遺傳學(xué)第十三章 基因工程與基因組學(xué)課件

第十二章基因工程與基因組學(xué)一、基因工程遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)二、基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)基因組學(xué)

§1基因組學(xué)概述

§2基因組圖譜的構(gòu)建§3基因組測序§4功能基因組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)§1基因組學(xué)概述基因組（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物種遺傳信息的“總詞典”控制發(fā)育的“總程序”生物進化歷史的“總檔案”遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)基因組學(xué)（genomics）1986年提出，至今20年，已經(jīng)發(fā)展成為遺傳學(xué)中最重要的分支學(xué)科。對物種的所有基因進行定位、作圖、測序和功能分析遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)基因組學(xué)研究的最終目標(biāo)

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)系闡明基因組的進化規(guī)律

遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)經(jīng)典遺傳學(xué)

在20世紀(jì)初，遺傳學(xué)剛剛誕生的時候，遺傳學(xué)家的工作主要是鑒別感興趣的基因，確定這些基因在染色體上的位置。第一個環(huán)節(jié)：尋找自發(fā)突變體，或者利用物理、化學(xué)因素誘發(fā)突變。第二個環(huán)節(jié)：通過連鎖分析確定新基因與已知基因的相互關(guān)系，繪制遺傳連鎖圖。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)幾個代表物種的基因組大小遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)CREDIT:JOESUTLIFFScience,Vol291:1221.FishinginaMoreEffectiveWay!遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)基因組學(xué)的研究內(nèi)容

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）

基因定位基因組作圖測定核苷酸序列遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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)控的研究遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）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遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)人類基因組計劃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劃，預(yù)計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，完成測序工作遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)§2

基因組圖譜的構(gòu)建基因組計劃的主要任務(wù)是獲得全基因組序列但是，現(xiàn)在的測序方法每次只能測800～1000bp大量的測序片段要拼接要知道序列在Chr上的位置才能正確拼接基因組計劃的第一個環(huán)節(jié)：構(gòu)建基因組圖譜遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)基因組圖譜遺傳圖譜（geneticmap）物理圖譜（physicalmap）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳標(biāo)記有可以識別的標(biāo)記，才能確定目標(biāo)的方位及彼此之間的相對位置。構(gòu)建遺傳圖譜就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)記遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)多態(tài)性（polymophism）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、非糯所有多態(tài)性都是基因突變的結(jié)果！遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)

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?？刂菩誀畹钠鋵嵤腔?，所以形態(tài)標(biāo)記實質(zhì)上就是基因標(biāo)記。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)果蠅連鎖圖遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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：不受環(huán)境影響缺點：數(shù)量少、費力、費時、對生物體的生長發(fā)育不利遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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：數(shù)量較多，受環(huán)境影響小缺點：受發(fā)育時間的影響、有組織特異性、只反映基因編碼區(qū)的信息遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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：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遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)限制性片段長度多態(tài)性

（restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP）

DNA序列能或不能被某一酶酶切，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，而另一個沒有這個位點，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，每一位點只有兩個等位基因。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)RFLP分析遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)RFLP標(biāo)記位共顯性標(biāo)記遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)微衛(wèi)星（microsatellite）標(biāo)記微衛(wèi)星又稱為簡單重復(fù)序列（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

另一染色體TCTGAGAGAGAGAGAGAGACGC，就構(gòu)成了多態(tài)性。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳圖譜的構(gòu)建方法

理論基礎(chǔ):連鎖與交換基本方法:兩點測驗法和三點測驗法遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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)記間的連鎖分析遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)選擇親本

要求親緣關(guān)系遠(yuǎn)，遺傳差異大但又不能相差太大以導(dǎo)致引起子代不育。對備選材料進行多態(tài)(差異)性檢測，綜合測定結(jié)果，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。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)構(gòu)建作圖群體

遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳標(biāo)記的染色體定位

利用遺傳學(xué)方法或其它方法將少數(shù)標(biāo)記錨定在染色體上，作為確定連鎖群的參照系。常用的方法：單體分析三體分析代換系分析附加系分析遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)標(biāo)記間的連鎖分析利用在兩個親本間有多態(tài)性的標(biāo)記分析分離群體中所有個體的基因型根據(jù)連鎖交換的情況，確定標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系和遺傳距離有計算機軟件可以應(yīng)用遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)水稻遺傳圖1994年，水稻第一張高密度遺傳圖譜

927個位點，1383個標(biāo)記

1998年，1157個位點，2275個標(biāo)記

2000年，3267個標(biāo)記高密度的遺傳圖譜為基因組測序和遺傳研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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)計學(xué)方法遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)現(xiàn)有的人類遺傳圖譜1～22號染色體

8個家系134個成員

X染色體，12個家系170個成員

5364個SSR標(biāo)記

2335個位點標(biāo)記間的平均距離599kb遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)物理圖譜的構(gòu)建

用分子生物學(xué)方法直接檢測DNA標(biāo)記在染色體上的實際位置繪制成的圖譜稱為物理圖譜。有遺傳圖譜為什么還要構(gòu)建物理圖譜？

遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳圖譜的缺陷

分別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

實際是599kb遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳圖譜的缺陷精確性不夠經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為，交換是隨機發(fā)生的基因組中有些區(qū)域是重組熱點倒位、重復(fù)等染色體結(jié)構(gòu)變異會限制交換重組遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)酵母遺傳圖與物理圖比較A遺傳圖B物理圖遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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)簽位點作圖遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)限制酶作圖（restrictionmapping）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)限制酶作圖（restrictionmapping）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)熒光原位雜交

（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)熒光原位雜交

（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)熒光原位雜交

（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)熒光原位雜交

（fluorescentinsituhybridization，F(xiàn)ISH）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)人類基因組物理圖1987年，RFLP圖譜，403個標(biāo)記，10Mb1994年，5800個標(biāo)記，0.7Mb1996年，17000多個標(biāo)記，100kb

完全適應(yīng)全基因組測序的要求遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)遺傳圖與物理圖的整合有些標(biāo)記既是遺傳標(biāo)記，又是物理標(biāo)記

RFLP標(biāo)記SSR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遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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了測序的技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)在可以全自動化測序的策略有兩個：鳥槍法克隆重疊群法遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)鳥槍法（shotgunsequencing）遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)鳥槍法的優(yōu)缺點優(yōu)點：不需要高密度的圖譜速度快、簡單、成本低缺點：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遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)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Y(jié)AC或BAC載體上然后再進行亞克隆，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-clonemethod遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)兩種基因組測序策略遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)TheE.coligenome遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)AportionoftheE.colichromosomeshowinggenesandoperons.

Adotindicatesthepromoterforeachgeneoroperon.Arrowsandcolorindicatethedirectionoftranscribtion:darkbluegenesaretranscribedlefttoright,lightbluearetranscribedrighttoleft.Overlappinggeneareshowningreen.遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)功能基因組學(xué)

完成基因組測序，僅僅是基因組計劃的第一步，更重要的工作在于弄清楚：①基因組序列中所包含的全部遺傳信息是什么；②基因組作為一個整體如何行使功能。就是對基因組序列進行詮釋的過程，也就是功能基因組學(xué)的研究內(nèi)容。遺傳學(xué)第十三章基因工程與基因組學(xué)根據(jù)序列分析搜尋基因

查找開放閱讀框（openreadingframe,ORF）開放閱讀框都有一個起始密碼子，ATG，還要有終止密碼子。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條鏈共計有6種