植物基因组学(2018版)-蒋立希

电子显微镜下面染色体的外观
Confocal显微镜下面植物染色体的外 观
为什么要研究基因组？
1、基因组研究的目的是从全局上阐明一种生 物中所有遗传信息的组织和功能。
2、基因组研究的内容包括所有水平上遗传信 息的加工及基因和基因产物之间的相 互作用，以及基因组的比较和进化。
结构基因组学和功能基因组学
植物基因组学
Plant Genomics
浙江大学(农业与生物技术学院) 蒋立希教授
概述
基因组学的定义
基因组 —— 细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因区域。染色体 上的DNA、细胞器中的DNA。基因组中不同的区域具有不 同的功能，有些是编码蛋白质的结构基因，有些是复制或转 录的调控信号，有些区域的功能还不清楚。
结构基因组学：研究基因组的结构，是基因组 研究初始阶段的主要工作。最终目的是构建某 一个物种高分辨率的“遗传图”、“物理图”、 以及“转录本图谱”。某个物种最终的物理图 谱，是它的完整的DNA序列。
基因组图分别率
基因组图：细胞学图、遗传图、物理图、序列图， 分辨率逐级提高
基因组学
结构基因组学
功能基因组学
1、全局性（Overall, genome-wide）：以整个基因组为研究对象， 而非具体到单个特定的基因。 2、高效性（High-throughput）：研究方法是平行的、高通量的， 一次试验可产生大量的数据。 3、综合性：需要多学科的合作，包括生物学、化学、统计学、 机械技术、电子技术、信息技术等。 4、先进性：将现有各种最先进的技术应用到极至，同时也推动 了各种技术的高速发展。
物种之间基因组大小的差别
爬行
软骨质的鱼 棘皮类 甲壳类 软体动物
支原体
1 kb
10 kb 100 kb 1 Mb 10 Mb 100 Mb
1 Gb 10 Gb 100 Gb
部分植物基因组大小之比较
基因组序列的重复性
在一种生物类别中，基因的数目其实并不相差太大 ，而基因组的大小的差别却有100倍之多。例如，在 开花的植物之中，基因数目在3-5万个之间，而基因 组的大小却相差巨大，拟南芥的基因组是小麦的百分 之一。因为在大型的基因组中存在着大量的重复区域 。
DNA双链退火重合 所需时间越长，C值 越高
基因组的大小 – C0T1/2
C0T1/2 =“DNA 浓度”与“双链退火复合所需时间一半”的乘积， 这个乘积直接与基因组内DNA的数量相关。
物理参数与实测碱基对数目间的相关性
物种之间基因组大小的差别
物种间基因组的大小差别巨大，从病毒基因组的 5x103 bp到植物的103 Mb。在哺乳动物之中，最大的 基因组只是最小的基因组的两倍；而在植物界，物种之 间基因组的大小差异达100倍之多。
卫星
串联重复
小结
1、原核生物与真核生物的基因组大小相差极大。 2、在同一类生物之中，不同物种基因的数目相差并 不大，但基因组的大小差别却可以达到100倍之巨。 3、基因组的越大，重复序列的比例也越高。 4、越是高等生物，单个基因平均内含子与外显子的 数目也就越多。
Genome-wide analysis of gene expression
基因连锁分析 分子细胞学 物理作图 EST 测序
全基因组测序 全基因组的结构
基因的表达 正向遗传学 反向遗传学 生物信息学 比较基因组学 蛋白质组学
等等来自百度文库
基因组研究的特点
基因组研究是基因组学的核心内容。或者说，基因组学其实就 是基因组研究。基因组学是高效的遗传学。与传统的遗传学比较，基 因组学具有全局性、高效性、综合性和先进性的特点。
2、外显子(Extron)：一个基因的编码区域。
不同物种基因外显子数目统计
三个物种基因内含子数目统计
酵母
果蝇
染色体上重复序列的位置
异染色质
常染色质
常染色质
异染色质
串联重复DNA微卫 星
串联重复
内含子、外显子、LINEs、 SINEs、微卫星与mini微
卫星
内含子、外显子、LINEs、 SINEs、微卫星与mini微
基因组的大小
基因组的大小：指的是物种单倍体基因组的大小。即 便是同一个物种，它不同的细胞，所携带的染色体倍 数是不同的：性细胞的染色体组数目是体细胞的一半。 基因组的大小可以通过C值来表示，C值的大小通过 DNA双链解开与复合的速率来测算。
基因组的大小 – C Value
基因组越大，DNA重 复序列越多
真核生物与原核生物基因组的区别
基因组 染色体 着丝粒 染色体 基因组 重复
大小
端 结构 序列
真核生物 大 多条 有 线状
有 基因排列
高
松散 被内
含子间隔
原核生物
小 单染色 无 体环状
无 基因排列 没有或
紧密无内 含子
很低
真核生物与原核生物基因组的一些例子
裂殖酵母 支 原 体
布 鲁 氏 科 寄 生 菌
基因组学—— 研究基因组的一门学问。“基因组学”这个词最早于 1986年由美国科学家Thomas Roderick提出，是一门关于 基因组图、测序和基因组分析的科学。这门科学还在迅速发 展之中，但侧重点已经从当初的作图与测序，到基因组功能 的研究。为了反映这个转变，基因组分析可以分成“结构基 因组学”与“功能基因组学”两个大部分。
一些物种基因组内不同序列类别的比例
斑马鱼
鼠
蛙
DNA重复序列
DNA重复序列：指在基因组中，超过一个拷贝的重复序列。 串联重复序列(Tandem repeats)：指在基因组中，前后相连 的重复序列。
分散的重复序列(Dispersed repeats)：指分散在基因组不同 区域的重复序列。
两种分散的DNA重复序列
SINES(Short Interspersed Elements)：片断小于 500 bp，重复次数在100,000-1000,000
LINES(Long Interspersed Elements): 片 断 大 于 5KB,重复次数10000次以上。
内含子与外显子
1、内含子(Intron): 不翻译成蛋白质的DNA序列 片断。最早在1977年的时候，鸡的蛋白清，以 及兔子、老鼠的血色素蛋白中发现。在原核生物 与低等的真核生物（如酵母）中，很少有内含子 。
第一讲 基因的表达及全基因 组基因表达研究
1.1 何谓基因的表达 1.2 如何分析单个基因的表达 1.3 如何在全基因组水平上研究基因的表达