7比较基因组学与分子进化
基因组学中的比较基因组学方法
基因组学中的比较基因组学方法基因组学是研究生物体的基因组结构、功能、组成及其相互作用的一门科学，其研究对象广泛，涉及到生命科学、医学、生态学等多个领域。
而比较基因组学则是基因组学中的一个分支，它通过比较各物种的基因组序列，揭示各种生物之间的基因演化及其遗传规律，并且研究各种基因的功能、表达、调控等问题。
在这篇文章中，我们将探讨基因组学中的比较基因组学方法。
一、基因组序列比较基因组序列比较是比较基因组学的基础，其主要作用是把不同物种的基因组序列进行比较，找出相同的序列，并且对相同的序列进行分析，从而揭示物种种类关系，共同祖先及其遗传变化等问题。
此外，基因组序列比较还可以为基因组结构和功能阐明提供重要的信息。
基因组序列比较具有以下几个特点：首先，基因组序列比较的算法不断更新，现代的比对算法比以前的更高效和准确，如MAFFT，MUSCLE等。
同时，基于多序列比对的算法也越来越成熟，如PhyML，RAxML等。
其次，基因组序列比较也需要考虑不同物种之间的基因数目和基因的排列顺序的变化，比如基因重复、基因家族和基因结构的演变等问题。
这些问题可以通过整个基因组序列的比较和基因组控制区的分析得到解决。
最后，基因组序列比较还需要考虑序列保守性和易变性的问题，这也是基因组序列比较的难点之一。
在快速进化的物种中，内含子和基因区之间的序列变异率可能非常大，这也需要采用相应的算法和策略来解决。
二、基于基因家族的比较基因组学方法基因家族是指在不同物种中存在多个拥有同样结构或功能的基因，如酪蛋白基因家族和S100基因家族等。
在基因组中，基因家族在不同物种中的数量和序列有所不同，这反映了基因家族的演化过程，因此可以通过研究基因家族的变化来推测基因的演化和基因家族的起源。
基因家族比较的方法有：1. 基因簇的比较：基因簇是指在染色体上连续排列的基因序列，通常由一系列同源基因组成。
基因簇的比较可以揭示同源基因的演化，还可以发现基因家族的新增和丢失等信息。
基因组学和比较基因组学研究
基因组学和比较基因组学研究基因组学和比较基因组学是近年来科学研究的重点之一。
随着科技的发展，人们对基因和基因组的认识也在逐渐完善。
基因是我们生命的基础单位，而基因组是一个生物所有基因的集合。
基因组包含了生物的各种遗传信息，其结构和功能对生物的生长、发育、适应环境和相互作用等方面都有影响。
基因组学研究是关于整个基因组的分析、注释和解读。
包括对基因组间的相互作用、序列、结构和功能的研究。
可以发现遗传物质可能存在的突变和变异，并且可以对个体、种群和物种发生的模式进行研究。
由于基因组的巨大、复杂和多样性，研究需要综合各种学科和技术手段。
目前，基因组学的研究内容包括：基因组序列分析、基因组结构与功能、基因组跨物种比较、基因组变异和多样性等。
比较基因组学是一门交叉学科，它主要研究不同生物间的遗传信息相似和差异。
通过比较基因组，可以研究物种间的进化和生物多样性，也可以发现表观遗传变化，对整个生物进化和遗传变化有很大意义。
在基因组和比较基因组学研究领域，研究者们使用各种不同的技术相互协作，进而取得了一系列重要的成果。
比如，通过测序和分析基因组序列，人们获得了人类基因组图谱，这个项目花费了耗时13年和30亿美元。
其中发现了主要基因、单核苷酸多态性、复杂性状等各种高度重要的分子信息。
这一重要的里程碑标志着人类基因组学的开端，不仅揭示了人类生命的基本规律，而且在生物医学科学、个体化医疗、生殖和疾病治疗等方面做出了重要的贡献。
同时，比较基因组学的研究也为揭示生物进化的分子机制提供了重要证据。
例如，通过比较基因组序列，可以发现不同物种间的基因表达差异，这有助于我们了解生物在演化过程中的适应能力和发展方向。
此外，基因组和比较基因组学的研究也为生物多样性和物种间相互作用的研究提供了重要的支持。
例如，基因组学的研究可以帮助我们了解生物种类、物种归属、种群结构和基因维持机制等。
同时，比较基因组学的研究可以发现不同物种间的遗传变异和性状差异，为我们了解物种间的相互作用模式提供了重要的依据。
分子进化与基因组学综述
我看分子进化与基因组学综述自达尔文时代起，许多生物学家都有一个梦想，那便是重建地球上所有生命的进化历史并以系统树的形式描述这部历史（Haeckel 1866）。
理想的途径应该是利用化石证据，但是化石是如此的零散且不完整，致使大多数研究者转向比较形态学和比较生理学的方法。
通过后两条途径，经典进化学家已得出有机体进化历史的主要框架。
然而，形态和生理性状的进化如此复杂，以致不可能产生一幅进化历史的清晰图象。
不同学者重建的系统树在细节上几乎总是可争议的。
分子生物学的进展大大地改变了这种局面。
由于所有生物的蓝图都用DNA （在某些病毒中则用RNA）来书写，因而人们可以通过比较DNA来研究它们的进化关系。
分子途径较经典的形态学和生理学途径有如下优点。
首先，DNA仅由4种碱基组成，即：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞核嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）。
所有生物，不论是细菌、植物和动物中的DNA均由这四种碱基组成。
因而，可用它们比较所有有机体的进化关系。
这在经典进化研究方法中是不可能做到的。
其次，DNA的进化演变或多或少是有规律的，因而能用数学模型来描述其变化并可比较亲缘关系较远的生物间的DNA。
形态性状的进化演变，即使在一段较短的进化时间，也是极其复杂的。
因而，形态的系统发育研究必然会有各种各样的假设，但这些假设往往难以令人信服。
第三，所有生物的基因组都是由长长的核酸序列组成，比形态性状包含的系统发育信息要多得多。
鉴于上述原因，分子系统学有望澄清生命系统树中多处对于经典途径来说极为棘手的问题。
欲估计核苷酸替代数，必须应用核苷酸替代的数学模型。
为此，许多学者提出了不同的替代模型。
Jukes和Cantor方法一个最简单的核苷酸替代模型由Jukes和Cantor（1969）提出。
该模型假定任一位点的核苷酸替代都是以相同频率发生的，且每一位点的核苷酸每年（或以任何其他时间单位）以α概率演变为其它三种核苷酸中的一种（表3.2A）。
比较基因组学原理及应用
功能。 3、在现有的数据库中找不到任何相匹配的蛋
白质序列的新基因。
部分真核、原核生物基因组成成份分析
通过基因组数据进行比较基因组学研究
• 例子： • 尿殖道支原体带有已知最小的基因组，可
依此确定能自我复制的细胞必需的一套最 少的核心基因。
该学科的发展及所取得的成果与序列的积累相 同步，尤其是人类全基因组序列的分析与比较使 比较基因组学成为整个生物学领域最新、最重要、 进展最快和影响最大的学科之一。
1. 已完成的测序
比较基因组学从一开始就是人类基因组计划 的一部分。
人类基因组计划的原始计划是测定人类和一 部分模式生物（如细菌，酵母，果蝇，秀丽隐杆 线虫，小鼠等）的全基因组序列。
• 1 全基因组的比较研究 • 2 系统发生的进化关系分析
1.全基因组的比较研究
• 比较基因组学的基础是相关生物基因组的 相似性。两种具有较近共同祖先的生物， 它们之间具有种属差别的基因组是由祖先 基因组进化而来，两种生物在进化的阶段 上越接近，它们的基因组相关性就越高。 如果生物之间存在很近的亲缘关系，那么 它们的基因组就会表现出同线性(synteny)， 即基因序列的部分或全部保守。
比较基因组学 相关概念
韩柳
基因组学概念及范畴
基因组(genome) 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部
遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色 体（单倍体）DNA。
基因组学(genomics) 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以
及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基 因组结构及功能。
基因组学概念
Homo sapiens Pan troglodytes Mus musculus Rattus norvegicus Drosophila melanogaster Escherichia coli Saccharomyces cerevisiae Ciona intestinalis
生物进化中的进化生物学方法
生物进化中的进化生物学方法在生物学中，进化生物学是研究生物进化原理和机制的学科。
通过理解生物进化的过程和规律，进化生物学可以揭示物种多样性的形成和演化，并为物种的适应性与存续性提供理论依据。
在生物进化研究中，有多种方法和技术被广泛应用，本文将介绍其中一些重要的进化生物学方法。
1. 系统发育分析系统发育分析是进化生物学的基础方法之一，通过构建生物分类学上的系统发育树，揭示不同物种之间的进化关系。
在系统发育分析中，研究者会收集物种的形态特征、遗传信息或其他相关数据，并使用进化模型和计算方法来推断各个物种之间的亲缘关系。
这些分析结果可以揭示物种的起源、演化路径以及物种之间的共同祖先等关键信息。
2. 比较基因组学比较基因组学研究通过比较不同物种的基因组结构和功能，揭示物种之间的遗传差异和相似性。
在进化生物学研究中，比较基因组学可以帮助我们理解基因在进化过程中的改变和演化，以及这些基因改变如何影响物种的适应性和进化速率等重要问题。
3. 蛋白质结构和功能比较蛋白质是生物体内广泛存在的重要分子，其结构和功能的比较可以揭示物种之间的进化关系。
通过比较不同物种的蛋白质序列以及三维结构，研究者可以了解蛋白质在进化过程中的变化，并推断不同物种之间的功能相似性或差异性。
这种方法通常用于揭示蛋白质功能的起源和适应性进化等问题。
4. 实验进化实验进化是通过在实验室中人为控制环境条件和选择压力，模拟和研究生物在自然环境中的进化过程。
通过实验进化，研究者可以观察和分析不同基因型在不同环境下的适应性和存活能力的变化，进而揭示物种在面对环境改变时的进化机制和适应策略。
5. 比较发育生物学比较发育生物学研究生物个体从受精卵到成体的发育过程中的形态和结构变化，通过比较不同物种的胚胎发育模式和遗传调控机制，揭示物种进化过程中的形态演化和发育调控的改变。
这种方法可以帮助我们理解生物体形态多样性的形成和演化原因。
总结：生物进化中的进化生物学方法涉及到系统发育分析、比较基因组学、蛋白质结构和功能比较、实验进化和比较发育生物学等多个领域。
进化生物学研究方法
进化生物学研究方法进化生物学是研究物种如何逐渐变化和适应环境的科学领域。
为了深入了解生物进化的过程和机制，科学家们开发了各种研究方法和技术。
这些方法从分子水平到群体水平，从实验室到自然环境，提供了多样化的途径来探索生物进化的奥秘。
1. 遗传学研究方法遗传学是进化生物学的基础。
通过研究遗传物质的传递和变异，我们可以了解物种如何通过基因变化来适应环境。
主要的遗传学研究方法包括：(a) 人工选择：科学家可以通过选择某些具有特定性状的个体进行繁育，加速基因变异和进化的过程。
例如，人工选择可以被用来培育更具抗病性或更高产量的植物品种。
(b) 突变分析：突变是基因组中发生的随机变异。
通过分析突变体，我们可以研究不同基因的功能和相互作用。
突变分析为我们揭示了生物进化的基本原理。
(c) 比较基因组学：通过比较不同物种基因组中的差异，我们可以了解物种之间的进化关系和共同祖先。
比较基因组学可以揭示物种间的遗传联系，并为进化树的构建提供信息。
2. 生态学研究方法生态学关注物种与环境的相互作用和适应。
生态学研究方法有助于我们了解生物进化的驱动力和适应机制。
其中一些重要的方法包括：(a) 环境调查：通过对自然环境的调查和研究，我们可以了解物种在不同环境条件下的分布、数量和适应性。
环境调查提供了大量的数据，帮助我们理解物种如何适应不同的生境。
(b) 形态测量和比较：通过测量和比较物种的形态特征，我们可以了解物种之间的相似性和差异。
形态测量和比较揭示了物种适应环境变化的经过，并为物种分类提供了线索。
(c) 行为观察：行为观察研究动物和植物在特定环境条件下的行为模式和适应策略。
行为观察帮助我们了解物种如何利用环境资源、进行繁殖和避免捕食，在进化中发展出的各种行为。
3. 分子生物学研究方法分子生物学技术的发展为我们深入研究生物进化提供了强有力的工具。
以下是一些常用的分子生物学研究方法：(a) 基因测序：通过测定物种基因组中的DNA序列，我们可以揭示不同物种的遗传信息和进化关系。
比较基因组学
生物其中一个特征是进化，比较基因组学同样以进化理论作为理论基石，同时其研究结果又前所未有地丰富 和发展了进化理论。当在两种以上的基因组间进行序列比较时，实质上就得到了序列在系统发生树中的进化关系。 基因组信息的增多使得在基因组水平上研究分子进化、基因功能成为可能。通过对多种生物基因组数据及其垂直 进化、水平演化过程进行研究，就可以对与生命至关重要的基因的结构及其调控作用有所了解。
方法及思路
模式生物基因组研究揭示了人类疾病基因的功能，利用基因顺序上的同源性克隆人类疾病基因，利用模式生 物实验系统上的优越性，在人类基因组研究中的应用比较作图分析复杂性状，加深对基因组结构的认识。
“一个物种的不同器官之间的差异要比与另一物种的同一器官之间的差异大的多。” 相似性 (similarity) 同源性 (homology) 直系同源 (orthology) 旁系同源 (paralogy) 直系同源与旁系同源 直系同源的序列因物种形成（speciation）而被区分开（separated）：若一个基因原先存在于某个物种， 而该物种分化为了两个物种，那么新物种中的基因是直系同源的； 旁系同源的序列因基因复制（gene duplication）而被区分开（separated）：若生物体中的某个基因被复 制了，那么两个副本序列就是旁系同源的。
种内比较
同种群体内基因组存在大量的变异和多态性,正是这种基因组序列的差异构成了不同个体与群体对疾病的易感 性和对药物与环境因子不同反应的遗传学基础。
单核苷酸多态性
单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism，SNP)是指在基因组水平上由于单个核苷酸位置上存 在转换或颠换等变异所引起的DNA序列多态性。根据SNP在基因中的位置，可分为基因编码区SNP(coding-region SNP，cSNP)、基因周边SNP(perigenic SNP，pSNP)以及基因间SNP(intergenic SNP，iSNP)等3类。2005年2月 17日公布的第一份人类基因多态性图谱是依据基因“连锁不平衡原理”，利用基因芯片在71个欧洲裔美国人(白 色人种)、非洲裔美国人(黑色人种)和汉族华裔美国人(黄色人种)中鉴别出了158万个单一核苷酸变异的DNA位点, 这个图谱将有助于预测某些疾病发生的可能性以及施以最佳治疗方案，在实现基于基因的个体化医疗目标的征途 上走出了重要的一步。
进化基因组学
进化基因组学
进化基因组学是一门研究基因组演化及其影响的学科。
其研究对象是各种生物的基因组，特别是不同物种之间基因组的演化历史和趋势。
通过对生物进化历史和基因组的比较分析，进化基因组学可以揭示生物进化的规律，推测生物的起源和演化过程，以及探索基因组变异与表现型变异之间的联系。
进化基因组学的研究方法主要包括比较基因组学、分子进化学和生物信息学等。
其中，比较基因组学是一种通过比较不同物种的基因组序列来揭示进化历史和基因功能的方法。
分子进化学是一种通过对分子序列分析来推测分子进化历史和系统发育关系的方法。
生物信息学则是一种利用计算机技术来处理和分析基因组数据的方法。
进化基因组学的发展对于了解生命的起源和演化过程，解决生物分类学争议，发掘新的生物资源等具有重要意义。
同时，进化基因组学也为人类的生物医学研究提供了新的思路和方法。
- 1 -。
比较基因组学与分子进化(1)
2021/3/7
20
2021/3/7
21
Genetic interference following ingestion of dsRNA-expressing bacteria by C.elegans
正确剪接位点
12
成熟 ( mRNA )结构
起始密码： ATG
N 5‘
外显子 64密码子
终止密码： TAA TAG TGA
C
3‘
蛋白质(20氨基酸)
2021/3/7
13
Promoter::GFP reporters reveal worm Cadherin gene expression
Worm cadherins: cdh-1, hmr-1a, hmr-1b, cdh-3, cdh-4, cdh-5, fmi-1, cdh-7, cdh-8, cdh-9, cdh-10, casy-1, cdh-12
1. Utilization of desirable regulatory sequence to drive the expression of your gene product
5’ control region protein coding region 3’ control region
2. Gene Silencing or Antisense approach to control the level of mRNA of a given gene
AT
genomic DNA PCR
G
GFP vector
3-5kb
生物信息学考试笔记
生物信息学的应用生物信息蕴藏的巨大的经济价值, 大量的生物信息公司应运而生生物信息在基因组分析中的应用序列片断的拼接；可能基因的寻找；基因功能的预测，特别是多基因；结构的分析与预测（三级结构与功能）；功能基因组和蛋白质组；代谢过程；分子进化3.新药开发Bioinformatics Features1. Biological molecule，生物大分子的生物学2. Molecular information研究生物大分子的分子信息3. Informatics techniques需要利用计算机科学辅助4. Organize生物信息学的研究是建立在对这些相关的信息组织归纳5. Large-scale建立在大量的大规模的生物大分子信息积累基础上主要研究内容：1、碱基序列比对（Alignment）。
是生物信息学的基础问题。
2、蛋白分子结构预测与比对。
包括2级和3级结构基因信息与非编码区分析和DNA信息研究，是最重要的课题之一。
6、分子进化和比较基因组学，其他。
序列重叠群（Contigs）装配。
遗传密码的起源。
基于结构的药物设计。
如基因表达浦分析，代谢网络分析；基因芯片设计和蛋白质组学数据分析等，PAM：为了得到氨基酸的打分矩阵，最常用的办法是统计自然界中各种氨基酸残基的相互替换率。
PAM是基于通过统计相似序列比对中的替换发生率来得到的，打分矩阵，亦称point accepted mutation matrix.替换频繁，打分优惠；反之罚分。
PAM-1: 1% divergence in a protein (one amino acid replacement per hundredPAM250: (250 substitutions per hundred residues) only one amino acid in five remains unchanged and the percent divergence has increased to roughly 80%.PAM1000: 1000 substitutions per hundred residues相对突变率（relative mutability)：一个氨基酸被其他氨基酸替换的概率。
比较基因组学研究及其在生命科学中的应用
比较基因组学研究及其在生命科学中的应用随着生物学科技的不断发展，比较基因组学成为了一个备受关注的领域。
比较基因组学是一门研究不同物种基因组之间相似性和差别的学科，通过比较不同物种的基因组，可以揭示生命科学中许多最基本的生物学问题，例如进化和种间关系，以及人类疾病的遗传基础等等。
本文将着重介绍比较基因组学的研究方法和其在生命科学中的应用。
比较基因组学的研究方法比较基因组学研究的核心方法是通过比较、分析多个物种基因组的结构和序列，寻找有关它们之间相似性和异同性的规律和特征。
比较基因组学研究中最常用的研究方法包括：序列比对、基因家族分析、基因结构预测、基因组碎片的组装和同源分析等。
序列比对是比较基因组学中最基本的研究方法之一。
通过将多个物种的DNA序列进行比对，可以分析它们之间的相似性和差异性，从中找到共性和特异性的特征，帮助研究人员了解物种之间的进化关系、基因家族的分析等等。
基因家族分析是指将各种不同的基因标准化成家族，通过比较家族之间的相似性和差异性，探寻家族之间的演化历史和功能关系。
基因家族分析可以揭示不同物种之间的演化历史和进化趋势，同时也可以推断某些特定基因的功能和特点。
基因结构预测是通过模拟、预测和标定基因的位置和结构，包括基因的编码区和非编码区域等，提供了基因序列多方面的功能信息。
基因结构预测可以寻找新的功能基因和结构相似的家族成员，同时也可以预测编码区域的开放状态和突变子的潜在作用。
基因组碎片的组装是将物种的基因组序列片段重新装配成一个完整的基因组，这是基因组学研究的一个重要环节，也是比较基因组学研究中关键的技术。
由于每个物种的基因组都是由成千上万个DNA碎片组成，这些碎片要经过精细的组装才能建立一个完整的基因组。
同源分析是指将物种之间的同源基因进行比较和分析，从而推断它们之间的功能和进化关系。
在同源基因分析中，主要包括序列比对、同源基因树构建和同源基因功能分析等操作。
比较基因组学在生命科学中的应用比较基因组学目前已被广泛应用于生命科学领域，包括分子进化、系统生物学、基因组学和生物技术等多个方面。
比较基因组学与进化研究
比较基因组学与进化研究在现代生物学中，比较基因组学和进化研究是两个重要领域。
比较基因组学是研究不同生物之间基因组结构和组成的分支学科，而进化研究是研究生物进化过程的学科。
这两个领域的相互影响和相互促进已经成为现代生物学研究中的一个主要方向。
比较基因组学的主要研究内容是比较不同物种之间的基因组差异。
这个研究领域可以从不同层次上进行分析，如基因组水平、基因水平、蛋白质水平等。
比较基因组学的结果可以帮助我们更好地理解生物多样性，揭示生物进化和适应性演化的机制，识别和理解基因家族和基因转移等现象。
在比较基因组学的研究中，越来越多的数据被大规模产生和使用。
现代高通量测序技术和数据挖掘技术的发展为比较基因组学的研究提供了强有力的支持。
大规模基因组比较的结果帮助我们筛选出与生活过程密切相关的基因，并预测人类疾病的发生和发展。
此外，比较基因组学的研究还为生命科学的其他方面，如生态学、生物技术、遗传学等提供了支持。
相对于比较基因组学，进化研究主要关注生物进化和适应性演化的过程。
在研究进化过程时，可以从多种角度来考虑，如形态学、分子生物学、生理学等。
相对于形态学研究和生理学研究，分子生物学在进化研究中的应用更加广泛。
进化研究与比较基因组学的关联点很多，首先是基因水平上的差异。
基因水平的差异可以为研究种间关系提供新的途径。
基因水平的差异可以明确哪些基因是相同物种的成员，哪些基因是彼此不同的物种和不同的群体成员。
此外，基因水平的差异还可以用来进行物种演化分析。
另外，基因水平的差异还可以用来研究不同基因的作用和表达方式。
比如，在进化研究中，基因在不同物种之间的音量和表达方式差异的研究启示了我们哪些基因可能对不同物种形态和行为方面的差异产生细微的影响。
在比较基因组学中，我们也可以结合这些在不同物种中基因表达变化的研究，进一步探究比较生物的不同。
此外，研究进化过程还可以从基因组水平来考虑。
对比不同物种间的基因组变化可以揭示进化和适应性演化的过程。
比较基因组学的研究方法
比较基因组学分析比较基因学分析（comparative genomic analysis）是基于测序获得的基因组序列和基因注释信息的数据材料，通过不同层面的比较分析，挖掘多个样品之间数据关联的一种方法和手段，是后基因组学分析的重要组成部分。
比较基因组学分析已经成为研究基因水平转移、物种基因组特性、群体进化、关键功能基因挖掘、物种环境适应性等方向的法典。
比较基因组学的分析数据，将为研究人员指明后续功能基因组学实验研究的方向并极大程度上提高研究效率和靶向性。
一、比较基因组学实验方法：1.基因序列测序构建分子进化树分子树又称分子系统树 (molecular system tree) , 是用生物化学方法对不同物种同源蛋白质氨基酸或核酸核苷酸组成差异序列所反映出的亲缘关系、进化地位、分歧时间而绘制出的树状图谱。
2.荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术 (FISH) 是20世纪80年代发展起来的一种分子细胞遗传学技术, FISH以已有的放射性原位杂交技术作为基础, 广泛应用于动植物基因组结构的研究。
3.Array-based CGH比较基因组杂交技术 (comparative genomic hybridization, CGH) 是1992年在FISH的基础上经过改进的一种分子细胞遗传学技术，基因组DNA和待测细胞的DNA经不同荧光染料标记, 与中期染色体杂交, 通过检测染色体上的荧光信号, 确定待测组织DNA拷贝数的改变并实现在染色体上的定位。
二、比较基因组学比对方法1.种间比较基因组学通过对不同亲缘关系物种的基因组序列进行比较，能够鉴定出比对物种之间各自独有的序列，了解不同物种在核苷酸组成、基因顺序中的异同，利用生物信息学软件将比对序列结果进行分析，从而获得不同物种同源蛋白质氨基酸或脱氧核苷酸组成差异序列所反映出的亲缘关系、进化地位信息。
2.种内比较基因组学同种群体内基因组存在大量的变异和多态性, 正是这种基因组序列的差异构成了不同个体与群体对疾病的易感性和对药物与环境因子不同反应的遗传学基础。
比较基因组学与分子进化复习题
比较基因组学与分子进化复习题1．比较基因组学及分子进化的产生背景及其应用，请举例说明如何理解其意义？产生背景:随着1990年人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)的实施并取得巨大成就，同时模式生物(model organisms)基因组计划也在进行，并先后完成了几个物种的序列分析，研究重心从开始揭示生命的所有遗传信息转移到从分子整体水平对功能的研究上。
在HGP进行中完成一系列模式生物全基因组测定，如大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇、小鼠。
这些模式生物全基因组测定的完成有重大理论与现实意义。
至此基因组的研究进入了后基因组时代（post genome era）。
它的研究内容可以概括为：比较基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、转录物组学、代谢物组学等，是在全基因组水平上研究基因功能和基因之间互相作用及其调控机制的学科。
随着公共资源数据体系的大规模建立，面对海量数据，如何从这些数据中获得自己想要的知识，搜集、管理、处理、分析、释读能力的要求迅速提升，比较基因组学和分子进化已经成为生命科学研究的核心和不可分割的学科。
应用：比较基因组学能根据对一种生物相关基因的认识来理解、诠释甚至克隆分离另一种生物的基因。
远缘基因组间的比较为认识生物学机制的普遍性，寻找研究复杂生理和病理过程所需的实验模型提供了理论依据，而近缘基因组间的比较则为认识基因结构与功能等细节提供了参数。
比较基因组学与分子进化拓展了模式生物从测序的意义，不仅可以模式生物基因组研究模式生物本身，更重要的是利用模式生物研究进化上相近的其他物种；推动了物种起源和生物进化研究的发展；同时带来了研究方法的思路的突破，促进了反向遗传学等学科的发展。
举例：两种血吸虫完整基因组序列被确定两个国际联合课题组报告了曼氏血吸虫和日本血吸虫的完整基因组序列。
它们是引起血吸虫病（也称“裂体血吸虫病”）的三种主要病原体中的两种。
血吸虫病是一种“被忽视的”热带疾病，影响76个国家的超过2亿人。
生物信息学数据库答案[1]
![生物信息学数据库答案[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/dd57e2b465ce050876321334.png)
生物信息学（bioinformatics）：是一门交叉学科，它包含了生物信息的获取，处理，存储，分发，分析和解释等在内的所以方面，它综合运用数学，计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。
目的：揭示"基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律"，解释生命的遗传语言。
方法：主要有创建一切适用于基因组信息分析的新方法，改进现有的理论分析方法，发展有效的能支持大尺度作图与测序需要的软件、数据库以及若干数据库工具等。
应用：生物信息的存储与获取，序列比对，测序与拼接，基因预测，生物进化与系统发育分析，蛋白质结构预测，RNA结构预测，分子设计与药物设计，代谢网络分析，基因芯片，DNA计算等。
1.1.3生物信息学的研究内容1、序列比对（Alignment）。
2、结构比对。
基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。
已有一些算法。
3、蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之一。
4、计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因)。
5、非编码区分析和DNA语言研究，是最重要的课题之一。
6、分子进化和比较基因组学，是最重要的课题之一。
7、序列重叠群（Contigs）装配。
8、遗传密码的起源。
9、基于结构的药物设计。
10、其他。
如基因表达浦分析，代谢网络分析；基因芯片设计和蛋白质组学数据分析等，逐渐成为生物信息学中新兴的重要研究领域。
这里不再赘述。
3、开放式阅读框（ORF）：是基因的起始密码子开始到终止密码子为止的一个连续编码的序列。
5、中心法则：包括DNA的自我复制，转录形成RNA并翻译成蛋白质，RNA的自我复制和逆转录的过程。
6序列比对（alignment）：为确定两个或多个序列之间的相似性以至于同源性，而将它们按照一定的规律排列。
6、算法分析:评价一个算法的优劣，通过时间复杂度和空间复杂度来确定。
7、数据库管理系统：（database management system,DBMS）对DB进行管理的系统工程，提供DB的建立、查询、更新以及各种数据控制能。
分子生物学详细知识点
分子生物学详细知识点1.DNA和RNA：DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）是生物体内的两种核酸，DNA是多聚核苷酸的长链，包含编码基因信息，RNA是DNA的转录产物，在蛋白质合成中起着重要作用。
2.基因表达调控：基因表达调控是指在细胞中控制基因转录和翻译的过程。
包括转录因子的结合、启动子的甲基化、组蛋白修饰等。
3.蛋白质合成：蛋白质合成是指通过翻译过程将mRNA上的信息编码转化为氨基酸序列的蛋白质。
主要包括mRNA的翻译、氨基酸激活、核糖体的结合等步骤。
5. PCR技术：聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是一种体外扩增DNA的方法，通过反复循环的变性、退火和延伸步骤，迅速扩增目标DNA序列。
6.基因突变：基因突变是指DNA序列的改变，包括点突变、插入和缺失等。
可以导致蛋白质的结构和功能的改变，从而影响生物体的表型。
7.基因组学：基因组学是研究基因组结构、功能和演化的学科。
包括基因组测序、基因注释、功能基因组学等内容。
8.蛋白质结构与功能：蛋白质的结构决定其功能，分子生物学研究了蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构等方面，以及蛋白质与其他分子（如DNA、RNA、小分子）的相互作用。
9.克隆基因和表达蛋白：分子生物学通过克隆目标基因，将其插入表达载体中，转化至宿主细胞中，使目标基因在宿主中表达，并得到目标蛋白质。
10.分子进化：分子进化研究基因组的演化和多样性。
包括跨物种比较基因组、遗传多态性、分子标记等内容。
11. RNA干扰：RNA干扰是一种通过RNA分子抑制目标基因表达的现象。
包括小干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA），通过与mRNA结合形成双链结构，进而降解或抑制mRNA的翻译。
通过以上的介绍，可以看出分子生物学可以研究生命体内分子的结构、功能和相互作用等方面，对于深入了解生命现象的本质和基础具有重要意义。
比较基因组学的发展与应用
比较基因组学的发展与应用比较基因组学是一门研究不同物种间基因组的相似性和差异性的学科，其发展可以追溯至上世纪70年代的分子进化研究。
由于基因组序列技术的不断发展和普及，比较基因组学得到了广泛应用，对生命科学和生物技术的发展产生了深远影响。
一、比较基因组学的发展历程比较基因组学的历程可以分为以下几个阶段：1.分子进化研究阶段上世纪70年代，随着蛋白质结构的研究和分子生物学技术的发展，研究者开始将基因与进化联系起来。
在研究进化时，研究者常常从不同物种中选择同一基因进行分析，以推断其进化关系。
2.全基因组测序阶段上世纪90年代，全基因组测序技术的出现大大加快了比较基因组学的发展进程。
1995年，第一个完整的细菌基因组Haemophilus influenzae的测序完成。
到2000年，人类基因组计划的完成标志着全基因组测序技术的突破，即完成了人类基因组序列的测定。
3.比较分析阶段在全基因组测序技术的基础上，研究者可以对不同物种的基因组进行比较分析，从而深入探究物种间的进化关系、基因功能和表达等问题。
由此，比较基因组学开始发挥其在生命科学领域的重要作用。
二、比较基因组学应用比较基因组学得到了广泛的应用，对生命科学和生物技术的发展产生了深远影响。
1.进化关系研究比较基因组学可以分析不同物种间的进化关系，包括系统发育关系和进化树的建立。
例如通过比较人类基因组和其他物种的基因组，可以揭示人类与其他物种的进化关系，例如人类与黑猩猩的进化关系。
此外，比较基因组学也可以用来研究分岐时间和群落演化等问题。
2.基因功能研究基因是生物体内编码蛋白质的遗传信息单元，比较基因组学可以揭示不同物种间基因的功能差异和相似性，为研究基因功能提供了新的思路和方法。
比较基因组学可用来鉴定基因家族、演化过程中基因的丢失、转座子移动等影响基因功能的因素。
3.生物工程应用基于比较基因组学的生物工程应用主要有两个方面。
其一是利用外源基因与宿主的基因组进行比较分析，找到能够正常表达营养需求或者生产所需产物的载体基因进行转化。
- 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)。
• 物种序列的优化选择
• 对DNA序列的信息注释 • 序列的比对分析
10
比较基因组学研究举例
• 原核模式生物比较基因组学 • 酿酒酵母基因组 • 人类基因组
11
比较基因组学
研究不同物种之间在基因组结构和功能 方面的亲源关系及其内在联系的学科。
比较基因组学的应用
揭示非编码功能序列 新基因的发现 功能性SNP的发现 阐述物种间的进化史 阐明人类疾病过程的分子机制
5
比较基因组学的研究内容:
(1)绘制系统进化树，显示进化过程中最主要的 变化所发生的时间及特点。据此可以追踪物种的 。 起源和分支路径。
什么是系统进化树？
系统进化树例1
• (2)了解同源基因的功能 • (3)对序列差异性的研究有助于认识产生大自然生
物多样性的基础。物有着共同的染色体组织与结构 ，如环状基因组、基因的操纵子结构等，其能量产生和固
氮基因与原核生物也有很高的同源性。该基因组中与细胞
分裂有关的蛋白质及20多个编码无机离子运输蛋白的ORF 与细菌基因同源，而且其调控模式也类似于原核生物。然 而, 产甲烷球菌在细胞遗传信息传递，尤其是转录和翻译 系统，以及分泌系统方面与真核生物同源，说明该细菌与
真核生物亲缘关系较近。
9
比较基因组学的具体应用方法和策 略
• 确定基因组序列的进化关系 • 染色体片段的分析
第七章 比较基因组学与分子进化
Comparative genomics and molecular evolution
比较基因组学
利用不同物种基因组之间功能区域顺序上、组织 结构上的同源性, 克隆新基因、揭示基因功能、 阐明物种进化关系及基因组的内在结构, 这便是 比较基因组学。
2
• 例如：比较分析7种生物的基因组，结果表明： 在进化上，古细菌、真菌和真核生物有一个共同 的具有自养能力的最近祖先。