基因组和比较基因组学课件

1、第十章基因组与比较基因组学第十章基因组与比较基因组学20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划40年代第一颗原子弹爆炸60年代人类首次登上月球20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划4人类基因组计划的鸟枪法序列分析技术比较基因组学及功能基因组研究Contents人类基因组计划Contents一、人类基因组计划的启动 1986年，诺贝尔奖获得者R.Dulbecco（杜尔贝科）提出人类基因组计划测出人类全套基因组的 DNA 碱基序列（ 3 109 bp ）。第一节人类基因组计划一、人类基因组计划的启动 1986年，诺贝1975年，获诺贝尔生理医学奖1975年，获诺

2、贝尔生理医学奖基因组和比较基因组学课件 美国政府决定于 1990年正式启动HGP，预计用 15 年时间，投入 30 亿美元，完成 HGP。 由国立卫生研究院和能源部共同组成“人类基因组研究所” 逐渐地，HGP 扩展为多国协作计划，参与者包括：英、日、法、德和中国（1993年）。 美国政府决定于 1990年正式启动HGP，预二、人类基因组计划的进展状况（1）截至 2019 年 10 月，完成 1.8 108bp，占计划的 6。（2）完成一系列模式生物全基因组测定。 这些模式生物全基因组测定的完成有重大理论与现实意义。二、人类基因组计划的进展状况（1）截至 2019 年 1（3）DNA 测序技术飞

3、速提高 2019.5.9. J.C. Venter 等宣布，组建商业公司，投入 3 亿美元，3 年内完成。 接着又有若干家公司成立，总共投入资金约几十亿美元，形成“公”“私”并进格局。（3）DNA 测序技术飞速提高 2019.基因组和比较基因组学课件 2000.6. 完成并公布人类基因组工作框架图( 90%)。 2000.6. 完成并公布人类基因组工作框架二000年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成二000年六月二十六日克林顿宣布 美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯柯林斯在介绍情况。 美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯柯林斯在介绍情况。人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成

4、含33.5万基因与蛋白质合成有关 的基因占2%人类基因组人类蛋白质61%与果蝇同源43%与线虫同源46%与酵母同源人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成人类基因组人类蛋2000年6月公共领域测序计划工作框架图2000年6月公共领域测序计划工作框架图 2000 年 12 月美、英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。 2000 年 12 月美、英等国科学家宣布2019年2月16日 人类基因组“精细图”完成(99%)。2019年2月16日同时发表论文 美国 Science, Vol. 291, No. 5507 英国Nature , Vol.40

5、9, p.860同时发表论文 美国 Science, Vol. 291DNA测序胶图DNA测序胶图 2019年4月14日，人类基因组序列图亦称“完成图”（99.99%），提前绘制成功。 2019年4月14日，人类基因组序三、人类基因组计划的科学意义（1）确定人类基因组中约5万个编码基因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。（2）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转录与转录后调节。三、人类基因组计划的科学意义（1）确定人类基因组中约5万个编（3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录“框架序列”的大小和组织，了解各种不同序列在形

6、成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。（4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表达调控规律。（3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录“框（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分子基础。局部DNA的推迟复制、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常发育，因此，了解与人类DNA正常复制和重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传与

7、进化提供重要的结构上的依据。（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制保（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因治疗。（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制（8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化

8、等许多医疗、司法和人类学的研究。此外，这些遗传信息还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁移以及人类与其他物种之间的比较。（8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用于基因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识（8分） 中国科学院2019年 硕士学位研究生入学分子遗传学试题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遗传图谱转录图谱0.7 cM 或 kb 序列图谱物理图谱100 kbSTS map四张图：物理图、 转录图遗传图 、序列图 四、HGP的主要任务遗传图谱转录图谱0.7 cM 或 kb 序列图谱物理图谱

9、10、 遗传图（连锁图）指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。cM（基因或DAN片段在染色体交换过程中分离的频率）、 遗传图（连锁图）多态性：人的DNA序列上平均每几百个碱基会出现一些变异（variation），并按照孟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，因而被称为多态性（Polymorphism）。 多态性：人的DNA序列上平均每几百个碱基会出现一些变异（va第一代多态性标记是RFLP（restriction fragment length polymorphism，限制性片段长度多态性）第一代多态性标记是RFLP（restriction frag基因组和比较

10、基因组学课件 第二代多态性标记是短的串联重复序列 包括小卫星DNA和微卫星DNA，其多态性主要来自重复序列拷贝数的变化 第二代多态性标记是短的串联重复序列小卫星DNA由15-65bp的基本单位串联重复而成，长度一般不超过20kb。重复次数（小卫星DNA区的长度）在人群中是高度变异的；按照孟德尔的规律遗传微卫星DNA/简短串联重复（STR、STRP或SSLP）重复单元2-8bp，通常重复10-60次CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC小卫星DNA由15-65bp的基本单位串联重复而成，长度一真核生物基因组中的DNA重复序列主要有哪些类型？简要说明基因组重复序

11、列可能的生物学意义以及基因组重复序列在分子标记研究中的应用 （12分）中国科学院2019年 硕士学位研究生入学分子遗传学试题真核生物基因组中的DNA重复序列主要有哪些类型？简要说明基因第三代多态性标记是单核苷酸的多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）SNP：是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。第一军医大学2019年分子生物学 第三代多态性标记是单核苷酸的多态性SNP：是由于单个核苷酸改人类999的基因密码是相同的，而差异不到01，不同人群仅有140万个核苷酸差异。这些差异是由“单一核苷酸多样性”（SNP）产生的，它构成了不同个体的遗传基础。在整个基

12、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“种属”之间并没有本质上的区别。 人类999的基因密码是相同的，而差异不到01，不同人SNP与RFLP和STR标记的主要不同之处在于，它不再以DNA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。SNP与RFLP和STR标记的主要不同之处在于，它不再以DN基因组和比较基因组学课件2、物理图 以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，sequence-tagged site,STS）为“路标”，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。2、物理图基因组和比较基因组学课件3、转录图 以EST（expressed sequence

13、tag ，表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。EST：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5或3端序列称为表达序列标签（EST），一般长300-500bp左右。 3、转录图EST：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序4、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，也是最详尽的物理图。1m 既包括可转录序列，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。4、序列图（分子水平的物理图）2000年6月公共领域测序计划工作框架图2000年6月公共领域测序计划工作框架图人类基因组计划的鸟枪法序列分析技术比较基因

14、组学及功能基因组研究Contents人类基因组计划Contents第二节 DNA的鸟枪法序列分析技术 一、DNA的鸟枪法测序原理第二节 DNA的鸟枪法序列分析技术 一、DNA的鸟枪法测序原 2019 年 12 月用“逐个克隆法”获得第一条人类染色体 22号染色体完成序列 2019 年 12 2000 年3 月用“全基因组鸟枪法”获得果蝇全基因组序列。 2000 年3 月用“全基因组鸟枪法”获得果蝇全基因2000年6月公共领域测序计划工作框架图2000年6月公共领域测序计划工作框架图二、DNA的鸟枪法测序的主要步骤 第一，建立高度随机、插入片段大小为2kb左右的基因组文库。 第二，高效、大规模的

15、末端测序。 第三，序列集合。 第四，填补缺口。 二、DNA的鸟枪法测序的主要步骤 第一，建立高度随机、插入片Shotgun法序列拼接Sequence Gap Shotgun法序列拼接Sequence Gap 三、的鸟枪法测序的优缺点优点：速度快 缺点：随着所测基因组总量增大，所需测序的片段大量增加高等真核生物（如人类）基因组中有大量重复序列，导致判断失误三、的鸟枪法测序的优缺点优点：速度快 基因组和比较基因组学课件基因组和比较基因组学课件人类基因组计划的鸟枪法序列分析技术比较基因组学及功能基因组研究Contents人类基因组计划Contents一、比较基因组学(Comparative Geno

16、mics) 概念：是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。 第三节比较基因组学及功能基因组学研究一、比较基因组学(Comparative Genomics)物种完成年份总长度/Mp已完成总长的百分数/%占常染色质百分数/Mb基因数/Mb酵母20191293100483线虫20199699100197果蝇20001166497117拟南芥200011592100221人类第21染色体200034751007人类第22染色体201934709716人类全基因组(Public Sequence)20192693849012人类全基因组(Celera Sequence)201926548399-9315基本完成DNA序列分析的真核生物基因组比较物种完成年份总长度/Mp已完成总长的百分数/%占常染色质百分二、功能基因组学研究1. 概念：利用结构基因组学提供的信息，以高通量，大规模实验方法及统计与计算机分析为特征，全面系统地分析全