基因与基因组(2学时)-2014

基因与基因组学人类基因组和基因组学

基因组（genome）生殖细胞含1套基因组

1套来自父本生殖细胞体细胞含2套基因组

1套来自母本生殖细胞

完整的人类基因组包含：

1-22号常染色体核基因组

X和Y染色体

线粒体基因组EcoRⅠ属名种名菌株名酶的序号限制性内切核酸酶限制酶：能够识别DNA链的特定部位并能进行切割。HaeⅢ5’3’3’5’GGCCCCGG5’3’3’5’GGCCCCGGMboⅠ5’3’3’5’GATCCTAG5’3’3’5’GATCCTAGBamHⅠ5’3’3’5’GGATCCCCTAGG5’3’3’5’GCCTAGGATCCGPstⅠ5’3’3’5’CTGCAGGACGTC5’3’3’5’CTGCAGGACGTC限制性内切核酸酶EcoRⅠ属名种名菌株名酶的序号限制性内切核酸酶限制酶：能够识别DNA链的特定部位并能进行切割。HaeⅢ5’3’3’5’GGCCCCGG5’3’3’5’GGCCCCGGMboⅠ5’3’3’5’GATCCTAG5’3’3’5’GATCCTAGBamHⅠ5’3’3’5’GGATCCCCTAGG5’3’3’5’GCCTAGGATCCGPstⅠ5’3’3’5’CTGCAGGACGTC5’3’3’5’CTGCAGGACGTC限制性内切核酸酶重组DNA技术（recombinationDNAtechnique）指将目的DNA片段或人工合成的基因，通过载体在体外重组、转移并插入到另一种生物的基因组中，使其表达为新的性状或用于进一步的研究，是基因操作的核心技术。包括DNA克隆（DNAcloning）和分子杂交（molecularhybridization）。重组DNA构建转化扩增（克隆）分离和检测重组DNA重组DNA技术流程简图ligasevectorrestrictionendonucleaseforeignDNAbacterialcellhost限制性内切核酸酶限制酶：能够识别DNA链的特定部位并能进行切割。TypeⅠTypeⅡTypeⅢ

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人类基因组计划ＤＮＡ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（3×109bp）。第一节人类基因组计划美国政府决定于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）。人类基因组计划研究的主要成果和进展表现在这副图上

遗传图谱

又称为连锁图谱（linkagemap），指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离（1厘摩（cM）=减数分裂时两个基因间重组值为1%。）物理图谱

以定位的DNA标记序列如STS作为路标，以DNA实际长度即bp、kb、Mb为图距的基因组图谱。序列图谱

通过基因组测序得到的，以A、T、G、C为标记单位的基因组DNA序列

遗传图（geneticmap）

又称连锁图（linkagemap）

是将每条染色体上的基因或遗传标记的相对位置经连锁分析确定下来，构成图谱。遗传距离：连锁图中两个基因间图距单位

厘摩（cM）

1厘摩（cM）=减数分裂时两个基因间重组值为1%。第一代（1975）限制片断长度多态（RFLP）分布数量105

多态程度较低,利用价值受限第二代（1989）短串连复制序列长度多态(STR)分布数量＞104

高度多态第三代（1996）单核苷酸多态（SNP）分布数量3×106

一般为二态单体型分析DNA遗传标记多态性：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）。第一代多态性标记是RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism，限制性片段长度多态性）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2002年

硕士学位研究生入学分子遗传学试题第三代多态性标记是单核苷酸的多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）SNP：是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。人类99．9％的基因密码是相同的，而差异不到0．1％，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。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。l

物理图（physicalmap）是要将随机长度的DNA片断在染色体上的排列顺序确定下来。这些克隆DNA片断连接起来，形成重叠克隆群（Conting），再将一个个（Conting)相连成线状，覆盖整个染色体。这主要靠单拷贝DNA序列标定部位（STS）作路标来实现。

序列图（sequencemap）

是通过对基因组DNA进行碱基排列顺序分析而建立的。两种技术路线：

1.公共序列路线：即在物理图基础上，将各个BAC克隆片段切成更短的片段，形成亚克隆分别进行测序，再将相互重叠的读出序列组装成连续重叠线。2.“鸟枪法”测序路线：即直接将基因组DNA分割成20kb左右的小片段进行随机测序，再用超级计算机组装成重叠线。所形成的序列图称celera序列。

……………ACGTCCGATCGGTTCATGCC

TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC…………第二节DNA的鸟枪法序列分析技术一、DNA的鸟枪法测序原理

1999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

2000年3月用“全基因组鸟枪法”获得果蝇全基因组序列。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、大规模的末端测序。第三，序列集合。第四，填补缺口。Shotgun法序列拼接SequenceGap

三、ＤＮＡ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，导致判断失误基因图（genemap）

即在序列图基础上，用不同的方法测定各个基因所在区域位置。基因图测定方法：

1.CpG岛的应用：大多数持家基因和40%组织特异性基因5’端均存在CpG岛序列。制备

探针，染色体涂染指示基因位置分布。

2.计算机识别：研发计算机GRAIL系统，可识别每个基因区的外显子-内含子接头区保守序列。

3.cDNA策略：由组织细胞中表达mRNA，逆转录合成cDNA片段，称为表达序列标签（EST），将收获EST定位后，构建的图称为转录图，是人类基因图雏形。

二、人类基因组计划的进展状况

（1）截至1998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。（3）DNA测序技术飞速提高

1998.5.9.

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