研究生课程比较基因组学

比较基因组学1整理ppt广义定义：比较基因组学是在大范围的基因组的比较，用以研究个体基因组，总结出应用于基因组群的基本原则。比较基因组学是基于许多生物序列,结构以及功能在生物体中共用的假设上,这些生物信息结合分析能够拓展更多的信息2整理ppt同源性和相似性同源性：不同的基因或基因组片段有共同始祖的现象。相似性：不同的基因或基因组片段含有相同的序列的现象。注意:基本上，同源的基因或基因组片段具有很高的相似性，可以通过检查相似性来鉴别其同源性。3整理ppt直向同源物和横向同源物直向同源物：不同基因组（物种）中的同源基因或DNA序列。横向同源物:同一基因组（物种）中的同源基因或DNA序列。4整理ppt共线性和同线性共线性:不同基因组中保存基因的内容和顺序，是同源性的反映。同线性:在不同基因组保存基因的连接键而不管基因的顺序。注意：在最近几年，术语同线性被很多人用为共线性的同义词。5整理ppt比较基因组研究进展基因组比较用于鉴定不同基因组的同源序列，用于此研究的两种方法：基于杂交配种的比较:利用Southern杂交鉴别同源序列。基于序列的比较:利用电脑鉴别同源序列。6整理ppt杂交比较通过southern杂交用同序列的DNA探针定位在不同物种的遗传或物理图谱上直系同源物，然后比较不同物种间直系同源物。被测物种间显示出巨大的共线性。7整理ppt基因组共线性模型相同的分子标记A~P标记不同物种间遗传图谱实验，将实验结果校直成染色体组图谱。左图染色体组图谱（I和i）所示，完全共线性。8整理ppt基因组共线性模型（2）左图显示出一个特殊物种（I）的染色体组和其他几个物种的几个染色体存在着共线性证实了易位的发生。在比较遗传图谱的试验过程中也常观察到整个染色体臂或者染色体小片段的倒位。9整理ppt基因染色组共线性模型比较二倍体和四倍体物种，四倍体中标记点有两点，左图染色体组四倍体的1和2和二倍体I连线。两物种间多态性程度的分析，不是所有的四倍体标记在不同的点，如B和N。10整理ppt比较拟南芥和C型脑膜炎遗传图谱如右图所示，拟南芥和C型脑膜炎除了短的相反片段外都表现出良好的共线性。右：拟南芥染色体4图谱左：C型脑膜炎的连锁图谱群组虚线：表示松散的连接（>20cM）11整理pptComparative

maps

of

the

wheat

genome

described

interms

of

the

rice

genome

(A)

and

the

Ae.

umbellulatagenome

(B)12整理pptComparativegeneticmaps

of

fivegrassspecies:rice,

foxtailmillet,sorghum,maize

andbarley13整理ppt苔藓属中的高共线性一千万年在十字花科的进化史中是很短的一段时间。虽然芜菁（红圈）、甘蓝（蓝圈）、黑芥（绿圈）有不同的染色体数，但是三个基因组的图谱能够单一的连线。揭示了少量的染色体重排干扰了完全共线性。14整理ppt谷类基因组起源具有极大共线性的假说假定古老的谷类基因组只含有一个染色体，并且这个染色体可以被分为19个区，所有的现代的谷类的基因组可以由这19个区的不同排列组成，并且不同谷类的这些区的大小发生偏差。15整理ppt基于序列的比较全部核酸序列的统计学信息的比较编码序列的比较部分序列或全部基因组的比较16整理ppt全部核酸信息的比较核酸序列的比较全局性地提出对基因组相似和不同之处包括:基因组大小全部（G+C）含量不同（G+C）含量的区域基因组信号密码子使用偏差氨基酸使用偏差17整理ppt基因比较基因数量基因同源性基因种类基因结构基因功能关系和联系18整理ppt同源基因簇不同基因组的比较能够识别同源基因，并且能够建立同源基因簇(COGs),能够代表新陈代谢功能的过程。能够在数据库中存储同源基因簇的关系及注释。一些酵母及细菌在NCBICOG数据库中的同源比较。19整理pptCOG

database

can

be

used

to

predict

genefunctions20整理ppt核心功能基因和特殊功能基因的鉴定比较不同基因组的基因能够鉴别编码涉及生命活动的蛋白的基因。这些基因对生命体是必需的，在很多组织中具有相同的数量。比较不同的基因组的基因也能够鉴别对独立物种特殊的基因。比如酵母和线虫的比较发现在线虫中控制多细胞特征的基因。在线虫中有535个锌指基因酵母中中有147个。控制线虫个体发生的基因在酵母中不存在21整理ppt基因比较提供了研究基因相关性和蛋白互作性的途径基因相关性：相同的代谢途径中的基因共同出现于同一基因组中。检查许多基因组中的两个基因是不是相关联，可以推断两个基因之间存在功能相关性。蛋白质互作：如果在一些基因组中的两个基因（A和B）被发现在其他基因组中发生融合，可以推断A和B编码的蛋白在功能和物理形态上相互影响。22整理pptExamples

of

gene

fusion23整理ppt基因比较能够揭露基因变异在一些谷类糯性基因中内含子数目发生变化而外显子守恒。盒子代表外显子，线代表内含子，箭头代表转录起始，虚线连接水稻和玉米之间的两个外显子，这两个外显子在小麦世系中由于内含子丢失融合。导致小麦和大麦的产生。24整理ppt基因组校正长序列的校准具有不确定性。目前，几乎所有的校准算法首先确定在两个基因组序列间较长的保守序列原理，然后形成全部的校准。基本上相似的基因组更易校准。25整理pptAlignment

between

the

4th

chromosomes

ofindica

rice

GLA4

and

japonica

rice

NipponbareThe

above

figure

shows

good

global

collinearity

on

chromosome

4

betweenthe

two

subspecies

of

rice

except

for

some

indels.上图显示了两个亚种除了一些多态性外在染色体4有很好的共线性。26整理pptAlignment

between

rice

chromosome

4and

five

A.

thaliana

chromosomesThe

above

figure

shows

that

all

the

five

Arabidopsis

chromosomeshave

orthologs

on

rice

chromosome

4.上图显示所有的5拟南芥染色体在水稻染色体4上有同源性。27整理ppt基因组比较之间能够揭示同源(复制)区域左图显示多数拟南芥基因组序列是复制的。同色的区域代表同源区域28整理ppt在植物基因组中的大量复制拟南芥染色体1的一个区域地图的基因组重排与染色体3上的配对物比较基因是在两个区域中都用箱子表示。连线代表同源序列。黑箱子代表基因。黑箱子分别代表染色体1或染色体3中唯一的基因。箱子相关序列的位置画成线确定转录的方向。(Rossberg

et

al.,

2001).29整理ppt基因组校准也能够揭示小共线性小

区域里的小共线性能够通过基因组校准揭示。右图显示了在三个物种间小共线性的可能的模式基因C是在物种

I中复制,

而基因

E

在物种

III中被删除.

基因组间序列具有体保守性。这证实杂基因组大小间的一些不同能够归因于基因间区域的大小不同。30整理ppt

玉米和高梁基因组搬运花粉特异基因直系同源区域的小共线性基因的大小和方向由箭头代表，在高粱区域红色箭头代表的三个基因在玉米区域中丢失。两线间的阴影区域代表保守区域。玉米序列有几个重复DNA区域（只有逆转录转座子组成）在基因间被发现，数量有1-6个。31整理ppt两个水稻亚种之间的小共线性耕种水稻亚种印迪卡（GLA4）和山茶花（野生型）直系同源区域的基因比较(大概100kb）32整理ppt基因组间的比较有时候能够帮助发现基因组内比较无法发现的直系同源基因区域物种A的两个基因组片段都与物种B的一个片段有同源性。两个区域是在物种A基因组内复制事件导致的进化同源。然而在相同的案例中，由于不同的基因丢失，物种A的复制片段不再共享任何保留的基因复制，使他们通过基因组内比较不易被察觉。这样一个复制称为“幽灵的复制”33整理ppt拟南芥基因组内的幽灵复制拟南芥中的两个基因组片段（绿色），分别在2号染色体和5号染色体，一些水稻片段图谱（P005H10，紫色）。然而，这些片段具有进化同源性。但是他们在基因组内比较不可察觉。34整理pptMixedmultipliconwithhomologouschromosomalsegments

ofArabidopsisand

ricereveals

ghostduplicationsin

bothorganisms35整理ppt模式生物体在基因组组研究中的重要性模式生物具有潜能，可以使它适于将基因组研究基因操作性工具的应用性（转录，突变，基因克隆和互补作用）相关的小的和非相关的基因组，真核生物，一个双倍体基因组。在实验室中简单培养，保持和再生产相对短的世代组织的紧密相关性对生物技术、农业医药、和环境是很重要的36整理ppt一些熟知的模式生物Escherichia

coli

大肠杆菌—

model

prokaryoteSaccharomyces

cerevisiae

(baker’s

yeast)酿酒酵母

—

model

unicellulareukaryoteCaenorhabditis

elegans

(nematode)秀丽隐杆线虫

—

an

excellent

model

formulticellular

developmental

biologyDrosophila

melanogaster

(fruit

fly)果蝇

—

model

insectDanio

rerio

(zebrafish)斑马鱼

—

a

good

model

for

vertebratedevelopmental

biologyMus

musculus

(mouse)小家鼠

—

model

mammal,

important

for

the

studyof

human

genomeArabidopsis

thaliana

(thale

cress

)拟南芥—

mod