基因與基因組分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)生物化學(xué)檢驗(yàn)教研室課件

分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)基因與基因組生物化學(xué)檢驗(yàn)教研室學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握：1.基因、基因組等概念2.細(xì)胞核基因的特征熟悉：真核生物、原核生物及病毒基因組的特點(diǎn)了解：基因組學(xué)的研究方法目錄概述01真核生物基因組02原核生物基因組03CONTENTS分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)CONTENTS病毒基因組04真核生物基因組PART02真核生物基因組細(xì)胞核基因組的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體。除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞有兩個(gè)同源染色體，因此有兩份同源的基因組。真核生物基因組人的染色體大小示意圖人染色體上基因分布特征最大的是第19號(hào)染色體，最小的是第13號(hào)和Y染色體。染色體上存在著無基因的“沙漠區(qū)”，即在500kb區(qū)域內(nèi)，沒有任何基因的編碼序列?；蛎芏热旧w長(zhǎng)度最長(zhǎng)是1號(hào)，最小的21號(hào)。阿爾茲海默病、肌萎縮性側(cè)索硬化癥、唐氏綜合癥，位于21號(hào)染色體。人基因組人基因組核基因組3.2×109

bp線粒體基因組16.6kb二倍體：兩個(gè)核基因組蛋白質(zhì)編碼基因（13）rRNA編碼基因（2）tRNA編碼基因（22）核基因組基因非編碼序列調(diào)控基因表達(dá)的DNA序列與基因同源但不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物的DNA序列在基因組中有多個(gè)拷貝的DNA序列核基因組27.4%72.6%蛋白編碼基因數(shù)千個(gè)RNA編碼基因調(diào)控序列多數(shù)重復(fù)序列假基因基因組真核基因組中存在大量重復(fù)序列。人基因組中，重復(fù)序列占基因組長(zhǎng)度的50%以上。長(zhǎng)度頻率重復(fù)序列的長(zhǎng)度不等重復(fù)序列的重復(fù)頻率也不盡相同（一）核基因組特征單順反子結(jié)構(gòu)斷裂基因重復(fù)序列基因家族與假基因多態(tài)性端粒（一）核基因組特征01斷裂基因（splitgene）基因組的大部分序列屬于非編碼區(qū)。編碼區(qū)通常為結(jié)構(gòu)基因，在兩側(cè)有非編碼區(qū)，而且在基因內(nèi)部也有許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列。（一）核基因組特征非編碼序列，在mRNA的成熟過程中被剪切，對(duì)外顯子的正常表達(dá)可能具有調(diào)節(jié)作用。內(nèi)含子外顯子編碼序列，在mRNA成熟過程中切去內(nèi)含子后拼接成完整的序列，成為成熟的mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。（一）核基因組特征mRNADNA（一）核基因組特征（一）核基因組特征（一）核基因組特征（一）核基因組特征02單順反子結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因?yàn)閱雾樂醋?，一個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)單順反子mRNA分子，翻譯成一條多肽鏈。外顯子外顯子外顯子DNA5’轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（一）核基因組特征（一）核基因組特征（一）核基因組特征03重復(fù)序列（一）核基因組特征高度重復(fù)序列長(zhǎng)度小于200bp，較短。在基因組重復(fù)頻率可達(dá)106中所占比例隨種屬而異，約占10%～60％在人類基因組中約占20％。（一）核基因組特征中度重復(fù)序列重復(fù)數(shù)十～數(shù)萬次（<105），大多與單拷貝基因間隔排列。依據(jù)重復(fù)序列的長(zhǎng)度可分為：長(zhǎng)分散片段短分散片段（一）核基因組特征重復(fù)序列的平均長(zhǎng)度為300bp（一般<500bp）。拷貝數(shù)可達(dá)10萬左右，如Alu家族。Alu序列：人基因組中最豐富的一種中度重復(fù)序列。轉(zhuǎn)錄成RNA分子，再逆轉(zhuǎn)錄為cDNA，然后重新插入基因組中。存在于人類與靈長(zhǎng)類基因組中，具有種屬特異性，因此可作為遺傳標(biāo)記。短分散片段（一）核基因組特征平均長(zhǎng)度為3500～5000bp，與單拷貝序列間隔排列。大多不編碼蛋白質(zhì)。KpnI家族：僅次于Alu家族的第二大家族。用KpnI消化人DNA，電泳圖譜可得到4個(gè)不等的片段序列，即KpnI家族。逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，重新插入到基因組中，可作為轉(zhuǎn)座元件，使DNA在基因組內(nèi)由一個(gè)染色體轉(zhuǎn)移至另一染色體。長(zhǎng)分散片段（一）核基因組特征低度重復(fù)序列在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次。在基因組中占50%～80%。意義：儲(chǔ)存巨大的遺傳信息，編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)。04多基因家族/multigenefamily由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基因。特點(diǎn)：基因家族的各成員之間來源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)。（一）核基因組特征（一）核基因組特征多基因家族成簇地分布在同一條染色體上，同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。家族中不同成員成簇地分布在不同染色體上，編碼一組功能密切相關(guān)的蛋白質(zhì)。組蛋白基因家族，集中在第7號(hào)染色體長(zhǎng)臂3區(qū)珠蛋白基因家族（一）核基因組特征基因組中存在的一段與正?；蚍浅Ｏ嗨频荒鼙磉_(dá)的DNA序列。假基因具有與功能基因相似序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以假基因是沒有功能的基因，常用ψ表示。大部分假基因在染色體上都位于正常基因的附近，但也有位置在不同的染色體上的。人類珠蛋白基因家族---典型的基因家族血紅蛋白珠蛋白血紅素α珠蛋白基因簇β珠蛋白基因簇16號(hào)30kb11號(hào)60kb血紅蛋白（Hb

）（一）核基因組特征16號(hào)p，含7個(gè)與珠蛋白表達(dá)相關(guān)基因，總長(zhǎng)度為30kb。α基因簇2個(gè)α基因：編碼相同α鏈，每個(gè)α基因有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子。1個(gè)ξ基因：胚胎期表達(dá)。2個(gè)假基因ψξ、ψα1、ψα2：無功能

IVS1IVS23132991001415′ζψζψα1ψα2α2α1θ

3′胚胎期胎兒期和成人5′3′正常二倍體細(xì)胞有4個(gè)Α基因（一）核基因組特征11號(hào)p，總長(zhǎng)度為70kb,每條染色體上有ε、Gγ、Aγ、ψβ1、δ、β（β基因有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子）。

β的排列順序與發(fā)育過程的表達(dá)相關(guān)。β基因簇11P15.55′εGγAγψβδβ3′胚胎期成人期胎兒期

IVS1IVS230311041051465′3′正常二倍體細(xì)胞有2個(gè)β基因，β基因的表達(dá)效率是α基因的2倍。珠蛋白基因表達(dá)順序（一）核基因組特征每個(gè)基因簇中的基因按其在發(fā)育過程中的表達(dá)次序從5’→3’排列在編碼鏈上（其中包括有功能的基因和假基因）。類α鏈類β鏈α2γ22%97%1%05多態(tài)性概念：同種群體，同一基因在不同個(gè)體或同一個(gè)體不同染色體上會(huì)出現(xiàn)核苷酸序列的差異。（一）核基因組特征（一）核基因組特征種類染色體多態(tài)性蛋白質(zhì)和酶的多態(tài)性基因多態(tài)性DNA多態(tài)性這些多態(tài)性在闡明人體對(duì)疾病，毒物的易感性和耐受性，疾病臨床表現(xiàn)型的多樣性，上起著重要的作用，也是藥物基因組學(xué)的基礎(chǔ)，以及分子診斷的基礎(chǔ)。（一）核基因組特征在同種生物不同個(gè)體的基因組中，同一位置的DNA序列具有不同的堿基順序，且在人群中具有一定的分布頻率（＞1%）。人群中，個(gè)體間的核苷酸序列存在著差異性，即基因組間的個(gè)體差異。它反映了個(gè)體基因組的差異。DNA多態(tài)性人類基因組DNA多態(tài)性類型限制性片段長(zhǎng)度多肽/RFLP微衛(wèi)星和小衛(wèi)星多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性/SNP拷貝數(shù)多態(tài)性（一）核基因組特征（一）核基因組特征限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）多態(tài)性出現(xiàn)在限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)序列中，用某個(gè)內(nèi)切酶水解基因組的某段序列時(shí)，在同種的不同個(gè)體之間該段序列可能被酶解成長(zhǎng)短不等的幾個(gè)DNA片段。（一）核基因組特征限制性內(nèi)切酶簡(jiǎn)稱限制酶，是DNA重組技術(shù)的基本工具，是識(shí)別和切割雙鏈DNA分子特異序列的核酸水解酶。限制性內(nèi)切酶回文結(jié)構(gòu)……GGATCC......……CCTAGG……（一）核基因組特征HindⅡ平端切口……GTCGAC…………CAGCTG…………GTC……CAGGAC……CTG……+BamHⅠ粘端切口……GGATCC…………CCTAGG…………G……CCTAGGATCC……G……+（一）核基因組特征（一）核基因組特征單核苷酸多態(tài)性（SNP）單個(gè)核苷酸的變異，人群中個(gè)體差異最具代表性的DNA多態(tài)性。人類基因組中每300bp就有一個(gè)SNP位點(diǎn),共約1000萬個(gè)。目前已確定和分類了全世界人群的幾百萬個(gè)SNP，其中10%常見SNP作為遺傳標(biāo)記。（一）核基因組特征SNP研究是目前人類基因組研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其應(yīng)用范圍將更加寬廣，對(duì)群體遺傳學(xué)、人類進(jìn)化、制藥業(yè)、法醫(yī)學(xué)以及生物種群的多態(tài)性的研究都將產(chǎn)生不可估量的影響。目前，已有一些商業(yè)化的SNPs檢測(cè)試劑盒的出現(xiàn)。ResearchGenetics公司開發(fā)了集成1500個(gè)SNP的DNA芯片，涵蓋發(fā)了人類基因組全部24條染色體，檢測(cè)時(shí)只需0.5ug的PCR樣品就可以進(jìn)行一次基因組掃描。（一）核基因組特征變異的4種形式：三種顛換C←→A（G←→T）C←→G（G←→C）T←→A（A←→T）C←→T（G←→A）一種轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的頻率是顛換的3倍，因此轉(zhuǎn)換是SNP發(fā)生的主要原因。（一）核基因組特征06端粒/telomere位置：真核細(xì)胞的染色體末端組成：由DNA片段和蛋白質(zhì)組成（一）核基因組特征DNA序列：由（TTAGGG）n所組成的非編碼重復(fù)序列，重復(fù)上千次。端粒相關(guān)序列+端粒重復(fù)序列（一）核基因組特征作用避免遺傳信息在復(fù)制中丟失。防止染色體末端融合、重組。穩(wěn)定、保護(hù)染色體基因結(jié)構(gòu)。（一）核基因組特征一種逆轉(zhuǎn)錄活性核糖蛋白酶。本質(zhì)：催化端粒延長(zhǎng)的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。端粒酶/telomerase（一）核基因組特征端粒酶與細(xì)胞存亡端粒酶端粒端粒酶催化端粒不斷延長(zhǎng)，從而抵消因染色體復(fù)制、細(xì)胞分裂導(dǎo)致的脫氧核糖核酸鏈縮短，使得染色體脫氧核糖核酸鏈完好無損，細(xì)胞能夠順利地分裂繁殖。（一）核基因組特征衰老（一）核基因組特征癌癥（二）線粒體基因組特征染色體外基因組這些遺傳物質(zhì)獨(dú)立于細(xì)胞核基因組外自行復(fù)制和表達(dá)。葉綠體基因組只存在于綠色植物中。線粒體基因組存在于幾乎所有的真核生物中。（二）線粒體基因組特征01線粒體DNA（mtDNA）特征雙鏈環(huán)狀