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分子生物学基因组与比较基因组学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）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）（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生物的复杂程度与基因组大小的关系C值佯谬（C-ValueParadox）基因组中基因数目与基因组大小无关生物体单倍体基因组所含DNA总量称为C值EukaryotesGenomesize:80,000foldsGenecontent:40~50folds（3）类核基因组和核基因组的结构特点类核基因组

环状；基因排列紧密，较少非编码序列：“streamlined”核基因组

多线状；大小变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）（4）非编码序列（non-codingsequences）非编码的重复序列（核基因组）

(a)局部分布的重复序列（localizedrepeatedsequences）

串联式（tandem）的高度重复序列（highlyrepeatedsequences）(b)散布的重复序列（dispersedrepeatedsequences）

短的散布式重复序列（shortinterspersedelements,SINEs）长的散布式重复序列（longinterspersedelements,LINEs）内含子（intron）

I类（groupIintron）II类（groupIIintron）III类（groupIIIintron）核mRNA内含子（nuclearmRNAintron），即剪接体内含子（spliceosomalintron）核tRNA内含子（nucleartRNAintron）古细菌内含子（archaebacterialintron）（5）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、致密高等植物：复杂、不均一原生动物、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特例：伞藻属（Acetabularia），2000kb3.基因组学（Genomics）（1）结构基因组学（structuralgenomics）（2）功能基因组学（functionalgenomics）（3）进化基因组学（evolutionarygenomics）

基因组学的三个“时代”3.基因组学（1）结构基因组学（structuralgenomics）基因组结构（genomestructure）

种类、结构特点、种属特异性定位基因（genemapping）

遗传图谱（geneticmap）与物理图谱（physicalmap）测定基因组全序列（whole-genomesequencing）

结构基因组学研究的主要目标人类基因组计划（theHumanGenomeProject）之前，只测定过一些病毒（X174、、T4等）的基因组全序列PhageX174:5375nt结构基因组学的成就大大促进了生物信息学（bioinformatics）的发展（3）类核基因组和核基因组的结构特点内含子（intron）人类基因组计划（theHumanGenomeProject）之前，只测定过1996

古细菌Methanococcusjannaschii1,660kb或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处对基因组中基因本身的认识（基因的概念）果蝇1个基因/13kb2000拟南芥（Arabidopsisthaliana）120,000kb（4）非编码序列（non-codingsequences）拟南芥1个基因/5kb蛋白标记最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程串联式（tandem）的高度重复序列（highlyrepeatedsequences）第二代短串联重复序列（shorttandomrepeat,结构基因组学研究的主要目标（3）类核基因组和核基因组的结构特点2000黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）180,000kb基因组全序列的测定

1995

嗜血流感菌（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（目前已测定几十种微生物的全序列）

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人类基因组计划1.遗传图2.物理图3.序列图(*)4.转录图意义(p369)遗传图(1)又称为连锁图,基因(或DNA标志)在染色体上的相对位置(遗传距离).(2)基因的重组频率与两个位点的距离成正相关,重组频率表示遗传距离.连锁---不重组,重组率为0.(3)有专门的计算公式,对复杂重组计算可能不准确.(4)遗传标记

形态学标记

蛋白标记生物化学标记DNA标记第一代RFLP(限制性片段长度多态性)第二代短串联重复序列（shorttandomrepeat,STR,重复次数多态性,小卫星DNA,微卫星DNA)第三代SNP(单核苷酸多态性)物理图以已知DNA序列片段(序列标签位点,STS)为路标,以碱基对(bp)为基本测量单位的基因组图.STS只是基因组中单拷贝的短DNA序列.建立物理图,需要得到5套该基因组的DNA片段.(建立相互重叠的相连DNA片段群)比较准确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。代表性人类个体24条染色体,约30亿对核苷酸转录图在整个人类基因组中，只有1%～5%的DNA序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有10%的基因是表达的。如果能把某段DNA序列相应的mRNA确定下来，就抓住了基因的主要部分，即可转录部分。所以，一张人类基因组的转录图（也称cDNA图或表达序列图）才是人类基因图的雏形。cDNA片段----表达序列标签EST在整个人类基因组中，只有1%～5%的DNA序列为编码序列。（3）类核基因组和核基因组的结构特点02x1011Daltons=9.第二代短串联重复序列（shorttandomrepeat,基因组的种类与结构特点基因组结构（genomestructure）“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质通过比较，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）中变化很大蛋白质组学（proteomics）生物体单倍体基因组所含DNA总量称为C值（3）类核基因组和核基因组的结构特点大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术基因组的种类与结构特点（包括修饰后的各种蛋白质）”比较均一，85~292kb类核基因组（nucleoidgenome）DNA的鸟枪法序列分析技术1.基因组DNA大片段文库的构建:(1)YAC----酵母人工染色体(2)BAC----细菌人工染色体2.靶标鸟枪法(diretedshotgun)/Clonecontig法靶标鸟枪法:根据染色体上已知基因或遗传标签的位置来确定部分DNA片段的排列顺序,再逐步确定各片段在染色体上的相对位置.Clonecontig法:用稀有酶将待测基因组降解为数百kb的片段再测序.结构基因组学的成就大大促进了生物信息学（bioinformatics）的发展（2）功能基因组学（functionalgenomics）大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术

DNA芯片（DNAchip），即DNA微阵列（DNAmicroarray）基因功能的分析

基因剔除（geneknockout）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？DNAmicroarray（3）进化基因组学（evolutionarygenomics）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”的扩增有关基因和基