第五章 基因组学与蛋白质组学

第五章基因组学与蛋白质组学

基因组（genome)是指一个物种的单倍体的染色体数目，又称染色体组。它包含了该物种自身的所有基因。

基因组学（genomic)是指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱）、核酸序列测定、基因定位和基因功能分析的科学。包括结构基因组（structuralgenomic)和功能基因组（functionalgenomic)5.1基因组学的概念寻找致病基因的过程及与四张图谱的关系5.2.1遗传图谱(连锁图谱):基因组内基因及专一的多态性DNA标记相对位置的图谱,是根据DNA重组原理用遗传学距离来排定在染色体上的相对位置。通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率,用厘摩(centimorgan,cM)来表示相对距离1cM概念即每次减数分裂的重组频率为1%,重组率代表两基因间的距离,距离越近,两个基因连锁越紧密,重组率越小人类基因组平均遗传长度为3300cM,细胞遗传学研究表明:在产生一个种系细胞的减数分裂过程中,平均的交换次数为33次,而人类DNA物理长度大约为30亿个碱基对,据此推测1cM约等于1,000,000碱基对的物理长度5.2基因组学的图谱第一代标记:限制性片段长度多态性(RFLP)

RFLP是指不同个体基因组内的核苷酸序列因某种原因产生碱基突变后，改变了某种限制性内切酶的剪切位点，使此酶在该位点不能剪切，形成了长度不等的限制性片段。这些限制性片段在不同个体间呈现的多态性现象称为限制片段长度多态性。RFLP的特点：在基因组研究和基因定位克隆应用中具有重要价值。可在遗传图谱和物理图谱之间起桥梁作用，又可以作为致病基因的连锁标记，确定致病基因与标记的位置和连锁关系，寻找致病基因遗传图谱的发展产生机制：DNA复制或修复过程中，碱基错配导致一个或几个重复单位的缺失或插入。MS的特点：分类多、分布广泛、高度多态性、杂合性高、重组率低、信息含量多第二代标记:微卫星DNA(microsatelliteDNA,MS)或短串联重复序列(STR):由1-6bp个碱基组成的串联重复序列,由于其重复单位短小,又可以叫做简单序列DNA最常见的是双核苷酸重复,即(CA)n和(TG)n,n可以是10-60,多位于基因的内含子或非翻译区等非编码渠内，其高度多态性多来源于串联数目的不同第三代标记：单核苷酸多态性（SNP）：指不同个体基因组DNA序列中同一位置上的单个核苷酸的差异，差异在群体中所占比例均大于1%，就人类基因组而言，大约每1000bp就有一个SNP，那么整个基因组可能有300万个SNP位点SNP的分类：一类是位于基因编码序列、决定蛋白质结构和功能的SNP，称为互补SNP(complementarySNP,cSNP)；另一类是位于基因调控序列中的单核苷酸多态性，称为SNP。MS的应用：可绘制高分辨率的遗传连锁图，并为基因组全序列测定及基因分离奠定基础，也可以是物理图的标志，促进了遗传图和物理图的整合SNP的优越性：a、位点丰富，在基因组中具有较大的覆盖率，覆盖密度可达1%；b、用DNA芯片及微阵列技术可对上万个SNP进行分型分析，分析量大，可弥补凝胶分析手段的不足；c、可选择具有群体特异性的SNP进行关联分析，有助于确定染色体狭窄区段内是否存在靶基因。SNP的应用：连锁分析、疾病关联分析、多基因疾病的基因定位、发病机理、个体识别及亲子鉴定、生物进化关系的研究等

5.2.2物理图谱是把遗传图谱中克隆群上的DNA片段按实际的物理距离（Mb，kb，bp）进行排序所构建的图谱。1、染色体图谱（细胞遗传图谱）：用原位杂交或荧光原位杂交FISH技术确定DNA片段在染色体上的区带位置2、长片段限制性酶切图谱：表明DNA分子上的限制位点、数目、限制片段大小及排列顺序的图谱3、DNA克隆片段重叠群图：是一组带有外源DNA的载体叠连群。这组克隆了外源DNA片段的载体可通过末端重叠序列相互连接成连续的DNA片段，确定出重叠DNA片段克隆的顺序和距离。4、基于STS的物理图谱A、序列标签位点（sequencedtaggedsite，STS）一段约200-300bp的特定DNA序列，每个STS序列位点对应于基因组中一个单独的位置。来源于EST序列、随机测序等B、表达序列标签（expressedsequencesite，EST）随机选取cDNA克隆的部分（末端）序列，即一个EST对应于某一种mRNA的一个cDNA克隆的一段序列，一般长度为300-500bp，经一定方法定位后转变为STS。EST的应用：全长基因的克隆（构建重叠群）、基因定位、基因表达、基因结构分析物理图谱的特点：可把遗传学信息和物理信息进行互相转换，片段重叠群则为研究该区域提供了可操作的基因组材料，得到相互重、覆盖的DNA片段，可在这一区域寻找某一基因。C、STS含量图中，STS标记物通过PCR监测，插入克隆基因库（YACs或BACs），如果两个或两个以上的克隆包含相同的STS，那么这些片段紧密相邻的机会就会很高片段克隆群（连续克隆群，contig）：为搞清某片段DNA的排列顺序而建立的一组克隆，被克隆的DNA小片段有相互邻接并部分重叠的关系，从而可完全覆盖该段DNA，一个这样的克隆群即为一个contig5.2.3转录图谱

转录图谱又称表达图谱、基因图谱、外显子图谱。(据报道，在人类基因中，通常仅有3%-5%的基因得以表达。)所有的蛋白质均由mRNA编码，把mRNA通过反转录酶合成cDNA，再用稳定的cDNA或EST片段做探针进行分子杂交，鉴别出与转录有关的基因。由EST绘制的图谱称为转录图谱。转录图谱的意义：能有效的反映在正常或受控条件中表达的全基因的时空图，可了解某一基因在不同时间不同组织