2019精选医学基因组学及其有关应用.ppt
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医学分子生物学-基因组ppt课件
结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列
调控序列:启动子/增强子/加尾信号
基因组(Genome)
细胞或生物体 一套完整单倍体的遗传物质的总和。
人
(Homo Sapien)
常染色体： 22 性染色体： X,Y
线粒体
n 基因组储存了生物体整套的遗传信息
n 不同生物基因组蕴含的遗传信息量有着巨大的 差别
反向重复序列 7.功能相关的基因构成各种基因家族(gene family) 8.存在可移动的遗传因素(mobile genetic element) 9.体细胞为双倍体，配子(精子/卵子)为单倍体
n (多)基因家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具 有一定程度同源性的一组基因，它们功能相似。
n 基因超家族：一组由多基因家族及单基因组成的更大 的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，但功 能并不一定相同，甚至毫无相同之处。在进化上亲缘 关系较远。
Hairpin
5’
3’
小结构基因没有翻译起始序列
Splicing
DNA病毒 RNA过程
HBV 基因结构
原核生物基因组
模式生物: 大肠杆菌 (E.coli)
细菌的遗传物质
Genome DNA
plasmid
Transposable element
原核生物基因组结构与功能特点*
1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点(Ori) 3、具有操纵子结构V 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝(99.7%) 5、可表达基因约50% ，>真核生物， <病毒
n 假基因：多基因家族中，某些成员并不能表达出有功 能的产物。与有功能的基因同源，但因突变等原因失 活，可能为进化的痕迹。
调控序列:启动子/增强子/加尾信号
基因组(Genome)
细胞或生物体 一套完整单倍体的遗传物质的总和。
人
(Homo Sapien)
常染色体： 22 性染色体： X,Y
线粒体
n 基因组储存了生物体整套的遗传信息
n 不同生物基因组蕴含的遗传信息量有着巨大的 差别
反向重复序列 7.功能相关的基因构成各种基因家族(gene family) 8.存在可移动的遗传因素(mobile genetic element) 9.体细胞为双倍体，配子(精子/卵子)为单倍体
n (多)基因家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具 有一定程度同源性的一组基因，它们功能相似。
n 基因超家族：一组由多基因家族及单基因组成的更大 的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，但功 能并不一定相同，甚至毫无相同之处。在进化上亲缘 关系较远。
Hairpin
5’
3’
小结构基因没有翻译起始序列
Splicing
DNA病毒 RNA过程
HBV 基因结构
原核生物基因组
模式生物: 大肠杆菌 (E.coli)
细菌的遗传物质
Genome DNA
plasmid
Transposable element
原核生物基因组结构与功能特点*
1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点(Ori) 3、具有操纵子结构V 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝(99.7%) 5、可表达基因约50% ，>真核生物， <病毒
n 假基因：多基因家族中，某些成员并不能表达出有功 能的产物。与有功能的基因同源，但因突变等原因失 活，可能为进化的痕迹。
第十三部分基因组学教学课件
ucleotide polymorphism, SNP）是基因中的点突变， 存在的数量多，其中有些可产生RFLP， 但多数突变不是发生在酶切位点。据估 计，人类基因组的编码基因只能感有20 万个SNPs，在非编码区的数目可能还要 多10倍以上。这种标记也只有两种等位 基因。
根据基因组图谱构建的途径，可分为基 因组遗传图谱构建和物理图谱构建两种。
2019/10/28 16
遗传图谱的构建是根据任一遗传性状 （如已知的多型性基因位点、功能未知 的DNA标记、可鉴别的表现性状）的分 离比例，将其定位在基因组中。因此， 遗传图谱是据等位基因在减数分裂中的 重组频率，来确定其在基因组中的顺序 和相对距离的。
2019/10/28 31
只有当两条DNA分子完全互补配对，形成 双链DNA时才有信号。这种方法还可通过 控制不同复性温度，来鉴别不同等位基 因。
2019/10/28 32
2．遗传图谱的构建
（1）人类基因组遗传图谱的构建。 （2）植物基因组遗传图谱的构建。
2019/10/28 33
（1）人类基因组遗传图谱的构 建。
2019/10/28 18
(一）图谱的构建
1.图谱标记 2．遗传图谱的构建
2019/10/28 19
1.图谱标记
图谱构建中需要可以鉴别的标记 （marker），在构建遗传图谱中，可用 基因和DNA作为标记。
（1）基因标记。 （2）DNA标记。
2019/10/28 20
（1）基因标记。
2019/10/28 14
A:克隆连续序列法（clone contig）： 将基因组DNA切割长度为0.1Mb~1Mb的大 片段，克隆到YAC或BAC载体上，分别测 定单个克隆的序列，再装配、连接成连 续的DNA分子。
根据基因组图谱构建的途径，可分为基 因组遗传图谱构建和物理图谱构建两种。
2019/10/28 16
遗传图谱的构建是根据任一遗传性状 （如已知的多型性基因位点、功能未知 的DNA标记、可鉴别的表现性状）的分 离比例，将其定位在基因组中。因此， 遗传图谱是据等位基因在减数分裂中的 重组频率，来确定其在基因组中的顺序 和相对距离的。
2019/10/28 31
只有当两条DNA分子完全互补配对，形成 双链DNA时才有信号。这种方法还可通过 控制不同复性温度，来鉴别不同等位基 因。
2019/10/28 32
2．遗传图谱的构建
（1）人类基因组遗传图谱的构建。 （2）植物基因组遗传图谱的构建。
2019/10/28 33
（1）人类基因组遗传图谱的构 建。
2019/10/28 18
(一）图谱的构建
1.图谱标记 2．遗传图谱的构建
2019/10/28 19
1.图谱标记
图谱构建中需要可以鉴别的标记 （marker），在构建遗传图谱中，可用 基因和DNA作为标记。
（1）基因标记。 （2）DNA标记。
2019/10/28 20
（1）基因标记。
2019/10/28 14
A:克隆连续序列法（clone contig）： 将基因组DNA切割长度为0.1Mb~1Mb的大 片段，克隆到YAC或BAC载体上，分别测 定单个克隆的序列，再装配、连接成连 续的DNA分子。
基因与基因组的结构与功能-PPT精选
染色体功能实现的三要素
• 着丝粒在染色体有丝分裂和减数分裂过 程中发挥重要作用
• 端粒封闭了染色体末端并维持了染色体 的稳定性
• 复制起点是DNA复制起始和染色体数目 的维持所必需的
染色体的结构和组成
• 原核生物(prokaryote)：细胞仅有膜和核糖体， 几乎不存在其它复杂的细胞器，无真正的细胞 核（无核膜）。
• 一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和。 • 基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。 • 每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称
为C值 (C-Value)。
原核生物基因组
真核生物基因组
真核生物：> 90% 原核生物：约50%
• 4.真核生物基因组中含有大量重复序列 • 5.真核生物的基因大多是不连续的
基因家族的特点
① 基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或 串联重复基因，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；
②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因； ③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因
(Pseudogene)． Ψa1表示与a1相似的假基因． • 假基因（pseudogene)：在核苷酸序列上与正常功能基因相似，但 不能转录或转录后生成无功能基因产物的DNA序列，被称为假基 因。
重复序列是通过复性动力学测定发现的，即指变性的DNA
两条链在一定条件下可以重新结合成双螺旋结构
双链DNA
变性 复性
单链DNA
复性速度用Cot值衡量，Co为变性DNA的起始浓度，以 mol/L表示，t为时间，以秒表示，Cot（克分子×秒 /L）。
根据组织结构分布特点分为二类：
1、散在重复序列：以其单体形式散在分布于整 个基因组中。
基因组学及相关组学ppt课件
人类基因组计划的历史
Frederick Sanger
Werner Arber
Hamilton Smith
Daniel Nathans
Robert Sinsheimer
Renato Dulbecco
人类基因组计划（human genome project， HGP）从1990年开始实施，其目标是用15年时 间，测定出人类基因六个国家 的数千位科学家直接或
杨焕明 间接参与了HGP的工作。
1999年9月，中国加入 国际基因组计划 。
Francis Collins
Craig Venter
2000年6月26日，伟大的时刻终于来临，美国 总统克林顿等六国领导人共同宣布人类基因组 计划的草图完成。人类基因组全部DNA碱基序 列的测序工作于2003年4月基本结束；2006年 4月，最后一个染色体的测序工作完成。
第七章 基因组学及相关组学
Chapter 7 Genomics, Functional Genomics and Proteomics
基因组学（genomics）是指对整个基因组的 结构、结构与功能的关系以及基因之间相互作 用进行探索的一门科学。
第一节 基因组学
Section 1 Genomics
《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》。
第三节 蛋白质组学
Section 3 Proteomics
蛋白质组学（Proteomics）主要研究某种生物 体、组织器管、细胞或亚细胞结构在特定条件 下所表达的全部蛋白质的种类和数量。 蛋白质组学的研究远比基因组学的研究更为复 杂、难度更大。
双向电泳分离技术、生物信息学处理技术以及 蛋白质鉴定技术被称为蛋白质组研究的三大技 术。
串联质谱仪
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
临床医学技术培训PPT基因组学在临床实践中的应用
基因组学与代谢组 学整合
结合基因组学和代谢组学信息， 深入了解疾病与代谢异常之间的 关系。
03
多组学整合在精准 医学中的应用
利用多组学整合分析，为精准医 学提供有力支持，实现个体化诊 疗和预后评估。
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
基因组学基本概念
基因组学是研究生物体基因组的组成、结构、功能及进化的科学，涉及基因序列的测定、分析、注释和解读等方面。
临床医学技术培训PPT基因组 学在临床实践中的应用
：
2023-12-30
• 基因组学概述与基本原理 • 基因组学在诊断领域应用 • 基因组学在治疗领域应用 • 基因组学在预防保健领域应用 • 挑战与前景：未来发展趋势预测 • 总结回顾与拓展思考
01
基因组学概述与基本原理
基因组学定义及发展历程
基因组学定义
基于遗传信息的饮食建议
根据个体的遗传信息，制定针对性的饮食计划，如低脂、低糖、 高纤维等，以降低患病风险。
运动处方制定
结合个体的遗传特质和身体状况，制定个性化的运动处方，以提高 身体素质和预防疾病。
用药指导
根据个体的基因变异情况，为临床医生提供用药建议，确保药物治 疗的安全性和有效性。
公共卫生政策制定参考意义挖掘
基因测序技术原理简介
测序技术种类
目前主要的测序技术包括Sanger测序、高通量测序和第三代测序技术等。其中，高通量测序技术（ 如Illumina平台）具有高通量、高灵敏度、低成本等优点，在基因组学研究中得到广泛应用。
测序原理
测序技术通过对DNA片段进行扩增、荧光标记、成像等步骤，实现对DNA序列的读取。具体过程包 括DNA片段化、接头连接、桥式扩增、变性及荧光标记等步骤，最终通过计算机分析得到DNA序列 信息。
结合基因组学和代谢组学信息， 深入了解疾病与代谢异常之间的 关系。
03
多组学整合在精准 医学中的应用
利用多组学整合分析，为精准医 学提供有力支持，实现个体化诊 疗和预后评估。
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
基因组学基本概念
基因组学是研究生物体基因组的组成、结构、功能及进化的科学，涉及基因序列的测定、分析、注释和解读等方面。
临床医学技术培训PPT基因组 学在临床实践中的应用
：
2023-12-30
• 基因组学概述与基本原理 • 基因组学在诊断领域应用 • 基因组学在治疗领域应用 • 基因组学在预防保健领域应用 • 挑战与前景：未来发展趋势预测 • 总结回顾与拓展思考
01
基因组学概述与基本原理
基因组学定义及发展历程
基因组学定义
基于遗传信息的饮食建议
根据个体的遗传信息，制定针对性的饮食计划，如低脂、低糖、 高纤维等，以降低患病风险。
运动处方制定
结合个体的遗传特质和身体状况，制定个性化的运动处方，以提高 身体素质和预防疾病。
用药指导
根据个体的基因变异情况，为临床医生提供用药建议，确保药物治 疗的安全性和有效性。
公共卫生政策制定参考意义挖掘
基因测序技术原理简介
测序技术种类
目前主要的测序技术包括Sanger测序、高通量测序和第三代测序技术等。其中，高通量测序技术（ 如Illumina平台）具有高通量、高灵敏度、低成本等优点，在基因组学研究中得到广泛应用。
测序原理
测序技术通过对DNA片段进行扩增、荧光标记、成像等步骤，实现对DNA序列的读取。具体过程包 括DNA片段化、接头连接、桥式扩增、变性及荧光标记等步骤，最终通过计算机分析得到DNA序列 信息。
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营养基因组学
• 营养基因组学是研究营养素和植物化学物 质对机体基因的转录、翻译表达及代谢机 理的科学
目标：基于患者个体的基因型特征提供个性化பைடு நூலகம்膳食营养建议
操作：如何搭配一些食品让基因更好地适应
好处：1 补充特定的营养成分 2 防止某些基因突变或改变基因的活动 情况, 从而达到预防疾病、延缓衰老、 促进健康的目的。
基因矫正 耐药基因治疗
基因置换
免疫基因治疗
基因治疗
基因增补
“自杀基因”的 应用
基因失活
应用植物 基因组学
拟南芥基 水稻基因 麦类基因 玉米基因 因组计划 组计划 组计划 组计划
进展：
1.发现了一系列的分子标记 2.绘制出了水稻、小麦、玉米等主要农作物的高密度
的遗传图谱及水稻的物理图谱等，完成了过去数十年 来未能完成的工作， 3.对许多重要的农艺性状基因进行了定位、作图与与 标记。 4.发现了禾本科作物基因组间的保守性及非部分同源 染色体的重排现象。 5.提出了克隆基因的新方法，克隆出了一批新基因。 6.发现植物不同抗病基因的结构上的同源性或保守性。
什么是基因组学
基因组学是研究生物基因组的组成,组内各基因的 精确结构、相互关系及表达调控的科学
研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。用 于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分 析的遗传学分支。该学科提供基因组信息以及相 关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业 领域的重大问题。
基因组的发展
2001年，人类基因组计划公布了人类基因组草图，为基因 组学研究揭开新的一页。
基因组的主要研究内容
三个主题 六个横切面
• 基因组学与生物学，基因组学与健康，基因组学与社会
• 资源，技术发展，计算生物学，培训，伦理、法律和社会应 用（ELSI）以及教育
基因组学的应用
•基因治疗 •应用植物基因组学 •营养基因组学
基因组学出现于1980年代，1990年代随着几个物种基因组计划的 启动，基因组学取得长足发展。 相关领域是遗传学，其研究基因 以及在遗传中的功能。
1980年，噬菌体 Φ-X174;(5,368 碱基对)完全测序，成为第一个测 定的基因组。
1995年，嗜血流感菌（Haemophilus influenzae，1.8Mb）测序完 成，是第一个测定的自由生活物种。从这时起，基因组测序工作 迅速展开。
基因组学及其有关应用
基因组，Genome，一般的定义是单倍体细胞 中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细 胞中的全部基因为一个基因组。可是基因组测 序的结果发现基因编码序列只占整个基因组序 列的很小一部分。因此，基因组应该指单倍体 细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部 DNA分子。说的更确切些，核基因组是单倍体 细胞核内的全部 DNA分子；线粒体基因组则 是一个线粒体所包含的全部DNA分子；叶绿体 基因组则是一个叶绿体所包含的全部DNA分子。