(41)--20-基因组学研究和测序应用.pdf

基因组学研究和测序应用动物遗传学本节主要内容本节主要内容基因组学研究内容基因组学研究内容基因定位与克隆基因定位与克隆基因组计划及其意义基因组计划及其意义基因组学：是以组学检测和生物信息学分析为手段，对基因组学：是以组学检测和生物信息学分析为手段，对生物基因进行整体结构、表达及比较的一门交叉生物学生物基因进行整体结构、表达及比较的一门交叉生物学科。主要科。主要研究基因组的结构研究基因组的结构组成、时序表达模式、遗传组成、时序表达模式、遗传功能功能鉴定及进化等内容。鉴定及进化等内容。分为三大部分：结构基因组学（structural genomics）比较基因组学（comparative genomics）功能基因组学（functional genomics）一、基因组学研究内容一、基因组学研究内容结构基因组学：主要是构建图谱，进行基因作图、核苷酸序列分析，以确定基因组成、基因定位。一代测序序列组装参考基因组序列参考基因组序列接头接头接头接头未知序列未知序列1、结构基因组学、结构基因组学比较基因组学：通过对基因组结构比较进行进化分析，或者利用已注释基因组克隆基因。分为物种内比较和物种间比较。2、比较基因组学、比较基因组学同线性(synteny)，物种间染色体上的基因组序列部分或全部保守。可以利用模基因组之间编码顺序上和结构上的同源性，通过已知基因组的作图信息定位另外基因组中的基因，从而揭示基因潜在的功能、阐明物种进化关系及基因组的内在结构。功能基因组学：描述基因的功能和相互作用。专注于基因组动态功能，如基因转录，翻译，基因表达调控和蛋白质-蛋白质相互作用，而不是基因组序列和结构的静态方面。包括各种表达分析：转录组（transcriptome）-所有转路子的序列和表达蛋白组（proteome）-所有蛋白质的序列和表达形式互作组（interactome）-蛋白质与DNA片段之间，蛋白质与RNA片段之间，以及蛋白质与蛋白质之间的物理相互作用表型组（phenome）-由基因组中所有基因的功能相互作用产生的表型集合3、功能基因组学、功能基因组学二、基因定位与克隆二、基因定位与克隆基因组图谱：用以描述基因在染色体上的分布状态、线基因组图谱：用以描述基因在染色体上的分布状态、线性排列顺序等信息的图谱。性排列顺序等信息的图谱。遗传图谱遗传图谱物理图谱物理图谱基因组图谱基因组图谱类型类型遗传图谱遗传图谱通过通过遗传重组分析所得遗传重组分析所得到的基因或标记在染到的基因或标记在染色体上线性排列图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的色体上线性排列图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们的相对距离遗传标记之间的重组频率，确定它们的相对距离，一般用，一般用厘摩厘摩(cM，即每次减数分裂的重组频率为，即每次减数分裂的重组频率为1%)来表示。来表示。物理图谱物理图谱通过限制性酶切片段排列，或利用杂交、测通过限制性酶切片段排列，或利用杂交、测序等技术确定的序等技术确定的基因或标记在染色体上的线性排列图基因或标记在染色体上的线性排列图称为称为物理图谱。常以物理图谱。常以遗传标记之间物理距离遗传标记之间物理距离(bp，即碱基对数，即碱基对数，或或kb/Mb等等)表示。表示。连锁连锁图谱的构建图谱的构建 连锁分析连锁分析(linkage analysis)：以位于同一染色体上：以位于同一染色体上相邻的两个遗传标记或基因的重组率为基础，定位相邻的两个遗传标记或基因的重组率为基础，定位遗传标记或基因之间的相对位置关系。遗传标记或基因之间的相对位置关系。()lg(0.5)L rLODL 似然率：特定观测表型出现的概率似然率：特定观测表型出现的概率 似然对数比：似然对数比：LOD 分值分值3，连锁连锁:不连锁不连锁 1000:1，表示连锁存在，表示连锁存在LOD 分值分值2，不连锁不连锁:连锁连锁 100:1，表示连锁不存在，表示连锁不存在遗传连锁图遗传连锁图物理物理图谱的构建图谱的构建 典型典型的物理图谱有：的物理图谱有：染色体图谱染色体图谱荧光原位杂交荧光原位杂交体细胞杂交体细胞杂交基因组全序列基因组全序列 物理定位物理定位(physical mapping)：用染色体原位杂交：用染色体原位杂交或体细胞杂交等方法，将基因或遗传标记定位在某或体细胞杂交等方法，将基因或遗传标记定位在某一染色体或染色体的某一特定的区域。一染色体或染色体的某一特定的区域。基因组图谱中，哪一种图谱测算的是标记之间的排列次序和相对距离？A.遗传图谱B.物理图谱C.比较图谱随堂即时问：基因组基因组DNADNA 标记标记Sw01Sw02Sw03Sw04Sw05Sw06Sw07Sw08Sw09Sw10Sw11Sw16Sw17Sw18Sw12Sw13Sw14Sw15 连锁图谱连锁图谱BAC文库文库染染 色色 体体基因结构基因结构ATGGCTTGCACGGATAGCAGCAAAAADNA序列序列定位区间定位区间序列信息序列信息MCW111MCW322ADL008ADL113MCW298MCW015MCW596MCW948ADL306ADL773MCW122MCW227MCW115MCW513MCW113MCW127MCW421MCW121MCW539MCW278ADL628ADL918ADL118MCW439MCW228ADL525ADL625ADL456ADL326MCW917MCW636ADL674MCW427MCW222MCW816ADL526ADL 08MCW315MCW117ADL 168ADL 968ADL 333MCW218MCW615MCW211全基因组标记分析全基因组标记分析遗传连锁分析遗传连锁分析基因的图位克隆基因的图位克隆20032003年年4 4月月1515日，日，美、英、德、法、日和中国美、英、德、法、日和中国元首共元首共同宣布同宣布“人类基因组测序计划”“人类基因组测序计划”完成完成。杨焕明沃森三、基因组计划及其意义三、基因组计划及其意义测序成为了巨大的产业，打开了人们观察基因结构的新视角：1988-2003年间对人类基因组计划的联邦投资38亿美元（相当于2010年的56亿美元），促成了超过7960亿美元的经济产出，其在美国经济中的投资回报率（ROI）为141比1-每一美元对基因组计划的投资引导出了141美元的经济。Economic impact of the human genomics project,Battelle,2011动物基因组计划鸡、猪、牛、羊、马等大部分家养动物的全基因组测序都已完成。2009年，开启了“万种脊椎动物基因组计划”；2018年4月24日，美国科学院院刊（PNAS）发表文章，正式公布地球生物基因组计划（Earth BioGenomeProject）的细节，计划在接下来的十年间，测出所有已知的150万种真核生物的基因组序列，并为我们找到尚未发现的全新物种。基因组解析的意义 控制复杂性状关键基因的解析-阐述影响复杂数量性状的关键基因，加速育种进程，如猪的IGF2基因，MC4R基因 分子遗传鉴定-快速剔除有害基因，如鸡的匍匐胫基因 标记辅助选择-利用标记进行后备个体的初筛，降低经济成本和时间成本 全基因组选择育种-估计基因组育种值，缩短了育种的世代间隔，加快了选择反应，提高育种值估计准确性，在奶牛育种中已经获得极大的成功 优良遗传种质资源的挖掘-探索不同品种间影响品种产生特殊性状的关键位点 在农业动物中，畜禽基因组序列的解析能够推动动在农业动物中，畜禽基因组序列的解析能够推动动物育种工作的发展，促进农业动物遗传改良。物育种工作的发展，促进农业动物遗传改良。总结与思考总结与思考 基因组学的研究与应用 课外扩展与讨论