟

查找開放閱讀框（openreadingframe,ORF）開放閱讀框必須有一個起始密碼子——ATG，還要有終止密碼子(UAG,UAA,UGA)

。

從ATG開始，然后向下游尋找終止密碼子。

起始密碼子和終止密碼子之間的堿基數(shù)目要能夠被3整除。每一條鏈都有3種可能的閱讀框，2條連共計(jì)有6種可能的閱讀框。計(jì)算機(jī)可迅速給出結(jié)果。1162023/3/30*同源基因在進(jìn)化中來自共同的祖先，通過核苷酸序列或氨基酸序列的同源性比較推測基因組內(nèi)相似功能的基因。利用已經(jīng)存入數(shù)據(jù)庫的基因序列與待查的基因組序列比對，從中查找可以與之匹配的堿基序列及其比例，用于界定基因。（二）同源搜索設(shè)計(jì)基因功能1172023/3/301182023/3/301192023/3/301202023/3/30（三）實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)基因功能

對基因進(jìn)行缺失查詢或剔除，觀察表型變化推測基因功能。1212023/3/30（四）描述基因表達(dá)模式轉(zhuǎn)錄組(transcriptome):一個細(xì)胞內(nèi)的一套mRNA轉(zhuǎn)錄物，包含了某一環(huán)境條件、某一生命階段、某一生理或病理(功能)狀態(tài)下，生命體的細(xì)胞或組織所表達(dá)的基因種類和水平。該研究領(lǐng)域叫轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)。1222023/3/30轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究方法－DNA芯片技術(shù)1232023/3/30功能基因組學(xué)（functionalgenomics）又稱后基因組學(xué)（postgenomics)基因的識別、鑒定、克隆基因結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系基因表達(dá)調(diào)控的研究1242023/3/30大基因組測序存在兩個問題：片段數(shù)(n)龐大，片段間連接和裝配非常復(fù)雜，重疊數(shù)為2n2–2n；基因組中相同或相似的重復(fù)序列在連接和裝配時容易出錯?；蚪M圖譜的構(gòu)建：1252023/3/302.功能基因組學(xué)常用方法和技術(shù)⑴RNA干擾技術(shù)（RNAi）⑵蛋白質(zhì)組學(xué)研究⑶生物信息學(xué)研究1262023/3/30RNA干擾技術(shù)（RNAi）將一段dsRNA導(dǎo)入機(jī)體或細(xì)胞后，與它有同源序列的基因的表達(dá)被干擾或抑制的現(xiàn)象。dsRNA依賴的轉(zhuǎn)錄后基因沉默。1998，F(xiàn)ire，線蟲作用機(jī)制：A.Dicer和Slicer依賴模式:果蠅胚胎細(xì)胞和培養(yǎng)細(xì)胞S2B.隨機(jī)降解“PCR”模型:果蠅、線蟲、真菌秀麗新小桿線蟲（C.elegans）1272023/3/30蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)蛋白質(zhì)組(proteome):是由澳大利亞學(xué)者Wasinger等于1995年提出的,是指由基因組編碼的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)就是指研究細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)及其動態(tài)變化規(guī)律的科學(xué)。鑒定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生過程、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用方式。1282023/3/30蛋白質(zhì)組(proteom)**：

一個細(xì)胞內(nèi)的全套蛋白質(zhì)，反映了特殊階段、環(huán)境、狀態(tài)下細(xì)胞或組織在翻譯水平的蛋白質(zhì)的表達(dá)譜。這一研究領(lǐng)域叫蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)。1292023/3/30雙向電泳（twodimensionlectrophoresis,2-DE）：蛋白質(zhì)具有等電點(diǎn)和分子量的特異性，將蛋白質(zhì)混合物通過變性聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS），使其在電荷（等電聚焦，IEF）和分子量，兩個水平上進(jìn)行分離。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法1302023/3/30生物信息學(xué)生物信息學(xué)是以計(jì)算機(jī)為工具,用數(shù)理及信息科學(xué)的理論和方法研究生命現(xiàn)象,對生物信息進(jìn)行儲存、檢索和分析的一門學(xué)科。是一種用計(jì)算機(jī)貯存原始資料，分析生物信息，將DNA芯片以及蛋白質(zhì)雙向電泳結(jié)果轉(zhuǎn)變成為可讀的遺傳學(xué)信息的學(xué)科。生物信息學(xué)是現(xiàn)代生物技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合，收集、加工和分析生物資料和信息。1312023/3/30生物信息學(xué)是在未來生命科學(xué)中起關(guān)鍵作用的學(xué)科之一。應(yīng)用生物信息學(xué)可以將來不同的基因組理論和應(yīng)用綜合并標(biāo)準(zhǔn)化，利用大量的生物信息資料來了解遺傳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信號傳遞及相互關(guān)系，計(jì)算機(jī)還可進(jìn)行一些生物模擬研究?！嗬蒙镄畔W(xué)能夠分析從微生物、植物以及人類基因組序列測定產(chǎn)生的大量資料闡明遺傳信息。1322023/3/30五、比較基因組學(xué)利用人類基因組與模式生物基因組之間編碼順序上組織結(jié)構(gòu)上的同源性，發(fā)現(xiàn)和克隆人類和其他物種的基因，提示基因功能，從而闡明物種的進(jìn)化關(guān)系及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。比較基因組學(xué)(comparativegenomics)涉及比較不同物種的整個基因組，以便深入理解每個基因組的功能和進(jìn)化關(guān)系。1332023/3/30進(jìn)化樹（系統(tǒng)發(fā)生樹）1342023/3/30

“微型人”生理系統(tǒng)與人非常相似90%的基因與人類同源小鼠

(Musmusculus)1352023/3/30

基因共線性1362023/3/301372023/3/30人類基因組計(jì)劃——挖掘策略1990，美國國立衛(wèi)生研究所和能源部投資＄30億，啟動了人類基因組計(jì)劃，預(yù)計(jì)15年時間完成人類基因組全部序列的測定1996，完成標(biāo)記密度為0.6cM的人類基因組遺傳圖譜，100kb的物理圖譜2000，完成草圖2001年2月，公布人類基因組圖譜的修訂版2002，完成測序工作1382023/3/30HGP主要任務(wù)及內(nèi)容

主要任務(wù)內(nèi)容

物理制圖確定染色體上諸如限制性內(nèi)切（physicalmapping）核酸酶識別位點(diǎn)，或序列標(biāo)志

位點(diǎn)（STSs）等的位置圖。

遺傳制圖確定標(biāo)志位點(diǎn)在一條染色體（physicalmapping）上的線性排列順序。標(biāo)志位點(diǎn)

間的圖距以遺傳學(xué)距離表示，

單位為分摩爾根（cM）

基因組DNA序列測定人類24條染色體的、由

3X109個核苷酸組成的全部DNA

序列，繪制人類基因組圖譜。1392023/3/30

通過HGP獲得的廣泛基因組信息組成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的基本內(nèi)容，是開展功能基因組學(xué)的研究的基礎(chǔ)；同時為詳盡研究每一個單基因遺傳病提供“平臺”，并將成為復(fù)雜的多基因遺傳病研究的發(fā)端。HGP的意義1402023/3/301412023/3/30“人類基因組計(jì)劃”“全基因組”信息記錄著一個人有關(guān)生、老、病、死的重要信息，它是一個人全部隱私中最重要的隱私。孩子的基因組圖記錄一個生命的全部奧秘和隱私。是不是一個色盲，大概會長多高，能否禿頂、發(fā)胖等。還可準(zhǔn)確地告訴其父母：是什么病，可能會要孩子的命。這張圖要交給誰保管呢？父母？保險公司？老板？政府？

1422023/3/30毒理基因組學(xué)研究的技術(shù)平臺基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)平臺蛋白組學(xué)技術(shù)平臺代謝組學(xué)技術(shù)平臺生物信息學(xué)平臺1432023/3/30毒理基因組學(xué)的技術(shù)平臺利用微陣列技術(shù)進(jìn)行基因組規(guī)模的轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜分析外，還整合了其他研究領(lǐng)域的信息，包括細(xì)胞或組織水平的全面蛋白表達(dá)譜分析、基因多態(tài)性分析、代謝中間產(chǎn)物的整體分析及計(jì)算機(jī)模型的建立等。目前把對細(xì)胞內(nèi)ＲＮＡ、ＤＮＡ、蛋白質(zhì)、代謝中間產(chǎn)物的整體分析手段，稱為組學(xué)技術(shù)。1442023/3/30毒理基因組學(xué)研究的內(nèi)容及應(yīng)用毒作用機(jī)制研究：觀察基因表達(dá)改變（DNA微列陣技術(shù)——多基因、高通量篩選基因表達(dá)水平、表達(dá)方式的改變）?；瘜W(xué)物毒性預(yù)測：通過基因微列陣分析基因組在mRNA水平的改變，參照已知標(biāo)準(zhǔn)物基因表達(dá)譜，預(yù)測待測物毒性（基因毒物指紋分析技術(shù)）。比較毒理學(xué)研究：微列陣技術(shù)可根據(jù)毒性反應(yīng)的空間定位和時間特征，確定不同種屬的基因毒性反應(yīng)。混合物聯(lián)合毒性作用：通過比較單個或多個基因的表達(dá)改變，闡述不同化合物的聯(lián)合毒作用；還可作混合物指紋DNA搜索，評價混合物的毒作用類型，確定潛在的有害效應(yīng)。1452023/3/30毒理基因組學(xué)研究的內(nèi)容及應(yīng)用危險度評定：基因芯片技術(shù)對有害因素的反應(yīng)活性定量測定，動態(tài)描述近期、遠(yuǎn)期、潛在毒性效應(yīng)，并對細(xì)胞凋亡、DNA復(fù)制和修復(fù)、細(xì)胞周期調(diào)控、信號傳導(dǎo)等基因毒性作用瞬時記錄。表型錨定：將特定基因圖譜的改變與特定劑量及時間條件下毒物的損害效應(yīng)相聯(lián)系——細(xì)胞毒性測定。信息整合：將暴露個體的基因組學(xué)、轉(zhuǎn)基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)的檢測結(jié)果分析比對；對不同個體實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對分析，尋找相同或差異點(diǎn)；對不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果比對分析，獲得可重復(fù)、可共用信息。1462023/3/30系統(tǒng)毒理學(xué)

(systemstoxicology)基因組學(xué)改變了傳統(tǒng)毒理學(xué)研究的方法，真正實(shí)現(xiàn)了從整體和器官水平向細(xì)胞和分子水平的飛躍，從組織細(xì)胞中個別或少數(shù)內(nèi)容物的檢測到全面審視機(jī)體所有基因、蛋白質(zhì)和代謝物水平的各種“組學(xué)”技術(shù)的發(fā)展，與生物信息學(xué)及傳統(tǒng)毒理學(xué)滲透整合，形成了全新的系統(tǒng)毒理學(xué)。1472023/3/30系統(tǒng)毒理學(xué)

(systemstoxicology)系統(tǒng)毒理學(xué)：闡明毒物了對機(jī)體損傷作用和致癌過程的分子機(jī)制；建立和發(fā)展了許多新的分子生物標(biāo)志物，成為溝通毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究與人群流行病學(xué)調(diào)查的“共同語言”，將宏觀與微觀研究有機(jī)地結(jié)合起來，改變了化學(xué)物質(zhì)危險度評價的模式,大大促進(jìn)了環(huán)境醫(yī)學(xué)和其他生物科學(xué)的發(fā)展。1482023/3/30毒理基因組學(xué)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用1.所有疾病都是環(huán)境因素和遺傳因素作用的結(jié)果，只是兩類因素在疾病發(fā)生發(fā)展中的貢獻(xiàn)率不同2.已知腫瘤、動脈粥樣硬化等與化學(xué)物的基因突變關(guān)系密切,疾病的易感性與某些基因的突變有關(guān)3.由環(huán)境化學(xué)物和藥物毒副作用引起的化學(xué)性疾病的比例越來越大，需要研究其診斷、治療方法在重大疾病的病因和防治上發(fā)揮重要作用由各種化學(xué)物引起的中毒已成為第4－5位的死因，化學(xué)因素引起的過敏反應(yīng)、哮喘病發(fā)病人數(shù)每年超過2500萬

1492023/3/30在揭示疾病發(fā)病機(jī)制上發(fā)揮重要作用為預(yù)防和發(fā)現(xiàn)藥物毒副作用提供科學(xué)依據(jù)

毒理基因組學(xué)學(xué)方法和手段在疾病研究中具有特有的優(yōu)勢運(yùn)用突變檢測方法識別與鑒定人類疾病相關(guān)基因利用動物模型識別與鑒定致病基因通過人類和動物基因突變體、突變譜研究疾病分子機(jī)制

據(jù)WHO估計(jì)，住院病人中藥物不良作用反應(yīng)占10％左右。我國因藥物所致耳聾約100余萬人。1502023/3/30以毒理基因組學(xué)為先導(dǎo)整體性地邁向分子毒理學(xué)基因組學(xué)毒理基因組學(xué)和環(huán)境基因組學(xué)

(toxicogenomicsorenvironmentalgenomics)

蛋白質(zhì)組學(xué)→毒理蛋白質(zhì)組學(xué)(toxicoproteomics)代謝組學(xué)→毒理代謝組學(xué)(toxicometabonomics)生物信息學(xué)或硅上生物學(xué)→硅上毒理學(xué)(insilicotoxicology)毒理學(xué)的發(fā)展趨勢

1512023/3/30由被動毒理學(xué)向主動毒理學(xué)發(fā)展毒理學(xué)評價將貫穿于新產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的全過程，包括按GLP規(guī)范和不受GLP規(guī)范的研究早期－及時發(fā)現(xiàn)和淘汰因毒性不適用于進(jìn)一步研究開發(fā)的化學(xué)物或化學(xué)結(jié)構(gòu)，或有針對性地設(shè)計(jì)一些試驗(yàn)研究，解決某些重要化學(xué)物的特異性毒性問題，指導(dǎo)化學(xué)物合成，幫助選擇先導(dǎo)化學(xué)物。微型化自動化樣品量少不受GLP約束發(fā)現(xiàn)毒理學(xué)(discoverytoxicology)預(yù)測毒理學(xué)(predictivetoxicology)硅上毒理學(xué)(InSilicotoxicology)定量構(gòu)效分析(QSAR)1522023/3/30中期－根據(jù)候選產(chǎn)品的性質(zhì)、按GLP和Guidline要求，通過一系列的毒理學(xué)試驗(yàn)對候選產(chǎn)品進(jìn)行安全性評價，決定候選產(chǎn)品是否可以繼續(xù)開發(fā)即安全地進(jìn)入臨床研究或現(xiàn)場試驗(yàn)。后期－實(shí)施某些毒理學(xué)試驗(yàn)和人體毒性研究，建立毒性標(biāo)志物和臨床毒性終點(diǎn)(clinicalendpoint)，以決定臨床研究或現(xiàn)場試驗(yàn)是否可以繼續(xù)進(jìn)行，直至作為可否上市銷售的重要依據(jù)。1532023/3/30由低通量測試高通量測試發(fā)展

(highthroughputtesting)目前的研究一方面采用體外實(shí)驗(yàn)建立了急性毒性、致畸性的胚胎毒性、遺傳毒性等高通量篩選系統(tǒng)；另一方面采用生物芯片技術(shù)建立了高通量的毒性評價和研究芯片。

如英國研制的Toxiblot芯片中專門設(shè)計(jì)了機(jī)制性毒理學(xué)、安全性評價等專用芯片。一些研究致力于發(fā)展主要器官毒性評價基因芯片和檢測肝臟毒性、腎臟毒性、心臟毒性、致癌性的蛋白質(zhì)組技術(shù)平臺。1542023/3/30實(shí)驗(yàn)動物由單一性模型特征性模型致癌試驗(yàn)評價模型rasH2transgenicmousemodelTgACtransgenicmousemodelp53+/-knockoutmousemodelXPA+/-knockoutmousemodelXPA+/-/p53+/-knockoutmousemodelNeonatalmouseassay(CD-1orB6C3F1mice)遵循“4R”原則，更多地采用替代動物和替代試驗(yàn)

替代(replacement)減少(reduction)優(yōu)化(refinement)責(zé)任心(responsibility)替代法(alterativemethods)

invitroandcomputertechnologies，

usenon-mammalianorganisms,transgenic

cellandanimals1552023/3/30基因組轉(zhuǎn)錄譜

蛋白質(zhì)組表達(dá)譜

代謝組譜由高劑量測試低劑量測試分子病理學(xué)組織芯片細(xì)胞芯片分子標(biāo)志物替代或部分替代以死亡、組織病理學(xué)為主的傳統(tǒng)毒性指標(biāo)體系;闡明和評價更接近實(shí)際條件下暴露劑量對人體的毒性效應(yīng)，解決從高劑量向低劑量外推時的誤差。由單一用途多用途、多領(lǐng)域發(fā)展1562023/3/302.從外源性化學(xué)物的特異毒作用擴(kuò)展到人類慢性病、多發(fā)病的研究。3.建立生物標(biāo)志物，發(fā)展個體的危險度評價。

從外源性化學(xué)物的特異毒作用擴(kuò)展到人類慢性病、多發(fā)病的研究。建立生物標(biāo)志物，發(fā)展個體的危險度評價。功能基因組學(xué)

疾病基因組學(xué)

藥物發(fā)現(xiàn)1572023/3/30TheRelationbetweenGenomicsandMedicine基因組學(xué)與醫(yī)學(xué)關(guān)系1582023/3/30

醫(yī)學(xué)相關(guān)問題結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)基因組計(jì)劃的應(yīng)用1592023/3/30疾病的分子機(jī)制：病原,病理和預(yù)后，

疾病的易感性，

遺傳與環(huán)境的影響。1602023/3/30分子診斷：疾病的預(yù)測,藥物耐受性，

疾病的分型。1612023/3/30分子治療：藥物靶,基因治療1622023/3/30一、基因病的概念人類疾病大致分為三類：（一）單基因?。ǘ┒嗷虿。ㄈ┇@得性基因病

基因病：以基因組學(xué)為基礎(chǔ)，從疾病和健康的角度考慮，人類疾病大多直接或間接地與基因相關(guān)。1632023/3/30并指——單基因控制的顯性遺傳病。1642023/3/30多指癥1652023/3/30白化病人體內(nèi)缺少酪氨酸酶，不能將酪氨酸轉(zhuǎn)化為黑色素，表現(xiàn)出白化異性狀。白化病常染色體上隱性遺傳病1662023/3/30維多利亞女王家族病——血友病

血友病攜帶者X染色體上隱性遺傳病1672023/3/30先天性唇裂*單側(cè)或雙側(cè)發(fā)病，有些還伴有腭裂。*從遺傳角度，唇裂伴有腭裂者與單純腭裂是不同的兩種疾病。多基因遺傳病1682023/3/30唇裂多基因遺傳病1692023/3/30唇腭裂多基因遺傳病1702023/3/30聯(lián)胎先天性巨結(jié)腸多基因遺傳病1712023/3/30脊柱裂腦膨出無腦兒多基因遺傳病1722023/3/30多基因遺傳病1732023/3/30染色體異常遺傳病1.結(jié)構(gòu)異常的染色體病第5條染色體短臂缺失——貓叫綜合征第18條染色體長臂缺失——鯉魚嘴、細(xì)指、外耳異常2.數(shù)量異常的染色體病21三體綜合征（Down征，先天愚型）18三體綜合征（Edward征）13三體綜合征（Patan征）性腺發(fā)育不良（Turner綜合征）1742023/3/30二、疾病相關(guān)基因的鑒定（一）檢測人類基因變異或突變（二）疾病時基因組差異表達(dá)分析（三）染色體制圖定位及疾病相關(guān)基因克隆

1752023/3/30（一）檢測人類基因變異或突變單鏈構(gòu)象多態(tài)性(SSCP)、限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)，變性梯度電泳(DGGE)，單核苷酸多態(tài)性（SNPs）1762023/3/30等位型1等位型2單核苷酸多態(tài)性

（singlenucleotidepolymorphism,SNP）

在人類兩個個體之間大約每500—1000bp就有一個堿基差異，如果一個堿基位置發(fā)生的變異在上％以上的人群存在，這個位點(diǎn)就被定義為SNP位點(diǎn)。1772023/3/30寡核苷酸雜交分析

SNP和等位基因特異

寡核苷酸雜交

1782023/3/30（二）疾病時基因組差異表達(dá)分析

某一疾病或綜合征基因組與正常基因組表達(dá)差異的比較。1792023/3/30DNA芯片檢測的差異表達(dá)譜1802023/3/30（三）染色體制圖定位及疾病相關(guān)基因克隆疾病基因定位：染色體原位雜交、染色體畸形分析、

連鎖分析。疾病相關(guān)基因的克?。阂颜莆占膊∠嚓P(guān)基因或及其產(chǎn)物的確切信息；已掌握與疾病可能相關(guān)的基因預(yù)測資料；對疾病相關(guān)基因毫無所知。1812023/3/30疾病相關(guān)基因克隆策略：功能基因克隆候選基因克隆定位基因克隆定位-候選基因克隆。1822023/3/30三、基因組學(xué)與腫瘤病因?qū)W

致癌因子引起DNA損傷，可引起突變，如果關(guān)鍵基因功能改變，導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖而發(fā)生腫瘤。

1832023/3/30鑒定隱性癌基因（腫瘤抑制基因）和顯性癌基因。制圖策略，鑒定標(biāo)志物。1842023/3/30腫瘤基因組解剖工程，基因重排常導(dǎo)致癌基因失活。/1852023/3/30PCR聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PolymeraseChainReaction是一種選擇性體外擴(kuò)增DNA或RNA的方法.它包括三個基本步驟:(1)變性(Denature):目的雙鏈DNA片段在94℃下解鏈;(2)退火(Anneal):兩種寡核苷酸引物在適當(dāng)溫度(50℃左右)下與模板上的目的序列通過氫鍵配對;(3)延伸Extension):在TaqDNA聚合酶合成DNA的最適溫度下,以目的DNA為模板進(jìn)行合成.由這三個基本步驟組成一輪循環(huán),理論上每一輪循環(huán)將使目的DNA擴(kuò)增一倍,所以經(jīng)25-35輪循環(huán)就可使DNA擴(kuò)增達(dá)106萬倍。1862023/3/301.差異顯示PCR:(Differentialdisplayreversetranscriptase-PCR,DDRT-PCR)使用3’端的錨定引物（T12MN），通過反轉(zhuǎn)錄過程，可以將整個mRNA群體在cDNA水平上，分成大致相等但序列結(jié)構(gòu)不同的12亞份群體，這一過程叫差異顯示反轉(zhuǎn)錄(DDRT).錨定引物的通式是oligo(dT)12MN，M：A、C、G；N：A、C、G、T共有12種oligo(dT)12MN引物。1872023/3/30基因表達(dá)序列分析（SAGE）SAGE技術(shù)是以轉(zhuǎn)錄子(cDNA)上特定區(qū)域9～11bp的寡核苷酸序列作為標(biāo)簽(tag),來特異性地確定mRNA轉(zhuǎn)錄物,然后通過連接酶將多個標(biāo)簽(20～60個)隨機(jī)串聯(lián)形成大量的多聯(lián)體(concatemer)并克隆到載體中,再對每個克隆進(jìn)行測序。應(yīng)用SAGE軟件分析,可確定表達(dá)的基因種類,并可根據(jù)標(biāo)簽出現(xiàn)的頻率確定基因的表達(dá)豐度,構(gòu)建SAGE文庫。1882023/3/30SAGE方法的主要優(yōu)點(diǎn)由于SAGE標(biāo)記物短小一致,PCR擴(kuò)增(2個雙標(biāo)記物順序連接作為PCR的模板)的錯誤會減少到最小。因此這是一個高度敏感系統(tǒng),可用于低豐度序列的確定。SAGE的試驗(yàn)結(jié)果可以直接與發(fā)表在SAGEmap表達(dá)數(shù)