第6章基因组
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第6章基因组
• 单一序列和重复序列 单一序列： 基因组中只有一份的DNA序列。 重复序列：基因组中重复出现的序列。例
如，STR，SNP，微卫星DNA等。
第6章基因组
模式生物
在某一类生物中选取一种或几种生物作为代表进行 重点研究, 以了解这一类生物的共性和特征
常用模式生物:
线虫, 果蝇, 斑马鱼, 小鼠, 拟南芥, 烟草, 水稻,
2. 将异常蛋白质制成相应的抗体，从cDNA表达文库中筛选 相应克隆。得到克隆后，就可以通过DNA序列分析确定导 致疾病的分子缺陷。
绝大部分分子病、遗传性代谢缺陷（酶）病如白化病 （albinism）、苯丙酮尿症（phenylkeonuria， PKU）和 镰刀形细胞贫血病（sickle-cell disease）等，都是采取的 这一策略。
第6章基因组
贺林实验室利用布依族、苗族 和汉族的三个A-1型短指（趾）症大 家系，对该病的致病基因进行了精 确定位（位点定在2q35-36区）、克 隆，并首次发现了人IHH基因和该 基因上的三个突变位点是导致A-1型 短指（趾）症的直接原因。
第6章基因组
第6章基因组
用遗传标记进行基因定位
形态标记 morphological markers 细胞标记 cytological markers 生化标记 biochemical markers 分子标记 molecular markers
染色体定 位
第6章基因组
从氨基酸序列 出发设计
DNA引物，从 文库调取基因
基因
得到基 因序列
分析异常基因的产物（蛋白质）： 纯化蛋白质，弄清它是如何引起临床症状的有两 条不同的路线：
1. 进行氨基酸序列测定，据此推测可能的核苷酸序列，合成 寡核苷酸探针，然后用探针从cDNA文库或基因组文库中 筛选对应的编码基因；
3.多态性高，自然界存在许多等位突变，无需专门 创造特殊的遗传材料
4. 中性，不影响目标性状的表达，与不良性状无 必然连锁
5. 许多分子标记表现为共显性（codominance）, 能够鉴别出纯合基因型与杂 合基因型，提供完整 的遗传信息
第6章基因组
• 什么是基因？ • 基因在哪里？
第6章基因组
寻找基因的思路：
基因定位
将基因定位于染色体上
基因克隆 有大到小，由粗到细，精细定位
基Hale Waihona Puke Baidu分离
克隆目的基因片段
第6章基因组
功能克隆
• 克隆（致病）基因的 一种策略。
疾病
性状 （疾病）
功能
蛋白质产 物（生物 学功能）
• 收集所要克隆的基因 的蛋白质产物及其功 能的信息，用以分离 基因，并对基因进行 定位。
第6章基因组
血红蛋白病——镰刀形细胞贫血症 正常HbA四条多肽链（2条链，两条链）
第6章基因组
定位克隆
疾病 疾病
• 又称为“逆向遗传学”， 始于20世纪80年代后期
• 利用遗传连锁或细胞学 定位技术将致病基因定 位于染色体的特定区带。
• 定位：通过连锁分析找
出与目的基因紧密连锁
的遗传标记在染色体上 基因
C值悖论
• 生物体单倍体DNA总量称为 C值。 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值没有体现出与 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。这种生物学上的DNA总量的比 较和矛盾，称为C值悖论。
基本思路是通过连锁分析原理进行 基因定位。
若多态标记与待定基因距离较远 ，则它们在 向子代传递时会发生自由分离 ，呈“连锁平衡” ；反之 ，则不发生自由分离 ，而呈现“共分离” 现象 ，即“连锁不平衡”。据此可在染色体上定 位与某一DNA标记相连锁的基因。
第6章基因组
1. 将基因定位于染色体 特定区段
第6章基因组
DNA序列的分类
• 基因序列和非基因序列 基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结 束的一段DNA序列，称为开放阅读框（open reading frame, ORF） 非基因序列：基因序列以外的DNA序列。
• 编码序列和非编码序 编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。 非编码序：内含子和基因的间隔序列。
第六章 基因组
• 基因组：生物细胞中单套染色体的所含 DNA序列的全部组成。 人类基因组：22条常染色体和X，Y染色 体的DNA组成。
第6章基因组
种类 大肠杆菌 啤酒酵母 线虫 果蝇 蝗虫 小鼠 豌豆 玉米 小麦 人
基因组大小
Mb 4.64 12.1 100 140 5000 3300 4800 5000 17000 第6章3基0因0组0
第6章基因组
分类最小基因组
支原体 细菌 酵母 霉菌 蠕虫 昆虫 鸟类 两栖类 哺乳类
0.58 X 106 2.8 X 106 3.0 X 107 5.5 X 107 1.1 X 108 0.5 X 109 0.2 X 1010 0.1 X 1010 2.8 X 1010
第6章基因组
进化地位高，结构复杂的生 物的同类生物最小基因组比 较，符合进化程度越高，生 物基因组越大的规律。
第6章基因组
分子遗传标记
在核酸分子水平，对具有相对差 异的等位基因DNA多态性的标记， 广泛存在于高等生物编码区和非编 码区，又称为DNA分子标记，是 DNA水平上遗传变异的直接反映。
第6章基因组
特点:
1. 直接以DNA形式表现，在生物体各发育阶段,各 组织均可检测到。
2.数量多，遍及整个基因组。
的位置。
序列
• 克隆：从定位的染色体 基因
区段内分离克隆所要的
基因，并进一步研究其
功能。
第6章基因组
遗传标记， 染色体定位
mRNA cDNA
功能
蛋白质产物 生物学功能
定位克隆：通过遗传标记 ，先获得某一表型基因 在染色体上的定位 ，再在候选区域内选择已知基 因 ，进行致病突变的筛选 ，并获得cDNA及全基 因。
2. 候选基因筛选鉴定
第6章基因组
定位克隆的主要目的之一是将目标 基因定位于特定染色体上。
主要方法： 家系调查法 体细胞杂交法 核酸杂交技术 等等
第6章基因组
A-1型短指（趾）症法拉比（Farabee） 1903年在他的哈佛大学医学院博士毕业论文 中首先报道了，即世界上第一例孟德尔常染 色体显性遗传病，以后作为遗传学的经典例 子被全世界的生物学和遗传学教材广泛引用 。
• 单一序列和重复序列 单一序列： 基因组中只有一份的DNA序列。 重复序列：基因组中重复出现的序列。例
如，STR，SNP，微卫星DNA等。
第6章基因组
模式生物
在某一类生物中选取一种或几种生物作为代表进行 重点研究, 以了解这一类生物的共性和特征
常用模式生物:
线虫, 果蝇, 斑马鱼, 小鼠, 拟南芥, 烟草, 水稻,
2. 将异常蛋白质制成相应的抗体，从cDNA表达文库中筛选 相应克隆。得到克隆后，就可以通过DNA序列分析确定导 致疾病的分子缺陷。
绝大部分分子病、遗传性代谢缺陷（酶）病如白化病 （albinism）、苯丙酮尿症（phenylkeonuria， PKU）和 镰刀形细胞贫血病（sickle-cell disease）等，都是采取的 这一策略。
第6章基因组
贺林实验室利用布依族、苗族 和汉族的三个A-1型短指（趾）症大 家系，对该病的致病基因进行了精 确定位（位点定在2q35-36区）、克 隆，并首次发现了人IHH基因和该 基因上的三个突变位点是导致A-1型 短指（趾）症的直接原因。
第6章基因组
第6章基因组
用遗传标记进行基因定位
形态标记 morphological markers 细胞标记 cytological markers 生化标记 biochemical markers 分子标记 molecular markers
染色体定 位
第6章基因组
从氨基酸序列 出发设计
DNA引物，从 文库调取基因
基因
得到基 因序列
分析异常基因的产物（蛋白质）： 纯化蛋白质，弄清它是如何引起临床症状的有两 条不同的路线：
1. 进行氨基酸序列测定，据此推测可能的核苷酸序列，合成 寡核苷酸探针，然后用探针从cDNA文库或基因组文库中 筛选对应的编码基因；
3.多态性高，自然界存在许多等位突变，无需专门 创造特殊的遗传材料
4. 中性，不影响目标性状的表达，与不良性状无 必然连锁
5. 许多分子标记表现为共显性（codominance）, 能够鉴别出纯合基因型与杂 合基因型，提供完整 的遗传信息
第6章基因组
• 什么是基因？ • 基因在哪里？
第6章基因组
寻找基因的思路：
基因定位
将基因定位于染色体上
基因克隆 有大到小，由粗到细，精细定位
基Hale Waihona Puke Baidu分离
克隆目的基因片段
第6章基因组
功能克隆
• 克隆（致病）基因的 一种策略。
疾病
性状 （疾病）
功能
蛋白质产 物（生物 学功能）
• 收集所要克隆的基因 的蛋白质产物及其功 能的信息，用以分离 基因，并对基因进行 定位。
第6章基因组
血红蛋白病——镰刀形细胞贫血症 正常HbA四条多肽链（2条链，两条链）
第6章基因组
定位克隆
疾病 疾病
• 又称为“逆向遗传学”， 始于20世纪80年代后期
• 利用遗传连锁或细胞学 定位技术将致病基因定 位于染色体的特定区带。
• 定位：通过连锁分析找
出与目的基因紧密连锁
的遗传标记在染色体上 基因
C值悖论
• 生物体单倍体DNA总量称为 C值。 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值没有体现出与 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。这种生物学上的DNA总量的比 较和矛盾，称为C值悖论。
基本思路是通过连锁分析原理进行 基因定位。
若多态标记与待定基因距离较远 ，则它们在 向子代传递时会发生自由分离 ，呈“连锁平衡” ；反之 ，则不发生自由分离 ，而呈现“共分离” 现象 ，即“连锁不平衡”。据此可在染色体上定 位与某一DNA标记相连锁的基因。
第6章基因组
1. 将基因定位于染色体 特定区段
第6章基因组
DNA序列的分类
• 基因序列和非基因序列 基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结 束的一段DNA序列，称为开放阅读框（open reading frame, ORF） 非基因序列：基因序列以外的DNA序列。
• 编码序列和非编码序 编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。 非编码序：内含子和基因的间隔序列。
第六章 基因组
• 基因组：生物细胞中单套染色体的所含 DNA序列的全部组成。 人类基因组：22条常染色体和X，Y染色 体的DNA组成。
第6章基因组
种类 大肠杆菌 啤酒酵母 线虫 果蝇 蝗虫 小鼠 豌豆 玉米 小麦 人
基因组大小
Mb 4.64 12.1 100 140 5000 3300 4800 5000 17000 第6章3基0因0组0
第6章基因组
分类最小基因组
支原体 细菌 酵母 霉菌 蠕虫 昆虫 鸟类 两栖类 哺乳类
0.58 X 106 2.8 X 106 3.0 X 107 5.5 X 107 1.1 X 108 0.5 X 109 0.2 X 1010 0.1 X 1010 2.8 X 1010
第6章基因组
进化地位高，结构复杂的生 物的同类生物最小基因组比 较，符合进化程度越高，生 物基因组越大的规律。
第6章基因组
分子遗传标记
在核酸分子水平，对具有相对差 异的等位基因DNA多态性的标记， 广泛存在于高等生物编码区和非编 码区，又称为DNA分子标记，是 DNA水平上遗传变异的直接反映。
第6章基因组
特点:
1. 直接以DNA形式表现，在生物体各发育阶段,各 组织均可检测到。
2.数量多，遍及整个基因组。
的位置。
序列
• 克隆：从定位的染色体 基因
区段内分离克隆所要的
基因，并进一步研究其
功能。
第6章基因组
遗传标记， 染色体定位
mRNA cDNA
功能
蛋白质产物 生物学功能
定位克隆：通过遗传标记 ，先获得某一表型基因 在染色体上的定位 ，再在候选区域内选择已知基 因 ，进行致病突变的筛选 ，并获得cDNA及全基 因。
2. 候选基因筛选鉴定
第6章基因组
定位克隆的主要目的之一是将目标 基因定位于特定染色体上。
主要方法： 家系调查法 体细胞杂交法 核酸杂交技术 等等
第6章基因组
A-1型短指（趾）症法拉比（Farabee） 1903年在他的哈佛大学医学院博士毕业论文 中首先报道了，即世界上第一例孟德尔常染 色体显性遗传病，以后作为遗传学的经典例 子被全世界的生物学和遗传学教材广泛引用 。