第6章基因组-58页文档资料
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1“基因组学”精要第1 章基因组学概论1)基因组学：研究基因组结构和功能的科学，其内容包括基因的结构、组成、存在方式、表达调控模式、基因功能和相互作用等2)结构基因组学：以全基因组测序为目的的基因结构研究，通过基因组作图、核酸序列分析来确定基因组成、基因定位的科学。
其目的是建立高分辨率的遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱。
3)功能基因组学：利用结构基因组学提供的信息，以高通量，大规模的实验方法及统计与计算机分析为特征，全面系统地分析全部基因功能学科。
2) 简述基因组学研究的意义？基因组学已经成为现代生命科学的核心领域，催生了许多新兴的生命科学的分支学科与交叉学科，如功能基因组学、进化基因组学等；基因组结构域功能的解读可为医学、健康、农业、林业、畜牧业与医药工业的发展和技术创新提供理论依据•基因组学的研究涉及众多领域，尤其是在人类疾病基因的研究，发挥了十分重要的作用。
•疾病的遗传学基础；•对于致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究中占据着核心的位置；•对疾病的预防、诊断、治疗都有重要意义。
第2 章遗传图绘制4)遗传作图：采用遗传学分析方法（杂交实验和家系分析），将基因或其他DNA顺序标定在连锁群上，构建连锁图。
遗传图距单位为厘摩（cM），每厘摩定义为1%交换率。
5)物理作图：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。
4) 简述构建遗传图谱的基本原理？基因连锁、重组交换值5) 为何要绘制遗传图与物理图？●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。
●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。
●遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。
6)简述DNA 标记的类型及其特点？1、限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphisms, RFLP）特点：1) 处于染色体上的位置相对固定;2) 同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变，即能遗传;3) 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段, 表现为共显性，即能区分纯合和杂合型。
基因工程专题知识讲座
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第6页 目 录
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基因工程专题知识讲座
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5´ 内切酶 3´
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(recBCD)
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5´ 分支迁移 3´
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内切酶
(recBCD)
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DNA侵扰 (recA)
基因工程专题知识讲座
第3页 目 录
一、同源重组
发生在同源序列间重组称为同源重组 (homologous recombination)，又称基础重组。 是最基础DNA重组方式，经过链断裂和再连 接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或 双链片段交换。
以E.coli同源重组为例，了解同源重组机 制Holliday模型。
3´
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DNA 5´
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5´ 连接酶 3´
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Holiday中间体
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Holiday中间体
内切酶
(ruvC)
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DNA
连接酶 3´
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5´ 3´ 基因工程专题知识讲座
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第1页
第一节
基因组学ppt课件
编辑课件
6
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。
编辑课件
7
人类染色体核型
编辑课件
8
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.
编辑课件
11
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.
编辑课件
12
MAR
的 分 离
编辑课件
13
（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
编辑课件
基因组的结构
二十世纪的三大计划
癌症研究的转折点-----人类基因组的全序列 分析
Dulbecco R
Science 1986
回顾了70年代以来癌症研究的 进展，使人们认识到包括癌症在人类 疾病的发生，都与基因直接、间接有 关；同时指出，要么仍处在零打碎敲 的方法研究，要么从整体上研究和分 析整个人类基因组及其序列。这一计 划的意义，可以与征服宇宙的计划媲 美。这样的工作是任何一个实验室难 以单独承担的项目。这个世界所发生 的一切事情，都与这一人类的DNA序 列息息相关
人类基因组计划大事记
• 2000年4月 • 2000年5月 • 2000年6月26日 • 2002年10月29日 中国科学家按照国际人类基因组计 德国和日本等国科学家组成的科研 Celera公司宣布完成人类基 由美、英、中、日、加等五 划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图
小组基本完成了人体第21对染色体的测序工作。 因组测序工作，进入功能基因组学时代 国合作进行国际遗传变异图谱计划
2、可变数目串联重复序列
• Variable number tandem repeat， VNTR． 又称小卫星DNA (minisatellite DNA) • 短重复单位(6-70bp)串联重复(6-100次以上)， 核心序列：GGT GGG 。 • VNTR多态性—分子标记—DNA指纹图 （fingerprint）
基因组学与人类基因组计划
• 基因组学（genomics）： • 结构基因组学（structural genomics） • 功能基因组学（functional genomics）
• 蛋白质组（proteome）、蛋白质组学 （proteomics） • 人类基因组计划（human genome project, HGP）
分子生物学--基因与基因组课件
2、物理图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ:
以特异DNA序列为界标所展示的染色体图,它能反映生物 基因组中基因或标记间的实际距离,图上界标之间的距离是以 物理长度即核苷酸对数如bp、kb、Mb等来表示的。这些特 定的DNA序列可以是多态的,如RFLPs,但主要是非多态的如 STS、STR、EST和特定的基因序列等。
作图的基本方法:
1、家系分析定位
通过分析、统计家系中有关性状的连锁 情况和重组率而进行基因定位的方法。
有用的遗传标记: 取材方便 按孟德尔方式遗传 多态性标记位点
多态性：在一个群体中，某遗传特性存在若干种类型。
家
系性
分连
析
锁 分
定析
位
外祖父法
深绿代表红绿色盲患者,浅绿代表红 绿色盲基因携带者,黄色代表正常
家常
细胞融合技术
体
鼠细胞
人细胞
细
胞
杂
交
定
位
含全套鼠染色体 , 人 1号染色体,肽酶C
3、核酸分子杂交定位
• 应用已知的核酸探针与待定位的DNA序列进行杂交 对基因进行定位的方法 •具有互补序列两条单链核酸分子在一定条件下 按碱基互补配对原则退火形成双链的过程。 • 杂交的双方是待定位的核酸和已知核酸序列，已知 核酸序列称探针。
5’、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、 GCTTGACTATAAGACA、、、3’
3‘、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、 CGAACTGATATTCTGT、、、5‘
转录调控区
贮存RNA或蛋白质结构信息区 转录终止区
原核基因的结构特点
真核基因的结构特点
（二）基因作图的方法:
1、遗传图谱:
基因组学课件基因组
大肠杆菌
智人
拟南芥
热海栖热袍菌
Buchnerasp. APS 嗜酸热原体
Escherichia coli 家鼠
Homo sapiens 秀丽小杆线虫
Arabidopsis thaliana Thermotoga maritima
大白鼠
疏螺旋体-眼莱姆病
Thermoplasma acidophilum Mus musculus
大肠杆菌（Escherichia coli）
人类研究得最为详尽的模式生物 如：K12菌株，全基因组于1997年测定，长460万bp 长度1.6 m，单细胞原核生物，繁殖快
大肠杆菌及其全基因组
Escherichia coli K12
Escherichia coli O157:H7
基因组学课件基因组
模式生物(Model Organism) 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae, yeast）
Nature390:580,1997
Welcome Trust资助英、法科学家于 Sanger中心完成,1997, 12宣布 Science281,375,1998
Science 282:2012,1998
Science291,1304,2001 Nature408:796,2000
Science287,2185,2000
基因组大小与人类相近，约30亿个核苷酸对，有19条染色体 2002年
基因组学课件基因组
第1章 什么是基因组
所有生命都具有指令其生长与发育，维持 其结构与功能所必需的遗传信息，生物所 具有的携带遗传信息的遗传物质总和称为 基因组(genome) 基因组（genome）一词出现于80年前，基 因 组 学 (genomics) 则 是 由 美 国 科 学 家 Thomas Roderick在1986年提出的，是指对 所有基因进行基因组作图 (包括遗传图谱、 物理图谱、转录本图谱) ，核苷酸序列分 析，基因定位和基因功能分析的一门科学
基因组学 课件 6.基因组解剖
中英联合Biblioteka 验室5中英联合实验室
6
异染色质:碱性染料染色时着色较深的染色质组分
组成型异染色质:所有细胞中均有的一种持久性结构, 组成型异染色质:所有细胞中均有的一种持久性结构, 不含任何基因,总是保持致密的组成状态.除复制期以 不含任何基因,总是保持致密的组成状态. 在整个细胞周期均处于聚缩状态, 外,在整个细胞周期均处于聚缩状态,形成多个染色中 如着丝粒和端粒, 心 ,如着丝粒和端粒,Y染色体大部分区域 兼性异染色质:非持久性的异染色质, 兼性异染色质:非持久性的异染色质,在某些细胞类型 或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因 转录活性, 变为异染色质, 转录活性, 变为异染色质,异染色质化可能是关闭基因 活性的一种途径 异染色质结构紧密, 异染色质结构紧密,使控制基因表达的蛋白无法接近 指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 常染色质:指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质. 处于伸展状态, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质. 常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 中英联合实验室
中英联合实验室
4
带型( 带型(banding pattern): ): 某些染料与中期染色体特异 性结合使染色体不同部位产 生着色差异. 生着色差异. Q带:喹丫因染色 带 喹丫因染色 G带:温和蛋白酶处理后吉 带 温和蛋白酶处理后吉 姆萨染色 染色. 带图显示, 姆萨染色.右G带图显示, 带图显示 深着色区与浅着色区相间分 布,表明染色质的组成是非 均一性 R带:加热的碱性溶液处理 带
中英联合实验室
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中英联合实验室
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异染色质:碱性染料染色时着色较深的染色质组分
组成型异染色质:所有细胞中均有的一种持久性结构, 组成型异染色质:所有细胞中均有的一种持久性结构, 不含任何基因,总是保持致密的组成状态.除复制期以 不含任何基因,总是保持致密的组成状态. 在整个细胞周期均处于聚缩状态, 外,在整个细胞周期均处于聚缩状态,形成多个染色中 如着丝粒和端粒, 心 ,如着丝粒和端粒,Y染色体大部分区域 兼性异染色质:非持久性的异染色质, 兼性异染色质:非持久性的异染色质,在某些细胞类型 或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因 转录活性, 变为异染色质, 转录活性, 变为异染色质,异染色质化可能是关闭基因 活性的一种途径 异染色质结构紧密, 异染色质结构紧密,使控制基因表达的蛋白无法接近 指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 常染色质:指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质. 处于伸展状态, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质. 常染色质状态只是基因转录的必要条件而非充分条件 中英联合实验室
中英联合实验室
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带型( 带型(banding pattern): ): 某些染料与中期染色体特异 性结合使染色体不同部位产 生着色差异. 生着色差异. Q带:喹丫因染色 带 喹丫因染色 G带:温和蛋白酶处理后吉 带 温和蛋白酶处理后吉 姆萨染色 染色. 带图显示, 姆萨染色.右G带图显示, 带图显示 深着色区与浅着色区相间分 布,表明染色质的组成是非 均一性 R带:加热的碱性溶液处理 带
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基因基因组及基因组学ppt课件
42
遗传图与物理图的整合
有些标记既是遗传标记，又是物理标 记，如RFLP标记、SSR标记和某些基 因序列
借助这些标记可以将遗传图和物理图 整合起来
43
序列图谱（分子水平的物理图谱）
以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图 谱。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转 录序列、调节序列和功能未知序列的总和。
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
19
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 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
20
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 随着分子生物学的发展，相继建立 了RFLP、TRS、SNP等多种分子遗传标记检 测技术，开创了遗传标记研究的新阶段。 优点：
用于确定各遗传标记间的物理距离有两种物理图谱：
（1）以已定位的DNA序列标记位点（STS）为位标，以DNA实际长 度为图谱距离的基因组图谱。
（2）由YAC和/或细菌人工染色体（BAC）连续克隆重叠群组成的 物理图谱。
36
物理作图的方法
1、限制酶作图 2、依靠克隆的基因组作图 3、荧光原位杂交 4、序列标签位点作图
16
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。
数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
17
伯乐相马
按图索骥
18
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
遗传图与物理图的整合
有些标记既是遗传标记，又是物理标 记，如RFLP标记、SSR标记和某些基 因序列
借助这些标记可以将遗传图和物理图 整合起来
43
序列图谱（分子水平的物理图谱）
以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图 谱。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转 录序列、调节序列和功能未知序列的总和。
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
19
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 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
20
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 随着分子生物学的发展，相继建立 了RFLP、TRS、SNP等多种分子遗传标记检 测技术，开创了遗传标记研究的新阶段。 优点：
用于确定各遗传标记间的物理距离有两种物理图谱：
（1）以已定位的DNA序列标记位点（STS）为位标，以DNA实际长 度为图谱距离的基因组图谱。
（2）由YAC和/或细菌人工染色体（BAC）连续克隆重叠群组成的 物理图谱。
36
物理作图的方法
1、限制酶作图 2、依靠克隆的基因组作图 3、荧光原位杂交 4、序列标签位点作图
16
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。
数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
17
伯乐相马
按图索骥
18
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
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• SSLP simple sequence length polymorphism 简单序 列长度多态性 ，又称为VNTR variable number tandem repeat 数目可变的串联重复多态性
DNA序列的分类
• 基因序列和非基因序列 基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结 束的一段DNA序列，称为开放阅读框（open reading frame, ORF） 非基因序列：基因序列以外的DNA序列。
• 编码序列和非编码序 编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。 非编码序：内含子和基因的间隔序列。
分类最小基因组
支原体 细菌 酵母 霉菌 蠕虫 昆虫 鸟类 两栖类 哺乳类
0.58 X 106 2.8 X 106 3.0 X 107 5.5 X 107 1.1 X 108 0.5 X 109 0.2 X 1010 0.1 X 1010 2.8 X 1010
进化地位高，结构复杂的生
物的同类生物最小基因组比 较，符合进化程度越高，生 物基因组越大的规律。
区段内分离克隆所要的
基因，并进一步研究其
功能。
遗传标记， 染色体定位
mRNA cDNA
功能
蛋白质产物 生物学功能
定位克隆：通过遗传标记 ，先获得某一表型基因 在染色体上的定位 ，再在候选区域内选择已知基 因 ，进行致病突变的筛选 ，并获得cDNA及全基 因。
基本思路是通过连锁分析原理进行 基因定位。
主要方法： 家系调查法 体细胞杂交法 核酸杂交技术 等等
A-1型短指（趾）症法拉比（Farabee） 1903年在他的哈佛大学医学院博士毕业论 文中首先报道了，即世界上第一例孟德尔 常染色体显性遗传病，以后作为遗传学的 经典例子被全世界的生物学和遗传学教材 广泛引用。
贺林实验室利用布依族、苗族 和汉族的三个A-1型短指（趾）症大 家系，对该病的致病基因进行了精 确定位（位点定在2q35-36区）、克 隆，并首次发现了人IHH基因和该 基因上的三个突变位点是导致A-1型 短指（趾）症的直接原因。
2. 将DNA序列分析确定导 致疾病的分子缺陷。
绝大部分分子病、遗传性代谢缺陷（酶）病如白化病 （albinism）、苯丙酮尿症（phenylkeonuria， PKU）和 镰刀形细胞贫血病（sickle-cell disease）等，都是采取的 这一策略。
若多态标记与待定基因距离较远 ，则它们在 向子代传递时会发生自由分离 ，呈“连锁平衡” ；反之 ，则不发生自由分离 ，而呈现“共分离” 现象 ，即“连锁不平衡”。据此可在染色体上定 位与某一DNA标记相连锁的基因。
1. 将基因定位于染色体 2. 特定区段 2. 候选基因筛选鉴定
定位克隆的主要目的之一是将目标 基因定位于特定染色体上。
• 什么是基因？ • 基因在哪里？
寻找基因的思路：
基因定位
将基因定位于染色体上
基因克隆 有大到小，由粗到细，精细定位
基因分离
克隆目的基因片段
功能克隆
• 克隆（致病）基因的 一种策略。
疾病
性状 （疾病）
功能
蛋白质产 物（生物 学功能）
• 收集所要克隆的基因 的蛋白质产物及其功 能的信息，用以分离 基因，并对基因进行 定位。
种类 大肠杆菌 啤酒酵母 线虫 果蝇 蝗虫 小鼠 豌豆 玉米 小麦 人
基因组大小
Mb 4.64 12.1 100 140 5000 3300 4800 5000 17000 3000
C值悖论
• 生物体单倍体DNA总量称为 C值。 高等生物具有比低等生物更复杂的生命 活动，所以，理论上应该是它们的C值也 应该更高。但是事实上C值没有体现出与 物种进化程度相关的趋势。高等生物的C 值不一定就意味着它的C值高于比它低等 的生物。这种生物学上的DNA总量的比 较和矛盾，称为C值悖论。
染色体定 位
从氨基列
分析异常基因的产物（蛋白质）： 纯化蛋白质，弄清它是如何引起临床症状的有两 条不同的路线：
1. 进行氨基酸序列测定，据此推测可能的核苷酸序列，合成 寡核苷酸探针，然后用探针从cDNA或基因组中 筛选对应的编码基因；
• 单一序列和重复序列 单一序列： 基因组中只有一份的DNA序列。
重复序列：基因组中重复出现的序列。例 如，STR，SNP，微卫星DNA等。
模式生物
在某一类生物中选取一种或几种生物作为代表进行 重点研究, 以了解这一类生物的共性和特征
常用模式生物:
线虫, 果蝇, 斑马鱼, 小鼠, 拟南芥, 烟草, 水稻,
特点:
1. 直接以DNA形式表现，在生物体各发育阶段,各 组织பைடு நூலகம்可检测到。
2.数量多，遍及整个基因组。
3.多态性高，自然界存在许多等位突变，无需专门 创造特殊的遗传材料
4. 中性，不影响目标性状的表达，与不良性状无 必然连锁
5. 许多分子标记表现为共显性（codominance）, 能够鉴别出纯合基因型与杂 合基因型，提供完 整的遗传信息
血红蛋白病——镰刀形细胞贫血症 正常HbA四条多肽链（2条链，两条链）
定位克隆
疾病 疾病
• 又称为“逆向遗传学”， 始于20世纪80年代后期
• 利用遗传连锁或细胞学 定位技术将致病基因定
位于染色体的特定区带。
• 定位：通过连锁分析找
出与目的基因紧密连锁
的遗传标记在染色体上 基因
的位置。
序列
• 克隆：从定位的染色体 基因
分子遗传标记发展
RFLP restrict fragment length polymorphism
限制性片段长度多态性
SSLP simple sequence length polymorphism
简单序列长度多态性
SNP single nucleotide polymorphism
单核苷酸多态性
用遗传标记进行基因定位
形态标记 morphological markers 细胞标记 cytological markers 生化标记 biochemical markers 分子标记 molecular markers
分子遗传标记
在核酸分子水平，对具有相对差 异的等位基因DNA多态性的标记， 广泛存在于高等生物编码区和非编 码区，又称为DNA分子标记，是 DNA水平上遗传变异的直接反映。