基因组与比较基因组.ppt

第八章 基因组与比较基因组学 1. 人类基因组计划 2. DNA的鸟枪法序列分析技术 3. 比较基因组学和功能基因组学的研究 什么是基因组 基因组学这一名词是美国人T·H·Rodehck在1986年7月造出来的，与一个新的杂志－ genomics一道问世。基因组学完全改变只能研究单个基因的状况，它着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息。基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和（细胞内细胞器的DNA属于该细胞器的基因组）。 2、真核生物基因组 一个物种的单倍体的各条染色体中的全部DNA为该物种的基因组(genome)。例如，人有23对染色体，配子－－单倍体是23条染色体，这23条染色体中的全部DNA就是人体基因组。 真核生物基因组的主要成分被核膜所包裹，与细胞质分开。 人类基因组计划 2003年4月14日，国际人类基因组宣布：人类基因组序列图--“完成图”提前绘制成功。 人类基因组包括24条染色体，约30亿对核苷酸，编码5万～6万个基因，人类基因组中携带了有关人类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息。 从整体上看，不同人类个体的基因是相同的， “人类只有一个基因组” 。 不同的人可能拥有不同的等位基因，这一点决定了人们个体上的差异。 物理图 思考题：1、在长为30亿对bp的人类基因组测序过程中怎样入手？2、测序是几百到几千对bp一段一段进行的，没有一定的标记是否会产生混乱？ 物理图可以从带有标签的一段一段的DNA连接成为大段的DNA，最终可以完成整个序列图。 遗传图 遗传图（连锁图）→DNA标志在染色体上的相对位置（遗传距离），遗传距离以DNA片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩(cM)来表示。cM值越大，两者之间距离越远。 通过遗传图分析，可以了解各个基因或DNA片段之间的相对距离。 DNA遗传标记 1、RFLP( restriction fragment length polymorphism，限制性片段长度多态性)。 DNA序列上的微小变化，可能引起限制性内切酶切点的丢失或产生，导致酶切片段长度的变化。 转录图 生物的性状，包括疾病，都是由功能蛋白质决定的，而所有已知蛋白质都是由RNA聚合酶Ⅱ指导的带有多聚腺苷酸“尾巴”的mRNA按照遗传密码三联子的规律产生的。 分离纯化mRNA(或cDNA)，抓住了基因组的主要成分(可转录部分)。 人类基因组的序列图 人类基因组的核苷酸序列图(human genome sequence)是分子水平上最高层次的、最详尽的物理图。测定总长约lm、由30亿个核苷酸组成的全序列。 人类所拥有的基因位点都是相同的，不同种族、不同个体的基因差异(人类基因组的多样性)以及“正常”与“疾病”基因的差异，只是同一位点上的等位基因的差异。 DNA的鸟枪法序列分析技术 1 基因组DNA大片段文库的构建 构建基因文库是测序前必须的预备工作。用细菌的F质粒及其调控基因构建了细菌染色体克隆载体－BAC(bacterial chromosome)，其克隆能力在125- 150kb左右。以BAC为基础的克隆载体转化效率高，而且以环状结构存在于细菌体内，易于分辨和分离纯化。 比较基因组学及功能基因组学研究 与数据库中已知序列比较，基因组的序列可分为3类: 1、确知其生理功能的; 2、有相匹配的蛋白质序列，但并不知道其功能的; 3、找不到任何相匹配的蛋白质序列的新基因。 比较基因组学(comparative genomics)的威力－－根据对一种生物相关基因的认识来理解、诠释和克隆分离另一种生物的基因。 50kb片段比较 (a)人β-T细胞受体位点只有一个基因(编码胰蛋白酶原)和52个重复序列，功能基因的序列占总序列不到3%。 (b)在酵母第Ⅳ号染色体中有26个编码基因，2个tRNA基因，5个重复序列，功能基因序列占总序列的66·4%，重复序列占13·5%(在所有16条酵母染色体中，重复序列只有3·4%，有239个内含子)。该序列不带内含子。 2 通过基因组数据进行比较基因组学研究 尿殖道支原体是最小的基因组（ 0·58Mb ），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。流感嗜血杆菌基因大小平均900bp，尿殖道文原体的基因为1040bp。流感嗜血杆菌中平均1042bp有1个基因，尿殖道支原体中平均1235bp有1个基因。二者的差别在于基因数量上，流感嗜血杆菌有1743个ORF，尿殖道支原体有470个ORF。 3 功能基因组学研究 功能基因组学→在基因组水平上阐明DNA序列的功能。许多基因和基因组的功能元件只有整个DNA序列已知才能得以发现。可用序列分析和比较的方式来判断不同基因的功能，也可通过各种定点破坏结构