生物信息学第七章基因组信息学
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高等、低等真核生物和原核生物的基因组
酿酒酵母
5
基因组作图(mapping genomes)
对生物的基因进行鉴定（测序），以此测定它的染色体 上的特定位置，然后用图示的方式把它表示出来，就形 成了基因图谱。 ▪ 为什么要作图？ 主要是为了测序 一次实验一般只能得到<2000bp的序列片断，而直接把片 断拼接起来对于大的基因组易出错。 ▪ 有了图如何测序？ 利用图把基因组分成较大片断(105-106bp)，并对大片断 用鸟枪法(shotgun)测序（鸟枪法是将目的DNA随机地处 理成大小不同的片段，再将这些片段的序列连接起来的 测序方法），测序后的序列便可正确置于图上。
下数据) ▪ large ▪ contains repeated sequences ▪ has noisy ends ▪ being used for SNP analysis ▪ need vector trimming (矢量微调)
比较基因组学：将不同物种基因组进行比较，其有助于根据同源性
方法分析基因组功能；有助于发现人类和其他生物的本质差异,探索 遗传语言的奥秘。
3
真核生物(eukaryote)的基因组
▪ 动物、植物、真菌(fungi)等真核生物的细胞内包含膜结构的部分，如细胞核、 细胞器(如线粒体，植物的叶绿体)，大小107-1011bp
DNA序列，其在待分析的基因组或染色体上是唯一的。 ▪ 特点：数据量大，只能用计算机完成
10
限制作图 FISH
STS
基因组组装(genome assembly)
▪基因组组装：将大量短序列拼装成完整基因组的过程，其核心是序列装配过程 （sequence assembly ）。 ▪步骤： Step 1、将所有短序列比对，以查找重叠的部分 Step 2、将重叠部分合并 ▪困难： 1、本身是个很难的计算问题 2、有很多重复序列(repeat) 3、有的重复序列可长达几千bp 4、有些重复序列可出现在几千个不同的地方 5、在拥有巨大基因组的植物和动物中普遍存在以上困难
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序列装配(sequence assembly)
1、reads/segments 2、assemble 3、contig: A sequence contig is the extended contiguous sequence that is produced by the assembly process that joins overlapping sequences
phred/phrap/consed是什么意思？干什么的？ ▪ phred: 准备(basecall) ▪ phrap: 装配(产生consensus sequences/contigs) ▪ consed: 浏览(browse)
15
序列装配软件作业(LasergeneSeqMan)
1、需要破解版 2、运行SeqMan ▪ [新版] SeqMan Pro (含在Lasergene 7.2中)的新特征(能处理如
▪ 重复序列多，LINE(long interspersed nuclear elements，长散布重复序列), SINE(short interspersed nuclear elements，短散布重复序列), LTR, transposon(转座子)，微卫星(microsatellite)
▪ 较低等的真核生物基因更紧凑，内含子少
contig 1
contig 2
装配软件
▪ 商业软件 1、sequencher, ATGC (PC) 2、TraceTuner/PGA (workstation) 3、SeqMan [Pro] (DNAStar/Lasergene) ▪ 学术免费软件 1、phred/phrap/consed 2、CAP3
原核生物(prokaryote)的基因组
▪ 细菌和古细(生)菌(archaea)等的细胞内不包含膜结构的部分，多数基因组为单 个环状DNA分子，还可含有环状或线性的质粒(plasmid)，大小105-107bp
▪ 基因比低等真核生物更紧凑，有操纵子(operon)，无内含子(除少数古细菌外)， 重复序列少(只有少数转座子)
生物信息学 第七章 基因组信息学
生物科学与技术学院
本课目录
一、总括 二、基因组组装 三、基因芯片 四、PCR引物设计
2
பைடு நூலகம்
一、总括
基因组(Genome)：一个细胞、细胞器或病毒中的所有DNA(或RNA) 功能基因组学：以解释基因组的功能及控制机制为目标，其核心问
题是研究基因组多样性，表达及调节，模式生物
▪ 遗传作图方法: 连锁分析
8
果 蝇 的 遗 传 图 谱
物理作图(physical mapping)
▪ 物理作图：采用分子生物学技术直接检验DNA分子来作图以标示序列特征(基 因等)在基因组上的位置，遗传图的解析度和精确度较低，需物理图补充，单位 为bp。
▪ 物理作图方法(很多，可大致分为3类) 1、限制作图(restriction mapping) 2、FISH (fluorescent in situ hybridization) 3、STS（sequence tagged site） mapping：STS是指一段200-500bp的已知
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人 的 基 因 图 谱
遗传作图(genetic mapping)
▪ 遗传作图：采用遗传技术(杂交，谱系等)作图以标示序列特征(基因等)在染色体 上，形成遗传连锁图，单位为cM（厘摩，即减数分裂的重组频率为1%）
▪ 遗传标记：遗传图谱上的特征性位置标记。 （1）基因标记 （2）分子/DNA标记: RFLP，SSLP(小卫星/VNTR,微卫星)，SNP 遗传标记的特征： （1）个体间存在着多态性（差异），可被识别 （2）多态性可在后代中重演，即可遗传
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phred/phrap/consed（略）
▪ 对学术用途免费，使用需作者同意 ▪ 至少能计算20万以上短序列(reads)的装配 ▪ 支持系统：Sun Solaris (Sparc) (2.5.1以上)、Sun Solaris (Intel)
(2.8以上)、DEC-Alpha Digital Unix (OSF1 V4.0以上)、HP HPUX (11.0以上)、SGI Irix (6.2以上)、Linux (Redhat 7.1-1以上)
高等、低等真核生物和原核生物的基因组
酿酒酵母
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基因组作图(mapping genomes)
对生物的基因进行鉴定（测序），以此测定它的染色体 上的特定位置，然后用图示的方式把它表示出来，就形 成了基因图谱。 ▪ 为什么要作图？ 主要是为了测序 一次实验一般只能得到<2000bp的序列片断，而直接把片 断拼接起来对于大的基因组易出错。 ▪ 有了图如何测序？ 利用图把基因组分成较大片断(105-106bp)，并对大片断 用鸟枪法(shotgun)测序（鸟枪法是将目的DNA随机地处 理成大小不同的片段，再将这些片段的序列连接起来的 测序方法），测序后的序列便可正确置于图上。
下数据) ▪ large ▪ contains repeated sequences ▪ has noisy ends ▪ being used for SNP analysis ▪ need vector trimming (矢量微调)
比较基因组学：将不同物种基因组进行比较，其有助于根据同源性
方法分析基因组功能；有助于发现人类和其他生物的本质差异,探索 遗传语言的奥秘。
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真核生物(eukaryote)的基因组
▪ 动物、植物、真菌(fungi)等真核生物的细胞内包含膜结构的部分，如细胞核、 细胞器(如线粒体，植物的叶绿体)，大小107-1011bp
DNA序列，其在待分析的基因组或染色体上是唯一的。 ▪ 特点：数据量大，只能用计算机完成
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限制作图 FISH
STS
基因组组装(genome assembly)
▪基因组组装：将大量短序列拼装成完整基因组的过程，其核心是序列装配过程 （sequence assembly ）。 ▪步骤： Step 1、将所有短序列比对，以查找重叠的部分 Step 2、将重叠部分合并 ▪困难： 1、本身是个很难的计算问题 2、有很多重复序列(repeat) 3、有的重复序列可长达几千bp 4、有些重复序列可出现在几千个不同的地方 5、在拥有巨大基因组的植物和动物中普遍存在以上困难
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序列装配(sequence assembly)
1、reads/segments 2、assemble 3、contig: A sequence contig is the extended contiguous sequence that is produced by the assembly process that joins overlapping sequences
phred/phrap/consed是什么意思？干什么的？ ▪ phred: 准备(basecall) ▪ phrap: 装配(产生consensus sequences/contigs) ▪ consed: 浏览(browse)
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序列装配软件作业(LasergeneSeqMan)
1、需要破解版 2、运行SeqMan ▪ [新版] SeqMan Pro (含在Lasergene 7.2中)的新特征(能处理如
▪ 重复序列多，LINE(long interspersed nuclear elements，长散布重复序列), SINE(short interspersed nuclear elements，短散布重复序列), LTR, transposon(转座子)，微卫星(microsatellite)
▪ 较低等的真核生物基因更紧凑，内含子少
contig 1
contig 2
装配软件
▪ 商业软件 1、sequencher, ATGC (PC) 2、TraceTuner/PGA (workstation) 3、SeqMan [Pro] (DNAStar/Lasergene) ▪ 学术免费软件 1、phred/phrap/consed 2、CAP3
原核生物(prokaryote)的基因组
▪ 细菌和古细(生)菌(archaea)等的细胞内不包含膜结构的部分，多数基因组为单 个环状DNA分子，还可含有环状或线性的质粒(plasmid)，大小105-107bp
▪ 基因比低等真核生物更紧凑，有操纵子(operon)，无内含子(除少数古细菌外)， 重复序列少(只有少数转座子)
生物信息学 第七章 基因组信息学
生物科学与技术学院
本课目录
一、总括 二、基因组组装 三、基因芯片 四、PCR引物设计
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பைடு நூலகம்
一、总括
基因组(Genome)：一个细胞、细胞器或病毒中的所有DNA(或RNA) 功能基因组学：以解释基因组的功能及控制机制为目标，其核心问
题是研究基因组多样性，表达及调节，模式生物
▪ 遗传作图方法: 连锁分析
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果 蝇 的 遗 传 图 谱
物理作图(physical mapping)
▪ 物理作图：采用分子生物学技术直接检验DNA分子来作图以标示序列特征(基 因等)在基因组上的位置，遗传图的解析度和精确度较低，需物理图补充，单位 为bp。
▪ 物理作图方法(很多，可大致分为3类) 1、限制作图(restriction mapping) 2、FISH (fluorescent in situ hybridization) 3、STS（sequence tagged site） mapping：STS是指一段200-500bp的已知
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人 的 基 因 图 谱
遗传作图(genetic mapping)
▪ 遗传作图：采用遗传技术(杂交，谱系等)作图以标示序列特征(基因等)在染色体 上，形成遗传连锁图，单位为cM（厘摩，即减数分裂的重组频率为1%）
▪ 遗传标记：遗传图谱上的特征性位置标记。 （1）基因标记 （2）分子/DNA标记: RFLP，SSLP(小卫星/VNTR,微卫星)，SNP 遗传标记的特征： （1）个体间存在着多态性（差异），可被识别 （2）多态性可在后代中重演，即可遗传
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phred/phrap/consed（略）
▪ 对学术用途免费，使用需作者同意 ▪ 至少能计算20万以上短序列(reads)的装配 ▪ 支持系统：Sun Solaris (Sparc) (2.5.1以上)、Sun Solaris (Intel)
(2.8以上)、DEC-Alpha Digital Unix (OSF1 V4.0以上)、HP HPUX (11.0以上)、SGI Irix (6.2以上)、Linux (Redhat 7.1-1以上)