基因组学：基因组测序与序列组装完整版

基因组测序与序列组装基因组测序的目标DNA测序的方法基因组测序的过程序列组装方法其他基因组测序技术人类基因组的测序与组装重要动植物基因组测序的进展11.基因组测序的目标AGCGCCGTAAAAGCGCCGTAAAAGCGCCGTAAAAGCGCCGTAAAAGCGCCGTAAAA4纸3000/张A4纸1.5M/包（5厘米厚）人类基因组3Gb=3000Mb~2000x5cm=100m~30层楼高获得基因组的所有序列信息22.DNA测序的方法测序原理第一代测序技术第二代测序技术第三代测序技术32.DNA测序的方法测序原理基于DNA聚合酶反应基于DNA连接酶反应基于DNA裂解反应基于其他原理42.DNA测序的方法第一代测序技术：链终止法，又叫Sanger法，基于DNA聚合酶反应FrederickSangerNobelPrizeinChemistry1980TCGAATTddGTCGAATTGddCTCGAATTGCddTTCGAATTGCTddCTCGAATTGCTCddAPolymerasePrimer5＇-TCGAATTTemplate3＇-AGCTTAACGAGTCTA……..dATPdCTPdGTPdTTPddATPdCTPddGTPddTTP52.DNA测序的方法第一代测序技术：链终止法，又叫Sanger法，基于DNA聚合酶反应技术要点：双脱氧核糖特殊的聚合酶：高酶活性，无外切酶活性单碱基分辨率的凝胶电泳局限性：测序长度受凝胶电泳分辨率的限制62.DNA测序的方法第一代测序技术：链终止法，又叫Sanger法，基于DNA聚合酶反应基于毛细管电泳的自动化测序仪T*CGAATTddGT*CGAATTGddCT*CGAATTGCddTT*CGAATTGCTddCT*CGAATTGCTCddA无外切酶活性有外切酶活性72.DNA测序的方法第一代测序技术：化学降解法，又叫MaxamGilbert法WalterGilbertNobelPrizeinChemistry1980/eschmid/Lab17-Biol210.htm82.DNA测序的方法第二代测序技术，高通量，需文库制备AAAAAAAAAAAAAAAAAAGenomicDNAmRNAsRNAfragmentationSizeselectionAdapterligation92.DNA测序的方法第二代测序技术，边合成边测序，sequencingbysynthesisIlluminaHiSeq系列测序仪102.DNA测序的方法第二代测序技术，边合成边测序，sequencingbysynthesis技术要点：可逆的链终止碱基112.DNA测序的方法第二代测序技术，焦磷酸测序，pyrosequencing122.DNA测序的方法第二代测序技术，IonTorrentSystemTheincorporationofdNTPintoagrowingDNAstrandcausesthereleaseofhydrogenandpyrophosphate.Thereleaseofhydrogenionsindicateifzero,oneormorenucleotideswereincorporated.dNTP,deoxyribonucleotideTriphosphate132.DNA测序的方法第二代测序技术，IonTorrentSystemReleasedhydrogensionsaredetectedbyanionsensor.Multipleincorporationsleadtoacorrespondingnumberofreleasedhydrogensandintensityofsignal.142.DNA测序的方法第二代测序技术，IonTorrentSystem454发明者的新作品测序反应在微阵列芯片上的微反应池中进行。每个dNTP结合到延伸链上，会释放出一个H+，pH值变化会导致电位变化。检测每次dNTP流过的电位差变化，就能知道该dNTP是否连接上去。152.DNA测序的方法第二代测序技术，SOLiD，SequencingbyOligoLigationandDetection162.DNA测序的方法第二代测序技术，SOLiD，SequencingbyOligoLigationandDetection172.DNA测序的方法第三代测序技术,单分子测序PacificBiosciencesSMRT(single-moleculereal-time)DNAsequencingmethod.LifeTechnologiesFRETsequencingplatformTheOxfordnanoporesequencingplatform182.DNA测序的方法第三代测序技术,单分子测序，PacBioSMRTsequencingtechnology193.基因组测序的过程基因组测序策略基因组测序的覆盖面序列间隙与物理间隙203.基因组测序的过程基因组测序策略:作图测序法（map-basedsequencing）需要遗传和物理图谱，费时-成本高-质量好BACendsequencing~100Kb~2Kb213.基因组测序的过程基因组测序策略:全基因组鸟枪法（wholegenomeshotgunsequencing）

223.基因组测序的过程基因组测序的覆盖面（SequenceCoverage）和测序深度（sequencingdepth）

丢失概率P0=e-m,m为测序深度，即单倍体基因组的倍数，e为自然对数底数。若m=1P0=e-1=0.37=37%若m=5P0=e-5=0.0067=0.67%若m=10P0=e-10=0.000045=0.0045%sequencingdepthgap233.基因组测序的过程序列间隙(sequencegap)与物理间隙(physicalgap)physicalgapsequencegap243.基因组测序的过程填补序列间隙(sequencegap)与物理间隙(physicalgap)从新的文库中挑选克隆通过PCR将间隙序列扩增出来测序~100Kb~2Kb25序列组装方法重叠群contig重叠群contig支架scaffold基因组测序策略:作图测序法（map-basedsequencing）26序列组装方法重叠群contig支架scaffold基因组测序策略:全基因组鸟枪法（wholegenomeshotgunsequencing）10kb40kb2kb275.其他基因组测序技术重要区域的优先测序EST测序环境共栖生物基因组测序(metagenomesequencing)286.人类基因组的测序与组装人类基因组测序计划相关的重大事件1984年在Utah州的Alta,WhiteRandMendelsonhnM受美国能源部(DOE）的委托主持召开了一个小型专业会议讨论测定人类整个基因组的DNA序列的意义和前景（CookDeeganRM,1989)1985年5月在加州SantaCruz由美国DOE的SinsheimerRL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议，形成了美国能源部的“人类基因组计划”草案。1986年3月，在新墨西哥州的SantaFe讨论了这一计划的可行性，随后DOE宣布实施这一计划。1986年，诺贝尔奖得主杜尔贝科（R.Dulbecco）在《科学》（Science）周刊撰文指出人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大推动。1986年遗传学家McKusickV提出从整个基因组的层次研究遗传的科学称为“基因组学”1987年初，美国能源部和国立卫生研究院为HGP下拨了启动经费约550万美元（全年1.66亿美元）1988年，美国成立了“国家人类基因组研究中心”由WatsonJ出任第一任主任1990年10月1日，经美国国会批准美国HGP正式启动，总体计划在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。296.人类基因组的测序与组装人类基因组测序计划相关的重大事件1987年，意大利共和国，国家研究委员会，其特点是技术多样（YAC，杂种细胞，cDNA等）、区域集中（基本上限于Xq24-qter区域）1989年2月英国，帝国癌症研究基金会与国家医学研究委员会（ICRP-MRC），Sanger中心（线虫基因组，改进大规模DNA测序技术；同时建立了YAC库的筛选与克隆。1990年6月法兰西共和国，科学研究部，国家医学科学院，主要特点是注重整体基因组、cDNA和自动化；全基因组YAC重叠群、微卫星标记（遗传图）的构建。1990年，美国能源部（DOE）与国立卫生研究院（NIH）共同启动HGP，原定投入30亿美元，用15年时间完成该计划。英、日、法、德等国相继加入。1990年6月欧共体通过了“欧洲人类基因组研究计划”，主要资助23个实验室重点用于“资源中心”的建立和运转。还有丹麦王国、俄罗斯联邦、日本、韩国、澳大利亚等。1994年，中国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动，最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究”。1995年德意志联邦共和国开始HGP，来势迅猛，先后成立了资源中心和基因扫描定位中心，并开始对21号染色体的大规模测序工作。306.人类基因组的测序与组装人类基因组测序计划相关的重大事件1998年5月11日，美国PEBiosystems公司，成立了CeleraGenomics公司，宣称要在3年内，以所谓的“人类全基因组霰弹法测序策略”完成人类基因组测序，并声称要专利200～400个重要基因，并将所有序列信息保密3个月。Celera公司此举，是对公益性的HGP的竞争与挑战1998年，组建了中科院遗传所，1998年在北京成立了北方人类基因组中心。1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1%。中国因此成为参加这项研究计划的唯一的发展中国家。2000年6月26日，参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国