基因组的结构与功能

关于基因组的结构与功能第1页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三概念概念

基因(gene)：

基因组(genome)：基因是指DNA分子中参与编码特异的蛋白质（多肽链）或RNA的一段核酸序列。“基因组(genome)”一词是1920年Winkles从GENes和chromosOMEs两词中取其部分组成的。泛指一个细胞或一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，基因组是指一套（单倍体）染色体DNA。例如，人类基因组包含了细胞核染色体DNA（22条常染色体和X、Y两条性染色体）和线粒体DNA所携带的所有遗传物质。第2页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三不同生物体中DNA的大小和基本特征不同生物体中DNA的大小和基本特征千碱基对长度(cm)染色体数(单倍体)形状病毒病毒SV405.20.000171环状噬菌体X1745.40.000181线性单链噬菌体原核生物460.00151线性大肠杆菌40000.131环状真核生物酵母10000.03317果蝇410001.44人28000004.123病毒基因组结构简单，所含结构基因很少；原核生物基因组所含基因数量较多，且有较为完善的表达调控体系；真核生物基因组所含基因数量巨大，表达调控系统也更为精细。第3页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三顺反子(cistron)：由结构基因转录生成的mRNA序列称为顺反子。单顺反子(monocistron)：一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链，此相应的mRNA序列称为单顺反子。真核生物基因的转录产物为单顺反子。多顺反子(polycistron)

：原核生物中，大多数功能相关的结构基因成簇地串联在一起，形成操纵子，由操纵子控制转录生成的mRNA是多顺反子。顺反子顺反子第4页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三病毒基因组第一节第一节病毒基因组第5页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三一、病毒基因组核酸的主要类型一、病毒基因组核酸的主要类型按照核酸的性质、基因组结构及复制的特点，可以将病毒基因组分为以下几种类型。单链正股DNA双链DNA

单链正股RNA

单链负股RNA

双链RNARNA病毒基因组所携带的遗传信息一般都在同一条链上，序列与mRNA相同的为正股(+)，与mRNA互补的为负股(–)。在DNA中，不同基因可以不同的链作为转录模板，很难严格的定义为正股或负股。因此，有的病毒DNA有正股和负股之分，有的则没有。第6页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三二、病毒基因组结构与功能的特点二、病毒基因组结构与功能的特点

1.

不同病毒基因组大小相差较大

2.

不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸

3.

病毒基因组有连续的也有不连续的（流感病毒由8条单链RNA分子构成，呼肠孤病毒10条双链RNA片段构成）

4.

病毒基因组的编码序列大于90％

5.

单倍体基因组(逆转录病毒基因组有两个拷贝)

6.

基因有连续的和间断的（与宿主有关）

7.

相关基因丛集

8.

基因重叠

9.

病毒基因组含有不规则结构基因

(1)

几个结构基因的编码区无间隔

(2)

mRNA没有5端的帽结构

(3)

结构基因本身没有翻译起始序列10.一种病毒基因组只是一种核酸乙肝病毒3.2kb，痘病毒300kb第7页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三原核生物基因组第二节第二节原核生物基因组第8页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三一、原核生物基因组结构与功能的特点一、原核生物基因组结构与功能的特点1.

基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成，无核膜包裹。转录与翻译偶联在一起。

2.

基因组中只有1个复制起始点

3.

具有操纵子结构，转录单位一般是多顺反子

4.

编码顺序一般不会重叠

5.

基因是连续的,无内含子,转录后不需要剪切

6.

编码区大约占50％

7.

基因组中重复序列很少

8.

具有编码同工酶的基因

9.

细菌基因组中存在着可移动的DNA序列,包括插入序列和转座子

10.

DNA分子中具有多种功能的识别区域(如复制起始区、复制终止区、

转录启动区和终止区等),这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列

11.不同的原核生物基因组中的GC含量相差较大

第9页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三二、质粒

(一)概念二、质粒(plasmid)质粒的一些特性与特征1.

只能在宿主细胞内进行独立复制和扩增2.

分子量一般为106~108，小型质粒长度一般为1.5~15kb3.

质粒对宿主细胞的生存不是必需的4.

携带的遗传信息能赋予细菌特定的遗传性状质粒是细菌细胞内携带的染色体外的DNA分子，是共价闭合的环状DNA分子。能独立复制的最小遗传单位。()一概念第10页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三质粒与宿主细胞的关系（1）质粒对宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主细胞中，既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒照样的生存下去。（2）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的（酶和蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。（3）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能，作为对宿主细胞的补偿（“交房租”）。（4）质粒赋于宿主各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），使宿主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基因：Ampr酶，水解β-内酰胺环,解除氨苄毒性,使细菌抗氨苄。Tetr膜蛋白,可阻止四环素进入细胞,使细菌抗四环素。第11页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三4.质粒发现和研究意义

1）理论意义质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源研究的一块重要基石。

2）实践意义是基因工程的重要载体（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达。

①质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌质粒可以传递就可能会传到外。第12页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三②作为基因工程载体的3个特点：

A.都能独立自主的复制；

B.都能便利的加以检测（抗生素抗性）；

C.都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提质粒）。质粒符合上述3个条件。基因工程中主要使用人工构建的质粒。第13页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三第14页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(二)质粒的遗传控制1.

复制调控系统––控制质粒的拷贝数2.

分配系统––使质粒在细菌分裂过程中精确分配到子细胞中3.

细胞分裂控制系统––能够抑制细胞分裂，使细胞分裂与

质粒复制协调4.

位点特异重组系统––高拷贝质粒在菌体内有形成多聚体的倾向，但在分裂时又必须拆开成单体，这样才能保证质粒向子代细胞的平均分配。控制这一过程的诸多因子构成位点特异重组系统

质粒的不相容性：具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌，这种现象称为质粒的不相容性。当一个宿主菌中的两个质粒的复制起始位点不同时，它们有各自的分配系统来精确调节它们在子代细胞中的分配，两种质粒可在子代细胞中稳定共存。二质粒的遗传控制()质粒能在不断增殖的细胞中以一定的拷贝数稳定遗传，主要取决于4个不同的系统的精细调节。

第15页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(三)质粒的类型1.

接合型质粒、可移动型质粒和自传递型质粒三质粒的类型()细菌能够通过接合作用在细菌之间传递质粒。接合型质粒––只能使细菌接合，本身不能被传递；可移动型质粒––可动被传递，但不能使细菌接合；接合型与可移动型共存时，能传递可移动型质粒；自传递型质粒––具备接合型和可移动型两种质粒的功能，可以自传递，如F质粒。2.

严谨型和松弛型质粒严谨型质粒––

低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒；松弛型质粒––

高拷贝数质粒，每个细菌内可达10~60个或更多；3.

窄宿主谱及广宿主谱质粒窄宿主质粒––

存在于一种或数种密切相关的宿主；广宿主质粒––

可以在不同科、属、种细菌之间传递；第16页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三第17页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三三、转位因子

(一)转位因子的类型及特征

1.插入序列三、转位因子(transposableelement)1.插入序列(insertionsequence，IS)

转位因子

––是指能够在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段，即可移动的基因成分。在细菌中，则指可在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片段。（文献上有时形象地称其为是跳跃基因，jumpinggene）。转位也是DNA重组的一种形式。()一转位因子的类型及特征细菌的转位因子包括插入序列、转座子及可转座的噬菌体。TSTranspcsasegeneTSIRIRTStargetsite靶位点Transposasegene转位酶基因IRinvertedrepeated反向重复顺序第18页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三（1）IS是一类较小的转位因子，长度约700-2000bp，按发现顺序IS1、IS2…命名，只携带转移的必需基因，不含有其它偏码蛋白质结构基因，本身没有表型效应。（2）IS两侧为反向（倒转）重复顺序（16-41bp），中间为转位酶基因，在插入新的位点侧有3~116p顺向重复顺序（directrepeatedsequence）,DR是靶位点序列复制的产物。（3）IS到处活动，可以插入到E.coli染色体的各个位置上，也可以插入到质粒和某些噬菌体基因组上，甚至同一基因不同位点上。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入IS这种移动方式称为转位作用（transposition）。（4）在一个世代的107细菌中有1次插入。*TR（反向倒转重复序列）GGAAGGT、、、ACCTTCCCCTTCCA、、、TGGAAGG*DR（正同向重复序列）：TACGTTACGT第19页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三2.转座子

3.可转座的噬菌体2.

转座子(transposon，Tn)Tn是一类较大的可移动成分根据Tn的结构特征不同，Tn可以分为三类：

(1)复合型Tn––由一个基因序列及两侧臂构成，两侧臂即为IS序列或类IS序列。(2)TnA

族

Tn––两端没有IS或类IS组件，由三部分组成，两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功能相关的基因(编码转座酶)及抗生素抗性基因等。(3)

接合型Tn––可以在不同细菌间通过接合进行转移的Tn,它们没有末端反向重复序列，转座后也不产生顺向重复序列。3.

可转座的噬菌体(transposablephage)

是一类具有转座功能的溶源性噬菌体,包括Mu和D108等。第20页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(二)转位因子的几个遗传效应()二转位因子的几个遗传效应

1.转座因子的转座不是本身移动

2.

转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的两侧，形成同向重复序列

3.转座过程中能够形成共整合体

4.转座因子转座后能促使染色体畸变

5.转座因子可以从原来位置上切除

6.转座可引起插入突变

7.转座因子携带有标志基因

第21页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三带有内解离区(res位点)的转座因子主要以复制性转座为主；不带解离区的转座因子以简单转座为主。简单转座(单纯转座)复制性转座转位作用解离位点DNA聚合酶复制新链共整合(三)转位作用的机制()三转位作用机制受体DNA

供体DNA：表示靶位点转座子靶位酶在靶位点处错位切开箭头处表示连接的末端第二次切割转座子,与供体DNA完全分离开DNA聚合酶完成靶位点的复制通过重组过程解离酶在两个转座子拷贝之间把共整合体分开连接单纯转座复制转座连接第22页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三四、细菌基因组学研究及意义四、细菌基因组学研究及意义基因组学––就是测定细菌全基因组序列，把细菌全基因组序列的知识和分析序列的情报工具接合起来，研究细菌的毒力和致病性的一门学科。意义彻底搞清病原微生物的致病机制加快重要致病基因的发现速度寻找病原菌特异的DNA序列，提高临床诊断的效率和准确性为筛选有效药物及发展疫苗提供参考第23页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三第三节真核生物基因组真核生物基因组第三节第24页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三一、真核生物基因组的特点一、真核生物基因组的特点

1.

真核生物基因组以染色体形式储存于细胞核内,DNA为线性，除了配子(精子和卵子)为单倍体外,体细胞内的基因是双倍体。转录在细胞核，翻译在胞质。此外，真核生物还具有闭环双链的线粒体DNA

2.

真核生物基因组>>原核生物基因组,结构复杂,有多个复制起始点,每个复制子的长度较小且大小不一

3.无基因重叠

4.转录单位一般是单顺反子

5.含有大量的重复序列

6.非编码序列(NCS)占90％以上

7.真核生物基因是断裂基因

8.功能相关的基因构成各种基因家族,它们可串联在一起,亦可相距很远,但即使串联在一起的成簇的基因也是分别转录的

9.真核生物基因组中也存在一些可移动的DNA序列,其移动多被RNA介导第25页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三二、真核生物基因组的结构

(一)结构基因二、真核生物基因组的结构按基因产物的功能特性，通常将直接参与物质代谢的功能蛋白质、参与细胞组成的结构蛋白质编码的基因称为结构基因；参与蛋白质合成所需的rRNA和tRNA编码的基因也属于结构基因。一结构基因()指能转录成rRNA、tRNA、mRNA的核苷酸序列。真核生物的结构基因是不连续的(断裂基因)，编码氨基酸的序列被非编码序列隔开。基因与基因间的非编码序列为间隔DNA(spacerDNA)基因内非编码序列称为内含子(intron)基因内被内含子分隔开的编码序列称为外显子(exon)。第26页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(二)顺式调控元件二顺式调控元件()顺式调控元件亦称顺式作用元件(cis-actingelements)，是指那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异识别和结合的DNA序列。包括启动子、上游启动元件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。

*反式作用因子(trans-actingelements)––能直接或间接地识别或结合在各顺式调控元件8~12bp的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。第27页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三1.启动子

2.上游启动子元件启动子1.(promoter)启动子是RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列。启动子有方向性，位于结构基因转录起始点的上游，本身并不被转录。真核生物的启动子元件是TATA盒(TATAbox)，核心序列是TATA(A/T)A(A/T)。上游启动子元件2.(upstreampromoterelements)是TATA盒上游的一些特定的DNA序列。反式作用因子与这些元件结合后，可调控基因的转录效率。上游启动子元件包括CAAT盒、CACA盒及GC盒等。CAAT盒核心序列：5-GGNCAATCT-3CAAT盒核心序列：5-GCCACACCC-3GC盒核心序列：5-CCGCC-3第28页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三3.启动子

4.增强子5.加尾信号反应元件3.(responseelements)增强子4.(enhancer)加尾信号5.一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的DNA序列结合，调控基因的表达。这种特异的DNA序列由于能介导基因对细胞外的某种信号产生反应被称为反应元件，实际上也是顺式作用元件。是含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。反式作用因子与这些元件结合后能够调控(通常为增强)邻近基因的转录。增强子内含负调控序列，称为负增强子(negativeenhancer)，又称沉默子(silencer)。在结构基因最后一个外显子中有一个保守的AATAAA序列，这个序列对于mRNA转录终止和加poly(A)尾是必不可少的。此位点下游有一段GT或T丰富区，此区与AATAAA序列共同构成poly(A)加尾信号。mRNA转录到此部位后，产生AAUAAA和随后的GU(或U)丰富区。与RNA聚合酶结合的延长因子可以识别这种结构并与之结合，然后在AAUAAA下游10~30个碱基的部位切断RNA，并加上poly(A)尾。第29页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(三)基因家族基因家族––是指核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性，具有类似功能的一组基因。*同一个家族的基因成员是由同一祖先基因进化而来，同源性最高的可达100％(即多拷贝基因)。同源性也可以很低，只有一小段序列相同。*在多基因家族中的基因，其编码产物常常具有相似的功能，而在基因超家族中，则有许多基因的编码产物在功能上毫无相同之处。三基因家族()(genefamily)––亦称多基因家族(multigenefamily)第30页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三基因家族的类型根据家族内各成员同源性的程度，基因家族主要有以下几种类型:1.

核苷酸序列相同––实际上是多拷贝基因。如rRNA基因家族，tRNA基因家族，组蛋白基因家族等。2.

核苷酸序列高度同源3.

编码产物具有同源功能区某些具有家族成员之间，基因全长序列的相似性可能较低，但基因编码的产物具有高度保守的功能区。如src癌基因家族4.

编码产物具有小段保守基序有些基因家族中各成员的DNA序列可能并不明显相关，而所编码的产物缺具有共同的功能特征，存在小段保守的氨基酸基序。5.

基因超家族(supergenefamily)

由多基因家族及单基因组成的更大的基因家族。成员间有不同程度的同源，但功能并不相似。最经典的基因超家族是免疫球蛋白基因超家族。6.

假基因––在多基因家族中，某些成员并不能表达出有功能的产物，这些基因称为假基因，用表示。基因家族的类型

第31页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(四)重复序列1.

高度重复序列(＞105次)2.

中度重复序列(101~105次)

中度重复序列散在分布于基因组中，常与单拷贝基因间隔排列，约占基因组DNA总量的35％。3.

单拷贝序列(一次或少数几次)

大多数编码蛋白质的结构基因都属于这一类。多拷贝序列四重复序列()根据出现频率的不同可将DNA序列分为三类：第32页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(五)真核生物基因组中的转座子

(六)端粒五真核生物基因组中的转座子()六端粒()(telomere)真核生物基因组中,一些中度重复序列往往是可移动的。①

其中一部分可移动成分的结构与原核基因组的转位因子相似,是通过DNA介导的。②另外一些中度重复序列的转移成分则与一般细菌中的转移成分不同,要先转录成RNA,载逆转录生成cDNA,然后重新整合到基因组中,这种逆转录旁路的转移成分称为逆转录转座子(retroposon)。以线性染色体形式存在的真核基因组DNA的末端所存在的一种特殊结构，称为端粒，仅在真核细胞染色体末端存在。端粒的主要功能是保护线性DNA的完整复制、保护染色体末端、决定细胞的寿命等。第33页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三原核基因组、真核基因组、病毒基因组比较（供参考）

原核基因组真核基因组病毒基因组1.生物学特征类核、无核膜转录、翻译有核膜,录在核,译在浆DNA或RNA不共存1个V颗粒(一

同一个区间进行 般利用宿主机制转录、翻译)2.染色体数目单倍体配子为单倍体、体细胞双倍体单倍体、逆转录病毒除外3.核酸分子结构双链环状DNA分子双链线型以单链DNA，双链RNA突出4.基因组大小5000多个基因（E.coli）5~10万（2.8万）3~几百个5.核酸类型DNA DNA DNA或RNA6.核酸数目中（）多（）少（）7.结构基因连续性无内含子，连续基因有内含子、断裂基因真核病毒不连续、原核连续8.重叠基因无 无 有9.操纵子结构有，多顺反子无操纵子结构、单顺反子无操纵子结构10.重复顺序大量重复顺序有、少有、少11.编码区/非编码区50%，50%5%、95%95%、5%12.基因家族（） √ （）13.假基因（） √ （）14.可移动基因√√ （）15.端粒× √ （） 16.复制方式半保留 半保留 多样第34页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三三、人类基因组的组织结构特征三、人类基因组的组织结构特征1.人类基因组的DNA总量约为3×109bp2.编码序列＜5％3.非编码序列占95％以上

非编码序列中有一部分是启动子、增强子、内含子等序列4.含有大量的重复序列第35页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(一)人类基因组的重复顺序

1．反向重复顺序一人类基因组的重复顺序()1．反向重复顺序(invertedrepeats)①两个反向排列的拷贝之间隔着一段间隔顺序另一种形式是两个拷贝反向串联在一起，中间没有间隔顺序，这种结构也称回文结构(palindrome)。

GGAAGGT、、、ACCTTCCCCTTCCA、、、TGGAAGG––是指两个顺序相同的拷贝在DNA链上呈反向排列。有两种形式人类基因组约含5％的反向重复序列散布于整个基因组中，常见于基因组调控区内，可能与复制转录的调控有关。

第36页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三2.串联重复顺序2．串联重复顺序(tandemrepeats)––是指具有一个固定的重复单位，该重复单位头尾相连形成重复顺序片段。约占整个人类基因组的10％。串联重复顺序

编码区串联重复顺序非编码区串联重复顺序大卫星DNA小卫星DNA微卫星DNA大卫星DNA

(macrosatelliteDNA)

也称为经典卫星DNA，总长度100kb~几个Mb(重复单位5~70bp)。小卫星DNA

(minisatelliteDNA)

由中等大小的串联重复顺序构成，卫星DNA总长度约为0.1~20kb，分布在所有染色体，往往位于近端粒处。小卫星DNA又分为高度可变(重复单位9~24bp)和端粒DNA(重复单位2~20bp)。微卫星DNA

(microsatelliteDNA)

分布在所有染色体，其重复单位为1~5bp，重复次数10~60次左右，其总长度常小于150bp。第37页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三3.散在重复顺序3．散在重复顺序(interspersed

repeats)散在重复顺序短散在核元件(shortinterspersednuclearelements，SINEs)，由150~300bp的重复单位组成，拷贝数可达几十万个,其中最主要的是Alu重复序列家族，为灵长类基因组特有。长散在核元件(longinterspersednuclearelements，LINEs)，重复单位长度为5~6kb，拷贝数可达1~4万个。较典型的是KpnⅠ重复顺序。许多散在重复序列家族为转座元件(transposableelements)，转座元件是一类可以在不同染色体区域移动的不稳定的DNA元件。––人类基因组DNA中的重复顺序，除串联重复、反向重复外，其余归为散在重复顺序。第38页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三(二)人类基因组中的DNA多态性DNA序列的多态性：人类基因组个体之间存在的差异。二人类基因组中的多态性()DNADNA序列的多态性DNA位点多态性(DNAsitepolymorphism)

––是由于等位基因间在特定位点上DNA序列存在差异造成的。

限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP)

DNA位点多态性可影响限制酶的切割位点，造成限制性片段长度多态性，即用同一种限制酶消化不同个体的DNA时，会得到长度各不相同的限制性片段类型。串联重复顺序多态性(tandemrepeatspolymorphism)也称为可变数目的串联重复序列(variablenumberoftandemrepeat，VNTR)––小卫星DNA多态性和微卫星DNA多态性第39页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三四、基因组学与人类基因组计划

(一)基因组学四、基因组学与人类基因组计划它是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系以及基因之间相互作用的科学。一基因组学()(genomics)根据研究的重点分为：结构基因组学功能基因组学比较基因组学结构基因组学(structuralgenomics)：通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。功能基因组学(functionalgenomics)：

利用结构基因组学提供的信息，进行基因和非基因序列功能的研究。比较基因组学(comparativegenomics)：比较不同生物间基因和基因组结构的差异，以增进对基因功能的了解、阐明物种进化关系。第40页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三遗传图谱转录图谱物理图谱序列图谱0.7cM或1kb100kbSTSmapHGP所从事的4张图谱(二)HGP的主要研究内容二的主要研究内容()HGP人类基因组计划(HumanGenomeProject，HGP)研究内容是完成人类基因组的四种图谱遗传图谱物理图谱序列图谱转录图谱第41页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三1.遗传图谱遗传多态性：在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%

。遗传标记：等位基因、RFLP(限制性片段长度多态性)、MS(微卫星)、SNP(单核苷酸多态性)等。遗传距离：在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率。距离单位：厘摩(cM，centi-Morgan),1cM表示每次减数分裂的重组频率为1％。指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离。它以具有多态性的遗传标记(细胞减数分裂时同源染色体发生交换的DNA区段)为“路标”，以重组频率为图距的基因组图。反映染色体上两点之间的连锁关系。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。1.遗传图谱(geneticmap)/连锁图谱(linkagemap)第42页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三2.物理图谱指DNA序列上各遗传标志间的物理距离，是把遗传图谱中克隆群上的DNA片段按实际的物理位置进行排序所构建的图谱。距离单位为bp/kb/Mb。1cM的遗传距离大致上相当于1Mb的物理距离。物理图谱反映的是DNA序列上两点之间的实际距离，而遗传图谱则反映这两点之间的连锁关系。在DNA交换频繁的区域，两个物理位置相距很近的基因或DNA片段可能具有较大的遗传距离，反之亦然。物理图谱的目标：是在基因组中每100kb设一个标志点(即“路标”)，目前最满意的是以已定位的DNA(探针)序列STS(sequencingtaggedsite，序列标记位点)作为“路标”。至今已测定了40000个以上的STS，平均图距(即分辨率)可达100kb。

2.

物理图谱(physicalmapping)第43页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三3.序列图谱以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱。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。遗传图谱与物理图谱都是为了绘制序列图谱而建的。目前的策略是把庞大的基因组分成若干个有路标的区域后，再着手进行序列分析。序列分析需要用一个区域的DNA片段重叠群使测序工作不断延伸，为此，序列标签位点(STS)被用作任何两个片段(上百个bp)间的重叠区域，使分别被测的短序列进行正确的拼接。序列图谱的基本策略是建立DNA小片段的重叠群并尽可能地降低重叠部分所占的比例以提高效率和降低成本。

3.序列图谱(sequencemapping)第44页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三4.基因图谱

基因图谱实际上是一种转录图谱(transcriptionmap)，又称cDNA(complementaryDNA)计划。它是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。是以表达序列标签(expressionsequencetag，EST)为标志绘制的。34,10034,150Kb4.基因图谱(genemapping)第45页，讲稿共54页，2023年5月2日，星期三人类基因组计划简介人类基因组计划简介1985年，美国能源部已提出‘HGP’，形成草案。1986年，RenatoDulbecco(诺贝尔奖获得者)在Science上发表题为“癌症研究的转折点——人类基因组的全序列分析”的短文，在此短文影响下，许多国家着手进行HGP。1990年，HGP正式启动1993年，对HGP的目标进行了修正1999年9月，中国加入该计划，测定3号染色体上的30Mb。2003年4月14日，人类基因组计划宣布完成20世纪科学史上的三个里程碑