基因组学ppt课件(1)
合集下载
人类基因组计划及其意义ppt课件1
元。
人类基因组计划的进展，对未来生命科学研
究的思想和方法论也带来了革命性的改变。人们
将从基因组和比较生物基因组的水平，而不是孤
立的、单基因水平，来重新探讨和认识生命的进
化、遗传、发育，生物和环境，脑功能等重要生
2019物/7/1学6 问题。
高邮市第一中学 王兆银
8
人类基因组计划产生的背景
人类基因组计划的产生与“肿瘤计划”的搁浅是 分不开的。美国从70年代起启动了“肿瘤计划”，但
是，不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。人们
渐渐认识到，包括癌症在内的各种人类疾病都与基因
直接或间接相关。测出基因的碱基序列，则是基因研 究的基础。这时，科学家们面临两种选择：要么“零 敲碎打”地从人类基因组中分离和研究出几个肿瘤基
因，要么对人类基因组进行全测序。
2019/7/16
高邮市第一中学 王兆银
四张图：物理图、转录图、遗传图、序列图 “人类基因组计划”是解读人的基因组
上的所有基因，共分析24个染色体DNA分子 中的四种碱基对。30亿个碱基对是一个很长 的序列，为了更好地搞清这个长序列，需要 有其他辅助工作配合。在“人类基因组计划” 中，分为两个阶段：DNA序列图以前的计划 和DNA序列图计划。序列图以前的计划包括 物理图、转录图、遗传图。
2019/7/16
高邮市第一中学 王兆银
11
2019/7/16
高邮市第一中学 王兆银
12
文章每一段的一些关键词都有 助于我们把握相应的关键信息
第1段： “重大工程”、“科学计划’’ 第2段： “具体目标”、“基础”
第3段： “意义” 第4段： “规模化’’ 第5段： “序列化” 第6段： “以序列为基础”“特点”
基因组学PPT课件
9
人类基因组计划的背景-----基因组计划最早始于美国
初衷1945年原子弹事件
1984年12月犹他大学魏特受美国能源部的委托，美国能源部
的广岛之争:突变率调查
资助召开的环境诱变物和致癌物的防护的会议上，
讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组
1985年6月，美国加州的会议上， DNA序列的意义，第一次提出测定人体基因和全部DNA序列，
1990年10月1日正式启动实施
目标：完成对人的基因组的30亿个核苷酸对的 全部序列测定工作，阐明人体中全部基因的位置、 功能、结构、表达调控方、德、日、中六国科学家的共同努力下， 2000年6月26日， 国际人类基因组计划与塞莱拉公司联合发布“人类基因组工作草图”。 2001年2月12日 两大科研小组联合发布人类基因组图谱及“基本信息”。宣告人类基因组计划基本完成。10
人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划一样伟大宏伟。
人类基因组计划的研究内容
美国的人类基因组计划总体规划是： 拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的
分析。 1993年作了修订，其主要内容包括： 人类基因组的基因图构建与序列分析； 人类基因的鉴定； 基因组研究技术的建立； 人类基因组研究的模式生物； 信息系统的建立。 人类基因组研究的社会、法律与伦理问题， 交叉学科的技术训练， 技术的转让， 研究计划的外延等共9方面的内容。
美国能源部正式提出了展开人类
并检测所有的突变，计算真实的突变率。
基因组测序工作，形成了能源部 的“人类基因组计划”初步草案。
1986年6月，新墨西哥州冷泉港吉尔伯特及伯格主持的讨论会上， 进行了可行性讨论。美能源部宣布实施草案。意裔美肿瘤分子生
1987年，美国国家医学研究 院和能源部联合提出了这一 宏伟计划，即HGP）,先期
人类基因组计划的背景-----基因组计划最早始于美国
初衷1945年原子弹事件
1984年12月犹他大学魏特受美国能源部的委托，美国能源部
的广岛之争:突变率调查
资助召开的环境诱变物和致癌物的防护的会议上，
讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组
1985年6月，美国加州的会议上， DNA序列的意义，第一次提出测定人体基因和全部DNA序列，
1990年10月1日正式启动实施
目标：完成对人的基因组的30亿个核苷酸对的 全部序列测定工作，阐明人体中全部基因的位置、 功能、结构、表达调控方、德、日、中六国科学家的共同努力下， 2000年6月26日， 国际人类基因组计划与塞莱拉公司联合发布“人类基因组工作草图”。 2001年2月12日 两大科研小组联合发布人类基因组图谱及“基本信息”。宣告人类基因组计划基本完成。10
人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划一样伟大宏伟。
人类基因组计划的研究内容
美国的人类基因组计划总体规划是： 拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的
分析。 1993年作了修订，其主要内容包括： 人类基因组的基因图构建与序列分析； 人类基因的鉴定； 基因组研究技术的建立； 人类基因组研究的模式生物； 信息系统的建立。 人类基因组研究的社会、法律与伦理问题， 交叉学科的技术训练， 技术的转让， 研究计划的外延等共9方面的内容。
美国能源部正式提出了展开人类
并检测所有的突变，计算真实的突变率。
基因组测序工作，形成了能源部 的“人类基因组计划”初步草案。
1986年6月，新墨西哥州冷泉港吉尔伯特及伯格主持的讨论会上， 进行了可行性讨论。美能源部宣布实施草案。意裔美肿瘤分子生
1987年，美国国家医学研究 院和能源部联合提出了这一 宏伟计划，即HGP）,先期
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。
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。
基因组信息分析PPT课件
GC含量
碱基G、C相对于A、T的丰度很早就被看作是区分细菌基因组的特征之一 .不同的原核生物中,GC含量(GC content)从25﹪到75﹪,变化非常大。 大部分细菌是通过从其它生物体大规模获得基因(长度为几万甚至几十万个核苷酸)而进化的(水平转移).简而言之,许多细菌基因组表现为具有不同GC含量的区域的组合物,这些区域反映了细菌的进化历史。
G
0.1751306272192
T
0.3248693727808
酵母基因组核苷酸出现频率
在统计过程中,如果同时计算DNA的正反两条链,则根据碱基配对原则,A和T、C和G的出现频率相同。如果仅统计一条链,则虽然A和T、C和G的出现频率不同,但是非常接近。
核苷酸
频率
A
0.344
C
0.155
G
等值区
定义:具有一致碱基组成的长区域 特征 :等值区基因组序列的长度超过1,000,000对碱基虽然不同的等值区其GC含量差别显著,但同一等值区的GC含量始终相对均衡 人类基因组大约可以划分为五个不同类型的等值区:a) L1和L2,平均GC含量分别为39﹪和42﹪(欠GC)) b) H1、H2和H3,GC含量平均值分别为46﹪、49﹪和54﹪ (丰GC)
科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码 或者说掌握了DNA对蛋白质编码的规律 关于密码子(1)密码子的使用是非随机的 如果密码子的第一、第二位碱基是A、U, 那么第三位将尽可能使用G、C;反之亦然。 如果三位都用G、C,则配对容易,分解难; 三位都用A、U,则相反。 一般地说,高表达的基因,要求翻译速度快, 要求密码子和反密码子配对快、分手也快。
基因结构复杂
基因转录调控方式复杂
真核基因的表达涉及多种RNA聚合酶。与原核生物只使用一种由多个蛋白聚合而成的RNA聚合酶不同,真核生物至少使用由8到12个蛋白组成的三种不同类型的RNA聚合酶。RNA 聚合酶I和III负责转录生成RNA分子,这些分子本身执行重要的功能,在所有的真核细胞中需要始终保持相当恒定的水平。RNA聚合酶II专门负责转录编码蛋白质的基因。 RNA聚合酶II识别的启动子序列的多样性反映了区别基因的复杂程度,即在特定类型的细胞中和在特定的时间,区别哪些基因该表达而哪些基因不该表达。
碱基G、C相对于A、T的丰度很早就被看作是区分细菌基因组的特征之一 .不同的原核生物中,GC含量(GC content)从25﹪到75﹪,变化非常大。 大部分细菌是通过从其它生物体大规模获得基因(长度为几万甚至几十万个核苷酸)而进化的(水平转移).简而言之,许多细菌基因组表现为具有不同GC含量的区域的组合物,这些区域反映了细菌的进化历史。
G
0.1751306272192
T
0.3248693727808
酵母基因组核苷酸出现频率
在统计过程中,如果同时计算DNA的正反两条链,则根据碱基配对原则,A和T、C和G的出现频率相同。如果仅统计一条链,则虽然A和T、C和G的出现频率不同,但是非常接近。
核苷酸
频率
A
0.344
C
0.155
G
等值区
定义:具有一致碱基组成的长区域 特征 :等值区基因组序列的长度超过1,000,000对碱基虽然不同的等值区其GC含量差别显著,但同一等值区的GC含量始终相对均衡 人类基因组大约可以划分为五个不同类型的等值区:a) L1和L2,平均GC含量分别为39﹪和42﹪(欠GC)) b) H1、H2和H3,GC含量平均值分别为46﹪、49﹪和54﹪ (丰GC)
科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码 或者说掌握了DNA对蛋白质编码的规律 关于密码子(1)密码子的使用是非随机的 如果密码子的第一、第二位碱基是A、U, 那么第三位将尽可能使用G、C;反之亦然。 如果三位都用G、C,则配对容易,分解难; 三位都用A、U,则相反。 一般地说,高表达的基因,要求翻译速度快, 要求密码子和反密码子配对快、分手也快。
基因结构复杂
基因转录调控方式复杂
真核基因的表达涉及多种RNA聚合酶。与原核生物只使用一种由多个蛋白聚合而成的RNA聚合酶不同,真核生物至少使用由8到12个蛋白组成的三种不同类型的RNA聚合酶。RNA 聚合酶I和III负责转录生成RNA分子,这些分子本身执行重要的功能,在所有的真核细胞中需要始终保持相当恒定的水平。RNA聚合酶II专门负责转录编码蛋白质的基因。 RNA聚合酶II识别的启动子序列的多样性反映了区别基因的复杂程度,即在特定类型的细胞中和在特定的时间,区别哪些基因该表达而哪些基因不该表达。
第01讲微生物基因组学102页PPT
• Genomics is the study of the molecular organization of genomes, their information content, and the gene products they encode.
－－Prescott-Harley-Klein: Microbiology, Fifth Edition
关于基因组学的范畴
• 随着基因组和基因组学这两个术语变得流行起来，一系列 新的术语也被创造出来，每个新的研究领域都冠以“…… 组学”（-omic)的名称，而被研究的对象则被称为“ …… 组”(-ome)。例如蛋白质组和蛋白质组学。
• 一个蛋白质组（proteome)表示某个时刻在一个细胞或生 物体中全部的蛋白质组成。其它类似的词还有转录组、代 谢组、糖组和变异组。这些新兴的领域能否归到“基因组 学”之下，尚有较大的争议。
• 1987年，Victor Mckusick 和 Frank Ruddle 一起创 办了“genomics”杂志，这是第一次“genomics” 这个词在科学界得到广泛的应用。
• 基因组学领域包括DNA测序、在物种内进行基因组多 样性的采集以及基因转录调控的研究，即基因组学覆 盖了从DNA序列分析到研究生物体对环境干扰的响应 这样比较广的范围。
“基因是迄今为止最为复杂的程 序”
——Bill Gates
（二）DNA测序技术的诞生与发展
1975，Frederick Sanger双脱氧链终止法； 1977，Maxam和Gilbert 氧化法
（1976年，在英国的Gordon会议 上两个小组同时宣布， 但Maxam和Gilbert直到1980年才正式发表研究结果）
基因组基 学因 研组 究学 的研 究3大的 主3 题大 和主 题6个和 层6 面个 层 面
研究生基因组学PPT课件
研究生基因组学PPT课件
目 录
• 基因组学概述 • 基因组学基础知识 • 基因组学研究方法 • 基因组学在医学中的应用 • 基因组学在农业中的应用 • 基因组学的伦理、法律与社会问题
01
基因组学概述
基因组学的定义与特点
总结词
基因组学的定义、特点与研究对象
详细描述
基因组学是一门研究生物体基因组的学科，其研究对象包括基因组的组成、结构、功能和演化等方面的内容。基 因组学具有系统性、整体性和复杂性等特点，其研究范围涵盖了基因组的结构、功能、进化以及基因组与环境之 间的相互作用等多个方面。
研究作物耐盐碱的基因基础，有助于 培育出能在盐碱地生长的作物品种， 扩大可耕地面积，提高农业生产效益。
抗病性基因
发掘和利用作物的抗病性基因资源， 可以培育出抗病性更强的品种，减少 农药使用，降低生产成本，同时保障 食品安全。
转基因技术与作物改良
转基因技术原理
转基因技术是一种将外源基因导入到生物体基因组中的技术，通 过该技术可以改良作物的性状和产量。
息被滥用或泄露。
基因歧视与公平性问题
基因歧视的问题
基因检测可以揭示个体的遗传疾病风险，这可能会引发 就业、保险等方面的歧视问题。政府应该制定相关法律 和政策，禁止基于基因信息的歧视行为。
公平获取基因技术的机会
虽然基因技术可以带来巨大的益处，但并不是每个人都 能公平地获得这些技术。政府和社会应该采取措施，确 保所有人都能公平地获得基因检测和治疗的机会。
基因表达与调控
基因表达
是指基因经过转录和翻译，将遗传信息转化为蛋白质或RNA分子的过程。
基因调控
是指对基因表达的调节和控制，以确保生物体在生长发育和应对环境变化时能够做Байду номын сангаас适当的反应。
目 录
• 基因组学概述 • 基因组学基础知识 • 基因组学研究方法 • 基因组学在医学中的应用 • 基因组学在农业中的应用 • 基因组学的伦理、法律与社会问题
01
基因组学概述
基因组学的定义与特点
总结词
基因组学的定义、特点与研究对象
详细描述
基因组学是一门研究生物体基因组的学科，其研究对象包括基因组的组成、结构、功能和演化等方面的内容。基 因组学具有系统性、整体性和复杂性等特点，其研究范围涵盖了基因组的结构、功能、进化以及基因组与环境之 间的相互作用等多个方面。
研究作物耐盐碱的基因基础，有助于 培育出能在盐碱地生长的作物品种， 扩大可耕地面积，提高农业生产效益。
抗病性基因
发掘和利用作物的抗病性基因资源， 可以培育出抗病性更强的品种，减少 农药使用，降低生产成本，同时保障 食品安全。
转基因技术与作物改良
转基因技术原理
转基因技术是一种将外源基因导入到生物体基因组中的技术，通 过该技术可以改良作物的性状和产量。
息被滥用或泄露。
基因歧视与公平性问题
基因歧视的问题
基因检测可以揭示个体的遗传疾病风险，这可能会引发 就业、保险等方面的歧视问题。政府应该制定相关法律 和政策，禁止基于基因信息的歧视行为。
公平获取基因技术的机会
虽然基因技术可以带来巨大的益处，但并不是每个人都 能公平地获得这些技术。政府和社会应该采取措施，确 保所有人都能公平地获得基因检测和治疗的机会。
基因表达与调控
基因表达
是指基因经过转录和翻译，将遗传信息转化为蛋白质或RNA分子的过程。
基因调控
是指对基因表达的调节和控制，以确保生物体在生长发育和应对环境变化时能够做Байду номын сангаас适当的反应。
《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.
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。
第01章-基因PPT课件
● 常见的上游启动子元件
3.增强子(enhancer） 是一种较短的DNA序列，能够被反式作用因子识别与结合。与增强子元件结合后能够增强邻近基因转 录。位于转录起始点上游－100～－300 bp处
4. 反应元件 一类能介导基因对细胞外的某种信号产生反应的 特异的DNA序列 ●特点 具有较短的保守序列 通常位于启动子附近、启动子内或增强子区域
第二节 结构基因中贮存的遗传信息
一、 RNA的结构信息 二、 结构基因中贮存的蛋白质序列信息
●编码区 一个特定蛋白质多肽链的序列信息，也称 为开放阅读框（open reading frame，ORF） 功能 决定蛋白质分子的一级结构
RNA 聚合酶
转录因子
启动子类型
启动子构成
含有该类启动子的基因
I
TFI
I
核心元件， 上游调控元件
rRNA
II
TFII
II
TATA盒（TATA box）、几个上游启动子元件和转录起始位点
5.poly(A)信号 II类基因除了调控转录起始的序列外，在结构 基因的3‘端下游还有加尾信号。由AATAAA序列和GT丰富区，或T丰富区组成。 作用: 终止mRNA转录和为其加上poly(A)尾
(三) 基因的基本结构特点 1.原核生物基因的基本结构 5′-启动子－结构基因－转录终止子-3 ′ ●操纵子（operon） 功能上相关联的数个结构基因串联在一起， 由一套转录调控序列控制其转录，构成的基因 表达单位.
四、基因的结构特点
● 组成 一个编码特定多肽链的DNA序列+与蛋白质编码 无关的DNA序列(调控序列)
● 结构特点
1.原核生物结构基因的特点 结构基因在DNA上是连续的 2.真核生物结构基因的特点 结构基因在DNA上是不连续的（断裂基因）
3.增强子(enhancer） 是一种较短的DNA序列，能够被反式作用因子识别与结合。与增强子元件结合后能够增强邻近基因转 录。位于转录起始点上游－100～－300 bp处
4. 反应元件 一类能介导基因对细胞外的某种信号产生反应的 特异的DNA序列 ●特点 具有较短的保守序列 通常位于启动子附近、启动子内或增强子区域
第二节 结构基因中贮存的遗传信息
一、 RNA的结构信息 二、 结构基因中贮存的蛋白质序列信息
●编码区 一个特定蛋白质多肽链的序列信息，也称 为开放阅读框（open reading frame，ORF） 功能 决定蛋白质分子的一级结构
RNA 聚合酶
转录因子
启动子类型
启动子构成
含有该类启动子的基因
I
TFI
I
核心元件， 上游调控元件
rRNA
II
TFII
II
TATA盒（TATA box）、几个上游启动子元件和转录起始位点
5.poly(A)信号 II类基因除了调控转录起始的序列外，在结构 基因的3‘端下游还有加尾信号。由AATAAA序列和GT丰富区，或T丰富区组成。 作用: 终止mRNA转录和为其加上poly(A)尾
(三) 基因的基本结构特点 1.原核生物基因的基本结构 5′-启动子－结构基因－转录终止子-3 ′ ●操纵子（operon） 功能上相关联的数个结构基因串联在一起， 由一套转录调控序列控制其转录，构成的基因 表达单位.
四、基因的结构特点
● 组成 一个编码特定多肽链的DNA序列+与蛋白质编码 无关的DNA序列(调控序列)
● 结构特点
1.原核生物结构基因的特点 结构基因在DNA上是连续的 2.真核生物结构基因的特点 结构基因在DNA上是不连续的（断裂基因）
微生物基因组学_PPT幻灯片
“双脱氧末端终止”的含义
Sanger 双脱氧末端终止法测序原理
自动化测序
荧光染料标记物的发明： 使链终止法用于自动化测序，用不同的荧光 色彩标记ddNTP，如ddATP标记红色荧光， ddCTP标记蓝色荧光，ddGTP标记黄色荧光， ddTTP标记绿色荧光。由于每种ddNTP带有 各自特定的荧光颜色，而简化为由1个泳道同 时判读4种碱基。
（四）影响测序的因素 不管采用随机测序还是定向测序都可碰到下列影响因素。 1.计算机的设备 。 2.靶DNA的性质。 3.完成测序所需的时间 。 4.采用测序策略。
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。
（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
向测序法包括引物测序法和定向缺失测序法。 ⑴引物测序法 即在第一次测序结果的基础上，设计新的寡核苷酸，来充当下一次测
序反应的引物，并依次类推，从而循序渐进获得靶DNA的全部序列。
⑵定向缺失法 定向缺失法是将一个靶DNA变成若干套嵌套的缺失突变体，使靶序列中远
不可测的区段逐渐落入可用通用引物进行测序的方法。
黏粒载体（ cosmid ）
P1人工染色体载体（PAC）
目前常用的人造染色体载体
23
YAC载体应含有下列元件：
酵母染色体的端粒1 EcoRI CEN4
酵母染色体的着丝粒序列 Apr
pYAC
URA3
4
酵母系统的选择标记
ori
大肠杆菌的复制子标记
- 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)。
.
47
蛋白质的多泛素化
Poly-ubiquitination, the process in which a chain of at least four ubiquitin peptides are attached to a lysine on a substrate protein, most commonly results in the degradation of the substrate protein via the proteasome. Apparently, at least four ubiquitins are required on a substrate protein in order for the proteasome to bind and therefore degrade the substrate (though there are examples of nonubiquitinated proteins being targeted to the proteasome).
.
45
泛 素 的 结 构
.
46
泛素的发现
Ubiquitin (originally, Ubiquitous Immunopoietic Polypeptide) was first identified in 1975 as an 8.5 kDa protein of unknown function expressed universally in living cells. The basic functions of ubiquitin and the components of the ubiquitination pathway were elucidated in the early 1980s in ground breaking work performed by Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose for which the Nobel Prize in Chemistry was awarded in 2004.
.
43
泛素 介导 的两 条蛋 白质 降解 路线
多细胞生 物细胞内 蛋白质降 解有两条 主要路 线:1.膜 蛋白和胞 外内吞的 蛋白质在 溶酶体中 降解;2.细 胞内蛋白 质在蛋白 酶体降解.
.
44
蛋白质泛素化
1) 需要降解的蛋白质需要贴上一个标签—泛素多肽,这一 过程称为蛋白质的泛素化.
2) 蛋白质泛素化系统由3个组分构成： 1. 一个称为泛素激活酶E1，它可利用水解ATP释放的 能量以其胱氨酸残基（Cys）的巯基与泛素C-端的甘氨 酸残基（Gly）形成高能硫脂键。 2. 连接在E1上的泛素然后被转移到另一个泛素结合蛋 白E2上。 3.同时被选中的靶蛋白与第三个组分即靶蛋白泛素连 接酶E3结合。E2然后将与其连接的泛素转移到靶蛋白 上，并与靶蛋白赖氨酸残基（Lys）ε-NH2基团形成 异肽键（isopeptidebond），E2被释放。选择哪个蛋 白质进行泛素化主要取决于E2和E3 。
1) 蛋白质降解的场所及装置. 2) 蛋白质降解受严格的程序控制. 3) 蛋白质降解的标签或信号-泛素. 4) 蛋白质选择性降解的过程-泛素化 5) 蛋白质降解是一个涉及众多生物学
功能的环节. 6) 蛋白质降解与基因表达调控.
.
39
真核细胞内蛋白质降解的场所
动物细胞的溶酶体(lysosome)是蛋白质降解场所.
2）降解子 酵母中发现至少有10种不同的蛋白质降解 信号氨基酸基序，它们包括：1）N端降解子 （Ndegron），位于蛋白质N端的一段氨基酸顺序。
3）PEST序列 一段位于蛋白质内部的富含脯氨酸 （P）、谷氨酸（E）、丝氨酸（S）和苏氨酸（T） 的顺序。
.
42
蛋白质降解靶标与蛋白质半衰期
On average, a protein‘s half-life correlates with its N-terminal residue. This is called the N-end rule. 蛋白质半衰期取决于N-端残基的现象称位N-端规
.
20
内切肽有保守的顺序组成
.
21
蛋白质剪接(内切肽切除)的分子机制
.
22
蛋 白 质 反 式 剪 接
.
23
蛋 添加的基团 修饰的残基(s)
白
Phosphoryl
tyr, ser,thr, his
Methyl
lys
质
Acetyl
lys, N-terinus
氨
Hydroxyl
pro, lys
可逆性
.
18
内切肽(Intein)
1) 所谓内切肽是指翻译产生的多肽序列中 被切除的内部多肽顺序.
2) 含有内切肽的蛋白质必需将内切肽切除 才能成为成熟的蛋白质.
3) 目前已在古细菌,真细菌和真核生物中发 现130多种具内切肽的蛋白质.
4) 内切肽的切除机制基本相同.
.
19
内 切 肽 的 切 除 过 程
3) 例子: 无加帽的细胞自身的mRNA和病 毒的无加帽mRNA; SV40重叠基因的 mRNA内部翻译起始.
.
12
程 序 性 移 码
.
13
专
一
性
翻
译
起
始
调
控
.
14
蛋白质的加工与修饰
蛋白质加工: 1) 引导肽或导肽的切除. 2) 将多肽链可变剪切产生顺序重叠功能各异
蛋白质. 3) 切除蛋白质内部顺序, 连接两侧顺序.
HPV生产一种特别
的蛋白质E6与p53
和E3结合，使p53
泛素化然后降解。
.
63
HIV借助泛素化降解路线解除 寄主细胞抑制效应
人类的爱滋病由HIV（Human immunodeficiency virus, 人类免疫缺陷病毒）病毒引起，它可攻 击淋巴系统T-细胞最终使免疫系统瘫痪。HIV病 毒通过其外壳蛋白gp169与T-细胞表面蛋白CD4 结合侵入寄主细胞。当HIV病毒复制时，CD4蛋 白可与gp169互作抑制病毒扩增。为了解除寄主 主细胞的阻抑效应，HIV编码了一个称为Vpu的 蛋白，后者可专一性地同时与CD4和E3复合物结 合，使CD4蛋白泛素化并被转移到蛋白酶体中降 解，以保证HIV的顺利组装。
.
49
蛋白 质泛 素化 的生 物学 功能
.
50
蛋
白
质
泛
素
化
过
程
.
51
蛋白质输入到蛋白酶体--(proteosome)
19S调节复合物含ATP酶,可将蛋白质去折叠送入蛋白酶体内腔, 被降
解生成的多肽链从蛋白酶体另一侧11S复合物的孔道离开蛋白酶体.
.
52
20S
蛋 白 酶 体 结 构 与 功 能
酸或谷氨酰胺形成的环酰胺(cyclic amide). 4) 豆蔻酰化(myristoylation) 为信号传导蛋白N-端
甘氨酸在翻译时发生的脂化分子
.
25
蛋白 质氨 基酸 侧链 的修 饰
饰—两类糖基化
.
27
真核生物的N-联糖基化
.
28
蛋白质糖基化的过程(1)
.
29
.
53
泛素 介导 的蛋 白质 降解 是一 个有 序的 级联 反应
.
54
识别 降解 蛋白 质的 三种 途径
.
55
细胞周期蛋白毁坏盒与泛素化
.
56
细胞周期借助蛋白质降解调控
.
57
借助 磷酸 化修 饰识 别降 解蛋 白质
免疫应激反应借助磷酸化促使转录抑制蛋白降解, 启动相关
基因的表达.
.
58
IkB
饰
-------------------------------------------------------------------
.
24
蛋白质N-端修饰—酰基化
1) 真核生物细胞质中80%的蛋白质均被乙酰基化. 2) 细菌中绝大多数蛋白质起始氨基酸甲硫氨酸被
甲基化, 即甲硫甲酰氨酸. 3) 焦谷氨酸(pyroglutamate )为蛋白质N-端的谷氨
(2)
.
5
翻译起始—Kozak顺序（3）
Kozak顺序: ---ACCAUGC--.
.
6
翻译起始的Kozak顺序
.
7
不同生物翻译起始顺序比较
.
8
古细菌的翻译类似真核生物
在许多方面，古细菌翻译更多地类似真核生物而非细菌, 不同之处是，古细菌的70S核糖体、23S、16S和5S rRNA 与真细菌类似。古细菌的翻译方式十分奇特，其rRNA的 碱基配对二级结构与真细菌显著不同，也有别于真核生 物rRNA，但古细菌与rRNA结合的蛋白质却类似真核生 物。古细菌mRNA的5‘-端加帽，3’-端具多聚腺苷酸，翻 译起始与真核生物类似，涉及扫描过程。古细菌的tRNA 有些独特的个性，如三叶草的TψC臂中缺少胸腺嘧啶， 并在不同的位置有些核苷酸发生在真细菌与真核生物中 未见过的修饰。古细菌由翻译起始tRNA携带的甲硫氨酸 并非N-甲基甲硫氨酸，但翻译和延伸因子与真核生物类 似。
蛋白质修饰:
将蛋白质中的氨基酸进行修饰, 添加不同的化 学基团.
.
15
进入 叶绿 体或 线粒 体的 蛋白 质引 导肽 的切
除
细胞质中合成的线粒体蛋白质含有前序列(presequence), 类似叶绿体蛋白质的.靶向导肽, 进入线粒体时被切除. 16
线粒体蛋白质信号顺序切除
.
17
哺乳动物阿黑皮质素在不同细胞中的 切割产生不同的多肽激素