植物比较基因组学共119页文档
研究生课程比较基因组学ppt课件
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基因组共线性模型
相同的分子标记A~P标记不同物种 间遗传图谱实验，将实验结果校直 成染色体组图谱。 左图染色体组图谱（I和i）所示，完 全共线性。
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基因组共线性模型（2）
左图显示出一个特殊物种 （I）的染色体组和其他几 个物种的几个染色体存在 着共线性证实了易位的发 生。 在比较遗传图谱的试验过 程中也常观察到整个染色 体臂或者染色体小片段的 倒位。
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基因染色组共线性模型
比较二倍体和四倍体物种，四 倍体中标记点有两点，左图染 色体组四倍体的1和2和二倍体I 连线。两物种间多态性程度的 分析，不是所有的四倍体标记 在不同的点，如B和N。
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比较拟南芥和C型脑膜炎遗传图谱
如右图所示，拟南芥 和C型脑膜炎除了短 的相反片段外都表现 出良好的共线性。 右：拟南芥染色体4图 谱 左：C型脑膜炎的连 锁图谱群组 虚线：表示松散的连 接（>20cM）
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模式生物体在基因组组研究中的重要性
模式生物具有潜能，可以使它适于将基因组研究 基因操作性工具的应用性 （转录，突变，基因克隆和互补作用） 相关的小的和非相关的基因组，真核生物，一个双倍体基因组。 在实验室中简单培养，保持和再生产 相对短的世代 组织的紧密相关性对生物技术、农业医药、和环境是很重要的
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Comparative maps of the wheat genome described in terms of the rice genome (A) and the Ae. umbellulata genome (B)
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Comparative genetic
maps of five
长序列的校准具有不确定性。目前，几乎 所有的校准算法首先确定在两个基因组序 列间较长的保守序列原理，然后形成全部 的校准。基本上相似的基因组更易校准。
植物基因组学(Plant Genomics)课件
Parasites of Fishes:List of and Dichotomous Key to the Identification of Major Metazoan GroupsGeorge W. Benz1, and Stephen A. Bullard21Department of Biology, P.O. Box 60, Middle Tennessee State University, Murfreesboro, TN 37132; gbenz@; 2Gulf Coast Research Laboratory, Department of Coastal Sciences, The University of Southern Mississippi, 703 East Beach Dr., Ocean Springs, MS 39564; ash.bullard@Goal: For Aquarists to Make Critical Distinction Between Dangerous and Benign Parasites Aquarium staff that can make the distinction between dangerous and benign parasites can better conserve resources (including money) and avoid disease problems. In this way, they can disregard some infections all together or rapidly initiate treatment to control or eradicate pathogens before infected fish suffer or die. The likelihood of a given metazoan infection harming a fish depends on factors related to the interaction of the parasite’s life history (e.g., feeding mode and life cycle) and physical and chemical characteristics of the host’s environment (Benz et al., 2001; Benz and Bullard, 2004). In closed environments such as aquaria, some parasites cause disease whereas others are benign under the same set of host and environmental conditions. Hence, money and time are well-spent in treating potentially problematic infections while those resources are unnecessary and/or wasted by focusing on benign infections (Benz and Bullard, 2004). Furthermore, unnecessary treatments are costly and may harm the infected host more than the target parasites could ever harm that host. Thus, aquarium staff should accurately identify parasites and understand the health risks associated with infections.To help aquarium staff make the critical distinction between dangerous and benign parasites, we presented a Fish Health Workshop, 11-12 April, prior to the 2005 Eastern Regional Conference of the American Zoo and Aquarium Association. The workshop provided an overview of the major groups of metazoan parasites that infect freshwater, estuarine, and marine fishes in nature and captivity; including information to help husbandry staff diagnose infections and identify parasites, as well as to understand parasite life cycles, host-parasite interactions (including diseases caused by parasites), and special considerations linked to captivity such as quarantine, prophylaxis, parasite control, and general husbandry practices. While it is not possible to provide a comprehensive summary of the workshop, this report provides information on two major workshop themes, i.e., identification of metazoan parasites and assignment of parasites to functional or “risk” groups to simplify husbandry decisions. A list of the major groups of metazoan parasites that infect fishes is presented as is a dichotomous key to the identification of these same parasites.Assigning Metazoan Parasites to Functional Health-Risk CategoriesTwenty-one major metazoan groups (Hydrozoa, Myxozoa, Tricladida, Aspidogastrea, Digenea, Monogenea, Cestoda, Nematoda, Acanthocephala, Hirudinida, Gastropoda, Pelecypoda, Acari, Ostracoda, Copepoda, Argulidea, Porocephalida, Cirripedia, Isopoda, Amphipoda, Craniata) infect fishes. We assign the fish parasites of each group to one of three categories based on their potential for causing disease and the course of general action that should be triggered upon identifying them. The “functional risk categories” are: high risk group (i.e., organisms typically pathogenic or seemingly so and requiring immediate treatment), 2) medium risk group (i.e., organisms not typically pathogenic but worthy of cautious and close monitoring, or immediate mechanical removal if possible), and 3) low risk group (i.e., organisms benign and not worthy of treatment or monitoring) (Table 1). As per the foregoing risk category definitions, a review of the literature, and consideration of unpublished observations, we only consider monogeneans (Monogenea), leeches (Hirudinida), argulids (Argulidea), and isopods (Isopoda) to be high risk groups (Table 1). Copepods (Copepoda) and nematodes (Nematoda) are medium risk groups, and in lieu of other relevant information we consider all other major groups of metazoans as low risk groups (Table 1).Pigeon-holing major groups of metazoan parasites into the three aforementioned functional risk categories may seem arbitrary to some; however, we believe that these categories hold merit in light of the dearth of knowledge about specific parasite species and the great number of parasites that infectTable 1. Classification and common names of metazoan groups that include parasites of fishes.1 Bold entries indicatemajor groups of taxa presented in the identification key provided in the text and risk assignments mentioned in the text.Asterisks indicate groups whose membership is entirely parasitic.Classification— common name(s) (functional assignment)Kingdom Animalia— animalsPhylum Cnidaria— cnidariansClass Hydrozoa— hydrozoans (low risk group)Class Myxozoa*— myxozoans, myxosporidians (low risk group)Phylum Platyhelminthes— flatwormsSuperclass Turbellaria— turbellariansOrder Tricladida— triclads, turbellarians (medium risk group)Superclass Cercomeria*Class Aspidogastrea*— aspidogastreans, soleworms, aspidobothreans, aspidogastrids (low risk group)Class Digenea*— digeneans, flukes, digenes, digenetic trematodes (low risk group)Class Monogenea*— monogeneans, monogenoideans, monogenes, monogenetic trematodes (high risk group)Class Cestoda*— cestodes, cestoideans: gyrocotylideans and eucestodes, tapeworms (low risk group) Phylum Nematoda— nematodes, roundworms, threadworms (medium risk group)Phylum Acanthocephala*— acanthocephalans, spiny-headed worms (low risk group)Phylum Annelida— annelids, segmented wormsOrder Hirudinida— true leeches (high risk group)Phylum Mollusca— molluscsClass Gastropoda— gastropods, snails (low risk group)Class Pelecypoda— bivalves, clams, mussels, glochidia (larvae of many unionoids, Unionoidae) (low risk group)Phylum Arthropoda— arthropodsSubphylum Uniramia— uniramiansSubclass Acari— mites (low risk group)Subphylum Crustacea— crustaceansClass Maxillopoda— maxillopodansSubclass Ostracoda— ostracods, seed shrimp (low risk group)Subclass Copepoda— copepods (medium risk group but see comments in text regarding anchor worms, sea lice, and gill maggots)Subclass Branchiura*— branchiuransOrder Argulidea*— fish lice (high risk group)Order Porocephalida*— pentastomes, tongue worms (low risk group)Subclass Cirripedia— barnacles (low risk group)Class Malacostraca— malacostracansOrder Isopoda— isopods (high risk group)Order Amphipoda— amphipods (low risk group)Phylum Chordata— chordatesSubphylum Craniata— craniatesSuperclass Agnatha— jawless fishesClass Myxini— hagfishes, slime eels (low risk group)Class Cephalaspidomorphi— lampreys (low risk group)Superclass Gnathostomata— jawed vertebratesClass Chondrichthyes— chondrichthyans (low risk group)Class Actinopterygii— ray-finned fishes (low risk group)1 A universally-accepted classification scheme for taxa (groups) within Animalia does not exist. The classification used here is amixture of several widely accepted schemes.fishes. Nevertheless, it should be noted that not all members of a major metazoan group pose an identical health risk to hosts and thus species-level information regarding some parasites or environmental information important to the progression of particular infections may require case-specific considerations of health risk. For example, some low risk parasites might require control under special circumstances. Unfortunately, the myriad of circumstances under which this may occur are beyond the scope of this report. Hence, husbandry staff and veterinarians should confer with parasitologists when assignment to a particular risk category is in question. Generally, we recommend that only high risk groups and several lower-taxonomic groups of pathogenic copepods such as anchor worms (Lernaea spp.) and some species of sea lice (Caligidae) and gill maggots (Lernaeopodidae) be addressed with eradication or control protocols aimed at prophylaxis. Nevertheless, although no compelling evidence supports the routine control of any other major metazoan group for health purposes, some parasites (e.g., some ectoparasitic copepods) are large and their presence may upset patrons at public aquariums orthey can be associated with unsightly lesions that may facilitate disease caused by opportunistic pathogens. Given that these parasites are usually easy to mechanically remove or eradicate using various parasiticides, we encourage their elimination when this poses minimal risk to the host.Identifying Metazoan Parasites of FishesAlthough parasite identification is a prerequisite for effective disease control, many metazoan parasites of fishes frequently are misidentified because they are small, anatomically complex, and delicate organisms that require extensive preparation techniques. With that in mind and to help reduce the frequency of misidentifications, we developed an identification key to the metazoan parasites of fishes that is user-friendly in the sense that it requires very little preparation of study samples and the use of a low-magnification microscope only. Although the key is geared for identifying adult parasites, it also facilitates the identification of many parasite larvae and juveniles. Parasite groups are not arranged by ancestry within the key, and some parasite characteristics used in the key pertain to species that infect fishes only. Although one can identify a parasite to a major metazoan group by using this key, species-, genus- or family-level identifications depend on reference to scientific literature (e.g., peer-reviewed or synoptic literature) or assistance from a taxonomic authority. The risk group assignment for each major group presented in the key is listed in Table 1. Readers that are curious about parasite diseases, prophylaxis, and control may benefit by reading Benz et al. (2001) and Benz and Bullard (2004) and the cited literature therein.Dichotomous Identification Key to Major Groups of Metazoans that Infect FishesIllustrations correspond to key couplets immediately above them, and all features or organismsunderlined in couplets are illustrated. Illustrations depict typical examples but not all variations.1. a. Organism (one species, Polypodium hydriforme ) only associated with eggs of sturgeon andpaddlefish (Acipenseriformes); infected fish eggs enlarged and containing parasite in form of macroscopic, light-colored stolon or microscopic planula; stolon with tentacles that may emergefrom egg…………………………………………………………………………………………..Hydrozoab. Organism not as described immediately above but may be associated with eggs of fishes (2)2. a. Organism appearing as a microscopic, symmetrical spore; spores may reside outside of or within cyst-like capsules (plasmodia); individual spores typically microscopic and amassed; spores maybe within or outside of plasmodium and they may or may not be encapsulated by host....Myxozoab. Organism visible to naked eye (may nonetheless be tiny and larvae may be microscopic); may ormay not be aggregated into clusters of individuals……………………………………………………..3 3. a. Organism a fish; endoskeleton made of cartilage or bone……………………………………..Craniatab. Organism not a fish; endoskeleton of cartilage or bone lacking………………………………………...4 tentacleplasmodia spore stolen freed from sturgeon egg hagfish lamprey cookiecutter shark snubnose eel4.a. Organism a snail that possess a snail shell………………………………………………….Gastropodab. Organism lacking snail shell (5)5. a. Organism a tiny bivalve with two shells that clamp shut on host gills, fins or general body surface;lacking jointed appendages; may be encysted…………………………………………….Pelecypodab. Organism not a tiny bivalve with two shells (6)6. a. Organism worm-like; lacking exoskeleton articulated with segmented appendages…………………7 b. Organism with exoskeleton articulated with segmented appendages; appendages may bemicroscopic………………………………………………………………………………………………..18 7. a. Organism segmented along main body axis (segmentation may be nonexistent or unapparent insome larval tapeworms) (8)b. Organism not segmented along main body axis (10)8. a. Organism with anterior sucker surrounding oral opening; digestive tract and blind posterior suckerpresent; with or without distinctive eyespots………………………..……………………….Hirudinidab. Organism without anterior sucker and blind posterior sucker; digestive tract mayor may not be present (9)9. a. Organism with digestive tract; four anterior claws longitudinally arranged as two pairs; may beencysted…….………………………………………………………………………………Porocephalidashellanterior suckerposterior suckeroral openinganterior clawsshell eyespotsb. Organism lacking gut; may have anterior hooks or tentacles with spines but not as describedabove; larvae may be encysted or encapsulated.......................segmented members of Cestoda10. a. Organism with spiny proboscis (possibly inverted) at anterior end of body; lackingdigestive tract........................................................................................Acanthocephala b. Organism without spiny proboscis (11)11. a. Organism lacking gut……………………….……Caryophyllideae and Spathebothriidea (Cestoda)b. Organism with digestive tract (12)12. a. Organism with more than two suckers or rugae (13)b. Organism with two or fewer sucker-like attachment organs; if circular or disc-like the attachmentorgan may be subdivided (14)hookstentaclesproboscis proboscisscolexstrobilaneck13. a. Organism with suckers (rugae) arranged in one to several ranks along longitudinalbody axis……………………………………………………………………………………Aspidogastreab. Organism with posterior attachment organ (haptor) having three or four pairs of suckers with hooksand associated sclerites……………………….....……………….Polyopisthocotylea (Monogenea)14. a. Organism with attachment organ occupying extreme posterior end of body (15)b. Organism having an attachment organ not occupying extreme posterior-most end of body, i.e., theattachment organ is subterminal (17)15. a. Organism with haptor (each circumscribed below) in form of simple saucer-like sucker with hooksor lappet-like sucker without hooks............................................Monopisthocotylea (Monogenea)b. Organism with poorly defined, indiscrete posterior attachment organ that lacks hooks and is not inform of a well-delineated posterior attachment organ such as that depicted for 15a (16)rugaesuckerseggegghookssclerites16. a. Organism typically with eyespots; external body surface ciliated; having complete digestive tract;may be embedded……………………………………………………………...……………….Tricladidab. Organism lacking complete digestive tract, eyespots and external cilia.....Gyrocotylidea (Cestoda)17. a. Organism with two suckers (an oral sucker and acetabulum)1; monoecious; typically capable ofextension with non-sigmoidal, worm-like movements; larvae of many species encysted in flesh,gill, eye (may or may not be encysted), brain, or heart of fishes………………….….……...Digeneab. Organism lacking suckers; dioecious; body tube-like and cuticularized; movement via sigmoidalwriggling and thrashing; larvae encysted or encapsulated or not; adult with lips and tail; adulttypically not encapsulated……………………………………………………………………...Nematoda 1Except sanguinicolids (Sanguinicolidae) that lack a ventral sucker (“acetabulum”) and obvious oral sucker.oral suckeracetabulumtail anteriorlipseyespots18. a. Organism with three or four pairs of walking legs; all appendages unbranched; pedipalps present;body compact and possibly tick-like; larvae may be encapsulated……………………………...Acarib. Organism with biramous crawling appendages; body not tick-like; may penetrate host (20)19. a. Organism bivalved, with laterally compressed carapace enclosing head, body, and mostappendages.....................................................................................................................Ostracodab. Organism lacking bivalve carapace as described immediately above (21)20. a. Organism sessile; attached by peduncle that may or may not be embedded……………...Cirripediab. Organism not attached to host by peduncle (21)21. a. Organism lacking compound eyes, but may possess obvious non-compound eyes……..Copepodab. Organism with compound eyes (22)pedipalpwalking legsbarnacle on fish22. a. Organism with dorsoventrally compressed body; four pairs of biramous, cirriform legs; somespecies (genus Argulus ) with two conspicuous sucker-like appendages on ventral bodysurface……………………………………………………………………………………………Argulideab. Organism lacking sucker-like appendages (23)23. a. Organism with laterally compressed body…………...………………………………………Amphipodab. Organism with dorsoventrally compressed body or uncompressed body…………………….IsopodaReferencesBenz, W. W., S. A. Bullard, and A. D. M. Dove. 2001. Metazoan parasites of fishes: synoptic information and portal to the literature for aquarists. Pp. 1-15. In: Regional Conference Proceedings 2001. Anonymous (ed.). American Zoo and Aquarium Association, Silver Spring, MD.Benz, G. W., and S. A. Bullard. 2004. Metazoan parasites and associates of chondrichthyans with emphasis on taxa harmful to captive hosts. Pp. 325-416. In: The elasmobranch husbandry manual: captive care of sharks, rays and their relatives. Smith, M., D. Warmolts, D. Thoney, and R. Hueter (eds.). Special Publication, Ohio Biological Survey, Columbus, OH. suckerscirriform legs。
基因组学课件8比较基因组学
二者差别在于基因数量上，流感嗜血杆菌基 因组有1743个ORF，尿殖道支原体只有470 个ORF。
7/13/2020
模式生物基因组的研究
通过对尿殖道支原体与流感嗜血杆 菌这两个亲缘关系较远的生物基因组的 比较，选取其共同的基因（共240个）， 再加上一些其他基因，最后组成一套含 256个基因的最小基因组。
7/13/2020
模式生物基因组研究对人类基因组研 究的促进作用
另一个应用是把比较基因组作图用于复杂 性状的分析。许多遗传性状是由一个以上的 基因控制的，这些基因的识别通常在老鼠中 比在人中来得容易。一旦一个候选疾病基因 或疾病区域被在老鼠中确认，我们就可以筛 选同源基因或同源区域，看看是否与人类遗 传病相对应。
克隆新基因 揭示基因功能 阐明物种进化关系、基因组的内在结构
7/13/2020
比较基因组学的应用
➢ 揭示非编码功能序列 ➢ 发现新基因 ➢ 发现功能性SNP ➢ 阐述物种间的进化史 ➢ 阐明人类疾病过程的分子机制
7/13/2020
比较基因组学与进化
古细菌---产甲烷球菌 与原核生物共同之处：
染色体组织与结构：环状基因组、基因的操纵子结构等 能量产生和固氮基因与有很高的同源性 与细胞分裂有关的蛋白质、20多个编码无机离子运输蛋白的
7/13/2020
2 模式生物基因组研究揭示了人类疾病基 因的功能。 由于某些模式生物基因的功能已知,这 就对人类疾病基因的功能研究有很大的 促进作用。这一跨种关系使模式生物基 因的有效功能数据立刻用于研究它的高 等生物的同源体。
植物基因组学
1.基因组的结构和变异2.分子标记连锁图谱构建基因3.QTL定位的原理和方法4.QTL精细定位5.基因和QTL的可隆5.1插入突变方法5.2图位克隆的方法(含比较图位克隆)5.3候选基因法6.资源评估和利用7.分子标记辅助选择(含分子设计育种)8.转基因8.1转基因体系和实证研究8.2转基因的生态学安全研究9.比较基因组9.1标记水平比较基因组9.2序列水平的比较研究9.3性状水平的比较研究9.4功能比较研究10.***优势研究10.1遗传学解释10.2分子生物学解释11.分子进化(主要是玉米进化)12.基于连锁不平衡的关联分析12.1实证研究12.2方法学研究13.基因组研究中的一些新技术运用13.1DNA芯片技术13.2 DNA shuffling13.3Gene Trap13.4 Gene therapy in plants13.5 TILLING 技术1.植物基因组的结构和变异在越来越多的植物基因组被测完后,该研究的重要性逐渐显现,该方面的文章可以说是汗牛充栋.在玉米方面该领域的大牛是Buckler, ES; Messing, J, Dooner HK, Doebley J ; Gaut, BS.1. Buckler, E. S., Gaut, B. S. and McMullen, M. D. (2006) Molecular and functional diversity of maize. Curr. Opin. Plant Biol. 9, 172-176这是关于玉米基因组结构的REVIEW文章,先了解大概,在细读研究文章.其任何2个玉米自交系之间的遗传变异大于人和大猩猩之间的差异的经典论断充分说明玉米变异的广泛性.最近因为人类基因组研究的进展而似乎可以改写.2.Messing J, Dooner HK. Organization and variability of the maize genome. Curr Opin Plant Biol.2006 Apr;9(2):157-63两位大牛的联合REVIEW, 值得一读.3.Goff S A, Ricke D, Lan T H, Presting G, Wang R, Dunn M, Glazebrook J, Sessions A, Oeller P, Varma H, Hadley D, Hutchison D, Martin C, Katagiri F, Lange B M, Moughamer T, Xia Y, Budworth P, Zhong J, Miguel T, et al. A Draft Sequence of the Rice Genome Oryza sativa L. ssp. japonica. Science, 2002, 296: 92-100大家或许都知道这篇文章,但我相信看完的不多,尽管全基因组测序的文章许多,强烈建议大家读这篇,讨论写的太好了.同期中国测序的文章就相形见拙许多,当然之后水稻精细图谱的公布,这篇文章也可以读读.4. International Rice Genome Sequencing Project. The map-based sequence genome. nature, 2005, 436: 793-8005.Fu H H, Dooner H K. Intraspecific violation of genetic colinearity and its implications in maize. Proc Natl Acad Sci USA, 2002, 99: 9573-9578改文章给我的启示许多,基因的存在和缺失也是等位基因的一种形式就是其一,尽管后来该文章的结论不断被修正.6.Song R, Messing J: Gene expression of a gene family in maize based on noncolinear haplotypes. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100:9055-9060.宋任涛代表作之一, 与Fu的文章有异曲同工之妙,给***优势提供了新的解释.7.Brunner S, Fengler K, Morgante M, Tingey S, Rafalski A: Evolution of DNA sequence non-homologies among maize inbreds. Plant Cell 2005, 17:343-360.5,6工作的基础上提供了更多的数据8. Lai J, Li Y, Messing J, Dooner HK: Gene movement by Helitron transposons contributes to the haplotype variability of maize. Proc Natl Acad Sci USA 2005, 102:9068-9073.赖锦盛的代表工作之一,为玉米基因组的扩张提供了全面的解释.9. Lai J, Ma J, Swigonova Z, Ramakrishna W, Linton E, Llaca V, Tanyolac B, Park YJ, Jeong OY, Bennetzen JL et al.: Gene loss and movement in the maize genome. Genome Res 2004, 14:1924-1931部分阐述了玉米基因组的结构的成因,更多的是插入而不是缺失.10. Morgante M, Brunner S, Pea G, Fengler K, Zuccolo A, Rafalski A:Gene duplication and exon shuffling by helitron-like transposons generate intraspecies diversity in maize.Nat Genet 2005, 37:997-1002与8讲的同一个故事.11.Tenaillon MI, Sawkins MC, Long AD, Gaut RL, Doebley JF, Gaut BS: Patterns of DNA sequence polymorphism along chromosome 1 of maize (Zea mays ssp. mays L.). Proc Natl Acad Sci USA 2001, 8:9161-9166该数据表明,在玉米基因组大约只保留了其祖先大刍草60%的遗传变异.12.Messing J, Bharti AK, Karlowski WM, Gundlach H, Kim HR, Yu Y, Wei F, Fuks G, Soderlund CA, Mayer KF et al.: Sequence composition and genome organization of maize. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101:14349-14354玉米有59000个基因的预测就出自此文.13. Bruggmann R, Bharti AK, Gundlach H, Lai J, Young S, Pontaroli AC, Wei F, Haberer G, Fuks G, Du C, Raymond C, Estep MC, Liu R, Bennetzen JL, Chan AP, Rabinowicz PD, Quackenbush J, Barbazuk WB, Wing RA, Birren B, Nusbaum C, Rounsley S, Mayer KF, Messing J. Uneven chromosome contraction and expansion in the maize genome. Genome Res. 2006 Oct;16(10):1241-5114.Emrich SJ, Li L, Wen TJ, Yandeau-Nelson MD, Fu Y, Guo L, Chou HH, Aluru S, Ashlock DA, Schnable PS. Nearly Identical Paralogs: Implications for Maize (Zea mays L.) Genome Evolution.Genetics. 2007 Jan;175(1):429-39Schnable 提出的NIP概念给我们以后的关联分析和其他一系列研究提出了新的挑战,尽管在玉米基因组的频率只有1%.15. Fu Y, Emrich SJ, Guo L, Wen TJ, Ashlock DA, Aluru S, Schnable PS.Quality assessment of maize assembled genomic islands (MAGIs) and large-scale experimental verification of predicted genes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 23;102(34):12282-7.看看什么是MAGI，也是Schnable的贡献，其超大的课题组（在美国而言）和永不疲倦的精力让他文章如麻，而且牛文不断。
植物的基因组与植物基因学
05
植物基因组与抗逆性研究
抗逆性相关基因挖掘与鉴定
基因组测序技术
利用高通量测序技术，对植物基 因组进行全面、深入的测序，挖
掘与抗逆性相关的基因。
基因功能注释
通过生物信息学方法，对挖掘到 的基因进行功能注释，明确其在
抗逆性中的作用。
基因表达分析
利用实时荧光定量PCR等技术， 分析抗逆性相关基因在不同环境 条件下的表达模式，揭示其调控
机制。
转录组学在抗逆性研究中的应用
01
02
03
转录组测序技术
利用高通量测序技术，对 植物在不同环境条件下的 转录组进行测序，分析基 因表达谱的变化。
差异表达基因筛选
通过生物信息学方法，筛 选出在抗逆性过程中差异 表达的基因，为进一步研 究提供候选基因。
转录调控网络构建
基于差异表达基因，构建 抗逆性相关的转录调控网 络，揭示基因之间的相互 作用关系。
04
植物基因组编辑技术
CRISPR-Cas9系统原理及应用
CRISPR-Cas9系统组成
由Cas9蛋白和导向RNA（gRNA）组成，gRNA通过碱基互补配对原则靶向特定DNA序 列。
CRISPR-Cas9作用机制
Cas9蛋白在gRNA的引导下切割目标DNA，造成双链断裂，进而引发细胞内的DNA修复 机制，实现基因编辑。
在全球气候变化背景下，植物与环境互作研究将更受关注，植物基因学
将在解析植物逆境适应机制中发挥重要作用。
挑战与机遇并存
技术挑战
虽然测序技术和基因编辑技术取得了显著进展，但仍存在成本高、通量低、准确性不足等问题，需要不断改 进和优化。
伦理与法规挑战
植物基因学的发展也面临着伦理和法规的挑战，如基因编辑作物的安全性评价和监管问题等，需要加强相关 法规的制定和执行。
作物比较基因组学的研究与利用
二.如何研究比较基因组学
例1.揭示非编码功能序列
Strategy for the identification of repeated noncoding RNA families in rice.
例1.揭示非编码功能序列
例1.揭示非编码功能序列
全文结论：
就像编码基因一样， ncRNA也经历了保守的重排和复制。植物中多拷贝 ncRNA可以作为研究发现新的ncRNA的基础。本文建立了一个假阳性率也很 低的SVM模型，从超过100，000的重复家族中寻找ncRNA。在大约4000个 ncRNA家族中，只有约90个是snoRNA和miRNA，剩下的敬爱组中大约有一半 是结构基因。候选ncRNA基因富含于UTR和内含子区域。但有趣的是，当与 其它基因组，如玉米基因组进行比较时， 却检测不到ncRNA家族的信号。 本研究的结果展示了不同现有水稻种的ncRNA基因，以及特有种甚至是近 代起源中的特异ncRNA基因。
三.怎样应用比较基因组学
揭示非编码功能序列
发现新基因 发现功能性SNP 阐述物种间的进化史
阐述人类疾病过程的分子机制
三.怎样应用比较基因组学
例1.揭示非编码功能序列
植物基因组经过复杂的重排，复制等方式来扩大基因组。对基因家族的结构
进行深入研究以探索编码蛋白质大的基因。但是，我们对非编码基因的重复研 究的还比较少。本文对水稻基因组非编码RNA基因（ncRNA）进行一个系统的介 绍。
基因组和比较基因组学
2020/4/23
2000.6. 完成并公布人类基因组工作框 架图( 90%)。
2020/4/23
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
2020/4/23
美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯·柯林 斯在介绍情况。
2020/4/23
人类基因组草图基本信息
人类基因组 人类蛋白质
一、人类基因组计划的启动
1986年，诺贝尔奖获得者R.Dulbecco（杜尔贝 科）提出人类基因组计划——测出人类全套基因组 的 DNA 碱基序列（ 3 × 109 bp ）。
2020/4/23
1975年，获诺贝尔生理医学奖
2020/4/23
2020/4/23
美国政府决定于 1990年正式启动HGP，预计 用 15 年时间，投入 30 亿美元，完成 HGP。
（4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的 表达调控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎 相距甚远，但若从整个染色体的空间结构上看则恰 恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间 的角度来研究真核基因的表达调控规律。
2020/4/23
（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的 忠实复制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供 了变异与进化的分子基础。局部DNA的推迟复制 、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常 发育，因此，了解与人类DNA正常复制和重组有 关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传 与进化提供重要的结构上的依据。
2020/4/23
（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的 分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾 病甚至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程， 为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。
植物的基因组与基因组学
利用蛋白质组学技术，分析逆境胁迫下植物蛋白 质的变化，发现与抗逆性相关的蛋白质。
3
关联分析
通过全基因组关联分析（GWAS）等方法，挖掘 与抗逆性相关的基因位点和等位变异。
逆境胁迫下植物基因组响应机制
基因表达调控
逆境胁迫下，植物通过 调控基因表达来适应环 境变化，包括转录因子 、miRNA等调控元件的 参与。
比较基因组学方法
全基因组比对
01
比较不同物种或品种的基因组序列，揭示基因组结构、功能和
演化等方面的差异。
基因组共线性分析
02
识别不同物种间基因组的共线性区域，研究物种间的亲缘关系
和基因渗透等现象。
基因组重排分析
03
研究基因组在演化过程中的重排事件，包括倒位、易位、复制
和删除等。
功能基因组学技术
基因表达分析
全基因组选择育种策略
全基因组关联分析（GWAS）
利用全基因组关联分析技术挖掘与目标性状相关的基因位点，为育种提供新的思路和方 法。
基因型芯片技术
利用基因型芯片技术对大量样本进行高通量基因型鉴定，为全基因组选择育种提供数据 支持。
创制高产、优质、多抗新品种
通过全基因组选择育种策略创制具有高产、优质、多抗等优良性状的新品种，满足农业 生产的需求。
转录组学研究方法
包括基因表达谱分析、染色质免疫共沉淀和 高通量测序等，这些方法为转录调控机制研 究提供了有力手段。
表观遗传学在植物基因组中作用
表观遗传学概念
表观遗传学是指研究基因表达的可遗传变化而不涉及DNA序列改变的学科领域，包括 DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等。
表观遗传修饰对植物生长发育的影响
05
植物比较基因组学
比较基因组学在植物中的研究进展和应用摘要：比较基因组学是利用某些基因组图谱和测序获得的信息推测其他生物基因组的基因数目、位置、功能、表达机制和物种进化的学科。
近10年来植物比较基因组学发展迅速，并获得了一些激动人心的研究成果，甚至使我们对生命和生命科学产生了全新的认识。
植物比较基因组学的研究方法主要有比较作图、比较生物信息学，比较遗传图谱的制作及对微观共线性的研究。
比较基因组学在植物研究中的应用主要有：比较基因组学在进化和分类研究上的应用，比较基因组学在基因克隆中的应用，比较基因组学在其它遗传研究和作物改良中的应用。
关键词：比较基因组研究方法应用植物比较遗传图谱作物改良微共线性一．植物比较基因组学的研究方法1.比较作图和比较生物信息学比较作图和比较生物信息学是比较基因组学研究方法有两大支柱。
基本方法是先用相同的一套cDNA探针对不同物种进行作图，然后用生物信息学方法进行分析。
现在发展成为用DNA 序列来比较基因组的方法，尽管这对研究大多数种总基因组间的宏观共线性不太适用，但对研究部分区段的微观共线性还是有效的。
使用同一套探针，可以确定关系较远的基因组间的同源区域，也可比较不同实验室的作图结果。
美国康乃尔大学曾确定了一套探针，在过去的几年中向50多个研究单位进行了发放［2］。
这套探针包括152 个cDNA（67 个来自水稻、63个来自燕麦、21个来自大麦、1个来自小麦）。
这些cDNA满足了以下要求：（1）在Southern 分析中能与大多数禾谷类作物（水稻、小麦、大麦、燕麦、玉米、高粱和甘蔗）基因组杂交；（2）在水稻中为单拷贝或低拷贝；（3）基因组覆盖面大。
这些探针的5’和3’端均已测序，序列已送到Gen Bank(序列号为AA231638-AA231938。
其中78%的DNA序列编码的蛋白质序列与已知基因的蛋白质序列有相似性。
在禾谷类作物的比较基因组学研究中，水稻常常也被当作模式植物，因为水稻上已有非常密集的分子标记及其他标记，基因组小。
比较基因组学PPT
2021/7/25
高度保守和高度变异
X染色体极为保守，人类和猫的X染色体具有 纵贯全条的共线性；
在保守性较低的区段，基因进化速率快于整个 基因组的平均进化速率；
种间基因组中很少表现共线性； 甚至在同一物种的不同生态型之间这些区段也会发
成本较低，研究结果可靠性较高，应用前 景广阔。
2021/7/25
基因组成的相似性
基因共线性：基因排列顺序的一致性；
宏观共线性：遗传连锁图上锚定标记排列次序的一致性； 微观共线性：物理图上基因序列的一致排列； 进化距离非常近的物种间保持很好的微观共线性； 在进化过程中，基因共线性被各种因素所破坏，进化距离
比较基因组学的基本概念
2021/7/25
基本完成DNA序列分析的真核生物基因组比较
物种 酵母
完成 年份
1996
线虫
1998
果蝇
2000
拟南芥
2000
人类第22染色体 1999
人类第21染色体 2000
人类全基因组
2001
(Public Sequence)
人类全基因组
2001
(Celera Sequence)
总长度 Mb 12 96 116 115 34 33 2693
2654
已完成总长 的百分数/% 93 99 64 92 70 75 84
83
占常染色质 百分数/Mb 100 100 97 100 97 100 90
基因数 /Mb 483 197 117 221 16 7 12
99-93
15
2021/7/25
全基因组测序工程浩大，耗费巨大，不可能对 ★妊娠前后，孕妇服用致畸药物，如四环素等；
植物基因组的比较和进化
植物基因组的比较和进化植物是地球上生物多样性最为丰富的群体之一，其种类和数量远远超过了其他生物，包括原核和真核生物。
植物在地球生物的演化和适应中发挥了重要的作用，在人类历史和文化中则扮演着至关重要的角色。
随着基因组学和高通量测序技术的发展，植物基因组的研究也取得了巨大进展，相关成果对生命科学和农业领域都具有重要意义。
植物基因组的比较是基因组学领域的重要研究方向之一。
不同物种的基因组结构和组成存在相似和差异，研究这些相似和差异可以揭示它们的遗传和进化关系。
植物基因组比较的方法主要有下列几种：1）基因家族比较；2）基因序列比较；3）非编码RNA比较；4）蛋白质序列比较。
基因家族比较是一种简单而有用的比较方法。
基因家族一般指的是基于功能和序列相似性存在的一组基因。
植物基因组中包含了很多各种功能基因，如转录因子、激素信号调节因子、代谢分子酶等，这些基因常常以家族形式存在于多个物种的基因组中。
通过比较这些基因家族的数量、结构和演化情况，可以揭示不同植物物种之间的遗传进化关系。
基因序列比较是比较基因组结构和序列组成的常用方法。
在物种间比较，可以通过比较同源基因序列的同源性和变异性来评估基因组间的相似性和差异性。
比较同源基因的性质和功能，可以揭示物种间的遗传进化和功能分化。
此外，基因序列比较还可以用于鉴定基因组中的复制和重复序列，以及揭示基因组的功能修饰和适应性进化。
非编码RNA比较是近年来发展的一个新方法。
越来越多的非编码RNA被证实可以调节基因转录和翻译以及基因表达网络的组装。
通过比较植物基因组中不同的非编码RNA序列，可以揭示物种之间的相似和差异，从而推断它们在遗传进化中的角色和意义。
非编码RNA比较还可以用于发现新的RNA种类和功能，探索RNA在基因组进化和功能多样性中的作用。
蛋白质序列比较是比较物种间蛋白质序列组成和功能的方法。
通过比较基因组中同源蛋白序列的变异性，可以评估物种间的相似性和差异性。
此外，还可以通过比较重要蛋白质的结构和功能来揭示物种间的遗传进化和功能分化。
基因组与比较基因组学研究-文档资料
比较基因组学提供的结果表明，在进化系统 树上，古细菌与真核生物亲缘关系比原核生 物更近。在自养生物的三个分支，细菌、古 细菌和真核生物中，细菌的分化发生较早。
表6.6 E.coli, Haemophilus influenzae和Mycoplasma genitalium基因组中的基因分类
YAC的主要缺点 1．存在高比例的嵌合体，即一个YAC克隆 含有两个本来不相连的独立片段； 2．部分克隆子不稳定，在转代培养中可能 会发生缺失或重排； 3．难与酵母染色体区分开，因为YAC与酵 母染色体具有相似的结构。 4．操作时容易发生染色体机械切割。
以细 菌寄主系统为基础的克隆载体形成嵌合体的频率较低， 转化效率高，又易于分离。科学家用"染色体建造"法用F质 粒及其调控基因构建细菌载体，克隆大片段DNA。该质粒 主要包括oriS， repE（控制F质粒复制）和parA、 parB （控制拷贝数）等成分。
四、比较基因组学(Comparative genomics) 尿殖道支原体是已知最小的基因组，由此可能 确定能自我复制的细胞必需的一套最少的核心基因。 流感嗜血杆菌的基因组为1.83Mb，而尿殖道支原体 的基因组只有0.58Mb，二者相差3倍多，那么，基 因组大小影响了基因数目还是基因尺度？ 流感嗜血杆菌基因大小平均900bp，尿殖道支 原体的基因为1040bp，基因大小差不多；流感嗜 血杆菌中平均1042bp 有1个基因，尿殖道支原体中 平均1235bp 有1个基因。 可见基因组尺度减小并 不引起基因密度的增加和基因本身尺寸的减小。二 者差别在于基因数量上，流感嗜血杆菌基因组有 1743个ORF，而尿殖道支原体只有470个ORF。
BAC的优点 1． 易于用电击法转化E.coli（转化效率比转化酵 母高10-100倍）； 2． 超螺旋环状载体，易于操作； 3． F'质粒本身所带的基因控制了质粒的复制； 4． 很少发生体内重排。