第七章 基因与基因组学

•2001年8月26日，人类基因组 “中国卷”的绘制工作
宣告完成。六国联合体：2001年2 月15日《Nature》 Celera公司：2001年2 月16日《Science》
•2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家
宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的 所有目标全部实现（弗朗西斯·柯林斯）。温家宝等六 国首脑联名祝贺（标志着后基因组时代来临） 。
（三）第三代基因工程技术——途径工程
第二节 动物基因组学
一、
人类基因组计划（HGP）20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划 60年代人类首次登上月球
40年代第一颗原子弹爆炸
•1986年，杜尔贝科在《Science》短文《癌症研究
的转折点－－人类基因组测序》 。
•1990年，人类基因组计划正式启动，沃森担任
（5）猪的EST专门数据库： /
（6）小鼠单倍型图谱：
/haplotype_map.html （7）QTL在线分析系统：
/ （8）免费医学杂志（含遗传学）：
要意义，中国基因组研究中心的测序 能力已跃居世界6大测序大国的16个 测序中心的第7位。
• 以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生 物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义 的认识（8分）
中国科学院2002年 硕士学位研究生入学分子遗传学试题
二、 动物基因组计划
2005年“中-丹家猪基因组计划” 1999年线虫基因组测序 2002年小鼠基因组测序 2005年家蚕基因组测序 2004年斑马鱼基因组测序 2005年绵羊基因组测序 2000年果蝇基因组测序
▪定向测序（Derected or ordered approaches）
▪ 克隆排序（Generate ordered clones ▪ Minimal redundance sequencing) ▪ 引物步移（Primer walking） ▪ 转座子插入（Transposon insertion） ▪ 限制性酶切片段亚克隆（Restriction
作用
（三）基因内涵的发展
(3)重叠基因(overlapping gene)， 指同一段DNA的编码顺序，由于阅 读框架(open reading frame，ORF) 的不同或终止早晚的不同，同时编 码两个或两个以上多肽链的现象;
（三）基因内涵的发展
(4)隔裂基因(split gene)，指一 个结构基因内部为一个或更多的不 翻译的编码顺序，如内含子(intron) 所隔裂的现象； mRNA剪切
弗朗西斯·柯林斯
•2004年10月，人类基因组完成图公布。
•2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成，并公
布了该染色体基因草图。
•2002年，国际单倍型图谱计划：1亿美元，3年时间，
6国，270人（非、欧、亚）。
•2002年，欧洲6个国家25个“重量级”研究所启动
“表观基因组学”研究。2003年10月正式宣布开始 “人类表观基因组计划” 。
Sanger 双脱氧终止法测序原理
第 一 步 加 入 复 制 终 止 剂
第 二 步 荧 光 检 测
基因组测序策略：
随机测序法（ Random approaches ）： ▪Shotgun测序（鸟枪法） DNA的提取和纯化 用超声波或酶切成能够测序的小片断 转化培养：小片断和载体结合，植入细菌进行 扩增。 提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒 电泳检测：检测质量的好坏 测序：上测序仪测序 序列拼接（STS） 补洞
第三节 动物遗传学的网络资源
一、常见遗传学网络资源
（一）国内遗传学资源
（1）人类基因组数据国内下载： /genome/
（2）常见分子生物学软件下载： /~hoyoyo/biochem/nalow.ht m
（三）基因内涵的发展
二、基因功能的研究方法
（一）生物学研究方法 （二）反向遗传学方法 （三）生物信息学方法
（一）生物学研究方法
(1)单基因研究方法 ①基因转导 ②反义RNA ③RNA干涉 ④核酶技术
⑤免疫共沉淀 ⑥转基因与基因敲除 ⑦异位表达 ⑧超表达与抑制表达；
Hale Waihona Puke 2) 多基因研究方法①基因芯片 ②共转染 ③人工染色体转导 ④ GeneCalling ⑤蛋白质芯片 ⑥基因表达系列分析（SAGE） ⑦表达序列标签串联排列连接（TALEST）
三、基因工程技术
（一）第一代基因工程技术——基因重组
基 因 工 程 的 基 本 过
程
在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子， 构成DNA的新组合，并使之进入原先没有这类分子的寄 主细胞，并能持续稳定地繁殖。
（二）第二代基因工程技术——蛋白质工程
蛋白质工程是从DNA水平改变基因入手， 定做新的蛋白质的技术，是将核酸研究与蛋白质 研究结合起来的新技术，亦称第二代基因工程。
人类基因组特点
•30亿碱基：外显子1.1％，内含子24％，间 隔序列75％ •基因：3万到3.5万。 •个人差异：0.1％ •小鼠和人基因组之共同点：共享99％基因， 仅几百个基因不同。
•61%与果蝇同源 •43%与线虫同源
•46%与酵母同源
HGP 的意义
• 中国作为唯一的发展中国家参与了人
••对类 人•对类基人带伦未基因类动因组理来组计基 和、数划生因 促并据道命保库组 进德提质科计 了交保的学量了划 生影按全研时部是物响究向数人国据际， （大的革受 重 以类科产展寻学到 ． 后思命文业学了 建 开根华想性国 立 展明 和创问人际 大 其和的同规他史 生举祖事方改行模生上 命的测物件公变法一序基最 科）司致这因论伟 学肯项组、带定技测大 的哈和术序来的 发尊对具佛了我 有国 重
三、 基因组测序介绍
确定一条染色体片断上的碱基顺序。 Sanger法：
在PCR时加入荧光标记的复制终止剂，比如 ddA,ddT,ddC,ddG（相应于4种碱基） ddX的两个作用：
可以当作正常碱基参与复制 一旦链入DNA中，其后就不能再继续连接 电泳 谁终止，碱基就是谁 此方法获1974年的Nobel奖
/zbook/book.html （3）法国农科院畜禽遗传图谱：
http://www.toulouse.inra.fr/lgc/pig/compare/SSC.htm （4）NCBI数据库使用手册： /books/bv.fcgi?call=bv.View..Sh ow TOC&rid=handbook.TOC&depth=10
（三）基因内涵的发展
(5)跳跃基因(jumping gene)， 可作为插入因子和转座因子移动 的DNA序列，有人将它作为转座 因子的同义词； 跳跃基因
1950年，B. McClintock发现玉米中的Ac-Ds系统。
（三）基因内涵的发展
（(67)）假R基N因A基(p因se，ud微og小enRe)N，A同基已 知因的、基t-R因N相A基似因，、但r位R于NA不基同因位。点， 因缺失或突变而不能转录或翻译， 是没有功能的基因；
基因是一个集突变、重组和功能（三位 一体）于一体的概念。
（二）分子遗传学关于基因的概念
基因实物化（遗传密码），基因并不是不可 分割的最小遗传单位。
(321)顺重突反组变子(cm(riesucttrooonnn)))
它的可在交组核表一D相N最个是以发换子示苷对A小小顺性生的，一酸应与到单反状性最可个。一只位子突状小小起个是。 所变 的 的 到 作多一时 重 单 只 用一 包肽个产 组 位 包 的个 括链核突 的生 时 称 含 单的苷变 一突 ， 为 一 位合酸变 可 重 对 ，子 段成；
fragment subcloning）
▪随机测序与定向补洞
四、 动物基因组学的相关概念
后 基 新 上 从于 后 行序 长c的 g基 进 机 质 动g成 因 成 利 列 因有谱序的物基全因 的 对he基实 数e过 的功nr理组全 础 行 态n、部作用在。基一基、列体o组实单因面o现据因o比蛋连程连m结能基表基m部上比变和学蛋m分图各不基基因因物分的门所验一组分各转和较白o续中续i基达构因因基，较化物是ic白和、种同因sc因进理析本所科提手基学析s种换蛋os基质交将片因基识谱)组因对，规种研质）m研核方时定：组行图，体有学供段因基(与、白因组p许段叠组因别（e和已来律（进 究组：究 苷 法 空位是o基 谱 基 论 蛋学。s的 ， 或因基 开质组 学多 。群合s学组 （e染 知 了 的化 细g（基领 酸 识 的的t基因 、 因 （ 白（x信 通 蛋的eg因 展知学 （短（成p（学gn色 的 解 科的 胞ep因域 序 别 表科于组 转 定 总gg息 过 白功erno相 数识r(P的C而eeenf（体 基 基 学学 内moCo组， 列 基 达学u基snnr作 录 位 和和 在 质能eomt关 据的soo序来nese组 因 因 。科 所nii学它 分 因 模。）因tmtoc图 图 和 。id产 基 的，ote数 挖标cr列t，nmie成 和 的。 有nosu的pi是 析 组 式gi：组谱 基(no物 因 研使c)mt据 掘准cpa）包e片用，nsot的 基 功蛋t一）一 确 中 。rr图从i）因)i， 组 究得ulaf的 的词aoc：括 ，o段于它ilr概 因 能白s个tf：c门定的g谱：功发或转生aiig）a统基汇基遗 核yvle链描利l念组、质eet重一通基基n）e和指能展系向物ni）：一础，因传苷oe接述用。结表及o要个过因因sn：测对分和统多学：m蛋和、。是组图酸）成生结构达其组生基组序关序所i析应水个研基白c进今测：很物构s用平基究）： 因或蛋白质同时进行系统的研究。
/ （9）遗传和进化经典论文和书籍免费网站
第七章 基因与基因组学
Science Time
上帝基因
第一节 基因
一、 基因概念的发展 （一）经典遗传学中基因的概念
(1)基因以一个整体进行突变，它是一个突变 单位；(2)基因在染色体上占有一定位置(位点)，在 重组时不能再分隔，是交换的最小单位；(3)基因是 一个功能单位；(4) 基因具有染色体的主要特性， 能自我复制，有相对的稳定性，在有丝分裂和减数 分裂中有规律地进行传递。