第十五章 生物化学与新生物技术

第十五章

生物化学与新生物技术

基因组genome基因组是生物体内全部遗传信息的集合一个物种单倍体的一套染色体DNA几个代表物种的基因组大小基因组学genomics发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，研究生命体（包括人类）全部基因组结构及功能的学科基因组学研究的最终目标获得生物体全部基因组序列鉴定所有基因的功能明确基因之间的相互作用关系阐明基因组的进化规律

人类基因组计划的科学意义在于：（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。

（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。（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进化提供重要的结构上的依据。（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。

（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。Hi塘st依or歌y与of妹t贷he唤H励um词an肺G舍en集om疏e拨Pr获oj安ec披t19万90护O惯ff棕ic活ia肺l尘st驳ar砖t求of采H讽GP首w每it诸h史3洗bi醋ll底io针n葛$骗an捞d恼a愈15晚y地ea咱r右ho吓ri滚zo抵n.19损99泳Sa赶ng葡er繁C资en耳tr秘e颗pu封bl煌is裕he融s帅ch陷ro约mo稿so径me暴2扰220缩慧01决D钉ra踢ft攻G颈en门om芬e党pu五bl盖is幅he磁d:剥C楚el不er疲a潮&瞧Pu泄bl朴ic20叙03使C耻om颈pl妻et套io恼n都(a揉lm雁os雄t)余o膝f淹Hu登ma聪n啊Ge屑no避meCe罢le占ra奥:Cr靠ai汤g呢Ve父nt侵erIn恋tl银.敞Co矿ns骄:Fr娃an川ci准s渔Co吃ll好in登s人类肥基因录组计克划HG奸P所有徒的标秒记都闸必须虚具有走多态渣性由于牛不能塑对人万类进消行“得选择节性”疫婚配雀，而仪且人茅类子笛代个兼体数捡量有喇限、竟世代分寿命衬较长昼，呈突共显励多态照性的餐蛋白天质数圈量不露多，情等位部基因猎的数周量不辨多。形态当标记细胞北学标台记生化度标记DN尺A分子娇标记遗传异标记物理困图物理吹图是自指以宿已知谣核苷俱酸序车列的DN锤A片段晃为“菊路标怨”，领以碱久基对船（bp，kb，Mb）作揉为基浙本测孙量单虎位（铲图距骗）的稻基因扁组图蓄。酵母爆第三愈号染虾色体复遗传旬图（杯右）退和物结理图蛾（左薯）的既比较策略用机注器进野行自灿动测佩序，床一次秒可读40默0－80漆0个碱咽基，晶由于却测定销的序慨列长泻度有南一定阻限制缺。克隆渡重叠盟群法鸟枪酬法克隆腊重叠胳群法将基围因组DN葵A切割柔长度趟为0.颜1M研b－1M性b的大醒片段咏，克寻隆到YA怪C或BA赞C载体惑上然后鼠再进耍行亚赛克隆纺，分潜别测范定单款个亚经克隆熔的序槽列再装势配、雅连接单成连侮续的DN炮A分子描。这是绩一种博自上架而下笑（up筝t桂o蹦do弯wn）的测导序策扩略cl茶on模e-若by眨-c嫁lo挥ne算m输et超ho咐d鸟枪复法将较做长的递基因舅片段娃打断宁，构寸建一萝系列若的随落机亚情克隆山，然车后测恒定每慰个亚绝克隆姜的序湾列，脸用计年算机动分析倡以发怪现重裙叠区饮域，详最终潜对大疾片段窃的DN屿A定序抹。全基帮因组凯鸟枪外法测候序主搂要步检骤：建立与高度顾随机怪、插剃入片岂段大腐小为2k环b左右罪的基甘因组尤文库厚。克诊隆数势要达培到一屿定数笼量，窗即经驶末端提测序掉的克仪隆片徐段的绪碱基脚总数眠应达鸭到基堤因组5倍以来上。高效庄、大偶规模跟的末炼端测钟序。们对文邪库中政每一突个克鼓隆，顽进行浪两端处测序序列哭集合别。填补沾缺口雅。有巧两种抹待填崭补的喉缺口急，一国是没俱有相应应模萄板DN照A的物伪理缺生口，蹈二是探有模为板DN浸A但未刊测序剖的序落列缺拍口。测序拾技术Sa小ng孔er双脱毫氧链挤终止瓜法Ma舍xa恶m-G窄il瞧be证rt化学嚷修饰内法高通议量测丽序技底术高通氏量DN欧A序列装分析枕技术人类锄基因本组计泥划的羽成功赞很大虎程度零上得妻益于曾有效凭减少DN专A测序搁成本点的技罗术更晃新。振通过折改良编测序瞧方法管，不用断提差升其咐自动邪化程坛度，DN绒A测序浇的成桶本降画低了10诵0倍，再从20世纪70狼-8余0年代$1锅0/陆bp降低行到本唤世纪驳初$0侍.1粱/b付p！如果呈一个抗熟练外的DN症A序列衡分析棵人员耐采取余早期80年代链方法即每天岩测定10稀00bp计算纪，人浩类基段因组侍（约3×乓10寸9b多p）的票全序秋列分抽析，清至少姨也得贫需要10贵0名这话样的踪蝶工人键花上10狼0年的览时间驱才能霸完成堵。而20系00年代亲的高咬通量原测序杯仪可朽达到磁月测更序1-哨6Mb梯p！第二史代测半序技丝式术•揪“N平ex爸t报Ge渡ne附ra萌ti司on床”–宏Ro公ch纹e翠45原4：Py欧ro左se塞qu劈燕en世ci祝ng–So压le网xa展/I斜ll孤um害in轨a：cy梢cl哀ic殊al饱b叹as才e格ad牙di作ti驰on–沟AB异ISO四Li吨D：se乔qu捉en死ci往ng恨b束y孕li字ga奶ti爬onIl畏lu义mi烂na良/逆S拦ol胆ex清aGe寄no滨me晚A破na尖ly更ze剑r20缺00撑M过b羞/见ru逐nAp腰pl租ie驾d次Bi电os恒ys真te为msAB农I滥37亮30强XL1悲Mb部/猪d升ayRo躲ch准e巧/进45测4Ge熟no谊me怒S妇eq勺ue齿nc朽er快FL风X10孟0奇Mb无/沸r委unAp草pl欧ie芝d甚Bi孝os芬ys惕te责msSO糕Li闷D30赔00灯M倘b座/北ru燃n功能励基因嫩组学在完块成一须个生睁物体峰全部践基因志组测萝序的响基础录上，牛详尽你分析刚基因糟组的址序列旗，鉴缎定基宅因组名全部梯基因乖的功衣能，捞描述盯各个牌基因庆的表糖达和罩调控专模式后。转录粥组学研究床某一酬特殊歇功能攀状态贵的细貌胞全住套RN找A的类阔型与距拷贝牲数；鼓比较嫌不同舞功能滚状态膀下RN隙A表达库的变病化，泪搜寻霜与功左能状贷态变主化紧姨密相锄关的鄙重要昆基因邀群。萌此研冰究领播域的些常用己技术李是生往物芯剃片技零术。蛋白斯质组朵学指蛋抓白质小组研旦究领取域，阁即研赞究某导一特巴定状踢态的掩细胞县全套号蛋白逮质表爷达谱脊。此里研究睛领域歼常用田技术讲有蛋翁白质菜双向兆电泳炒、飞菌行质跪谱、蛛蛋白倍质芯既片技敢术等售。转录帝组指一吸个细兰胞内蒜的一跌套RN获A转录恰物，闯包含迹了某钉一环慕境条看件、衣某一共生命伯阶段蜂、某殖一生概理或割病理创（功炸能）洋状态逼下，迫生命骗体的共细胞仙或组衡织所漏表达浴的基滨因种炼类和习水平河。mR黑NA小RN喇A：mi贷RN续A、si轰RN稍A蛋白椒质组指一耀个细摇胞内矩的全型套蛋姑白质慎，即红研究秆某一丑特定笑状态赖的细郑胞全腥套蛋伐白质陪表达蓬谱。宫此研伴究领朵域常锯用技鹅术有酷蛋白丘质双么向电赞泳、颜飞行虏质谱仁、蛋渗白质凳芯片崭技术烛等。与基亲因组吧不同痕的是闹，转匹录组柳、蛋培白质魔组的归定义魄中包惩含了绢时间律和空糖间的烛限定立。转录威组学趴基本豆研究践方法Re翻al暖-t扣im遗e睁PC叶R基于薪杂交密的转汁录组百学方偷法基因杠芯片基于蠢测序喂的转语录组俯学方天法ES需T全长cD裳NA文库SA意GE第二竟代测扣序技帜术生物径信息押学分朗析：伐基因扛表达炎聚类生物炭芯片在载允体材咏料上奸，以抖大规扇模阵姻列的慰形式蔽排布搜了不俩同的丙蛋白震质或心核酸奶等生雷物分割子，杠形成邀可与道目的铲靶分冒子相务互作葵用，新并进孙行反墨应的题固相岂表面证。DN它A芯片通过扎微阵设列(M穗ic棒ro晶ar赖ra区y)技术谣将高但密度DN揪A片段疯阵列马通过编高速劳机器晚人或效原位仰合成晶方式筛以一荣定的稻顺序好或排塔列方礼式使穴其附挪着在夹固相章表面文，以本荧光酱标记休的DN网A探针湿，借就助碱连基互拍补杂耽交原去理，秆进行拾大量罩的DN农A检测基因巨组芯荒片表达醒芯片芯片多载体玻璃躬片、墙硅片去、尼康龙膜董、凝撤胶、谊金属对载垫体进换行化触学修助饰，堤活化炎试剂啊通过凳化学罪反应路在载比体表大面键毕合上史活性鲜基团岔，以租便与界配基雀结合园，形坡成具洒有生贩物活徐性的缩慧亲和会表面吐，用顿于固关定蛋权白质旋和核娃酸活化企试剂霸：ED诉C、NH系S活性津基团驾：氨疮基、幼环氧思化物虫、巯栋基、勉醛基基因炼芯片婚的探沃针寡核香苷酸Ol寨ig巧ocD肤NA：PC鞠R产物Sp颠ot暮te屈d弄Mi耻cr厕oa夫rr颜ay贸scD策NAAr培ra至ysOl项ig考oAr姥ra膨ysIn嗽S投it仔uOl席ig吼oSy对nt钱he扎si纵sPh独ot敲os急yn阳th地es狮isPl墓an脾er肃s叼ur晶fa戒ceMi晌cr夺of之lu叼id荣ic皱sch披ipE-半fi奏el奋d坑sy门nt恼he作si勒sIn隐te偏gr羡at睡ed略C购hi部psIn便te把gr惯at幼eduF,纱mi误cr猴oa径rr怕ay毕a尿nd锅d捷et扒ec厦ti央on黑c芽hi从ps云w吸it斧h塞PC挖R,皂f拿lu调or灵es动ce篇nc晕e螺or贵e弃-d蛋et亦ec者ti孔onMi纳cr曾of肤lu画id勺ic杯sPl方as塌ti薯csCe跨ra辽mi炸csSi抓li巩co闯nOt远he贼r谅ma究te磨ri呜al诱s不同武的生第物芯砍片技烦术平芽台点样系芯片原位驳合成田芯片微流煎体芯语片整合肠型芯悬片点样流芯片非接额触式接触毯式预先畅合成袭好的是探针卸通过贩类似外于喷租墨打里印机给的技偿术喷种射到攀玻璃练基片呀表面笼，或摧者用吊针头欲点在思片基昏上。原位晃合成激光氏照排虑技术光源遮蔽板芯片ar槽ra竖y静pr懒ob再esA伶3×3氏ar泰ra上yCGACGACACGAGCGAGCNu界cl边eo数ti惊de滥D叨ep库os描it堵io际n偿Se碍qu滴en五ce符A清CGAMask1AAAAA探针钱合成ar许ra啊y椒pr歉ob姻esA溪3×3圈ar霸ra陈yCGACGACACGAGCGAGCNu年cl耽eo爱ti挑de迟D相ep个os愤it陡io塞n丹Se见qu扁en傅ce宴A酿CGC

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