比较基因组学原理及应用
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• 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。 • 流感嗜血杆菌的基因组为1.83MB,尿殖道支 原体的基因组只有0.58Mb,二者相差3倍多， 那么，基因组是大小影响了基因的数目还 是基因的尺度？
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• 流感嗜血杆菌的基因大小平均900bp,尿殖道支 原体的基因为1040bp,他们基因大小差不多
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Fig.2 ABI 3730XL
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（2）第二代测序技术 后基因组时代亦即功能基因组时代的测序技
术，显著特征是高通量、低成本。 主要包括罗氏454公司的GS FLX测序平台、
Illumina公司的Solexa Genome Analyzer测序平 台和ABI公司的SOLiD测序平台。
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Fig.3 Roche 454 GS FLX 平台
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2.测序技术概述
绝大多数生物的遗传物质为DNA，然而遗传信 息却仅仅由四种碱基——A,T,C,G排列组合而成。
自从DNA的双螺旋结构被发现以后，能够知道 DNA分子上四种碱基的顺序就成为了一个新的热点。
于是，继蛋白质和RNA测序之后，又出现了 DNA测序。
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自1977年出现DNA测序技术至今， 第一代测序技术 第二代测序技术 第三代测序技术
HGP完成以后：
Gallus gallus Bos taurus Canis familiaris Apis mellifera Anthocidaris crassispina Macaca mulatta
鸡
Blattner et al. 2004 ,
牛
Elsik et al. 2009,
狗
Lindblad-Toh et al. 2005,
-
（1）测序技术的出现及第一代测序技术 1）测序技术的出现 1975年，Sanger和Coulson发明了“加减法” 测定DNA序列；1977年，又引入ddNTP,发明了双脱 氧终止法； 1977，Maxam和Gilbert发明了化学降解法测 定DNA序列。
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Fig1. 双脱氧终止法测序
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2）第一代测序技术 传统的化学降解法、双脱氧链终止法以及在它
蜜蜂 Lindblad-Toh et al. 2006,
紫海丹
Sodergren et al. 2006
恒河猴
Gibbs et al. 2007
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统测 计序
完 成 情 况
In Entrez Genome，1000 complete Prokaryotic Genomes are available！
们的基础上发展来的各种DNA测序技术统称为第一 代DNA测序技术。
第一代测序技术在分子生物学研究中发挥过重 要的作用，如人类基因组计划主要基于第一代DNA 测序技术。
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目前基于荧光标记和Sanger的双脱氧链终止 法原理的荧光自动测序仪（如ABI 3730XL）仍被 广泛地应用。
杂交测序技术也是第一代测序技术，但是并非 基于以上两种原理。速度快，但是误差大。
比较基因组学 原理及应用
成员：韩柳 阎永伟 黄继 马寿光 朱琳 姜南 李春丽
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比较基因组学 相关概念
韩柳
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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
• 流感嗜血杆菌中平均1024bp有一个基因，尿殖 道支原体平均1235bp有一个基因。
• 结论：基因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。 二者的差别在于基因数量上，流感嗜血 杆菌基因有1743个ORF，而尿殖道支原体只有 470个ORF
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比较基因组有助于解决进化距离问题
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测序技术与 比较基因组学
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。
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基因组学概念
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比较基因组学概念 • 定义：比较基因组学(Comparative Genomics)是
基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和 基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达 机理和物种进化的学科。 • 研究内容：种间的比较基因组学 和 种内的比较 基因组学
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Fig.4 Illumina Solexa平台
Caenorhabditis elegans
-wenku.baidu.com
2010年全部完成
Lander et al. 2005 ； Waterston et al. 2002 ； Gibbs et al. 2004 ； Adams et al. 2000 ； Blattner et al. 1997 ； Goffeau et al. 1996 ； Dehal et al. 2002， Small et al. 2007； Stain et al. 2003， Stein et al. 1998 。
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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。
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Homo sapiens Pan troglodytes Mus musculus Rattus norvegicus Drosophila melanogaster Escherichia coli Saccharomyces cerevisiae Ciona intestinalis
阎永伟
-
比较基因组学是在基因组图谱和测序的基础上， 利用某个基因组研究获得的信息推测其他原核生 物、真核生物类群中的基因数目、位置、功能、 表达机制和物种进化的学科。
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。
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概念
工具： 1、FASTA 2、BLAST 3、CLUSTAL W
基因组分类： 1、通过比较确知其功能的。 2、在数据库中有相匹配的蛋白，但不知道其
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。
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部分真核、原核生物基因组成成份分析
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通过基因组数据进行比较基因组学研究
依此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,尿殖道支 原体的基因组只有0.58Mb,二者相差3倍多， 那么，基因组是大小影响了基因的数目还 是基因的尺度？
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• 流感嗜血杆菌的基因大小平均900bp,尿殖道支 原体的基因为1040bp,他们基因大小差不多
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Fig.2 ABI 3730XL
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（2）第二代测序技术 后基因组时代亦即功能基因组时代的测序技
术，显著特征是高通量、低成本。 主要包括罗氏454公司的GS FLX测序平台、
Illumina公司的Solexa Genome Analyzer测序平 台和ABI公司的SOLiD测序平台。
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Fig.3 Roche 454 GS FLX 平台
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2.测序技术概述
绝大多数生物的遗传物质为DNA，然而遗传信 息却仅仅由四种碱基——A,T,C,G排列组合而成。
自从DNA的双螺旋结构被发现以后，能够知道 DNA分子上四种碱基的顺序就成为了一个新的热点。
于是，继蛋白质和RNA测序之后，又出现了 DNA测序。
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自1977年出现DNA测序技术至今， 第一代测序技术 第二代测序技术 第三代测序技术
HGP完成以后：
Gallus gallus Bos taurus Canis familiaris Apis mellifera Anthocidaris crassispina Macaca mulatta
鸡
Blattner et al. 2004 ,
牛
Elsik et al. 2009,
狗
Lindblad-Toh et al. 2005,
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（1）测序技术的出现及第一代测序技术 1）测序技术的出现 1975年，Sanger和Coulson发明了“加减法” 测定DNA序列；1977年，又引入ddNTP,发明了双脱 氧终止法； 1977，Maxam和Gilbert发明了化学降解法测 定DNA序列。
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Fig1. 双脱氧终止法测序
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2）第一代测序技术 传统的化学降解法、双脱氧链终止法以及在它
蜜蜂 Lindblad-Toh et al. 2006,
紫海丹
Sodergren et al. 2006
恒河猴
Gibbs et al. 2007
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统测 计序
完 成 情 况
In Entrez Genome，1000 complete Prokaryotic Genomes are available！
们的基础上发展来的各种DNA测序技术统称为第一 代DNA测序技术。
第一代测序技术在分子生物学研究中发挥过重 要的作用，如人类基因组计划主要基于第一代DNA 测序技术。
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目前基于荧光标记和Sanger的双脱氧链终止 法原理的荧光自动测序仪（如ABI 3730XL）仍被 广泛地应用。
杂交测序技术也是第一代测序技术，但是并非 基于以上两种原理。速度快，但是误差大。
比较基因组学 原理及应用
成员：韩柳 阎永伟 黄继 马寿光 朱琳 姜南 李春丽
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比较基因组学 相关概念
韩柳
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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
• 流感嗜血杆菌中平均1024bp有一个基因，尿殖 道支原体平均1235bp有一个基因。
• 结论：基因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。 二者的差别在于基因数量上，流感嗜血 杆菌基因有1743个ORF，而尿殖道支原体只有 470个ORF
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比较基因组有助于解决进化距离问题
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测序技术与 比较基因组学
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。
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基因组学概念
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比较基因组学概念 • 定义：比较基因组学(Comparative Genomics)是
基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和 基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达 机理和物种进化的学科。 • 研究内容：种间的比较基因组学 和 种内的比较 基因组学
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Fig.4 Illumina Solexa平台
Caenorhabditis elegans
-wenku.baidu.com
2010年全部完成
Lander et al. 2005 ； Waterston et al. 2002 ； Gibbs et al. 2004 ； Adams et al. 2000 ； Blattner et al. 1997 ； Goffeau et al. 1996 ； Dehal et al. 2002， Small et al. 2007； Stain et al. 2003， Stein et al. 1998 。
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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。
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Homo sapiens Pan troglodytes Mus musculus Rattus norvegicus Drosophila melanogaster Escherichia coli Saccharomyces cerevisiae Ciona intestinalis
阎永伟
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比较基因组学是在基因组图谱和测序的基础上， 利用某个基因组研究获得的信息推测其他原核生 物、真核生物类群中的基因数目、位置、功能、 表达机制和物种进化的学科。
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。
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概念
工具： 1、FASTA 2、BLAST 3、CLUSTAL W
基因组分类： 1、通过比较确知其功能的。 2、在数据库中有相匹配的蛋白，但不知道其
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。
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部分真核、原核生物基因组成成份分析
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通过基因组数据进行比较基因组学研究