基因组学第13章
基因组学杨金水电子版 基因工程 电子版
基因组学杨金水电子版基因工程电子版导读：就爱阅读网友为您分享以下“基因工程电子版”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对的支持! 作者：吴乃虎出版社：高等教育出版社第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系二、基因工程的诞生与发展第二节基因工程是生物科学发展的必然产物一、基因是基因重组的物质基础二、DNA的结构和功能三、基因操作技术的发展促进基因工程的诞生和发展四、基因工程的内容第三节基因的结构——基因操作的理论基础一、基因的结构组成对基因操作的影响二、基因克隆的通用策略第一篇基因操作原理第二章分子克隆工具酶第一节限制性内切酶一、限制与修饰二、限制酶识别的序列三、限制酶产生的末端四、DNA末端长度对限制酶切割的影响五、位点偏爱六、酶切反应条件七、星星活性八、单链DNA的切割九、酶切位点的引入十、影响酶活性的因素十一、酶切位点在基因组中分布的不均一性第二节甲基化酶一、甲基化酶的种类二、依赖于甲基化的限制系统三、甲基化对限制酶切的影响第三节DNA聚合酶一、大肠杆菌DNA聚合酶二、KIenow DNA聚合酶三、T4噬菌体DNA聚合酶四、T7噬菌体DNA聚合酶五、耐热DNA聚合酶六、反转录酶七、末端转移酶第四节其他分子克隆工具酶一、依赖于DNA的RNA聚合酶二、连接酶三、T4多核苷酸激酶四、碱性磷酸酶五、核酸酶六、核酸酶抑制剂七、琼脂糖酶八、DNA结合蛋白九、其他酶第三章分子克隆载体第一节质粒载体一、质粒的基本特性二、标记基因三、质粒载体的种类第二节λ噬菌体载体一、λ噬菌体的分子生物学二、λ噬菌体载体的选择标记……第四章人工染色体载体第五章表达载体第六章基因操作中大分子的分离和分析第七章基因芯片技术第八章PCR技术及其应用第九章DNA序列分析第十章DNA诱变第十一章DNA文库的构建和目的基因的筛选第十二章基因组研究技术第二篇基因工程应用第十三章植物基因工程第十四章动物基因工程第十五章酵母基因工程第十六章细菌基因工程第十七章病毒基因工程第十八章医药基因工程第十九章基因工程产品的安全及其管理第一章基因工程概述第一节基因操作与基因工程一、基因操作与基因工程的关系基因操作（gene manipulation）：指对基因进行分离、分析、改造、检测、表达、重组和转移等操作的总称。
普通遗传学第十三章 基因组学
PubMed
Entrez
BLAST
OMIM
Books
TaxBrowser
Structure
Site Map Guide to NCBI resources About NCBI An introduction for researchers, educators and the public GenBank Sequence submission support and software Literature databases PubMed, OMIM, Books, and PubMed Central
Figure XU78-1第一个同源连锁群
二、物理图谱
由于遗传图谱的分辨率有限、精确性不 A 高，所以还要构建物理图谱
chal B glkl chal his4 SUP53 leu2 pgkl pgkl pet18 cryl MAT thr4 SUP61 pet18 Cryl MAT thr4 SUP61
四、基因组图谱的应用
1、基因组序列测定 2、基因定位 3、基因的克隆与分离 4、分子标记辅助选择 5、比较基因组研究
Derivation of genome trees from comparative analyses of complete genomes
第三节 生物信息学
1、生物信息学 (Bioinformatics) 采用计算机技术和信息论方法对蛋 白质及其核酸序列等多种生物信息 采集、加工、储存、传递、检索、 分析和解读，旨在掌握复杂生命现 象的形成模式和演化规律的科学。
植物基因组遗传图谱的构建:
P1 ×P2
选择亲本 P3 ×F1 产生构图群体 遗传标记的染色体定位 F2 三交群体 标记间的连锁分析
基因组学
名词解释：第一章基因组遗传图（连锁图）：指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。
单位是厘摩cM （基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率）。
物理图：以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，sequence-tagged site, STS）为“路标”，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。
转录图：以EST（expressed sequence tag ，表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。
EST：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5'或3'端序列称为表达序列标签（EST），一般长300-500 bp左右。
序列图（分子水平的物理图）：序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。
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。
基因：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。
基因组（genome）：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和。
基因组学（genomics）：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。
C值：单倍体基因组的DNA总量，一个特定种属具有特征C值C值矛盾（C value paradox）：指一个有机体的C值和其编码能力缺乏相关性。
单一序列：基因组中单拷贝的DNA序列。
重复序列：基因组中多拷贝的DNA序列。
复杂性（complexity）：基因组中不同序列的DNA总长。
高度重复序列（highly repetitive sequence）：重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对（base pair，bp）之间（一般不超过200 bp），串联重复频率很高（可达106以上），高度重复后形成的这类重复顺序称为高度重复顺序。
中度重复序列（intermediate repetitive sequence ）：重复长度300～7000 bp不等，重复次数在102～105左右。
第十三章 基因组学
一、名词解释（本大题共8小题，共16分）1. 基因组2. 后人类基因组计划3. 蛋白质组学4. 基因的差异表达5. 生物信息学6. 基因组学7. 人类基因组计划8. 遗传图谱二、填空题（本大题共2小题，共2分）9. 基因组学可分为两部分内容，包括和。
前者主要建立、和等图谱；后者确定并分析基因组的。
10. 构建完整物理图谱的基本要素、、、。
三、判断题（本大题共2小题，共2分）11. 物理图谱是按实际的物理位置（真实位置）进行排序所构建的图谱，是在DNA分子水平上描述染色体中界标间顺序和距离的图谱。
12. 在人类基因组多样性计划中研究线粒体DNA(mtDNA)的目的是追溯母系的起源和进化。
四、论述题（本大题共2小题，共14分）13. 你认为人类基因组计划的重要意义是什么?14. 遗传图谱与物理图谱的关系是什么？五、简答题（本大题共2小题，共10分）15. DNA分子标记与形态标记和同工酶标记相比具有什么样的优点？16. 依据对DNA多态性的检测手段，DNA分子标记可分为几大类？一、名词解释（本大题共8小题，共16分）1. 基因组：指一个生物体、细胞器或病毒的全部基因总和或全部遗传信息总和。
2. 后人类基因组计划：以构建基因表达图谱，研究基因表达、基因调控和基因功能以及人类基因组计划外延目标为主要内容的人类基因组计划称为后基因组计划。
3. 蛋白质组学：是在整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的新兴学科。
4. 基因的差异表达：生物体在不同发育阶段、不同生理状态下、不同类型细胞或组织中的结构与功能的变化差异，归根结底是基因在时间与空间上的选择性表达差异，即为基因的差异表达。
5. 生物信息学：把基因组DNA序列信息分析作为源头，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言，找到代表蛋白质和RNA基因的编码区，发现蛋白质空间结构,并进行模拟和预测，依据特定的蛋白质功能进行必要的药物设计的交叉学科。
6. 基因组学：以基因组分析为手段，研究基因组的结构组成、时空表达模式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能进化信息的一门学科。
遗传学课件13第十三章基因组学
2、细胞学标记
指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。
（1）染色体结构特征
核型特征：指染色体的长度、着丝点的位置和随体 有无等，由此可以反映染色体的缺失、重复、倒 位和易位等遗传变异；
带型特征：指染色体经特殊染色后，带的颜色深浅、 宽窄和位置顺序等。
（2）染色体数量特征：指细胞中染色体数目的多 少，包括整倍体和非整倍体变异，前者如多倍体， 后者如缺体、单体、三体、端着丝点染色体等。
表13-1 不同生物基因组大小
生物
T4噬菌体 T4 phage 大肠杆菌 Escherichia coli 酵母 Sccharomyces cereviside 拟南芥 Arabidopsis thaliana 线虫 Caenorhbditis elegans
果蝇 Drosophila melanogaster
原核生物细胞的基因数目比真核生物少得多。原核生物基因 组比低等真核生物基因组更为紧凑，基因组中一般不存在 内含子。所有基因的编码顺序都是连续的。除古细菌中的 一些种属外，原核生物基因组中一般都没有断裂基因，而
且基因组中重复顺序极少。
水稻是第一个完成基因组全序列测定的农作物，其基因 组精细物理图于2005年完成，全部核基因组含有12条染 色体，总长约389Mb，比双子叶植物拟南芥基因组约大 260Mb。其中1号染色体最大为43.2Mb，10号染色体最小 仅有22.6Mb（图13-1）。全基因组预测约含有4万个基 因。除核基因组外，水稻还有大小为491kb的双链闭环 线粒体基因组和134.5kb的叶绿体基因组。
（二） 其他生物基因组
1、原核生物基因组 大肠杆菌在原核生物的基因定位、分离、结构和功
能及表达调控等方面曾起到重要作用，是最早启 动基因组测序的原核生物之一。1997年完成了 K12菌株基因组的全序列测定，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。
分子生物学-13-原核基因表达调控-1-概念分类
突触囊泡 召集
nd run
外吐
内吞
a: kiss and stay b: kiss and run c: clathrin-coated
Kiss and run
• Synaptotagmin-1 interacts with phospholipids in a calcium-dependent manner, as well as with syntaxin-1 and SNAREs, and Südhof established a role for synaptotagmin-1 as a calcium sensor for rapid synaptic fusion
基因转录激活调节“三要素”
1、特异DNA序列 原核生物的操纵子 真核生物的顺式作用元件
2、调节蛋白 是调节基因转录的蛋白因子，如原核生物的阻遏 蛋白和CAP蛋白（降解物基因活化蛋白）、 真核生物的基本转录因子和特异转录因子等即反 式作用因子。
3、 RNA聚合酶
真核和原核细胞中的顺式作用元件
• 在原核生物中，大多数基因表达通过操 纵子模型进行调控，其顺式作用元件主 要由启动子、操纵子和调节基因组成。
7.0 基因表达调控相关的概念或观点
物种
遗传信息
DNA分子
生长
发育
分化 细胞
组织
规律
时空顺序
受精卵 关闭
基因表达 开启
活化状态
调控
功能基因组学
关闭状态
调控机制
• 人类基因组DNA中约含3.5万个基因，但 在某一特定时期，只有少数的基因处于 转录激活状态，其余大多数基因则处于 静息状态。
• 在大部分情况下，处于转录激活状态的 基因仅占5%。
第十三群体遗传与进化第十三群体遗传PPT课件
第23页/共44页
2.育种选择可把某些性状选留下来，使这些性状的基因型频率增加，基因频率朝某一方 向改变：
①.淘汰显性性状可以迅速改变基因频率：
只需自交一代，选留具隐性性状的个体即可成功。
例如：
红花 × 白花 ↓
红花
↓ 红花3/4 : 白花1/4
淘汰红花植株、选留白花迅速消除群体中的红花。
红花基因频率为0，白花基因频率升至1。
第13页/共44页
下一代的三个基因型频率分别为
A1A1
A1A2
A2A2
P11= p12, P12=2 p1p2, P22= p22
这三个基因型频率是和上一代频率完全一样。
， 就这对基因而言 群体已经达到平衡 。
第14页/共44页
4．定律要点：
①.在随机交配的大群体中，如果没有其它因素干扰， ； 则 各 代 基 因 频 率 能 保 持 不 变
2．引起遗传漂变的原因：
∵ 在一个大群体中，如果不产生突变，则根据哈德－ 魏伯格定律，不同基因型的频率将会维持平衡状态； 在一个小群体中，∵一个小群体与其它群体相隔离，
不能充分地随机交配∴在小群体内基因不能达到完 全
自由分离和组合，使基因频率容易产生偏差。但这种 偏
差不是由于突变、选择等因素引起的。
D
D
T
新
类型突变 第28页/共44页
和
自
然
选
择
的
结
果
。
三、遗传漂变(genetic drift )
• 亦称随机遗传漂变
1．概念：
一个小群体内，每代从基因库中抽样形成下一
代个体的配子时，就会产生较大误差，由这种误差
引起群体基因频率的偶然变化，叫做遗传漂变。
生物化学第13章DNA的生物合成
DNA聚合酶催化子链的延伸，合成新的DNA链。
终止
DNA复制到达终止信号后，复制过程结束。
DNA复制的调控
调节因子
DNA复制受到多种调节因 子的影响，如细胞周期蛋 白、抑癌基因等。
适应性调节
DNA复制适应环境变化， 如营养状况、细胞应激等。
细胞周期调控
DNA复制与细胞周期密切 相关，受到细胞周期蛋白 激酶的调节。
02
DNA的复制
DNA复制的概述
01
02
03
定义
DNA复制是指DNA双链 在细胞分裂前被复制的过 程，是生命延续的基础。
特点
DNA复制具有高保真性、 半保留性和半连续性等特 点。
意义
DNA复制保证了遗传信息 的准确传递，维复制的过程
起始
DNA复制起始于特定的起始点，需要多种蛋白质 因子的参与。
基因克隆与基因组学
基因克隆
通过DNA合成技术，科学家可以人工合成特定的基因片段， 并将其插入到生物体的基因组中，实现基因的克隆和表达。 这一技术广泛应用于基因功能研究和生物制药等领域。
基因组学
基因组学是研究生物体基因组的学科。控机制，为疾病诊断和治疗提供依据。
DNA的生物合成
• DNA生物合成的概述 • DNA的复制 • DNA的修复 • DNA的重组 • DNA合成的应用
01
DNA生物合成的概述
DNA生物合成的定义
DNA生物合成是指将脱氧核糖核苷 酸按照特定的顺序组装成DNA分子 的过程。
DNA生物合成是生命体系中遗传信息 的复制和传递的基础，对于维持生物 体的遗传稳定性和生长发育至关重要 。
THANKS
感谢观看
合成生物学与基因合成
基因组
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。
生物信息学第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库
第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库ACEDB的一般特点背景ACEDB(一种线虫C.elegans数据库)是一种被广泛应用的管理和提供基因组数据的工具组。
它是在1991年由Richard Durbin和Jean Thierry-Mieg首先提供的，他们发展它来支持和整理C.elegans领域中的大范围序列和物理图谱的工作。
在本章结尾所列出的因特网资源和资料中可见1和2条。
后续的程序由Durbin和Thierry-Mieg编制和完善，还有许多其他人参与了代码的编制。
这一时期，ACEDB 适用于许多动物和植物的基因组计划[3]。
软件对于“非基因组”信息的计划仍然有效，诸如，民族植物学的数据、基因命名法、具体的文献等[4，5]。
准确估计基于ACEDB资源的出版物很困难，1997年春的保守估计[3]是25-30种。
ACEDB由于它的一些特性而流行起来。
该软件是免费的，并且可运行在Unix和Macintosh OS系统下，Windows版本马上就会推出。
数据库以丰富的图形界面提供信息，包括有具体显示的基因图谱，物理图谱，新陈代谢的途径和序列等。
界面依靠相关信息的超级文本连接，并可由鼠标方便的完成操作。
数据用流行的对象的形式进行组织，使用大家熟悉的类别如，相关的文献，基因，描述，和克隆的DNA等。
也许最重要的是,ACEDB能很容易的由于新信息而被重新设定.简单的图解语言和快速数据装载的周期使ACEDB适合一个”废弃(throwaway)”数据库的建立,他可用于专用的数据分析,还可用于许多永久性数据的采集,而且使用者不需要经过专门的计算机和数据库的训练就可以使用ACEDB。
对于资源有限的计划，这往往是决定使用ACEDB的关键因素。
本章主要把ACEDB作为序列数据的管理工具来介绍，而不是当作一种提供数据的方法。
这里并不是把ACEDB的每一部分都专门的介绍，而是主要集中在：ACEDB 的早期的数据采集的作用，和主要面向内部使用者的注释的过程。
遗传学第十三章 基因组学
由于SNPs数目大，可用寡聚核苷酸分子杂交法 直接检测，例如，利用DNA芯片技术将不同寡 聚核苷酸固定在芯片上，标记待测DNA，一次 就可测得很多SNPs标记。也可用特异等位基因 动力学杂交方法（dynamic allele-specific hybridization, DASH）检测。这种方法是利 用液体杂交法检测，即在酶标偶联反应 （ELISA）板的96个孔中进行杂交，再用一种 只与双链DNA结合的荧光染料检测。
2019/8/2 21
（2）DNA标记。
基因是非常有用的标记，但并不十分理想。在 高等真核生物中，根据基因绘制的遗传图谱都 不太详细，每个标记之间相距很远。例如，经 过半个多世纪的研究，到1985年，水稻基因组 的遗传图谱也仅具有119个基因。另外对于一 些复等位基因位点，也很难全部鉴定标记出来。 因此遗传图谱构建中还需要其他标记。DNA可 作为构建遗传图谱的标记，可有以下3种类型。
2019/8/2 12
例如当DNA片段数为n时，各片段之间可 能 的 重 复 数 将 达 到 2n2-2n 。 。 另 外 ， 若 基因组中含有相同或相似的重复序列， 在构建、装配连续DNA分子时就容易出现 错误，会将来源不同区段的DNA片段连接 在一起。因此，仅用鸟枪射击法不适用 于大基因组序列测定。
2019/8/2 34
最后，将5264个标记定位在2335个位点， 因为其中有些标记相距很近而作为一个 位点，所以位点数小于标记数目。据此 构建的人类基因组遗传图谱的密度为每 个标记599kb。这个图谱密度比预期的每 个标记1000kb要好得多。
2019/8/2 22
①限制性内切酶多型性：若在“基因工 程”一节所述，限制性内切酶能识别饿 切割特异核苷酸序列，DNA序列能或不 能被某一酶酶切，实际上相当于一对等 位基因的差异。
第13章 基因与基因组宋潇达
2. 基因的生物学定义
等位基因（allele）：一对同源染色体在同一基因 座上的一对基因。 （基因座：基因在染色体上的特定位置）
Law of linkage and crossing-over
基因既是携带生物体遗传信息的结构单位，又是控制 一个特定性状的功能单位，而且也是一个突变单位和 交换单位。
依 据 重 复 序 列 的 长 度 可 分 为 短 分 散 片 段 (short interspersed repeated segments，SINES)和长分散片段 (long interspersed repeated segments，LINES)两种类型。
（1）短分散片段
平均长度约300bp(<500bp) 拷贝数可达10万左右，如Alu家族，Hinf家族
结构基因组学的主要任务是通过人类基因组作图和 大规模DNA测序等，揭示人类基因组的全部DNA序列 及其组成。
功能基因组学也被称为后基因组学（postgenomics）， 它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展并应 用新的实验手段，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 质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行的系统 研究。
3. 质粒类型
① 抗性质粒 (Resistance (R) plasmids) 通常是一些抗生素抗性基因，如KanR，AmpR等。
② 致育因子 (Fertility (F) plasmids) 通过接合在供体和受体间传递遗传物质。 F因子：可以合成和装配性纤毛； 重组区：有多个插入序列 复制区：ori V和ori T
染色体（chromosome）：是染色质在细胞分裂期呈现 出的棒状结构。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文昌鱼的基因组 分析对脊椎动物 进化的启示
对文昌鱼基因组的最新分析表明 ，5.5亿年以来进化进程中脊椎动 物比原始祖先的基因组多出四倍 的拷贝量。将人类的23个染色体 与文昌鱼的19个同源色体进行对 比分析发现，两个基因组有17个 共同的祖先留下的片段。因此， 可以肯定的说，在5.5亿年前，人 类和文昌鱼共同的祖先有17个 同 源染色体。祖先的17个同源染色 体上每一个的基因在脊椎动物的 进化过程中增加了拷贝量，变为 二倍体，而大部分的常规的“管家 基因”都失去了拷贝份。某些基因 的拷贝量的增加使得脊椎动物获 得更多的新功能并进化形成我们 所知的脊椎动物
确证脊椎动物基因组的2R假说
2R假说认为，在无颌类脊椎动物（jawless vertebrate）出现之前和出现之后分别出现过 一次全基因组的加倍，即脊椎动物有过两次全 基因组加倍. Genome Research 11:667–670 , 2001 2008年6月完成文昌鱼的基因组序列测序.对文昌 鱼和脊椎动物基因组中保留下来的17个先祖脊 索动物连锁群进行染色体虚拟重建. 结果证实 在有颌类脊椎动物演化过程中, 确实发生了两 轮整基因组复制现象。 2R假说是正确的. Nature 453, 1064-1071, 2008
真核细胞起源的假说
目前有三种关于真核细胞起源的假说: 1) 共生假说: 古细菌进入真细菌彼此互助, 随后古细菌形成细胞核, 真细菌成为细 胞器. 2) 直生假说: 存在含有核膜的细菌, 真核 细胞为独立起源. 3) 病毒假说: 病毒侵入促使了真核生物的 形成.
引自 Science 305:766, 2004
RNA世界的特征
1）具有催化活性的RNA分子称为核酶（ribozyme）； 2）核酶催化的生化反应包括： 自我剪接 内含子I型，II型和III型RNA分子具有的功能. 催化切断其它RNA 在mRNA和rRNA的加工中U RNA 分子可催化切除内含子； 合成多肽键 这是rRNA分子的重要功能之一； 催化核苷酸的合成 在试管中合成的RNA分子已证明可 以完成合成核糖核苷酸、RNA的合成。 RNA催化活性的发现解决了以往关于先有多聚核苷酸还是 先有多肽链的两难困境，表明最初的生化系统整个地集中 在RNA。
2R假说
Susumu Ohno在 1970年首次提出 2R假说.他认为, 在脊椎动物进化 中, 曾经发生过 2次全基因组水 平的加倍. 比较 基因组顺序表 明, 无脊椎动物 基因成员在哺 乳动物35000个 基因中平均有 两个同源基因.
Bioessays. 2005 Sep;27(9):937-45
2) 3)
4)
由于发现具有催化功能的RNA, Thomas Cech 和 Sidney Altman 共享1992 诺贝尔化学奖.
体外 RNA分 子可以 催化 RNA复 制
See: Johnston et, Science 292: 13201325, 2001.
RNA World学说的奠基人
Altman的贡献是发现 RNase P, 一个由RNA分 子和蛋白质组成的酶, 催化大肠杆菌tRNA前体 的加工. 该酶的催化活 性是由RNA分子执行的. Thomas Cech首次发现 具有自我催化的RNA分 子, 四膜虫rRNA分子可 以自我剪切.
存 在 含 有 核 膜 细 胞 进 化
红藻(red algae)的细胞核可以象病毒一样在细胞间转移.
基因组进化的模式
基因组进化的模式: 加倍 重排 洗牌 不等交换 扩张与扩增 插入与缺失 转座因子的作用
基因与基因组进化的主要方式基因和基因组加倍
在基因组进化中现有基因的加倍是最重要 的方式之一，它们可经由以下途径发生： 1）整个基因组加倍； 2）单条或部分染色体加倍； 3）单个或成群基因加倍。
核酶:基因型和表型合为一体
核酶所具有的碱基顺序就是它的基因型, 它 的高级结构及其催化活性就是它的表型.
RNA世界假说的不足
1) Difficulty attaching the ribose phosphate molecules to the nucleotide bases. No evidence has been found yet (核苷酸 合成困难). 2) Catalytic RNA‘s (ribozymes) appear too complex to just appear and be fully functional (催化RNA分子结构太复 杂) . 3) Present ribozymes found do not demonstrate the capacity to fully synthesize RNA molecules. Raises questions into the capacity of ribozymes to cause self-replication of RNA molecules (已发现的核酶自身不能完全合成核酸). 4) Short evolutionary time span for the de novo synthesis from organic molecules> to RNA World>to full life forms (从RNA到生命出现进化时间太短, 不到5亿年).
人类染色体与两栖类 染色体同源区段比较
Partitioning of the human chromosomes into segments with defined patterns of conserved synteny to amphioxus (B. floridae) scaffolds. Numbers 1–17 at the top represent the 17 reconstructed ancestral chordate linkage groups, and letters a–d represent the four products resulting from two rounds of genome duplication. Coloured bars are segments of the human genome, shown grouped by ancestral linkage group (above), and in context of the human chromosomes
生命之根在哪?
Carl Woese认为: 不存在一个所谓的祖先细胞, 最初的细胞是 不稳定的, 复合的, 具有多向发展潜力的复 合物. 达尔文进化论只探讨生命出现之后的进化 规律,不涉及生命的起源.
生 命 三 界
生命三界特征比较
特征 分 界 ——————————————————————————------------------------- 细 菌 古细菌 真核生物 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 核膜 无 无 有 细胞器 无 无 有 细胞壁肽聚糖 有 无 无 脂膜成分 无分枝碳氢链 具某些分枝碳氢链 无分枝碳氢 链 RNA多聚酶 一种类型 多种类型 多种类型 蛋白质合成起始氨基酸 甲基甲硫氨酸 甲硫氨酸 甲硫氨酸 基因内含子 无 有或无 有 链霉素和氯霉素抗性 － ＋ ＋ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
第13章 基因组进化的模式
1) 遗传系统的产生 2) 基因组进化的模式
四大起源问题
1) 宇宙的起源 2) 地球的起源 3) 生命的起源 4) 人类的起源
遗传系统的产生
1) RNA世界 2) 生命三界 3) 复制, 转录, 翻译 系统的产生
RNA世界
1) 1986年, Walter Gilbert发明了“RNA World”这一名 词,用来表示前生命时期携带信息并具有催化功能的 RNA分子. 1986年, Thomas Cech首次发现具有自我催化的RNA 分子, 四膜虫rRNA分子可以自我剪切. 1989年, Jack Szostak提供实验证据, 表明体外RNA分 子可以催化复制. 1992年, Harry Noller证实核糖体RNA(rRNA)具有催 化肽键形成的功能.
古细菌与真核生物更相似
来自海洋火山口的古细菌詹氏甲烷球菌基因组顺序分析 显示，它在起源上与真核类生物更加接近： 1）古细菌的翻译系统如核糖体蛋白，延伸因子和氨酰 tRNA合成酶以及转录系统均与真核生物相似，而与细 菌有所不同。 2）在代谢系统方面，古细菌与真细菌极为相似。人们推 测，古细菌和原始真核细胞可能从原始细胞分别继承 了部分共同的遗传物质。
脊椎动物基因组是否发生过 整体加倍?
尽管已在酵母和植物中发现基因组加倍的证据，但 对脊椎动物是否出现过全基因组的加倍，目前还存 在不少争论。有些分子生物学家认为，大约1亿年 前酵母基因组加倍时脊椎动物也发生了同样事件。 他们的理由是，人类基因组中HOX基因簇有4份拷 贝，分别位于2，7，12和17号染色体。其他作者则 认为，这些重复只是一些独立的事件，不足以表明 整个基因组的加倍。
多细胞动物很少有多倍体
1) 多细胞动物基因组很少有多倍体报道, 产生 这一现象的原因可能同动物的发育模式有关. 动物发育为封闭式, 胚胎发育时几乎所有未来 的器官原基均在同一时间产生,需要高度协调. 多倍体带来的基因剂量的不平衡会对胚胎发 育产生致命的影响. 2) 植物的发育是开放式, 营养器官不断地重复 地产生, 生殖器官与营养器官是同源的, 因而 可以忍受多倍体带来的基因剂量不平衡的干 扰. 此外植物细胞可直接从外界吸收营养, 降 低了器官和组织彼此间相互依赖的程度.