【学习课件】第十二章基因组研究技术
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基因组研究功能基因分析ppt课件
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SWISS-MODEL • SWISS-MODEL: 网址/ • 非专业人士应用最为广泛的一个在线建模服务器。 • 特点：简单、自动化、对学术团队免费。
Automated mode:自动模式，可以称为是最傻瓜的方式 提交自己的氨基酸序列+邮箱即可 适用：一致性较高时
等电点，分子量预 测工具
52
53
/protscale/
54
TGREASE疏水性参数
• 高正值的氨 基酸具有更 大的疏水性 而低负值的 氨基酸具有 更强的亲水 性
55
56
蛋白质跨膜区预测(TMHMM)
http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/
现代生物学实验技术
基因组学研究——功能基因分析
1 1
要求：
1.掌握常用的序列比对工具 2.能构建进化树 3.能够预测蛋白质的二级结构、疏水区、跨膜区等 4.能够进行简单的同源建模分析 5.了解KEGG数据库的检索
2
序列比对——BLAST应用
3
生物序列的同源性
同源性(homology)： 指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具有共
DNA 序列
蛋白质序列
转录&翻译
蛋白质结构
折叠
• 氨基酸序列只有折叠成特定的空间结构 才具有相应的活性和相应的生物学功能
43
为什么要研究蛋白质结构? • 生物体中许多重要的功能由蛋白质完成 • 分析蛋白质结构、功能及其关系是蛋白质组计
划中的一个重要组成部分 • 分析蛋白质结构有助于药物设计研究 • 有助于了解蛋白质相互作用，这对于生物学、
医学和药学都是非常重要
44
蛋白质二级结构 • α-helix (30-35%)
SWISS-MODEL • SWISS-MODEL: 网址/ • 非专业人士应用最为广泛的一个在线建模服务器。 • 特点：简单、自动化、对学术团队免费。
Automated mode:自动模式，可以称为是最傻瓜的方式 提交自己的氨基酸序列+邮箱即可 适用：一致性较高时
等电点，分子量预 测工具
52
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/protscale/
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TGREASE疏水性参数
• 高正值的氨 基酸具有更 大的疏水性 而低负值的 氨基酸具有 更强的亲水 性
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蛋白质跨膜区预测(TMHMM)
http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/
现代生物学实验技术
基因组学研究——功能基因分析
1 1
要求：
1.掌握常用的序列比对工具 2.能构建进化树 3.能够预测蛋白质的二级结构、疏水区、跨膜区等 4.能够进行简单的同源建模分析 5.了解KEGG数据库的检索
2
序列比对——BLAST应用
3
生物序列的同源性
同源性(homology)： 指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具有共
DNA 序列
蛋白质序列
转录&翻译
蛋白质结构
折叠
• 氨基酸序列只有折叠成特定的空间结构 才具有相应的活性和相应的生物学功能
43
为什么要研究蛋白质结构? • 生物体中许多重要的功能由蛋白质完成 • 分析蛋白质结构、功能及其关系是蛋白质组计
划中的一个重要组成部分 • 分析蛋白质结构有助于药物设计研究 • 有助于了解蛋白质相互作用，这对于生物学、
医学和药学都是非常重要
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蛋白质二级结构 • α-helix (30-35%)
医学生物学人类基因组计划与功能基因组学PPT课件
-
人类基因组计划与基因16组学
4．基因图
生物的性状是由结构或功能蛋白决定的，蛋 白质是由mRNA编码的， mRNA是由基因转录而 来的，而基因的表达又有时间和空间的特异性。
提取特定生长发育时期或特定组织器官中的 mRNA逆转录即可得到cDNA，再进行分子杂交鉴 别出与转录相关的基因，就可以绘制一张可表达 基因图——转录图(transcription map)，所以说转 录图是基因图的雏形。
-
人类基因组计划与基因29组学
2．中国HGP的第二阶段
1999.9，中国加入IHGSC，负责测定人类 3号染色体3pter-D3S3610区域约30Mb的测序 任务，即“1%项目”，成为加入IHGSC的惟 一一个发展中国家。
-
人类基因组计划与基因30组学
三、功能基因组学
人类基因组计划 与功能基因组学
-
人类基因组计划与基因34组学
2．比较基因组学
比较基因组学(comparative genomics)是基 于基因组图谱和测序基础上，在DNA水平上对 不同生物基因组的结构进行比较，以研究基因 的结构功能、表达机制和物种进化的学科。
-
人类基因组计划与基因35组学
2．比较基因组学
主要的模式生物
大肠埃希菌(E. coli) 酵母菌(S. cerevisiae) 秀丽线虫(C. elegans) 果蝇(D. melanogaster) 小鼠(M. musculus)
第十二章 人类基因组计划与功能基因组学
现代生物学与现代医学
-
1
人类基因组计划(human genome project， HGP)是一项国际性科学研究计划，旨在阐明 人类基因组30亿个碱基对的序列，从物理和功 能角度发现和定位人类基因组基因，破译人类 全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全 面地认识自我。
遗传学第十二章表观遗传学精选课件.ppt
胞的两条X染色体中会有一条发生随机失活的假说， X染色体基因的剂量补偿。
Y
X
XX
X-染色体失活
24
（一）X失活中心
• 2019年G.D.Penny等发现X染色体的Xq13.3区 段有一个X失活中心( X-inactivation center，Xic)，X失活中心有“记数”和“选 择”的功能。
• 长1Mb,4个已知基因：Xist；Xce；Tsix；
（三）DNA去甲基化作用（不讲）
13
二、组蛋白修饰
14
15
❖组蛋白密码 ❖组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰
类型被称为组蛋白密码（histone code）。 ❖组蛋白通过乙酰化、甲基化和磷酸化等共价
修饰，使染色质处于转录活性状态或非转录活 性状态，为其他蛋白与DNA的结合产生协同 或拮抗效应，属于一种动态的转录调控成分。 ❖类型：乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化， SUMO化，ADP核糖化，脱氨基化，脯氨酸异 构化。
16
• (一）组蛋白乙酰化作用 组蛋白N末端 Lys 上，组蛋白乙酰化能选择 性的使某些染色质区域的结构从紧密变得松散， 开放某些基因的转录，增强其表达水平 。
• 组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyltransferase,HAT） • 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC）
• 第一节 表观遗传学的分子机制
• 1. 遗传编码信息：提供生命必需蛋白质的编码模 板。
• 2. 表观遗传学信息：何时、何地、以何种方式去 应用遗传编码信息。
• DNA和染色质上的表观遗传修饰： • DNA甲基化；组蛋白修饰；RNA相关沉默（非编码
RNA）；染色质重塑。
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Y
X
XX
X-染色体失活
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（一）X失活中心
• 2019年G.D.Penny等发现X染色体的Xq13.3区 段有一个X失活中心( X-inactivation center，Xic)，X失活中心有“记数”和“选 择”的功能。
• 长1Mb,4个已知基因：Xist；Xce；Tsix；
（三）DNA去甲基化作用（不讲）
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二、组蛋白修饰
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❖组蛋白密码 ❖组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰
类型被称为组蛋白密码（histone code）。 ❖组蛋白通过乙酰化、甲基化和磷酸化等共价
修饰，使染色质处于转录活性状态或非转录活 性状态，为其他蛋白与DNA的结合产生协同 或拮抗效应，属于一种动态的转录调控成分。 ❖类型：乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化， SUMO化，ADP核糖化，脱氨基化，脯氨酸异 构化。
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• (一）组蛋白乙酰化作用 组蛋白N末端 Lys 上，组蛋白乙酰化能选择 性的使某些染色质区域的结构从紧密变得松散， 开放某些基因的转录，增强其表达水平 。
• 组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyltransferase,HAT） • 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC）
• 第一节 表观遗传学的分子机制
• 1. 遗传编码信息：提供生命必需蛋白质的编码模 板。
• 2. 表观遗传学信息：何时、何地、以何种方式去 应用遗传编码信息。
• DNA和染色质上的表观遗传修饰： • DNA甲基化；组蛋白修饰；RNA相关沉默（非编码
RNA）；染色质重塑。
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功能基因组学及其研究方法ppt课件
ppt课件.
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制备靶 片段
制备固相 探针
实验组
（组织，细胞）
提取mRNA
Cy5标记
对照组 （组织，细胞）
提取mRNA
Cy3标记
杂交
结果观察，信息分析
ppt课件.
38
扫描图
ppt课件.
39
蛋白质组(proteom)：
一个细胞内的全套蛋白质，反映了特 殊阶段、环境、状态下细胞或组织在 翻译水平的蛋白质的表达谱。
自1990年开始实施人类基因组计划以来，在它的影 响下，迄今已完成了400多个物种的基因组DNA序 列的测定，其中包括流感嗜血杆菌、大肠杆菌、酵 母、秀丽线虫等多个病原微生物和模式生物以及人 类基因组的测序。
ppt课件.
8
模式生物是指一类被深入研究旨在揭示特定生命 现象普遍规律的生物物种。大多数生物学过程在 长期的进化过程中是高度保守的，因此，许多生 物学过程在大多数或所有的模式生物中都是类似 的，模式生物也因此在生物学研究中具有不可替 代的重要作用。
存在某些完全相同的序列； ORF演绎的氨基酸序列相似； ORF的排列相似，如等长的外显子； 模拟的多肽链的高级结构相似，等。
ppt课件.
19
是运用计算机技术和信息技术开发新的算法和统 计方法，对生物实验数据进行分析，确定数据所 含有的生物学意义，并开发新的数据分析工具以 实现对各种信息的获取和管理的学科。
基因克隆的策略
ppt课件.
24
基因敲除技术（gene knockout)
通过基因工程的方法将一个结构已知但功能未知的 基因去除，或用其他序列相近的基因取代（又称基 因敲入,基因替换），然后从整体观察生物体，从而 推测相应基因的功能。这种人为地把生物体某一种 有功能的基因完全缺失的技术称为基因敲除技术。
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
遗传学课件第12章 基因组研究
The entire genetic information contained within an organism that can be found within a nucleus of a typical cell in the organism.
基因组：真核生物单倍体细胞核，细胞器或 原核生物细胞（或病毒粒子）所含的全部 DNA或RNA分子。
(chromosOME), In the 1990s genome went from
being a highly specialized term not even in much
usage in genetics to a word that is now in
common general currency. As with all
爬行类
两栖类
骨鱼类
软骨鱼类
棘皮类
甲壳类
昆虫类
软体动物
蠕虫类
霉
酶菌
藻类
真菌
革兰氏阳性菌
革兰氏阴性菌
支
枝原体
106
107
108
109
1010
1011
图 10-37 不同门类生物的 C 值分布(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig 21.1)
[概念] C值悖论(C-value paradox)：高等 生物具有比低等生物更复杂的生命活动， 所以，理论上应该是它们的C值也应该更 高。但是,事实上C值并不体现出与物种进 化程度相关的趋势。高等生物的C值不一 定就意味着它的C值高于比它低等的生物， 这称为~。
◆基因组学是遗传学研究进入分子水平后发 展起来的一个分支，主要研究生物体全基 因组的分子特征。
1986年H. Roderick提出从整个基因组的层次研 究遗传的科学称为“基因组学”，主要研究生 物体基因组的结构与功能。
基因组：真核生物单倍体细胞核，细胞器或 原核生物细胞（或病毒粒子）所含的全部 DNA或RNA分子。
(chromosOME), In the 1990s genome went from
being a highly specialized term not even in much
usage in genetics to a word that is now in
common general currency. As with all
爬行类
两栖类
骨鱼类
软骨鱼类
棘皮类
甲壳类
昆虫类
软体动物
蠕虫类
霉
酶菌
藻类
真菌
革兰氏阳性菌
革兰氏阴性菌
支
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图 10-37 不同门类生物的 C 值分布(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig 21.1)
[概念] C值悖论(C-value paradox)：高等 生物具有比低等生物更复杂的生命活动， 所以，理论上应该是它们的C值也应该更 高。但是,事实上C值并不体现出与物种进 化程度相关的趋势。高等生物的C值不一 定就意味着它的C值高于比它低等的生物， 这称为~。
◆基因组学是遗传学研究进入分子水平后发 展起来的一个分支，主要研究生物体全基 因组的分子特征。
1986年H. Roderick提出从整个基因组的层次研 究遗传的科学称为“基因组学”，主要研究生 物体基因组的结构与功能。
生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt
VS
详细描述
这些技术各有特点，适用于不同的基因组 编辑需求。例如，基于人工核酸酶的基因 组编辑技术包括人工核酸酶和DNA修复 酶的组合应用，可以实现更加精确和高效 的基因组编辑。基于DNA同源重组的基 因组编辑技术则适用于对精确度要求较高 的基因组编辑实验，如基因敲入等。
05
CATALOGUE
基因测序与基因组编辑技术的 应用案例
详细描述
TALENs由多个氨基酸模块组成，每个模块能够识别一个DNA碱基，从而实现特异性的 DNA序列识别。TALENs技术已经广泛应用于基因敲除、基因敲入和基因激活等基因组
编辑实验。
CRISPR-Cas9系统
总结词
一种基于细菌免疫系统的基因组编辑技术， 通过RNA指导的Cas9蛋白识别并切割DNA 序列。
生物技术：基因测序与基 因组编辑技术讲解培训
汇报人：可编辑
2023-12-23
CATALOGUE
目 录
• 基因测序技术概述 • 基因测序技术分类 • 基因组编辑技术概述 • 基因组编辑技术分类 • 基因测序与基因组编辑技术的应用
案例 • 基因测序与基因组编辑技术的挑战
与前景
01
CATALOGUE
基因测序技术可以用于生物进化研究 中，通过对不同物种的基因序列进行 比较，揭示生物的进化历程和演化机 制。
药物研发
基因测序技术可以用于药物研发过程 中，通过对药物作用靶点的基因序列 进行分析，提高药物的研发效率和针 对性。
基因测序技术的发展历程
1970年代
基因测序技术的雏形出现，主 要是通过化学降解法测定DNA
基因组编辑技术的原理
基因组编辑技术主要基于CRISPR-Cas9系统，通过向导RNA的引导，Cas9核酸酶能够精准地切割目 标DNA序列，从而实现基因组的编辑。
组学研究技术PPT课件
在此基础上构建覆盖每条染色体的大片 段DNA克隆
2021/3/7
如： CHENLI
10
● 酵母人工染色体
（yeast artificial chromosome,YAC）
● 细菌人工染色体
（bacterial artificial chromosome,BAC）
● 人工附加染色体
（human artificial episomal chromosome,HAEC）
Chapter 10
基因组学研究技术
Capter 1
2021/3/7
CHENLI
1
主要内容
物理图谱 基因转录图谱 基因组功能分析技术 生物信息学技术
2021/3/7
CHENLI
2
2021/3/7
CHENLI
3
物理图谱（physical map）
测定DNA分子，
绘制构成基因组的全部基因的排列和间距。
主要是把含有STS对应序列的DNA的克隆片段 连接成相互重叠的“片段重叠群（contig）
2021/3/7
CHENLI
15
1.1 限制酶作图(Restriction Mapping)基本原理
H
待检的DNA
H
EcoR I
H
E
B
E 6Kb
E 9Kb
H
BamHI
H
B 5Kb
B 10Kb
H
E
6Kb
E+B
B
比较
排出酶切片段
2021/3/7
CHENLI
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完整的物理图谱应包括
基因组的不同载体DNA克隆片段重叠群图
大片段限制性内切酶切点图
基因组学--药物基因组学 ppt课件
ppt课件
9
实验室和（或）公司 1. Aeiveos Sciences Group (Seattle, WA) 2. Avitech Diagostics (Malvern, PA) 。 3. Eurona Medical, AB (Upsala 瑞典) 4. Gemini Research, Ltd (Cambridge, 英国) 5. Genaissance Pharaceeuticals, Inc
ppt课件 27
CYP2C19基因多态性影响临床疗效的另一 实例是质子泵抑制剂。 奥美拉唑、兰索拉唑和潘托拉唑等质子泵 抑制剂（抗酸及抗溃疡药）由P450酶代谢， 主要由S-美芬妥英羟化酶（S-mephenytoin 4’-hydroxylase, CYP2C19）,部分由CYP3A4 代谢。 CYP2C19的基因多态性会影响质子泵抑制 剂的药动学，从而影响后者治疗相关疾病的 临床效果。
ppt课件 20
CYP2D6：异喹胍(debrisoquine)羟化酶，研 究很多，参与大量药物的代谢，如异喹胍 （抗高血压）、三环类抗抑郁药、镇痛药 (可待因、右美沙芬)、抗心律失常药。奎 尼丁和选择性5－羟色胺 为抑制剂 CYP2E1（二甲基亚硝胺、N－去甲基酶）： 负责许多挥发性麻醉药（如七氟醚、安氟 醚、甲氧氟烷、异氟醚、乙醚、三氯乙烯 和氯仿、乙醇及芳香类化合物，如苯、扑 热息痛及亚硝基二甲胺）的代谢 CYP3A4酶：参与多种麻醉药物的代谢
药物基因组学
ppt课件
1
概述 药物相关基因的分类
药物基因组学的研究方法
药物基因组学的应用
基因芯片技术在药物基因组学
研究中的应用
ppt课件 2
概述
1. 药物基因组学的定义
基因组测序技术PPT课件
1 ATACGTTA
2 2GCTGTATGTAAGTCAT
4 C4GATCTGATGTAATGA
3 3TACGTTAG A
5 GTTAGATC
1 ATACGTTA
3 TACGTTAG
4 ACGTTAGA
2
CGTTAGAT
5
GTTAGATC
计算机分析杂交图象 并由探针的重叠情况 推导样品的核酸序列
互补序列为：ATACGTTAGATC 样品序列为：TATGCAATCTAG
在人类基因组进入测序组装阶段就采用此方法， 其基本步骤如下 参考人类基因组图,特别是大量的STS位标作为基点, 进行序列组装，排成重叠克隆群.
先将染色体打成比较大的片段(几十-几百Kb), 利用 分子标记将这些大片段排成重叠的克隆群(Contig), 分别 测序后拼装. 这种策略叫基于克隆群(contig-based)的策 略.
2000年 12 月，第一个植物基因组—— 拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组 被全部测序 ，大小为125 Mb.
一、测序流程1.构建生物基因组或cDNA DNA的提取和制备→酶切制备克隆用DNA片段 →与载体连接→转化受体细胞 →筛用超声波（或限制性内切酶）切成能够测序 的小片断(200-500bp)→小片断和载体结合，植入 细菌中进行扩增（或用PCR扩增） →从细菌中提 取出繁殖好的质粒→ 酶切，制取测序的DNA片段
A
B
C
大片段contig
小片段测序拼装
A
B
C
两种策略的比较
鸟枪法策略
指导测序策略
不需背景信息
时间短 需要大型计算机 得到的是草图(Draft)
构建克隆群 (遗传、物理图谱) 需要几年的时间
基因组学PPT课件
据日本共同社5月16日报道，美国俄勒冈安康科学大学研究员立花真仁等的研究 小组15日在美国科学期刊?细胞?(Cell)网络版上发表文章，宣布已使用“体细胞克隆 技术〞，向女性提供的卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核，首次成功制作了能够 分化成各种组织的胚胎干细胞(ES细胞)。
俄勒冈安康科学大学2007年曾成功制作了猴子的克隆ES细胞。关于人类的ES 细胞，前韩国首尔大学教授黄禹锡曾在2004年宣布成功制作，但后被发现是假论文。 当时，ES细胞曾被视为再生医疗的“王牌〞。不过，2006~2007年京都大学教授山 中伸弥研发了仅用体细胞进展基因操作的人工诱导多功能干细胞(iPS细胞)，再加上 人类的ES细胞制作比其他哺乳类的困难许多等原因，ES细胞研究热潮逐渐降温。
5
Biochip
Human Genome Project 6
清华控股博奥生物暨生物芯片北京国家工程研究中心
博奥生物芯片中心由清华大学医学院教授程京院士主持创立， 目前在生物芯片研究和应用领域形成了医学系统生物学产业链， 已推出生物芯片、生物医学仪器、试剂耗材、软件数据库等多 项产品。创立于2000年9月的博奥生物芯片中心作为我国第一 家采用“中心＋公司〞创新机制的试点单位，先后主持承担了 国家“十五〞863方案重大专项“功能基因组与生物芯片〞、 “十一五〞863方案重点工程“生物芯片关键仪器和试剂〞等 国家级科研课题，参与承担了30余项863、973、自然科学基 金和北京市等国家和省部级科研工程，现已探索出了一条新的 建立国家工程研究中心的模式，构建起了中国的生物芯片产业 链，培养了一批技术产业复合型人才，实现了中国生物芯片行 业的跨越式开展。〔
干细胞为起源细胞，是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细 胞。干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为 “万用细胞〞。
俄勒冈安康科学大学2007年曾成功制作了猴子的克隆ES细胞。关于人类的ES 细胞，前韩国首尔大学教授黄禹锡曾在2004年宣布成功制作，但后被发现是假论文。 当时，ES细胞曾被视为再生医疗的“王牌〞。不过，2006~2007年京都大学教授山 中伸弥研发了仅用体细胞进展基因操作的人工诱导多功能干细胞(iPS细胞)，再加上 人类的ES细胞制作比其他哺乳类的困难许多等原因，ES细胞研究热潮逐渐降温。
5
Biochip
Human Genome Project 6
清华控股博奥生物暨生物芯片北京国家工程研究中心
博奥生物芯片中心由清华大学医学院教授程京院士主持创立， 目前在生物芯片研究和应用领域形成了医学系统生物学产业链， 已推出生物芯片、生物医学仪器、试剂耗材、软件数据库等多 项产品。创立于2000年9月的博奥生物芯片中心作为我国第一 家采用“中心＋公司〞创新机制的试点单位，先后主持承担了 国家“十五〞863方案重大专项“功能基因组与生物芯片〞、 “十一五〞863方案重点工程“生物芯片关键仪器和试剂〞等 国家级科研课题，参与承担了30余项863、973、自然科学基 金和北京市等国家和省部级科研工程，现已探索出了一条新的 建立国家工程研究中心的模式，构建起了中国的生物芯片产业 链，培养了一批技术产业复合型人才，实现了中国生物芯片行 业的跨越式开展。〔
干细胞为起源细胞，是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细 胞。干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为 “万用细胞〞。
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
基因组研究技术课件
点，从整体水平上研究基因的存在、结构与功能、
基因间相互关系，甚至于染色体分子水平的结构特
征以及不同物种基因组
基因组研究技术
第一节 传统基因组研究技术
• 在基因组学新兴之初，获得生物体基因组DNA序列 是研究关注的焦点 • 基因组测序基本策略：整个基因组DNA随机打断— —各小片段逐一测序——按位置关系排列组装各测 序小片段 • 基因组图谱精确指导测序拼接： 遗传图谱、物理图谱、序列图谱和功能图谱
系谱分析作图
细菌（无减数分裂）——转化、转导和结合转
移频率
基因组研究技术
二. 基因组物理图谱的构建 遗传图的分辨率有限 遗传图的覆盖面较低 遗传分子标记排列有时会出错
1. 限制性作图 在基因组上标定限制性酶切位点的相对位置 主要适合对小基因组的原核生物和大片段进行限制性 位点分析
基因组研究技术
2. DNA大片段重叠克群(contig)， 从而绘制物理连锁图
1. 转录组学相关研究技术 基因的表达谱能显示基因在细胞中的作用，也能帮助鉴 定它与其他基因在功能上的联系 用于全局分析基因表达情况的技术： （1）cDNA-AFLP（cDNA-amplified fragment length polymorphism） （2）差异显示PCR（differential display reverse transcription PCR，DDRT-PCR） （3）抑制性扣除杂交（suppression subtractive hybridization，SSH） （4）基因表达系统分析（serial analysis of gene expression, SAGE）
基因组研究技术
基因组研究技术
5. 基因组光学图谱——OpGen公司开发
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三. 基因组测序
1. 大规模基因组测序方法学改进
454测序技术、Solexa测序技术、SOLiD测序技术和
单分子测序技术（具体测序原理见第九章）
2. 基因组DNA序列的确定
（1）通过鸟枪法拼接序列
染色体DNA随机打断成小片段——测序小片段——
检测短序列间可能的重叠区——逐级拼接、推导出
1. 遗传作图标记
• 形态标记 • DNA标记
标记
Ø 限制性酶切片段长度多态性（RFLP）
Ø 简单序列长度多态性（SSLP）
Ø 单核苷酸多态性（SNP）
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• 位于染色体上 • 易于检测识别 • 个体间多态性 • 稳定遗传
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2. 遗传作图的方法
（1）遗传作图的遗传学原理
孟德尔遗传学的连锁和交换定律
• 两种测序结果 和分析：2001年 发表在Nature和 Science杂志上
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第二节 现代基因组研究技术
随着生命科学领域技术的飞速发展，只停留在传统 基因组学时代里获得生物全基因组序列、重点关注 单个或少数基因表达调控，已满足不了科学发展的 需要
后基因组时代使命：把一个基因组或一类基因组作 为一个独立单位，来研究众多基因是如何精妙地组 织构成基因组、基因组之间的进化关系和演化方向 以及基因组仅靠静态的核酸序列是如何在瞬息万变 中有条不紊地指挥生命的。
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2. 确定基因的实验技术
⑴ 分子杂交检验某一片段是否含有表达序列
DNA-mRNA的杂交分析（Northern杂交）
⑵ EST和cDNA测序有助于鉴定基因
⑶ 确定转录物末端
cDNA末端快速扩增（rapid amplification of cDNA end，
RACE）
⑷ 异源双链分析
⑸ 外显子捕获
完整序列
（2）克隆重叠群法测序技术
在鸟枪法基础上发展起来
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3. 人类基因组测序
• 人类基因组 计划1999年正 式实施，2003 年全部完成
• 国际人类基 因组测序协调 组：图谱测序 方法（物理图 谱、鸟枪法）
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• 美国Celera Genomics公司： 全基因组鸟枪法
4. 序列标签位点作图
sequence tagged site，STS
通过PCR或分子杂交将序列标签小段DNA序列在基因
组DNA中进行定位
可用于构建最为详细的大p基pt课因件 组物理图
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5. 基因组光学图谱——OpGen公司开发
光学图谱：来源于细菌、酵母或者真菌的单个基因组DNA分子 有序、高信息含量的限制性酶切位点的图谱 做法： （1）温和裂解细胞，抽提长的基因组DNA分子 （2）微流体装置将单个DNA分子在光学芯片上锚成平行阵列 （3）原位限制性消化锚定DNA分子并染色 （4）分析软件测量酶切产生片段大小和顺序 （5）光信号转换成数字信号，获得单分子光学图谱
RNA等
⑵ 基因超量表达探索基因功能 overexpression
⑶ 目的基因异源表达
3. 基因编码的蛋白质功能的深入研究
定点诱变、报告基因和免疫细胞化学、噬菌体表面展示、
酵母双杂交等
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三. 功能基因学研究技术
单一基因或蛋白的研究
基因组或系统水平上
多基因或蛋白系统研究
基因交换频率与在染色体上的间隔距离成正比
利用重组率判断基因在染色体上相对位置
（2）不同模式生物的连锁分析
有性杂交实验连锁分析
系谱分析作图
细菌（无减数分裂）——转化、转导和结合转
移频率
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二. 基因组物理图谱的构建
遗传图的分辨率有限 遗传图的覆盖面较低 遗传分子标记排列有时会出错
1. 限制性作图 在基因组上标定限制性酶切位点的相对位置 主要适合对小基因组的原核生物和大片段进行限制性 位点分析
第十二章 基因组研究技术
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v 基因组一词(genome)系由德国汉堡大学植物学教 授汉斯.温克勒于1920年首创
v一个生物的基因组蕴含了该生物体全部的遗传信息， 即为整套染色体所含有的全部DNA序列
v 现代基因组测序技术迅猛发展，已产生许多物种庞 大的基因组序列信息
v 基因组学（genomics）以基因组序列数据为出发
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2. DNA大片段重叠克建重叠群(contig)， 从而绘制物理连锁图
3. 荧光标记原位杂交作图 fluorescent in situ hybridzation，FISH 通过荧光标记的探针与染色体杂交，从而确定分子标 记在染色体上的实际物理位置
—各小片段逐一测序——按位置关系排列组装各测
序小片段
• 基因组图谱精确指导测序拼接：
遗传图谱、物理图谱、序列图谱和功能图谱
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一. 基因组遗传图谱的构建
遗传作图（genetic mapping）是对某个未知真核 生物基因组中的遗传信息（或者是控制某个性状 的基因）在染色体上的位置和分布状况进行初步 确定
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一. 基因组序列的解读
1. 通过序列分析查找基因 ⑴ 寻找基因的开放阅读框 Getorf：FASTA输入格式 http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html ⑵ 借助序列的同源性寻找基因 常用软件：TWINSCAN(Korf Ⅰ等，2001)和 SGP2(syntenic gene prediction tool)(Parra G等, 2003)
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二. 基因功能的预测和验证
1. 利用生物信息学分析基因功能
同源性检索：利用氨基酸序列进行同源性检索得到的假
阳性可能会较少
BLAST（Basic local alignment sequence tool）
2. 用实验手段确定基因功能 反向遗传学
⑴ 基因失活
基因敲除、T－DNA插入突变体库、RNA干扰、反义
点，从整体水平上研究基因的存在、结构与功能、
基因间相互关系，甚至于染色体分子水平的结构特
征以及不同物种基因组之间的进化关系等，最终系
统地解码生命
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第一节 传统基因组研究技术
• 在基因组学新兴之初，获得生物体基因组DNA序列
因组DNA随机打断—