第七章-基因与基因组学

第七章基因与基因组学ScienceTime上帝基因

(1)基因以一个整体进行突变，它是一个突变单位；(2)基因在染色体上占有一定位置(位点)，在重组时不能再分隔，是交换的最小单位；(3)基因是一个功能单位；(4)

基因具有染色体的主要特性，能自我复制，有相对的稳定性，在有丝分裂和减数分裂中有规律地进行传递。第一节基因一、基因概念的发展（一）经典遗传学中基因的概念基因是一个集突变、重组和功能（三位一体）于一体的概念。(1)突变子(muton)它是性状突变时产生突变的最小单位。一个突变子可以小到只是一个核苷酸；(2)重组子(recon)在发生性状的重组时，可交换的最小的单位称为重组子，可小到只包含一对核苷酸基因实物化（遗传密码），基因并不是不可分割的最小遗传单位。表示一个起作用的单位，一个顺反子所包括的一段DNA与一个多肽链的合成相对应。(3)顺反子(cistron)（二）分子遗传学关于基因的概念

(2)调控基因

(regulatorgene)，其产物参与调控其它结构基因表达的基因；

(1)结构基因

(structuralgene)，可编码多肽或蛋白质的一段DNA序列；

（三）基因内涵的发展（三）基因内涵的发展

(3)重叠基因(overlappinggene)，指同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架(openreadingframe，ORF)的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的现象;（三）基因内涵的发展

(4)隔裂基因(splitgene)，指一个结构基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序，如内含子(intron)所隔裂的现象；（三）基因内涵的发展

(5)跳跃基因(jumpinggene)，可作为插入因子和转座因子移动的DNA序列，有人将它作为转座因子的同义词；（三）基因内涵的发展

(6)假基因

(pseudogene)，同已知的基因相似，但位于不同位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因；（7）RNA基因，微小RNA基因、t-RNA基因、rRNA基因。（三）基因内涵的发展如何正确理解基因的概念？二、基因功能的研究方法（一）生物学研究方法（二）反向遗传学方法（三）生物信息学方法

(1)单基因研究方法①基因转导

②反义RNA③RNA干涉④核酶技术（一）生物学研究方法⑧超表达与抑制表达；⑤免疫共沉淀⑥转基因与基因敲除⑦异位表达

②共转染

③人工染色体转导④GeneCalling⑤蛋白质芯片⑥基因表达系列分析（SAGE）⑦表达序列标签串联排列连接（TALEST）(2)多基因研究方法①基因芯片（三）第三代基因工程技术——途径工程

（一）第一代基因工程技术——基因重组在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成DNA的新组合，并使之进入原先没有这类分子的寄主细胞，并能持续稳定地繁殖。三、基因工程技术（二）第二代基因工程技术——蛋白质工程蛋白质工程是从DNA水平改变基因入手，定做新的蛋白质的技术，是将核酸研究与蛋白质研究结合起来的新技术，亦称第二代基因工程。1998年，中国在北京和上海设立国家基因组中心。第二节动物基因组学一、人类基因组计划（HGP）1986年，杜尔贝科在《Science》短文《癌症研究的转折点－－人类基因组测序》。1990年，人类基因组计划正式启动，沃森担任“国家人类基因组计划研究中心”主任。30亿，15年，30亿对碱基，4（6）张图谱（遗传图、物理图、序列图、转录图、单倍型图、甲基化图），99.99％2001年8月26日，人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成。六国联合体：2001年2月15日《Nature》Celera公司：2001年2月16日《Science》1998年CraigVenter成立Celera遗传公司，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开基因争夺战。1999年，中国获准加入人类基因组计划，承担1%的测序任务，成为参与这一计划惟一发展中国家。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英6国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”。2002年，欧洲6个国家25个“重量级”研究所启动“表观基因组学”研究。2003年10月正式宣布开始“人类表观基因组计划”。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现（弗朗西斯·柯林斯）。温家宝等六国首脑联名祝贺（标志着后基因组时代来临）。2004年10月，人类基因组完成图公布。2005年3月，人类X染色体测序工作基本完成，并公布了该染色体基因草图。2002年，国际单倍型图谱计划：1亿美元，3年时间，6国，270人（非、欧、亚）。人类基因组特点30亿碱基：外显子1.1％，内含子24％，间隔序列75％基因：3万到3.5万。个人差异：0.1％小鼠和人基因组之共同点：共享99％基因，仅几百个基因不同。61%与果蝇同源43%与线虫同源46%与酵母同源HGP的意义中国作为唯一的发展中国家参与了人类基因组计划并保质保量按时向国际人类基因组数据库提交了全部数据，受到了国际同行的一致肯定和尊重．建立大规模测序这项技术对我国以后开展其他生物基因组测序具有重要意义，中国基因组研究中心的测序能力已跃居世界6大测序大国的16个测序中心的第7位。人类基因组计划是人类文明史上最伟大的科学创举带动和促进了生物产业和生命科学的发展对未来生命科学研究的思想和方法论带来了革命性的改变对伦理、道德的影响（寻根问祖公司、哈佛大学华人事件）以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义的认识（8分）中国科学院2002年

硕士学位研究生入学分子遗传学试题二、动物基因组计划

2005年“中-丹家猪基因组计划”

1999年线虫基因组测序

2002年小鼠基因组测序

2005年家蚕基因组测序

2004年斑马鱼基因组测序

2005年绵羊基因组测序

2000年果蝇基因组测序三、基因组测序介绍确定一条染色体片断上的碱基顺序。Sanger法：在PCR时加入荧光标记的复制终止剂，比如ddA,ddT,ddC,ddG（相应于4种碱基）ddX的两个作用：可以当作正常碱基参与复制一旦链入DNA中，其后就不能再继续连接电泳谁终止，碱基就是谁此方法获1974年的Nobel奖

Sanger双脱氧终止法测序原理第一步加入复制终止剂第二步荧光检测基因组测序策略：随机测序法（Randomapproaches）：Shotgun测序（鸟枪法）DNA的提取和纯化用超声波或酶切成能够测序的小片断转化培养：小片断和载体结合，植入细菌进行扩增。提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒电泳检测：检测质量的好坏测序：上测序仪测序序列拼接（STS）补洞定向测序（Derectedororderedapproaches）克隆排序（GenerateorderedclonesMinimalredundancesequencing)引物步移（Primerwalking）转座子插入（Transposoninsertion）限制性酶切片段亚克隆（Restrictionfragmentsubcloning）随机测序与定向补洞四、动物基因组学的相关概念基因组（genome）：从genes和chromosomes合成而来，用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念。基因组学（genomics）：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)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。结构基因组学（structuralgenomics）：基因组学的一个重要组成部分和研究领域，它是一门通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。功能基因组学（functionalgenomics）：后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。比较基因组学(Comparativegenomics)：是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。连续交叠群（Contig）：基因组测序过程中将许多短的序列片段链接成很长的连续片段。基因本体论（geneontology）：关于基因和蛋白质知识的标准词汇，是今后实现各种与基因相关数据的统一、进行数据转换、开展数据挖掘的基础。基因识别（geneidentification）：利用各种方法识别基因组中的基因序列。表达谱（expressionprofile）：基因在不同时空的表达模式。蛋白质组（proteome）：一个生物体的所有蛋白总和。蛋白质组学（Proteomics）：蛋白质组学是研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。第三节动物遗传学的网络资源一、常见遗传学网络资源（一）国内遗传学资源（1）人类基因组数据国内下载：http:///genome/（2）常见分子生物学软件下载：/~hoyoyo/biochem/nalow.htm（3）遗传学报：/ycxb/index.asp（4）清华大学分子生物学服务器：/（二）国外遗传学资源（1）混合线性模型资源：

http:///faculty/steve/software/matvec/（2）数量遗传资源（学习材料、软件）：

http:///zbook/book.html

（3）法国农科院畜禽遗传图谱：

http://www.toulouse.inra.fr/lgc/pig/compare/SSC.htm

（4）NCBI数据库使用手册：http:///books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=handbook.TOC&depth=10（5）猪的EST专门数据库：

http:///（6）小鼠单倍型图谱：

http:///haplotype_map.html

（7）QTL在线分析系统：