第25章基因结构分析的基本策略
合集下载
基因功能分析的基本策略
它旨在揭示基因如何参与生命活动， 以及基因变异如何影响生物体的性状 和疾病易感性。
基因功能分析的重要性
基因功能分析是理解生物学过程和疾病机制的关键，有助于发现新的治疗靶点和发展个性化医疗策略。
通过基因功能分析，可以深入了解基因与表型之间的关系，为遗传性疾病和复杂性疾病的预防、诊断 和治疗提供科学依据。
详细描述：基因变异与药物反应关联分析旨在了解不同基因变异对药物 疗效和副作用的影响。这种分析有助于实现个性化用药，提高治疗效果
并减少副作用。
通过以上三种策略，基因功能分析有助于深入了解基因与疾病的关系， 为疾病的预防、诊断和治疗提供有力支持。
基因功能研究的挑战与展望
基因功能研究的挑 战
技术限制
目前的技术手段在研究基因功能时仍存在局限性，例如难以对所有 基因进行全面研究，难以精确分析基因间的相互作用。
04
数据处理与分析
对收集到的数据进行处理、统计分析 和可视化，挖掘基因功能相关的模式 和规律。
基因表达分析
基因表达的检测方法
基因芯片技术
通过微阵列芯片检测基因 表达谱，可同时检测大量 基因的表达水平。
测序技术
利用高通量测序技术，对 特定组织或细胞中的基因 表达进行全面检测。
荧光定量PCR
通过荧光染料或探针，实 时监测PCR扩增过程中荧 光信号的变化，从而确定 基因表达量。
跨学科合作 基因功能研究需要多学科的交叉合作，包括生物 学、医学、化学、物理学等，以更全面地理解基 因的功能。
个性化医疗 随着基因功能研究的深入，将有助于实现基于个 体基因信息的个性化医疗，提高疾病预防和治疗 效果。
未来研究方向
深入研究基因间的相互作用
未来研究将更深入地探索基因间的相互作用， 以更准确地理解基因的功能。
基因功能分析的重要性
基因功能分析是理解生物学过程和疾病机制的关键，有助于发现新的治疗靶点和发展个性化医疗策略。
通过基因功能分析，可以深入了解基因与表型之间的关系，为遗传性疾病和复杂性疾病的预防、诊断 和治疗提供科学依据。
详细描述：基因变异与药物反应关联分析旨在了解不同基因变异对药物 疗效和副作用的影响。这种分析有助于实现个性化用药，提高治疗效果
并减少副作用。
通过以上三种策略，基因功能分析有助于深入了解基因与疾病的关系， 为疾病的预防、诊断和治疗提供有力支持。
基因功能研究的挑战与展望
基因功能研究的挑 战
技术限制
目前的技术手段在研究基因功能时仍存在局限性，例如难以对所有 基因进行全面研究，难以精确分析基因间的相互作用。
04
数据处理与分析
对收集到的数据进行处理、统计分析 和可视化，挖掘基因功能相关的模式 和规律。
基因表达分析
基因表达的检测方法
基因芯片技术
通过微阵列芯片检测基因 表达谱，可同时检测大量 基因的表达水平。
测序技术
利用高通量测序技术，对 特定组织或细胞中的基因 表达进行全面检测。
荧光定量PCR
通过荧光染料或探针，实 时监测PCR扩增过程中荧 光信号的变化，从而确定 基因表达量。
跨学科合作 基因功能研究需要多学科的交叉合作，包括生物 学、医学、化学、物理学等，以更全面地理解基 因的功能。
个性化医疗 随着基因功能研究的深入，将有助于实现基于个 体基因信息的个性化医疗，提高疾病预防和治疗 效果。
未来研究方向
深入研究基因间的相互作用
未来研究将更深入地探索基因间的相互作用， 以更准确地理解基因的功能。
最新基因功能分析的基本策略
基因剔除时，利用打靶载体上留下的部分待 剔除的基因片段作为基因组上相同基因的同源臂，当打 靶载体与细胞基因组的同源基因发生同源重组时，打靶 载体上的失活基因替代基因组上的基因，同时利用插入 在基因同源臂之间的阳性、阴性标志基因进行鉴定。
2、将打靶载体导入小鼠胚胎干细胞中；胚胎干细胞通常 取自小鼠胚胎早期的内细胞团，该细胞能在体外培养，并 保留发育的全能性。 3、用阳性筛选标志和阴性筛选标志对转染的胚胎干细胞 进行筛选。 4、将发生同源重组的胚胎干细胞导入小鼠胚泡中，然后 将胚泡植入假孕小鼠子宫中； 5、筛选嵌合体小鼠。通常同源重组一般只发在一条染色 体上，可以用Neor基因作探针，通过Southern blot鉴定。 6、杂交育种，获得基因剔除的纯合体小鼠
待剔除基因
克隆载体
克 隆
重组载体
切割基因使待剔 除基因失去活性
连接
阳性标记基因Neor
打靶载体
HSV-tk
打靶载体
内切酶消化 线性化打靶载体 转染
基因组
纯合子小鼠 （基因剔除）
兄妹交配 杂合子小鼠
同源重组
正常小鼠
交配 杂合子小鼠
同源重组的胚胎干细胞
杂合子小鼠
胚泡
植入
假孕小鼠
第三节 利用基因沉默技术对基因功能进行分析
启动子
结构基因
转基因载体
报告基因
注射
增强子
转基因小鼠
Southern blot
RT-PCR Western blot
后代
受精
植入
全能性细胞
假孕小鼠
转基因动物应用：
1、通过转基因动物来研究特定基因在组织中特异表达或表达 的时相； 2、在活体内研究或发现基因的新功能； 3、可用于只在胚胎期才表达的基因结构和功能研究； 4、建立研究外源基因表达、调控的动物模型； 5、遗传性疾病的研究； 6、建立人类疾病的动物模型，为人类的基因治疗提供依据； 7、动物新品种的培育； 8、基因工程产品的制备；
2、将打靶载体导入小鼠胚胎干细胞中；胚胎干细胞通常 取自小鼠胚胎早期的内细胞团，该细胞能在体外培养，并 保留发育的全能性。 3、用阳性筛选标志和阴性筛选标志对转染的胚胎干细胞 进行筛选。 4、将发生同源重组的胚胎干细胞导入小鼠胚泡中，然后 将胚泡植入假孕小鼠子宫中； 5、筛选嵌合体小鼠。通常同源重组一般只发在一条染色 体上，可以用Neor基因作探针，通过Southern blot鉴定。 6、杂交育种，获得基因剔除的纯合体小鼠
待剔除基因
克隆载体
克 隆
重组载体
切割基因使待剔 除基因失去活性
连接
阳性标记基因Neor
打靶载体
HSV-tk
打靶载体
内切酶消化 线性化打靶载体 转染
基因组
纯合子小鼠 （基因剔除）
兄妹交配 杂合子小鼠
同源重组
正常小鼠
交配 杂合子小鼠
同源重组的胚胎干细胞
杂合子小鼠
胚泡
植入
假孕小鼠
第三节 利用基因沉默技术对基因功能进行分析
启动子
结构基因
转基因载体
报告基因
注射
增强子
转基因小鼠
Southern blot
RT-PCR Western blot
后代
受精
植入
全能性细胞
假孕小鼠
转基因动物应用：
1、通过转基因动物来研究特定基因在组织中特异表达或表达 的时相； 2、在活体内研究或发现基因的新功能； 3、可用于只在胚胎期才表达的基因结构和功能研究； 4、建立研究外源基因表达、调控的动物模型； 5、遗传性疾病的研究； 6、建立人类疾病的动物模型，为人类的基因治疗提供依据； 7、动物新品种的培育； 8、基因工程产品的制备；
最新基因结构与表达分析的基本策略
ddTTP dTTP
A G CT
12
2. DNA测序主要步骤
13
G反应管 T反应管
A反应管
C反应管
14
15
GATC
16
测序步骤
● 单链DNA模板的制备 ● DNA模板与测序引物退火 ● 掺入法标记反应 ● 延伸-终止反应 ● 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 ● 放射自显影 ● 阅读测序结果
17
（二）DNA测序自动化原理 采用4种不同的荧光分别标记4
3638 2604
18S
623
3kb 0.4 kb
RNA琼脂糖凝胶电泳 Northern blot hybridization
DNA合成反应中，ddNTP不存在 3′-OH末端，故不能与下一个核苷酸 的5′-磷酸基团形成3′，5′-磷酸二 酯键，导致DNA新链的延伸提前终止于 ddNTP 。
11
4
7
11
5′ T A C G C T G A A T G A 3′
ddATP ddGTP dGTP dCTP
ddCTP dATP
利用各种物理方法使电泳胶中的生物 大分子转移到NC等各种膜上，使之成为 固相化分子。
这一技术类似于用吸墨纸吸收纸张上的 墨迹，因此称之为“blotting”, 译为印迹 技术。
33
探针技术
用放射性核素、生物素或荧光染料标 记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸 链被称为“探针”。
探针可以与固定在NC膜上的核苷酸结 合，判断是否有同源的核酸分子存在。
（三）化学降解法
与末端终止法不同，化学 降解法是建立在对原有DNA的 化学降解过程基础上。
24
化学降解法原理
将待测DNA片段3′或5′端进行同位素 标记，标记的DNA片段分成五个反应，分别 用不同的化学试剂处理，造成碱基特异性 切割，使DNA片段分别于某一种（类）碱基 处断裂。电泳分离5组DNA混合物，放射自 显影检测末端标记的DNA链的电泳区带位置。
生物化学及分子生物学(人卫第八版)-第25章-基因诊断与基因治疗
核酸分子杂交
基因分型 检测基因突变
测定基因拷贝数 测定基因表达产物量
分子杂交
信号检测
基因诊断的基础
DNA序列分析技术 几种技术联合使用
目录
（一）基因缺失或插入的诊断
1．DNA印迹法
其可以区分正常和突变样品的基因型，并可获得 基因缺失或插入片段大小等信息。 DNA 印迹一般可 以显示50 bp～20 kbp的DNA片段，片段大小的信息 是该技术诊断基因缺陷的重要依据。
血、血友病等。基本方案是通过一定的方法
把正常的基因导入到病人体内，表达出正常
的功能蛋白。
目录
2.针对多基因病的基因治疗 由多个基因相互作用结果，并受环境因素影 响而发生的疾病属于多基因病，如高血压、动脉 粥样硬化、糖尿病、肿瘤等。 恶性肿瘤的基因治疗包括：针对癌基因表达 的各种基因沉默、针对抑癌基因的基因增补、针 对肿瘤免疫反应的细胞因子基因导入和针对肿瘤 血管生成的基因失活等等。
目录
（二）基因增补
不删除突变的致病基因，而在基因组的某
一位点额外插入正常基因，在体内表达出功能
正常的蛋白质，达到治疗疾病的目的。这种对
基因进行异位替代的方法称为基因添加（ gene augmentation ）或称基因增补，是目前临床上 使用的主要基因治疗策略。
目录
（三）基因沉默或失活
有些疾病是由于某一或某些基因的过度表 达引起的，向患者体内导入有抑制基因表达作 用的核酸，如反义RNA、核酶、干扰小RNA等，
因的表达状态可以用 PCR 、 RNA 印迹、
蛋白印迹及ELISA等方法去检测。对于导
入基因是否整合到基因组以及整合的部位，
可以用DNA印迹技术进行分析。
目录
三、基因治疗的临床应用现状
基因分型 检测基因突变
测定基因拷贝数 测定基因表达产物量
分子杂交
信号检测
基因诊断的基础
DNA序列分析技术 几种技术联合使用
目录
（一）基因缺失或插入的诊断
1．DNA印迹法
其可以区分正常和突变样品的基因型，并可获得 基因缺失或插入片段大小等信息。 DNA 印迹一般可 以显示50 bp～20 kbp的DNA片段，片段大小的信息 是该技术诊断基因缺陷的重要依据。
血、血友病等。基本方案是通过一定的方法
把正常的基因导入到病人体内，表达出正常
的功能蛋白。
目录
2.针对多基因病的基因治疗 由多个基因相互作用结果，并受环境因素影 响而发生的疾病属于多基因病，如高血压、动脉 粥样硬化、糖尿病、肿瘤等。 恶性肿瘤的基因治疗包括：针对癌基因表达 的各种基因沉默、针对抑癌基因的基因增补、针 对肿瘤免疫反应的细胞因子基因导入和针对肿瘤 血管生成的基因失活等等。
目录
（二）基因增补
不删除突变的致病基因，而在基因组的某
一位点额外插入正常基因，在体内表达出功能
正常的蛋白质，达到治疗疾病的目的。这种对
基因进行异位替代的方法称为基因添加（ gene augmentation ）或称基因增补，是目前临床上 使用的主要基因治疗策略。
目录
（三）基因沉默或失活
有些疾病是由于某一或某些基因的过度表 达引起的，向患者体内导入有抑制基因表达作 用的核酸，如反义RNA、核酶、干扰小RNA等，
因的表达状态可以用 PCR 、 RNA 印迹、
蛋白印迹及ELISA等方法去检测。对于导
入基因是否整合到基因组以及整合的部位，
可以用DNA印迹技术进行分析。
目录
三、基因治疗的临床应用现状
基因功能分析的基本策略
•微卫星序列 •诱导表 达启动子
•外源基因
•微卫星序列
基因功能分析的基本策略
基因功能分析的基本策略
2) 胚胎干细胞法
z 胚胎干细胞(embryo stem cells, ES 细胞)： y 可人工培养增殖的小鼠胚泡发育期胚胎细 胞，当把这种胚胎细胞重新导入另一胚泡 期的胚胎之后，它仍然保持着分化成其他 类型细胞的能力。
z 基因敲除ES细胞注射入胚泡 z 胚泡植入假孕小鼠的子宫 z 嵌合体的杂交育种：同源重组只发生在一
条染色体上，因而同源重组后只能得到嵌 合体，将嵌合体杂交，即可得到纯合子。
•×
基因功能分析的基本策略
基因功能分析的基本策略
基因敲除和 RNA 干扰
z 基因敲除是在基因水平将某个基因定点去除， 动物整体水平。
•neo
r
•G418正筛选，细胞存活
基因功能分析的基本策略
打靶载体的负筛选
• tk1 HB1 neor HB2 tk2
•染色体
•染色体
•非特异性整合
•GCV负筛选，细胞死亡
基因功能分析的基本策略
PCR 鉴定
z 在打靶载体的 HB1 和 HB2 之间，加上一个 载体和鼠的基因组中都没有的独特DNA 序 列（US）。
1. 上游—基因改造和载体构建
▪ 外源基因: 完整的转录单位, 由顺式作用元件、结构
基因和转录终止信号组成。
▪ 报告基因 (reporter gene) : 在表达载体中引入易于
检测的提示重组体存在的基因。GFP、 LacZ、AP、 LUC。
▪ 融合基因 (fusion gene): 将特定的目的基因与报告
z ES 细胞具有与胚胎细胞相似的形态特征和分 化特性。
基因功能分析的基本策略演示文稿
列替代另一段基因序列。
第四十六页，共70页。
一、基因打靶的基本程序
打靶载体的构建。 打靶载体导入 ES 细胞及其鉴定。
基因敲除 ES 细胞注射入胚泡。 胚泡植入假孕小鼠的子宫。 嵌合体的杂交建立基因打靶的纯合鼠系。
第四十七页，共70页。
1. 打靶载体的构建
同源基因片段
质粒载体
HB1 HB2
neor基因
第五十八页，共70页。
RNA 干扰是dsRNA 导致的基因沉默
1998 年，Fire 等在 C. elegans 中用 antisense RNA 抑制基因表达。
ds RNA 比 sense 或 antisense RNA 都好。 注射甚至口服 dsRNA 都能诱发基因沉默。 很少量的双链 RNA 就能诱发 C. elegans 整体
逆转录病毒感染
纯合体小鼠
嵌合小鼠
第三十一页，共70页。
逆转录病毒感染法的特点
通过病毒 DNA 插入宿主 DNA 的机制，将外源 目的基因整合到宿主基因组，整合效率高。 反转录病毒载体容量有限，只能转移小片段 DNA(＜10kb)。 对家禽类的转基因研究有重要意义。
第三十二页，共70页。
4）精子载体法
转基因技术(transgenic technology)：将外源基 因导入细胞，随机整合到受体基因组内，并随 细胞分裂而遗传给后代。
细胞模型。
转基因动物。 转基因植物。
第四页，共70页。
一.转基因生物的意义
20 世纪 80 年代 (Brinster and Palmiter)：
著名的转基因小鼠实验，金属硫蛋白基因启 动子驱动大鼠生长激素基因表达。
第五十四页，共70页。
特异整合
第四十六页，共70页。
一、基因打靶的基本程序
打靶载体的构建。 打靶载体导入 ES 细胞及其鉴定。
基因敲除 ES 细胞注射入胚泡。 胚泡植入假孕小鼠的子宫。 嵌合体的杂交建立基因打靶的纯合鼠系。
第四十七页，共70页。
1. 打靶载体的构建
同源基因片段
质粒载体
HB1 HB2
neor基因
第五十八页，共70页。
RNA 干扰是dsRNA 导致的基因沉默
1998 年，Fire 等在 C. elegans 中用 antisense RNA 抑制基因表达。
ds RNA 比 sense 或 antisense RNA 都好。 注射甚至口服 dsRNA 都能诱发基因沉默。 很少量的双链 RNA 就能诱发 C. elegans 整体
逆转录病毒感染
纯合体小鼠
嵌合小鼠
第三十一页，共70页。
逆转录病毒感染法的特点
通过病毒 DNA 插入宿主 DNA 的机制，将外源 目的基因整合到宿主基因组，整合效率高。 反转录病毒载体容量有限，只能转移小片段 DNA(＜10kb)。 对家禽类的转基因研究有重要意义。
第三十二页，共70页。
4）精子载体法
转基因技术(transgenic technology)：将外源基 因导入细胞，随机整合到受体基因组内，并随 细胞分裂而遗传给后代。
细胞模型。
转基因动物。 转基因植物。
第四页，共70页。
一.转基因生物的意义
20 世纪 80 年代 (Brinster and Palmiter)：
著名的转基因小鼠实验，金属硫蛋白基因启 动子驱动大鼠生长激素基因表达。
第五十四页，共70页。
特异整合
基因分析的基本策略
但因Northern blot印迹杂交法检测的是RNA，在 外界环境中极易被环境中的RNA酶所降解，因此制备 RNA样品时，所需器皿均需要特殊处理。同时作为监 测细胞内RNA含量不够准确，只能作为定性分析RNA 方法。
（二）RT-PCR用于定性、定量分析RNA方法
RT-PCR是一种以mRNA为模板的体外扩增cDNA的 技术。其基本程序是：提取细胞总RNA，然后将其中 的mRNA在体外逆转录成cDNA，再以cDNA为模板，进 行特定基因的PCR扩增。因为PCR扩增产物有平台效应， 故RT-PCR也一般用于RNA的定性分析。
实时PCR原理是：在PCR反应体系中加入一种双色 荧光标记的寡核苷酸探针，并根据探针上荧光信号的 变化计算模板DNA含量。如：TaqMan系统
在寡核苷酸探针的5`端标记一个报告荧光染料， 3`端标记一个猝灭染料。当光源照射到探针时，被激 活的报告荧光染料将能量转移给附近的猝灭染料而不 发光。当PCR产物扩增时，聚合酶遇到结合在模板上的 荧光探针时，利用聚合酶所具有的5`-3`外切酶作用， 将两种染料分离，因此根据报告荧光所发射的荧光强 度与被切探针成正比，由此可以计算出PCR产物的含量。
（7）杂交结果的检测：采用核素标记的探针或发光剂标 记的探针进行杂交时，在杂交洗膜后，将滤膜和X线片 装入暗盒，感光后，经冲洗，在X线片上可见黑色条带。
Southern blot 检测基因拷贝数注意事项
1、对某种生物体基因组拷贝数研究，需要 完整提取出基因组，并需要适当的限制 性内切酶酶切；
2、通常要研究的基因序列是已知的。
凝胶电泳，将DNA断裂片段按分子大小分离开 5、根据放射自显影胶片上显示的末端标记片段分布情况，
直接读出DNA序列。
DNA序列测定的意义
（二）RT-PCR用于定性、定量分析RNA方法
RT-PCR是一种以mRNA为模板的体外扩增cDNA的 技术。其基本程序是：提取细胞总RNA，然后将其中 的mRNA在体外逆转录成cDNA，再以cDNA为模板，进 行特定基因的PCR扩增。因为PCR扩增产物有平台效应， 故RT-PCR也一般用于RNA的定性分析。
实时PCR原理是：在PCR反应体系中加入一种双色 荧光标记的寡核苷酸探针，并根据探针上荧光信号的 变化计算模板DNA含量。如：TaqMan系统
在寡核苷酸探针的5`端标记一个报告荧光染料， 3`端标记一个猝灭染料。当光源照射到探针时，被激 活的报告荧光染料将能量转移给附近的猝灭染料而不 发光。当PCR产物扩增时，聚合酶遇到结合在模板上的 荧光探针时，利用聚合酶所具有的5`-3`外切酶作用， 将两种染料分离，因此根据报告荧光所发射的荧光强 度与被切探针成正比，由此可以计算出PCR产物的含量。
（7）杂交结果的检测：采用核素标记的探针或发光剂标 记的探针进行杂交时，在杂交洗膜后，将滤膜和X线片 装入暗盒，感光后，经冲洗，在X线片上可见黑色条带。
Southern blot 检测基因拷贝数注意事项
1、对某种生物体基因组拷贝数研究，需要 完整提取出基因组，并需要适当的限制 性内切酶酶切；
2、通常要研究的基因序列是已知的。
凝胶电泳，将DNA断裂片段按分子大小分离开 5、根据放射自显影胶片上显示的末端标记片段分布情况，
直接读出DNA序列。
DNA序列测定的意义
基因分析的基本策略
基因分析的基本策略引言基因分析是生物领域中一项重要的研究工具，通过对基因的分析可以揭示生物的遗传信息、功能以及与疾病相关的遗传变异。
基因分析的基本策略是一系列针对基因组的实验和计算方法，旨在深入理解基因的结构、功能和作用机制。
本文将介绍基因分析的基本策略和常用的分析方法。
1. 基因组测序基因组测序是基因分析的第一步，通过测序技术可以获取基因组的完整序列。
现代基因组测序技术包括传统的链终止法（Sanger测序），以及高通量测序技术，如 Illumina HiSeq、Pacific Biosciences 和Oxford Nanopore Technologies 等。
基因组测序的产出是一系列的DNA片段，通过生物信息学工具进行序列拼接和组装，可以得到完整的基因组序列。
2. 基因注释基因注释是对基因组进行功能和结构的标注，将序列信息翻译成有意义的生物学信息。
基因注释可以分为结构注释和功能注释两个层次。
结构注释结构注释主要用于预测基因的结构和组织结构。
常见的结构注释方法包括基因预测、剪接位点预测和重复序列识别等。
基因预测是确定基因的位置和转录本的起始和终止位点的过程。
剪接位点预测用于确定基因的剪接方式，即基因转录本的选择性剪接。
重复序列识别可以帮助鉴定基因组中的重复序列，例如转座子等。
功能注释功能注释主要通过比对基因组序列和已知功能基因库，将未知基因序列进行功能注释。
常见的功能注释方法包括BLAST、GO富集分析和KEGG通路分析等。
BLAST是一种比对算法，可以通过比对基因组序列和已知序列库，找到相似的序列并推断基因的功能。
GO富集分析是根据基因的注释信息，统计出某一功能术语在基因集中的富集程度，从而推断基因集的功能。
KEGG通路分析则是通过比对基因组序列和KEGG数据库，分析基因在代谢通路中的功能。
3. 基因表达分析基因表达分析是研究基因在不同条件下的表达水平和变化趋势。
通过基因表达分析可以了解基因在发育和疾病等生物过程中的功能和调控机制。
结构基因组学方法和数据分析策略
结构基因组学方法和数据分析策略结构基因组学方法和数据分析策略：解析基因组结构与功能的前沿技术基因组学是研究生物体中所有基因的组成和功能的科学领域。
随着技术的不断进步，结构基因组学方法和数据分析策略成为解析基因组结构与功能的重要工具。
本文将介绍结构基因组学的基本原理、常用方法以及数据分析策略。
基因组结构是指基因在染色体上的位置和排列方式。
结构基因组学旨在通过研究基因组结构，揭示基因与表型之间的关系，从而加深对基因功能的理解。
首先，我们来介绍一些常用的结构基因组学方法。
其中，一个重要的方法是DNA测序技术。
DNA测序技术目前有Sanger测序、二代测序和三代测序等多种方法。
Sanger测序是最早被广泛应用的测序方法，但其速度相对较慢且成本较高。
二代测序技术的出现极大地推动了基因组学的发展，其基于并行测序原理，可以快速测序大量的DNA片段。
近年来，三代测序技术的出现进一步提高了测序的效率和准确性，逐渐成为结构基因组学研究的重要手段。
另一个重要的方法是染色体构象捕获技术。
染色体构象捕获技术包括3C、4C、5C和Hi-C等方法，能够通过测量染色体上DNA片段之间的空间距离，绘制出染色体的三维结构。
这些方法使得我们可以了解基因的空间组织方式，如基因的近远联系、染色质的染色体区域互作等，从而揭示基因调控和表达的机制。
结构基因组学方法和数据分析策略的设计是研究的关键。
对于DNA测序技术，数据分析过程包括测序数据的质量控制、序列比对、变异检测和注释等步骤。
质控过程可以通过去除接头序列、低质量序列和重复序列等方法提高数据的准确性。
序列比对是将测序序列与参考基因组进行比对，以确定其位置和变异信息。
变异检测可以寻找样本中与参考基因组不一致的位点，进而研究基因突变和个体间的遗传差异。
注释是对变异位点进行功能注释，预测其对基因功能的影响。
染色体构象捕获数据的分析则更加复杂。
首先，需要进行数据预处理，包括去除低质量的序列、根据引物序列对测序的reads进行分类等。
第二十五章基因结构分析的基本策略共80页PPT
第二十五章基因结构分析的基本策略
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼
基因分析的基本策略PPT文档共41页
不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
基因分析的基本策略
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
基因分析的基本策略
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
基因功能分析的基本策略-硕士
化学合成
质量高，高纯度，高成本 适用于已经验证过抑制效率的靶点序列 不适于筛选靶点序列
体外转录
成本适中，省时，适用于筛选靶点序列 不适用于长期的研究或者针对某个特定靶 点序列的大量研究
长片断dsRNA酶解法
dsRNA在体外被RnaseⅢ家族 成员切割成siRNA 不需要验证筛选多个靶点序列 不适用于长期研究或者特定 siRNA序列的研究
Embryonic Stem Cells
同源重组
5´ 3´ 3´ 5´
5´ 3´
5´ 3´
3´ 5´
5´
3´
3´ 5´
target
targeting vector
TK
homologous recombination
5´ 3´
“knockout”
待剔除基因
克隆载体
克 隆
重组载体
切割基因使待剔 除基因失去活性
siRNA表达质粒或者病毒载体在细胞中表达siRNAs
AAACCAGCAGAACGTGTACGA
载体介导的细胞内表达siRNA 方法的特点
操作简便，稳定性好 siRNA表达载体一旦构建成功，可以无限制的应用于 研究 适用于长期的对于某个基因的研究，尤其是带有筛选 标记的载体，能够用于构建特定基因缺陷的细胞株
目的基因mRNA获取：
1、检索文献获取有实验证明有效的靶点序列（核对）
2、/ 3、其它网站
载体构建：
dsDNA形成：退火 载体的酶切和回收 连接 转化 鉴定
转染：瓶颈之一
含有真核细胞筛选标志 含有荧光标志
效应检测：mRNA水平和蛋白水平兼顾
RNA
translation
Protein
第二十五章基因结构分析的基本策略
目录
(1) 5 ′ SAGE
•5′SAGE是在PCR过程中将MmeI酶切位点引物cDNA的5′ 端，通过酶切和连接获得不同短片段重复序列，并对重 复序列进行测序获得大量片段序列信息 •不同序列的短片段代表不同基因的转录起始点 (TSS)
目录
Gppp
mRNA
用BAP和TAP处理
AAAAAAAAn
p
目录
(2) Genome
•即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染 色体、重叠序列图谱以及一体化基因物理图谱
(3) Structures
•即结构数据库或称分子模型数据库(MMDB)， 包含来自X线晶体学和三维结构的实验数据
•NCBI 已经将结构数据交叉链接到书目信息、序列数据库和 NCBI 的 Taxonomy 中运用 NCBI 的 3D 结构浏览器和 Cn3D ，可 以很容易地从Entrez获得分子的分子结构间相互作用的图像
保守序列
插入？ •当两个序列非常相似时，是否一定
说明它们具有相似的功能？
目录
•NCBI数据库
NCBI首先创建GenBank数据库
•于 1991 年 开 发 了 Entrez 数 据 库 检 索 系 统 ， 该 系 统 整 合 了 GenBank、EMBL、PIR和SWISS-PROT等数据库的序列信息 以及MEDLINE有关序列的文献信息，并通过相关链接，将他 们有机地结合在一起 •NCBI 还 提 供 了 其 他 数 据 库 ， 包 括 在 线 人 类 孟 德 尔 遗 传 (OMIM）、三维蛋白结构的分子模型数据库（MMDB）、人 类 基 因 序 列 集 成 （ UniGene ） 、 人 类 基 因 组 基 因 图 谱 （GMHG）、生物门类（Toxonomy） 等数据库
(1) 5 ′ SAGE
•5′SAGE是在PCR过程中将MmeI酶切位点引物cDNA的5′ 端，通过酶切和连接获得不同短片段重复序列，并对重 复序列进行测序获得大量片段序列信息 •不同序列的短片段代表不同基因的转录起始点 (TSS)
目录
Gppp
mRNA
用BAP和TAP处理
AAAAAAAAn
p
目录
(2) Genome
•即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染 色体、重叠序列图谱以及一体化基因物理图谱
(3) Structures
•即结构数据库或称分子模型数据库(MMDB)， 包含来自X线晶体学和三维结构的实验数据
•NCBI 已经将结构数据交叉链接到书目信息、序列数据库和 NCBI 的 Taxonomy 中运用 NCBI 的 3D 结构浏览器和 Cn3D ，可 以很容易地从Entrez获得分子的分子结构间相互作用的图像
保守序列
插入？ •当两个序列非常相似时，是否一定
说明它们具有相似的功能？
目录
•NCBI数据库
NCBI首先创建GenBank数据库
•于 1991 年 开 发 了 Entrez 数 据 库 检 索 系 统 ， 该 系 统 整 合 了 GenBank、EMBL、PIR和SWISS-PROT等数据库的序列信息 以及MEDLINE有关序列的文献信息，并通过相关链接，将他 们有机地结合在一起 •NCBI 还 提 供 了 其 他 数 据 库 ， 包 括 在 线 人 类 孟 德 尔 遗 传 (OMIM）、三维蛋白结构的分子模型数据库（MMDB）、人 类 基 因 序 列 集 成 （ UniGene ） 、 人 类 基 因 组 基 因 图 谱 （GMHG）、生物门类（Toxonomy） 等数据库
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
(4) Taxonomy
•即生物学门类数据库，可以按生物学门类进行检 索或浏览其核苷酸序列、蛋白质序列、结构等
(5) PopSet
•包含研究一个人群、一个种系发生或描述人群 变化的一组组联合序列 •PopSet既包含了核酸序列数据又包含了蛋白质 序列数据
目录
(7) 文献数据库
•PubMed：生物医药科学的检索系统 •OMIM：孟德尔遗传学数据库是人类基因和基 因疾病的目录数据库 •该数据库包括原文信息、图片和参考信息， 同 时 还 可 以 链 接 到 Entrez 系 统 MEDLINE 数 据库中相关文献和序列信息
目录
(2) Genome
•即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染 色体、重叠序列图谱以及一体化基因物理图谱
(3) Structures
•即结构数据库或称分子模型数据库(MMDB)， 包含来自X线晶体学和三维结构的实验数据
•NCBI 已 经 将 结 构 数 据 交 叉 链 接 到 书 目 信 息 、 序 列 数 据 库 和 NCBI的Taxonomy中运用NCBI的3D结构浏览器和Cn3D，可 以很容易地从Entrez获得分子的分子结构间相互作用的图像
第二十五章
基因结构分析的基本 策略
Basic strategy for analyzing gene structure
目录
主要内容： 第一节 基因序列结构的生物信息学检索和比对
分析 第二节 基因转录起始点的鉴定 第三节 启动子的结构及功能分析 第四节 编码序列结构分析
目录Байду номын сангаас
第一节 基因序列结构的生物信息学
目录
•Entrez:
目录
•BLAST:
目录
•BLAST程序
程序 Blastp Blastn Blastx Tblastn Tblastx
数据库 蛋白质
查询 蛋白质
核苷酸 核苷酸
核苷酸 （翻译）
蛋白质
核苷酸 （翻译）
蛋白质
核苷酸 （翻译）
核苷酸 （翻译）
内容 使用取代矩阵寻找较远的关系： 可以进行SEG过滤 寻找较高分值的匹配，对较远关系 不太适用 对于新的DNA序列和ESTs的分析极 为有用 对于寻找数据库中没有标注的编码 区极为有用 对于分析EST极为有用
•Entrez：
是一个用以整合NCBI数据库中信息的
搜寻和检索工具 •Entrez的一个强大和独特的特点
•BLAST：
是检索相关的序列，结构，和参考
文献的能力
➢
是一个NCBI开发的序列相似搜索程序，还可作
为鉴别基因和遗传特点的手段 ➢
•NCBI 提 供 的 附 加 软 件 工 具 有 ： 开 放 阅 读 框 寻 觅 器 （ORF Finder），电子PCR，和序列提交工具， Sequin和BankIt
•NCBI 还 提 供 了 其 他 数 据 库 ， 包 括 在 线 人 类 孟 德 尔 遗 传 (OMIM）、三维蛋白结构的分子模型数据库（MMDB）、人 类 基 因 序 列 集 成 （ UniGene ） 、 人 类 基 因 组 基 因 图 谱 （GMHG）、生物门类（Toxonomy） 等数据库
检索和比对分析
目录
•基因或DNA序列比对
•就是在数据库中对基因序列或DNA序列进行
比对分析，以其能够推测出其结构、功能及在
进化上的联系.
直接的数量关系
•比对方法： 1. 双重比对 2. 多序列比对
序列比对目的：
•判断两个或多个序列间是 否具有足够的相似性
从而判断二者之间是否具 有同源性
进化上曾具有共同祖先
保守序列
插入？ •当两个序列非常相似时，是否一定
说明它们具有相似的功能？
目录
•NCBI数据库
NCBI首先创建GenBank数据库
•于 1991 年 开 发 了 Entrez 数 据 库 检 索 系 统 ， 该 系 统 整 合 了 GenBank、EMBL、PIR和SWISS-PROT等数据库的序列信息 以及MEDLINE有关序列的文献信息，并通过相关链接，将他 们有机地结合在一起
目录
目录
1. 各种数据库的介绍
(1) Nucleotide
•该数据库由国际核苷酸序列数据库成员美国 国立卫生研究院GenBank、日本DNA数据库 (DDBJ)和英国Hinxton Hall的欧洲分子生物学 实验室数据库(EMBL）三部分数据组成 •三个组织每天交换各自数据库中的新增序列 实现数据共享
•其他：书目，杂志，文章引用匹配等
目录
2. NCBI数据库检索
•在检索框中输入检索词，检索词间默认逻辑关 系为AND，检索规则基本同PubMed
•可 以 通 过 下 拉 菜 单 选 择 记 录 的 显 示 格 式 ， 通 常 选 择 GenBank Report格式或FASTA Report格式。
•当选择GenBank Report格式后，屏幕显示较完整的基因记录，包 括 ： 基 因 位 点 (Locus ） 、 基 因 定 义 (Definition ） 、 基 因 存 取 号 (Accession）、 核酸编号(NID ）、关键词(Keywords）、 来源 (Source）、组织分类(Organism)、参考文献(Reference)、 著者 (Author ） 、 题 目 (Title ） 、 期 刊 (Journal ） 、 Medline 存 取 号 (Medline）、序列特征(Features）、基因(Gene）、CDS（cDNA）、 等位基因(Allele） 对等的肽(Mat-Peptide ）、计算碱基数(Base Count）、原序列(Origin）。
•而FASTA Report格式仅包括检出序列的简要特征描述。
目录
例如：人EPO基因序列检索
•输入关键词，选择合适的程序
目录
•向下拉寻找符合目标的条目
目录
•点击此条打开连接
目录
•向下拉寻找关注的内容
目录
•可以直接拷贝保存相关内容
•凡是连接的地方都可以点击查看
目录
3. NCBI数据库搜索工具
目录
序列比对的结果：
•取代 •插入 •缺失
保守序列： •可能是共同进化的标志 缺失？ •可能并不代表功能的重要性
Mouse: GGKDSCQGDSGGPVVCNG----QLQGVVSWGDGCAQKNKPGVYTKVYNYVKWIKNTIAAN
Crayfish: GGKDSCQGDSGGPLAASDTGSTYLAGIVSWGYGCARPGYPGVYTEVSYHVDWIKANAV--
(4) Taxonomy
•即生物学门类数据库，可以按生物学门类进行检 索或浏览其核苷酸序列、蛋白质序列、结构等
(5) PopSet
•包含研究一个人群、一个种系发生或描述人群 变化的一组组联合序列 •PopSet既包含了核酸序列数据又包含了蛋白质 序列数据
目录
(7) 文献数据库
•PubMed：生物医药科学的检索系统 •OMIM：孟德尔遗传学数据库是人类基因和基 因疾病的目录数据库 •该数据库包括原文信息、图片和参考信息， 同 时 还 可 以 链 接 到 Entrez 系 统 MEDLINE 数 据库中相关文献和序列信息
目录
(2) Genome
•即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染 色体、重叠序列图谱以及一体化基因物理图谱
(3) Structures
•即结构数据库或称分子模型数据库(MMDB)， 包含来自X线晶体学和三维结构的实验数据
•NCBI 已 经 将 结 构 数 据 交 叉 链 接 到 书 目 信 息 、 序 列 数 据 库 和 NCBI的Taxonomy中运用NCBI的3D结构浏览器和Cn3D，可 以很容易地从Entrez获得分子的分子结构间相互作用的图像
第二十五章
基因结构分析的基本 策略
Basic strategy for analyzing gene structure
目录
主要内容： 第一节 基因序列结构的生物信息学检索和比对
分析 第二节 基因转录起始点的鉴定 第三节 启动子的结构及功能分析 第四节 编码序列结构分析
目录Байду номын сангаас
第一节 基因序列结构的生物信息学
目录
•Entrez:
目录
•BLAST:
目录
•BLAST程序
程序 Blastp Blastn Blastx Tblastn Tblastx
数据库 蛋白质
查询 蛋白质
核苷酸 核苷酸
核苷酸 （翻译）
蛋白质
核苷酸 （翻译）
蛋白质
核苷酸 （翻译）
核苷酸 （翻译）
内容 使用取代矩阵寻找较远的关系： 可以进行SEG过滤 寻找较高分值的匹配，对较远关系 不太适用 对于新的DNA序列和ESTs的分析极 为有用 对于寻找数据库中没有标注的编码 区极为有用 对于分析EST极为有用
•Entrez：
是一个用以整合NCBI数据库中信息的
搜寻和检索工具 •Entrez的一个强大和独特的特点
•BLAST：
是检索相关的序列，结构，和参考
文献的能力
➢
是一个NCBI开发的序列相似搜索程序，还可作
为鉴别基因和遗传特点的手段 ➢
•NCBI 提 供 的 附 加 软 件 工 具 有 ： 开 放 阅 读 框 寻 觅 器 （ORF Finder），电子PCR，和序列提交工具， Sequin和BankIt
•NCBI 还 提 供 了 其 他 数 据 库 ， 包 括 在 线 人 类 孟 德 尔 遗 传 (OMIM）、三维蛋白结构的分子模型数据库（MMDB）、人 类 基 因 序 列 集 成 （ UniGene ） 、 人 类 基 因 组 基 因 图 谱 （GMHG）、生物门类（Toxonomy） 等数据库
检索和比对分析
目录
•基因或DNA序列比对
•就是在数据库中对基因序列或DNA序列进行
比对分析，以其能够推测出其结构、功能及在
进化上的联系.
直接的数量关系
•比对方法： 1. 双重比对 2. 多序列比对
序列比对目的：
•判断两个或多个序列间是 否具有足够的相似性
从而判断二者之间是否具 有同源性
进化上曾具有共同祖先
保守序列
插入？ •当两个序列非常相似时，是否一定
说明它们具有相似的功能？
目录
•NCBI数据库
NCBI首先创建GenBank数据库
•于 1991 年 开 发 了 Entrez 数 据 库 检 索 系 统 ， 该 系 统 整 合 了 GenBank、EMBL、PIR和SWISS-PROT等数据库的序列信息 以及MEDLINE有关序列的文献信息，并通过相关链接，将他 们有机地结合在一起
目录
目录
1. 各种数据库的介绍
(1) Nucleotide
•该数据库由国际核苷酸序列数据库成员美国 国立卫生研究院GenBank、日本DNA数据库 (DDBJ)和英国Hinxton Hall的欧洲分子生物学 实验室数据库(EMBL）三部分数据组成 •三个组织每天交换各自数据库中的新增序列 实现数据共享
•其他：书目，杂志，文章引用匹配等
目录
2. NCBI数据库检索
•在检索框中输入检索词，检索词间默认逻辑关 系为AND，检索规则基本同PubMed
•可 以 通 过 下 拉 菜 单 选 择 记 录 的 显 示 格 式 ， 通 常 选 择 GenBank Report格式或FASTA Report格式。
•当选择GenBank Report格式后，屏幕显示较完整的基因记录，包 括 ： 基 因 位 点 (Locus ） 、 基 因 定 义 (Definition ） 、 基 因 存 取 号 (Accession）、 核酸编号(NID ）、关键词(Keywords）、 来源 (Source）、组织分类(Organism)、参考文献(Reference)、 著者 (Author ） 、 题 目 (Title ） 、 期 刊 (Journal ） 、 Medline 存 取 号 (Medline）、序列特征(Features）、基因(Gene）、CDS（cDNA）、 等位基因(Allele） 对等的肽(Mat-Peptide ）、计算碱基数(Base Count）、原序列(Origin）。
•而FASTA Report格式仅包括检出序列的简要特征描述。
目录
例如：人EPO基因序列检索
•输入关键词，选择合适的程序
目录
•向下拉寻找符合目标的条目
目录
•点击此条打开连接
目录
•向下拉寻找关注的内容
目录
•可以直接拷贝保存相关内容
•凡是连接的地方都可以点击查看
目录
3. NCBI数据库搜索工具
目录
序列比对的结果：
•取代 •插入 •缺失
保守序列： •可能是共同进化的标志 缺失？ •可能并不代表功能的重要性
Mouse: GGKDSCQGDSGGPVVCNG----QLQGVVSWGDGCAQKNKPGVYTKVYNYVKWIKNTIAAN
Crayfish: GGKDSCQGDSGGPLAASDTGSTYLAGIVSWGYGCARPGYPGVYTEVSYHVDWIKANAV--