分子生物学基因组与比较基因组学讲稿.ppt

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1、分子生物学基因组与比较基因组学第一页，讲稿共三十八页哦1.基因组的概念基因组的概念n一种生物或一种遗传系统的所有基因（遗传物质）的组合染色体组（chromosomeset）基因组（genome）第二页，讲稿共三十八页哦2.基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（1）种类）种类n类核基因组（nucleoidgenome）即原核基因组（prokaryoticgenome）n核基因组（nucleargenome）即真核基因组（eukaryoticgenome）n细胞器基因组（organellegenome）线粒体基因组（mitochondrialgenome）叶绿体基因组（chloroplas

2、tgenome）第三页，讲稿共三十八页哦2.基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点n其他病毒基因组（virusgenome）质粒DNA（plasmidDNA）又称染色体外DNA（extrachromosomalDNA）第四页，讲稿共三十八页哦（2）大小）大小n基因组大小（genomesize）一般以单倍体基因组的核酸量来衡量，单位有pg（10-12g）、Dalton（道尔顿）、bp或kb、Mb等n1pg=6.02x1011Daltons=9.8x108bp第五页，讲稿共三十八页哦生物的复杂程度与基因组大小的关系第六页，讲稿共三十八页哦第七页，讲稿共三十八页哦第八页，讲稿共三十八页哦C值佯

3、谬（C-ValueParadox）n基因组中基因数目与基因组大小无关n生物体单倍体基因组所含DNA总量称为C值EukaryotesGenomesize:80,000foldsGenecontent:4050folds第九页，讲稿共三十八页哦（3）类核基因组和核基因组的结构特点）类核基因组和核基因组的结构特点n类核基因组环状；基因排列紧密，较少非编码序列：“streamlined”n核基因组多线状；大小变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）第十页，讲稿共三十八页哦（4）非编码序列（）非编码序列（non-codingsequences）n非编码的重复序列（核基因组）(a)局部分布的

4、重复序列（localizedrepeatedsequences）串联式（tandem）的高度重复序列（highlyrepeatedsequences）(b)散布的重复序列（dispersedrepeatedsequences）短的散布式重复序列（shortinterspersedelements,SINEs）长的散布式重复序列（longinterspersedelements,LINEs）第十一页，讲稿共三十八页哦n内含子（intron）I类（groupIintron）II类（groupIIintron）III类（groupIIIintron）核mRNA内含子（nuclearmRNAintro

5、n），即剪接体内含子（spliceosomalintron）核tRNA内含子（nucleartRNAintron）古细菌内含子（archaebacterialintron）第十二页，讲稿共三十八页哦（5）细胞器基因组）细胞器基因组n线粒体基因组在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）中变化很大多细胞动物：细小、致密高等植物：复杂、不均一原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处第十三页，讲稿共三十八页哦第十四页，讲稿共三十八页哦第十五页，讲稿共三十八页哦2.基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组）细胞器基因组n叶绿

6、体基因组比较均一，85292kb特例：伞藻属（Acetabularia），2000kb第十六页，讲稿共三十八页哦第十七页，讲稿共三十八页哦第十八页，讲稿共三十八页哦第十九页，讲稿共三十八页哦3.基因组学基因组学（Genomics）（1）结构基因组学（structuralgenomics）（2）功能基因组学（functionalgenomics）（3）进化基因组学（evolutionarygenomics）基因组学的三个“时代”第二十页，讲稿共三十八页哦3.基因组学基因组学（1）结构基因组学（structuralgenomics）n基因组结构（genomestructure）种类、结构特点、种属

7、特异性n定位基因（genemapping）遗传图谱（geneticmap）与物理图谱（physicalmap）n测定基因组全序列（whole-genomesequencing）结构基因组学研究的主要目标人类基因组计划（theHumanGenomeProject）之前，只测定过一些病毒（X174、T4等）的基因组全序列第二十一页，讲稿共三十八页哦PhageX174:5375nt第二十二页，讲稿共三十八页哦第二十三页，讲稿共三十八页哦基因组全序列的测定基因组全序列的测定1995嗜血流感菌（Haemophilusinfluenzae）1,830kb枝原体Mycoplasmagenitalium580

8、,070bp，预计有500个基因1996古细菌Methanococcusjannaschii 1,660kb酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）12,068kb，近6,000个潜在的蛋白质编码基因，近150个rRNA基因，近300个tRNA基因，还有几十个核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子RNA（snoRNA）基因1997大肠杆菌（Escherichiacoli）4,639kb （目前已测定几十种微生物的全序列）多细胞生物多细胞生物1998秀丽隐杆线虫（Caenorhabditiselegans）97,000kb2000黑腹果蝇（Drosophilamel

9、anogaster）180,000kb2000拟南芥（Arabidopsisthaliana）120,000kb2000（6月）人类（Homo sapiens）3,120,000kb第二十四页，讲稿共三十八页哦人类基因组计划n1.遗传图n2.物理图n3.序列图(*)n4.转录图意义(p369)第二十五页，讲稿共三十八页哦遗传图n(1)又称为连锁图,基因(或DNA标志)在染色体上的相对位置(遗传距离).n(2)基因的重组频率与两个位点的距离成正相关,重组频率表示遗传距离.连锁-不重组,重组率为0.n(3)有专门的计算公式,对复杂重组计算可能不准确.第二十六页，讲稿共三十八页哦n(4)遗传标记形态

10、学标记蛋白标记生物化学标记DNA标记第一代RFLP(限制性片段长度多态性)第二代短串联重复序列（shorttandomrepeat,STR,重复次数多态性,小卫星DNA,微卫星DNA)第三代SNP(单核苷酸多态性)第二十七页，讲稿共三十八页哦物理图n以已知DNA序列片段(序列标签位点,STS)为路标,以碱基对(bp)为基本测量单位的基因组图.nSTS只是基因组中单拷贝的短DNA序列.n建立物理图,需要得到5套该基因组的DNA片段.(建立相互重叠的相连DNA片段群)n比较准确第二十八页，讲稿共三十八页哦序列图n序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。n代表性人类个体n24条染

11、色体,约30亿对核苷酸第二十九页，讲稿共三十八页哦转录图n在整个人类基因组中，只有1%5%的DNA序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有10%的基因是表达的。n如果能把某段DNA序列相应的mRNA确定下来，就抓住了基因的主要部分，即可转录部分。所以，一张人类基因组的转录图（也称cDNA图或表达序列图）才是人类基因图的雏形。ncDNA片段-表达序列标签EST第三十页，讲稿共三十八页哦DNA的鸟枪法序列分析技术n1.基因组DNA大片段文库的构建:(1)YAC-酵母人工染色体(2)BAC-细菌人工染色体2.靶标鸟枪法(diretedshotgun)/Clonecontig法靶标鸟枪法:

12、根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定部分DNA片段的排列顺序,再逐步确定各片段在染色体上的相对位置.Clonecontig法:用稀有酶将待测基因组降解为数百kb的片段再测序.第三十一页，讲稿共三十八页哦n结构基因组学的成就大大促进了生物信息学（bioinformatics）的发展第三十二页，讲稿共三十八页哦（2）功能基因组学（functionalgenomics）n大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术DNA芯片（DNAchip），即DNA微阵列（DNAmicroarray）n基因功能的分析基因剔除（geneknockout）n对基因组中基因本身的认识（基因的概念）编码蛋白质的基因编码

13、功能RNA的基因非编码的DNA也可以是基因？第三十三页，讲稿共三十八页哦DNAmicroarray第三十四页，讲稿共三十八页哦（3）进化基因组学（evolutionarygenomics）n在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化n比较基因组学（comparativegenomics）进化基因组学的初始阶段n通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关第三十五页，讲稿共三十八页哦不同生物基因组中基因的平均密度不同生物基因组中基因的平均密度生物生物基因组中基因的平均密度基因组中基因的平均密度细菌1个基因/1kb酵母1个基因/2kb线虫1个基因/5k

14、b拟南芥1个基因/5kb果蝇1个基因/13kb人类1个基因/40kb密度的变化与基因组进化中调控元件和“非基因DNA”的扩增有关第三十六页，讲稿共三十八页哦n基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）n最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程第三十七页，讲稿共三十八页哦4.蛋白质组学蛋白质组学（proteomics）（1）蛋白质组（proteome）n“一个基因组所表达的蛋白质”n“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质（包括修饰后的各种蛋白质）”n“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构与活性”（2）蛋白质组学n研究蛋白质组的科学n目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能第三十八页，讲稿共三十八页哦