基因组学讲课ppt课件
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微生物基因组学 ppt课件

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六、研究基因组功能的意义 1. 加速致病基因的研究 2. 寻找灵敏而特异性的病原分子标记 病原微生物的特异性DNA序列可以作为分子标记用于疾病的诊断。 3. 促进新药的发现和疫苗的发展 (1)促进新药的发现 (2)疫苗的研究 4. 促进微生物分类的发展
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5. 提高对人类相关基因功能的认识
(1)一些人类的遗传性疾病,如结肠癌、肝豆状核变性、肾上腺脑白质 营养不良等,在细菌的基因组分析中,也存在类似的蛋白物。
(2)可以利用微生物做模拟,去检测高等生物的基因性状和功能。 (3)从基因水平去揭发人类疾病与病原微生物之间关系,如发病机理, 人类与病原微生物之间相互作用的基因机理等。
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三.微生物基因组的注释 (一)概念:在微生物基因测序的基础上,对其基本 结构和部件进行认定,以进一步研究其功能。
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(二)微生物基因组注释的内容 1.碱基组成分析,即G+C Mol%测定。 G+C含量是物种的一个重要特征,在微生物的分类上具有重要意义,是 重要参数之一。 2.开放阅读框的鉴定: 3.编码序列分析
消化 (4)分子杂交 (5)Southern十字杂交法
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五、微生物基因组功能分析 1、根据目的基因组的性状而推测可能的基因组功能。 如致病岛的G+C mol%与细菌本身的G+C mol%有很大差异。致病岛或耐 药岛等。 2、根据已知的数据库进行同源性搜索。 美国NIH的GenBank;欧洲的分子生物学实验数据库(FMBL)日本的 DNA数据库(DDBJ) 3、利用不同条件、不同作用因素的影响而鉴定未知基因的功能。 如用过氧化氢酶处理沙门氏菌而获得该菌的对H2O2氧化应激反应的基因。 4、采用基因敲除的方法来推测或确定基因的功能。
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人类基因组计划的背景-----基因组计划最早始于美国
初衷1945年原子弹事件
1984年12月犹他大学魏特受美国能源部的委托,美国能源部
的广岛之争:突变率调查
资助召开的环境诱变物和致癌物的防护的会议上,
讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组
1985年6月,美国加州的会议上, DNA序列的意义,第一次提出测定人体基因和全部DNA序列,
1990年10月1日正式启动实施
目标:完成对人的基因组的30亿个核苷酸对的 全部序列测定工作,阐明人体中全部基因的位置、 功能、结构、表达调控方、德、日、中六国科学家的共同努力下, 2000年6月26日, 国际人类基因组计划与塞莱拉公司联合发布“人类基因组工作草图”。 2001年2月12日 两大科研小组联合发布人类基因组图谱及“基本信息”。宣告人类基因组计划基本完成。10
人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划一样伟大宏伟。
人类基因组计划的研究内容
美国的人类基因组计划总体规划是: 拟在15年内至少投入30亿美元,进行对人类全基因组的
分析。 1993年作了修订,其主要内容包括: 人类基因组的基因图构建与序列分析; 人类基因的鉴定; 基因组研究技术的建立; 人类基因组研究的模式生物; 信息系统的建立。 人类基因组研究的社会、法律与伦理问题, 交叉学科的技术训练, 技术的转让, 研究计划的外延等共9方面的内容。
美国能源部正式提出了展开人类
并检测所有的突变,计算真实的突变率。
基因组测序工作,形成了能源部 的“人类基因组计划”初步草案。
1986年6月,新墨西哥州冷泉港吉尔伯特及伯格主持的讨论会上, 进行了可行性讨论。美能源部宣布实施草案。意裔美肿瘤分子生
1987年,美国国家医学研究 院和能源部联合提出了这一 宏伟计划,即HGP),先期
人类基因组计划的背景-----基因组计划最早始于美国
初衷1945年原子弹事件
1984年12月犹他大学魏特受美国能源部的委托,美国能源部
的广岛之争:突变率调查
资助召开的环境诱变物和致癌物的防护的会议上,
讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组
1985年6月,美国加州的会议上, DNA序列的意义,第一次提出测定人体基因和全部DNA序列,
1990年10月1日正式启动实施
目标:完成对人的基因组的30亿个核苷酸对的 全部序列测定工作,阐明人体中全部基因的位置、 功能、结构、表达调控方、德、日、中六国科学家的共同努力下, 2000年6月26日, 国际人类基因组计划与塞莱拉公司联合发布“人类基因组工作草图”。 2001年2月12日 两大科研小组联合发布人类基因组图谱及“基本信息”。宣告人类基因组计划基本完成。10
人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划一样伟大宏伟。
人类基因组计划的研究内容
美国的人类基因组计划总体规划是: 拟在15年内至少投入30亿美元,进行对人类全基因组的
分析。 1993年作了修订,其主要内容包括: 人类基因组的基因图构建与序列分析; 人类基因的鉴定; 基因组研究技术的建立; 人类基因组研究的模式生物; 信息系统的建立。 人类基因组研究的社会、法律与伦理问题, 交叉学科的技术训练, 技术的转让, 研究计划的外延等共9方面的内容。
美国能源部正式提出了展开人类
并检测所有的突变,计算真实的突变率。
基因组测序工作,形成了能源部 的“人类基因组计划”初步草案。
1986年6月,新墨西哥州冷泉港吉尔伯特及伯格主持的讨论会上, 进行了可行性讨论。美能源部宣布实施草案。意裔美肿瘤分子生
1987年,美国国家医学研究 院和能源部联合提出了这一 宏伟计划,即HGP),先期
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锁图。这一方法包括杂交实验,家系分析。遗传图距 单位为厘摩(cM), 每单位厘摩定义为1%交换率。
2)物理作图(Physical mapping) 采用分子生物学 技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组
实际位置。物理图的距离依作图方法而异,如辐射杂 种(radiation hybrid)作图的计算单位为厘镭(cR), 限 制性片段作图与克隆作图的图距为DNA的分子长度, 即碱基对(bp, kb)。
散的顺序按原来位置组装,需要图譜 进行指导. - 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.
2)由于一些分子标记同基因座位紧密连锁,为靶基因 的图位克隆(map based cloning)提供了可能。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正.
5
二、遗传图与物理图
1)遗传作图(Genetic mapping) 采用遗传学分析方 法将基因或其它DNA分子标记标定在染色体上构建连
由于同源染色体同一区段DNA序列的 差异,当用限制酶处理时,可产生 长度不同的限制性片段。
14
什么是RFLP标记?(2)
Var. A
Var. B
EcoR I will not cut this squence 15
什么是RFLP标记?(3)
16
(二) RFLP methodology
Cutting DNA into smaller fragments by restriction enzymes
2)生化特征表型。如人类血型系列分 析。
10
基因标记并非理想的标记,因为: - 可用作标记的基因十分有限。许多
性状都涉及多基因。 - 用基因做标记将在遗传图中留下大
片的无标记区段,因为存在大量的 基因间区。
2)物理作图(Physical mapping) 采用分子生物学 技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组
实际位置。物理图的距离依作图方法而异,如辐射杂 种(radiation hybrid)作图的计算单位为厘镭(cR), 限 制性片段作图与克隆作图的图距为DNA的分子长度, 即碱基对(bp, kb)。
散的顺序按原来位置组装,需要图譜 进行指导. - 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.
2)由于一些分子标记同基因座位紧密连锁,为靶基因 的图位克隆(map based cloning)提供了可能。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正.
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二、遗传图与物理图
1)遗传作图(Genetic mapping) 采用遗传学分析方 法将基因或其它DNA分子标记标定在染色体上构建连
由于同源染色体同一区段DNA序列的 差异,当用限制酶处理时,可产生 长度不同的限制性片段。
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什么是RFLP标记?(2)
Var. A
Var. B
EcoR I will not cut this squence 15
什么是RFLP标记?(3)
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(二) RFLP methodology
Cutting DNA into smaller fragments by restriction enzymes
2)生化特征表型。如人类血型系列分 析。
10
基因标记并非理想的标记,因为: - 可用作标记的基因十分有限。许多
性状都涉及多基因。 - 用基因做标记将在遗传图中留下大
片的无标记区段,因为存在大量的 基因间区。
第01讲微生物基因组学102页PPT

• Genomics is the study of the molecular organization of genomes, their information content, and the gene products they encode.
--Prescott-Harley-Klein: Microbiology, Fifth Edition
关于基因组学的范畴
• 随着基因组和基因组学这两个术语变得流行起来,一系列 新的术语也被创造出来,每个新的研究领域都冠以“…… 组学”(-omic)的名称,而被研究的对象则被称为“ …… 组”(-ome)。例如蛋白质组和蛋白质组学。
• 一个蛋白质组(proteome)表示某个时刻在一个细胞或生 物体中全部的蛋白质组成。其它类似的词还有转录组、代 谢组、糖组和变异组。这些新兴的领域能否归到“基因组 学”之下,尚有较大的争议。
• 1987年,Victor Mckusick 和 Frank Ruddle 一起创 办了“genomics”杂志,这是第一次“genomics” 这个词在科学界得到广泛的应用。
• 基因组学领域包括DNA测序、在物种内进行基因组多 样性的采集以及基因转录调控的研究,即基因组学覆 盖了从DNA序列分析到研究生物体对环境干扰的响应 这样比较广的范围。
“基因是迄今为止最为复杂的程 序”
——Bill Gates
(二)DNA测序技术的诞生与发展
1975,Frederick Sanger双脱氧链终止法; 1977,Maxam和Gilbert 氧化法
(1976年,在英国的Gordon会议 上两个小组同时宣布, 但Maxam和Gilbert直到1980年才正式发表研究结果)
基因组基 学因 研组 究学 的研 究3大的 主3 题大 和主 题6个和 层6 面个 层 面
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染色体带型命名
人类染色体带型最早确定的命名方式是从着丝粒向两侧按数字编号, 短臂以p代表 (p=petit),长臂以q代表. 短臂和长臂又可进一步分区,每个区又分为数个亚区, 亚区又可划分为不同的区带,有的区带又可细分为区亚带。
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人类染色体核型
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四、基因组的结构成分
1) SAR和MAR 2) CpG岛 3) 等高线
5) MAR或SAR之间的距离平均为30 kb, 染色体DNA环突
长约25-600 kb, 因此并非所有MAR或SAR均与基质或
骨架结合. 或这说MAR(或SAR)与基质或骨架结合的
位置是动态的, 不固定的.
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SAR和MAR的应用
由于发现许多功能基因的两侧含有SAR或 MAR的结构,并证实SAR和MAR具有阻止 异染色质位置效应和隔离相邻基因彼此干 扰的功能, 因此为了提高转基因的表达水平, 在构建表达载体时可在基因两侧安装SAR 或MAR顺序, 以减少转基因沉默效应.
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MAR
的 分 离
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(2)什么是CpG岛
满足CpG岛的条件为: 1. 连续200 bp的DNA顺序(已修改为500 bp); 2. C+G含量大于50%(已修改为55%); 3. 观测到的CpG双碱基数目与预期的数目
之比大于0.6(已修改为0.65).
(Gardiner-Garden, J.Mol.Bio., 196:261, 1987; Proc Natl Acad Sci USA 99:3740-3745, 2002 )
第6章 真核生物基因组解剖
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第23章基因组学PPT课件

第一节 基因组学
Genomics
第1页/共18页
一、基因组学概念及范畴
基因组(genome) 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部
遗传物质;在真核生物,基因组是指一套染色 体(单倍体)DNA。
基因组学(genomics) 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以
及计算机程序,分析生命体(包括人类)全部基 因组结构及功能。
• HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和 物理图,最终完成人类和其它重要模式生物全 部基因组DNA序列测定,因此HGP属于结构 基因组学范畴。
第4页/共18页
HGP包括以下研究内容
(一)物理制图 (二)遗传制图 (三)基因组DNA序列测定 (四)创建计算机分析管理系统
第5页/共18页
HGP主要任务及内容
第6页/共18页
• 通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构 基因组学的基本内容,是开展功能基因组学的 研究的基础;同时为详尽研究每一个单基因遗 传病提供“平台”,并将成为复杂的多基因遗 传病研究的发端。
第7页/共18页
三、功能基因组学
• 完成一个生物体全部基因组测序后即进入 后基因组测序阶段——详尽分析序列,描 述基因组所有基因的功能,包括研究基因 的表达及其调控模式,这就是功能基因组 学(functional genomics)。
第8页/共18页
主要具体内容包括以下方面
(一)鉴定DNA序列中的基因 (二)同源搜索设计基因功能 (三)实验性设计基因功能 (四)描述基因表达模式
第9页/共18页
功能基因组学研究策略及主要内容
பைடு நூலகம்第10页/共18页
四、比较基因组学
比较基因组学(comparative genomics) 涉及比较不同物种的整个基因组,以便深入 理解每个基因组的功能和进化关系。
Genomics
第1页/共18页
一、基因组学概念及范畴
基因组(genome) 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部
遗传物质;在真核生物,基因组是指一套染色 体(单倍体)DNA。
基因组学(genomics) 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以
及计算机程序,分析生命体(包括人类)全部基 因组结构及功能。
• HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和 物理图,最终完成人类和其它重要模式生物全 部基因组DNA序列测定,因此HGP属于结构 基因组学范畴。
第4页/共18页
HGP包括以下研究内容
(一)物理制图 (二)遗传制图 (三)基因组DNA序列测定 (四)创建计算机分析管理系统
第5页/共18页
HGP主要任务及内容
第6页/共18页
• 通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构 基因组学的基本内容,是开展功能基因组学的 研究的基础;同时为详尽研究每一个单基因遗 传病提供“平台”,并将成为复杂的多基因遗 传病研究的发端。
第7页/共18页
三、功能基因组学
• 完成一个生物体全部基因组测序后即进入 后基因组测序阶段——详尽分析序列,描 述基因组所有基因的功能,包括研究基因 的表达及其调控模式,这就是功能基因组 学(functional genomics)。
第8页/共18页
主要具体内容包括以下方面
(一)鉴定DNA序列中的基因 (二)同源搜索设计基因功能 (三)实验性设计基因功能 (四)描述基因表达模式
第9页/共18页
功能基因组学研究策略及主要内容
பைடு நூலகம்第10页/共18页
四、比较基因组学
比较基因组学(comparative genomics) 涉及比较不同物种的整个基因组,以便深入 理解每个基因组的功能和进化关系。
动物基因组学基础PPT课件

第39页/共86页
Байду номын сангаас
物理作图的方法
• 基因组物理图谱的构建主要有三种途径: ①限制性酶图谱 ②荧光原位杂交技术(FISH) ③序列标签位点(STS)
如表达的序列标签(EST),来自cDNA
第40页/共86页
描述染色体上限制性内切酶切割 位点之间距离和顺序的图谱 识别位点较多的内切酶:如 NotⅠ,其8个核苷酸出现的频率为 1/48=1/65536bp,而识别位点为 6个核苷酸的出现频率为 1/46=1/4094bp
• 基因组学的重要组成部分是基因组计划,如人类、水稻基因组计划
第2页/共86页
人类基因组计划
➢ 1990,美国国立卫生研究所和能源部投资$30亿,启动了被誉为“人体阿波罗计划”的 “人类基因组计划”(human genome project,HGP),预计15年时间完成人类基因组 全部序列的测定
➢ 在美国提出人类基因组计划后,英、法、日、前苏联、中等,也相继启动了类似的研究 项目
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、等位酶
• 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
第13页/共86页
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
第27页/共86页
RAPD 标记特 点 • PCR反应产物通过电泳分离:不同样品间可能存在差
异 • 主要用于分析群体间的遗传距离 • 引物短,不同生物基因组可以共用一套引物 • 实验快速简便,成本低,无需预先了解基因组DNA序
Байду номын сангаас
物理作图的方法
• 基因组物理图谱的构建主要有三种途径: ①限制性酶图谱 ②荧光原位杂交技术(FISH) ③序列标签位点(STS)
如表达的序列标签(EST),来自cDNA
第40页/共86页
描述染色体上限制性内切酶切割 位点之间距离和顺序的图谱 识别位点较多的内切酶:如 NotⅠ,其8个核苷酸出现的频率为 1/48=1/65536bp,而识别位点为 6个核苷酸的出现频率为 1/46=1/4094bp
• 基因组学的重要组成部分是基因组计划,如人类、水稻基因组计划
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人类基因组计划
➢ 1990,美国国立卫生研究所和能源部投资$30亿,启动了被誉为“人体阿波罗计划”的 “人类基因组计划”(human genome project,HGP),预计15年时间完成人类基因组 全部序列的测定
➢ 在美国提出人类基因组计划后,英、法、日、前苏联、中等,也相继启动了类似的研究 项目
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、等位酶
• 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
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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
第27页/共86页
RAPD 标记特 点 • PCR反应产物通过电泳分离:不同样品间可能存在差
异 • 主要用于分析群体间的遗传距离 • 引物短,不同生物基因组可以共用一套引物 • 实验快速简便,成本低,无需预先了解基因组DNA序
基因组学

我国水稻基因组计划 • 我国超级杂交稻(籼稻)基因组计划2001年7月启动, 2002年4月5日《Science》。
☆材料:籼稻“9311”。
☆完成单位:华大基因研究中心、中科院遗传与发育生物 学研究所等12个单位。 ☆水平:水稻基因组的总基因数约为46022~55615个,工 作框架图序列已覆盖水稻整个基因组92%以上的基因。
大肠杆菌基因组是双链环状DNA , 全长4.6 ×106bp,含有4230个基因, 编码蛋白的序列占基因组的87.7%, 非编码的重复序列占0.7%,剩下 的11.6%可能起调控作用。
二、细菌和病毒基因组特点
4. 功能相关的几个基因排列在一起形成操纵子
如,乳糖操纵子结构
5. 存在重叠基因 如,ΦΧ174基因组为5386bp,
▲ 1986年3月,杜伯克在美国《科学》杂志上发 表了一篇题为《癌症研究的转折点:测序人类 基因组》的文章,这篇短文后来被称为人类基 因组计划的“标书”。
(一)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。 • 1996,完成标记密度为0.6cM的人类基因组遗传图谱,100kb 的物理图谱 • 2000,完成草图
四、基因组学的发展
(一)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。
(一)人类基因组计划
▲美国从70年代起启动了 “肿瘤计划”,但是, 不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。人 们渐渐认识到,包括癌症在内的各种人类疾病 都与基因直接或间接相关。测出基因的碱基序 列,Fra bibliotek是基因研究的基础。
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组蛋白修饰是一个关键事件
H3和H4组蛋白的乙酰化与活性的染色质相联系,而 其甲基化则与失活的染色质相关.
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• 3.组蛋白的其他修饰方式
相对而言,组蛋白的甲基化修饰方式是最稳定的,所以最适合作为 稳定的表观遗传信息。而乙酰化修饰具有较高的动态,另外还有其他 不稳定的修饰方式,如磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等 等。这些修饰更为灵活的影响染色质的结构与功能,通过多种修饰方 式的组合发挥其调控功能。所以有人称这些能被专识别的修饰信息为 组蛋白密码。这些组蛋白密码组合变化非常多,因此组蛋白共价修饰 可能是更为精细的基因表达方式。
• 根据着色的深浅染色质有常染色质和异染色质之分 • DNA:即脱氧核糖核酸,是一种长链聚合物,组成单位称为四种脱氧
核苷酸,也叫碱基。DNA是染色体的主要化学成分。DNA是一种分 子,可组成遗传指令,以引导生物发育与生命机能运作。带有遗传信 息的DNA片段称为基因。
常染色质与异染色质
• 1. 常染色质:基因表 达活跃的区域,染色 体结构较为疏松
染色质和DNA修饰
主要内容
• 1、染色质,DNA的概念 • 2、组蛋白修饰种类及对基因表达的影响 • 3、DNA修饰种类及对表达的影响 • 4、染色质重构
回顾知识
• 染色质(chromatin)最早是1879年Flemming提出的用以描述核中 染色后强烈着色的物质。
• 现在认为染色质是细胞间期细胞核内能被碱性染料染色的物质。染色 质的基本化学成分为脱氧核糖核酸核蛋白,它是由DNA、组蛋白、非 组蛋白和少量RNA组成的复合物。
但应当注意的是,甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关。
• 2.乙酰化
• 组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上
,是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。组蛋白乙酰 化呈多样性,核小体上有多个位点可提供乙酰化位点,但特定基因部 位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进 行。
• 异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化,
• 常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。
• 最近有研究发现,某些HAT复合物含有一些常见的转录因子,某些 HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与 激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法。
• 组蛋白乙酰化增强基因转录机制
• 1)乙酰化转录因子,使之与DNA结合能力增强; • 2)转录因子活化的结构域招募HATs复合物; • 3)HAT复合物的乙酰化组蛋白,打开染色质; • 4)转录激活; • 5)HATs复合物中共激活因子被乙酰化修饰; • 6)HATs复合物乙酰化之后离开,转录激活消失。
组蛋白乙酰化
组蛋白的乙酰化在两种环境下发生
·组蛋白乙酰化在DNA复制过程中短暂发生.
· 组蛋白乙酰化与激活基因表达相关.
1加与DNA的排斥 力,以及通过相互作用蛋白的影响,来调节基因转录。早期对染色质 及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出:
组蛋白甲基化对基因表达的影响
研究表明:组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记,精氨酸甲
基化与基因激活相关,而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相 关。
相反,赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例 如,
(1)与基因激活相关的赖氨酸残基甲基化:H3第4位、第36位、第79位 。
(2)与基因沉默相关的赖氨酸残基甲基化:H3第9位、第27位以及H4的 第20位。
• 另外,研究发现H2B的泛素化可以影响H3K4和H3K79的甲基化,这 也提示了各种修饰间也存在着相互的关系。
组蛋白共价修饰的功能
• 基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等
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4 组蛋白修饰与基因调控
基因表达是一个受多因素调控的复杂过程.组蛋白是染 色体基本结构-核小体中的重要组成部分,其N-末端氨基酸 残基可发生乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、多聚ADP 糖基化等多种共价修饰作用.
• 染色质中的组蛋白和DNA成分是最主要的化学修饰底物。
一 组蛋白的化学修饰
组蛋白化学修饰发生在组蛋白N端尾部,尤其是组蛋白H3和H4的修饰 起始了染色质结构的变化。组蛋白尾部由20个氨基酸组成,并且从 DNA转弯处的核小体间延伸出来。
acK: acetyl-Lys; meR: methyl-Arg. meK: methyl-Lys;
• 2. 异染色质:基因表 达沉默的区域,染色 体结构致密
核小体
常染色质
异染色质
4
常规的染色质修饰
• 染色质化学修饰的类型
• 染色质化学修饰是指对染色质的组成成分,如DNA、RNA、组蛋白、 非组蛋白进行化学基团的添加或去除的反应过程。
• 常见的染色质化学修饰方式有:甲基化-去甲基化,乙酰化-去乙酰, 磷酸化去磷酸。除此之外,还包括泛素化ADP-核糖基化和二硫键形成 等修饰方式。染色质中的组蛋白和DNA成分是最主要的化学修饰底物 。目前,已在细胞中发现了一系列的染色质修饰酶类,这些酶不仅具 有高度的位点特异性,而且对底物原有的修饰状态也有选择性。组蛋 白的化学修饰位点通常位于其N-端或C-端尾区,极少数情况下(如 H3-K79)位于内部;有些位点可发生双修饰反应;相邻位点的磷酸 化修饰与甲基化修饰可能相互干扰
大多数组蛋白上的修饰位点被单一的, 特异的修饰, 但 一些位点可以多于一个位点的修饰. 个别功能与一些位点 的修饰直接相关.
PS: phospho-Ser. uK: ubiquitinated Lys
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组蛋白的修饰
• 1、甲基化 组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶
(histonemethyl transferase,HMT)完成的。甲基化可发 生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上,而且赖氨酸残基能 够发生单、双、三甲基化,而精氨酸残基能够单、双甲基 化,这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调 节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸(Lys) 、精氨酸(Arg)的侧链N原子上。 * Lys甲基化常发生在:组蛋白H3的第4、9、27和36位, H4的第20位。 * Arg甲基化常发生在:组蛋白H3的第2、l7、26位及H4的 第3位。