基因组学课件遗传作图物理图
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基因组学 .遗传作图 3 物理图ppt课件
阐述。 一个细胞的转录表达水平能够精确特异地反映类型、发育阶段以及状态。
;.
9
细 胞 总DNA
细 胞 总RNA
输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞 胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
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β -珠 蛋 白 基 因 +
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胰 岛 素 基 因
基本概念
基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒的整套基因和染色体组成，即全部基因 的总称（包括所有的编码区和非编码区）
基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段，对所有基因进行基因组作图、核苷酸序 列分析、基因定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。
分子遗传学的分支学科 提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息 生命科学的前沿和热点领域
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实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
;.
10
基本概念
药物基因组学： 根据不同个体间的基因组差异与基因多态性，阐明个体间在药物代谢和效应方面发生差别
的遗传基础。 不同的个体间药物的疗效和副作用存在差异。 促使新药的发现。 根据个体的遗传背景来优化药物治疗方案，即“个体化治疗”。
;.
4
基因组学的分类
分类： 结构基因组学(Structural Genomics) 比较基因组学(Comparative Genomics) 功能基因组学(Functional Genomics) 药物基因组学(Medical Genomics) 营养基因组学(Nutritional Genomics) 生物信息学(Bioinformatics) 蛋白质组学(Proteomics)
;.
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细 胞 总DNA
细 胞 总RNA
输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞 胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
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β -珠 蛋 白 基 因 +
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胰 岛 素 基 因
基本概念
基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒的整套基因和染色体组成，即全部基因 的总称（包括所有的编码区和非编码区）
基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段，对所有基因进行基因组作图、核苷酸序 列分析、基因定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。
分子遗传学的分支学科 提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息 生命科学的前沿和热点领域
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实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
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基本概念
药物基因组学： 根据不同个体间的基因组差异与基因多态性，阐明个体间在药物代谢和效应方面发生差别
的遗传基础。 不同的个体间药物的疗效和副作用存在差异。 促使新药的发现。 根据个体的遗传背景来优化药物治疗方案，即“个体化治疗”。
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基因组学的分类
分类： 结构基因组学(Structural Genomics) 比较基因组学(Comparative Genomics) 功能基因组学(Functional Genomics) 药物基因组学(Medical Genomics) 营养基因组学(Nutritional Genomics) 生物信息学(Bioinformatics) 蛋白质组学(Proteomics)
微生物基因组学 ppt课件
39
PPT课件
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
40
PPT课件
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。
41
PPT课件
30
PPT课件
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。
31
PPT课件
（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
38
PPT课件
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。
基因组学ppt课件
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.
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。
组学研究技术PPT课件
在此基础上构建覆盖每条染色体的大片 段DNA克隆
2021/3/7
如： CHENLI
10
● 酵母人工染色体
（yeast artificial chromosome,YAC）
● 细菌人工染色体
（bacterial artificial chromosome,BAC）
● 人工附加染色体
（human artificial episomal chromosome,HAEC）
Chapter 10
基因组学研究技术
Capter 1
2021/3/7
CHENLI
1
主要内容
物理图谱 基因转录图谱 基因组功能分析技术 生物信息学技术
2021/3/7
CHENLI
2
2021/3/7
CHENLI
3
物理图谱（physical map）
测定DNA分子，
绘制构成基因组的全部基因的排列和间距。
主要是把含有STS对应序列的DNA的克隆片段 连接成相互重叠的“片段重叠群（contig）
2021/3/7
CHENLI
15
1.1 限制酶作图(Restriction Mapping)基本原理
H
待检的DNA
H
EcoR I
H
E
B
E 6Kb
E 9Kb
H
BamHI
H
B 5Kb
B 10Kb
H
E
6Kb
E+B
B
比较
排出酶切片段
2021/3/7
CHENLI
20
完整的物理图谱应包括
基因组的不同载体DNA克隆片段重叠群图
大片段限制性内切酶切点图
遗传课件 3基因连锁与遗传作图
♀ 灰色常翅 × ＋b＋vg 测交后代 ↓
♂ 黑色残翅（双隐性个体） bbvgvg
灰色残翅 灰色常翅 黑色常翅 黑色常翅 ＋bvgvg ＋b＋vg bb＋vg bbvgvg 20 3 19 4 亲组合 重组合 亲组合 重组合
亲组合类型：39/46＝84.8％ 重组合类型：7/46＝15.2％
亲组合类型远远大于重组合类型
5、基因定位（gene mapping）
（gene location/localization）
用一定的方法，确定基因或遗传标记在染色 体上的相对位置和排列次序。
1910年，Morgen：果蝇白眼基因→X染色体； 1911年，Wilson：人红绿色盲基因→X染色体；
1968年，Donahue：人Duffy血型基因→1号染色体
ppll 比率d =1338/6952×100%=19.2%。 1/2 则: pl 配子频率d=(0.192) = 0.44 即44% 亲本型pl与PL配子的频率应相等 故PL为44%； 重组型配子(Pl ，pL)的频率各为 (50 –44)%=6% F1 形成的四种配子比例为： 44PL∶6pl∶6pL∶44pl
pl配子的频率d=
交换值=（1-2
交换值=2
）×100% F2双隐性个体的频率 同理可证，在相斥相中，
F2双隐性个体的频率 ×100%
自交法举例
香豌豆
12 %
紫花、长花粉粒 红花、圆花粉粒 PPLL ppll F1 紫花、长花粉粒 PpLl F2 紫长 紫圆 红长 红圆 总数 P_L_ P_ll ppL_ ppll 实际个体数 4831 390 393 1338 6952 P
C C Sh Sh c sh
c
sh
第十一章遗传作图ppt课件
183个RFLP, 多态性不够高，杂合性（PIC）平均达 到 0 .3而且在染色体上分布不均匀，难以将一些罕 见的基因进行定位；对多基因病的定位也难以奏效,
STR位点已经达到8000个，平均 100kb－200kb有 一个 STR位点，杂合性（PIC）平均达到 0 .7, 这已经使得连锁分析的功能发挥到了极限。
AB Ab aB ab
独立遗传 孟德尔第二定律
(25)
(25)
(25) (25)
完全连锁 (50) (0) (0) (50)
不完全连锁
连锁遗传定律 (48)
(2)
(2) (48)
根据重组率计算遗传距离
2. 连锁分析
▪ 连锁发生的时期
减数分裂Ⅰ期,同源染色体复制后不分离 →双价体→重组
重组(recombination)或交换(crossingover):在双价体中,并列的同源染色体臂发 生机械断裂,彼此交换DNA区段,这一过程被 称为交换或重组.
/SNP/index.html
核苷酸杂交：
DNA芯片 动态等位基因特异的杂交
第三节 遗传作图的方法
1. 遗传学简介 2. 等位基因随机分离定律 3. 独立遗传定律 4. 完全连锁 5. 不完全连锁 6. 不完全显性 7. 共显性
Parents F1
如何进行遗传作图？
连锁遗传定律
Parents
♂
A B
A B
×
a b
a b
♀
F1
AaBb
AB Ab* aB* ab
F2
50% 0%
AB(50%)AABB -
0% 50% - AaBb
Ab(0%) -
-
-
-
03 基因组学课件---物理图绘制
PAC载体—P1正选择克隆载体PAD10-SACBII
LoxP位点将该载体分为两个 结构区 一个结构区含有P1 pac顺序， pBR322复制起始点和一段 约10 kb来自腺病毒的填充 区段 另一结构区含有P1质粒复 制子，卡那霉素抗性筛选标 记基因（KanR），IPTG诱导 裂解复制子和正筛选sacBII 卡盒 Sac基因：果聚糖（死亡） →蔗糖（>2%，不能生长）
3.1 限制性作图
3.1.1
限 制 性 作 图 的 基 本 原 理
3.1.2 DNA分子限制性作图
获得理想大小的DNA片段对基因组的 限制性作图至关重要，其关键是选择合 适的限制酶
识别位点硷基数目 4 6 8 10 预计DNA片段平均长度（kb） 1 4 64 1000
限制性作图的局限
限制位点多时，产生大量的片段，难以 排序 无法区分大小相同的片段
染色体DNA 凝胶伸展术
单 个 分 子 拉 伸
DNA
线性和环状Λ分子的酶切位点
3.2 基于克隆的基因组作图
3.2.1 大分子DNA的克隆载体
克隆大于100 kb DNA的突破首先是从酵母人 工染色体（yeast artificial chromosomes, YAC） 的发明开始的（Burke等，1987） YAC载体主要由3个基本部件构成：
第3章 物理图绘制
Physical map A chromosome map of a species that shows the specific physical locations of its genes and/or markers on each chromosome. Physical maps are particularly important when searching for disease genes by positional cloning strategies and for DNA sequencing.
《基因组学》PPT课件
第十章 基因组学 (Genomics)
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
ppt课件
2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
ppt课件
16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
ppt课件
2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
ppt课件
16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
物理图绘制ppt课件
人类21号染色体辐射杂种图
人类21号染色体辐射杂种物理图
人类基因组物理图谱: 人类基因组序列开始测定时，已有45万个EST，
其中有一些重复序列，经计算机分析筛选后得到 49625个。再从中筛选出3万个EST、2个辐射杂交系 库（分别有83和93个细分子DNA的制备
样品→洗涤吸干水分→液氮冷冻→碾碎 →离心收集细胞核→低融点琼脂糖包埋 →蛋白酶消化→洗涤→限制酶部分酶解
插 入 大 分 子 DNA 的 分 离
载体制备与插入DNA连接
1) YAC载体： 制备过程与一般质粒载体相同。
2) BAC载体： 低拷贝载体，大量制备，超离心纯化。
3) 酶切： 释放接头，接头去磷，减少自连。
4) 连接： 将含有大分子DNA的琼脂糖薄片与载体混合, 按重量比1:1，680C保温 5 min，降温至370C， 加入连接酶过夜。
思考题：
如何从单条染色体中制备出DNA克隆？3.2.2 重叠群组建相互重叠的DNA片段组成的物理图称为重叠群(contig)。 构建重叠群：步移法和指纹法
辐射杂种图距单位
利用类似于遗传重组原理和最大似然性的统计学方法 来计算存在于DNA片段上的STS之间的断点频率，以 此估计标记之间的距离。 《Statistical Methods for Multipoint Radiation Hybrid Mapping》
辐射杂种的作图单位为厘镭(centiRay, cR)：DNA分 子暴露在N拉徳(rad) X射线剂量下两个分子标记之 间发生1%A通过限制性内切 酶部分酶解后所产生的基因组DNA片段随机的 同相应的载体重组、克隆，所产生的克隆群体 代表了某种有机体整个基因组。
1) 目标基因组大分子DNA的制备； 2) 载体制备； 3) 载体和DNA的连接； 4) 转化； 5) 转化子鉴定。
基因组学.ppt1
James Watson
Francis Collins
• 1992年6月，Craig Venter离开国家卫生研 究院，建立了基因研究所（The Institute for GenomeResearch, TIGR），此后， TIGR从流感嗜血菌开始测了大量的细菌基 因组，流感嗜血菌也是第一个被测序的非 寄生物种
• Human genome project • Goal: characterize all human genetic material by • determining the complete sequence of the DNA in the • human genome. • HGP is accomplished by the joint effort between • U.S. Human Genome Project (HGP), composed of the • DOE (Department of Energy )and NIH (National • Institutes of Health), and Celera Genomics
• 1986年3月，1975年诺贝尔奖得主、Salk Institute的癌症研究员杜贝可（Renato Dulbecco）在“Science”期刊上发表文章，题 为“癌症研究的转折点：定出人类基因组序列”。 这片文章引起了美国社论。 • 杜贝可提出了两种基因搜寻路线，即以测序为核 心的“DNA”序列探测和以作图为中心的“基因 图位”克隆。
• 基因组学（Genomics）：研究基因组及其基因的 科学。 • 最初是Thomas Roderick于1986年提出，其主 • 要内容是指基因组作图（Mapping）和测序 • （Sequencing）。 • 21世纪从生物体整体上研究生命现象 • 研究整个物种基因组碱基的组成、基因的结构、 • 基因在染色体上的分布，基因的时空表达和调控 • 网络。
基因的连锁与遗传作图课件
可能的基因顺序
双交换重组染色体
③ 计算重组值，确定图距 (1) 计算ct-cv的重组值 先不考虑 (ec/+) ，将它们放在括弧中，比较第二、三列
(ec) ct + (+) + cv (ec) + cv (+) ct + (ec) + + (+) ct cv (+) + + (ec) ct cv
2125 2207 273 265 217 223
5 3
非重组 非重组
重组 重组
ct-cv间的重组率RF =(217+223+5+3)/5318 =0.084=8.4%，8.4 cM
(2) 计算 ec-cv 的重组值 比较第一、三列
ec (ct) + 2125 非重组 + (+) cv 2207
ec (+) cv 273 重组 + (ct) + 265
倍没的把双它交计在换内值，，因这为就它是们1间91双3交年换St的ur结tev果a并nt提不出出现的重基组因。的所以 直ec-线ct之排间列的定实律际。交换值应当是重组值加2倍双交换值。即
18.4%+2×0.15%=18.7%
当三点测交后代出现8种表型时，表明有双交换发生，此时需用 2倍双交换值来作校正。若3个基因相距较近，往往不出现双交 换类型，后代只有6种表型，无需校正。
② 归类：实得数最低的第7、8两种类型为双交换的产物。最高的 第1、2两种是亲本型，其余为单交换类型。
③ 确定正确的基因顺序：用双交换型与亲本型相比较，改变了位 置的那个基因一定是处于中央的位置（双交换的特点是旁侧基 因的相对位置不变，仅中间的基因发生变动）。于是可以断定 这3 个基因正确排列顺序是ec cv ct
《遗传学图谱》PPT课件
基因组学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
Clone-by-clone测序
基因组学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
鸟 枪 法 测 序
基因组学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
混合法测序(Hybrid strategy)
基因组学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
一 、遗传图谱与物理图谱
基因组学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
第1篇有关人类RFLP实验论文
A Highly Polymorphic Locus in Human DNA Arlene R. Wyman and Ray White, MIT
A locus in the human genome, not associated with any specific gene, has been found to be a site of restriction fragment length polymorphism. The polymorphism was found by hybridizing a 16kilobase-pair segment of single-copy human DNA, selected from the human genome library cloned in phage CH4A, to a Southern transfer of total human DNA digested with EcoRI. DNAs from a number of individuals from within Mormon pedigrees as well as random individuals have been examined. The locus is highly variable, with at least eight alleles present, homozygotes accounting for less than 25% of the individuals examined.
第十一章遗传作图课件
核苷酸杂交:
DNA芯片
动态等位基因特异 的杂交
第三节 遗传作图的方法
▪ 遗传学简介 ▪ 等位基因随机分离定律 ▪ 独立遗传定律 ▪ 完全连锁 ▪ 不完全连锁 ▪ 不完全显性 ▪ 共显性
孟德尔第一定律
等位基因随机分离(The Law of Segregation)
Parents
♂ AA
♀
×
aa
F1
▪ ♪ 在基因组编码顺序中, SNP 大多位于密码 子的摇摆位置, 表现为基因沉默而被大量保 留下来;
▪ ♪ 大多数SNP所在的位置不能被限制酶识 别, 必须采取测序或寡核苷酸杂交检测;
▪ ♪ SNP 在基因组中的数量极大.二倍体细胞
/SNP/index.html
基因标记的缺点
高等生物, 如 脊椎动物和显花植物等, 可用 作标记的基因十分有限, 许多性状都涉及多 基因；
高等生物基因组中存在大量的基因间隔区, 纯粹用基因作为标记将在遗传图谱中留下大 片的无标记区段；
只有部分基因其等位基因成员可以通过常规 试验予以区分, 因而产生的遗传图是不完整 的, 必需寻找其他有效的标记；
单一标记分析法、区间作图法、复合区间作图法、混合
5.作图实例
本章要点:
遗传作图 遗传作图的方法 PIC SSLP SNP 共分离 图位克隆 转化、转导、结合转移 思考如何将一种分子标记(如RFLP)标记在连锁遗传图上?
不完全连锁
连锁遗传定律 (48)
(2)
(2) (48)
根据重组率计算遗传距离
2.连锁分析
连锁发生的时期
减数分裂Ⅰ期,同源染色体复制后不分离 →双价体→重组
重组(recombination)或交换(crossingover):在双价体中,并列的同源染色体臂发 生机械断裂,彼此交换DNA区段,这一过程被 称为交换或重组.
基因组学遗传作图物理图
中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
? 限制性片段长度多态性（restriction fragment length
polymorphisms,RF）LP
? 简单序列长度多态性（simple sequenece length
polymorphisrns,SSLPs) ? 小卫星序列：（Minisatellite DN）A ? 微卫星序列：（Microsatellite DNA, ）MS
? 功能蛋白质组 (Functional Proteome) ：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
中英联合实验室
基因组计划
? 模式微生物基因组计划 ? 模式植物基因组计划 ? 模式动物基因组计划 ? 人类基因组计划
中英联合实验室
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
?基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 ?基因产物 -蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
? 基因标记：有用、有效，并非理想。
? 高等生物，可用作标记的基因十分有限 ? 许多性状都涉及多基因。 ? 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因
标记将在遗传图中留下大片的 无标记区段。 ? 并非所有等位基因可以通过常规实验予以区分，因
2.2.2 DNA（分子）标记
? 限制性片段长度多态性（restriction fragment length
polymorphisms,RF）LP
? 简单序列长度多态性（simple sequenece length
polymorphisrns,SSLPs) ? 小卫星序列：（Minisatellite DN）A ? 微卫星序列：（Microsatellite DNA, ）MS
? 功能蛋白质组 (Functional Proteome) ：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
中英联合实验室
基因组计划
? 模式微生物基因组计划 ? 模式植物基因组计划 ? 模式动物基因组计划 ? 人类基因组计划
中英联合实验室
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
?基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 ?基因产物 -蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
? 基因标记：有用、有效，并非理想。
? 高等生物，可用作标记的基因十分有限 ? 许多性状都涉及多基因。 ? 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因
标记将在遗传图中留下大片的 无标记区段。 ? 并非所有等位基因可以通过常规实验予以区分，因
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以基因组DNA序列信息分析作为源头，破译隐藏在DNA序 列中的遗传语言发现新的基因和新的功能 ，进行蛋白质空 间结构模拟和预测。
认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质。 揭示人体生理和病理过程的分子基础，为人类疾病的预测、
诊断、预防和治疗提供合理有效的方法。 依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计 ……
后基因组学(Post genomics)，利用结构基因组 学提供的信息和产物，通过在基因组系统水平上 全面分析基因的功能。
基因功能发现、基因表达分析、突变检测、基因 组的表达与调控研究。
单一基因--蛋白质 基因组--蛋白质组，系统研 究。
对成千上万的基因表达进行分析和比较，从基因 组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。
polymorphisms,RFLP）
简单序列长度多态性（simple sequenece length
polymorphisrns,SSLPs) 小卫星序列：（Minisatellite DNA） 微卫星序列：（Microsatellite DNA, MS）
单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphisms,SNP）
体化治疗”。
中英联合实验室
基本概念
营养基因组学：
研究对人类营养有重要作用的植物次级代谢途径的 相关基因。
与铁吸收转运有关的基因 与生物素、维生素B1和维生素E合成有关酶的基因
中英联合实验室
基本概念
生物信息学：
以计算机为工具，用数学和信息科学的观点、理论和方法去 研究生命现象，对生物信息进行储存、检索和分析的科学。
中英联合实验室
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
•基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 •基因产物-蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
中英联合实验室
重叠群法：contig，指相互间存在重叠顺序的 一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克 隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基 对。在单个的重叠群中，采用鸟枪法测序，然 后在重叠群内进行组装。由上至下。
直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序， 再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法 DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分 子标记，检测组装片段是否处在正确的位置， 校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下 至上
中英联合实验室
2.2.3 遗传标记中的第一代标记
经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记） ABO血型位点标记 HLA位点标记
存在问题： 已知多态的蛋白质很少 等位基因的数目有限 无法获得足够的信息量 检测技术的繁琐等
—限制了人类基因组的遗传分析工作 —促使人们直接在DNA上寻找新的遗传标记
遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或遗传 连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和专一的 多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱
遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因 或其它DNA顺序标定在染色体上构建成连锁图
基本概念
基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒 的整套基因和染色体组成，即全部基因的总称（包 括所有的编码区和非编码区）
基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段， 对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基 因定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。
分子遗传学的分支学科 提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息 生命科学的前沿和热点领域
中英联合实验室
基因组计划
模式微生物基因组计划 模式植物基因组计划 模式动物基因组计划 人类基因组计划
中英联合实验室
基因组计划 ？
获得全基因组序列：为基因组的全面测序提
供工作框架 构建基因组图：在长链DNA分子上寻找特征
性标记，根据分子标记将包括这些序列的克 隆进行连锁定位，绘制基因组图。 根据基因组图，基因组区段分解、逐个测序， 最后进行组装
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基本概念
蛋白质组学：
蛋白质组(Proteome)：在一种细胞内存在的全部 蛋白质。
蛋白质组学：研究细胞内所有蛋白质及其动态变化 规律的科学。
功能蛋白质组(Functional Proteome)：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
中英联合实验室
中英联合实验室
基因组作图的方法
遗传作图 物理作图 序列作图 基因作图
中英联合实验室
基因组学（genomes）
基因组图
遗传作图（genetic mapping）：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顺序标定在染色体上，构建连 锁图。遗传图距单位为厘摩（cM），每单位 厘摩定义为1%交换率。
遗传连锁图：通过遗传重组所得到的基因线性排列 图称为遗传连锁图。通过计算连锁的遗传标志之间 的重组频率,确定它们的相对距离。
物理图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数个 片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确定遗 传标志之间物理距离[碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆 碱基(Mb)]的图谱。
转录本图谱：序列图谱。
中英联合实验室
2.2.3 遗传作图中标记的发展
遗传标记的发展：
第一代标记 经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记） 70年代中后期，限制酶片段长度多态性（RFLP）
第二代标记 85年，“小卫星序列"（minisatellite） 89年，“微卫星序列"（microsatellite）
第三代标记 单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphism ， SNP）
一个细胞的转录表达水平能够精确特异地反映类 型、发育阶段以及状态。
中英联合实验室
细 胞 总 D N A
细 胞 总 R N A
输 卵 管 细 胞成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞成 红 细 胞胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
+
+
+
-
-
β -珠 蛋 白 基 因 +
+
+
-
+
-
胰 岛 素 基 因 +
通过遗传图谱，我们可以大致了解各个基因或DNA片断 之间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近着丝粒，那个 更靠近端粒等
遗传距离是通过遗传连锁分析获得的，使用的DNA厘摩 标志越多，越密集，所得到的遗传连锁图的分辨率就越高
遗传图谱不仅是现阶段定位基因的重要手段，即使在人类 基因组全物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因 组遗传与变异的重要手段
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2.2遗传作图中使用的标记
遗传标记（Genetic Markers）：遗传图有特征性 的位置标记，用于表示基因组中特定顺序所在 的位置。这些标记按孟德尔方式遗传，标记位 点应是多态的 基因标记
DNA标记
中英联合实验室
2.2.1 基因标记
表型（phenotype) ：一个遗传性状必须以两种替换形式 或表型存在才能用于遗传学分析
遗传图谱表明基因之间连锁关系和相对距离,早期 绘制 的经典遗传图谱的单位是重组率，1%的重组率为1个遗 传单位。现代遗传图谱的单位为厘摩(centi Morgan，cM)， 1cM相当于1%的重组率，约为1 000 000个碱基对(base pairs，bp)
中英联合实验室
2.1 基因组作图的方法
•蛋白质-蛋白质功能研究。
中英联合实验室
基因组学的分类
分类：
结构基因组学(Structural Genomics) 比较基因组学(Comparative Genomics) 功能基因组学(Functional Genomics) 药物基因组学(Medical Genomics) 营养基因组学(Nutritional Genomics) 生物信息学(Bioinformatics) 蛋白质组学(Proteomics)
高等生物，可用作标记的基因十分有限 许多性状都涉及多基因。 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因
标记将在遗传图中留下大片的无标记区段。 并非所有等位基因可以通过常规实验予以区分，因
而是
产生的遗传图不完整，必须寻找其他更有效的 标记
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2.2.2 DNA（分子）标记
限制性片段长度多态性（restriction fragment length
物理作图（ phisical 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。限制性片段 作图与克隆作图的图距单位为碱基对。
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第二章 遗传作图
1.基因组作图的方法 2.遗传作图中使用的标记 3.遗传作图的方法
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2.1 基因组作图的方法
中英联合实验室ຫໍສະໝຸດ 基本概念结构基因组学：
通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基 因定位的科学。
将基因组分解成小的易操作的结构区域，构建高分 辨率的遗传图、物理图、转录本图，一个生物体基 因组的最终图就是它的全部DNA序列 。
人类基因组计划 果蝇基因组 拟南芥菜基因组
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基本概念
HLA-DRBI（human leukocyte antigens-DRBI）基因位 点至少有59个等位基因
HLA-B抗原编码位点有60多个等位基因
认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质。 揭示人体生理和病理过程的分子基础，为人类疾病的预测、
诊断、预防和治疗提供合理有效的方法。 依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计 ……
后基因组学(Post genomics)，利用结构基因组 学提供的信息和产物，通过在基因组系统水平上 全面分析基因的功能。
基因功能发现、基因表达分析、突变检测、基因 组的表达与调控研究。
单一基因--蛋白质 基因组--蛋白质组，系统研 究。
对成千上万的基因表达进行分析和比较，从基因 组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。
polymorphisms,RFLP）
简单序列长度多态性（simple sequenece length
polymorphisrns,SSLPs) 小卫星序列：（Minisatellite DNA） 微卫星序列：（Microsatellite DNA, MS）
单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphisms,SNP）
体化治疗”。
中英联合实验室
基本概念
营养基因组学：
研究对人类营养有重要作用的植物次级代谢途径的 相关基因。
与铁吸收转运有关的基因 与生物素、维生素B1和维生素E合成有关酶的基因
中英联合实验室
基本概念
生物信息学：
以计算机为工具，用数学和信息科学的观点、理论和方法去 研究生命现象，对生物信息进行储存、检索和分析的科学。
中英联合实验室
什么是基因组？
一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。
中英联合实验室
基因组研究内容
•基因表达研究，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。 •基因产物-蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。
中英联合实验室
重叠群法：contig，指相互间存在重叠顺序的 一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克 隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基 对。在单个的重叠群中，采用鸟枪法测序，然 后在重叠群内进行组装。由上至下。
直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序， 再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法 DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分 子标记，检测组装片段是否处在正确的位置， 校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下 至上
中英联合实验室
2.2.3 遗传标记中的第一代标记
经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记） ABO血型位点标记 HLA位点标记
存在问题： 已知多态的蛋白质很少 等位基因的数目有限 无法获得足够的信息量 检测技术的繁琐等
—限制了人类基因组的遗传分析工作 —促使人们直接在DNA上寻找新的遗传标记
遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或遗传 连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和专一的 多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱
遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因 或其它DNA顺序标定在染色体上构建成连锁图
基本概念
基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒 的整套基因和染色体组成，即全部基因的总称（包 括所有的编码区和非编码区）
基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段， 对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基 因定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。
分子遗传学的分支学科 提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息 生命科学的前沿和热点领域
中英联合实验室
基因组计划
模式微生物基因组计划 模式植物基因组计划 模式动物基因组计划 人类基因组计划
中英联合实验室
基因组计划 ？
获得全基因组序列：为基因组的全面测序提
供工作框架 构建基因组图：在长链DNA分子上寻找特征
性标记，根据分子标记将包括这些序列的克 隆进行连锁定位，绘制基因组图。 根据基因组图，基因组区段分解、逐个测序， 最后进行组装
中英联合实验室
基本概念
蛋白质组学：
蛋白质组(Proteome)：在一种细胞内存在的全部 蛋白质。
蛋白质组学：研究细胞内所有蛋白质及其动态变化 规律的科学。
功能蛋白质组(Functional Proteome)：在特定时 间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白 质。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质 组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。
中英联合实验室
中英联合实验室
基因组作图的方法
遗传作图 物理作图 序列作图 基因作图
中英联合实验室
基因组学（genomes）
基因组图
遗传作图（genetic mapping）：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顺序标定在染色体上，构建连 锁图。遗传图距单位为厘摩（cM），每单位 厘摩定义为1%交换率。
遗传连锁图：通过遗传重组所得到的基因线性排列 图称为遗传连锁图。通过计算连锁的遗传标志之间 的重组频率,确定它们的相对距离。
物理图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数个 片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确定遗 传标志之间物理距离[碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆 碱基(Mb)]的图谱。
转录本图谱：序列图谱。
中英联合实验室
2.2.3 遗传作图中标记的发展
遗传标记的发展：
第一代标记 经典的遗传标记（蛋白质和免疫学的标记） 70年代中后期，限制酶片段长度多态性（RFLP）
第二代标记 85年，“小卫星序列"（minisatellite） 89年，“微卫星序列"（microsatellite）
第三代标记 单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphism ， SNP）
一个细胞的转录表达水平能够精确特异地反映类 型、发育阶段以及状态。
中英联合实验室
细 胞 总 D N A
细 胞 总 R N A
输 卵 管 细 胞成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞成 红 细 胞胰 岛 细 胞
卵 清 蛋 白 基 因 +
+
+
+
-
-
β -珠 蛋 白 基 因 +
+
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-
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胰 岛 素 基 因 +
通过遗传图谱，我们可以大致了解各个基因或DNA片断 之间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近着丝粒，那个 更靠近端粒等
遗传距离是通过遗传连锁分析获得的，使用的DNA厘摩 标志越多，越密集，所得到的遗传连锁图的分辨率就越高
遗传图谱不仅是现阶段定位基因的重要手段，即使在人类 基因组全物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因 组遗传与变异的重要手段
中英联合实验室
2.2遗传作图中使用的标记
遗传标记（Genetic Markers）：遗传图有特征性 的位置标记，用于表示基因组中特定顺序所在 的位置。这些标记按孟德尔方式遗传，标记位 点应是多态的 基因标记
DNA标记
中英联合实验室
2.2.1 基因标记
表型（phenotype) ：一个遗传性状必须以两种替换形式 或表型存在才能用于遗传学分析
遗传图谱表明基因之间连锁关系和相对距离,早期 绘制 的经典遗传图谱的单位是重组率，1%的重组率为1个遗 传单位。现代遗传图谱的单位为厘摩(centi Morgan，cM)， 1cM相当于1%的重组率，约为1 000 000个碱基对(base pairs，bp)
中英联合实验室
2.1 基因组作图的方法
•蛋白质-蛋白质功能研究。
中英联合实验室
基因组学的分类
分类：
结构基因组学(Structural Genomics) 比较基因组学(Comparative Genomics) 功能基因组学(Functional Genomics) 药物基因组学(Medical Genomics) 营养基因组学(Nutritional Genomics) 生物信息学(Bioinformatics) 蛋白质组学(Proteomics)
高等生物，可用作标记的基因十分有限 许多性状都涉及多基因。 高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因
标记将在遗传图中留下大片的无标记区段。 并非所有等位基因可以通过常规实验予以区分，因
而是
产生的遗传图不完整，必须寻找其他更有效的 标记
中英联合实验室
2.2.2 DNA（分子）标记
限制性片段长度多态性（restriction fragment length
物理作图（ phisical 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。限制性片段 作图与克隆作图的图距单位为碱基对。
中英联合实验室
第二章 遗传作图
1.基因组作图的方法 2.遗传作图中使用的标记 3.遗传作图的方法
中英联合实验室
2.1 基因组作图的方法
中英联合实验室ຫໍສະໝຸດ 基本概念结构基因组学：
通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基 因定位的科学。
将基因组分解成小的易操作的结构区域，构建高分 辨率的遗传图、物理图、转录本图，一个生物体基 因组的最终图就是它的全部DNA序列 。
人类基因组计划 果蝇基因组 拟南芥菜基因组
中英联合实验室
基本概念
HLA-DRBI（human leukocyte antigens-DRBI）基因位 点至少有59个等位基因
HLA-B抗原编码位点有60多个等位基因