比较基因组学与分子进化ppt课件
分子进化
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2.3 核酸序列 二种：简单序列：结构基因的组成部分；
重复序列：包含调节基因的顺序。 序列变化：替换、插入、缺失 在不同生物中，核酸序列的差异能反映它们之间
亲缘关系的远近。 同源基因而言，亲缘关系越近，序列差异越小。 核酸序列变化的速率在同一基因中的不同区域是有
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经历两个阶段： 60年代，蛋白质序列分析和电泳技术的引入，对不同生物
的蛋白质结构进行比较，分析它们之间的差别及差别性质。 发现特定蛋白质的氨基酸替换速度是基本恒定的。
分子钟；分子进化的中性学说 80年代，RFLP,PCR等，对不同生物的基因进行分析比较，
并对DNA序列进行比对，找出差异，以探究不同物种在进 化上的渊源与联系。基因的进化速度是稳定的。
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不破坏分子的现有结构和功能的突变发生的频 率较高。
例如，基因的内含子、假基因、卫星DNA等的 替换速率远高于基因的外显子；密码子第三位 碱基的替换率远高于第一、二位碱基。 —— 3 > 1 > 2
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4.3 新基因常来源于原有基因的重复。
基因重复在生物进化和新基因产生中起创造性的 作用。同一基因存在着两个拷贝，使一个拷贝 可积累突变并最终以一个新基因的姿态出现， 而另一个拷贝则保留物种在过渡时期生存所需 的老功能。
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建立分子钟的步骤
⑴ 选择所要比较的生物大分子种类：根据具体的研究目的和 已掌握的资料，选择进化速率相对恒定、速率大小合适、 在要比较的所有物种中都存在的生物大分子。
⑵ 选择所要比较的物种，确定各个比较组合及其所代表的进 化事件。
⑶ 获得要比较的物种的生物大分子一级结构信息；从古生物 学和地质年代学资料中获得每一个比较组合所代表的进化 事件发生的地质时间的数据。
生物的分子生物学和分子进化
生物的分子生物学和分子进化生物的分子生物学是研究生物体内所发生的各种分子过程和活动的科学领域。
通过深入研究分子水平上的细胞结构、基因组、蛋白质及其他生物大分子的功能，我们可以更好地理解生物的结构、功能和进化。
1. DNA结构与功能DNA是生物体内最基本的遗传物质，也是生物分子生物学的核心研究对象。
DNA由碱基对连接而成的双螺旋结构，承载了生物体的遗传信息。
DNA不仅参与了遗传信息的复制传递，还通过基因转录与翻译过程控制了蛋白质的合成，从而影响生物体内的各种生理过程。
2. 基因组学与基因表达调控基因组学研究生物体中的全部基因组信息，通过研究基因组的结构和功能，可以揭示基因与表型之间的关系，探索各种生物表型的形成机制。
另一方面，基因的表达调控也是分子生物学中的重要研究领域。
通过探究转录因子的结构和功能，以及表观遗传修饰的作用机制，我们可以了解基因表达调控的分子细节。
3. 分子进化与系统发育分子进化研究以分子遗传学的原理为基础，通过比较生物体间的DNA、RNA和蛋白质序列，揭示不同物种间的亲缘关系和演化历史。
系统发育学建立了生物物种间的进化关系树模型，通过分析物种间的分子差异来推断它们的亲缘关系。
通过分子进化和系统发育的研究，我们可以了解不同物种间的演化关系，揭示生物多样性的起源和演化过程。
4. 蛋白质结构与功能蛋白质是生物体内的重要功能分子，承担着多种生物体内化学反应的催化剂、生物体内信号转导的传递者。
研究蛋白质的结构与功能，可以揭示蛋白质分子在生物体内的作用机制，为疾病防治和药物研发提供理论依据。
总结：生物的分子生物学和分子进化是现代生物学领域中的重要组成部分。
通过深入研究生物体内分子的结构、功能和进化规律，我们可以更好地理解生命现象及其产生的机制。
分子生物学与分子进化的研究成果不仅为基础科学提供了重要的理论基础，也为生物医学领域的发展和应用提供了新的思路和方法。
分子进化与分子改造课件
序列比较 源于同一祖先DNA/氨基酸序列的两
条DNA/氨基酸序列，考察二者的差异。
序列差异
分子进化 以累计在DNA/氨基酸分子上的历史
信息为基础研究分子水平的生物进化过程和机制。
进化过程中分子突变的痕迹。
分子系统发育学（Molecular Phylogenetics）
分子系统学（Molecular
生物大分子进化速率相对恒定
随时间的改变主要表现为核苷酸、蛋白质一级结构的改变
不同物种同源大分子的分子进化速率大体相同，例如人与马的血
红蛋白氨基酸序列差异0.8×10-9/AA.a，人与鲤鱼0.6×10-9/AA.a
分子进化速率远远比表型进化速率稳定
生物大分子进化保守
功能重要的大分子在进化速率上明显低于那些功能不重要的
的进化速率r(t)
6、由此可以推断未知进化事件的发生时间
分子进化与分子改造课件
关于分子钟的讨论和争议
1、对长期进化而言，不存在以恒定速率替换的生物大分
子一级结构（基因功能的改变、基因数目的增加）
2、不存在通用的分子钟
3、争议
分子钟的准确性
中性理论（分子钟成立的基础）
分子进化与分子改造课件
分子进化与分子改造课件
分子进化与分子改造课件
三、分子钟
根据分子系统学研究与古生物学资料相结合，建立推论生
物进化事件发生的时间表。
假定分子进化速率r恒定，则分子进化改变量（替代数目
或替代率）与进化时间成正比。以两条序列为例：
d=2rt
其中，t是进化时间，d是这两条序列每个位点的替代数目
研究生基因组学PPT课件
目 录
• 基因组学概述 • 基因组学基础知识 • 基因组学研究方法 • 基因组学在医学中的应用 • 基因组学在农业中的应用 • 基因组学的伦理、法律与社会问题
01
基因组学概述
基因组学的定义与特点
总结词
基因组学的定义、特点与研究对象
详细描述
基因组学是一门研究生物体基因组的学科，其研究对象包括基因组的组成、结构、功能和演化等方面的内容。基 因组学具有系统性、整体性和复杂性等特点，其研究范围涵盖了基因组的结构、功能、进化以及基因组与环境之 间的相互作用等多个方面。
研究作物耐盐碱的基因基础，有助于 培育出能在盐碱地生长的作物品种， 扩大可耕地面积，提高农业生产效益。
抗病性基因
发掘和利用作物的抗病性基因资源， 可以培育出抗病性更强的品种，减少 农药使用，降低生产成本，同时保障 食品安全。
转基因技术与作物改良
转基因技术原理
转基因技术是一种将外源基因导入到生物体基因组中的技术，通 过该技术可以改良作物的性状和产量。
息被滥用或泄露。
基因歧视与公平性问题
基因歧视的问题
基因检测可以揭示个体的遗传疾病风险，这可能会引发 就业、保险等方面的歧视问题。政府应该制定相关法律 和政策，禁止基于基因信息的歧视行为。
公平获取基因技术的机会
虽然基因技术可以带来巨大的益处，但并不是每个人都 能公平地获得这些技术。政府和社会应该采取措施，确 保所有人都能公平地获得基因检测和治疗的机会。
基因表达与调控
基因表达
是指基因经过转录和翻译，将遗传信息转化为蛋白质或RNA分子的过程。
基因调控
是指对基因表达的调节和控制，以确保生物体在生长发育和应对环境变化时能够做Байду номын сангаас适当的反应。
分子进化 ppt课件
（一）分子进化速率的恒定性
分子进化速率的恒定性是指核酸或者蛋白质等生 物大分子在进化的过程中碱基或者氨基酸发生 替换的频度，它是测定生物大分子进化快慢的 尺度，时间以年为单位。
ppt课件
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不同物种同类型（同源）的核酸和蛋白质大分 子，被认为有着相同的起源。研究这些大分子 一级结构的改变，检测出不同物种间大分子序 列中的核苷酸或氨基酸的替换数，再结合地质 学上有关化石方面的数据，就可以确定生物大 分子随时间而改变的速度，即分子进化速率。
（2）核酸的进化
就量的方面看，在生物进化过程中，从低级到高 级，基因的数量是逐渐增加的，因此，细胞中 的DNA含量也逐渐增加，这是总的趋势。
例外，如肺鱼和某些两栖类细胞中的DNA含量 就比鸟类和哺乳类的高出很多，主要原因是由 于出现了多倍化，或重复序列及内含子的大量 增加。
ppt课件
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ppt课件
ppt课件
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分子进化中性理论的意义：
分子进化中性理论揭示了分子进化的基本规律， 是解释生物大分子进化现象的重要理论。
分子进化中性理论强调遗传漂变和突变压在分子 进化中的作用，是对综合进化论的重要补充和 修正。
ppt课件
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中性理论承认自然选择在表型进化中的作用，同 时又强调分子层次上进化现象的特殊性。
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（四）有害突变的选择清除和中性突变的固定
在分子水平上，明显有害突变型的选择清除，中 性或轻微有害突变的随机固定比明显有利突变 型的正达尔文选择更频繁发生。这是表型进化 与分子进化的最大区别。
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三、分子进化的中性理论
基于对蛋白质和核酸分子的进化改变的比较研究， Kimura (1968)、King & Jukes (1969)、Kimura & Ohta (1971) 等提出了一个被称为“分子进化 中性论” 的理论，用以解释分子层次上的非 达尔文式进化现象。
基因组与比较基因组学
❖ 发现与DNA复制、重组等有关的序列。
❖ 研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为 疾病诊断、预防和治疗提供理论依据。
❖ 确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周 围序列的性质。
❖ 研究人类个体之间的多态性（SNP）情况，用于基因诊断、个体 识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类 学的研究。
❖ 连锁分析是通过分析同一遗传位点在不同个体中等位基因 的不同（多态性）来研究同一染色体上两位点之间的相互 关系。
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❖ 遗传距离图的基本数据来自基因的重组。
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❖Sds绝对是假的 么么么么方面
❖ 由于不能对人类进行“选择性”婚配，而且人类子代个体 数量有限、世代寿命较长，呈共显多态性的蛋白质数量不 多，等位基因的数量不多。DNA技术的建立为人类提供了 大量新的遗传标记。遗传标记有三代：
如果该基因与某标记间不发生重组（重组率等于0），我 们就推测该标记与所研究的疾病基因可能非常接近。
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3. 物理图
❖ 物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点 ，STS）为“路标”，以碱基对（bp，kb，Mb）作为基本 测量单位（图距）的基因组图。
❖ STS是基因组中任何单拷贝的长度在 100～500bp之间的 DNA序列，与核酸内切酶识别序列相关联。
SNP中大多数为转换，即由一种嘧啶碱基替换另一种嘧啶 碱基，或由一种嘌呤碱基替换另一种嘌呤碱基，颠换与转 换之比为1：2。
SNP有可能在密度上达到人类基因组“多态”位点数目的 极限。估计人类基因组中可能有300万个SNP位点！
分子进化简介
人工合成生命体的进化研究
人工合成生命体的多样性
通过基因工程技术，人工合成生命体具有更加丰富的基因组合和更 高的遗传多样性。
人工合成生命体的适应性
人工合成生命体能够更好地适应不同的环境条件，表现出更强的生 存能力。
人工合成生命体的应用前景
通过应用工程学方法，可以设计和优化生物系统，从而更 好地解决实际问题，如提高农作物的产量、降低环境污染 等。
06
CATALOGUE
分子进化案例研究
HIV病毒的分子进化研究
病毒株的多样性
HIV病毒在传播过程中， 由于存在大量的变异和重 组，导致病毒株具有极高 的多样性。
病毒的适应性
通过不断适应宿主免疫系 统和抗病毒药物的攻击， HIV病毒能够逃避免疫系 统和药物的杀伤作用。
分子进化的速度通常以每个世代 的突变率来表示，一般较低，约 为10^-8-10^-10个突变/每个基
因/每个世代。
分子进化的方向通常是指由随机 突变和基因重组引起的随机变化 ，以及由自然选择和人工选择引
起的适应性变化。
分子进化的速度和方向可以通过 遗传学和生物信息学的方法进行
研究和检测。
03
CATALOGUE
分子进化简介
目 录
• 分子进化概述 • 分子进化的核心概念 • 分子进化实验技术 • 分子进化在生物医药领域的应用 • 分子进化的未来展望 • 分子进化案例研究
01
CATALOGUE
分子进化概述
定义与特点
定义
分子进化是指生物在分子水平上由于 遗传变异和自然选择等因素而发生的 适应性变化。
特点
分子进化通常涉及DNA、RNA和蛋白 质等生物分子的结构和功能的改变， 这些变化可以是细微的突变，也可以 是较大的基因重排或基因复制事件。
比较基因组与分子进化
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3. 新基因主要是通过基因重复后再突变 而产生的
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四、PCR技术在古分子系统学中的应 用
从17-20Ma前的叶化石中分离出了叶 绿体Rubisco基因大亚基的片段。 从25Ma-1.35亿年前的琥珀中的蜂、白 蚁、象鼻虫的遗体中分离出基因片段。
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五、分子钟
Homo sapiens Canis lupus familiaris Molecular Clock Estimates •Human-dog split ~83 MYA
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六、系统发生树
确定生物大分子和物种 由古生物学确定各物种分岐时间 比较各物种之间该种生物大分子间的差异来自11比较基因组学
基因组是一切生命的真谛。
比较不同物种的整个基因组，可以深 入理解每个基因组的功能和进化关系。
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一、人类基因组计划
(Human genome project,HGP) • • • • • 1985发起 1988. 美国能源部与国家医学研究院 30亿美元 1990. 正式启动. 1998. Celera 公司宣布一项提前完成 基因组测序的3年计划 • 2001年2月同时在 Nature 和 Science 发表
a.许多已知影响功能的基因突变来自果蝇的研究
b.60% 的基因与人类同源
c.289 种人类疾病基因突变中有61%在果蝇中发 现 d.有68% 的肿瘤相关基因在果蝇中存在
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5、小鼠
(Mus musculus)
a. “微型人”
b. 生理系统与人非常相似
c. 90%的基因与人类同源
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基因共线性
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2
分子进化的速率约为10-9 ，每年每个氨 基酸座位的1×10-9进化速率为分子进化速 率的单位，即1×10-9为1鲍林。 蛋白质 细胞色素C 血红蛋白α 血纤蛋白肽 溶菌酶 Kaa/10-9 0.3 1.2 8.3 2.0
基因组学数据分析 ppt课件
本地数据库的构建
• 查看db文件
由fasta格式的序列组成
基因组学数据分析
数据库的格式化
formatdb命令用于数据库的格式化： formatdb [option1] [option2] [option3]…
formatdb常用参数 -i database_name 需要格式化的数据库名称 -p T\F 待格式化数据库的序列类型 （核苷酸选F；蛋白质选T；默认值为T)
➢ 四个必需参数 -p program_name,程序名，根据数据库及搜索文件序列性质进行选择； -d database_name,数据库名称,比对完成格式化的数据库； -i input_file,搜索文件名称； -o output_file,BLAST结果文件名称；
➢ 两个常用参数 -e expectation，期待值,默认值为10.0，可采用科学计数法来表示，如2e-5； -m alignment view options:比对显示选项，其具体的说明可以用以下的比对实例
基于距离矩阵upgmaunweightedpairgroupmethodusinganathematicaverage将类间距离定义为两个类成员距离的平均值广泛应用于距离矩阵njneighborjoining把所有n个序列两两比对构建nj树起指导作用每个对比后的成对序列都可以跟第三条序列或者另一个新的alignment比对按照距离远近用来决定下一个参与比对的序列73最大简约法mp不需要处理大量核苷酸或者氨基酸替代存在较多的回复突变或平行突变而被检验的序列位点数又比较少的时候可能会给出一个不合理的或者错误的进化树推导结果upgma所有分支突变率相近突变率相差较大时现已较少使用邻接法nj远源序列对相似度很低的序列往往出现longbranchattractionlba长枝吸引现象严重干扰进化树的构建
分子进化与基因组学综述
我看分子进化与基因组学综述自达尔文时代起，许多生物学家都有一个梦想，那便是重建地球上所有生命的进化历史并以系统树的形式描述这部历史（Haeckel 1866）。
理想的途径应该是利用化石证据，但是化石是如此的零散且不完整，致使大多数研究者转向比较形态学和比较生理学的方法。
通过后两条途径，经典进化学家已得出有机体进化历史的主要框架。
然而，形态和生理性状的进化如此复杂，以致不可能产生一幅进化历史的清晰图象。
不同学者重建的系统树在细节上几乎总是可争议的。
分子生物学的进展大大地改变了这种局面。
由于所有生物的蓝图都用DNA （在某些病毒中则用RNA）来书写，因而人们可以通过比较DNA来研究它们的进化关系。
分子途径较经典的形态学和生理学途径有如下优点。
首先，DNA仅由4种碱基组成，即：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞核嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）。
所有生物，不论是细菌、植物和动物中的DNA均由这四种碱基组成。
因而，可用它们比较所有有机体的进化关系。
这在经典进化研究方法中是不可能做到的。
其次，DNA的进化演变或多或少是有规律的，因而能用数学模型来描述其变化并可比较亲缘关系较远的生物间的DNA。
形态性状的进化演变，即使在一段较短的进化时间，也是极其复杂的。
因而，形态的系统发育研究必然会有各种各样的假设，但这些假设往往难以令人信服。
第三，所有生物的基因组都是由长长的核酸序列组成，比形态性状包含的系统发育信息要多得多。
鉴于上述原因，分子系统学有望澄清生命系统树中多处对于经典途径来说极为棘手的问题。
欲估计核苷酸替代数，必须应用核苷酸替代的数学模型。
为此，许多学者提出了不同的替代模型。
Jukes和Cantor方法一个最简单的核苷酸替代模型由Jukes和Cantor（1969）提出。
该模型假定任一位点的核苷酸替代都是以相同频率发生的，且每一位点的核苷酸每年（或以任何其他时间单位）以α概率演变为其它三种核苷酸中的一种（表3.2A）。
ma分子进化基础PPT课件
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▪ 基因型的适合度fitness ，通常用w 表示，是一个关 于该个体的生存和增殖能力的尺度，不过由于一个 群体的大小通常受其所处环境的负载容量限制，所 以某一个体的进化成功不是由其绝对适合度 absolute fitness 而是由其与群体中其他基因型相比 的相对适合度(relative fitness)所决定的。
▪ 点阵法 ▪ 顺序距离法
-
How do you extract this information from an alignment?
-
Figure 21.4
-
3.4 核苷酸替换数的间接估计
▪ 在估计两序列间核苷酸替换数方面最完全的 解决可通过比较它们的核苷酸顺序而得到。 不过替换数也可从其他类型的分子数据，象 限制酶图谱或者DNA-RNA杂交得到的数据， 间接地推断出来。
▪ 对于一个要增加频率的突变型等位基因来说，必须是某 些因子而不是突变来掺入作用，这些因子包括自然选择、 随机遗传漂变、重组和迁徙。
▪ 为了认识进化的过程我们必须研究以上因子是如何影响
-
等位基因频率的变化的。
▪ 本书里我们只讨论自然选择和随机遗传漂变, 在涉及形态学性状的经典进化研究中自然选 择被看成是进化的主要驱动力量。
-
▪ 前20 年时间里关于中性突变假说的激烈争论给分 子进化带来了很大影响。
▪ 首先，它导致了在考虑分子变化的进化动力学时随 机漂变的作用不容忽视这一点得到普遍承认。
序列的同源性比较及分子系统学和分子进化分析
在cdd库里面找 库里面找 到两个保守区域， 到两个保守区域， 点击可以进入
分析过程（ 分析过程（六）
图形结果
分析过程（ 分析过程（七）
匹配序列列表
分析过程（ 分析过程（八）
具体匹配情况
其他的序列相似性搜索工具 －FastA
FastA算法是由 算法是由Lipman和Pearson于1985年 算法是由 和 于 年 发表的（ 发表的（Lipman和Pearson，1985）。 和 ， ）。 FastA的基本思路是识别与代查序列相匹 的基本思路是识别与代查序列相匹 配的很短的序列片段，称为k-tuple。 配的很短的序列片段，称为 。 以下链接是EBI提供的 提供的fasta服务。 服务。 以下链接是 提供的 服务 /fasta
点击开始搜索
其他一些显示格式参数
提交任务
返回查询号（ 返回查询号（request id） ）
修改完显示格式后点 击进入结果界面
可以修改显示结果格式
结果页面（ 结果页面（一）
图形示意结果
结果页面（ 结果页面（二）
目标序列描述部分
带有genbank的链接，点击可以进入 的链接， 带有 的链接 相应的genbank序列 相应的 序列
各个参数选项
帮助信息 填入搜索序列
多序列比对及Clustal的使用 的使用 多序列比对及
多序列比对的意义
用于描述一组序列之间的相似性关系， 用于描述一组序列之间的相似性关系， 以便了解一个基因家族的基本特征， 以便了解一个基因家族的基本特征， 寻找motif，保守区域等。 寻找 ，保守区域等。 用于描述一个同源基因之间的亲缘关 系的远近，应用到分子进化分析中。 系的远近，应用到分子进化分析中。
3.填入序列（copy＋paste） 填入序列（ 填入序列 ＋ ） Fasta格式，或者纯序列 格式， 格式 4.选择搜索区域，这里我们要 选择搜索区域， 选择搜索区域 搜索整个序列， 搜索整个序列，不填 5.选择搜索数据库，这里我们 选择搜索数据库， 选择搜索数据库 非冗余的蛋白序列库)。 选nr(非冗余的蛋白序列库 。 非冗余的蛋白序列库 是否搜索保守区域数据库 ），蛋白序列搜索才有 （cdd），蛋白序列搜索才有。 ），蛋白序列搜索才有。 我们选上
生物进化中的分子进化
生物进化中的分子进化生物进化是一种自然选择的过程，这个过程主要是通过基因的传递和变异来实现的。
在生物进化中，分子进化扮演着非常重要的角色。
分子进化是指基因组在漫长的进化过程中的变化和累积，通过这种进化，生物得以适应和适应环境的变化，最终形成了丰富多样的生物世界。
分子进化的主要机制是基因的突变和基因的重组。
基因突变是指基因序列的点突变、插入或缺失，这些突变会导致基因的信息发生变化。
在进化过程中，个体遗传信息的小变化积累起来，最终得以传递给后代。
基因重组则是指基因序列间的重新组合，通过基因重组，个体之间的基因差异得以进一步增加。
在分子进化的过程中，一种非常重要的机制是自然选择。
自然选择是指个体适应环境的能力和生育力决定了其在繁殖中的成功机会。
适应环境的基因变体会使个体在竞争中处于优势地位，从而更可能将自己的基因传递给下一代。
这种竞争和选择的过程，推动了优势基因的累积和适应性特征的进化。
分子进化还有一种非常重要的机制是基因漂移。
基因漂移指的是因为随机事件（如种群数量的减少）导致的基因频率的随机变化。
基因漂移可以使一些原本较低频率的基因在群体中逐渐消失，也可以使一些较高频率的基因在群体中逐渐增加。
基因漂移对于形成新的物种和推动物种多样性的增加起着重要作用。
分子进化不仅发生在基因组水平，也发生在基因组上的各种非编码区域。
基因组中的非编码区域包括启动子、增强子等调控元件，它们对基因的表达起着重要的调控作用。
在进化的过程中，这些调控元件的序列也会发生变异和漂移，从而改变了基因表达的模式和水平，最终对生物体的形态和功能产生影响。
分子进化的研究方法主要包括基因组测序和比较基因组学。
基因组测序技术的发展使得我们能够更加准确地获取物种的基因组信息，从而揭示了物种间的基因差异和进化关系。
比较基因组学则是通过比较不同物种基因组中的同源基因，来推测它们的进化历史和亲缘关系。
分子进化的研究不仅可以帮助我们理解生物的进化历程，还可以为医学和农业等领域提供重要的参考。
分子进化与基因家族
分子进化与基因家族基因是生命的基本单位，而基因家族则是一类具有相似序列和功能的基因的集合。
基因家族的形成与分子进化密切相关，通过不断的复制、突变和选择过程，基因家族的成员不断增加和演化，发挥着重要的生物学功能。
一、基因家族的概念与分类基因家族是指具有共同起源的基因序列组成的一组基因。
根据基因的序列相似性和功能，可以将基因家族分为三类：同源基因家族、拷贝基因家族和转座子基因家族。
1. 同源基因家族：同源基因家族由一系列具有类似结构和功能的基因组成，它们可能是由一个祖先基因不断复制和突变而来。
同源基因家族在进化过程中发挥着重要的作用，通过基因重组、功能分化和表达调控的变化，为生物体提供了多样性和适应性。
2. 拷贝基因家族：拷贝基因家族是由基因拷贝产生的一组基因。
在进化过程中，基因的拷贝是相当常见的现象。
拷贝基因家族的成员可能保留了原基因的功能，也可能通过进一步的突变和选择发展出新的功能。
3. 转座子基因家族：转座子基因家族是由转座子复制形成的一组基因。
转座子是一类具有自主转移能力的遗传元件，它们能够在基因组中自我复制和移动位置。
转座子的插入和移除引起了基因组的重组和基因家族的形成。
二、基因家族的进化机制基因家族的形成和演化是由特定的进化机制驱动的，其中包括基因重组、自由复制和选择压力。
1. 基因重组：基因重组是基因家族形成的重要机制之一。
通过DNA序列的重组和交换，基因家族的成员可能会形成新的序列和功能。
重组不仅发生在染色体间的基因重排过程中，还可以通过同源重组和非同源重组等方式进行。
2. 自由复制：基因家族的成员通常通过自由复制的方式增加自身的数量。
这种复制方式能够使得相似或相同的基因序列在基因组中迅速扩增，从而形成基因家族。
自由复制还可以增加基因序列的突变率，进一步导致基因家族的多样性。
3. 选择压力：在进化过程中，选择压力对基因家族的形成和维持起着重要的作用。
不同的基因成员可能承担着不同的功能和适应性，这会导致它们在进化中受到不同程度的选择。
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Comparative genomics and molecular evolution
左 元 梅 博士, 教授 2010. 10.13
1
课程特色
•必要性 •可行性 •应用性
2
本课程开设的必要性
1. 大量模式生物测序工作的完成 2. 公共资源数据体系的大规模建立
(NCBI, USA; EMBL, European; DDBJ,Japan) 3.面对海量数据，如何从这些数据中获得自己想要的知识，
第一个亚洲人全基因序列图谱, 2007.11月公布, 3.恒河猴（rhesus macaque，Macaca mulatta）的基因组图谱.
Science, 316: 240-243. April 2007. 4.首张猫基因组草图完成,
Genome Res. 17:1675-1689, 2007 狗、小鼠、大鼠以及黑猩猩等在内的基因组“俱乐部”
Evgeny Nudler, 5/16/2008)
5.科学家破解根结线虫基因组 ,
<<自然—生物技术》（Nature Biotechnology），doi:10.1038/nbt.1482，
Pierre Abad，Patrick Wincker, 7/29/2008）
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Released Genome Projects, 2008
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Released Genome Projects, 2008
1.首个甲虫基因组问世 (Nature，doi:10.1038/nature06784， Tribolium Genome Sequencing Consortium, 3/26/2008）
2.中美联合绘就番木瓜基因组草图 Nature，452, 991-996 ，Ray Ming, Maqsudul Alam ,4/24/2008)
•由于进化的原因，许多生命活动的基本方式在地球 上的各种生物物种中是保守的，这是模式生物研究 策略能够成功的基本基础。
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模式生物
基本共同点： 1.有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群； 2.对人体和环境无害，容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖； 3.世代短、子代多、遗传背景清楚； 4.容易进行实验操作，特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法
in progress , complete Drosophila melanogaster, beetle, bee
in progress, complete Arabidopsis thaliana, rice, soybean, maize
in progress, complete Human, mouse, rat, cow, dog, chimpanzee
5
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Genome project
Resourse
number
Microbial genomes 347
Fungal genome
834
Parasitic genome
>38
Insect genome
44
Plants
34
Mammals
43
Other animals
84
6.丝盘虫完整基因组测序完成
•丝盘虫是拥有最小核基因组的多细胞动物之一，但其包含的用于基因调控的特征序列 可在更复杂的动物和人类身上发现。该项研究将丝盘虫定义为动物进化的一个关键点。 •与包含30亿个碱基对的人类核基因组相比，丝盘虫只有9800万个碱基对 .丝盘虫的线 粒体基因组的大小比那些可在绝大多数动物身上发现的要大2倍以上，这些动物具有大 多数原始生物一样的基因、内含子（染色体DNA链上有许多段不表达的碱基序列，被 称为内含子）及间隔序列。 •丝盘虫与人类共享了超过80%的基因，这种动物保留了与刺胞动物和两侧对称动物最 后共同祖先的很多特征，它们存在于距今6亿多年前 .
in progress, complete C.elegans, zebrafish, chicken,
Data from NCBI and TIGR database7
Number of Genes in
8
9
Released Genome Projects, 2007
1. 全球第一张白种人基因组图谱, 7月由美国科学家公布 . 2. 中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”)，
搜集、管理、处理、分析、释读能力的要求迅速提升，
4.比较基因组学和分子进化已经成为生命科学研究的核心和不可分割的学科。
5.人类基因组计划的巨大潜力去改善人类的健康状况并使人类更好地生存
3
模式生物 (model organism)
•生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用 于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种 被选定的生物物种就是模式生物。比如，孟德尔在 揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料，而 摩根选用果蝇作为实验材料，在他们的研究中，豌 豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模式生物。
3.科学家绘出鸭嘴兽基因组草图 .
(Nature, 453, 175-183，Wesley C. Warren，Richard K. Wilson ,5/8/2008)
4.古老蛋白塑造细菌紧凑基因组 (Science，Vol. 320. no. 5878, pp. 935 – 938，Christopher J. Cardinale，
status
model
complete
E.coli
in progress, complete S. cerevisiae, mushrooms
in progress, complete AIDS, SARS
in progress, complete Brugia malayi, Heterodera glycines
10
Released Genome Projects, 2007 5.衣藻（一种单细胞土生藻类）的基因组测定完成 . Science, 318 : 245 - 250 . 12 October 2007:
6.海葵基因组海葵基因组(Nematostella vectensis) Science . 317: 86 – 94. 6 July 2007: