结构基因组学
结构基因组学
结构基因组学是遗传学、生物信息学和计算生物学的交叉学科。它研究的是细胞核中染色质的三维结构及其与基因表达调控之间的关系。结构基因组学的技术手段包括染色体构像技术、基因组学和结构生物学等。
结构基因组学研究的一个重要方向是调控元件的定位和功能分析。比如，一些调控元件（如增强子、启动子等）的作用是通过与蛋白质结合来实现特定的基因表达。因此，了解染色质三维结构如何影响蛋白质与DNA的相互作用，以及如何影响转录因子的定位和结合，对于解释调控元件的功能非常重要。
结构基因组学的另一个研究方向是疾病相关基因的调控机制。疾病风险单核苷酸多态性（SNP）通过影响染色质三维结构和转录因子结合等机制，参与了许多疾病的发生和发展。因此，研究疾病风险SNP 与染色质和转录因子之间的关系非常重要，对于深入理解疾病的遗传学机制和开发相关治疗手段具有重要意义。
总之，结构基因组学是一个快速发展的领域，它为我们探索基因组结构与功能之间的关系提供了新的途径和工具，也提供了新的思路和方法来理解生命的奥秘。
基因组的结构
。 基因组的结构 第一节基因组的一般概念 -------- 细胞或生物体中，一套完整单体的遗传物质的总和称为基因组(genome)。如人类基因组包含22条常染色体和X、Y两条性染色体上的全部遗传物质(又称核基因组)以及胞浆线粒体上的遗传物质。 --------基因组的结构主要指不同的DNA功能区域在DNA分子中的分布和排列情况。 不同生物体基因组的大小及复杂程度不同。一般来说，生物进化程度的高低与其DNA的大小、含量及复杂程度有一致性 第二节病毒、原核生物及真核生物基因组结构的一般特点 一、病毒基因组的一般结构特点 病毒基因组的结构特点可概括如下： (一)不同病毒基因组大小相差较大。 (二)病毒基因组可由DNA组成，也可由RNA组成，但每种病毒颗粒只含1种核酸。 (三)DNA病毒基因组均由连续的DNA分子组成。多数RNA病毒基因组也由连续的核糖核酸链组成，但有些则以不连续的核糖核酸组成。 (四)常见基因重叠现象。 (五)病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的 (六)病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质基因往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成1个功能单位或转录单元，它们可被一起转录成含有多个mRNA的分子(称为多顺反子mRNA)，然后加工成各种蛋白质的mRNA模板。 (七)除逆转录病毒基因组有两个拷贝外，至今发现的病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次。 (八)噬菌体(细菌病毒)的基因都是连续的，而多数真核细胞病毒常含不连续基因。除正链RNA病毒外，真核细胞病毒的基因都是先转录成mRNA前体，再经加工切除内含子成为成熟的mRNA。 二、细菌染色体基因组结构的一般特点 细菌是典型的原核生物，其染色体基因组结构的一般特点可做如下概括： (一)细菌染色体基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。 (二)基因组中只有1个复制起点。 (三)具有操纵子结构。其中的结构基因为多顺反子，数个操纵子还可以由一个共同的调节基因(regulator gene)即调节子 (regulon)所调控。 (四)编码蛋白质的结构基因在细菌染色体基因组中是单拷贝的，但编码rRNA的基因往往是多拷贝的。 (五)和病毒基因组相似，不编码的DNA部分所占比例比真核基因组少得多。 (六)具有编码同工酶的同基因(isogene)。 (七)编码顺序一般不会重叠。这和病毒基因组是不同的。 (八)在DNA分子中具有多种功能的识别区域，这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列。 (九)在基因或操纵子的终末往往具有特殊的终止序列，可导致转录终止和使RNA聚合酶从DNA链上脱落。 (十)细菌基因组中存在着可移动的DNA因素，这种因素的移动是DNA介导的 三、真核生物基因组的总体特征 (一)真核生物基因组远大于原核生物基因组，也比较复杂。
基因组学的研究方法与应用
基因组学的研究方法与应用 在当下的科技时代，人类对基因组学的关注度越来越高。基因 组学是研究基因组全体的结构、功能、组成、进化等方面的学科。它是现代生物学的基石，也是生命科学和医学研究的重要领域。 本文旨在介绍基因组学的研究方法与应用。 一、基因组测序技术 基因组测序技术是基因组学研究的核心技术，它使得对基因组 进行全面研究成为可能。基因组测序技术包括第一代测序技术和 第二代测序技术。 第一代测序技术是利用Sanger测序方法进行测序，它把DNA 样本随机分为四部分，在每一部分中加入已知的核苷酸，通过荧 光标记的方式，识别所加入的核苷酸，由此获得DNA序列信息。 由于Sanger测序技术需要长的DNA片段，所以DNA测序的体积 和成本较高。因此，第一代测序技术当前已被第二代测序技术所 取代。
第二代测序技术则是多个新技术的统称，如Illumina、Ion Torrent、454 Pyrosequencing等。这些技术具有成本低、速度快、 数据量大等优点，可用于快速测序大规模DNA样本。 二、基因组组装 基因组组装是指从大量短序列中组装出完整的基因组序列。由 于基因组是由大量的碎片组成，因此组装基因组序列是基因组学 研究的重要一环。 目前，基因组组装主要通过以下两种方式实现： 1. 重建基因组 这种方法是利用已知的有关基因组序列信息，通过比对短序列，建立基因组序列。这种方法的优点是速度较快，但是对于新的基 因组来说，由于不存在已知的信息，所以效果差。 2. 短序列拼接
这种方法则是通过将短序列按照其相互重叠的长度与相互关系来进行组装。这种方法虽然需要耗费更多的时间，但是能够更好地拼接基因组序列。 三、基因组注释 基因组注释是对基因组序列进行功能和结构的描述。它是基因组学研究中非常重要的一部分，它不仅能够发现新的基因，还能够对已知基因的功能进行研究。 基因组注释可以分为以下几类： 1. 基因预测 通过比对已知蛋白质序列，找出与之具有相似性的基因，并预测其功能。 2. 疾病基因挖掘
基因组学 复习题纲
第一章基因组概论 1、基本概念 隔裂基因：大多数真核生物蛋白质基因的编码顺序(Exon)都被或长或短的非编码顺序(Intron)隔开。 重叠基因/嵌套基因：指调控具有独立性但部分使用共同基因序列的基因/同一段DNA 能携带两种不同蛋白的信息. 假基因：一般由先前的功能基因积累突变形成，称为假基因，用符号Ψ表示。 基因家族：真核基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这组基因称为基因家族。 基因组：一个物种的一套完整遗传物质的总和，包括核基因组和细胞质基因组。 基因组学：研究生物体基因组的组成、结构与功能的学科。 结构基因组学：着重研究基因组的结构并构建高分辨的遗传图、物理图、序列图和转录图以及研究蛋白质组成与结构的学科。 功能基因组学：主要是利用结构基因组学研究所得到的各种信息在基因组水平上研究编码序列及非编码序列生物学功能的学科。 人类元基因组：指人体内共生的菌群基因组的总和，包括肠道、口腔、呼吸道、生殖道等处菌群。 Alu序列：灵长类动物细胞的主要散在的重复DNA序列。含有限制性内切酶Alu的切点（AG↓CT）。 2、原核与真核生物基因组与顺反子的等价关系 在简单基因组中基因与顺反子等价 原核和低等真核细胞：基因与产物之间的关系比较简单。通常是一基因一相应产物，而且基因往往与产物共线性。基因和顺反子等价：基因是遗传的功能单位；也是可表达的遗传信息的单位。 在细菌中：基因是编码区(开放阅读框)。 细菌基因常常组合成一个操纵子，这样几种产物均由一条多顺反子mRNA翻译而成。 在真核细胞中：基因是转录的单位。大多数基因以单顺反子mRNA的形式转录。 3、基因组C值与C值矛盾 基因组C值是一个物种的基因组固有的DNA含量，一般是恒定的。 C值矛盾或C值悖论:C值大小与生物进化不协调的现象。 C值矛盾原因: 基因内(内含子)、基因间的间隔序列、重复序列和假基因序列 4、基因组序列复杂性与基因组大小的关系 ①序列复杂性：不同序列的DNA总长。 ②DNA序列复杂性：C0t1/2=1/k，起始浓度DNA（C）在保温时间t后有半数DNA完 全复性的数值。 ③C0t1/2值越大，复性速率越慢，在特定数量DNA中含有重复的特定序列拷贝数比例 越小，基因组的序列复杂性越大。
基因组学的结构和功能关系
基因组学的结构和功能关系 人类基因组计划的完成使得我们对基因组学有了更深入和细致 的了解。基因组学是对基因组结构和功能的研究，以期探索生命 本质，从而为生命科学与医学带来新的发展。本文将论述基因组 学中结构和功能之间的关系，包括基因组的组成结构、性质、变 异和功能区域,以及结构与功能之间的相互作用关系等。 一、基因组的组成结构 基因组是指所有DNA分子组成的总和，包括DNA中的基因与非编码区域。基因组的组成结构非常复杂，几乎涉及到所有层面 的组织。从DNA分子的角度，基因组是由一系列碱基对组成的， 也分别被称为基序、碱基二聚体和序列等。从亚细胞结构的角度，基因组是由纤维素异构体和染色体等组成的。在常染色体中，基 因组的基本单位是染色体，而DNA序列是基因的基本单位。在特 定的基因突变情况下，基因表达水平会随之发生变化，从而导致 对细胞循环、生长、分化等生命过程的直接或间接影响。 二、性质和变异
基因组的性质与变异是构成基因组的基本特征，是生命进化过程中起至关重要作用的关键要素。基因组的性质和变异可以通过基因组内部不同部位的DNA序列、基因表达差异和可变简单重复序列等来刻画和识别。DNA序列的差异可以反映生物个体间的血缘关系，而基因表达差异则可以反映基因功能和生理状态变化。特定的可变简单重复序列在基因突变等生物学进化过程中起关键作用，而且这些重复序列在不同生物之间也存在显著的差异。 三、功能区域 基因组的功能与DNA序列的编码性质有关，编码区域包括DNA序列和基因，与此同时，非编码的DNA序列区域、长链非编码RNA以及染色体的调控元素也参与了基因组的调节和维护。有些基因与人类发育和疾病习惯有着密切的关系，例如人类疾病的易感基因、肿瘤抑制因子、DNA修复基因等。这些区域被广泛研究以了解基因组功能的特征，并进一步研究其与各种疾病的关系。 四、结构与功能之间的相互作用关系
基因组学-总结
1.1.DNA顺序复杂性:不同顺序的DNA总长称为复杂性。复杂性代表了一个物种基因组的基本特征，可通过DNA复性 动力学来表示。 1.2.基因的定义:不同的DNA片段共同组成一个完整的表达单位，有一个特定的表达产物，可以是RNA分子，也可以是 多肽分子 1.3.反义基因:是指与细胞内DNA或RNA序列相互补形成杂交体而阻断或减弱其转录和翻译过程的DNA或RNA片段.反义基因通常包括反义寡核苷酸(ASON)、反义RNA及核酶 1.4.假基因:与有功能的基因在核苷酸顺序的组成上非常相似，却不具正常功能的基因。假基因是相应的正常基因在染色 体的不同位置上的复制品，由于突变积累的结果而丧失活性。假基因都是在真核生物的基因组中发现的，在原核生物中未见报道 2.1.DNA标记的类型:限制性片段长度多态性（RFLP）;简单序列长度多态性（SSLP）(小卫星序列和微卫星序列);SNP. 2.2.RFLP（限制性片段长度多态性）的特点: 限制酶识别的碱基具有位点专一性，用不同的限制酶处理同一样品时，可以产生与之对应的不同限制性片段，提供大量位点多态性信息。 2.3. 部分连锁与遗传作图：交换是随机的，两个相近的基因发生交换的概率要比两个相远发生交换的概率要大，因此通 过重组率的确定可以相对确定两个基因的位置。由此可以进行基因的遗传作图。 3.1．分子信标的结构：环含识别序列，一般15 --33个核苷酸;茎在两末端各接上5到8个核苷酸的互补序列，富含GC; 荧光素及猝灭剂 3.2．猝灭剂：荧光染料发射的光能，可被邻近的染料或非染料分子所吸收转成热能而不再发射荧光，也可以发射能量较 低的荧光 3.3.PRET(激光共振能量转移)：受激发荧光素的能量转移到邻近的另一荧光素，并不发射荧光而使激发荧光素回复基态 时的现象。 3.4.原位杂交：靶子为完整的染色体，由杂交信号提供作图信号，DNA变性时不破坏染色体自然形态，原位杂交是指将 特定标记的已知顺序核酸为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交，从而对特定核酸顺序进行精确定量定位的过程。 原位杂交可以在细胞标本或组织标本上进行。 3.5. 顺序标签位点或STS（sequence tagged site）为一段长度100－500BP的单一DNA顺序，易于分辨。寻找方法: 表 达序列标签（EST) ;SSLP ;随机基因组测序. 4.1 随机测序与序列组装 随机测序也称”鸟枪法”. 序列组装原理:直接从已测序的小片段中寻找彼此重叠的测序克隆,然后依次向两侧邻接的序列延伸. 优点:不需预先了解任何基因组的情况. 实例:流感嗜血杆菌基因组的测序及顺序组装 超声波打断纯化的基因组DNA--琼脂糖电泳收集1.6∼2.0Kb的区段、纯化--构建到质粒载体中--随机挑选19687个克隆,进行28643次测序,得到可读顺序为11 631 485 bp--组装成140个覆盖全基因组范围的独立的顺序重叠群 4.2 限制测序:是指将一段染色体区段的DNA 顺序进行组装. 两种策略的比较 鸟枪法策略指导测序策略 不需背景信息构建克隆群 (遗传、物理图谱) 时间短需要几年的时间 需要大型计算机 得到的是草图(Draft) 得到精细图谱 1) BAC末端序列(BAC-end sequenced) ：一个BAC克隆插入片段两端的已测序的序列,不包括内部序列。可用于确定BAC 的排列方向以及重叠群(contig)在支架(scaffold)中的排列方向。 2) 重叠群(contig) ：一群相互重叠的克隆或DNA序列，可以是草图序列或精确序列, 包括连续的(内部无间隙)或不连续的(内部含间隙)DNA序列。 3) 支架(scaffold)：一组已锚定在染色体上的重叠群，内部含间隙或不含间隙。 5.1寻找基因:1)计算机分析寻找与基因有关的序列。(1)根据开放读码框预测基因:a.起始密码子A TG; b. 终止密码子;终止密码子: TAA, TAG,TGA;2)通过对DNA序列进行实验分析，看其能否表达基因产物。(1). Northern 杂交确定DNA片段是表达序列：（2). 由EST或cDNA指认基因；（3）获取基因全长cDNA序列；（4）4.确定DNA顺序中基因的位置 5.2同源基因
结构基因组学及其研究现状和展望
结构基因组学及其研究现状和展望 摘要:大规模的全基因组测序计划正产生越来越多的序列信息，而理解这些信息的关键是理解基因产物——蛋白质的功能。在后基因组时代，蛋白质的三维结构解析是解释生命密码的重要部分。随着自动控制和基因组数据库的日益完善,结构生物学也进入了新的发展时代。现在,结构基因组研究迅速兴起并快速开展起来,它将大大加速蛋白的结构解析过程及与其紧密相关的蛋白功能的研究进程。结构基因组的研究将会带动生物科学各个领域及医药、农业、酶工程等许多方面的新发展。 关键词:基因组结构基因组学蛋白质工厂生产线测定结构 一．结构基因组学的起源： 结构生物学以研究生物大分子的空间结构及其运动为基础来阐明其生物学功能，在生物学领域中占有重要地位，为揭示个体发育，生长，衰老，和死亡机理，神经活动和脑功能表现机理，细胞增值，分化和调亡机理以及几乎一切的生命科学问题提供必要的科学基础。近年的主要研究对象是蛋白质，包括受体蛋白，酶，通道以及与基因调控密接相关的核酸结合蛋白等的结构与功能的研究，还瞄准那些与功能密切相关的复合物的结构如酶和底物，酶与抑止剂，作用原与受体，DNA与其结合蛋白等。传统的结构生物学研究往往起始于生物化学对某个蛋白质的生物学功能有一定的了解，感觉到这个蛋白的重要性，需要进一步从结构和功能的关系上去理解蛋白质的功能调控机制，或者要从三维结构上去揭示其新的功能，这时生物化学家才把这个蛋白交给结构生物学家去解析它的精细结构。在后基因组时代，这种“作坊”时的结构生物学研究已经远远不能适应生物学的大发展和医学对生物学的迫切要求，它就笔削跨入到另一个更高的层次――工业化研究，既蛋白质结构工厂，这就是最新的结构基因组学。 二．结构基因组学的概念 结构基因组学(structural genomics)是基因组学的一个重要组成部分和研究领域,它是一门 通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。染色体不能直接用来测序, 必须将基因组这一巨大的研究对象进行分解,使之成为较易操作的小的结构区域,这个过程就是基因作图;根据使用的标志和手段不同,作图有4种类型,即构建生物体基因组高分辨率的遗传图、物理图谱、序列图以及转录图谱。 三．结构基因组学的目标： （1）．测定一些经过认真选择可能代表所有的折叠类型的蛋白。这样的工作量会大大减小，并且其他蛋白质的结构可以通过计算机技术模建出来。这对分析蛋白质结构特征在系统发生上的分布是有价值的，但是由于当前的模建技术还不能提供精确的原子结构信息，一些细微的差别无法确定，而这些微小的差别也许对蛋白质的功能有重要影响，所以这个目标正收到挑战。 （2）．测定相当数量的蛋白质结构，这些蛋白质结构来自几种模式生物的蛋白质表达谱或与疾病相关的蛋白质表达谱。这种方式能提供更精确的结构信息，为阐明生物大分子的结构与功能提供更详实的资料。尤其是，从与疾病相关的蛋白表达谱去测定蛋白质结构，可以为疾病机制的阐明和疾病治疗提供重要信心。 四，结构基因组学的研究现状 结构基因组的研究使结构实验室转向结构工厂。巨大的结构工厂将以一种前所未有的规模,
基因组学-Genomics-知识考点汇总
基因组学-Genomics-知识考点汇总 •基因组（Genome：Gene＋chromosome）细胞或生物体中一套完整的单倍体遗传物质 •基因组学（Genomics）最早Thomas Roderick在1986年提出，包括基因组作图、测序和分析。可分为结构基因组学和功能基因组学。 一、结构基因组学 1.遗传图(Genetic Mapping Genomes) : Based on the calculation of recombination frequency by linkage analysis .通过亲本的杂交，分析后代的基因间重组率，并用重组率来表示两个基因之间距离的线形连锁图谱 每条染色体组成一个连锁群，所有染色体的连锁群组成的图谱即构成基因组遗传图。 重组率代表基因位点之间的相对距离。在遗传作图中，人们把一个作图单位定义为1厘摩（cM），1cM等于1%的重组率。 提高遗传作图的分辨率：选用不同的杂交群体；增加杂交群体的数目；增加分子标记的数目；扩大分子标记的来源 分子标记：绘制基因组遗传图需要的坐标点。 分子标记的主要来源是染色体上存在的大量等位基因。在DNA水平上，两个基因间一个碱基的差异就足以形成等位基因。 2.物理图（physical map）：指DNA序列上两点的实际距离，它是以DNA的限制酶片段或
克隆的大片段的基因组DNA分子为基本单位，以连续的重叠群为基本框架，通过遗传标记将重叠群或基因组DNA分子有序排列于染色体上。 物理图的绘制: Based on molecular hybridization analysis and PCR techniques 杂交法；指纹法；荧光原位杂交技术。 3.基因组序列测定: Sequencing methods: the chain termination procedure; Map-based clone by clone strategy; Whole genome shotgun (WGS) strategy; Sequence assembly; •传统基因组测序的方法：克隆步移法（BAC-by-BAC Strategy）和全基因组鸟抢法（Whole Genome Shotgun Strategy）。 •基因组测序战略：基于物理图的克隆连克隆法、随机挑选BAC克隆测序、逐步步移法（Lee Hood）、全基因组鸟枪法（Craig Venter） 4.基因组序列解析(Annotating Genome Sequence) ：其目标是建立高密度的遗传图、高分 辨率的物理图和转录图，最终完成全基因组序列测定和注解，是功能基因组学的基础基因组注解异常复杂，它是一个繁杂的复合体，既包含了进化历史上原封未动的部分，也有大量的进化史上重要历史事件的遗迹。 基因组有它自身的规律，但是一些“不和谐的韵律”，如从病毒或者原核生物感染或寄生得到的基因组片段、转座元件、假基因以及重复序列的存在，构成了理解基因组结构的四大陷阱。
基因组学的原理及应用
基因组学的原理及应用 1. 基因组学的定义 基因组学是研究生物体遗传物质DNA（或RNA）的组成、结构、功能、调控以及与表型之间的关系的学科。基因组学通过对生物体的全基因组序列进行研究，揭示了生命的起源、进化以及各种生物现象的基础。基因组学的发展对生物科学的研究起到了重要的推动作用。 2. 基本原理 基因组学的研究基于以下几个基本原理： •DNA序列：基因组学研究的核心是对DNA序列的测定和分析。DNA 是生物体遗传信息的载体，通过对DNA序列进行测定，可以获得生物体全部基因的信息。 •基因表达：基因组学不仅研究DNA序列，还关注基因的表达。基因的表达过程涉及到转录、翻译等复杂的分子机制，基因组学通过研究基因的表达模式和调控机制，揭示基因功能和调控网络。 •比较基因组学：比较不同物种之间的基因组序列，可以揭示物种进化和基因功能的保守性和多样性。 3. 基因组学的应用 基因组学作为一门综合性学科，具有广泛的应用领域。以下是一些基因组学在不同领域的应用示例： 3.1 医学研究 •疾病基因的鉴定：通过比较基因组测序分析，可以发现和疾病相关的基因突变。这些突变可能导致某些遗传性疾病的发生，通过研究这些突变，可以提供疾病的诊断、治疗和预防的依据。 •肿瘤基因组学：通过测定肿瘤细胞的基因组序列，可以发现肿瘤相关的基因突变。这些突变可以提供肿瘤诊断、治疗和预后判断的信息。 3.2 农业领域 •作物改良：通过基因组学的分析和基因编辑等技术手段，可以筛选和改良作物中特定性状的基因。这些基因可以提高作物的产量、耐病性或者适应特殊环境的能力。
•宠物育种：基因组学可以帮助宠物育种者选择繁殖动物时更好的基因组合，以提高宠物的体型、外貌、智力等性状。 3.3 生命起源和进化研究 •比较基因组学：比较不同物种之间的基因组，可以揭示物种的起源和进化关系。通过基因组的比较，可以发现共同的祖先和追溯物种的起源历史。 •宏基因组学：利用宏基因组学技术可以对自然环境中的微生物进行研究，揭示物种的多样性和生态功能。 4. 总结 基因组学作为一个重要的交叉学科，为我们揭示了生命起源和进化的奥秘，为医学、农业等众多领域的研究提供了新的方法和手段。基因组学的发展将进一步推动生物学领域的研究和应用，为人类的生活和健康带来福祉。
基因组学
基因组：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和,是指生物细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。 基因组学：研究基因组结构和功能的科学。指以分子生物学技术、计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探索生命活动的内在规律及其内外环境影响机制的科学。 C值：指一个单倍体基因组中DNA的总量，以基因组的碱基对来表示。每个细胞中以皮克(pg，10-12g)水平表示。 C 值矛盾：在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接近的物种之间，它们的C值可以相差数10倍乃至上百倍。 序列复杂性：不同序列的DNA总长称为复杂性，复杂性代表了一个物种基因组的基本特征。隔裂基因：指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。 假基因：来源于功能基因但已失去活性的DNA序列。 微卫星序列：或称简单串联重复，重复单位较短。重复序列只有1-6个核苷酸，分布在整个基因组，10-50个重复单位. 重叠群：通过末端的重叠序列相互连接形成连续的DNA长片段的一组克隆称为重叠群。 指纹：指确定DNA样品所具有的特定DNA片段组成。 STS作图：根据STS序列设计引物，扩增文库当中的克隆，能扩出条带的克隆都含有序列重叠的插入子。 荧光原位杂交：指在染色体上进行DNA杂交，以便识别荧光标记探针在染色体上位置的方法。 辐射杂种群：通过放射杂交产生的融合细胞群称为辐射杂种群。 覆盖面（或深度）：每个核苷酸在完成顺序中平均出现的次数，或者说完成顺序的长度与组装顺序长度之比。 支架：一组已锚定在染色体上的重叠群, 内部含间隙或不含间隙. 同源性：基因系指起源于同一祖先但序列已经发生变异的基因成员。 一致性：指同源DNA顺序的同一碱基位置的相同的碱基成员, 或者蛋白质的同一氨基酸位置的相同的氨基酸成员, 可用百分比表示. 相似性：指同源蛋白质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。 转座子：一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座，这段序列称跳跃基因或转座子。 基因是DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。 基因的化学本质是核酸而不是蛋白质 基因组学以整个基因组为研究对象，而不是以单个基因为单位作为研究对象。包括对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析。 基因组学包括3个不同的亚领域：结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学
结构基因组学研究的主要内容
结构基因组学研究的主要内容 结构基因组学是一门研究基因组结构的学科，它主要关注基因组中基因的排列、组织和调控等方面的问题。通过对基因组的结构特征进行研究，结构基因组学可以揭示基因的功能和调控机制，对于理解生命的本质和解析复杂疾病的发生机理具有重要意义。 结构基因组学研究的一个重要内容是基因组的序列组织。基因组是由DNA组成的，其中包含了编码DNA和非编码DNA。编码DNA 是可以转录成mRNA并翻译成蛋白质的序列，而非编码DNA则包括了调控元件、重复序列和嵌合基因等。结构基因组学通过对基因组序列的分析和比较，可以揭示基因组的组织和演化规律，进一步理解编码和非编码序列的功能。 结构基因组学关注的另一个重要内容是染色质的三维结构。染色质是基因组的载体，它在细胞核中呈现出一种高度有序的三维结构。结构基因组学通过使用高通量测序技术和生物信息学方法，可以研究和描述染色质的空间组织和结构动力学。这对于理解基因调控、表观遗传修饰和基因组稳定性等方面的问题具有重要意义。 结构基因组学研究的另一个重要内容是基因组的表观遗传修饰。表观遗传修饰是指通过化学改变DNA和染色质蛋白的结构和功能而产生的遗传变异。结构基因组学通过对基因组的甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传标记的分析，可以揭示这些标记的分
布规律和功能，进一步理解它们在基因调控和疾病发生中的作用。 结构基因组学还包括了对基因组变异的研究。基因组变异是指基因组中的序列差异，包括了单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)、插入/缺失(Insertion/Deletion, Indel)和结构变异等。结构基因组学通过对个体和种群基因组的测序和比较，可以鉴定和注释基因组变异，并进一步研究它们与个体表型差异和疾病风险的关系。 结构基因组学还涉及到基因组的功能注释和预测。基因组中的序列并不是等价的，不同的序列具有不同的功能和调控机制。结构基因组学通过整合多种实验数据和计算方法，可以对基因组序列进行功能注释和预测，进一步理解基因的功能和调控网络。 结构基因组学是一门涉及基因组结构的综合性学科，它主要关注基因组的序列组织、染色质结构、表观遗传修饰、基因组变异和功能注释等方面的问题。通过对这些问题的研究，结构基因组学可以揭示基因组的功能和调控机制，对于理解生命的本质和解析复杂疾病的发生机理具有重要意义。未来，随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展，结构基因组学将进一步推动生命科学的发展，并产生更多的应用和突破。
结构基因组学和功能基因组学名词解释
结构基因组学和功能基因组学名词解释 结构基因组学是指基于基因组序列信息，利用各种组学技术，在系统水平上将基因组序列与基因功能（包括基因网络）以及表型有机联系起来，最终揭示自然界中生物系统不同水平的功能的科学。功能基因组用功能不明的分离基因作为起始点，然后选择具有该同源基因的生物模型。这一生物模型可以是简单的酵母细胞或复杂的线虫甚至老鼠。基因被选择性的用多种遗传技术灭活，在此生物体上选择性去除的效果被确定。通过这种方法去除基因，它对生物功能的贡献就能够被识别。功能基因组在评估和检测新药时十分有用。在另一种方法中，一整套基因被系统地灭活，人们就可以检测其对特定细胞功能的影响。这里，一个新的基因和其功能就同时被识别了。 功能基因组学（Functionalgenomics）又往往被称为后基因组学（Postgenomics），它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等。采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析，新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析（serialanalysisofgeneexpression,SAGE），cDNA微阵列（cDNAmicroarray），DNA芯片（DNAchip）和序列标志片段显示
基因组学
1 Structural genomics and function genomics 结构基因组学：经过基因作图、核苷酸分 析来确定基因的组成和基因定位。 功能基因组学：在结果基因组学所获得的 信息和产物的基础上，全面系统地分析基 因的功能。 2 orthologous and paralogous genes 直源基因：基因是那些不同种属生物间的 同源基因，它们的共同祖先早于种属分化。 旁源基因：基因存在于同种生物中，常识 多基因家族的成员，他们的祖先可能早于 或晚于种属分化。 4 Enhancer trap and promoter trap 增强子陷阱：将某报告基因与一个精巧的 启动子相连，组成一增强子陷阱重组体， 它不会自主起始转录，而需由被插入的细 胞基因组中的增强子帮助才可转录。若报 告基因最终表达，则可推知插入位点附件 有增强子或有基因，即实现了以增强子陷 阱重组体发现增强子的目的。 启动子陷阱：通过将报告基因插入到细胞 基因组的外显子上，一旦发现它与细胞基 因组基因共同转录或表达，则可知该报告 基因附件有启动子，从而起到了以之为诱 饵发现启动子的目的。 5 Ac/Ds transposon and T-DNA insertion T-DNA插入：农杆菌中细胞中分别含有Ti 质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆 菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将 T-DNA插入到植物基因组中。 Ac/Ds转座子：玉米中的一个转座子家族。 该家族的自主元件是Ac ,它包含和转座相 关的酶,能使Ac 、Ds 元件发生转座。而Ds 是一种非自主元件,它单独不能发生转座, 可以利用Ac 的转座酶发生转座。Ac/Ds 系 统的转座是通过剪切/粘贴的机制进行的。 请比较全基因组测序中克隆重叠群法 （clone by clone）和鸟枪法（shotgun method）测序的优缺点。 鸟枪法：将分子打成片段，得到每个片段 的序列，然后应用计算机搜索重叠区并构 建主序列。 优点：测序速度快，并且不需要遗传或物 理图谱。成本低，快速，易于自动化操作。 短期内完成大规模的基因组测序任务 缺点：从起始序列寻找重叠区域及构建序 列重叠群的复杂性和数据分析的限制。另 外，因为不连续的序列可能因为重复单位 而被错误连接在一起，所以要求所研究的 基因组中没有或只有很少的重复序列。主 要用于重复序列少、相对简单的原核生物 基因组，不适用于分析较大的、更复杂的 基因组。 克隆重叠群法：利用鸟枪法从基因组文库 中构建片段两端以测序的克隆文库（yac， bac，pac等）然后结合引物步查法和亚克 隆法进行克隆片段的测序,再将这些已测序 的克隆片段组装成整条染色体或整基因 组，它也是建立在鸟枪法构建重叠群的基 础上，结合引物步查法和亚克隆发进行更 精细的测序，适用于基因组全长序列的精 细测定， 优点：完成的序列质量高。 缺点。难以自动化分析，测序时间长。成 本高。 一、请叙述功能基因基因组学的研究 目标，以及完成这些目标的方法。 研究目标：在结构基因组学所获得的信息 和产物的基础上，全面、系统地分析基因 的功能。 方法：1、利用计算机分析基因功能 计算机预测基因功能的依据仍然是同源 性比较。根据同源性从数据库中查找已知 序列的同源基因。根据进化的相关性，和 已知的同源基因推测新基因的功能。 2、用实验分析确定基因功能 （一）DNA水平：T-DNA标签（失活标签、活化标签）；基因、启动子、增强子陷阱； 转座子插入；TILING；自然突变等。 （二）RNA水平：反义RNA；RNAi；过 表达 基因失活是基因功能分析的主要手段 如果我们找到某种方法，使该基因在生物体内失活，就可以从反面鉴别该基因的功能。 基因剔除（knock-out） 将一段无关的DNA片段用来取代目标基因 是最简单的基因失活方法。如果该基因所控制的表型变化了，就从反面验证了目标基因的功能。 基因的超表达用于功能检测 让基因过量表达，也能用于基因的功能检测。有两种技术可以使细胞中某一基因过量表达：增加基因的拷贝数；采用强启动子。 反义RNA技术 反义RNA由基因的负链（模板链的互补链）编码，可以与由功能基因转录而成的正义RNA形成双链结构，干扰mRNA的翻译，从而干扰基因的表达。分析表达的反义RNA在生理生化或形态发生中所起的作用，由此判别目标基因的功能。 转座子插入突变 将转座子随机插入功能基因内，使其失活，也可以用于基因功能研究。 酵母菌双杂交系统 在酵母菌双杂交系统中，将编码这2个功能域的DNA分别构建在2个独立的表达载体上。在一个表达载体中，与DNA结合功能域的基因片段与待测蛋白质的基因连接成融合 基因。在另一个载体中，RNA聚合酶激活功能域的基因片段与未知的DNA序列连接成融合蛋白基因。将这2个表达载体同时转化一个细胞，并在细胞内表达，如果DNA结合功能域蛋白与同RNA聚合酶激活功能域蛋白之间能够互作，就会启动报告基因的表达。 二、请简述植物中同根（orthologous） 基因克隆的原理和方法。 原理：同源基因拥有一个共同的祖先基因， 它们之间有许多相似的序列。 从数据库中查找已知序列的同源基因，根 据已知的同源基因的序列设计引物，设计 引物时可加入一些酶切位点，方便以后的 克隆。通过PCR法扩增出目的片段，回收 纯化后将其导入T载体转入大肠杆菌，筛 选后就得到该基因的克隆。orthologs的生 物信息预测方法主要有两类:系统发生方 法和序列比对方法。这两类方法都是基于 序列的相似性,但又各有特点。系统发生方 法通过重建系统发生树来预测orthologs,因 此在概念上比较精确,但难于自动化,运算 量也很大。序列比对方法在概念上比较粗 糙,但简单实用,运算量相对较小,因此得到 了较广泛的应用。 三、在功能基因组学研究中，一项重要 的工作就是构建突变体库，请比较插入突 变（如他T-DNA,AC-DS插入，基因陷阱 等）方法和TILLING（Targeting induced local lesions in genomes）方法在实验的流 程上的异同，并比较它们在基因功能分析 上的优缺点。 相同点： 不同点：插入突变需要构建载体，需要转基因，而TILLING不需要这些。 插入突变优点： 插入突变缺点：1多拷贝时无法做2易引起染色体重排3方向容易插错4不能移动，需要的转化数多5插入效率低 TILING优点：不需要转基因，高通量、大规模、高灵敏度和自动化 缺点：有时基因有几个拷贝，若只突变一个，因为可能存在互补，所以看不出其变化；有时突变后因为密码子的简并行，也看不出其变化；有时突变后，蛋白质是发生了变化，但可能不影响其功能。 四、通过map-based cloning把目标基 因限定在1个20kb的区段内，请给出鉴定 该区段中是否存在候选基因的方法。 1.筛选与目标基因连锁的分子标记。利 用目标基因的近等基因系或分离群体分组 分析法（BSA）进行连锁分析，筛选出目 标基因所在局部区域的分子标记。 2.构建并筛选含有大插入片段的基因 组文库。用与目标基因连锁的分子标记为 探针筛选基因组文库，得到阳性克隆。 3.构建目的基因区域跨叠克隆群 （contig）。以阳性克隆的末端作为探针基 因组文库，并进行染色体步行，直到获得 具有目标基因两侧分子标记的大片段跨叠 群。 4.目的基因区域的精细作图。通过整合 已有的遗传图谱和寻找新的分子标记，提 高目的基因区域遗传图谱和物理图谱的密 谱的密度。 5.目的基因的精细定位和染色体登陆。 利用侧翼分子标记分析和混合样品作图精 确定位目的基因。接着以目标基因两侧的 分子标记为探针通过染色体登陆获得含目 标基因的阳性克隆。 6.外显子的分离、鉴定。阳性克隆中可 能含有多个候选基因。用筛选cDNA文库， 外显子捕捉和cDNA直选法等技术找到这 些候选基因，再进行共分离，时空表达特 点，同源性比较等分析确定目标基因。当 然，最直接的证明是进行功能互补实验。 五、请简述对一个已经克隆的目的基 因进行功能及信号传导途径研究的思路和 方法。 基因功能的研究可以有如下途径，1.研究基 因的时空表达模式，确定其在细胞学或发 育上的功能，例如，在不同细胞类型，不 同发育阶段，不同环境条件下一级病原菌 侵染过程中mrna，蛋白质表达差异，2， 研究基因在亚细胞内的定位和蛋白质的翻 译后调控等，3利用基因敲除技术进行功能 丧失分析或通过基因的过量表达（转基因） 进行功能获得分析，进而研究目的基因与 表型性状间的关系，4 通过比较研究自发 或诱导突变体与其野生型植株在特定环境 条件下基因表达的差异，另外，有些用于 基因分离的技术。如mrna差别显示，抑制 性扣除杂交技术等也可用于功能分析。技 术如northern 印迹，rt-pcr 基因芯片 酵母双杂交基本原理 酵母双杂交系统由Fields和Song等首先在研究真核基因转录调 控中建立 i 。典型的真核生长转录 因子，如GAL4、GCN4、等都含有二 个不同的结构域: DNA结合结构域 (DNA-binding domain)和转录激活结 构域(transcription-activating domain)。前者可识别DNA上的特异 序列，并使转录激活结构域定位于 所调节的基因的上游，转录激活结构域可同转录复合体的其他成分作用，启动它所调节的基因的转录。二个结构域不但可在其连接区适当 部位打开，仍具有各自的功能。而且不同两结构域可重建发挥转录激 活作用。酵母双杂交系统利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋 白－蛋白的相互作用。主要有二类载体: a 含DNA -binding domain的载体; b 含DNA-activating domain的载体。上述二类载体在构建融合基因时，测试蛋白基因与结构域基因必须在阅读框内融合。融合基因在报告株中表达，其表达产物只有定位于核内才能驱动报告基因的转录。 酵母双杂交系统的建立与发展是基 于对真核生物转录调控起始过程的 认识。真核生物中存在一种上游激活序列(upstream activating sequence, UAS)，其作用是和激活蛋白结合并大大增加启动子的转录速度，从而在转录水平对靶基因表达进行调控。真核细胞转录起始需要反式转录激活因子的参与。很多真核生物的位点特异性转录激活因子是组件 式的，通常具有两个可分割开的结构域，即DNA特异性结合结构域(DNA-binding domain, BD)与转录激活结构域(transcriptional activation domain, AD)。这两个结构域即使分开时仍各具功能，互不影响。但一个完整的某个特定基因的转录激活因子必须同时含有这两个结 构域，否则无法完成激活功能。只有将这两部分通过适当的途径在空间 上接近才能恢复其激活转录的能力。不同来源的ＢＤ与ＡＤ结合后则特 异地激活ＢＤ结合基因的表达。基于这一特性，Fields等设计了一个检测蛋白质与蛋白质相互作用的系统。选择的转录激活因子是酵母细胞中的GAL4蛋白。分离GAL4蛋白N端的 1-147个氨基酸（BD）和C端的 768-881个氨基酸（AD），分别构建重组质粒。如果在BD上接上一个蛋白X，在AD上接一个蛋白Y，再将这二个质粒共同导入酵母菌中，若X，Y 蛋白在酵母内发生交互作用，则相当于将GAL4的BD和AD又连在一起，即可以转录激活下游报告基因的表达，通过测定报告基因的产物及活性来检测这种交互作用的发生。理论上，任何能在酵母中表达的基因均可作为报告基因，较为常用的是LacZ，和一些营养缺陷标记，这种报告基因只允许阳性克隆生长，最常用的是HIS3和LEU2。近来为了更灵敏、特异地筛选阳性克隆,常同时使用两种或两种以上的报告基因(如ADE2和URA3)，一则它可以允许用比单纯颜色筛选更大的菌落密度铺板，从而获得较丰富的表达产物，二则双重筛选相互验证，可以排除一些假阳性结果；三则转化体制造了大量的融合蛋白以保证基因产物满足生长需要，结果LacZ转录提高，从而β-半乳糖苷酶的活性亦增强。
微生物基因组的结构和功能分析
微生物基因组的结构和功能分析 微生物是指自然界中的一类微小生物体，它们的存在和生长带来了各种生态效益，但同时也对生态环境和人类健康带来了威胁。微生物的基因组是它们的生命和功能的基础，因此对微生物基因组的结构和功能进行深入的分析和研究对于深入认识微生物的生物学特征，以及开发针对微生物的防治策略具有重要的意义。 一、微生物基因组的结构和特征 微生物基因组的结构与其他生物种类的基因组结构有所不同。微生物基因组大小广泛分布，从几千个碱基对到数百万个碱基对不等，与其他生物基因组大小相比较小。在基因结构上，微生物基因复杂性低于其他更高等级的生物种类，但是它们基因数量较多，存在大量的非编码DNA。 微生物基因组在组成成分上也很特殊，相较于其他生物种类基因组的蛋白编码基因，微生物的蛋白编码基因的平均长度更短，这与微生物的代谢途径和基因组大小有关，同时也可能与其适应不同环境的能力相关。 二、微生物基因组的功能分析 基因组是细胞和生物体功能的基础，微生物的基因组研究也是生物学和生命科学中的重要研究方向之一。微生物的基因组研究主要包括两个方面的内容：基因组注释和功能预测。 基因组注释是指对基因组进行解释和说明，并对其进行命名。基因组注释需要从序列水平上对微生物基因组进行分析，包括：编码基因、RNA基因、反义基序列、转座因子和其他反复序列等。同时还需要将微生物基因组的重要的生物学特征进行分析和评估，包括编码基因的数量和复杂度、基因组大小和损伤度、内含子和拼接位点分布的情况等等。
除了基因组注释，微生物基因组功能预测也是一个相当重要的方向。功能预测 可以通过生信技术和各种基因组学的研究手段进行。常用的研究手段包括转录组学和蛋白质组学。转录组学通过确定转录本的数量和位置，研究转录物在不同的时间和环境中的表达水平和功能差异。蛋白质组学通过对基因组进行全面的分析，研究蛋白质的组成、结构和功能不仅能够更容易地了解微生物的生物学特征，也可通过蛋白结构探索利用蛋白结构优化基因工程，优化抗体工程等相关方向。 同时，功能分析中也可以使用例如电子显微镜、光学显微镜和细胞化学分析的 传统方法，这些方法对于微生物细胞结构和形态的分析和鉴定起到至关重要的作用。 三、微生物基因组的研究与应用 微生物基因组的研究有助于理解微生物的生物学结构和生物学特征，从而为微 生物病原体的防治提供更为深刻的基础性支持。一方面，可以对微生物病原体进行分子水平的研究，为其相关性疾病的诊断、治疗提供更加精准的指导和帮助；另一方面，微生物基因组研究也为微生物资源的利用和开发提供了更多的思路和方向，通过利用微生物代谢途径，提高微生物的利用率和生产效率。 具体来说，微生物基因组研究对于医学和药物研发等领域有重要的意义。微生 物病原体和微生物发酵产品的生物合成和代谢非常复杂，而微生物基因组分析可以将巨量的基因信息通过生物计算和生物参考库进行关联和筛选，从而达到生产更加安定可靠的药物和代谢途径的优化。 另外，基因工程也可以通过微生物基因组研究的结果进行优化和改进。例如， 通过改变细胞代谢途径或者克隆特定的基因，优化目标蛋白的产量或改变其生化性质等，从而解决目前药品或食品等生产链上的一些问题和瓶颈。 四、结论 微生物基因组的研究在生物学和生命科学领域具有重要的意义，也在医疗、药 品和食品等产业发展中起到了至关重要的作用。未来，在微生物基因组研究领域还