醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)-基因組課件

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)基因和基因組基因是遺傳的基本單位

基因組(Genome)

細(xì)胞或生物體一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和。

常染色體：22

性染色體：X,Y

線粒體

人（HomoSapien）基因組儲(chǔ)存了生物體整套的遺傳信息不同生物基因組蘊(yùn)含的遺傳信息量有著巨大的差別不同生物基因組的結(jié)構(gòu)與組織形似也明顯不同基因組的大小C值：?jiǎn)伪扼w基因組的DNA總量對(duì)原核生物和低等真核生物而言，單倍體基因組DNA的量和形態(tài)復(fù)雜性相關(guān)C值矛盾：指一個(gè)有機(jī)體的C值和其編碼能力缺乏相關(guān)性。如：爪蟾的基因組大小和人類(lèi)相似;兩棲類(lèi)最小的基因組和最大的基因組之間相差約100倍C值矛盾在進(jìn)化中的原因和機(jī)制尚不清楚病毒基因組病毒基因組核酸的主要類(lèi)型1、雙鏈DNA多數(shù)動(dòng)物病毒，如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒，環(huán)形、線形。2、單鏈DNA動(dòng)物病毒中僅微小病毒為單鏈病毒；噬菌體中僅含單鏈DNA。病毒基因組

RNA病毒基因組所攜帶的遺傳信息一般在同一條鏈上，序列與mRNA相同的為正股（+），與mRNA互補(bǔ)的為負(fù)股（－）3、雙鏈RNA以負(fù)鏈RNA為模板轉(zhuǎn)錄出mRNA，如呼腸孤病毒及噬真菌體。4、單鏈負(fù)股RNA5、單鏈正股RNA：如逆轉(zhuǎn)錄病毒基因編碼區(qū)無(wú)間隔：通過(guò)宿主及病毒本身蛋白酶酶切5’端無(wú)帽狀結(jié)構(gòu)：翻譯增強(qiáng)子結(jié)構(gòu)基因沒(méi)有翻譯起始序列5’3’SplicingHairpinProteaseCleavageTranslation病毒不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因DNA病毒RNA過(guò)程HBV基因結(jié)構(gòu)原核生物基因組模式生物:大腸桿菌(E.coli)原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)*1、為一條環(huán)狀雙鏈DNA(無(wú)典型染色體結(jié)構(gòu),擬核)

2、只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)（Ori）3、具有操縱子結(jié)構(gòu)4、重復(fù)序列少:絕大部分基因?yàn)閱慰截悾?9.7%）5、可表達(dá)基因約50%，真核生物，病毒6、基因一般是連續(xù)的，無(wú)內(nèi)含子（古細(xì)菌除外）7、編碼順序一般不重疊操縱子*原核基因組特有的結(jié)構(gòu)數(shù)個(gè)功能上相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起,構(gòu)成信息區(qū),連同其上游的調(diào)控區(qū)(包括啟動(dòng)子和操縱基因)以及下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)所構(gòu)成的基因表達(dá)單位。所轉(zhuǎn)錄的RNA為多順?lè)醋?。操縱基因并非一個(gè)基因，而是一段能被特異阻遏蛋白識(shí)別和結(jié)合的DNA序列。轉(zhuǎn)位因子可移動(dòng)的基因成分，能夠在一個(gè)DNA分子內(nèi)部或兩個(gè)DNA分子之間移動(dòng)的DNA片段。在細(xì)菌中，指可在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動(dòng)的DNA片段。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子包括：插入序列（IS），轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體IS：轉(zhuǎn)位酶+（雙側(cè)）反向重復(fù)序列Transposon：轉(zhuǎn)座酶+反向重復(fù)序列+特定編碼基因 Transposablephage:具備轉(zhuǎn)座功能的溶源噬菌體

Mu噬菌體：溫和致突變噬菌體 ApKanTetHg細(xì)菌轉(zhuǎn)位因子

真核生物基因組模式生物：酵母、線蟲(chóng)、果蠅、小鼠、大鼠

4.基因組中非編碼區(qū)遠(yuǎn)多于編碼區(qū)。5.真核基因多是不連續(xù)的（斷裂基因），由外顯子和內(nèi)含子鑲嵌排列而成。1977,Broker&SharpRNA剪接：1993年NoblePrize外顯子(exon)不僅包括基因中編碼蛋白質(zhì)氨基酸的DNA順序，而且包括mRNA中的5`前導(dǎo)順序和3`端非翻譯順序。內(nèi)含子(intron)則是指插入到編碼序列之中的非編碼序列斷裂基因的表達(dá)必須要以代表基因組順序的RNA前體中精確地除去內(nèi)含子，產(chǎn)生一系列外顯子組成的成熟RNA，此過(guò)程稱(chēng)為RNA剪接。SplicinghnRNAmRNA6.存在大量重復(fù)序列輕度重復(fù)：2-10copies,組蛋白及酵母tRNA基因中度重復(fù)：10-105copies,一般為非編碼序列，起調(diào)控作用

Alu,KpnI,EcoRI家族高度重復(fù):105-millioncopies,非編碼序列衛(wèi)星DNA：大，小，微反向重復(fù)序列7.功能相關(guān)的基因構(gòu)成各種基因家族(genefamily)8.存在可移動(dòng)的遺傳因素（mobilegeneticelement）9.體細(xì)胞為雙倍體，配子（精子/卵子）為單倍體基因組學(xué)：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?duì)象，在全基因背景下和整體水平上探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機(jī)制的科學(xué)。1.根據(jù)研究的重點(diǎn)分類(lèi)：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、比較基因組學(xué)。2.根據(jù)研究對(duì)象分類(lèi)：腫瘤基因組學(xué)、植物基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)等?；蚪M學(xué)(genomics)概念及分類(lèi)遺傳信息在染色體上，但染色體不能直接用來(lái)測(cè)序，必須將基因組這一巨大的研究對(duì)象進(jìn)行分解，使之成為較易操作的小的結(jié)構(gòu)區(qū)域，這個(gè)過(guò)程就是基因作圖。根據(jù)使用的標(biāo)志和手段不同，有4種作圖類(lèi)型：遺傳圖譜、物理圖譜、序列圖譜、基因圖譜?；蚪M作圖1、遺傳圖譜(geneticmap)

/連鎖圖譜(linkagemap)

指基因或DNA標(biāo)志在染色體上的相對(duì)位置與遺傳距離。它以具有多態(tài)性的遺傳標(biāo)記為“路標(biāo)”，以重組頻率為圖距的基因組圖。

遺傳圖譜的建立為基因識(shí)別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。遺傳多態(tài)性：在一個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆高于1%遺傳標(biāo)記：等位基因、RFLP、MS、SNP等遺傳距離：在減數(shù)分裂事件中兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率，1%的重組率稱(chēng)為1“厘摩(centi-Morgan，cM)”限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（restrictionfragmentlengthpolymorphisms,RFLPs）：用一種或幾種限制性?xún)?nèi)切酶切割基因組DNA，用探針雜交并放射自顯影。由于DNA酶切位點(diǎn)的變異所造成的“能切”與“不能切”兩種狀況，可產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的片段(等位片段),可用凝膠電泳顯示多態(tài)性。

數(shù)量可變串聯(lián)重復(fù)(VNTR)/小衛(wèi)星短串聯(lián)重復(fù)(STR)/微衛(wèi)星(MS):使遺傳圖的精度提高;可作為物理圖譜的標(biāo)志，促進(jìn)了遺傳圖譜與物理圖譜的整合。

單核苷酸多態(tài)性(SingleNucleotidePolymorphisms，SNPs)

不同個(gè)體間在基因水平上的單核苷酸變異。平均每500～1000bp出現(xiàn)一個(gè)堿基差異,如果一個(gè)堿基位置發(fā)生的變異在1%以上的人群中存在，這個(gè)位點(diǎn)就被定義為SNP位點(diǎn)。位于編碼區(qū)的SNP稱(chēng)為cSNP。2個(gè)無(wú)關(guān)個(gè)體間有300萬(wàn)SNPs.單核苷酸多態(tài)標(biāo)記（SNP）

2、物理圖譜指DNA序列上各遺傳標(biāo)志間的實(shí)際距離，是把遺傳圖譜中克隆群上的DNA片段按實(shí)際的物理位置進(jìn)行排序所構(gòu)建的圖譜。距離單位為bp/kb/Mb。物理圖譜反映的是DNA序列上兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離，而遺傳圖譜則反映這兩點(diǎn)之間的連鎖關(guān)系。在DNA交換頻繁的區(qū)域，兩個(gè)物理位置相距很近的基因或DNA片段可能具有較大的遺傳距離，反之亦然。染色體顯帶技術(shù)：通過(guò)各種染色法，以染色體上顯示的深淺不同的帶型確定DNA序列分布和位置，可區(qū)分107bp范圍。細(xì)胞遺傳學(xué)圖:用于對(duì)以104kb為長(zhǎng)度量級(jí)的區(qū)域制圖FISH（熒光原位雜交)技術(shù)熒光原位雜交圖（fluorescentinsituhybridizationmap，F(xiàn)ISHmap）：用不同波長(zhǎng)熒光標(biāo)記的各種DNA序列（探針），與染色體上的互補(bǔ)序列雜交而不破壞染色體的整體形態(tài)，顯微鏡下觀察、辨認(rèn)熒光標(biāo)記在染色體上的定位并繪制圖譜。限制性圖譜(restrictionmap):用于對(duì)小區(qū)域,如kb量級(jí)做精細(xì)結(jié)構(gòu)制圖

限制性酶切圖：選用合適的限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)基因組DNA或部分基因組DNA進(jìn)行酶切，獲得以酶切位點(diǎn)為標(biāo)記的物理圖。輻射雜交圖：對(duì)片段DNA的斷點(diǎn)作圖。輻射雜交細(xì)胞圖（radiationhybridmap，RH）：利用X射線照射人細(xì)胞，使染色體隨機(jī)斷裂，然后與嚙齒動(dòng)物細(xì)胞雜交克隆，人的染色體片段便被整合到嚙齒動(dòng)物染色體上。兩個(gè)相鄰基因或DNA標(biāo)志的距離越近，越可能出現(xiàn)在同一片段，進(jìn)入同一雜交細(xì)胞。通過(guò)識(shí)別、定位技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，可計(jì)算人DNA標(biāo)志的連鎖關(guān)系及其在染色體上的排列。HudsonTJ等構(gòu)建的相隔199kb含有15086個(gè)STS圖譜標(biāo)志著人類(lèi)基因組計(jì)劃的物理圖譜已初步完成。序列標(biāo)簽位點(diǎn)(sequencetaggedsites,STSs):在染色體上定位明確，而且可用PCR擴(kuò)增的單拷貝序列，通常為200-500bp。

3、序列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。連續(xù)克隆系逐個(gè)克隆法（公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)劃）（1）建立插入人類(lèi)基因組片段的酵母人工染色體（YAC）克隆群。（2）利用高頻分布、易于檢索的DNA標(biāo)志或者DNA指紋圖譜建立克隆之間的聯(lián)系，組成有序排列的連續(xù)克隆系，最常使用的DNA標(biāo)志有STS和表達(dá)的序列標(biāo)簽（expressedsequencetag，EST）。（3）將克隆群定位于染色體的不同區(qū)域，構(gòu)成完全基因組物理圖譜。（4）進(jìn)行次級(jí)克隆，序列分析。①用機(jī)械方法打斷DNA，建立插入片段約2kb的高度隨機(jī)基因組文庫(kù)。②高效、大規(guī)模的兩末端測(cè)序。③用有關(guān)軟件對(duì)測(cè)序克隆片段進(jìn)行序列集合。④用適當(dāng)方法填補(bǔ)缺口。全基因組鳥(niǎo)槍法（美國(guó)Celera公司）直接將基因組分解成小片段隨機(jī)測(cè)序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝4、基因圖譜（轉(zhuǎn)錄圖譜）基因圖譜是在識(shí)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(dá)模式等信息的圖譜。最主要的方法是通過(guò)基因的表達(dá)產(chǎn)物mRNA反追到染色體的位置。利用EST作為標(biāo)記所構(gòu)建的遺傳圖譜mRNA3ESTs5ESTsESTlengths