基因組學(xué)重點(diǎn)分類修訂版

1、基因組學(xué)(genomics):指以分子生物學(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)。c 值悖理（矛盾）（c-value paradox)：在結(jié)構(gòu)、功能很相似的同一類生物中，甚至在親緣關(guān)系十分接近的物種之間，它們的c值可以相差數(shù)10倍乃至上百倍。隔裂基因（split gene）：指基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。重疊基因：編碼序列彼此重疊的基因。基因內(nèi)基因：在核基因組中較普遍，常在內(nèi)含子包含其他基因。反義基因：與已知基因編碼序列互補(bǔ)的的負(fù)鏈編碼基因，參與基因的表達(dá)調(diào)控，

2、可以干擾靶基因mrna轉(zhuǎn)錄與翻譯?？寺≈丿B群法（clone contig method，作圖法測(cè)序）：以大片段定位的克隆為基礎(chǔ)的定向測(cè)序戰(zhàn)略主要采用克隆步移法或稱重疊群法。這種逐步測(cè)序的方法花時(shí)間多，但精確。全基因組鳥(niǎo)槍法（whole-genome shotgun method）：是隨機(jī)先將整個(gè)基因組打碎成小片段進(jìn)行測(cè)序，最終利用計(jì)算機(jī)根據(jù)序列之間的重疊關(guān)系進(jìn)行排序和組裝，并確定它們?cè)诨蚪M中的正確位置。全基因組鳥(niǎo)槍法是一種快速獲得真核基因組的方法。遺傳作圖（genetic mapping）：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其它dna序列標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。這一方法包括雜交實(shí)驗(yàn)，家系分析。遺傳

3、圖距單位為厘摩(cm), 每單位厘摩定義為1%交換率。（相對(duì)位置）物理作圖（physical mapping）：采用分子生物學(xué)技術(shù)直接將dna分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo)定在基因組實(shí)際位置。物理圖的距離依作圖方法而異，如輻射雜種作圖的計(jì)算單位為厘鐳(cr), 限制性片段作圖與克隆作圖的圖距為dna的分子長(zhǎng)度，即堿基對(duì)(bp, kb)。（絕對(duì)位置）微衛(wèi)星序列（ssr）：或稱簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)（str），重復(fù)單位較短。重復(fù)序列只有1-6個(gè)核苷酸，分布在整個(gè)基因組，10-50個(gè)重復(fù)單位。lod值：是指基因連鎖可能性的對(duì)數(shù)，用于初步判斷所研究的2個(gè)基因是否位于同一染色體上。限制性作圖：將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在dna

4、分子的相對(duì)位置。重疊群(contig)：可以通過(guò)末端的重疊序列相互連接形成連續(xù)的dna長(zhǎng)片段的一組克隆稱為重疊群。指紋：指確定dna樣品所具有的特定dna片段組成，一個(gè)克隆的指紋表示了該克隆所具有的指定序列的特征，可以同其他克隆產(chǎn)生的同類指紋比較。sts作圖（指紋作圖序列標(biāo)簽）：根據(jù)sts序列設(shè)計(jì)引物，擴(kuò)增文庫(kù)當(dāng)中的克隆，能擴(kuò)出條帶的克隆都含有序列重疊的插入子。作圖試劑（mapping reagent)：sts作圖過(guò)程中將已知的sts定位在染色體或基因組中的dna區(qū)段，這些sts標(biāo)記和作圖用的染色體區(qū)段以及dna克隆。 輻射雜種群（radiation hybrid panel)：通過(guò)放射雜交產(chǎn)

5、生的融合細(xì)胞群稱為輻射雜種群。雙脫氧鏈終止法（the chain termination method）：是通過(guò)合成與單鏈dna互補(bǔ)的多核苷酸鏈來(lái)讀取待測(cè)dna分子的順序?；瘜W(xué)降解法（chemical degradation method）：是將雙鏈dna分子用化學(xué)試劑處理，產(chǎn)生切口，用同位素標(biāo)記進(jìn)行測(cè)序。覆蓋面（或深度）：每個(gè)核苷酸在完成順序中平均出現(xiàn)的次數(shù)，或者說(shuō)完成順序的長(zhǎng)度與組裝順序長(zhǎng)度之比。bac 末端序列(bac-end sequenced)：一個(gè)bac克隆插入片段兩端的已測(cè)序的序列,不包括內(nèi)部順序. 可用于確定bac的排列方向以及重疊群(contig)在支架(scaffold)中

6、的排列方向。重疊群(contig)：一群相互重疊的克隆或dna順序,可以是草圖順序或精確順序(finished), 包括連續(xù)的(內(nèi)部無(wú)間隙)或不連續(xù)的(內(nèi)部含間隙)dna順序,未錨定到染色體上。草圖順序(draft sequence)：人類基因組測(cè)序計(jì)劃定義為經(jīng)phred q20軟件認(rèn)可覆蓋測(cè)序克隆片段3-4倍的dna順序. 含間隙或無(wú)間隙, 排列方向和位置未定。精確順序(finished sequence)：順序差錯(cuò)率(錯(cuò)誤堿基數(shù))低于0.01%的dna序列, 排列方向確定,內(nèi)部不含間隙, 一般測(cè)序覆蓋率在8-10個(gè)單倍體基因組。支架(scaffold)：一組已錨定在染色體上的重疊群, 內(nèi)部

7、含間隙或不含間隙.。順序間隙：因覆蓋率的原因而留下的未能測(cè)序的順序,仍存在于克隆文庫(kù)中, 這類間隙稱為順序間隙。物理間隙：因克隆載體自身的限制或dna順序特殊的組成等原因造成某些順序丟失或未能克隆, 這類間隙稱為物理間隙。同源性(homology)基因系：指起源于同一祖先但序列已經(jīng)發(fā)生變異的基因成員。一致性(identity)：指同源dna順序的同一堿基位置的相同的堿基成員, 或者蛋白質(zhì)的同一氨基酸位置的相同的氨基酸成員, 可用百分比表示。相似性(similarity)：指同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列中一致性氨基酸和可取代氨基酸所占的比例?？扇〈被嵯抵妇哂邢嗤再|(zhì)如極性氨基酸或非極性氨基酸的成員

8、, 它們之間的代換不影響蛋白質(zhì)(或酶)的生物學(xué)功能。擬northern 雜交：根據(jù)已知的dna序列設(shè)計(jì)引物，從mrna群體中擴(kuò)增基因產(chǎn)物，再以dna為探針與之雜交。跳躍基因或轉(zhuǎn)座子：一段dna順序可以從原位上單獨(dú)復(fù)制或斷裂下來(lái)，插入另一位點(diǎn)，并對(duì)其后的基因起調(diào)控作用，此過(guò)程稱轉(zhuǎn)座，這段序列稱跳躍基因或轉(zhuǎn)座子。填空或選擇：1 基因組學(xué)包括3個(gè)不同的亞領(lǐng)域:：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、比較基因組學(xué)。2 異常結(jié)構(gòu)基因的分類：重疊基因、基因套基因、反義基因。3 用于遺傳學(xué)作圖的dna標(biāo)記：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（rflp）、簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性（sslp）、單核苷酸多態(tài)性（snp）。4 sslp的類型：

9、小衛(wèi)星序列、微衛(wèi)星序列（ssr）。5 根據(jù)snp在基因中的位置，snp可分為：基因編碼區(qū)snp（csnp）、基因周邊snp（psnp）、基因間snp（isnp）。6 遺傳作圖的方法：兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)法、三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)法。7 不同模式生物的連鎖分析（連鎖分析分為3大范疇）：有性雜交實(shí)驗(yàn)、系譜分析、dna轉(zhuǎn)移。8 非遺傳學(xué)的作圖技術(shù)統(tǒng)稱物理作圖，常用的方法有4類：限制性作圖、基于克隆的基因組作圖、熒光原位雜交（fish）、序列標(biāo)簽位點(diǎn)（sts)。9 重疊群組建：染色體步移法、指紋法。10. 指紋作圖的分類：限制性帶型指紋、重復(fù)順序dna指紋、重復(fù)順序dna pcr或分散重復(fù)順序pcr、序列標(biāo)簽sts作圖。11.

10、 如何獲得作圖試劑：放射雜交、克隆文庫(kù)。12. dna測(cè)序的方法：雙脫氧鏈終止法、化學(xué)降解法。13. 覆蓋面相關(guān)公式： p0=e- m（m為覆蓋面，即單倍體基因組數(shù)；e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)） 14. 間隙的類型：順序間隙、物理間隙。15. 基因組測(cè)序的其他路線：重要區(qū)域的優(yōu)先測(cè)序、est測(cè)序、瀏覽測(cè)序。16. 內(nèi)含子掃描時(shí)的注意事項(xiàng)：密碼子偏好、外顯子內(nèi)含子邊界、上游調(diào)控序列。17. 同源性基因的分類：直向同源基因、共生同源基因（水平基因）。18基因功能的檢測(cè)：基因失活、基因過(guò)表達(dá)。19.突變庫(kù)構(gòu)建的方法：轉(zhuǎn)座子路線、隨機(jī)插入法。20.突變庫(kù)表達(dá)載體的類型：ac- 載體、dse-載體。判斷、簡(jiǎn)答或問(wèn)

11、答：1. 克隆重疊群法的策略：先構(gòu)建遺傳圖，再利用幾套高度覆蓋的大片段基因組文庫(kù)（bac、pac等）獲得精細(xì)的物理圖，選擇合適的bac或pac克隆測(cè)序，利用計(jì)算機(jī)拼裝。bac內(nèi)的空洞基本上都可以利用設(shè)計(jì)引物等手段填補(bǔ)，形成一條完整的bac序列。然后由相互關(guān)聯(lián)、部分重疊的bac克隆連成一個(gè)大的重疊群（contig）。2. 全基因組鳥(niǎo)槍法的策略：是隨機(jī)先將整個(gè)基因組打碎成小片段進(jìn)行測(cè)序，最終利用計(jì)算機(jī)根據(jù)序列之間的重疊關(guān)系進(jìn)行排序和組裝，并確定它們?cè)诨蚪M中的正確位置。3. sslp的類型及ssr的優(yōu)缺點(diǎn)：小衛(wèi)星序列: 有時(shí)又稱可變串聯(lián)重復(fù)（vntr），重復(fù)單位較長(zhǎng)。由1565bp的基本單位串聯(lián)而

12、成主要分布在染色體末端。微衛(wèi)星序列（ssr）：或稱簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)（str），重復(fù)單位較短。重復(fù)序列只有1-6個(gè)核苷酸，分布在整個(gè)基因組，10-50個(gè)重復(fù)單位。ssr技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）在基因組中隨機(jī)分布，檢測(cè)的多態(tài)性頻率高。（2）pcr特異引物，重復(fù)性好。（3）共顯性，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。ssr技術(shù)的缺點(diǎn)是：（1）ssr需要測(cè)序和設(shè)計(jì)引物，因而需要大量的人力、物力和時(shí)間。（2）另外其種屬特異性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)所需的費(fèi)用高昂，因此一些實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了合作，共同開(kāi)發(fā)微衛(wèi)星引物。4. 遺傳作圖的方法：理論基礎(chǔ)：采用一組分子標(biāo)記構(gòu)建遺傳圖的方法主要依賴于連鎖分析?；痉椒ǎ簝牲c(diǎn)測(cè)驗(yàn)法和三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)法5. 細(xì)菌的遺傳作圖：細(xì)菌

13、遺傳作圖的主要困難在于這類生物是單倍體，不發(fā)生減數(shù)分裂，因此要設(shè)計(jì)一些方法使細(xì)菌dna同源區(qū)段發(fā)生交換，主要采用部分二倍體作圖技術(shù)。6. 為什么需要物理作圖技術(shù)？為什么不能直接從遺傳作圖進(jìn)入測(cè)序階段？主要有以下原因：（1）遺傳圖譜分辨率有限：由于人類及其大多數(shù)高等真核生物來(lái)說(shuō)，不可能獲得巨大數(shù)量的后代，因此可用于研究的減數(shù)分裂體就少很多，連鎖分析就受限制，導(dǎo)致標(biāo)記密度的減小，從而影響遺傳作圖。（2）遺傳圖覆蓋面低：由于染色體交換區(qū)域的不平衡，有些區(qū)段很少發(fā)生交換，難以獲得高密度連鎖圖。（3）遺傳圖分子標(biāo)記的排列有時(shí)會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)：遺傳作圖依賴子代的重組及分離比，由于環(huán)境及取樣誤差，有時(shí)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)差

14、異，相同的標(biāo)記在連鎖圖上位置不一樣。7. 限制性作圖的基本原理：方法是通過(guò)比較不同限制性內(nèi)切酶切割所產(chǎn)生dna片段大小：（1）首先用一種酶處理樣品后，電泳確定dna片段的大小。（2）然后用第二種酶處理，獲得第二組片段。（3）最后用兩種酶混合處理，獲得第三組片段。收集上述資料進(jìn)行對(duì)比組裝：（1）兩種酶切位點(diǎn)交替出現(xiàn)的區(qū)段用加減法確定其的相對(duì)位置。（2）連續(xù)出現(xiàn)2個(gè)或多個(gè)相同酶切位點(diǎn)的區(qū)段，采用部分酶解法。（3）切點(diǎn)過(guò)多時(shí)可以采用末端同位素標(biāo)記結(jié)合部分酶解進(jìn)行繪圖。8. 大于50kb的基因組能否用限制性作圖？答案是肯定的。通過(guò)選擇靶dna分子中的稀有酶切位點(diǎn)酶可以克服限制性酶切作圖的局限性。9.

15、染色體細(xì)胞圖：通過(guò)原位雜交可以將基因或dna分子標(biāo)記定位在染色體的某一區(qū)域，由此繪制的基因或dna分子標(biāo)記所在的染色體位置圖成為細(xì)胞圖。最常用的技術(shù)為熒光原位雜交(fish)。10. sts作圖（序列標(biāo)記位點(diǎn)作圖）的原理：（1）基因組中單一序列標(biāo)簽位點(diǎn)都有獨(dú)一無(wú)二組成，有固定的位置。 （2）兩個(gè)sts出現(xiàn)在同一片段的機(jī)會(huì)取決于他們?cè)诨蚪M中的距離，彼此靠的越近，分離的幾率越小，彼此相隔越遠(yuǎn)，分離的幾率越大。（3）兩個(gè)sts之間相對(duì)距離的估算與連鎖分析的原理一樣，它們之間的圖距根據(jù)它們的分離頻率來(lái)算。 （4）兩個(gè)片段含有同一sts序列時(shí)，可斷定兩個(gè)片段彼此重疊。11. 雙脫氧鏈終止法基本原理:

16、通過(guò)合成與單鏈dna互補(bǔ)的多核苷酸鏈，由于合成的互補(bǔ)鏈可在不同位置隨機(jī)終止反應(yīng)，產(chǎn)生只差一個(gè)核苷酸的dna分子，從而來(lái)讀取待測(cè)dna分子的順序。12. 雙脫氧鏈終止法主要步驟: （1）制備單鏈模板：模板、dna聚合酶、引物、4種dntp。（2） ddntp的加入：在反應(yīng)系統(tǒng)中加入雙脫氧（堿基）核苷三磷酸（ddntp），dna聚合酶并不能區(qū)分dntp和ddntp;由于ddntp在3 端碳原子連接的是氫原子而不是羥基，不能與下一個(gè)核苷酸的磷酸集團(tuán)發(fā)生脫水聚合反應(yīng)只要雙脫氧核苷酸摻入3 端，該鏈就停止延伸，鏈端摻入單脫氧核苷酸的片段可繼續(xù)延伸。如此得到3端終止于ddntp的一系列長(zhǎng)度不等的核酸片段。

17、（3）讀取序列：典型的鏈終止法分為4組，每一組分別加入ddatp、ddctp、 ddgtp和ddttp，濃度低于dntp，反應(yīng)終止后，每一組鏈終止樣品反應(yīng)液在聚丙烯酰胺凝膠中各占1個(gè)泳道，分離長(zhǎng)短不一的核酸片段(長(zhǎng)度相鄰者僅差一個(gè)堿基)，dna序列根據(jù)凝膠中新鏈顯示的位置信號(hào)讀??；根據(jù)片段3端的雙脫氧堿基，可依次閱讀合成片段的堿基排列順序。13.基因組測(cè)序策略：（1）按照大分子dna克隆繪制的物理圖分別在單個(gè)大分子dna內(nèi)部進(jìn)行測(cè)序和序列組裝，然后將彼此相連的的大分子克隆按排列次序搭建支架，最后以分子標(biāo)記為向?qū)⒋罱ǖ闹Ъ芊謩e錨定到基因組整合圖上（作圖測(cè)序）； （2）個(gè)基因組dna打斷成小片段

18、后克隆到質(zhì)粒載體上，然后隨機(jī)挑選克隆對(duì)插入片段進(jìn)行測(cè)序，并以測(cè)序的序列構(gòu)建重疊群，在此基礎(chǔ)上搭建支架，以分子標(biāo)記為向?qū)⒋罱ǖ闹Ъ芊謩e錨定到基因組整合圖上（全基因組隨機(jī)測(cè)序或鳥(niǎo)槍法測(cè)序）。 14. 鳥(niǎo)槍法序列組裝與作圖法序列組裝的原理及優(yōu)缺點(diǎn)：1.鳥(niǎo)槍法序列組裝：原理：鳥(niǎo)槍法的序列組裝是直接從已測(cè)序的小片段中尋找彼此重疊的測(cè)序克隆，然后依次向兩側(cè)鄰接的序列延伸。這一方法不需要預(yù)先了解任何基因組的情況，即使缺少遺傳圖譜和物理圖譜，也可以完成整個(gè)基因組的組裝。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)序速度快，并且無(wú)須提供相關(guān)的遺傳圖譜和物理圖譜。缺點(diǎn)： （1）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大基因組而言，鳥(niǎo)槍法的序列組裝的起始階段工作量非常大。 （2）首先需要對(duì)小片段進(jìn)行序列分析，找出重疊群，需要分析的小片段的數(shù)量太大，達(dá)到現(xiàn)有計(jì)算機(jī)能力的極限。 （3）基因組中普遍存在的重復(fù)序列是十分棘手的問(wèn)題，在序列組裝時(shí)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤連接，使某些片段從原位置跳到另一無(wú)關(guān)位置。 （4）因此，對(duì)于缺少重復(fù)順序的小基因組（5mb）而言，鳥(niǎo)槍法仍為最佳的選擇，但對(duì)于大基因組而言，還需要更加有效的策略。15.作圖法序列組裝：原理：實(shí)踐證明，在5mb的范圍內(nèi)，用鳥(niǎo)槍法進(jìn)行測(cè)序組裝可以獲得較好的效果。因此，對(duì)于大基因組而言，可以先將基因組dna分解為若干個(gè)較大的dna片段，構(gòu)建基因組文庫(kù)。每個(gè)大片段克隆可以獨(dú)立進(jìn)行鳥(niǎo)