第二章基因組學(xué)-1ppt課件

1、 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT第二章第二章 基因組學(xué)基因組學(xué)張彥婷鄭州大學(xué)生物工程系maocaterpillar16318939265726 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT大 綱基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué)1 12 23 3人類基因組方案人類基因組方案HGPHGP的概略的概略基因組學(xué)及其分支基因組學(xué)及其分支HGPHGP的作圖的作圖HGPHGP的測(cè)序的測(cè)序HGPHGP的信息處置的信息處置 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) 基因gene 遺傳的根本單位，編碼RN

2、A或多肽鏈的核酸片段。 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT編碼蛋白的構(gòu)造基因編碼蛋白的構(gòu)造基因 復(fù)制轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列復(fù)制轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列功能尚不清楚的區(qū)域功能尚不清楚的區(qū)域基因組基因組DNADNA “ “基因組基因組(genome)(genome)一詞是一詞是19201920年年WinklesWinkles從從GENesGENes和和chromosOMEschromosOMEs組成的。組成的。 細(xì)胞或生物體所含的一套完好的單倍體遺傳物質(zhì)細(xì)胞或生物體所含的一套完好的單倍體遺傳物質(zhì)基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSER

3、T基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT6 什么是C值？ 通常是指一種生物單倍體基因組DNA的總量. C值普通隨著生物的進(jìn)化而添加，高等生物C值普通大于低等生物。基因組的大小C值基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT7某些低等生物的C值比高等生物的C值還大?；颉⒒蚪M與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT一些方式生物的基因組大小一些方式生物的基因組大小物種物種基因組大小/bp基因組大小/bpT4噬菌體T4噬菌體2.

4、0102.0105 5大腸桿菌(大腸桿菌(Escherichia coli) )4.2104.2106 6酵母(酵母(Sccharomyces cerevisiae) )1.5101.5107 7擬南芥(擬南芥(Arabidopsis thaliana) )1.0101.0108 8秀麗小桿線蟲(秀麗小桿線蟲(Caenorhbditis elagans) )1.0101.0108 8果蠅(果蠅(Drosophila melanogaster) )1.65101.65108 8水稻(水稻(Oryza sativa) )3.89103.89108 8小白鼠(小白鼠(Mus musculus) )3

5、.0103.0109 9人類(人類(Homo sapiens) )3.3103.3109 9玉米玉米(Zea mays) )5.4105.4109 9普通小麥(普通小麥(Triticum aestivum) )1.6101.61010108基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 病毒基因組基因組較小基因組較小 不到大腸桿菌基因組的不到大腸桿菌基因組的1/101/10可以是可以是DNADNA，也可以是，也可以是RNARNA可以是單鏈構(gòu)造，也可以是雙鏈構(gòu)造可以是單鏈構(gòu)造，也可以是雙鏈構(gòu)造可以是閉環(huán)分子，也可以是線性分子可以是閉環(huán)分子，

6、也可以是線性分子基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 原核生物基因組基因組相對(duì)較小，呈雙鏈環(huán)狀基因組相對(duì)較小，呈雙鏈環(huán)狀DNADNA分子，無染色體構(gòu)造，分子，無染色體構(gòu)造，具有單個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。具有單個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。 基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT2. 2. 具有支配子具有支配子operonoperon構(gòu)造：構(gòu)造： 幾個(gè)功能相關(guān)的基因串連在一同，由一個(gè)啟動(dòng)幾個(gè)功能相關(guān)的基因串連在一同，由一個(gè)啟動(dòng)子控制，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一個(gè)多順反子控制，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位

7、，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一個(gè)多順反子基因子基因mRNAmRNA。基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT123. 3. 質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的，具有自主復(fù)制質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的，具有自主復(fù)制才干的環(huán)狀雙鏈才干的環(huán)狀雙鏈DNADNA分子；大小為幾分子；大小為幾kbkb?；?、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT13nucleoid質(zhì)粒plasmid基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT真核生物基因組 真核生物基因組的

8、化學(xué)本質(zhì)為真核生物基因組的化學(xué)本質(zhì)為DNADNA，多與蛋白質(zhì)，多與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色質(zhì)。結(jié)合構(gòu)成染色質(zhì)。 基因組遠(yuǎn)大于原核生物，構(gòu)造復(fù)雜?；蚪M遠(yuǎn)大于原核生物，構(gòu)造復(fù)雜。 基因不存在支配子構(gòu)造，功能相關(guān)基因分散在基因不存在支配子構(gòu)造，功能相關(guān)基因分散在不同的染色體上。不同的染色體上。14基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 基因組中有大量低度反復(fù)頻率基因組中有大量低度反復(fù)頻率103103、中度、中度反復(fù)頻率反復(fù)頻率105105 105，通常這些序列的長(zhǎng)度為，通常這些序列的長(zhǎng)度為6-200bp6-200bp，如衛(wèi)星，如衛(wèi)星DNAD

9、NA； 2.2.中度反復(fù)序列：反復(fù)頻率中度反復(fù)序列：反復(fù)頻率 101-105, 101-105,反復(fù)單位平均長(zhǎng)度約反復(fù)單位平均長(zhǎng)度約300bp300bp占基因總量的占基因總量的35%35%。rRNA gene, tRNA gene, rRNA gene, tRNA gene, 組蛋白組蛋白gene )gene )；3.3.單拷貝基因：?jiǎn)慰截愋蛄袉慰截惢颍簡(jiǎn)慰截愋蛄衭nique sequenceunique sequence亦稱非反亦稱非反復(fù)序列復(fù)序列nonrepetitive sequencenonrepetitive sequence在一個(gè)基因組中只需一在一個(gè)基因組中只需一個(gè)拷貝或個(gè)拷貝或

10、2-32-3個(gè)拷貝。多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的基因。個(gè)拷貝。多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的基因。基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類染色體構(gòu)造表示圖基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 基因組學(xué)genomics 19861986年提出，至今年提出，至今2020多年，曾經(jīng)開展成為遺傳多年，曾經(jīng)開展成為遺傳學(xué)中最重要的分支學(xué)科。學(xué)中最重要的分支學(xué)科。 定義為研討基因組的構(gòu)造

11、組成、時(shí)序表達(dá)方定義為研討基因組的構(gòu)造組成、時(shí)序表達(dá)方式和功能，并提供有關(guān)生物物種及其細(xì)胞功能式和功能，并提供有關(guān)生物物種及其細(xì)胞功能的進(jìn)化信息。的進(jìn)化信息。 21基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT22 基因組學(xué)是以分子生物學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研討手段，以生物體內(nèi)全部基由于研討對(duì)象，在全基因背景下和整體程度上探求生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機(jī)制的科學(xué)。 基因組學(xué)的特點(diǎn) 強(qiáng)調(diào)進(jìn)展細(xì)胞中全部基因及非編碼區(qū)的整體性調(diào)查和系統(tǒng)性研討，從而全面提示基因與基因間的相互關(guān)系、基因與非編碼序列的關(guān)系、基因與基因組的相互關(guān)系

12、基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 基因組學(xué)研討的最終目的 獲得生物體全部基因組序列獲得生物體全部基因組序列 鑒定一切基因的功能鑒定一切基因的功能 明確基因之間的相互作用關(guān)系明確基因之間的相互作用關(guān)系 闡明基因組的進(jìn)化規(guī)律闡明基因組的進(jìn)化規(guī)律23基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT24 基因組學(xué)包括3個(gè)不同的亞領(lǐng)域 構(gòu)造基因組學(xué)(structural genomics) 功能基因組學(xué)(functional genomics) 比較基因組學(xué)(comparative

13、 genomics) 基因組學(xué)概念基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué) LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT大 綱基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué)1 12 23 3人類基因組方案人類基因組方案HGPHGP的概略的概略基因組學(xué)及其分支基因組學(xué)及其分支HGPHGP的作圖的作圖HGPHGP的測(cè)序的測(cè)序HGPHGP的信息處置的信息處置 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 當(dāng)我們沉醉于以前的科學(xué)當(dāng)我們沉醉于以前的科學(xué)成就時(shí)，卻忽然發(fā)現(xiàn)了人成就時(shí)，卻忽然發(fā)現(xiàn)了人類對(duì)本身的認(rèn)識(shí)太少了。類對(duì)本身的認(rèn)識(shí)太少了

14、。 人的生老病死終究是由什人的生老病死終究是由什么決議的？我們根本上沒么決議的？我們根本上沒方法解答這個(gè)問題。更重方法解答這個(gè)問題。更重要的是，人類面對(duì)一些疾要的是，人類面對(duì)一些疾病，有時(shí)顯得束手無策，病，有時(shí)顯得束手無策，這迫切需求人類去認(rèn)識(shí)了這迫切需求人類去認(rèn)識(shí)了解本身。解本身。人類基因組方案的由來 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT27 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT28 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT29人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 人類基因

15、組方案的研討目的 繪制人類基因組的高分辨遺傳圖譜 繪制人類及某些方式基因組的各種物理圖譜 確定人類及某些方式生物的DNA全序列 搜集、儲(chǔ)存、傳播和分析所得資料 開展用于此研討的一系列新技術(shù)人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因組方案的背景人類基因組方案的背景-基因組方案最基因組方案最早始于美國(guó)早始于美國(guó)初衷1945年原子彈事件的廣島之爭(zhēng):突變率調(diào)查1984年12月猶他大學(xué)魏特受美國(guó)能源部的委托，美國(guó)能源部資助召開的環(huán)境誘變物和致癌物的防護(hù)的會(huì)議上，討論DNA重組技術(shù)的開展及測(cè)定人類整個(gè)基因組DNA序列的意義，第一次提出測(cè)定人

16、體基因和全部DNA序列，并檢測(cè)一切的突變，計(jì)算真實(shí)的突變率。1985年6月，美國(guó)加州的會(huì)議上，美國(guó)能源部正式提出了展開人類基因組測(cè)序任務(wù)，構(gòu)成了能源部的“人類基因組方案初步草案。1986年6月，新墨西哥州冷泉港吉爾伯特及伯格主持的討論會(huì)上，進(jìn)展了可行性討論。美能源部宣布實(shí)施草案。意裔美腫瘤分子生物學(xué)家杜伯克在發(fā)表文章使人們認(rèn)識(shí)到包括癌癥在內(nèi)的人類疾病的發(fā)病緣由,在其“標(biāo)書里論述了“人類基因組方案的必要性與艱巨性，并使該方案成為國(guó)家級(jí)與國(guó)際性的方案.1987年，美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)研討院和能源部結(jié)合提出了這一宏偉方案，即HGP,先期投資550萬(wàn)啟動(dòng)這一方案沃森任實(shí)驗(yàn)室主任1988年成立了國(guó)際人類基因組組

17、織(HUGO)和結(jié)合國(guó)科教文組織UNESCO1989年美國(guó)成立了“國(guó)家人類基因組研討中心。1989年2月英國(guó)開場(chǎng)了HGP的研討。1990年10月1日正式啟動(dòng)實(shí)施目的：完成對(duì)人的基因組的30億個(gè)核苷酸對(duì)的全部序列測(cè)定任務(wù)，闡明人體中全部基因的位置、功能、構(gòu)造、表達(dá)調(diào)控方式及致病突變的全部信息。耗資30億，由美、英、法、德、日、中六國(guó)科學(xué)家的共同努力下， 2000年6月26日，國(guó)際人類基因組方案與塞萊拉公司結(jié)合發(fā)布“人類基因組任務(wù)草圖。 2019年2月12日兩大科研小組結(jié)合發(fā)布人類基因組圖譜及“根本信息。宣告人類基因組方案初步完成。 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 人類基

18、因組方案是一個(gè)協(xié)作方案 6個(gè)國(guó)家的16個(gè)中心上千名科學(xué)家參與。其中美國(guó)占54的份額,英國(guó)占33,日本占7,法國(guó)約占3，德國(guó)約占，中國(guó)占。每個(gè)國(guó)家所占的份額同該國(guó)的生物產(chǎn)業(yè)程度成正比。32人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 在HGP中，還包括對(duì)五種生物基因組的研討：大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅和小鼠，稱之為人類的五種“方式生物。 HGP的最初目的：15年內(nèi)1990-2019投入30億美圓，完成人類24條染色體的30億個(gè)核苷酸序列分析 HGP的終極目的是解碼生命、了解生命、認(rèn)識(shí)種屬之間和個(gè)體之間存在差別的原因、認(rèn)識(shí)疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長(zhǎng)

19、壽與衰老等生命景象、為疾病的診治提供科學(xué)根據(jù)。 33人類基因組方案人類基因組方案 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因組方案的進(jìn)展并不是一帆風(fēng)順人類基因組方案的進(jìn)展并不是一帆風(fēng)順的。以全球協(xié)作、數(shù)據(jù)共享為主旨的國(guó)的。以全球協(xié)作、數(shù)據(jù)共享為主旨的國(guó)際人類基因組方案面臨著來無私營(yíng)公司際人類基因組方案面臨著來無私營(yíng)公司 Celera Celera強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。34人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT35 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERTCelera公司簡(jiǎn)介 CeleraC

20、elera公司建立于公司建立于20192019年年5 5月，位于美國(guó)馬里蘭州的月，位于美國(guó)馬里蘭州的RockvilleRockville，由，由PEPE公司和公司和J. Craig VenterJ. Craig Venter博士共同創(chuàng)建。博士共同創(chuàng)建。Craig Craig VenterVenter博士曾是基因組研討所博士曾是基因組研討所The Institute for Genomic The Institute for Genomic Research Research ，TIGRTIGR的創(chuàng)建者和指點(diǎn)人的創(chuàng)建者和指點(diǎn)人. . CeleraCelera的本意來自拉丁語(yǔ)的的本意來自拉丁語(yǔ)的“

21、快速，因此快速，因此CeleraCelera公司不斷公司不斷努力于開發(fā)基因組信息并使之商業(yè)化，以加速生物技術(shù)的努力于開發(fā)基因組信息并使之商業(yè)化，以加速生物技術(shù)的開展和運(yùn)用。目前開展和運(yùn)用。目前CeleraCelera公司已針對(duì)已有的功能基因組和公司已針對(duì)已有的功能基因組和蛋白質(zhì)組信息開發(fā)出一套新的數(shù)據(jù)庫(kù)及效力系統(tǒng)，為相關(guān)蛋白質(zhì)組信息開發(fā)出一套新的數(shù)據(jù)庫(kù)及效力系統(tǒng)，為相關(guān)研討任務(wù)提供有力的工具和效力。研討任務(wù)提供有力的工具和效力。 36人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT37* * Craig Venter Craig Venter

22、博士采用散博士采用散彈彈法于法于ScienceScience上上發(fā)發(fā)表表結(jié)結(jié)果。果。人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT38人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 19901990年，人年，人類類基因基因組組方案在美方案在美國(guó)國(guó)正式正式啟動(dòng)啟動(dòng)。 19911991年，美年，美國(guó)國(guó)建立第一批基因建立第一批基因組研討組研討中心。中心。 1993 1993 年，桑格年，桑格研討研討中心在英中心在英國(guó)劍橋國(guó)劍橋附近成立。附近成立。 20192019年，法年，法國(guó)國(guó)國(guó)國(guó)家基因家基因組測(cè)組測(cè)序中心成立。序中心成立。 20192019年，中

23、年，中國(guó)國(guó)在北京和上海在北京和上海設(shè)設(shè)立立國(guó)國(guó)家基因家基因組組中心。中心。 20192019年，中年，中國(guó)獲國(guó)獲準(zhǔn)準(zhǔn)參與參與人人類類基因基因組組方案，承方案，承當(dāng)當(dāng)1%1%的的測(cè)測(cè)序序義義務(wù)務(wù)，成，成為參與這為參與這一方案的一方案的獨(dú)獨(dú)一一開開展中展中國(guó)國(guó)家。家。 20002000年年 6 6月月2626日，中、美、日、德、法、英等日，中、美、日、德、法、英等6 6國(guó)國(guó)科科學(xué)學(xué)家宣家宣布初次布初次繪繪成人成人類類基因基因組組“ “任任務(wù)務(wù)框架框架圖圖。 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT39人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 2019 2019 年年2 2月月12

24、12日，六日，六國(guó)國(guó)科科學(xué)學(xué)家家結(jié)結(jié)合在合在學(xué)術(shù)學(xué)術(shù)期刊上期刊上發(fā)發(fā)表人表人類類基因基因組組“ “任任務(wù)務(wù)框架框架圖圖及初步分析及初步分析結(jié)結(jié)果。果。 20192019年年8 8月月2626日，人日，人類類基因基因組組“ “中中國(guó)國(guó)卷卷的的繪繪制任制任務(wù)務(wù)宣宣告完成。告完成。 20192019年年4 4月月1414日，中、美、日、德、法、英等日，中、美、日、德、法、英等6 6國(guó)國(guó)科科學(xué)學(xué)家宣布人家宣布人類類基因基因組組序列序列圖繪圖繪制制勝勝利，人利，人類類基因基因組組方案的方案的一切目的全部一切目的全部實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)。已完成的序列。已完成的序列圖圖覆蓋人覆蓋人類類基因基因組組所所含基因含基因區(qū)區(qū)域

25、的域的99%99%，準(zhǔn)確率到，準(zhǔn)確率到達(dá)達(dá) 99.99% 99.99%。 20192019年年1010月月, ,人人類類基因基因組組完成完成圖圖公布公布 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 國(guó)際“人類基因組方案協(xié)作組 6 國(guó) 16 中心于當(dāng)日 18：00北京時(shí)間同時(shí)宣布： 40人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT41人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT美國(guó)國(guó)家人類基因組研討所所長(zhǎng)美國(guó)國(guó)家人類基因組研討所所長(zhǎng)弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在引見情況?？铝炙?/p>

26、在引見情況。42人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT43 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT44人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT45 2000 年 12 月美、英等國(guó)科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完好圖譜，這是人類初次全部破譯出一種植物的基因序列。人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT46Initial sequencing and analysis ofthe human geno

27、meInternational Human Genome Sequencing ConsortiumNATURE VOL 409 15 FEBRUARY 2019 860-921人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT47The Sequence of the Human Genome16 FEBRUARY 2019 SCIENCE VOL 291 1304-1人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 由由31.6531.65億億bpbp組成組成 含含3 33.53.5萬(wàn)基因

28、萬(wàn)基因 與蛋白質(zhì)合成有關(guān)與蛋白質(zhì)合成有關(guān) 的基因占的基因占2%2%48 61%與果蠅同源 43%與線蟲同源 46%與酵母同源人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT基因數(shù)量少得驚人人類基因組中存在“熱點(diǎn)和大片“荒漠三分之一為“渣滓DNA種族歧視毫無根據(jù)男性基因突變比例更高 人人類類基因基因組研討組研討成果成果闡闡明明人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 主要表達(dá)在對(duì)人類基因組整體構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，主要表達(dá)在對(duì)人類基因組整體構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，即人類基因組遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖、序即人類

29、基因組遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖、序列圖的完成，從而奠定了人類構(gòu)造基因組學(xué)列圖的完成，從而奠定了人類構(gòu)造基因組學(xué)根底。而人類基因圖的完成，仍有大量任務(wù)根底。而人類基因圖的完成，仍有大量任務(wù)要做。要做。50人類基因組方案人類基因組方案- -概述概述 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT大 綱基因、基因組與基因組學(xué)基因、基因組與基因組學(xué)1 12 23 3人類基因組方案人類基因組方案HGPHGP的概略的概略基因組學(xué)及其分支基因組學(xué)及其分支HGPHGP的作圖的作圖HGPHGP的測(cè)序的測(cè)序HGPHGP的信息處置的信息處置 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因組

30、方案人類基因組方案作圖作圖基因組方案四張圖譜 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 定義：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他定義：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他DNADNA順序標(biāo)定在順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。染色體上構(gòu)建連鎖圖。 遺傳圖譜遺傳圖譜(genetic map)(genetic map)又稱連鎖圖譜又稱連鎖圖譜(linkage map)(linkage map)或或遺傳連鎖圖譜遺傳連鎖圖譜(genetic linkage map)(genetic linkage map)：指基因組內(nèi)基因和：指基因組內(nèi)基因和專注的多態(tài)性專注的多態(tài)性DNADNA標(biāo)志標(biāo)志(marker

31、)(marker)相對(duì)位置的圖譜。相對(duì)位置的圖譜。人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖一、遺傳作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 遺傳圖距的單位：厘摩遺傳圖距的單位：厘摩cMcM。早期繪制的經(jīng)典遺傳圖。早期繪制的經(jīng)典遺傳圖譜的單位是重組率，譜的單位是重組率，1%1%的重組率為的重組率為1 1個(gè)遺傳單位。現(xiàn)代遺傳個(gè)遺傳單位?，F(xiàn)代遺傳圖譜的單位為厘摩圖譜的單位為厘摩(centi Morgan(centi Morgan，cM)cM)，1cM1cM相當(dāng)于相當(dāng)于1%1%的重的重組率，約為組率，約為1,000,0001,000,000個(gè)堿基對(duì)個(gè)堿基對(duì)(base pairs(ba

32、se pairs，bp)bp) 交換率或交換值或重組頻率交換率或交換值或重組頻率= = 減數(shù)分裂的重組產(chǎn)物減數(shù)分裂的重組產(chǎn)物 減減數(shù)分裂的總產(chǎn)物數(shù)分裂的總產(chǎn)物 人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 構(gòu)建遺傳圖譜的根本原理構(gòu)建遺傳圖譜的根本原理 真核生物遺傳過程中會(huì)發(fā)生減數(shù)分裂，此過程真核生物遺傳過程中會(huì)發(fā)生減數(shù)分裂，此過程中染色體要進(jìn)展重組和交換，這種重組和交換的中染色體要進(jìn)展重組和交換，這種重組和交換的概率會(huì)隨著染色體上恣意兩點(diǎn)間相對(duì)間隔的遠(yuǎn)近概率會(huì)隨著染色體上恣意兩點(diǎn)間相對(duì)間隔的遠(yuǎn)近而發(fā)生相應(yīng)的變化。而發(fā)生相應(yīng)的變化。 根據(jù)概率大小

33、，人們就可以推斷出同一條染色根據(jù)概率大小，人們就可以推斷出同一條染色體上兩點(diǎn)間的相對(duì)間隔和位置關(guān)系。體上兩點(diǎn)間的相對(duì)間隔和位置關(guān)系。 我們得到的這張圖譜也就只能顯示標(biāo)志之間我們得到的這張圖譜也就只能顯示標(biāo)志之間的相對(duì)間隔。我們稱這一間隔的相對(duì)間隔。我們稱這一間隔( (概率概率) )為遺傳間隔為遺傳間隔(cM)(cM)，由此構(gòu)建的圖譜也稱為遺傳圖譜。，由此構(gòu)建的圖譜也稱為遺傳圖譜。人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 遺傳圖譜的意義遺傳圖譜的意義 經(jīng)過遺傳圖譜，我們可以大致了解各個(gè)基經(jīng)過遺傳圖譜，我們可以大致了解各個(gè)基因或因或DNADNA

34、片斷之間的相對(duì)間隔與方向，如哪片斷之間的相對(duì)間隔與方向，如哪個(gè)基因更接近著絲粒，那個(gè)更接近端粒等個(gè)基因更接近著絲粒，那個(gè)更接近端粒等 遺傳間隔是經(jīng)過遺傳連鎖分析獲得的，運(yùn)遺傳間隔是經(jīng)過遺傳連鎖分析獲得的，運(yùn)用的用的DNADNA厘摩標(biāo)志越多，越密集，所得到的厘摩標(biāo)志越多，越密集，所得到的遺傳連鎖圖的分辨率就越高遺傳連鎖圖的分辨率就越高 遺傳圖譜不僅是現(xiàn)階段定位基因的重要手遺傳圖譜不僅是現(xiàn)階段定位基因的重要手段，即使在人類基因組全物理圖譜建立起段，即使在人類基因組全物理圖譜建立起來之后，它依然是研討人類基因組遺傳與來之后，它依然是研討人類基因組遺傳與變異的重要手段變異的重要手段人類基因組方案人類基

35、因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT遺傳作圖的DNA分子標(biāo)志 第一代：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性第一代：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 restriction fragment length polymorphisms,RFLPrestriction fragment length polymorphisms,RFLP 第二代：簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性第二代：簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性 simple sequenece length polymorphisrns,SSLPs)simple sequenece length polymorphisrns,SSLPs) 小衛(wèi)星序列：小衛(wèi)星序

36、列：Minisatellite DNAMinisatellite DNA 微衛(wèi)星序列：微衛(wèi)星序列：Microsatellite DNA, MSMicrosatellite DNA, MS 第三代：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性標(biāo)志第三代：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性標(biāo)志 single nucleotide polymorphisms,SNPsingle nucleotide polymorphisms,SNP人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 現(xiàn)代遺傳圖譜的概念由現(xiàn)代遺傳圖譜的概念由Botstein DBotstein D等等(1980)(1980)首先提首先提出

37、，在此根底上，限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性出，在此根底上，限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性RFLPRFLP作為遺傳圖譜的第一代嶄新標(biāo)志得以作為遺傳圖譜的第一代嶄新標(biāo)志得以問世問世 。第一代：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 同源染色體同一區(qū)段DNA 序列的差別， 限制酶識(shí)別的堿基順序有專注性人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT第二代：簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性 SSLPs發(fā)現(xiàn)：小衛(wèi)星序列minisatellite , 微衛(wèi)星序列microsatellite 微衛(wèi)星多態(tài)性遺傳標(biāo)志，又稱

38、簡(jiǎn)單序列反復(fù)標(biāo)志short sequence repeat，SSR，最重要的優(yōu)點(diǎn)是高度多態(tài)性，提供的信息量相對(duì)很大；另外可用PCR技術(shù)使操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，遺傳圖與物理圖研討中非常有用的工具20世紀(jì)80年代后期,人們開場(chǎng)運(yùn)用微衛(wèi)星序列(microsatellite,MS)繪制圖譜。1994年底，美、法完成了以RFLP及微衛(wèi)星為標(biāo)志的遺傳圖譜.圖譜包含了5826位點(diǎn)，覆蓋4000cM，分辨率高達(dá)0.7cM2019年法國(guó)報(bào)道了完全以微衛(wèi)星DNA標(biāo)志構(gòu)建的遺傳連鎖圖，包含2335位點(diǎn)，分辯率為1.6cM人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因

39、組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT第三代：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性標(biāo)志single nucleotide polymorphism，SNP點(diǎn)突變，位于密碼子的搖擺位置，表現(xiàn)為沉默突變而被大量保管下來。大多數(shù)不能被限制酶識(shí)別，必需采取測(cè)序或寡聚核苷酸雜交檢測(cè)在人類基因組中可到達(dá)300萬(wàn)個(gè)，平均每1000個(gè)堿基對(duì)就有一個(gè)數(shù)目多，覆蓋密度大，它的開發(fā)和運(yùn)用摒棄了遺傳標(biāo)志分析技術(shù)的瓶頸凝膠電泳，為DNA芯片技術(shù)運(yùn)用于遺傳作圖提供了根底人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT人類基因組方案人類基因組方案作圖作

40、圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT為什么要進(jìn)展物理作圖？為什么要進(jìn)展物理作圖？ 遺傳學(xué)圖譜分辨率有限遺傳學(xué)圖譜分辨率有限 遺傳學(xué)圖的分辨率依賴于遺傳學(xué)圖的分辨率依賴于得到的交換的數(shù)目。對(duì)于人類得到的交換的數(shù)目。對(duì)于人類與大多數(shù)真核生物來說，宏大與大多數(shù)真核生物來說，宏大數(shù)量的后代不易獲得。數(shù)量的后代不易獲得。 遺傳學(xué)圖譜準(zhǔn)確度有限遺傳學(xué)圖譜準(zhǔn)確度有限釀酒酵母釀酒酵母chr3chr3遺傳圖與物理圖的比較遺傳圖與物理圖的比較二、物理作圖人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 定義：以一段知核苷酸序列的DNA片段限制性

41、酶切位點(diǎn)、序列標(biāo)簽位點(diǎn)等為標(biāo)志,以Mb或Kb作為圖距繪制的基因組圖。 根本要素：路標(biāo)、單位、順序、可復(fù)制的DNA片段 物理圖譜人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 物理作圖的根本原理人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 物理圖譜的本質(zhì)是路標(biāo)和克隆的測(cè)序物理圖譜的本質(zhì)是路標(biāo)和克隆的測(cè)序 單一克隆或重疊克隆都不是圖譜，重疊克隆的延續(xù)可以單一克隆或重疊克隆都不是圖譜，重疊克隆的延續(xù)可以制成圖譜，克隆末端的數(shù)量決議了可排制成圖譜，克隆末端的數(shù)量決議了可排DNADNA片段的數(shù)量片段的數(shù)量 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT

42、定義：將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在定義：將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在DNADNA分子的相對(duì)位置。分子的相對(duì)位置。 局限性：只能運(yùn)用于相對(duì)較小的局限性：只能運(yùn)用于相對(duì)較小的DNADNA分子。對(duì)于分子。對(duì)于DNADNA分子長(zhǎng)度分子長(zhǎng)度50Kb50Kb50Kb的的DNADNA分子，可選用稀有切點(diǎn)內(nèi)切酶酶切分子，可選用稀有切點(diǎn)內(nèi)切酶酶切DNADNA。1. 1. 限制酶作圖限制酶作圖人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖物理作圖的方法 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 2. 2. 序列標(biāo)志位點(diǎn)作圖序列標(biāo)志位點(diǎn)作圖 大基因組物理圖主流構(gòu)建技術(shù)大基因組物理圖主流構(gòu)建技術(shù)人類基因組方案人類基因組方案

43、作圖作圖 序列標(biāo)志位點(diǎn)序列標(biāo)志位點(diǎn)Sequence tagged site, STSSequence tagged site, STS : :指一段指一段短的短的DNADNA序列序列, ,通常長(zhǎng)度在通常長(zhǎng)度在100-500bp,100-500bp,易于識(shí)別易于識(shí)別, , 在待研討在待研討的染色體或基因組中僅存有的染色體或基因組中僅存有1 1個(gè)拷貝。因此當(dāng)個(gè)拷貝。因此當(dāng)2 2個(gè)片段含有個(gè)片段含有同一同一STSSTS順序時(shí)，可以確認(rèn)這兩個(gè)片段彼此重疊。順序時(shí)，可以確認(rèn)這兩個(gè)片段彼此重疊。 序列標(biāo)志位點(diǎn)作圖：經(jīng)過序列標(biāo)志位點(diǎn)作圖：經(jīng)過PCRPCR或分子雜交將特定或分子雜交將特定DNADNA順序定順序

44、定位在基因組染色體區(qū)段中。位在基因組染色體區(qū)段中。 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT 構(gòu)建圖譜的載體與方法人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖 利用不同程度的克隆方法，將染色體分解成可測(cè)定順序的方式?？寺》椒寺》椒煽寺】煽寺NADNA片段大小片段大小放射雜交株放射雜交株大片段大片段酵母人工染色體酵母人工染色體1002000kb1002000kb細(xì)菌人工染色體細(xì)菌人工染色體80350kb80350kb黏粒黏粒3145kb3145kb噬菌體和質(zhì)粒噬菌體和質(zhì)粒20kb20kb以下以下 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT放射雜交株放射雜交株radia

45、tion hybrid, RHradiation hybrid, RHX射線處置中國(guó)倉(cāng)鼠體細(xì)胞株挑選擴(kuò)增含小于一條人染色體的細(xì)胞株人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖克隆人染色體的特異片段 LOGO COMPANY LOGOTYPE INSERT YAC載體: 即酵母人工染色體，具有酵母染色體的特性，以酵母細(xì)胞為宿主，能在酵母細(xì)胞中復(fù)制。以YAC為載體，可以乘載2 Mb的大片段DNA，是物理作圖中最早利用的大片段DNA載體。優(yōu)點(diǎn): 容量大, 插入片段可達(dá)1400 kb. 缺陷: 轉(zhuǎn)化效率低； 插入子穩(wěn)定性差； 嵌合克隆比例高, 達(dá)48%； 插入DNA的制備相當(dāng)困難。 人類基因組方案人類基因組方案作圖作圖YAC (Yeast art