基因组学与功能基因组学遗传学第3版.PDF

遗 传 学 (第3版) 第10章 基因组学与功能基因组学 1.真核生物基因组概述 2.人类基因组计划与基因组学 3.基因组测序与序列组装 4.基因组图谱构建与应用 5.比较基因组学和功能基因组学 6.基因组学研究新进展及应用 10.1 真核生物基因组概述 与原核生物基因组不同，真核生物基因组的主要特点表现在以下几方面： ①真核生物基因组一般由多条染色体组成。核小体是组成染色体的基本结构 单位。核小体上组蛋白上的氨基酸序列能够被进行各种修饰。 ②每条染色体的DNA分子具有多个复制起点；基因多为不连续基因。 ③DNA编码序列仅占基因组DNA的一小部分，绝大多数为非编码序列。 ④一般没有重叠基因。在转录水平上，存在多种转录剪接机制，同一基因转 录物在不同的发育阶段和不同的组织细胞中可以翻译成不同的蛋白质。 ⑤真核生物基因组中存在着大量的基因家族和奢侈基因。 ⑥基因组中存在大量的重复序列。 ⑦真核生物基因组的表达调控比较复杂，在个体的不同发育阶段和时期、不 同的细胞和组织，存在着不同水平的表达调控机制 10.2 人类基因组计划与基因组学 基因组学（genomics）： 它是研究基因组的组成、结构和功能的学科。 结构基因组学（structural genomics）： 是着重研究基因组的结构并构建高分辨的遗传图、物理图 、序列图和转录图以及研究蛋白质组成与结构的学科； 功能基因组学（functional genomics） ： 主要是利用结构基因组学研究所得到的各种信息在基因组 水平上研究编码序列及非编码序列生物学功能的学科。 10.2.1 人类基因组计划 美国能源部和国立卫生研究院（NIH ）合作于1990年正式启动人类 基因组计划。主要目标是计划拨款30亿美元，用15年时间完成人类基 因组30亿bp全部序列的测定，在2001年完成全部染色体的“工作草图 ”。 经过参加该项目的1000多名各国科学家的通力合作，人类基因组的 工作草图于2000年6月26 日胜利绘制完成，该工作草图包含人体90％ 以上碱基对的位置信息。 2000年6月26 日，六国科学家公布人类基因组工作框架图 2001 年2月12 日，人类基因组图谱及初步分析结果首次公布 2001 年8月26 日，中国提前两年完成1％人类基因组测序任务 2003年4月15 日，六个国家共同宣布人类基因组序列图完成 (美、英、德、日、法、中) 已经完成的人类基因组图谱(序列)来自不同人种的5个个 体，是一个参考图谱。 2004年10月，国际人类基因组测序联合体在Nature周刊 上发表了人类基因组常染色质全序列测定的论文 宣布人类基因组由31.647亿个碱基对组成，拥有编码蛋 白质的基因数目大约在2万到2.5万个之间。 10.2.2 人类基因组的结构特点 图10-1 人类基因组的组织组成 研究表明：编码基因的序列仅占人类基因组DNA的1%左 右，98%以上的序列是非编码序列。基因中内含子占基因组 的24 ％，因此基因组涉及与产生蛋白质有关的序列达到25 ％ 重复序列占50％以上，主要分成5种类型： ①转座子成分：占基因组的45 ％ 均以多拷贝的形式存在于基因组中 ②已加工假基因（processed pseudogene ）： 约占基因组的0.1 ％ ③简单重复序列，约占基因组的3 ％ ④大片段重复（长10～30 kb）：占基因组约5％。只有少 部分在相同的染色体上，多数分布在不同的染色体上 ⑤串联重复，主要位于着丝粒和端粒部位。 10.2.3 模式生物基因组研究与宏基因组研究 HGP除了对人类基因组的测序外，还进行包括 大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇、拟南芥、小鼠等模 式生物体基因组的研究计划。对于这些模式生物基 因组研究和宏基因组研究分别详见e10-1和e10-2 。 10.3 基因组测序与序列组装 10.3.1