分子生物學(xué)基因組與比較基因組學(xué)

分子生物學(xué)基因組與比較基因組學(xué)第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五1.基因組的概念一種生物或一種遺傳系統(tǒng)的所有基因（遺傳物質(zhì)）的組合染色體組（chromosomeset）基因組（genome）第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2.基因組的種類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）種類類核基因組（nucleoidgenome）

即原核基因組（prokaryoticgenome）核基因組（nucleargenome）即真核基因組（eukaryoticgenome）細(xì)胞器基因組（organellegenome）

線粒體基因組（mitochondrialgenome）葉綠體基因組（chloroplastgenome）第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2.基因組的種類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其他

病毒基因組（virusgenome）質(zhì)粒DNA（plasmidDNA）

又稱染色體外DNA（extrachromosomalDNA）第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（2）大小基因組大?。╣enomesize）一般以單倍體基因組的核酸量來衡量，單位有pg（10-12g）、Dalton（道爾頓）、bp或kb、Mb等1pg=6.02x1011Daltons=9.8x108bp第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五生物的復(fù)雜程度與基因組大小的關(guān)系第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五C值佯謬（C-ValueParadox）基因組中基因數(shù)目與基因組大小無關(guān)生物體單倍體基因組所含DNA總量稱為C值

EukaryotesGenomesize:80,000foldsGenecontent:40~50folds第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（3）類核基因組和核基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)類核基因組

環(huán)狀；基因排列緊密，較少非編碼序列：“streamlined”核基因組

多線狀；大小變化范圍很大；有大量的非編碼序列（重復(fù)序列、內(nèi)含子等）第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（4）非編碼序列（non-codingsequences）非編碼的重復(fù)序列（核基因組）

(a)局部分布的重復(fù)序列（localizedrepeatedsequences）

串聯(lián)式（tandem）的高度重復(fù)序列（highlyrepeatedsequences）

(b)散布的重復(fù)序列（dispersedrepeatedsequences）

短的散布式重復(fù)序列（shortinterspersedelements,SINEs）長的散布式重復(fù)序列（longinterspersedelements,LINEs）第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五內(nèi)含子（intron）

I類（groupIintron）

II類（groupIIintron）

III類（groupIIIintron）核mRNA內(nèi)含子（nuclearmRNAintron），即剪接體內(nèi)含子（spliceosomalintron）核tRNA內(nèi)含子（nucleartRNAintron）古細(xì)菌內(nèi)含子（archaebacterialintron）第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（5）細(xì)胞器基因組線粒體基因組在不同類型的生物（多細(xì)胞動物、高等植物、原生動物、藻類、真菌）中變化很大多細(xì)胞動物：細(xì)小、致密高等植物：復(fù)雜、不均一原生動物、藻類、真菌：或偏向于動物型，或偏向于植物型，但又有其各自的獨(dú)特之處第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五2.基因組的種類與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（5）細(xì)胞器基因組葉綠體基因組

比較均一，85~292kb

特例：傘藻屬（Acetabularia），2000kb第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.基因組學(xué)（Genomics）（1）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）（2）功能基因組學(xué)（functionalgenomics）（3）進(jìn)化基因組學(xué)（evolutionarygenomics）

基因組學(xué)的三個“時(shí)代”第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.基因組學(xué)（1）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）基因組結(jié)構(gòu)（genomestructure）

種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種屬特異性定位基因（genemapping）

遺傳圖譜（geneticmap）與物理圖譜（physicalmap）測定基因組全序列（whole-genomesequencing）

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究的主要目標(biāo)人類基因組計(jì)劃（theHumanGenomeProject）之前，只測定過一些病毒（X174、、T4等）的基因組全序列第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五PhageX174:5375nt第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五基因組全序列的測定

1995

嗜血流感菌（Haemophilus

influenzae）1,830kb

枝原體Mycoplasma

genitalium

580,070bp，預(yù)計(jì)有500個基因

1996

古細(xì)菌Methanococcus

jannaschii1,660kb

釀酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）12,068kb，近6,000個潛在的蛋白質(zhì)編碼基因，近150個rRNA基因，近300個tRNA基因，還有幾十個核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子RNA（snoRNA）基因

1997

大腸桿菌（Escherichia

coli）4,639kb

（目前已測定幾十種微生物的全序列）

多細(xì)胞生物

1998秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis

elegans）97,000kb2000黑腹果蠅（Drosophila

melanogaster）180,000kb2000擬南芥（Arabidopsis

thaliana）120,000kb2000（6月）人類（Homosapiens）3,120,000kb第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五人類基因組計(jì)劃1.遺傳圖2.物理圖3.序列圖(*)4.轉(zhuǎn)錄圖意義(p369)第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五遺傳圖(1)又稱為連鎖圖,基因(或DNA標(biāo)志)在染色體上的相對位置(遺傳距離).(2)基因的重組頻率與兩個位點(diǎn)的距離成正相關(guān),重組頻率表示遺傳距離.連鎖---不重組,重組率為0.(3)有專門的計(jì)算公式,對復(fù)雜重組計(jì)算可能不準(zhǔn)確.第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五(4)遺傳標(biāo)記

形態(tài)學(xué)標(biāo)記

蛋白標(biāo)記生物化學(xué)標(biāo)記

DNA標(biāo)記第一代RFLP(限制性片段長度多態(tài)性)

第二代短串聯(lián)重復(fù)序列（shorttandomrepeat,

STR,重復(fù)次數(shù)多態(tài)性,小衛(wèi)星DNA,微衛(wèi)星DNA)

第三代SNP(單核苷酸多態(tài)性)第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五物理圖以已知DNA序列片段(序列標(biāo)簽位點(diǎn),STS)為路標(biāo),以堿基對(bp)為基本測量單位的基因組圖.STS只是基因組中單拷貝的短DNA序列.建立物理圖,需要得到5套該基因組的DNA片段.(建立相互重疊的相連DNA片段群)比較準(zhǔn)確第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五序列圖序列圖是指整個人類基因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。代表性人類個體24條染色體,約30億對核苷酸第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)錄圖在整個人類基因組中，只有1%～5%的DNA序列為編碼序列。在人體某一特定組織的細(xì)胞中，一般只有10%的基因是表達(dá)的。如果能把某段DNA序列相應(yīng)的mRNA確定下來，就抓住了基因的主要部分，即可轉(zhuǎn)錄部分。所以，一張人類基因組的轉(zhuǎn)錄圖（也稱cDNA圖或表達(dá)序列圖）才是人類基因圖的雛形。cDNA片段----表達(dá)序列標(biāo)簽EST第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五DNA的鳥槍法序列分析技術(shù)1.基因組DNA大片段文庫的構(gòu)建:(1)YAC----酵母人工染色體

(2)BAC----細(xì)菌人工染色體2.靶標(biāo)鳥槍法(diretedshotgun)/Clonecontig法靶標(biāo)鳥槍法:根據(jù)染色體上已知基因或遺傳標(biāo)簽的位置來確定部分DNA片段的排列順序,再逐步確定各片段在染色體上的相對位置.Clonecontig法:用稀有酶將待測基因組降解為數(shù)百kb的片段再測序.第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的成就大大促進(jìn)了生物信息學(xué)（bioinformatics）的發(fā)展第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（2）功能基因組學(xué)（functionalgenomics）大規(guī)模、高通量分析基因組中基因表達(dá)的技術(shù)

DNA芯片（DNAchip），即DNA微陣列（DNAmicroarray）基因功能的分析

基因剔除（geneknockout）對基因組中基因本身的認(rèn)識（基因的概念）編碼蛋白質(zhì)的基因編碼功能RNA的基因

非編碼的DNA也可以是基因？第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五DNAmicroarray第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五（3）進(jìn)化基因組學(xué)（evolutionarygenomics）在整體水平上研究基因和基因組的結(jié)構(gòu)、功能的起源與進(jìn)化比較基因組學(xué)（comparativegenomics）

——進(jìn)化基因組學(xué)的初始階段通過比較，發(fā)現(xiàn)基因組中蛋白質(zhì)和功能RNA基因的密度與生物的復(fù)雜程度有一定的負(fù)相關(guān)第三十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五不同生物基因組中基