第九章基因组和比较基因组学

1、第九章第九章 基因组学和比较基因组学基因组学和比较基因组学 了解基因组计划实施及意义； 掌握基因组计划中的关键技术，四张图（物理图、遗传图、转录图、序列图）的绘制及鸟枪法测序的原理； 理解比较基因组学研究。2020世纪人类科技发展史上的三大创举世纪人类科技发展史上的三大创举 9090年代人类基因组计划年代人类基因组计划4040年代第一颗原子弹爆炸年代第一颗原子弹爆炸6060年代人类首次登上月球年代人类首次登上月球DNA DNA 双螺旋结构的发现者之一、美国国双螺旋结构的发现者之一、美国国家卫生研究院（家卫生研究院（NIHNIH）人类基因组研究）人类基因组研究所第一任所长所第一任所长J.D.Wa

2、tson 1990J.D.Watson 1990年在年在ScienceScience上撰文指出，与人类登月上撰文指出，与人类登月计划相比，计划相比，HGPHGP的资金投入少，但它对的资金投入少，但它对人类生活的影响却可能更深远。人类生活的影响却可能更深远。第一节第一节 基因组学概述基因组学概述 基因组（基因组（GenomeGenome） 19201920年年WinklesWinkles从从GENeGENe和和chromosOMEchromosOME铸铸成的，用于描述生物的全部基因和染色成的，用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念。体组成的概念。 1986 1986年美国科学家年美国科学家Th

3、omas RoderickThomas Roderick提出提出了基因组学（了基因组学（GenomicsGenomics）概念，）概念， 随之一随之一个新的科学杂志个新的科学杂志GenomicsGenomics同时诞生。同时诞生。GenomicsGenomics着眼于研究并解析生物体整个着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息。基因组的所有遗传信息。基因组（基因组（GenomeGenome）是生物体内遗传信）是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNADNA分子的总和。基因组应该指单倍体分子的总和。基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码

4、序列在内细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部的全部DNADNA分子。分子。 概念概念物种遗传信息的物种遗传信息的“总词典总词典”控制发育的控制发育的“总程序总程序”生物进化历史的生物进化历史的“总档案总档案”核基因组是单倍体细胞核内的全部核基因组是单倍体细胞核内的全部 DNADNA分子；分子；线粒体基因组则是一个线粒体所包含线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部的全部DNADNA分子；分子；叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部的全部DNADNA分子。分子。 基因组包括基因组包括 基因组学（基因组学（genomicsgenomics）是指研究并）是指研究并解

5、析生物体整个基因组的所有遗传解析生物体整个基因组的所有遗传信息的学科。信息的学科。 基因组学的概念基因组学的概念 基因组计划（基因组计划（Genome ProjectGenome Project）是）是指对人类以及其它生物体全基因组指对人类以及其它生物体全基因组的测序工作的测序工作(sequencing)(sequencing)。 人类基因组计划（人类基因组计划（Human Genome Human Genome ProjectProject，HGPHGP）：）：9090年代提出并已年代提出并已基本完成，是对人类全基因组的测基本完成，是对人类全基因组的测序工作。序工作。获得生物体全部基因组序列

6、获得生物体全部基因组序列鉴定所有基因的功能鉴定所有基因的功能明确基因之间的相互作用关系明确基因之间的相互作用关系阐明基因组的进化规律阐明基因组的进化规律 基因组学研究的最终目标基因组学研究的最终目标Fishing in a More Effective Way!CREDIT: JOE SUTLIFF Science, Vol 291: 1221. 基因组学包括基因组学包括3 3个不同的亚领域个不同的亚领域 结构基因组学（结构基因组学（structural genomicsstructural genomics） 功能基因组学（功能基因组学（functional genomicsfunction

7、al genomics） 比较基因组学（比较基因组学（comparative genomicscomparative genomics） 结构基因组学结构基因组学结构基因组学是通过结构基因组学是通过HGPHGP的实施来的实施来完成的。完成的。HGPHGP的内容就是制作高分辨率的人的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组和其它重要模式生物全部基因组DNADNA序列测定，因此序列测定，因此HGPHGP属于结构基属于结构基因组学范畴。因组学范畴。 物理制图物理制图 遗传制图遗传制图 基因组基因组DNADNA序列测定序列测定 创

8、建计算机分析管理系统创建计算机分析管理系统 包括以下研究内容包括以下研究内容通过通过HGPHGP获得的广泛基因组信息组成了结获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病提供每一个单基因遗传病提供“平台平台”，并，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。完成一个生物体全部基因组测序后即进完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序阶段入后基因组测序阶段- -详尽分析序列，描详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基

9、述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组学。因组学。 功能基因组学功能基因组学 鉴定鉴定DNADNA序列中的基因序列中的基因 同源搜索设计基因功能同源搜索设计基因功能 实验性设计基因功能实验性设计基因功能 描述基因表达模式描述基因表达模式 主要具体内容包括以下方面主要具体内容包括以下方面 主要研究策略主要研究策略 比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)(comparative genomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化便深入理解

10、每个基因组的功能和进化关系。关系。 比较基因组学比较基因组学 18601860至至18701870年年 奥地利科学家孟德尔根据奥地利科学家孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。结出孟德尔遗传定律。 19091909年年 丹麦植物学家和遗传学家约翰逊丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出首次提出“基因基因”这一名词，用以表达这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。孟德尔的遗传因子概念。 基因及基因组研究大事记基因及基因组研究大事记 19441944年年 3 3位美国科学家分离出细菌的位美国科学家分离出细菌的DNADNA（脱氧核糖核酸），并

11、发现（脱氧核糖核酸），并发现DNADNA是携带生是携带生命遗传物质的分子。命遗传物质的分子。 19531953年年 美国人沃森（美国人沃森（WatsonWatson）和英国人）和英国人克里克（克里克（CrickCrick）通过实验提出了）通过实验提出了DNADNA分分子的双螺旋模型。子的双螺旋模型。 19691969年科学家成功分离了第一个基因。年科学家成功分离了第一个基因。 19901990年年1010月月 被誉为生命科学被誉为生命科学“阿波罗登阿波罗登月计划月计划”的国际人类基因组计划启动的国际人类基因组计划启动（Official start of HGP with 3 Official

12、start of HGP with 3 billion $ and a 15 year horizonbillion $ and a 15 year horizon）。）。 19981998年年 一批科学家在美国罗克威尔一批科学家在美国罗克威尔（RockvilleRockville）组建塞莱拉遗传公司，）组建塞莱拉遗传公司，与国际人类基因组计划展开竞争。与国际人类基因组计划展开竞争。 19981998年年1212月月 一种小线虫完整基因组序一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是科学家第列的测定工作宣告完成，这是科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。一次绘出多细胞动物的基因组图谱。

13、19991999年年9 9月月 中国获准加入人类基因组计中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的划，负责测定人类基因组全部序列的1%1%。中国是继美、英、日、德、法之后第中国是继美、英、日、德、法之后第6 6个个国际人类基因组计划参与过，也是参与国际人类基因组计划参与过，也是参与这一计划的唯一发展中国家。这一计划的唯一发展中国家。 19991999年年1212月月1 1日日 国际人类基因组计划联合国际人类基因组计划联合研究小组宣告，完整破译出人体第研究小组宣告，完整破译出人体第2222对染对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体完

14、整基因序列的测定。成人体染色体完整基因序列的测定。20002000年年4 4月月6 6日日 美国塞莱拉公司宣布破译出美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整密码，但遭到不少科学一名实验者的完整密码，但遭到不少科学家的质疑。家的质疑。20002000年年4 4月底月底 中国科学家按照国际人类中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了基因组计划的部署，完成了1%1%人类基因人类基因组的工作框架图。组的工作框架图。20002000年年5 5月月8 8日日 德、日等国科学家宣布，德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第已基本完成了人体第2121对染色体的测序对染色体的测序工作。工作。2000200

15、0年年6 6月月2626日日 科学家公布人类基因组科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解读自身工作草图，标志着人类在解读自身“生生命之书命之书”的路上迈出了重要一步。的路上迈出了重要一步。20002000年年1212月月1414日日 美英等国科学家宣布绘美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。首次全部破译出一种植物的基因序列。20012001年年2 2月月1212日日 中、美、日、德、法、中、美、日、德、法、英英6 6国科学家和美国塞莱拉公司联合公国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果

16、。布人类基因组图谱及初步分析结果。 科学家首次公布人类基因组草图科学家首次公布人类基因组草图“基本基本信息信息”。20022002年人类基因组测序工作完成。年人类基因组测序工作完成。人类基因组包括人类基因组包括2323对染对染色体，单倍体细胞中约色体，单倍体细胞中约有有3030亿对核苷酸，编码亿对核苷酸，编码了了56万万个基因，人类个基因，人类基因组中携带了有关人基因组中携带了有关人类个体生长发育、生老类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息。病死的全部遗传信息。第二节人类基因组计划第二节人类基因组计划从整体上看，不同人类个体的基因是相同的，从整体上看，不同人类个体的基因是相同的，因此，人类只有

17、一个基因组，人生来说平等的。因此，人类只有一个基因组，人生来说平等的。当然，不同的人可能拥有不同的等位基因，这当然，不同的人可能拥有不同的等位基因，这一点决定了人与人之间个体上的差异。一点决定了人与人之间个体上的差异。二二000000年六月二十六日克林顿宣布人类基因组年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成草图绘制完成 由由31.6531.65亿亿bpbp组成组成 含含3 33.53.5万基因万基因 与蛋白质合成有关的基与蛋白质合成有关的基因占因占2%2%人类基因组人类基因组人类蛋白质人类蛋白质 61%61%与果蝇同源与果蝇同源 43%43%与线虫同源与线虫同源 46%46%与酵母同源与

18、酵母同源 人类基因组草图基本信息人类基因组草图基本信息2000年年6月公共领域测序计划工作框架图月公共领域测序计划工作框架图2001 2001 年年2 2月月1616日日 人类基因组人类基因组“精细图精细图”完成，完成，(99%),(99%),同时发表论文同时发表论文 美国美国 Science, Vol. 291, No. 5507 Science, Vol. 291, No. 5507 英国英国 Nature , Vol.409, p.860Nature , Vol.409, p.86020032003年年4 4月月1414日，人类基因组序列图亦称日，人类基因组序列图亦称“完完成图成图”（9

19、9.99%99.99%），提前绘制成功），提前绘制成功. . 人类基因组计划的科学意义人类基因组计划的科学意义 确定人类基因组中约确定人类基因组中约3-43-4万个编码基因万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。究基因的产物及其功能。 了解转录和剪接调控元件的结构与位置，了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。转录与转录后调节。 从整体上了解染色体结从整体上了解染色体结构，了解各种不同序列构，了解各种不同序列中形成染色体结构、中形成染色体结构、DN

20、ADNA复制、基因转录及表达复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。调控中的影响与作用。 研究空间结构对基因调节的作用。研究空间结构对基因调节的作用。 发现与发现与DNADNA复制、重组等有关的序列。复制、重组等有关的序列。 研究研究DNADNA突变、重排和染色体断裂突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病等，了解疾病的分子机制，为疾病诊断、预防和治疗提供理论依据。诊断、预防和治疗提供理论依据。 确定人类基因组中转座子、逆转座确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。列的性质。 研究人类个体之间的多态性（研究人类个体之间的多

21、态性（SNPSNP）情况，用于基因诊断、个体识别、情况，用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类学的研究。许多医疗、司法和人类学的研究。以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生物以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义的认基因组全序测定工作的科学意义与社会意义的认识（识（8 8分）分）中国科学院中国科学院20022002年硕士学位研究生入学分子遗传年硕士学位研究生入学分子遗传学试题学试题 测序手段测序手段- -基因组基因组DNADNA大片段文库的构建大片段文库的构建 YACYAC（yeast

22、 artificial chromosomeyeast artificial chromosome，酵母人工染色体）：含有三种必需成分：酵母人工染色体）：含有三种必需成分：着丝粒、端粒和复制起点。是迄今容量着丝粒、端粒和复制起点。是迄今容量最大的克隆载体，插入片段平均长度为最大的克隆载体，插入片段平均长度为200-1000 Kbp200-1000 Kbp，最大的可以达到，最大的可以达到2 Mbp2 Mbp。存在高比例的嵌合体，即一个存在高比例的嵌合体，即一个YACYAC克隆含克隆含有两个本来不相连的独立片段；有两个本来不相连的独立片段；部分克隆子不稳定，在转代培养中可能会部分克隆子不稳定，在转

23、代培养中可能会发生缺失或重排；发生缺失或重排；难与酵母染色体区分开，因为难与酵母染色体区分开，因为YACYAC与酵母与酵母染色体具有相似的结构。染色体具有相似的结构。操作时容易发生染色体机械切割。操作时容易发生染色体机械切割。YACYAC的主要缺点：的主要缺点： BAC（Bacterial artificial chromosome），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，其克隆能力在125150 Kbp左右。以BAC为基础的克隆载体形成嵌合体的频率较低，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，已被科学界广泛接受。 BAC的构建：的构建：pBAC108L来自

24、细菌来自细菌的一个小型的一个小型F质粒，质粒，其中其中oriS和和repE控制控制了质粒的复制起始，了质粒的复制起始，parB和和parA控制了拷控制了拷贝数。贝数。易于用电击法转化易于用电击法转化E.coliE.coli（转化效率比转（转化效率比转化酵母高化酵母高10-10010-100倍）；倍）；超螺旋环状载体，易于操作；超螺旋环状载体，易于操作；FF质粒本身所带的基因控制了质粒的复制；质粒本身所带的基因控制了质粒的复制；很少发生体内重排。很少发生体内重排。BACBAC的优点：的优点： 人类基因组计划的成果是多方面的，人类基因组计划的成果是多方面的，主要体现在鉴定基因的四张图上。主要体现在

25、鉴定基因的四张图上。 遗传图（遗传图（Genetic MapGenetic Map）又称连锁图（又称连锁图（Linkage MapLinkage Map），），是指基因或是指基因或DNADNA标记在染色体标记在染色体上的相对位置与遗传距离，通上的相对位置与遗传距离，通常以基因或常以基因或DNADNA片段中染色体片段中染色体交换过程中的分离频率厘摩交换过程中的分离频率厘摩（cMcM）来表示，）来表示，cMcM值越大，两值越大，两者之间距离越远。者之间距离越远。遗传图谱遗传图谱 转录图谱转录图谱0.7 cM 或或 kb 序列图谱序列图谱物理图谱物理图谱产生配子的减数分裂过程中，亲代同产生配子的减数

26、分裂过程中，亲代同“号号”的父源或母源染色体既能相互配对也可能的父源或母源染色体既能相互配对也可能发生片段互换，而父母源染色体等位基因发生片段互换，而父母源染色体等位基因互换导致子代出现互换导致子代出现DNA“DNA“重组重组”的频率与这的频率与这两个位点之间的距离呈正相关，所以，用两个位点之间的距离呈正相关，所以，用两个位点之间的交换或重组频率来表示其两个位点之间的交换或重组频率来表示其“遗传学距离遗传学距离”。由于不能对人类进行“选择性”婚配，而且人类子代个体数量有限、世代寿命较长，呈共显多态性的蛋白质数量不多，等位基因的数量不多。如果只用已知定位的少数几个基因作遗传标记，由于遗传标记的数

27、目太少，很难绘制完整的连锁图。DNA技术的建立为人类提供了大量新的遗传标记。 DNADNA分子标记分子标记简称分子标记，以简称分子标记，以DNADNA序列的多态性序列的多态性作为遗传标记。作为遗传标记。不受时间和环境的限制不受时间和环境的限制遍布整个基因组，数量无限遍布整个基因组，数量无限不影响性状表达不影响性状表达自然存在的变异丰富，多态性好自然存在的变异丰富，多态性好共显性，能鉴别纯合体和杂合体共显性，能鉴别纯合体和杂合体 优点优点 多态性：人的多态性：人的DNADNA序列上平均每几百序列上平均每几百个碱基会出现一些变异，并按照孟个碱基会出现一些变异，并按照孟德尔遗传规律由亲代传给子代，从

28、德尔遗传规律由亲代传给子代，从而在不同个体间表现出不同，因而而在不同个体间表现出不同，因而被称为多态性（被称为多态性（PolymorphismPolymorphism）。）。RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism）DNA序列上的微小变化，甚至序列上的微小变化，甚至1个核苷酸对变个核苷酸对变化，也能引起选择性内切酶切点的丢失或产生，化，也能引起选择性内切酶切点的丢失或产生，导致酶切片段长度的变化。导致酶切片段长度的变化。 第一代第一代DNADNA遗传标记遗传标记由于核苷酸序列的改变遍及整个基因组，由于核苷酸序列的改变遍及整个基因组，特别是进化中

29、选择压力不是很大的非编码特别是进化中选择压力不是很大的非编码序列之中，序列之中，RFLPRFLP的出现频率远远超过了经的出现频率远远超过了经典的蛋白质多态性。而且，只要选择得当，典的蛋白质多态性。而且，只要选择得当，生物体内出现共显性生物体内出现共显性RFLPRFLP及及RAPDRAPD分子标记分子标记的频率较高。的频率较高。 第二代第二代DNADNA遗传标记利用率存在于人类基遗传标记利用率存在于人类基因组中的大量重复序列因组中的大量重复序列重复单位长度在重复单位长度在15-6515-65个核苷酸左右的小个核苷酸左右的小卫星卫星DNADNA，重复单位长度在，重复单位长度在2-62-6个核苷酸之

30、个核苷酸之间的微卫星间的微卫星DNADNA，又称简短串联重复（，又称简短串联重复（STRSTR、STRPSTRP或或SSLPSSLP，short tandem repeat short tandem repeat polymorphismpolymorphism或者或者simple sequence simple sequence length polymorphismlength polymorphism）。）。SSLP markersSSLP markers分子标记分子标记中的显性和共显多态性中的显性和共显多态性分子机制。图中第一种分子机制。图中第一种类型是最常见的显性多类型是最常见的显性

31、多态性标记，第态性标记，第2 2，3 3，4 4类都是共显性标记。类都是共显性标记。 ：引物：引物 W W：野生型：野生型 M M：突变型：突变型STRPSTRP的优点是的优点是“多态性多态性”与与“高频率高频率”。由于（由于（A A）n n，（，（CACA）n n，（，（CGGCGG）n n等短重复等短重复序列在进化上不受选择，在同一位点上可重序列在进化上不受选择，在同一位点上可重复单位数量变化很大，配对时又容易产生复单位数量变化很大，配对时又容易产生“错配错配”，使这样的位点遍布于整个基因组。，使这样的位点遍布于整个基因组。已有已有52645264个个STRPSTRP为主体的遗传标记为主体

32、的遗传标记“连锁连锁图图”，平均分辨率已达，平均分辨率已达600kb600kb，其中第，其中第1717号染色体上平均每号染色体上平均每495 kb495 kb有一个标记，第有一个标记，第9 9号染色体上平均每号染色体上平均每767 kb767 kb有一个标记，有一个标记，整个基因组中只有三处标记间距大于整个基因组中只有三处标记间距大于4Mb4Mb。人类基因组微卫星遗传标记图人类基因组微卫星遗传标记图真核生物基因组中的真核生物基因组中的DNADNA重复序列主要有哪些类重复序列主要有哪些类型？简要说明基因组重复序列可能的生物学意义型？简要说明基因组重复序列可能的生物学意义以及基因组重复序列在分子标

33、记研究中的应用。以及基因组重复序列在分子标记研究中的应用。 （1212分）分）中国科学院中国科学院20022002年硕士学位研究生入学分子遗传年硕士学位研究生入学分子遗传学试题学试题 第三代多态性标记：第三代多态性标记： 单核苷酸的多态性（单核苷酸的多态性（single nucleotide single nucleotide polymorphismpolymorphism，SNPSNP）SNPSNP：是由于单个核苷酸改变而导致：是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。的核酸序列多态。人类人类99.999.9的基因密码是相同的，而差异的基因密码是相同的，而差异不到不到0.10.1，不同人群

34、仅有，不同人群仅有140140万个核苷酸万个核苷酸差异。这些差异是由差异。这些差异是由“单一核苷酸多样性单一核苷酸多样性”（SNPSNP）产生的，它构成了不同个体的遗传）产生的，它构成了不同个体的遗传基础。在整个基因组序列中，人与人之间基础。在整个基因组序列中，人与人之间的变异仅为万分之一，从而说明人类不同的变异仅为万分之一，从而说明人类不同“种属种属”之间并没有本质上的区别。之间并没有本质上的区别。SNPSNP与与RFLPRFLP和和STRSTR标记的主要不同之处在标记的主要不同之处在于，它不再以于，它不再以DNADNA片段的长度变化作为检片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记

35、。测手段，而直接以序列变异作为标记。 物理图物理图以已知核苷酸序列的以已知核苷酸序列的DNADNA片段（序列片段（序列标签位点，标签位点，sequence-tagged sitesequence-tagged site，STSSTS）为）为“路标路标”，以碱基对作为基，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。本测量单位（图距）的基因组图。酵母第三号染色体物酵母第三号染色体物理图（左）与遗传图理图（左）与遗传图（右）比较（右）比较 转录图转录图以以ESTEST（expressed sequence tag expressed sequence tag ，表达序列标签）为标记，根据转录顺表达序

36、列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。序的位置和距离绘制的图谱。ESTEST：通过从：通过从cDNAcDNA文库中随机挑选文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分的克隆进行测序所获得的部分cDNAcDNA的的55或或33端序列称为表达序列标签端序列称为表达序列标签（ESTEST），一般长），一般长300-500bp300-500bp左右。左右。 序列图（分子水平的物理图）序列图（分子水平的物理图）序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。既包括可转录序列，也是最详尽的物理图。既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、

37、调节序列也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的总和。和功能未知序列的总和。人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最高层次、最详尽的物理图。测定总长约高层次、最详尽的物理图。测定总长约1 1米、米、由由3030亿个核苷酸组成的全序列是人类基因组亿个核苷酸组成的全序列是人类基因组计划的最终目标。计划的最终目标。不同种族、不同个体的基因差异（基因组的不同种族、不同个体的基因差异（基因组的多样性）以及多样性）以及“正常正常”与与“疾病疾病”基因的差基因的差异，只是同一位点上等位基因的差异，所以，异，只是同一位点上等位基因的差异，所以，人类基因组全系列

38、来自一个人类基因组全系列来自一个“代表性人类个代表性人类个体体”，不属于任何供体。，不属于任何供体。研究发现，人类基因组与其它动物基因组中研究发现，人类基因组与其它动物基因组中染色体水平上有染色体水平上有“共线共线”（即同源）现象。（即同源）现象。人类第人类第2121号染色体号染色体HSA21HSA21位点与小鼠第位点与小鼠第1616号号染色体染色体MMU16MMU16，MMU17MMU17和和MMU10MMU10连锁图中存在连锁图中存在着广泛的同源性。着广泛的同源性。第三节第三节 DNADNA的鸟枪法序列分析技术的鸟枪法序列分析技术 DNADNA的鸟枪法测序原理的鸟枪法测序原理1999199

39、9年年1212月用月用“逐个逐个克隆法克隆法”获得第一条获得第一条人类染色体人类染色体-22-22号染号染色体完成序列。色体完成序列。20002000年年3 3月用月用“全全基因组鸟枪法基因组鸟枪法”获得果蝇全基因获得果蝇全基因组序列。组序列。 DNADNA的鸟枪法测序的优缺点的鸟枪法测序的优缺点 优点：速度快优点：速度快 缺点：缺点：随着所测基因组总量增大，所需测序随着所测基因组总量增大，所需测序的片段大量增加。的片段大量增加。高等真核生物（如人类）基因组中有高等真核生物（如人类）基因组中有大量重复序列，导致判断失误。大量重复序列，导致判断失误。 对鸟枪法的改进对鸟枪法的改进 Clone contigClone contig法：首先用稀有内切酶把法：首先用稀有内切酶把待测基因组降解为数百待测基因组降解为数百kbkb以上的片段，以上的片段，再分别测序。再分别测序。 靶标鸟枪法（靶标鸟枪法（directed shotgundirected shotgun）：首）：首先根据染色体上已知基因和标记的位置先根据染色体上已知基因和标记的位置来确定部分来确定部分DNADN