基因與基因組學時

人類基因組和基因組學

基因組（genome）生殖細胞含1套基因組

1套來自父本生殖細胞體細胞含2套基因組

1套來自母本生殖細胞本文檔共69頁；當前第1頁；編輯于星期六\2點12分

完整的人類基因組包含：

1-22號常染色體核基因組

X和Y染色體

線粒體基因組本文檔共69頁；當前第2頁；編輯于星期六\2點12分EcoRⅠ屬名種名菌株名酶的序號限制性內切核酸酶限制酶：能夠識別DNA鏈的特定部位并能進行切割。本文檔共69頁；當前第3頁；編輯于星期六\2點12分HaeⅢ5’3’3’5’GGCCCCGG5’3’3’5’GGCCCCGGMboⅠ5’3’3’5’GATCCTAG5’3’3’5’GATCCTAGBamHⅠ5’3’3’5’GGATCCCCTAGG5’3’3’5’GCCTAGGATCCGPstⅠ5’3’3’5’CTGCAGGACGTC5’3’3’5’CTGCAGGACGTC限制性內切核酸酶本文檔共69頁；當前第4頁；編輯于星期六\2點12分EcoRⅠ屬名種名菌株名酶的序號限制性內切核酸酶限制酶：能夠識別DNA鏈的特定部位并能進行切割。本文檔共69頁；當前第5頁；編輯于星期六\2點12分HaeⅢ5’3’3’5’GGCCCCGG5’3’3’5’GGCCCCGGMboⅠ5’3’3’5’GATCCTAG5’3’3’5’GATCCTAGBamHⅠ5’3’3’5’GGATCCCCTAGG5’3’3’5’GCCTAGGATCCGPstⅠ5’3’3’5’CTGCAGGACGTC5’3’3’5’CTGCAGGACGTC限制性內切核酸酶本文檔共69頁；當前第6頁；編輯于星期六\2點12分重組DNA技術（recombinationDNAtechnique）指將目的DNA片段或人工合成的基因，通過載體在體外重組、轉移并插入到另一種生物的基因組中，使其表達為新的性狀或用于進一步的研究，是基因操作的核心技術。包括DNA克?。―NAcloning）和分子雜交（molecularhybridization）。重組DNA本文檔共69頁；當前第7頁；編輯于星期六\2點12分構建轉化擴增（克隆）分離和檢測重組DNA本文檔共69頁；當前第8頁；編輯于星期六\2點12分重組DNA技術流程簡圖ligasevectorrestrictionendonucleaseforeignDNAbacterialcellhost本文檔共69頁；當前第9頁；編輯于星期六\2點12分限制性內切核酸酶限制酶：能夠識別DNA鏈的特定部位并能進行切割。TypeⅠTypeⅡTypeⅢ本文檔共69頁；當前第10頁；編輯于星期六\2點12分20世紀人類科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉

90年代人類基因組計劃40年代第一顆原子彈爆炸60年代人類首次登上月球本文檔共69頁；當前第11頁；編輯于星期六\2點12分人類基因組計劃ＤＮＡ的鳥槍法序列分析技術比較基因組學及功能基因組研究Contents本文檔共69頁；當前第12頁；編輯于星期六\2點12分一、人類基因組計劃的啟動

1986年，諾貝爾獎獲得者R.Dulbecco（杜爾貝科）提出人類基因組計劃——測出人類全套基因組的DNA堿基序列（3×109bp）。第一節(jié)人類基因組計劃本文檔共69頁；當前第13頁；編輯于星期六\2點12分美國政府決定于1990年正式啟動HGP，預計用15年時間，投入30億美元，完成HGP。

由國立衛(wèi)生研究院和能源部共同組成“人類基因組研究所”

逐漸地，HGP擴展為多國協作計劃，參與者包括：英、日、法、德和中國（1993年）。本文檔共69頁；當前第14頁；編輯于星期六\2點12分人類基因組計劃研究的主要成果和進展表現在這副圖上

遺傳圖譜

又稱為連鎖圖譜（linkagemap），指基因或DNA標志在染色體上的相對位置與遺傳距離（1厘摩（cM）=減數分裂時兩個基因間重組值為1%。）物理圖譜

以定位的DNA標記序列如STS作為路標，以DNA實際長度即bp、kb、Mb為圖距的基因組圖譜。序列圖譜

通過基因組測序得到的，以A、T、G、C為標記單位的基因組DNA序列

本文檔共69頁；當前第15頁；編輯于星期六\2點12分

遺傳圖（geneticmap）

又稱連鎖圖（linkagemap）

是將每條染色體上的基因或遺傳標記的相對位置經連鎖分析確定下來，構成圖譜。遺傳距離：連鎖圖中兩個基因間圖距單位

厘摩（cM）

1厘摩（cM）=減數分裂時兩個基因間重組值為1%。本文檔共69頁；當前第16頁；編輯于星期六\2點12分第一代（1975）限制片斷長度多態(tài)（RFLP）分布數量105

多態(tài)程度較低,利用價值受限第二代（1989）短串連復制序列長度多態(tài)(STR)分布數量＞104

高度多態(tài)第三代（1996）單核苷酸多態(tài)（SNP）分布數量3×106

一般為二態(tài)單體型分析DNA遺傳標記本文檔共69頁；當前第17頁；編輯于星期六\2點12分多態(tài)性：人的DNA序列上平均每幾百個堿基會出現一些變異（variation），并按照孟德爾遺傳規(guī)律由親代傳給子代，從而在不同個體間表現出不同，因而被稱為多態(tài)性（Polymorphism）。本文檔共69頁；當前第18頁；編輯于星期六\2點12分第一代多態(tài)性標記是RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism，限制性片段長度多態(tài)性）本文檔共69頁；當前第19頁；編輯于星期六\2點12分本文檔共69頁；當前第20頁；編輯于星期六\2點12分第二代多態(tài)性標記是短的串聯重復序列包括小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA，其多態(tài)性主要來自重復序列拷貝數的變化本文檔共69頁；當前第21頁；編輯于星期六\2點12分小衛(wèi)星DNA—由15-65bp的基本單位串聯重復而成，長度一般不超過20kb。重復次數（小衛(wèi)星DNA區(qū)的長度）在人群中是高度變異的；按照孟德爾的規(guī)律遺傳微衛(wèi)星DNA/簡短串聯重復（STR、STRP或SSLP）重復單元2-8bp，通常重復10-60次CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC本文檔共69頁；當前第22頁；編輯于星期六\2點12分真核生物基因組中的DNA重復序列主要有哪些類型？簡要說明基因組重復序列可能的生物學意義以及基因組重復序列在分子標記研究中的應用（12分）

中國科學院2002年

碩士學位研究生入學分子遺傳學試題本文檔共69頁；當前第23頁；編輯于星期六\2點12分第三代多態(tài)性標記是單核苷酸的多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）SNP：是由于單個核苷酸改變而導致的核酸序列多態(tài)。本文檔共69頁；當前第24頁；編輯于星期六\2點12分人類99．9％的基因密碼是相同的，而差異不到0．1％，不同人群僅有140萬個核苷酸差異。這些差異是由“單一核苷酸多樣性”（SNP）產生的，它構成了不同個體的遺傳基礎。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質上的區(qū)別。本文檔共69頁；當前第25頁；編輯于星期六\2點12分SNP與RFLP和STR標記的主要不同之處在于，它不再以DNA片段的長度變化作為檢測手段，而直接以序列變異作為標記。本文檔共69頁；當前第26頁；編輯于星期六\2點12分本文檔共69頁；當前第27頁；編輯于星期六\2點12分l

物理圖（physicalmap）是要將隨機長度的DNA片斷在染色體上的排列順序確定下來。這些克隆DNA片斷連接起來，形成重疊克隆群（Conting），再將一個個（Conting)相連成線狀，覆蓋整個染色體。這主要靠單拷貝DNA序列標定部位（STS）作路標來實現。本文檔共69頁；當前第28頁；編輯于星期六\2點12分本文檔共69頁；當前第29頁；編輯于星期六\2點12分

序列圖（sequencemap）

是通過對基因組DNA進行堿基排列順序分析而建立的。兩種技術路線：

1.公共序列路線：即在物理圖基礎上，將各個BAC克隆片段切成更短的片段，形成亞克隆分別進行測序，再將相互重疊的讀出序列組裝成連續(xù)重疊線。本文檔共69頁；當前第30頁；編輯于星期六\2點12分2.“鳥槍法”測序路線：即直接將基因組DNA分割成20kb左右的小片段進行隨機測序，再用超級計算機組裝成重疊線。所形成的序列圖稱celera序列。

……………ACGTCCGATCGGTTCATGCC

TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC…………本文檔共69頁；當前第31頁；編輯于星期六\2點12分第二節(jié)DNA的鳥槍法序列分析技術一、DNA的鳥槍法測序原理本文檔共69頁；當前第32頁；編輯于星期六\2點12分

1999年12月用“逐個克隆法”獲得第一條人類染色體—22號染色體完成序列本文檔共69頁；當前第33頁；編輯于星期六\2點12分

2000年3月用“全基因組鳥槍法”獲得果蠅全基因組序列。本文檔共69頁；當前第34頁；編輯于星期六\2點12分2000年6月公共領域測序計劃工作框架圖本文檔共69頁；當前第35頁；編輯于星期六\2點12分二、DNA的鳥槍法測序的主要步驟第一，建立高度隨機、插入片段大小為2kb左右的基因組文庫。第二，高效、大規(guī)模的末端測序。第三，序列集合。第四，填補缺口。本文檔共69頁；當前第36頁；編輯于星期六\2點12分Shotgun法序列拼接SequenceGap

本文檔共69頁；當前第37頁；編輯于星期六\2點12分三、ＤＮＡ的鳥槍法測序的優(yōu)缺點優(yōu)點：速度快缺點：●隨著所測基因組總量增大，所需測序的片段大量增加●高等真核生物（如人類）基因組中有大量重復序列，導致判斷失誤本文檔共69頁；當前第38頁；編輯于星期六\2點12分本文檔共69頁；當前第39頁；編輯于星期六\2點12分基因圖（genemap）

即在序列圖基礎上，用不同的方法測定各個基因所在區(qū)域位置?；驁D測定方法：

1.CpG島的應用：大多數持家基因和40%組織特異性基因5’端均存在CpG島序列。制備

探針，染色體涂染指示基因位置分布。

本文檔共69頁；當前第40頁；編輯于星期六\2點12分

2.計算機識別：研發(fā)計算機GRAIL系統，可識別每個基因區(qū)的外顯子-內含子接頭區(qū)保守序列。

3.cDNA策略：由組織細胞中表達mRNA，逆轉錄合成cDNA片段，稱為表達序列標簽（EST），將收獲EST定位后，構建的圖稱為轉錄圖，是人類基因圖雛形。本文檔共69頁；當前第41頁；編輯于星期六\2點12分

二、人類基因組計劃的進展狀況

（1）截至1998年10月，完成1.8×108bp，占計劃的6％。

（2）完成一系列模式生物全基因組測定。

這些模式生物全基因組測定的完成有重大理論與現實意義。本文檔共69頁；當前第42頁；編輯于星期六\2點12分（3）DNA測序技術飛速提高

1998.5.9.

J.C.Venter等宣布，組建商業(yè)公司，投入3億美元，3年內完成。接著又有若干家公司成立，總共投入資金約幾十億美元，形成“公”“私”并進格局。本文檔共69頁；當前第43頁；編輯于星期六\2點12分

2000.6.完成并公布人類基因組工作框架圖(90%)。本文檔共69頁；當前第44頁；編輯于星期六\2點12分二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成本文檔共69頁；當前第45頁；編輯于星期六\2點12分2000年6月公共領域測序計劃工作框架圖本文檔共69頁；當前第46頁；編輯于星期六\2點12分美國國家人類基因組研究所所長弗朗西斯·柯林斯在介紹情況。本文檔共69頁；當前第47頁；編輯于星期六\2點12分人類基因組草圖基本信息由31.65億bp組成含3~3.5萬基因與蛋白質合成有關的基因占2%人類基因組人類蛋白質61%與果蠅同源43%與線蟲同源46%與酵母同源本文檔共69頁；當前第48頁；編輯于星期六\2點12分2001年2月16日

人類基因組“精細圖”完成(99%)。本文檔共69頁；當前第49頁；編輯于星期六\2點12分2003年4月14日，人類基因組序列圖亦稱“完成圖”（99.99%），提前繪制成功。本文檔共69頁；當前第50頁；編輯于星期六\2點12分

人類基因組結構的分析

1.

人類基因組DNA全長約3×109bp，相當3600厘摩（cM）。其中僅有約5%的序列為編碼序列（編碼蛋白或tRNA、rRNA等）。

2.

人類基因組中可能有20000-25000個基因，其中編碼蛋白質的外顯子只占基因組DNA的1%，內含子則占24%。每個基因平均長27kb，平均含有9個外顯子。不同個體間，基因編碼僅有0.01%的差異。本文檔共69頁；當前第51頁；編輯于星期六\2點12分3.

基因在各個染色體上的分布是不均勻的，17、19、22號染色體基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色體基因密度最低。人類基因組中約20%的區(qū)段是沒有基因的“沙漠”。本文檔共69頁；當前第52頁；編輯于星期六\2點12分人類基因組的特征20000～25000個蛋白編碼基因許多特征（基因、轉座子、GC含量、CpG島和重組率等）在基因組上分布不均大部分轉座子活性明顯下降染色體末端重組率較高，著絲粒附近較低，越短的染色體重組率越高，重組率在不同性別之間有差別含大量SNP本文檔共69頁；當前第53頁；編輯于星期六\2點12分三、人類基因組計劃的科學意義（1）確定人類基因組中約5萬個編碼基因的序列及其在基因組中的物理位置，研究基因的產物及其功能。（2）了解轉錄和剪接調控元件的結構與位置，從整個基因組結構的宏觀水平上理解基因轉錄與轉錄后調節(jié)。本文檔共69頁；當前第54頁；編輯于星期六\2點12分（3）從整體上了解染色體結構，包括各種重復序列以及非轉錄“框架序列”的大小和組織，了解各種不同序列在形成染色體結構、DNA復制、基因轉錄及表達調控中的影響與作用。（4）研究空間結構對基因調節(jié)的作用。有些基因的表達調控序列與被調節(jié)基因從直線距離上看，似乎相距甚遠，但若從整個染色體的空間結構上看則恰恰處于最佳的調節(jié)位置，因此，有必要從三維空間的角度來研究真核基因的表達調控規(guī)律。本文檔共69頁；當前第55頁；編輯于星期六\2點12分（5）發(fā)現與DNA復制、重組等有關的序列。DNA的忠實復制保障了遺傳的穩(wěn)定性，正常的重組提供了變異與進化的分子基礎。局部DNA的推遲復制、異常重組等現象則導致疾病或者胚胎不能正常發(fā)育，因此，了解與人類DNA正常復制和重組有關的序列及其變化，將對研究人類基因組的遺傳與進化提供重要的結構上的依據。本文檔共69頁；當前第56頁；編輯于星期六\2點12分（6）研究DNA突變、重排和染色體斷裂等，了解疾病的分子機制，包括遺傳性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引發(fā)的分子病理學改變及其進程，為這些疾病的診斷、預防和治療提供理論依據。（7）確定人類基因組中轉座子、逆轉座子和病毒殘余序列，研究其周圍序列的性質。了解有關病毒基因組侵染人類基因組后的影響，可能指導人類有效地利用病毒載體進行基因治療。

本文檔共69頁；當前第57頁；編輯于星期六\2點12分（8）研究染色體和個體之間的多態(tài)性。這些知識可被廣泛用于基因診斷、個體識別、親子鑒定、組織配型、發(fā)育進化等許多醫(yī)療、司法和人類學的研究。此外，這些遺傳信息還有助于研究人類歷史進程、人類在地球上的分布與遷移以及人類與其他物種之間的比較。本文檔共69頁；當前第58頁；編輯于星期六\2點12分人類基因組計劃比較基因組學及功能基因組研究Contents本文檔共69頁；當前第59頁；編輯于星期六\2點12分一、比較基因組學(ComparativeGenomics)概念：是基于基因組圖譜和測序基礎上，對已知的基因和基因組結構進行比較，來了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。第三節(jié)比較基因組學及功能基因組學研究本文檔共69頁；當前第60頁；編輯于星期六\2點12分物種完成年份總長度/Mp已完成總長的百分數/%占常染色質百分數/Mb基因數/Mb酵母19961293100483線蟲19989699100197果蠅20001166497117擬南芥200011592100221人類第21染色體200034751007人類第22染色體199934709716人類全基因組(PublicSequence)20012693849012人類全基因組(Cel