结构基因组学
生物信息-名词解释
逐个克隆法:对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装(公共领域测序计划)。
全基因组鸟枪法:在一定作图信息基础上,绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序,利用超级计算机进行组装。
单核苷酸多态性(SNP),主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。
遗传图谱又称连锁图谱,它是以具有遗传多态性(在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因,在群体中的出现频率皆高于1%)的遗传标记为“路标”,以遗传学距离(在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率,1%的重组率称为1cM)为图距的基因组图。
遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。
物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息,它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。
绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。
转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。
比较基因组学:全基因组核苷酸序列的整体比较的研究。
特点是在整个基因组的层次上比较基因组的大小及基因数目、位置、顺序、特定基因的缺失等。
环境基因组学:研究基因多态性与环境之间的关系,建立环境反应基因多态性的目录,确定引起人类疾病的环境因素的科学。
宏基因组是特定环境全部生物遗传物质总和,决定生物群体生命现象。
转录组即一个活细胞所能转录出来的所有mRNA。
研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。
而研究生物细胞中转录组的发生和变化规律的科学就称为转录组学。
蛋白质组学:研究不同时相细胞内蛋白质的变化,揭示正常和疾病状态下,蛋白质表达的规律,从而研究疾病发生机理并发现新药。
蛋白组:基因组表达的全部蛋白质,是一个动态的概念,指的是某种细胞或组织中,基因组表达的所有蛋白质。
代谢组是指是指某个时间点上一个细胞所有代谢物的集合,尤其指在不同代谢过程中充当底物和产物的小分子物质,如脂质,糖,氨基酸等,可以揭示取样时该细胞的生理状态。
4.结构基因组学
小是十分必要的。合适群体大小的确定与作图的内容有
关。 从作图效率考虑,作图群体所需样本容量的大小取决于以下 两个方面: ① 是从随机分离结果可以辨别的最大图距。 ② 是两个标记间可以检测到重组的最小图距。
3、图谱构建的理论基础
基因重组和连锁理论
遗传图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组
基因的连锁是位于同一染色体上的基因在遗传过程
(1)形态标记
形态性状:株高、颜色、白化症等,又称表 型标记 控制性状的其实是基因,所以形态标记实质 上就是基因标记。 态标记的特征: 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
(2)细胞学标记
明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数
量特征:
染色体的核型
染色体的带型
基因组学之结构基因组学 part2
重点
• 基因组学的基本概念、基因组作图与测序 的原理和方法。
结构基因组学
1、概念和目的
2、基因组作图
遗传图谱 物理图谱 转录图谱 序列图谱
3、基因图谱
概念和目的
• 以全基因组测序为目标的基因结构研究弄清基因 组中全部基因的位置和结构,为基因功能的研究 奠定基础。 • 其目的是建立高分辨的遗传图谱、物理图谱、转 录图谱和序列图谱。
等或越简单,1cM图距平均对应的碱基对数量就越
少
遗传图的偏离
大量的细胞遗传学研究表明,染色体的各个区段交换 频率有很大的差别: ⑴ 近端粒区和远着丝粒区有较高的重组率,染色体 的某些位点之间比其他位点之间有更高的交换频率, 被称为重组热点(recombination hot point) ⑵ 性别也能引起重组率的差异:一般而言,由女性 减数分裂事件绘制的遗传图比男性的要长的多
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。
基因组学考试资料 整理版
基因组学考试资料整理版第一章一、基因组1、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。
2、基因组学: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。
基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structural genomics) :以全基因组测序为目标功能基因组学(functional genomics):以基因功能鉴定为目标比较基因组学(xxparative genomics)二、基因组序列复杂性1、C值是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 值悖理: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。
3、异常结构基因分类重叠基因:编码序列彼此重叠的基因,含有不同蛋白质的编码序列。
基因内基因:一个基因的内含子中包含其他基因。
反义基因: 与已知基因编码序列互补的的负链编码基因,参与基因的表达调控,可以干扰靶基因mRNA转录与翻译。
4、假基因:功能基因但已失去活性或者改变原来活性功能的DNA序列. 四、基因组特征比较真核生物基因组的特征:复杂性较高的生物基因组结构松弛,在整个基因组范围内分布大量重复顺序;含有大量数目不等的线性DNA分子,并且,每个长链DNA都与蛋白质组成染色体结构;含有细胞器基因组原核生物基因组的特征 :原核生物基因数目比真核生物少,大小在5 Mb以下; 原核生物基因组结构更紧凑;第二章一、为何要绘制遗传图与物理图?1)基因组太大,必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图谱进行指导。
2)基因组存在大量重复顺序,会干扰排序,因此要高密度基因组图。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。
二、基因组测序方法、原理及特点:1. 克隆重叠群法:先构建遗传图,再利用几套高度覆盖的大片段基因组文库获得精细的物理图,选择合适的BAC 或PAC克隆测序,利用计算机拼装。
基因组学实验的使用教程
基因组学实验的使用教程随着科技的不断发展,基因组学实验成为了研究生物学领域的重要工具。
基因组学实验可以帮助科学家了解生物体内的基因组结构、功能以及基因与疾病之间的关系。
本文将为读者提供一份基因组学实验的使用教程,帮助读者了解基因组学实验的基本原理和操作步骤。
一、基因组学实验的基本原理基因组学实验的基本原理是通过对生物体内的DNA进行测序和分析,以获取关于基因组结构和功能的信息。
基因组学实验通常包括以下几个步骤:1. DNA提取:首先需要从生物体的细胞中提取DNA。
DNA提取的方法有多种,常用的方法包括酚-氯仿法和盐法。
通过这些方法,可以将细胞内的DNA分离出来,为后续的实验做准备。
2. DNA测序:DNA测序是基因组学实验的核心步骤。
DNA测序可以帮助科学家确定DNA的碱基序列,从而了解基因组的组成和结构。
目前常用的DNA测序技术包括Sanger测序和高通量测序。
Sanger测序是一种传统的测序方法,通过合成DNA链的方法来确定DNA的碱基序列。
高通量测序则是一种新兴的测序技术,可以同时测序多个DNA分子,大大提高了测序的效率和准确性。
3. 数据分析:DNA测序后,科学家需要对测序数据进行分析。
数据分析可以帮助科学家了解基因组的结构和功能。
常用的数据分析方法包括基因组组装、基因预测、基因注释等。
通过这些分析方法,科学家可以找到基因组中的基因、确定基因的功能以及寻找基因与疾病之间的关联。
二、基因组学实验的操作步骤基因组学实验的操作步骤可以根据实验的不同目的和方法而有所差异。
下面以DNA测序为例,介绍基因组学实验的一般操作步骤。
1. DNA提取:首先,从生物体的细胞中提取DNA。
可以使用商用的DNA提取试剂盒,按照说明书进行操作。
提取的DNA需要经过纯化和浓缩处理,以获得高质量的DNA样品。
2. DNA质检:提取的DNA样品需要进行质检,以确保DNA的质量符合实验要求。
常用的DNA质检方法包括凝胶电泳和分光光度法。
烟草基因组知识篇:4.结构基因组学
2 物 理 图谱
遗传 图谱 的分 辨率 和精 确度 都非 常有 限 , 于大 多数 真核 生物 来说 , 对 在进 行大 规模 DN 测序 前 , A
需要 用其 它作 图方 法来 补充 遗传 图谱 。 理 图谱 是 D 物 NA序 列上 可 以识别 的标 记位 置和 相互之 间的距 离 ( 以碱 基对 的数 目为衡 量单 位 )的信 息 。这些 标记 包括 限制性 内切 核酸 酶 的酶切位 点、基 因等 。 物 理作 图方法 很 多, 要为 以下 三类 : 主 限制 性酶 作 图, 荧光 原位 杂交 ( IH) FS 和序列 标记 位 点 (T ) SS 。 限制 性 图谱是 指 D A 链 的限制性 酶切 片段 的排 列顺序 ,即酶 切片 段在 D N NA链 上 的定位 ,用于对 如
中 国烟 草 科 学
文 库 中随机 挑选 克 隆进行 测序 所 获得 的部 分 c NA 的 5 或 3 端序 列称 为表 达序 列 标签 , D 一般 长 为 30 50b 。E T在 基 因 的鉴定 、基 因图谱 的构 建 以及基 因表 达 水平 分析 等 方面起 着 重要 的 作用 。 0 0 p S 目前 公共数 据库 NC I B 中人类 的 E T数量 超 过 80万 条 。E T数 据 的不 足之 处在 于其 不 能获 得基 因 S 3 S
4 序 列 图 谱
基 因组 计划 的最 终 目标 是 为 了获 得生 物 的全基 因组序 列 ,通 过测 序 来得 到基 因组 的序列 图谱 。 基 因组测序 的基本 策 略主 要有 两种 :逐步 克 隆法 和全 基 因组 鸟枪 法 。前 者 是对连 续 克 隆系 中排 定 的 B C 克隆逐 个进 行 亚克 隆测 序 并进行 组装 。后 者是 在获 得 一定 的遗 传及 物 理 图谱 信 息 的基 础 上 ,绕 A
基因组学的研究内容
基因组学的研究内容结构基因组学:基因定位;基因组作图;测定核苷酸序列功能基因组学:又称后基因组学〔postgenomics基因的识别、鉴定、克隆;基因结构、功能及其相互关系;基因表达调控的研究蛋白质组学:鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式遗传图谱〔genetic map〕采用遗传分析的方法将基因或其它dNA序列标定在染色体上构建连锁图。
遗传标记:有可以识别的标记,才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。
构建遗传图谱就是寻找基因组不同位置上的特征标记。
包括:形态标记;细胞学标记;生化标记;DNA 分子标记所有的标记都必须具有多态性!所有多态性都是基因突变的结果!形态标记:形态性状:株高、颜色、白化症等,又称表型标记。
数量少,很多突变是致死的,受环境、生育期等因素的影响控制性状的其实是基因,所以形态标记实质上就是基因标记。
细胞学标记明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征:染色体的核型、染色体的带型、染色体的结构变异、染色体的数目变异。
优点:不受环境影响。
缺点:数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利生化标记又称蛋白质标记就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。
如:同工酶、贮藏蛋白优点:数量较多,受环境影响小❖缺点:受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息DNA分子标记:简称分子标记以DNA序列的多态性作为遗传标记优点:❖不受时间和环境的限制❖遍布整个基因组,数量无限❖不影响性状表达❖自然存在的变异丰富,多态性好❖共显性,能鉴别纯合体和杂合体限制性片段长度多态性〔restriction fragment length polymorphism ,RFLP〕DNA序列能或不能被某一酶酶切,相当于一对等位基因的差异。
如有两个DNA分子〔一对染色体〕,一个具有某一种酶的酶切位点,而另一个没有这个位点,酶切后形成的DNA片段长度就有差异,即多态性。
可将RFLP作为标记,定位在基因组中某一位置上。
第十三章 基因组学
四、基因组学研究内容
(三)蛋白质组学(proteomics) 研究细胞内蛋白质组成及其活动规律。旨 在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能 模式,内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式、 结构、功能和相互作用方式等。 基因是遗传信息的携带者,而全部生物功能 的执行者却是蛋白质, 仅仅从基因的角度来研 究是远远不够的。
(一) 人类基因组
1. 人类基因组计划 与曼哈顿原子 计划、阿波罗登月计划并称的人类科学 史上的重大工程。于1990年首先在美国启 动,后有德、 日、英、法、中等国的科学家先后正式加入。
人类基因组计划
▲ 1990年,美国国会批准美国的“人类基因组计划” 在10月1日正式启动。其总体规 划是准备在15年内 (1990-2005)至少投入30亿美元,分析人类的基因 组30 亿个碱基对。 ▲ 2003年,6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成 功,HGP的所有目标全部实现。覆盖人类基因组所含 基因区域的99%,精确率达到99.99%,比原计划提前 两年多,耗资27亿美元。
SSR (simple sequence repeats) 或微卫星(microsatellite )
☆重复序列 ◆串联重复序列(tandem repeated sequence),其重复单位首尾相连,成串排列 (Flavell 1986)。 ◆散布重复序列(interspersed repeated sequence),其重复单位与其它无关序列或单 拷贝序列相间排列。
AFLP反应过程示意图
EST (expressed sequence tags)
☆遗传信息由DNA →mRNA →蛋白质。 ☆一个典型的真核生物mRNA分子:5′- U TR ( 5′端 转录非翻译区) , ORF (开放阅读框架) ,3′- U TR ( 3′端 转录非翻译区) ,polyA
基因组学中的染色体结构和染色体组装
基因组学中的染色体结构和染色体组装随着基因组学的快速发展和深入研究,染色体结构和染色体组装成为了研究热点。
本文将从染色体的结构、功能及其组装等方面进行探讨,一起来看看吧!一、染色体的结构染色体是细胞核内的基本遗传物质,也是遗传信息传递的载体。
人类染色体数量为46条,其中23对为同源染色体,另外一对为性染色体。
根据染色体形态的不同,染色体可以分为四类:1、中央亚麻球形2、亚丝型3、长臂长短不等4、长短臂等长在染色体的构成中,蛋白质和DNA密切相关。
DNA是一个双螺旋状分子,高度螺旋缠绕在染色体中。
而蛋白质则类似于染色体的“骨架”,起着固定DNA的作用。
同时,还有其他分子如RNA,也会参与到染色体的组成中。
二、染色体的功能染色体的功能主要有两个方面:遗传信息的传递和细胞分裂。
在遗传信息的传递中,染色体负责储存和传递基因。
基因是DNA上的一个序列,通过基因的表达,决定了生物的生长、发育、以及特定的生理功能。
在细胞分裂中,染色体参与到几乎所有生命活动中,包括细胞的增殖和修复,以及个体的生长发育,可以说是维持生命活动正常进程的必须要素之一。
三、染色体的组装染色体的组装既受到基因本身的控制,也受到非编码RNA(ncRNA)、1染色质修饰(chromatin modification)和2染色质重构(chromatin remodeling)等因素的影响。
在ncRNA方面,它们通过介导DNA和染色质间的相互作用,发挥着对染色体高阶整合结构的重要调控作用。
例如,体细胞分裂和减数分裂染色体形成和稳定都受到lncRNA和miRNA等ncRNA参与。
同时,ncRNA还可以通过介导高阶染色质结构,而对染色质的开放和关闭发挥作用,从而在基因表达调控中起到重要的作用。
在1染色质修饰方面,染色质上的一个特定位点可以被与细胞进程密切相关的调控因子所修饰,这种调控因子可以是化学修饰酶、组装因子或其他的调控因子。
这些化学修饰包括甲基化(methylation)、乙酰化(acetylation)、泛素化(ubiquitination)和磷酸化(phosphorylation)等不同修饰方式,通过改变染色质结构和DNA可接近性,以实现染色体某些区域开关的开启或关闭,从而实现基因表达的调节。
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 frequencyby 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)。
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。
结构基因组学和功能基因组学
结构基因组学(Structural Genomics)是指对整个基因组进行全面分析,探索基因组的物理结构、组织和表达方式,并研究基因组之间的相互关系。
其目的是确定基因组中所有基因的正常序列和空间结构,预测其功能及相互作用关系,从而深入了解生命体系的基本构成和功能规律。
结构基因组学的研究常采用高通量的测序技术、质谱技术、二维电泳和X射线晶体学等方法。
功能基因组学(Functional Genomics)是指对基因组的全部或大部分基因进行系统的功能研究,探究基因组中的基因在生命过程中所起的具体作用和相互关系。
包括研究基因的表达模式、基因调控、蛋白质互作、代谢途径等方面,通过对基因组的系统性分析,探求基因与生命现象之间的关系,在基因治疗、药物开发、疾病诊断等领域有着广泛的应用。
功能基因组学的研究常采用基因芯片技术、RNA干扰技术、蛋白质组学和代谢组学等方法。
综合来说,结构基因组学和功能基因组学是相互联系、相互作用的两个研究方向,结构基因组学的研究为功能基因组学提供了解决问题的基础,而功能基因组学则以全局的视角探究基因的功能及其调控机制,推动生物学领域的发展。
基因组学解析生物体的基因组结构
基因组学解析生物体的基因组结构基因组学是一门研究生物体遗传物质基因组的学科,它探索并解析生物体的基因组结构。
基因组是一个生物体的全部遗传信息的集合,是生命的基石。
基因组学通过分析和研究基因组的组成和功能,揭示了生物体的遗传本质,对于理解生命现象和进化过程具有重要意义。
本文将从基因组学的角度,对生物体基因组结构进行解析。
一、基因组的组成生物体的基因组由DNA分子组成,DNA是一种双链螺旋结构的核酸分子。
基因组中的DNA分子由四种核苷酸单元构成,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。
这四种核苷酸单元的排列顺序和数量的不同,决定了生物体的遗传信息和个体差异。
二、基因和非编码DNA区域基因是基因组的功能单位,是指能够编码蛋白质或RNA分子的DNA片段。
基因组学研究发现,基因只占据基因组的很小一部分,大部分的DNA片段并不编码蛋白质或RNA分子,称为非编码DNA区域。
非编码DNA区域在过去被认为是“废物”,但最近的研究表明,它们在基因调控、表观遗传等方面发挥着重要作用。
三、基因组的结构和组织基因组学研究发现,基因组中的DNA分子以染色体的形式存在。
染色体是一种线状结构,它将DNA分子紧密地组织在一起。
不同生物体的染色体数目和形状各异,例如人类的染色体数目为46,而果蝇的染色体数目为8。
基因组中的基因和非编码DNA区域在染色体上有不同的分布和排列方式。
四、基因组的功能基因组学的研究揭示了基因组的多种功能。
首先,基因组编码了生物体的遗传信息,决定了其形态特征和生理功能。
其次,基因组参与了生物体的调控和发育过程,控制基因的表达和调节生物体的生命活动。
此外,基因组还与疾病的发生和进化的过程密切相关。
五、基因组学的研究方法基因组学的研究离不开先进的技术手段。
随着高通量测序技术的发展,科学家们能够快速地测定和分析基因组的序列信息。
基因组学的研究方法包括基因组测序、DNA芯片技术、基因表达分析等。
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(sequencetaggedfragmentsdisplay,中科院曾邦哲提出,20thICG德国柏林)技术、微流控芯片实验室等。
基因组学
1 Structural genomics and functiongenomics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 insertionT-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(shotgunmethod)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。
基因组学基因组结构的维持
加强跨物种比较和功能性研究
跨物种比较基因组学
通过比较不同物种的基因组结构,可以揭示基因组的演化历程和物种间的亲缘关系,为理解生命的起 源和进化提供重要线索。
功能性基因组学
研究基因在生物体内的功能和调控机制,揭示基因与表型之间的关系,有助于深入理解生命的本质和 疾病的发生发展机制。
关注伦理道德问题和数据安全保护
05
人类疾病与基因组稳定性关 系
遗传性疾病与基因突变关系
基因突变导致遗传性疾病
基因突变是遗传性疾病的主要原因,包括单基因遗传病和多基因 遗传病。
突变类型与疾病表型
不同类型的基因突变(如点突变、插入或缺失突变等)可导致不同 的疾病表型。
遗传咨询与筛查
针对具有遗传性疾病家族史的人群,提供遗传咨询和筛查服务,以 降低后代患病风险。
功能
染色体是遗传物质的主要载体,其上携带着大量的基因。在细胞分裂过程中,染色体通过复制和分离等过程,确 保遗传信息在子代细胞中的准确传递。同时,染色体上的基因通过表达调控等机制,控制着生物体的各种性状和 生命活动。
03
基因组稳定性维持机制
DNA复制过程中错误修复机制
DNA聚合酶的校对功能
在DNA复制过程中,DNA聚合酶具有3'→5'外切酶活性,能够识别并切除错配的碱基, 保证复制的准确性。
癌症发生发展与基因组稳定性关系
01
基因组不稳定性与癌症发生
基因组不稳定性是癌症发生的关键因素,包括DNA损伤、染色体不稳
定等。
02
肿瘤抑制基因与癌基因
肿瘤抑制基因的失活和癌基因的激活是癌症发展的重要机制。
03
个体化治疗与精准医学
基于患者的基因组信息,开发个体化治疗方案,提高治疗效果和患者生
结构基因组学及其
01
02
总结词:结构基因组学 在生物多样性保护与利 用方面的应用,有助于 挖掘和利用生物多样性 资源,为保护濒危物种 和维护生态系统平衡做 出贡献。
详细描述
03
04
05
1. 物种鉴定与系统演化 研究:通过结构基因组 学方法对物种进行鉴定 ,研究物种的系统演化 关系,为生物多样性保 护提供理论依据。
2. 濒危物种的保护:通 过基因组学手段研究濒 危物种的繁殖、遗传和 生态适应特性,制定针 对性的保护措施,提高 濒危物种的生存概率。
个性化医疗与精准医学
总结词
根据个体基因组信息,为患者提供个性化的诊断和治 疗方案,提高治疗效果并减少副作用。
详细描述
结构基因组学研究可以为个性化医疗和精准医学提供 支持。通过解析个体的基因组信息,科学家可以识别 与疾病易感性相关的基因变异和个体差异。基于这些 信息,医生可以为患者提供个性化的诊断和治疗方案 ,以实现更精确的诊断和治疗。这种个性化医疗方法 可以提高治疗效果并减少不必要的药物使用和副作用 ,为患者带来更好的治疗结果和健康效益。
通过结构基因组学的研究,可以了解作 物的基因组结构和功能,从而在分子水 平上进行育种,提高育种的准确性和效 率。
VS
基因工程
利用结构基因组学的研究成果,可以通过 基因工程的方法将优良基因导入到作物中 ,实现作物性状的改良和优化。
05
结构基因组学在环境科 学领域的应用
污染物降解与环境修复
01
02
总结词:结构基因组学 在污染物降解与环境修 复方面的应用,有助于 解决环境污染问题,维 护生态系统平衡。
研究基因表达调控中转录 因子和RNA聚合酶的作用 ,以及如何受到其他因素 的影响。
转录后水平调控
遗传学和基因组学
遗传学和基因组学遗传学和基因组学是生命科学领域中两个重要而紧密相关的学科。
遗传学研究个体间遗传性状的遗传规律及其在种群中的分布,而基因组学则关注整个基因组的结构、功能和演化。
一、遗传学的基本概念遗传学是研究遗传变异及其在后代中的传递方式的学科。
它主要研究个体间遗传信息的传递和变异,包括基因的表达、基因型和表型之间的关系,以及个体间遗传性状的遗传规律和遗传变异的发生机制。
遗传学的研究对象主要包括基因、染色体、遗传因子和遗传性状。
通过研究遗传学,我们可以了解个体在遗传层面上的差异和相似性,推测某些遗传性状的遗传方式,预测某些遗传病的发生风险,并为种质改良和疾病治疗提供理论依据。
二、基因组学的基本概念基因组学是研究生物体整个基因组的结构、功能和演化的学科。
它通过对基因组的研究,揭示了生物体内所有基因的组成和排列方式,以及基因与基因之间的相互作用关系。
基因组学的研究对象主要包括基因组序列、基因组结构和基因组演化。
随着高通量测序技术的发展,人们可以更快速、更精确地测定基因组的序列,从而揭示基因在基因组中的位置和作用。
基因组学的发展不仅加速了基因的发现和研究,还推动了生物医学、农业和生物工程等领域的发展。
例如,通过分析人类基因组序列,我们可以更好地了解人类遗传病的发生机制,为疾病的预防和治疗提供依据。
三、遗传学与基因组学的关系遗传学和基因组学两个学科密不可分,相互依赖。
遗传学是基于个体遗传信息的传递和变异进行研究的,而基因组学则提供了分析和解读遗传信息的工具和方法。
通过遗传学,我们可以找到对特定性状的遗传基础,进而分析这些性状对个体适应环境的影响。
而基因组学则帮助我们理解基因在整个基因组中的位置和作用,以及基因间的调控网络。
遗传学与基因组学的发展为生物科学的研究提供了巨大的便利。
两者的相互交流和合作,推动了人类对生命本质的深入认识,也为医学和农业领域的发展带来了巨大的机遇和挑战。
总结:遗传学和基因组学是生命科学中重要的两个学科,它们关注个体遗传信息的传递和变异以及整个基因组的结构、功能和演化。
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两点说明:
在DNA水平上区分同源基因的难度要大于氨 基酸水平。
原因:密码子的摇摆性,相似氨基酸的取代。
确定两个基因是否同源,氨基酸序列的比较 以及蛋白质高级结构的模拟给出的结果更为 可靠。
原因:同源基因功能相似,关键位置氨基酸相同。
蛋白质的域结构 (domain architecture)
又称为蛋白质指纹(protein fingerprint):
用来特指蛋白质中结构域的组合形式及其排 列次序。
蛋白质的整体功能是通过各个结构域之间的 协同作用实现的,结构域的组成提供了蛋白 质功能解读的关键信息。
举例:细胞跨膜信号传导蛋白的结构域
物种之间存在着广泛的同源基因,包括编码和非编码序列。
生 物 基因组相似性% 99.9 100 98.4 98.7 98.38 98 85 95 孪生子 Americans for Medical Progress Celera Genomics Am J Hum Genet 2001, 682: 444 ~ 456. Americans for Medical Progress NHGRI Jon Entine, in the San Francisco Examiner 资料来源 Human Genome Project 人类 黑猩猩 大猩猩 小鼠 狗
外显子 2
(2)分枝点顺序:为 Py80NPy87Pu75APy95 , 其中A为百分之百的保 守,且具有2’-OH。
(3)内含子5’端有一保 守序列可以和U1 snRNA 的5’ 端的保守顺序互补。
OH 外显子1 UG O
AG
P314 外显子 1 外显子 2
核 RNA 的剪接反应(仿 B.Lewin: 《GENES》Ⅵ,1997,Fig30.5)
有时2个无明显亲缘关系的蛋白质含有 个别相同的结构域: 分析:
②
可能具有相似的生物学功能,相似的结构域 是蛋白质功能的核心区域。 基因本身无共同的祖先,但其结构域却有共 同的起源。
举例:涉及mRNA加工的蛋白质
线虫
74
Jon Entine, in the San Francisco Examiner
注:以人类基因组DNA序列为基准,与其他生物基因组DNA序列对比。
Ⅰ 同源查询(homology search)
利用已存入数据库中的基因序列与待查
的基因组序列进行比较,从中查找可与
之匹配的碱基序列或蛋白质序列及其比
生物的基因组特有组成也可作为判别依据,如几乎 所有的管家基因(House-Keeping gene)及约占 40%的组织特异性基因的5’末端含有CpG岛。在大 规模DNA测序计划中,每发现一个CpG岛,则预示 可能在此存在基因。
Ⅴ 外显子与内含子边界
Chambon等发现内含子特点:
(1)内含子连接点具有很短的保守序列,称为边界顺序。其 规律称为GT-AG法则(GT-AG rule) 或Chambon法则。 。
①
② ③
接受外界信号的受体功 能域; 传达信号的胞内激酶域; 蛋白质定位在细胞膜上 的跨膜域。
蛋白质结构域在基因的功能预测中起着极其
重要的作用,是预测基因功能的主要依据之一。
①
同一物种或不同物种中具有相同结构域的蛋白 质可将其划归在同一蛋白质家族(protein family),当其他物种相关蛋白质家族成员的 功能已知时,根据同源性可以推知另一物种相 同结构域蛋白质的功能。
全长cDNA的编码蛋白序列应为4-029B,而非最 长的4-029A。
Ⅱ 起始密码子 ATG
第一个ATG的确定依据Kozak规则。 Kozak是一个女科学家,她研究过起始密码子ATG 周边碱基定点突变后对转录和翻译所造成的影响, 并总结出在真核生物中,起始密码子两端序列 为:——G/N-C/N-C/N-ANNATGG——,如 GCCACCATGG、GCCATGATGG时,转录和翻译效 率最高,特别是-3位的A对翻译效率非常重要。 该序列被后人称为Kozak序列,并被应用于表达载 体的构建中。
Ⅵ 3’端的确认
3’端的确认主要根据Poly(A)尾序列,若测试 序列不含Poly(A),则根据加尾信号序列 “AATAAA”和BLAST同源性比较结果共同 判断。
转录起始
延伸
5 ’帽子
AAUAAA 剪切
Poly (A) 聚合酶
5’帽子
AAUAAA
An
mRNA 3 ’端加 Poly(A)尾巴
Ⅶ 编码区与非编码区
一致性和相似性可用百分比表示,相似性往往高于一致性。
同源基因有关概念:
A.
B.
直向同源基因(orthologous gene):指分布在不 同物种之间的同源基因,它们来自物种分隔之前的 同一祖先。 共生同源基因(paralogous gene):指同一物种因 基因倍增产生的同源基因。(旁系同源基因) 倍增基因(ohnologous gene):因全基因组加倍 产生的同源基因称~。 异向同源基因(xenologous gene):不同物种之 间因水平转移产生的同源基因称~。
例,这种识别基因的方法称为~。
同源查询相似性的表现:
A. B. C. D.
存在某些完全相同的序列; ORF的排列类似,如等长的外显子; ORF的氨基酸序列相同; 模拟的多肽高级结构相似。
以上标准可单独使用,亦可综合考察; 一般认为氨基酸的一致性或相似性在25%以 上可视为同源基因。
Ⅱ 区分概念: 同源性、一致性和相似性
最长ORF法
①
在细菌基因组中,蛋白质编码基因从起始密
码子ATG到终止密码子平均有100 bp,而
300 bp长度以上的ORF平均每36 Kb才出现
一次,所以只要找出序列中最长的ORF(>
300 bp)就能相当准确地预测出基因。
②
在真核生物中,存在大量非编码序列和内含 子,ORF阅读比较复杂。
全长cDNA的编码区一般也可以用最长ORF 法,如水稻的3万多条的全长cDNA的编码 区预测,有时例外。
Kozak规则的内容:
若将第一个ATG中的碱基A、T、G分别标为1、2、 3位,则Kozak规则可描述如下: (1) 第4位的偏好碱基为G; (2) ATG的5’端约15bp范围的侧翼序列内不含碱基T; (3) 在-3,-6和-9位置,G是偏好碱基; (4) 除-3,-6和-9位,在整个侧翼序列区,C是偏好碱 基。 Kozak规则是基于已知数据的统计结果,不见得必须 全部满足,一般来说,满足前两项即可。
(Dunham I 等,2001)
5.1.3 实验确认基因
①
依据:任何基因都可转录为RNA拷贝。
分子杂交可确定DNA片段是否含表达序列— —Northern印迹(Northern boltting)。 由EST和cDNA指认基因——搜集尽可能多的 EST和cDNA成员是基因组注释最简单最可靠 的方法。
C.
D.
globin 基因的直系同源、旁系同源关系图
物种种化(speciation event)而产生了直系同源(orthology)的基因序列,基因重复 (duplication event)而产生了旁系同源(paralogy) 的基因序列。
在基因分类时,缺少同源序列的ORF被称为孤 独基因(orphan gene)。
任意一段DNA序列都有6种可能的读码框。
ORF的长度:
终止密码子: TAA, TAG, TGA
GC% = 50%,终止密码子每 64 bp出现一 次; GC% > 50%,终止密码子每100~200 bp 出现一次; 由于多数基因 ORF 均多于50个密码子,因 此最可能的选择应该是 ORF 不少于100 个 密码子。
②
5.2 基因功能预测
根据基因结构、功能与进化的内在联系, 采用生物信息学方法进行基因功能的预 测已成为基因功能前期研究的主流内容。
5.2.1 计算机预测基因功能
采用软件分析方法,根据已有的基因功能推测 基因组中具有相似结构的基因的功能。
依据:同源性比较
直向同源基因,共生同源基因
蛋 白 质 结 构 预 测
A.
同源性(homology):起源于同一祖先但序列已 经发生变异的序列之间的关联性。
同源性只有“是”和“非”的区别,无所谓百分比。
B.
C.
一致性(identity):同源DNA序列的同一碱基位 置上相同的碱基成员,或者蛋白质中同一氨基酸 位置上相同的氨基酸成员的比例。 相似性(similarity):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。
左(5')位点 外显子 A64G73 G100 T100A62AG8G84T63… 内含子 右(3')位点 12PyNC 65A100G100 N 外显子
GT-AG 法则 内含子和外显子的交界顺序 ( 仿 B.Lewin: 《GENES》Ⅵ ,1997 ,Fig30.3)
OH G A G
外显子 1
是否为基因的结论。
② 人工注释:人为检测评价自动注释的结果并
根据其他数据进行分析与校正。
③ 实验注释:根据实验结果进行检测,如EST
或全长cDNA。
自动注释的内容:
①
②
依据基因结构的特点采用软件预 测,不依赖已有的表达序列; 同源性比较,在同一物种或不同 物种中查找已有的基因序列; 功能域(domain)或基序 (motif)分析。
Ⅲ 密码子偏爱性(codon bias)