结构基因组学和功能基因组学
结构基因组学（Structural Genomics）是指对整个基因组进行全面分析，探索基因组的物理结构、组织和表达方式，并研究基因组之间的相互关系。其目的是确定基因组中所有基因的正常序列和空间结构，预测其功能及相互作用关系，从而深入了解生命体系的基本构成和功能规律。结构基因组学的研究常采用高通量的测序技术、质谱技术、二维电泳和X射线晶体学等方法。
功能基因组学（Functional Genomics）是指对基因组的全部或大部分基因进行系统的功能研究，探究基因组中的基因在生命过程中所起的具体作用和相互关系。包括研究基因的表达模式、基因调控、蛋白质互作、代谢途径等方面，通过对基因组的系统性分析，探求基因与生命现象之间的关系，在基因治疗、药物开发、疾病诊断等领域有着广泛的应用。功能基因组学的研究常采用基因芯片技术、RNA干扰技术、蛋白质组学和代谢组学等方法。
综合来说，结构基因组学和功能基因组学是相互联系、相互作用的两个研究方向，结构基因组学的研究为功能基因组学提供了解决问题的基础，而功能基因组学则以全局的视角探究基因的功能及其调控机制，推动生物学领域的发展。
基因组学的结构和功能关系
基因组学的结构和功能关系 人类基因组计划的完成使得我们对基因组学有了更深入和细致 的了解。基因组学是对基因组结构和功能的研究，以期探索生命 本质，从而为生命科学与医学带来新的发展。本文将论述基因组 学中结构和功能之间的关系，包括基因组的组成结构、性质、变 异和功能区域,以及结构与功能之间的相互作用关系等。 一、基因组的组成结构 基因组是指所有DNA分子组成的总和，包括DNA中的基因与非编码区域。基因组的组成结构非常复杂，几乎涉及到所有层面 的组织。从DNA分子的角度，基因组是由一系列碱基对组成的， 也分别被称为基序、碱基二聚体和序列等。从亚细胞结构的角度，基因组是由纤维素异构体和染色体等组成的。在常染色体中，基 因组的基本单位是染色体，而DNA序列是基因的基本单位。在特 定的基因突变情况下，基因表达水平会随之发生变化，从而导致 对细胞循环、生长、分化等生命过程的直接或间接影响。 二、性质和变异
基因组的性质与变异是构成基因组的基本特征，是生命进化过程中起至关重要作用的关键要素。基因组的性质和变异可以通过基因组内部不同部位的DNA序列、基因表达差异和可变简单重复序列等来刻画和识别。DNA序列的差异可以反映生物个体间的血缘关系，而基因表达差异则可以反映基因功能和生理状态变化。特定的可变简单重复序列在基因突变等生物学进化过程中起关键作用，而且这些重复序列在不同生物之间也存在显著的差异。 三、功能区域 基因组的功能与DNA序列的编码性质有关，编码区域包括DNA序列和基因，与此同时，非编码的DNA序列区域、长链非编码RNA以及染色体的调控元素也参与了基因组的调节和维护。有些基因与人类发育和疾病习惯有着密切的关系，例如人类疾病的易感基因、肿瘤抑制因子、DNA修复基因等。这些区域被广泛研究以了解基因组功能的特征，并进一步研究其与各种疾病的关系。 四、结构与功能之间的相互作用关系
基因组学
第一章 一、人类基因组计划 1、主要任务： 四张图：遗传图、物理图、序列图、转录图 2、意义： 对人类疾病基因研究的贡献 对医学的贡献； 对生物技术的贡献； 对制药技术的贡献； 对社会经济的重要影响； 对生物进化研究的影响。 二、基因组学的基本概念 1、基因：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，即一个基因不仅包括编码 蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。 2、基因组：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和。 3、基因组学：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。 包括：结构基因组学 功能基因组学 比较基因组学 三、基因组序列复杂性 1、C值：单倍体基因组的DNA总量，一个特定种属具有特征C值 2、C值反常/矛盾：指一个有机体的C值和其编码能力缺乏相关性。 3、基因组中单拷贝的DNA序列称为单一序列，多拷贝的序列称为重复序列，不同序列的DNA总长称为复杂性 四、基因与基因家族 1、基因的三种基本功能：可自体复制；决定性状；突变 2、断裂基因：指基因的编码序列（外显子）在DNA分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列（内含子）所隔开。 3、外显子：编码的序列称为外显子，对应于mRNA序列的区域，是一个基因表达为多肽链的部分。 4、内含子：编码的间隔序列称为内含子，内含子只转录，在前mRNA时被剪切掉。 5、断裂基因的意义： （1）有利于储存较多的遗传信息量； （2）有利于变异与进化； （3）增加重组机率； （4）内含子可能是调控装置。 6、多基因家族：多基因家族是真核生物基因组的共同特征，是指由一个祖先基因经过重复和变异形成的一组来源相同、结构相似、功能相关的基因。Eg，细胞色素P450酶系 7、异常结构基因： 重叠基因：是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列；指调控具有独立性但部分使用共同基因序列的基因 反义基因 基因内基因 8、持家基因：几乎在一切体细胞中均能被表达的基因称之。
基因组学-Genomics-知识考点汇总
基因组学-Genomics-知识考点汇总 •基因组（Genome：Gene＋chromosome）细胞或生物体中一套完整的单倍体遗传物质 •基因组学（Genomics）最早Thomas Roderick在1986年提出，包括基因组作图、测序和分析。可分为结构基因组学和功能基因组学。 一、结构基因组学 1.遗传图(Genetic Mapping Genomes) : Based on the calculation of recombination frequency by linkage analysis .通过亲本的杂交，分析后代的基因间重组率，并用重组率来表示两个基因之间距离的线形连锁图谱 每条染色体组成一个连锁群，所有染色体的连锁群组成的图谱即构成基因组遗传图。 重组率代表基因位点之间的相对距离。在遗传作图中，人们把一个作图单位定义为1厘摩（cM），1cM等于1%的重组率。 提高遗传作图的分辨率：选用不同的杂交群体；增加杂交群体的数目；增加分子标记的数目；扩大分子标记的来源 分子标记：绘制基因组遗传图需要的坐标点。 分子标记的主要来源是染色体上存在的大量等位基因。在DNA水平上，两个基因间一个碱基的差异就足以形成等位基因。 2.物理图（physical map）：指DNA序列上两点的实际距离，它是以DNA的限制酶片段或
克隆的大片段的基因组DNA分子为基本单位，以连续的重叠群为基本框架，通过遗传标记将重叠群或基因组DNA分子有序排列于染色体上。 物理图的绘制: Based on molecular hybridization analysis and PCR techniques 杂交法；指纹法；荧光原位杂交技术。 3.基因组序列测定: Sequencing methods: the chain termination procedure; Map-based clone by clone strategy; Whole genome shotgun (WGS) strategy; Sequence assembly; •传统基因组测序的方法：克隆步移法（BAC-by-BAC Strategy）和全基因组鸟抢法（Whole Genome Shotgun Strategy）。 •基因组测序战略：基于物理图的克隆连克隆法、随机挑选BAC克隆测序、逐步步移法（Lee Hood）、全基因组鸟枪法（Craig Venter） 4.基因组序列解析(Annotating Genome Sequence) ：其目标是建立高密度的遗传图、高分 辨率的物理图和转录图，最终完成全基因组序列测定和注解，是功能基因组学的基础基因组注解异常复杂，它是一个繁杂的复合体，既包含了进化历史上原封未动的部分，也有大量的进化史上重要历史事件的遗迹。 基因组有它自身的规律，但是一些“不和谐的韵律”，如从病毒或者原核生物感染或寄生得到的基因组片段、转座元件、假基因以及重复序列的存在，构成了理解基因组结构的四大陷阱。
基因组学的原理及应用
基因组学的原理及应用 1. 基因组学的定义 基因组学是研究生物体遗传物质DNA（或RNA）的组成、结构、功能、调控以及与表型之间的关系的学科。基因组学通过对生物体的全基因组序列进行研究，揭示了生命的起源、进化以及各种生物现象的基础。基因组学的发展对生物科学的研究起到了重要的推动作用。 2. 基本原理 基因组学的研究基于以下几个基本原理： •DNA序列：基因组学研究的核心是对DNA序列的测定和分析。DNA 是生物体遗传信息的载体，通过对DNA序列进行测定，可以获得生物体全部基因的信息。 •基因表达：基因组学不仅研究DNA序列，还关注基因的表达。基因的表达过程涉及到转录、翻译等复杂的分子机制，基因组学通过研究基因的表达模式和调控机制，揭示基因功能和调控网络。 •比较基因组学：比较不同物种之间的基因组序列，可以揭示物种进化和基因功能的保守性和多样性。 3. 基因组学的应用 基因组学作为一门综合性学科，具有广泛的应用领域。以下是一些基因组学在不同领域的应用示例： 3.1 医学研究 •疾病基因的鉴定：通过比较基因组测序分析，可以发现和疾病相关的基因突变。这些突变可能导致某些遗传性疾病的发生，通过研究这些突变，可以提供疾病的诊断、治疗和预防的依据。 •肿瘤基因组学：通过测定肿瘤细胞的基因组序列，可以发现肿瘤相关的基因突变。这些突变可以提供肿瘤诊断、治疗和预后判断的信息。 3.2 农业领域 •作物改良：通过基因组学的分析和基因编辑等技术手段，可以筛选和改良作物中特定性状的基因。这些基因可以提高作物的产量、耐病性或者适应特殊环境的能力。
•宠物育种：基因组学可以帮助宠物育种者选择繁殖动物时更好的基因组合，以提高宠物的体型、外貌、智力等性状。 3.3 生命起源和进化研究 •比较基因组学：比较不同物种之间的基因组，可以揭示物种的起源和进化关系。通过基因组的比较，可以发现共同的祖先和追溯物种的起源历史。 •宏基因组学：利用宏基因组学技术可以对自然环境中的微生物进行研究，揭示物种的多样性和生态功能。 4. 总结 基因组学作为一个重要的交叉学科，为我们揭示了生命起源和进化的奥秘，为医学、农业等众多领域的研究提供了新的方法和手段。基因组学的发展将进一步推动生物学领域的研究和应用，为人类的生活和健康带来福祉。
基因组学
基因组：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和,是指生物细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。 基因组学：研究基因组结构和功能的科学。指以分子生物学技术、计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探索生命活动的内在规律及其内外环境影响机制的科学。 C值：指一个单倍体基因组中DNA的总量，以基因组的碱基对来表示。每个细胞中以皮克(pg，10-12g)水平表示。 C 值矛盾：在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接近的物种之间，它们的C值可以相差数10倍乃至上百倍。 序列复杂性：不同序列的DNA总长称为复杂性，复杂性代表了一个物种基因组的基本特征。隔裂基因：指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。 假基因：来源于功能基因但已失去活性的DNA序列。 微卫星序列：或称简单串联重复，重复单位较短。重复序列只有1-6个核苷酸，分布在整个基因组，10-50个重复单位. 重叠群：通过末端的重叠序列相互连接形成连续的DNA长片段的一组克隆称为重叠群。 指纹：指确定DNA样品所具有的特定DNA片段组成。 STS作图：根据STS序列设计引物，扩增文库当中的克隆，能扩出条带的克隆都含有序列重叠的插入子。 荧光原位杂交：指在染色体上进行DNA杂交，以便识别荧光标记探针在染色体上位置的方法。 辐射杂种群：通过放射杂交产生的融合细胞群称为辐射杂种群。 覆盖面（或深度）：每个核苷酸在完成顺序中平均出现的次数，或者说完成顺序的长度与组装顺序长度之比。 支架：一组已锚定在染色体上的重叠群, 内部含间隙或不含间隙. 同源性：基因系指起源于同一祖先但序列已经发生变异的基因成员。 一致性：指同源DNA顺序的同一碱基位置的相同的碱基成员, 或者蛋白质的同一氨基酸位置的相同的氨基酸成员, 可用百分比表示. 相似性：指同源蛋白质的氨基酸序列中一致性氨基酸和可取代氨基酸所占的比例。 转座子：一段DNA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座，这段序列称跳跃基因或转座子。 基因是DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。 基因的化学本质是核酸而不是蛋白质 基因组学以整个基因组为研究对象，而不是以单个基因为单位作为研究对象。包括对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析。 基因组学包括3个不同的亚领域：结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学
结构基因组学研究的主要内容
结构基因组学研究的主要内容 结构基因组学是一门研究基因组结构的学科，它主要关注基因组中基因的排列、组织和调控等方面的问题。通过对基因组的结构特征进行研究，结构基因组学可以揭示基因的功能和调控机制，对于理解生命的本质和解析复杂疾病的发生机理具有重要意义。 结构基因组学研究的一个重要内容是基因组的序列组织。基因组是由DNA组成的，其中包含了编码DNA和非编码DNA。编码DNA 是可以转录成mRNA并翻译成蛋白质的序列，而非编码DNA则包括了调控元件、重复序列和嵌合基因等。结构基因组学通过对基因组序列的分析和比较，可以揭示基因组的组织和演化规律，进一步理解编码和非编码序列的功能。 结构基因组学关注的另一个重要内容是染色质的三维结构。染色质是基因组的载体，它在细胞核中呈现出一种高度有序的三维结构。结构基因组学通过使用高通量测序技术和生物信息学方法，可以研究和描述染色质的空间组织和结构动力学。这对于理解基因调控、表观遗传修饰和基因组稳定性等方面的问题具有重要意义。 结构基因组学研究的另一个重要内容是基因组的表观遗传修饰。表观遗传修饰是指通过化学改变DNA和染色质蛋白的结构和功能而产生的遗传变异。结构基因组学通过对基因组的甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传标记的分析，可以揭示这些标记的分
布规律和功能，进一步理解它们在基因调控和疾病发生中的作用。 结构基因组学还包括了对基因组变异的研究。基因组变异是指基因组中的序列差异，包括了单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)、插入/缺失(Insertion/Deletion, Indel)和结构变异等。结构基因组学通过对个体和种群基因组的测序和比较，可以鉴定和注释基因组变异，并进一步研究它们与个体表型差异和疾病风险的关系。 结构基因组学还涉及到基因组的功能注释和预测。基因组中的序列并不是等价的，不同的序列具有不同的功能和调控机制。结构基因组学通过整合多种实验数据和计算方法，可以对基因组序列进行功能注释和预测，进一步理解基因的功能和调控网络。 结构基因组学是一门涉及基因组结构的综合性学科，它主要关注基因组的序列组织、染色质结构、表观遗传修饰、基因组变异和功能注释等方面的问题。通过对这些问题的研究，结构基因组学可以揭示基因组的功能和调控机制，对于理解生命的本质和解析复杂疾病的发生机理具有重要意义。未来，随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展，结构基因组学将进一步推动生命科学的发展，并产生更多的应用和突破。
基因组学
基因组学概论 基因：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。 基因组（genome）：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和。 真核生物基因组 1 核基因组2线粒体基因组 3叶绿体基因组 原核生物基因组1染色体2质粒 基因组学（genomics）：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。分为:结构基因组学，功能基因组学和比较基因组学。 结构基因组学：通过基因组作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。 基因组作图：在长链DNA分子的不同位置寻找特征性的分子标记，绘制基因组图。根据分子标记可以准确无误地将已测序的DNA小片段锚定到染色体的位置上。 功能基因组学：利用结构基因组学，提供的信息和产物，在基因组系统，水平上全面分析基因功能的科学。研究内容 1 进一步识别基因以及基因转录调控信息。2 弄清所有基因产物的功能，这是目前基因组功能分析的主要层次。3研究基因的表达调控机制，研究基因在生物体发育过程以及代谢途径中的地位，分析基因、基因产物之间的相互作用关系，绘制基因调控网络图。 比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学科。研究内容：1通过研究不同生物基因组结构和功能上的相似之处，不仅能勾画出一张详尽的系统进化树，而且将显示进化过程中最主要的变化所发生的时间及特点。据此可以追踪物种的起源和分支路径。2了解同源基因的功能。3对序列差异性的研究有助于认识产生大自然生物多样性的基础。 定位候选克隆通过遗传分析等方法将疾病基因定位到染色体区段上。对人类基因组图上该区段内的基因进行功能分析，并筛选出疾病基因。（多用于单基因遗传病的筛查） 单核苷酸多态性（SNP）是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。SNP在人基因组中的发生频率比较高，是最常见的基因组差异。和人类的健康有着密切的关系。 SNP的实用价值：1 大多数SNP位于非编码序列，不影响基因功能。有些SNP位置靠近特定的基因，可作为基因的标志。其它的SNP位于编码序列内，可改变基因表达的蛋白质，从而影响人类健康。SNP类型还有助于发现疾病基因。2只在疾病患者上发现的SNP是疾病基因的标 记。 有的SNP在基因附近，通过SNP可发现疾病基因。 3 SNP类型还有助于发现患病的危险性。4通过 SNP地图，研究SNP与疾病易感性，治疗有效性 （药物反应性，抵抗性）等的关系。生活方式的 干预（吸烟，饮酒），适当疗法的选择。 镰刀形红细胞贫血症血红蛋白基因中单个碱基 的改变导致谷氨酸被缬氨酸取代。变异的血红蛋 白不能再携氧，导致疾病。 基因组 C值是指一个单倍体基因组中DNA的总量，一个 特定的种属具有特征的C值。不同生物基因组 DNA含量差异很大，如最小的原核生物支原体基 因组小于106 bp, 某些植物和两栖类基因组大于 1011 bp。 C值悖理：生物的复杂性与基因组的大小并不完 全成比例增加，在进化上鱼类和两栖类比哺乳类 低, 但其中有些鱼类和两栖类比哺乳类的C值为 高。哺乳类的C值在2-3 pg之间, 而两栖类的C 值在1到100 pg之间。这种看来有点反常的现象 称为C 值悖理，是复杂生物基因组的一个普遍特 征。 真核细胞DNA序列 一. 单一顺序(Unique sequence ) 二. 重复顺序 短片段的重复顺序可分为三种类型： （1）正向重复又叫顺向重复；（2）反向重复（3） 回文顺序 轻度重复顺序在基因组中含有2-10拷贝，酵母 tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。如rRNA 和tRNA基因，tRNA基因一般都分布于基因组中， 而rRNA常集中分布于核仁形成区。 中度重复顺序长约300bp，基因组中约有10-几 千个拷贝的顺序,一般分散在基因组中。 高度重复顺序1卫星DNA 2小卫星3微卫星DNA 4重复序列可变数5DNA指纹 加工假基因（processed pseudogenes）。有以下 的特点⑴缺少正常的内含子；⑵3’末端有多聚 腺苷酸；⑶5’端的结构和mRNA的5’端十分相 似；⑷两侧有顺向重复顺序的存在。 遗传图绘制 鸟枪法不适合大而复杂的基因组！ 克隆重叠群法(Clone contig) ：首先用内切酶把待 测基因组降解为数百k b以上的片段，构建大分 子克隆重叠群覆盖的基因组物理图以及高密度 分子标记遗传图,并将二者整合绘制基因组整合 图,再分别测序组装。 靶标鸟枪法(directed shotgun):首先根据染色体上 已知基因和标记的位置来确定随机测序DNA片 段的相对位置，再逐步缩小各片段之间的缺口。 基因组测序的步骤：1构建基因组图2将基因分 解，逐个测序3绘制基因组图 人类基因组的四张图：遗传图；物理图；DNA序 列图；转录图； 遗传图谱：是以遗传距离表示基因组内基因座位 相对位置的图谱。遗传距离是通过遗传连锁分析 获得的，单位为厘摩(cM), 每单位厘摩定义为1% 交换率。 染色体标志：长臂、短臂、区、带、亚带等。但 是每一条染色体亚带通常包含几百万个碱基。 遗传图谱的作用是什么？ 1 比较基因组研究 2 发现经济性状相关的基因3 发现导致主要生理缺陷的基因 4 用遗传标记辅 助选择育种 遗传作图：采用遗传学分析方法将基因或其它 DNA顺序标定在染色体上构建连锁图。 遗传作图标记（Genetic marker）指可识别的等位 基因。它具有两个基本特征，即可遗传性和可识 别性，因此生物的任何有差异表型的基因突变型 均可作为遗传标记。 遗传标记类型： 1. 基因标记a形态标记b细胞 学标记c生化标记2. DNA标记---分子标记 一、形态标记 优点：形态标记简单直观、经济方便； 缺点：数量很有限，多态性较差，表现易受环 境影响，并且有一些标记与不良性状连锁。 二、细胞学标记 即细胞染色体的变异：包括染色体核型（染色体 数目、结构、随体有无、着丝粒位置等）和带型 （C带、N带、G带等）的变化。优点：与形态 标记相比，细胞学标记的优点是能进行一些重要 基因的染色体或染色体区域定位。缺点：细胞学 标记材料需要花费较大的人力和较长时间来培 育，难度很大；某些物种对染色体变异反应敏感； 还有些变异难以用细胞学方法进行检测。 三、生化标记主要包括同工酶和等位酶标记。 同工酶是：指结构不同、功能相似的酶，也即具 有同一底物专一性的不同分子形式的酶。属于一 个以上基因座位编码的酶的不同形式； 等位酶是：指由一个基因座位的不同等位基因编 码的酶的不同分子形式。 分析方法是从组织的蛋白粗提物中通过电泳和 组织化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可 辩的酶谱带型。 优点：直接反映了基因产物差异，受环境影响较 小。 缺点：目前可使用的生化标记数量还相当有限， 且有些酶的染色方法和电泳技术有一定难度，因 此其实际应用受到一定限制。 ☆基因标记虽然非常有用，但并非理想的标记。 1）高等生物如脊椎动物和显花植物，可用作标 记的基因十分有限。许多性状都涉及多基因，很 难选择可用的标记基因。2）高等生物基因组中 存在大量的基因间隔区，纯粹用基因作为标记将 在遗传图中留下大片的无标记区段；3）只有部 分基因其等位基因成员可以通过常规实验予以 区分，因而产生的遗传图是不完整的；4）重要 性状由多基因控制；性状=遗传+环境…… DNA标记（分子标记） DNA 标记：一段DNA顺序，具有2个或多个不 同的可以区分的版本，即等位形式（多态性）。 优点：中性、共显性、多态性高、数量多、分布 均匀、不受环境影响；多基因影响的同一性状遗 传分析可以将一个数量性状分解为多个QTL （Quantitative traits loci），通过分析数量性状的 基因位点，估算每个QTL 的遗传效应及贡献率。 分子标记 （1）是以Southern杂交技术为核心的分子标记， （如RFLP），这类分子标记被称为第一代分子标 记。（2）是以PCR技术为核心的分子标记，（如 STS、RAPD、AFLP、SSR）等，这类分子标记被称 为第二代分子标记；（3）单核苷酸多态性（SNP） 标记被称为第三代分子标记。 （一）RFLP标记限制性片段长度多态性，是指 用某一种限制性内切酶来酶切不同个体的DNA 分子，内切酶的识别序列位点发生变异，即由限 制性酶切位点上碱基的插入、缺失、点突变、重 排所引起的。这种差异反映在酶切片段的长度和 数目上。主要包括以下基本步骤： DNA提取→用限制性内切酶酶切DNA→ 凝胶电泳分开DNA片段→DNA片段转移到滤膜 上→利用放射性标记的探针杂交显示特定的 DNA片段（Southern杂交）和结果分析。 特点A 无表型效应，RFLP标记的检测不受环境 条件和发育阶段的影响。B RFLP标记在等位基因 之间是共显性的，因此在配制杂交组合时不受杂 交方式的影响。C在非等位的RFLP标记之间不存 在上位效应，因而互不干扰D RFLP标记起源于基 因组DNA的自身变异，数量多。E 检测所需DNA 量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实 践中。在植物分子标记辅助育种中需要将RFLP 转换成以PCR为基础的标记。F 由于每个RFLP 只有两种等位形式（有或没有这个位点），这就 限制了RFLP在人类基因作图上的应用价值，因 为一个家庭中的所有成员很可能都是某个RFLP 的纯合子。
结构基因组学和功能基因组学名词解释
结构基因组学和功能基因组学名词解释 结构基因组学是指基于基因组序列信息，利用各种组学技术，在系统水平上将基因组序列与基因功能（包括基因网络）以及表型有机联系起来，最终揭示自然界中生物系统不同水平的功能的科学。功能基因组用功能不明的分离基因作为起始点，然后选择具有该同源基因的生物模型。这一生物模型可以是简单的酵母细胞或复杂的线虫甚至老鼠。基因被选择性的用多种遗传技术灭活，在此生物体上选择性去除的效果被确定。通过这种方法去除基因，它对生物功能的贡献就能够被识别。功能基因组在评估和检测新药时十分有用。在另一种方法中，一整套基因被系统地灭活，人们就可以检测其对特定细胞功能的影响。这里，一个新的基因和其功能就同时被识别了。 功能基因组学（Functionalgenomics）又往往被称为后基因组学（Postgenomics），它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等。采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析，新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析（serialanalysisofgeneexpression,SAGE），cDNA微阵列（cDNAmicroarray），DNA芯片（DNAchip）和序列标志片段显示
基因组学
1 Structural genomics and function genomics 结构基因组学：经过基因作图、核苷酸分 析来确定基因的组成和基因定位。 功能基因组学：在结果基因组学所获得的 信息和产物的基础上，全面系统地分析基 因的功能。 2 orthologous and paralogous genes 直源基因：基因是那些不同种属生物间的 同源基因，它们的共同祖先早于种属分化。 旁源基因：基因存在于同种生物中，常识 多基因家族的成员，他们的祖先可能早于 或晚于种属分化。 4 Enhancer trap and promoter trap 增强子陷阱：将某报告基因与一个精巧的 启动子相连，组成一增强子陷阱重组体， 它不会自主起始转录，而需由被插入的细 胞基因组中的增强子帮助才可转录。若报 告基因最终表达，则可推知插入位点附件 有增强子或有基因，即实现了以增强子陷 阱重组体发现增强子的目的。 启动子陷阱：通过将报告基因插入到细胞 基因组的外显子上，一旦发现它与细胞基 因组基因共同转录或表达，则可知该报告 基因附件有启动子，从而起到了以之为诱 饵发现启动子的目的。 5 Ac/Ds transposon and T-DNA insertion T-DNA插入：农杆菌中细胞中分别含有Ti 质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆 菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将 T-DNA插入到植物基因组中。 Ac/Ds转座子：玉米中的一个转座子家族。 该家族的自主元件是Ac ,它包含和转座相 关的酶,能使Ac 、Ds 元件发生转座。而Ds 是一种非自主元件,它单独不能发生转座, 可以利用Ac 的转座酶发生转座。Ac/Ds 系 统的转座是通过剪切/粘贴的机制进行的。 请比较全基因组测序中克隆重叠群法 （clone by clone）和鸟枪法（shotgun method）测序的优缺点。 鸟枪法：将分子打成片段，得到每个片段 的序列，然后应用计算机搜索重叠区并构 建主序列。 优点：测序速度快，并且不需要遗传或物 理图谱。成本低，快速，易于自动化操作。 短期内完成大规模的基因组测序任务 缺点：从起始序列寻找重叠区域及构建序 列重叠群的复杂性和数据分析的限制。另 外，因为不连续的序列可能因为重复单位 而被错误连接在一起，所以要求所研究的 基因组中没有或只有很少的重复序列。主 要用于重复序列少、相对简单的原核生物 基因组，不适用于分析较大的、更复杂的 基因组。 克隆重叠群法：利用鸟枪法从基因组文库 中构建片段两端以测序的克隆文库（yac， bac，pac等）然后结合引物步查法和亚克 隆法进行克隆片段的测序,再将这些已测序 的克隆片段组装成整条染色体或整基因 组，它也是建立在鸟枪法构建重叠群的基 础上，结合引物步查法和亚克隆发进行更 精细的测序，适用于基因组全长序列的精 细测定， 优点：完成的序列质量高。 缺点。难以自动化分析，测序时间长。成 本高。 一、请叙述功能基因基因组学的研究 目标，以及完成这些目标的方法。 研究目标：在结构基因组学所获得的信息 和产物的基础上，全面、系统地分析基因 的功能。 方法：1、利用计算机分析基因功能 计算机预测基因功能的依据仍然是同源 性比较。根据同源性从数据库中查找已知 序列的同源基因。根据进化的相关性，和 已知的同源基因推测新基因的功能。 2、用实验分析确定基因功能 （一）DNA水平：T-DNA标签（失活标签、活化标签）；基因、启动子、增强子陷阱； 转座子插入；TILING；自然突变等。 （二）RNA水平：反义RNA；RNAi；过 表达 基因失活是基因功能分析的主要手段 如果我们找到某种方法，使该基因在生物体内失活，就可以从反面鉴别该基因的功能。 基因剔除（knock-out） 将一段无关的DNA片段用来取代目标基因 是最简单的基因失活方法。如果该基因所控制的表型变化了，就从反面验证了目标基因的功能。 基因的超表达用于功能检测 让基因过量表达，也能用于基因的功能检测。有两种技术可以使细胞中某一基因过量表达：增加基因的拷贝数；采用强启动子。 反义RNA技术 反义RNA由基因的负链（模板链的互补链）编码，可以与由功能基因转录而成的正义RNA形成双链结构，干扰mRNA的翻译，从而干扰基因的表达。分析表达的反义RNA在生理生化或形态发生中所起的作用，由此判别目标基因的功能。 转座子插入突变 将转座子随机插入功能基因内，使其失活，也可以用于基因功能研究。 酵母菌双杂交系统 在酵母菌双杂交系统中，将编码这2个功能域的DNA分别构建在2个独立的表达载体上。在一个表达载体中，与DNA结合功能域的基因片段与待测蛋白质的基因连接成融合 基因。在另一个载体中，RNA聚合酶激活功能域的基因片段与未知的DNA序列连接成融合蛋白基因。将这2个表达载体同时转化一个细胞，并在细胞内表达，如果DNA结合功能域蛋白与同RNA聚合酶激活功能域蛋白之间能够互作，就会启动报告基因的表达。 二、请简述植物中同根（orthologous） 基因克隆的原理和方法。 原理：同源基因拥有一个共同的祖先基因， 它们之间有许多相似的序列。 从数据库中查找已知序列的同源基因，根 据已知的同源基因的序列设计引物，设计 引物时可加入一些酶切位点，方便以后的 克隆。通过PCR法扩增出目的片段，回收 纯化后将其导入T载体转入大肠杆菌，筛 选后就得到该基因的克隆。orthologs的生 物信息预测方法主要有两类:系统发生方 法和序列比对方法。这两类方法都是基于 序列的相似性,但又各有特点。系统发生方 法通过重建系统发生树来预测orthologs,因 此在概念上比较精确,但难于自动化,运算 量也很大。序列比对方法在概念上比较粗 糙,但简单实用,运算量相对较小,因此得到 了较广泛的应用。 三、在功能基因组学研究中，一项重要 的工作就是构建突变体库，请比较插入突 变（如他T-DNA,AC-DS插入，基因陷阱 等）方法和TILLING（Targeting induced local lesions in genomes）方法在实验的流 程上的异同，并比较它们在基因功能分析 上的优缺点。 相同点： 不同点：插入突变需要构建载体，需要转基因，而TILLING不需要这些。 插入突变优点： 插入突变缺点：1多拷贝时无法做2易引起染色体重排3方向容易插错4不能移动，需要的转化数多5插入效率低 TILING优点：不需要转基因，高通量、大规模、高灵敏度和自动化 缺点：有时基因有几个拷贝，若只突变一个，因为可能存在互补，所以看不出其变化；有时突变后因为密码子的简并行，也看不出其变化；有时突变后，蛋白质是发生了变化，但可能不影响其功能。 四、通过map-based cloning把目标基 因限定在1个20kb的区段内，请给出鉴定 该区段中是否存在候选基因的方法。 1.筛选与目标基因连锁的分子标记。利 用目标基因的近等基因系或分离群体分组 分析法（BSA）进行连锁分析，筛选出目 标基因所在局部区域的分子标记。 2.构建并筛选含有大插入片段的基因 组文库。用与目标基因连锁的分子标记为 探针筛选基因组文库，得到阳性克隆。 3.构建目的基因区域跨叠克隆群 （contig）。以阳性克隆的末端作为探针基 因组文库，并进行染色体步行，直到获得 具有目标基因两侧分子标记的大片段跨叠 群。 4.目的基因区域的精细作图。通过整合 已有的遗传图谱和寻找新的分子标记，提 高目的基因区域遗传图谱和物理图谱的密 谱的密度。 5.目的基因的精细定位和染色体登陆。 利用侧翼分子标记分析和混合样品作图精 确定位目的基因。接着以目标基因两侧的 分子标记为探针通过染色体登陆获得含目 标基因的阳性克隆。 6.外显子的分离、鉴定。阳性克隆中可 能含有多个候选基因。用筛选cDNA文库， 外显子捕捉和cDNA直选法等技术找到这 些候选基因，再进行共分离，时空表达特 点，同源性比较等分析确定目标基因。当 然，最直接的证明是进行功能互补实验。 五、请简述对一个已经克隆的目的基 因进行功能及信号传导途径研究的思路和 方法。 基因功能的研究可以有如下途径，1.研究基 因的时空表达模式，确定其在细胞学或发 育上的功能，例如，在不同细胞类型，不 同发育阶段，不同环境条件下一级病原菌 侵染过程中mrna，蛋白质表达差异，2， 研究基因在亚细胞内的定位和蛋白质的翻 译后调控等，3利用基因敲除技术进行功能 丧失分析或通过基因的过量表达（转基因） 进行功能获得分析，进而研究目的基因与 表型性状间的关系，4 通过比较研究自发 或诱导突变体与其野生型植株在特定环境 条件下基因表达的差异，另外，有些用于 基因分离的技术。如mrna差别显示，抑制 性扣除杂交技术等也可用于功能分析。技 术如northern 印迹，rt-pcr 基因芯片 酵母双杂交基本原理 酵母双杂交系统由Fields和Song等首先在研究真核基因转录调 控中建立 i 。典型的真核生长转录 因子，如GAL4、GCN4、等都含有二 个不同的结构域: DNA结合结构域 (DNA-binding domain)和转录激活结 构域(transcription-activating domain)。前者可识别DNA上的特异 序列，并使转录激活结构域定位于 所调节的基因的上游，转录激活结构域可同转录复合体的其他成分作用，启动它所调节的基因的转录。二个结构域不但可在其连接区适当 部位打开，仍具有各自的功能。而且不同两结构域可重建发挥转录激 活作用。酵母双杂交系统利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋 白－蛋白的相互作用。主要有二类载体: a 含DNA -binding domain的载体; b 含DNA-activating domain的载体。上述二类载体在构建融合基因时，测试蛋白基因与结构域基因必须在阅读框内融合。融合基因在报告株中表达，其表达产物只有定位于核内才能驱动报告基因的转录。 酵母双杂交系统的建立与发展是基 于对真核生物转录调控起始过程的 认识。真核生物中存在一种上游激活序列(upstream activating sequence, UAS)，其作用是和激活蛋白结合并大大增加启动子的转录速度，从而在转录水平对靶基因表达进行调控。真核细胞转录起始需要反式转录激活因子的参与。很多真核生物的位点特异性转录激活因子是组件 式的，通常具有两个可分割开的结构域，即DNA特异性结合结构域(DNA-binding domain, BD)与转录激活结构域(transcriptional activation domain, AD)。这两个结构域即使分开时仍各具功能，互不影响。但一个完整的某个特定基因的转录激活因子必须同时含有这两个结 构域，否则无法完成激活功能。只有将这两部分通过适当的途径在空间 上接近才能恢复其激活转录的能力。不同来源的ＢＤ与ＡＤ结合后则特 异地激活ＢＤ结合基因的表达。基于这一特性，Fields等设计了一个检测蛋白质与蛋白质相互作用的系统。选择的转录激活因子是酵母细胞中的GAL4蛋白。分离GAL4蛋白N端的 1-147个氨基酸（BD）和C端的 768-881个氨基酸（AD），分别构建重组质粒。如果在BD上接上一个蛋白X，在AD上接一个蛋白Y，再将这二个质粒共同导入酵母菌中，若X，Y 蛋白在酵母内发生交互作用，则相当于将GAL4的BD和AD又连在一起，即可以转录激活下游报告基因的表达，通过测定报告基因的产物及活性来检测这种交互作用的发生。理论上，任何能在酵母中表达的基因均可作为报告基因，较为常用的是LacZ，和一些营养缺陷标记，这种报告基因只允许阳性克隆生长，最常用的是HIS3和LEU2。近来为了更灵敏、特异地筛选阳性克隆,常同时使用两种或两种以上的报告基因(如ADE2和URA3)，一则它可以允许用比单纯颜色筛选更大的菌落密度铺板，从而获得较丰富的表达产物，二则双重筛选相互验证，可以排除一些假阳性结果；三则转化体制造了大量的融合蛋白以保证基因产物满足生长需要，结果LacZ转录提高，从而β-半乳糖苷酶的活性亦增强。
生物技术专业复习资料(西南民大版)-基因组学
一、 1、基因组学：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学学科分支。基因组学是伴随人类基因组计划实施而形成的一个崭新生命科学领域。 2、功能基因组学：是建立在结构基因组学基础上的基因组学分析的第二阶段。主要内容是：利用结构基因组学提供的生物信息和材料，全基因或全系统地理解某种生物的遗传体系。 3、遗传图：采用遗传分析的方法将基因或其它DNA标记标定在染色体上构建的连锁图。 4、人类基因组计划：鉴别人类DNA中的全部约3万个基因，测定组成人类DNA的30亿碱基对的顺序。将这些信息存贮于数据库，转化相关技术，应对人类基因组计划引起的伦理法律、社会问题。 5、基因组注释：利用生物学方法与技术，对基因组所有基因的生物学功能进行搞通量注释二 1、人类基因组学的组成特点：在人类DNA中有基因密集的“城市中心”，GC含量很高，而在基因稀少的“沙漠”区，AT含量很高。GC富含区和AT区在显微镜下分别对应于染色体的浅带和深带。基因似乎富集于基因组的随机区域，基因富集区之间有大量的而非编码DNA序列。紧邻基因富集区处常有GC富集区，可达三万拷贝，这种CpG岛将基因富集区与“junkDNA”隔离开来，并可调节基因活性。基因最多的是1号染色体，最少的是y染色体。 2、人类基因组计划的意义：分子医学：疾病诊断、疾病的遗传因素、药物信息学、基因治疗、系统控制、个性治疗方案、发病风险估计、移植器官配型、生育指导。微生物基因组学：微生物快速检测与处理、新能源、环境检测、反恐、消除毒物。法医学：现场DNA检测、无罪证明、尸体辨认、亲属鉴定。农业：畜牧业、生物加工。古生物学、考古学、进化、人类迁徙。将来：改进诊断、疾病风险预测、合理药物设计、基因治疗、个性化治疗。 3、人类基因组测序的伦理学问题：遗传信息的私有性和隐私性权；使用遗传信息的公平性：保险、学校、收养等；遗传差异的心理影响：描述方面和歧视问题；生育问题：信息告知和生育决定；临床：医学教育、遗传检测、使用高级基因组技术的公平性；疾病与健康的概念、人类尊严；相关商品专利版权 4、物理图与遗传图有何不同：遗传作图: 采用遗传学分析方法将基因或其它DNA顺序标定在染色体上构建连锁图。这一方法包括杂交实验，家系分析。遗传图距单位为厘摩，每单位厘摩定义为1%交换率。物理作图: 采用分子生物学技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。物理图的距离依作图方法而异，如辐射杂种作图的计算单位为厘镭，限制性片段作图与克隆作图的图距为DNA的分子长度，即碱基对(bp，kb)。 5、绘制遗传图有什么意义：a基因组太大,必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图譜进行指导；基因组存在大量重复顺序,会干扰排序,因此要高密度基因组图；遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。 6、鸟枪测序法与作图法测序有何不同？ 鸟枪法：首先，进行全基因组随机测序，随后将序列重叠的片段构建重叠群，然后以大分子DNA克隆为基准，将随机测序搭建的重叠群归并所在的大分子克隆内，最后，以分子标记为基点将归并的鸟枪法DNA片段锚定到染色体上。高密度基因组图所含有的分子标记可以用来检测组装的DNA片段是否在正确的位置，并矫正因重复序列的干扰产生的序列误排。是一种由下而上的测序策略。 作图法：首先，绘制高密度分子标记遗传图和大分子DNA克隆重叠群覆盖的基因组物理图，然后，根据分子标记所在的位置将遗传图和物理图彼此衔接绘制整合图，最后，将单个的大分子DNA克隆逐个随机测序，随后进行序列组装。只是一种从上而下的测序策略。 7、低等生物和高等生物基因组组成有何区别：低等：结构紧凑、极少重复序列、单拷贝、
医学遗传学(第3版)配套习题集：第3章 人类基因组学
第三章人类基因组学 基因组指一个生命体的全套遗传物质。从基因组整体层次上研究各生物种群基因组的结构和功能及相互关系的科学即基因组学。基因组学的研究内容包括三个基本方面，即结构基因组学，功能基因组学和比较基因组学。 人类基因组计划(HGP)是20世纪90年代初开始，由世界多个国家参与合作的研究人类基因组的重大科研项目。其基本目标是测定人类基因组的全部DNA序列，从而为阐明人类全部基因的结构和功能，解码生命奥秘奠定基础。人类基因组计划的成果体现在人类基因组遗传图，物理图和序列图的完成，而基因图的完成还有待大量的工作。 后基因组计划(PGP)是在HGP的人类结构基因组学成果基础上的进一步探索计划，将主要探讨基因组的功能，即功能基因组学研究。由此派生了蛋白质组学，疾病基因组学，药物基因组学，环境基因组学等分支研究领域，同时也促进了比较基因组学的展开。后基因组计划研究的进展，促进了生命科学的变革，可以预见会对医学、药学和相关产业产生重大影响。 HGP的成就加速了基因定位研究的进展，也提高了基因克隆研究的效率。基因的定位与克隆是完成人类的基因图，进而解码每一个基因的结构和功能的基本研究手段。 一、基本纲要 1.掌握基因组，基因组学，结构基因组学，功能基因组学，比较基因组学，基因组医学，后基因组医学的概念。 2.熟悉人类基因组计划(HGP)的历史，HGP的基本目标；了解遗传图，物理图，序列图，基因图的概念和构建各种图的方法原理。 3.了解RF1P,STR和SNP三代DNA遗传标记的特点。 4.熟悉后基因组计划(PGP)的各个研究领域即功能基因组学、蛋白质组学、疾病基因组学、药物基因组学，比较基因组学、生物信息学等的概念和意义。 5.了解基因定位的各种方法的原理。 6.了解基因克隆的三种研究策略。
基因组学的基本概念和应用
基因组学的基本概念和应用 随着生物技术的不断发展和普及，基因组学日益成为一个备受 瞩目的领域。基因组学是关于生命科学中DNA和RNA的研究， 它涉及到基因的结构和功能，基因与健康、疾病关系的研究等等。本文将会介绍基因组学的基本概念以及它在医学、农业领域等方 面的应用。 一、基本概念 在基因组学中，我们首先要了解的是基因。基因是指DNA中 编码特定蛋白质或RNA的一段DNA序列。每个人差不多有2万 到2.5万个基因。这些基因组成了我们的基因组，也就是全部 DNA的总和。基因组的大小取决于物种的不同，例如人类基因组 大约有3亿个碱基对，而细菌的基因组则只有几百万个碱基对。 在基因组学中，还有一个重要的概念是SNP，即单核苷酸多态性。SNP是指存在于基因组中具有多种等位基因的单个核苷酸。SNP可以影响基因的功能，因此在基因组学中尤为重要。 二、在医学中的应用
基因组学在医学中的应用极其广泛。首先，基因组学有助于研究人类疾病的发病机理。对于遗传性疾病来说，基因组学技术可以用来检测携带致病突变基因的人群数量和高危人群。同时，对基因组的研究也为新药研发提供了新的思路和方向。 其次，基因组学技术也可以用来对个体进行精准医疗。基因测序技术可以帮助医生预测患者可能患上哪些遗传病，以及肿瘤等疾病的风险。这样，医生就可以提前采取措施预防疾病的发生。 最后，基因组学也可以用来评估药物对患者的适应性。根据基因组的数据，医生可以对患者对某些药物的耐受性进行评估。这对于那些需要长时间进行医疗和对药物反应敏感的患者来说尤为重要。 三、在农业中的应用 除了医学领域，基因组学在农业领域也有着广阔的应用前景。例如，通过对植物和动物的基因组研究，我们可以更好地了解它们的遗传因素。这对于研究植物和动物生长发育、适应环境的机制等问题非常有帮助。