基因组测序与分析课件

1、基因组测序与分析课件 西北农林科技大学农学院遗传教研组西北农林科技大学农学院遗传教研组 主讲人：胡银岗主讲人：胡银岗 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组基因组 一个物种中所有基因的整体组成一个物种中所有基因的整体组成 基因组测序与分析课件 2. 人类基因组测序策略 基因组测序与分析课件 采集采集5个自愿者的个自愿者的DNA样品样品 构建构建3种不同插入子大小的基种不同插入子大小的基 因组文库因组文库2Kb, 10Kb和和50Kb 随机测序与序列组装方法随机测序与序列组装方法 指导测序与序列组装方法指导测序与序列组装方法 相结合进行序列组装相结合进行序列组装 A. Celera

2、Genomics 人类基因组人类基因组 的测序策略的测序策略 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 19号染色体号染色体是是含基因最丰富含基因最丰富的染色的染色 体，而体，而13号染色体号染色体含基因量最少含基因量最少 目前已经发现和定位了目前已经发现和定位了26000多个多个 功能基因，其中尚有功能基因，其中尚有42%的基因尚的基因尚 不知道功能不知道功能 人类基因组中存在人类基因组中存在“热点热点”和大片和大片 “荒漠荒漠”。在染色体上有基因成簇密。在染色体上有基因成簇密 集分布的区域，也有大片的区域只有集分布的区域，也有大片的区域只有 “

3、无用无用DNA” 不包含或含有极少不包含或含有极少 基因的成分。基因的成分。基因组上大约有基因组上大约有14 的区域没有基因的片段的区域没有基因的片段。 353的基因包含重复的序列的基因包含重复的序列。 这说明那些原来被认为是这说明那些原来被认为是“垃圾垃圾”的的 DNA也起重要作用，应该被进一步研也起重要作用，应该被进一步研 究。究。 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 DNA整体整体 切成切成 小段小段 小段和载体结合小段和载体结合 结合后进行测序结合后进行测序 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序

4、与分析课件 解决办法解决办法:通过相邻已知通过相邻已知 顺序作为探针筛选已有顺序作为探针筛选已有 的基因组文库的基因组文库 解决办法解决办法:利用其它宿主菌利用其它宿主菌 与载体重新构建文库与载体重新构建文库 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 酵母 大肠杆菌 果蝇 线虫 老鼠 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 基因变异与疾病基因变异与疾病 基因组测序与分析课件 大规模基因组测序大规模基因组测序 得到待测序列的一系列序列片段得到待测序列的一系列序列片段 这些序列片段覆盖待测序列这些序列片段覆盖待测序列 序列片段

5、之间也存在着相互覆盖或者重叠。序列片段之间也存在着相互覆盖或者重叠。 目标序列目标序列 序列碎片序列碎片 基因组测序与分析课件 （1）碱基标识错误）碱基标识错误 1. 片段组装的片段组装的4个主要问题个主要问题 基因组测序与分析课件 （2）不知道片段的方向）不知道片段的方向 基因组测序与分析课件 （3）存在重复区域）存在重复区域 基因组测序与分析课件 （4）缺少覆盖（）缺少覆盖（gap） 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 1、基因组、基因组DNA的奥秘的奥秘 u 遗传信息存贮在遗传信息存贮在4种字符组成的核酸序列中种字符组成的核酸序列中 u “天书天书”用遗传语言书写的人类遗传蓝本用

6、遗传语言书写的人类遗传蓝本 包含的信息量巨大包含的信息量巨大 更重要的是目前人类对它了解甚少更重要的是目前人类对它了解甚少 天书中只有天书中只有4个字符（碱基个字符（碱基A、T、G、C） 既没有段落，也没有标点符号既没有段落，也没有标点符号 是一个长度为是一个长度为3109的一维序列。的一维序列。 第三节第三节 基因组基因组DNA序列分析序列分析 基因组测序与分析课件 科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码科学家对这本天书了解最多的部分就是遗传密码 密码子的特点密码子的特点 （1）密码子的使用是非随机的）密码子的使用是非随机的 如果密码子的第一、第二位碱基是如果密码子的第一、第二位碱基是A

7、、U，那么第，那么第 三位将尽可能使用三位将尽可能使用G、C；反之亦然。；反之亦然。 如果三位都用如果三位都用G、C，则配对容易，分解难；三位，则配对容易，分解难；三位 都用都用A、U，则相反。，则相反。 一般地说，高表达的基因，要求翻译速度快，要一般地说，高表达的基因，要求翻译速度快，要 求密码子和反密码子配对快、分手也快。求密码子和反密码子配对快、分手也快。 基因组测序与分析课件 （2）密码子的使用有一定的统计规律）密码子的使用有一定的统计规律 对同义密码子的使用存在着偏爱对同义密码子的使用存在着偏爱 不同种属偏爱的密码子不同不同种属偏爱的密码子不同 人类基因组：人类基因组： 密码子第三位

8、取密码子第三位取A、U的情况占的情况占90% 而第三位取而第三位取G、C仅占仅占10% 密码子的使用偏爱性与密码子的使用偏爱性与基因功能基因功能 蛋白质结构蛋白质结构相关相关 基因组测序与分析课件 （3）密码子中的密码）密码子中的密码 三个碱基的位置与所编码的氨基酸性质存在着联系三个碱基的位置与所编码的氨基酸性质存在着联系 例如：例如： 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 u以以U作为第一位碱基作为第一位碱基 u中间位置碱基的性质与氨基酸是亲疏水性相关中间位置碱基的性质与氨基酸是亲疏水性相关 u疏水氨基酸的密码子，其第二位碱基是疏水氨基酸的密码子，其第二位碱基是U u亲水氨基酸的密码子，其第二位碱基是亲

9、水氨基酸的密码子，其第二位碱基是A u第二位碱基是第二位碱基是G、C的密码子所编码的氨基酸亲水的密码子所编码的氨基酸亲水 性、疏水性居中。性、疏水性居中。 基因组测序与分析课件 基因组信息基因组信息 人类基因组：人类基因组： 编码区域只占编码区域只占1%-3% 对于非编码序列，尚不清楚其含义或功能对于非编码序列，尚不清楚其含义或功能 非编码区域对于生命活动具有重要的意义非编码区域对于生命活动具有重要的意义 包括包括内含子内含子、简单重复序列、移动元件、伪基因、简单重复序列、移动元件、伪基因 重复序列重复序列: u 卫星（卫星（satellite）DNA u 小卫星（小卫星（mini-satel

10、lite）DNA u 微卫星（微卫星（micro-satellite） 顺式调控元件顺式调控元件: 启动子、增强子、沉默子启动子、增强子、沉默子 基因组测序与分析课件 2、探索遗传语言、探索遗传语言 n 用语言学的方法进行研究用语言学的方法进行研究 自然语言自然语言 计算机程序设计语言计算机程序设计语言 遗传语言遗传语言 n 二进制序列二进制序列0、1的长程关联性分析结果：的长程关联性分析结果： 编码区域编码区域 自然语言自然语言 蛋白质编码区域所包含的信息相当于待加工的蛋白质编码区域所包含的信息相当于待加工的“数据数据”，数，数 据经过加工处理以后产生对应的蛋白质；据经过加工处理以后产生对应

11、的蛋白质； 非编码区域非编码区域 程序设计语言程序设计语言 而非编码区域则相当于而非编码区域则相当于“程序程序”或或“指令指令”，确定如何在时，确定如何在时 间和空间方面控制基因的表达和蛋白质的合成间和空间方面控制基因的表达和蛋白质的合成 基因组测序与分析课件 n 用密码学方法进行研究用密码学方法进行研究 是否存在其它密码？是否存在其它密码？ 调控信息密码？调控信息密码？ 蛋白质结构的密码？蛋白质结构的密码？ n 编码在编码在DNA上的一维程序如何在四维时空中上的一维程序如何在四维时空中 控制生命体的生长发育？控制生命体的生长发育？ 基因组测序与分析课件 3、关于生物复杂性、关于生物复杂性 生

12、物的复杂性不仅仅是基因的数目生物的复杂性不仅仅是基因的数目 人类基因约为人类基因约为30000个个 线虫有线虫有20000个基因个基因 230000/220000=210000 103000 基因组测序与分析课件 4、基因组计划带来的希望、基因组计划带来的希望 n 实验数据的积累速度在迅速地增加实验数据的积累速度在迅速地增加 n 计算机科学和技术也在不断地发展计算机科学和技术也在不断地发展 基因组测序与分析课件 单个基因组分析单个基因组分析 基因序列基因序列 基因功能基因功能 基因的表达调控基因的表达调控 基因产物基因产物 基因多态性基因多态性 基因组测序与分析课件 比较基因组分析比较基因组分析 物种关系物种关系 物种进化物种进化 物种起源物种起源 基因组测序与分析课件 基因组测序与分析课件 人、鼠基因组比较人、鼠基因组比较 人基因组人基因组 鼠基因组鼠基因组 注：鼠染色体上的颜色和数字代表在人染色体上对应的片段。注：鼠染色体上的颜色和数字代表在人染色体上对应的片段。 老鼠约老鼠约75%的基因的基因 与人类