分子生物学本基因组及基因组学概论

分子生物学本基因组及基因组学概论第一页，共三十五页，2022年，8月28日

3基因组（Genome）一、基因组与基因组学概论二、病毒基因组特点三、原核生物基因组特点四、真核生物基因组特点五、人类基因组特点第二页，共三十五页，2022年，8月28日一、基因组与基因组学概论

1.基因组的概念一种生物或一种遗传系统的所有基因（遗传物质）的组合染色体组（chromosomeset）基因组（genome）第三页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点（1）种类类核基因组（nucleoidgenome）

即原核基因组（prokaryoticgenome）核基因组（nucleargenome）

即真核基因组（eukaryoticgenome）细胞器基因组（organellegenome）

线粒体基因组（mitochondrialgenome）叶绿体基因组（chloroplastgenome）第四页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点其他

病毒基因组（virusgenome）质粒DNA（plasmidDNA），又称染色体外DNA（extrachromosomalDNA）第五页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点（2）大小基因组大小（genomesize）一般以单倍体基因组的核酸量来衡量，单位有pg（10-12g）、Dalton（道尔顿）、bp或kb、Mb等1pg=6.02x1011Daltons=9.8x108bp第六页，共三十五页，2022年，8月28日生物的复杂程度与基因组大小的关系第七页，共三十五页，2022年，8月28日生物的基因组大小及其变化原核生物的genomesize一般都比较小，且变化范围也不大（最大/最小约为20）。细菌基因组一般可含500~8000个基因。由于原核生物基因组中的非基因DNA（non-genicDNA）的含量较少，因此它们的基因组大小与其所含的基因数目是相对应的真核生物的genomesize一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达8万）第八页，共三十五页，2022年，8月28日真核生物C值佯谬（C值反常现象）（C-valueparadox）C值：基因组的大小通常以一个基因组中的DNA含量来表示，称为生物体的C值。C值矛盾：C值和它进化复杂性之间并没有严格的对应关系第九页，共三十五页，2022年，8月28日

第十页，共三十五页，2022年，8月28日

第十一页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点（3）类核基因组和核基因组的结构特点类核基因组

环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的DNA序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列核基因组

多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）第十二页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点（4）细胞器基因组线粒体基因组在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）中变化很大多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处第十三页，共三十五页，2022年，8月28日第十四页，共三十五页，2022年，8月28日第十五页，共三十五页，2022年，8月28日2.基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组叶绿体基因组比较均一，85~292kb（大部分都在120~160kb之内）；特例：伞藻属（Acetabularia），2000kb第十六页，共三十五页，2022年，8月28日Acetabularia第十七页，共三十五页，2022年，8月28日第十八页，共三十五页，2022年，8月28日IR:

InvertedRepeatSSC:SmallSingleCopyregionLSC:LargeSingleCopyregion第十九页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（Genomics）把基因组作为研究对象的学科（1）结构基因组学（structuralgenomics）（2）功能基因组学（functionalgenomics）（3）进化基因组学（evolutiongenomics）基因组学的三个有代表性“时代”第二十页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（1）结构基因组学（structuralgenomics）以全基因组测序为目标的基因结构研究，弄清基因组中全部基因组中全部基因的位置和结构，为基因功能的研究奠定基础。其目的是建立高分辨率的遗传图谱、物理图谱、转录图谱（表达图谱）和序列图谱（分子水平的物理图谱）第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日基因组全序列的测定

1995

流感嗜血菌（Haemophilus

influenzae）1,830kb

枝原体Mycoplasma

genitalium

580,070bp，预计有500个基因

1996

古细菌Methanococcus

jannaschii1,660kb

酿酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）12,068kb，近6,000个潜在的蛋白质编码基因，近150个rRNA基因，近300个tRNA基因，还有几十个核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子RNA（snoRNA）基因

1997

大肠杆菌（Escherichia

coli）4,639kb

（目前已测定一百多种微生物的全序列）

多细胞生物

1998秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis

elegans）97,000kb2000黑腹果蝇（Drosophila

melanogaster）180,000kb2000拟南芥（Arabidopsis

thaliana）120,000kb2000（6月）人类（Homosapiens）3,120,000kb第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（1）结构基因组学（structuralgenomics）常用的研究方法全基因组随机测序（全基因组鸟枪战略）：先打断DNA测序，然后作图（1）用机械方法打断DNA，建立插入片段约2Kb的高度随机基因组文库（2）高效、大规模的两末端测序（3）用有关软件对测序克隆片段进行序列集合（4）用适当的方法填补缺口第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（2）功能基因组学（functionalgenomics）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，全面系统地分析全部基因的功能。研究的角度包括：生物学功能、细胞学功能、发育学功能等第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（2）功能基因组学（functionalgenomics）对基因组中基因本身的认识（基因的概念）编码蛋白质的基因编码功能RNA的基因

非编码的DNA也可以是基因？第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（2）功能基因组学（functionalgenomics）研究技术和方法转基因技术反义核酸技术SNP技术P159基因敲除技术和基因敲入技术P159-161基因表达系列分析技术(SAGE)P171RNA选择性剪接机制P173原位杂交技术P175定点突变技术P175RNA干扰技术P178-179cDNA微阵列技术（基因芯片技术）P180生物信息学技术第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（3）进化基因组学（evolutiongenomics）在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化比较基因组学（comparativegenomics）

——进化基因组学的初始阶段第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日3.基因组学（3）进化基因组学（evolutionarygenomics）通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日不同生物基因组中基因的平均密度生物基因组中基因的平均密度

细菌1个基因/1kb酵母1个基因/2kb线虫1个基因/5kb拟南芥1个基因/5kb果蝇1个基因/13kb人类1个基因/40kb

密度的变化与基因组进化中调控元件和“非基因DNA”

的扩增有关第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日药物基因组学药物的疗效和毒副作用的个体差异大多源于基因差异（基因多态性）药物基因组学是主要以阐明药物代谢、药物转运和药物靶分子的基因多态性与药物作用包括疗效和毒副作用之间的关系的一门科学，是新兴的研究领域。第三十页，共三十五页，2022年，8月28日应用开辟全新的药物开发领域合理用药与个性化治疗基因检测用于药物的临床和临床前研究第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日4.蛋白质组学（proteomics）

P196（1）蛋白质组（proteome）“一个基因组所表达的蛋白质”“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质（包括修饰后的各种蛋白质）”“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构与活性”

（2）蛋白质组学研究蛋白质组的科学目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日（3）蛋白质组学的研究技术二维凝胶电泳（双向电泳技术）——蛋白质的分离技术等电聚焦及SDS质谱——蛋白质的分析技术蛋白质免疫印迹实验（Westernblotting）——蛋白质检测技术凝胶阻滞实验（EMSA）——研究蛋白质与DNA相互关系