比较基因组学与分子进化1

模式生物 (model organism)
•生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用 生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究， 生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究 于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时， 于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种 被选定的生物物种就是模式生物 比如， 模式生物。 被选定的生物物种就是模式生物。比如，孟德尔在 揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料， 揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料，而 摩根选用果蝇作为实验材料，在他们的研究中， 摩根选用果蝇作为实验材料，在他们的研究中，豌 豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模式生物。 豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模式生物。 •由于进化的原因，许多生命活动的基本方式在地球 由于进化的原因， 由于进化的原因 上的各种生物物种中是保守的， 上的各种生物物种中是保守的，这是模式生物研究 策略能够成功的基本基础。 策略能够成功的基本基础。
2.白菜全基因组的精细图，甘蓝和油菜全基因组的框架图。
Genome Project in China
1.大熊猫基因组测序和组装研究。 2010.1
2.木薯基因组测序 完成. 木薯基因组测序 2010.1
Genome Project in China
1.世界第一个茶树基因组测序计划在昆启动。 2010.2
Genome project
Resourse
Microbial genomes Fungal genome Viral genome Parasitic genome Insect genome Plants Mammals Other animals
number
347 83 1044 >38 44 34 43 84 complete
Personal genomics
•2007年5月31日 DNA之父”的吉姆·沃森得到了一份特殊奖品---生命天书
Plant Genome Project
1.拟南芥, 2000 2.水稻（粳稻,日本晴 ）, 1998, 国际水稻基因组计划启动 2001，美国的孟山都和瑞士的辛津塔公司 2005, 完成. 中国20%, Nature, 2007.8.18 3.黑三叶杨,美国, Science,2006 4.葡萄基因组计划的完成 法国，意大利, Nature, 2007.8.26 5.大豆基因组测序。2008. 6.高粱、马铃薯基因组测序。2009
3.恒河猴（rhesus macaque，Macaca mulatta）的基因组图谱. Science, 316: 240-243. April 2007. 4.首张猫基因组草图完成, 猫 Genome Res. 17:1675-1689, 2007 狗、小鼠、大鼠以及黑猩猩等在内的基因组“俱乐部”
Data from NCBI and TIGR database
Number of Genes in
Released Genome Projects, 2007
1. 全球第一张白种人基因组图谱, 7月由美国科学家公布 . 2. 中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”)， 第一个亚洲人全基因序列图谱, 2007.11月公布,
4.比较基因组学和分子进化已经成为生命科学研究的核心和不可分割的学科。 比较基因组学和分子进化已经成为生命科学研究的核心和不可分割的学科。 比较基因组学和分子进化已经成为生命科学研究的核心和不可分割的学科
5.人类基因组计划的巨大潜力去改善人类的健康状况并使人类更好地生存 人类基因组计划的巨大潜力去改善人类的健康状况并使人类更好地生存 人类基因组计划的巨大
7.绘制出首幅小麦基因组物理图谱
小麦的基因组不但数量多，且结构复杂，因此对其进行测序被视为“不可能完成的任 务”。小麦的染色体共含有170亿对碱基，是水稻的约40倍，是人体的约5倍，因此测 序工作进展相对缓慢。 Science，Vol. 322. no. 5898, pp. 101 - 104，Etienne Paux，Catherine Feuillet, 10/4/2008）
Genome Project in China
1.中国水稻(籼稻)基因组，籼稻9311 ， 2001年11月 启动, 2002年4月，Science发表
2.家蚕基因组框架图, 2003,12, Science
Genome Project in China
1.绘制出黄瓜基因组精细图 。黄瓜基因组共有约3.5亿个 碱基对 ，在黄瓜基因组中共发现了26,682个基因 。 Nature Genetics 41, 1275 - 1281 (2009)
Released Genome Projects, 2007
5.衣藻（一种单细胞土生藻类）的基因组测定完成 . Science, 318 : 245 - 250 . 12 October 2007:
6.海葵基因组海葵基因组 海葵基因组海葵基因组(Nematostella vectensis) 海葵基因组海葵基因组 Science . 317: 86 – 94. 6 July 2007:
模式生物
基本共同点： 基本共同点： 1.有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群； 有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群； 有利于回答研究者关注的问题 2.对人体和环境无害，容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖； 对人体和环境无害，容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖； 对人体和环境无害 3.世代短、子代多、遗传背景清楚； 世代短、子代多、遗传背景清楚； 世代短 4.容易进行实验操作，特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法 容易进行实验操作， 容易进行实验操作
status
E.coli
model
in progress, complete in progress, complete in progress, complete in progress , complete in progress, complete in progress, complete in progress, complete
Released Genome Projects, 2008 6.丝盘虫完整基因组测序完成
•丝盘虫是拥有最小核基因组的多细胞动物之一，但其包含的用于基因调控的特征序列 可在更复杂的动物和人类身上发现。该项研究将丝盘虫定义为动物进化的一个关键点。 •与包含30亿个碱基对的人类核基因组相比，丝盘虫只有9800万个碱基对 .丝盘虫的线 粒体基因组的大小比那些可在绝大多数动物身上发现的要大2倍以上，这些动物具有大 多数原始生物一样的基因、内含子（染色体DNA链上有许多段不表达的碱基序列，被 称为内含子）及间隔序列。 •丝盘虫与人类共享了超过80%的基因，这种动物保留了与刺胞动物和两侧对称动物最 后共同祖先的很多特征，它们存在于距今6亿多年前 . •Nature，Nature 454, 955-960 ，Mansi Srivastava，Daniel S. Rokhsar,9/10/2008
2859 were not found in Arabidopsis Maize Barely wheat
2.4–2.7 Gbp 5.0 Gbp 17 Gbp
5.6 Gbp as a daunting task
Soybean Lotus japonicus Medicago truncatula
1,100 Mbp 500 Mbp 500 Mbp
Released Genome Projects, 2008
8.一种超级细菌的基因组测序完成 。Steno是一类 一种超级细菌的基因组测序完成 最新发现的名单不断增加的医院超级细菌，它们显 示出的抗药性程度令人担忧。新出现的菌株可以抵 抗所有的抗生素，而当前尚没有开发出真对抗这种 全耐菌株的新药 。 Genome Biology 2008, 9:R74 。 9.完成大豆基因组测序 。2008-12-1nt
Arabidopsis thaliana Rice
genome size
0.14 Gbp 0.40 Gbp
gene No.
25,498 37, 544
Published paper
Nature 408 (2000) Nature 436 (2005)
S. cerevisiae, mushrooms AIDS, SARS Brugia malayi, Heterodera glycines Drosophila melanogaster, beetle, bee Arabidopsis thaliana, rice, soybean, maize Human, mouse, rat, cow, dog, chimpanzee C.elegans, zebrafish, chicken,
Released Genome Projects, 2009
1.高粱基因组测序 。高粱基因组大约有3万个基因，有7.3亿个核苷酸， 比水稻约多75% 。这项成果将对生物燃料和可再生能源产业产生重要影响 。 Nature，457, 551-556 。 2.完成牛基因组测序。牛至少有2.2万个基因，其中80％与人类共享。 牛在遗传上与人类的相似性远远超过老鼠。牛可以替代实验鼠作为研究 人类疾病的动物模型 。Science. 5926，522 - 528 。 Science. 5926 522 3.马铃薯基因组序列框架图 .马铃薯基因组有12条染色体，8.4亿个碱基对 。 2009-9。 4.首次绘制出猪基因组草图 。猪的生理结构与人类相似，是研究人类疾病的 理想动物模型，目前科学家研究糖尿病、心脏病和皮肤病等都要依赖猪 。 2009-11
Released Genome Projects, 2008
1.首个甲虫基因组问世 (Nature，doi:10.1038/nature06784， Tribolium Genome Sequencing Consortium, 3/26/2008） 2.中美联合绘就番木瓜基因组草图 Nature，452, 991-996 ，Ray Ming, Maqsudul Alam ,4/24/2008) 3.科学家绘出鸭嘴兽基因组草图 . (Nature, 453, 175-183，Wesley C. Warren，Richard K. Wilson ,5/8/2008) 4.古老蛋白塑造细菌紧凑基因组 (Science，Vol. 320. no. 5878, pp. 935 – 938，Christopher J. Cardinale， Evgeny Nudler, 5/16/2008) 5.科学家破解根结线虫基因组 , <<自然—生物技术》（Nature Biotechnology），doi:10.1038/nbt.1482， Pierre Abad，Patrick Wincker, 7/29/2008）
2.启动“1000种动植物基因组计划”， 计划未来两年内为一千种重要动植物进行测序， 并从科学界征集测序物种的提案
人类基因组测序十年记
1.2000年，测序草图 完成。 公共财政资助的国际人类基因组计划 ， 美国马里兰州的私人公司Celera Genomics 。
科学家应该努力将测序结果应用于人类健康方面
比较基因组学与分子进化
Comparative genomics and molecular evolution
左 元 梅 博士, 教授 2010. 10.13
课程特色
•必要性 •可行性 •应用性
本课程开设的必要性
1. 大量模式生物测序工作的完成 2. 公共资源数据体系的大规模建立 (NCBI, USA; EMBL, European; DDBJ,Japan) 3.面对海量数据，如何从这些数据中获得自己想要的知识， 面对海量数据，如何从这些数据中获得自己想要的知识， 面对海量数据 搜集、管理、处理、分析、释读能力的要求迅速提升， 搜集、管理、处理、分析、释读能力的要求迅速提升，