基因組學(xué)-復(fù)習(xí)題綱

第一章 基因組概論1、 根本概念隔裂基因：大多數(shù)真核生物蛋白質(zhì)基因的編碼順序(Exon)都被或長(zhǎng)或短的非編碼順序(Intron)隔開。重疊基因/嵌套基因：指調(diào)控具有獨(dú)立性但局部使用共同基因序列的基因/同一段DNA能攜帶兩種不同蛋白的信息.假基因：一般由先前的功能基因積累突變形成，稱為假基因，用符號(hào)Ψ表示?；蚣易澹赫婧嘶蚪M中有許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這組基因稱為基因家族?；蚪M：一個(gè)物種的一套完整遺傳物質(zhì)的總和，包括核基因組和細(xì)胞質(zhì)基因組?；蚪M學(xué)：研究生物體基因組的組成、結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)：著重研究基因組的結(jié)構(gòu)并構(gòu)建高分辨的遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖以及研究蛋白質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)的學(xué)科。功能基因組學(xué)：主要是利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究所得到的各種信息在基因組水平上研究編碼序列及非編碼序列生物學(xué)功能的學(xué)科。人類元基因組：指人體內(nèi)共生的菌群基因組的總和，包括腸道、口腔、呼吸道、生殖道等處菌群。Alu序列：靈長(zhǎng)類動(dòng)物細(xì)胞的主要散在的重復(fù)DNA序列。含有限制性內(nèi)切酶Alu的切點(diǎn)〔AG↓CT〕。2、 原核與真核生物基因組與順反子的等價(jià)關(guān)系在簡(jiǎn)單基因組中基因與順反子等價(jià)原核和低等真核細(xì)胞：基因與產(chǎn)物之間的關(guān)系比擬簡(jiǎn)單。通常是一基因一相應(yīng)產(chǎn)物，而且基因往往與產(chǎn)物共線性?；蚝晚樂醋拥葍r(jià)：基因是遺傳的功能單位；也是可表達(dá)的遺傳信息的單位。在細(xì)菌中：基因是編碼區(qū)(開放閱讀框)。細(xì)菌基因常常組合成一個(gè)操縱子，這樣幾種產(chǎn)物均由一條多順反子mRNA翻譯而成。在真核細(xì)胞中：基因是轉(zhuǎn)錄的單位。大多數(shù)基因以單順反子mRNA的形式轉(zhuǎn)錄。 基因組C值與C值矛盾基因組C值是一個(gè)物種的基因組固有的DNA含量，一般是恒定的。C值矛盾或C值悖論:C值大小與生物進(jìn)化不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。C值矛盾原因:基因內(nèi)(內(nèi)含子)、基因間的間隔序列、重復(fù)序列和假基因序列4、 基因組序列復(fù)雜性與基因組大小的關(guān)系序列復(fù)雜性：不同序列的DNA總長(zhǎng)。DNA序列復(fù)雜性：C0t1/2=1/k，起始濃度DNA〔C〕在保溫時(shí)間t后有半數(shù)DNA完全復(fù)性的數(shù)值。C0t1/2值越大，復(fù)性速率越慢，在特定數(shù)量DNA中含有重復(fù)的特定序列拷貝數(shù)比例越小，基因組的序列復(fù)雜性越大。第二章 基因組遺傳圖譜1、 根本概念：遺傳圖：采用遺傳分析的方法將基因或其它DNA序列標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。圖距單位為cM，1cM=1%的交換值。家系圖：指某一家族各世代成員數(shù)目、親屬關(guān)系與該基因表達(dá)的性狀或疾病在該家系中分布情況的示意圖。SNP/單核苷酸多態(tài)性：同一物種不同個(gè)體基因組DNA的等位序列上單個(gè)核苷酸存在差異的現(xiàn)象。共別離：在有性繁殖的后代,假設(shè)基因附近有一緊密連鎖的分子標(biāo)記,在細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)分子標(biāo)記與基因之間由于相距太近很少有時(shí)機(jī)發(fā)生交換，那么這種分子標(biāo)記與連鎖的基因有最大的可能同時(shí)出現(xiàn)在同一個(gè)個(gè)體中，這種現(xiàn)象被稱為共別離。2、 植物基因組遺傳圖譜的構(gòu)建方法①.選擇親本：要求親緣關(guān)系遠(yuǎn)，遺傳差異性大，親本間分子標(biāo)記具有多態(tài)性。②.產(chǎn)生構(gòu)圖群體：配制雜交組合，建立別離群體③.遺傳標(biāo)記的染色體定位：有單體、三體、代換系與附加系分析等方法，依據(jù)染色體劑量的差異將遺傳標(biāo)記定位在特定染色體上。即當(dāng)供體材料總DNA等量時(shí)，DNA雜交帶的信號(hào)強(qiáng)弱與該標(biāo)記位于的染色體劑量成正比。④.標(biāo)記間的連鎖分析：通過分析別離群體內(nèi)雙親間有多態(tài)性的遺傳標(biāo)記間的連鎖交換情況和趨于協(xié)同別離的程度即可確定標(biāo)記間的連鎖關(guān)系和遺傳距離。3、 人類基因組遺傳圖譜的構(gòu)建方法家系分析法：分析8個(gè)家系134個(gè)成員〔186個(gè)減數(shù)分裂〕→根據(jù)5264個(gè)SSR標(biāo)記繪制而成。對(duì)于X染色體，另外利用12個(gè)家系的170個(gè)成員分析〔105個(gè)減數(shù)分裂〕→將5264個(gè)標(biāo)記定位在2335個(gè)位點(diǎn)上→構(gòu)建的人類基因組遺傳圖譜密度為每個(gè)標(biāo)記599kb。4、 細(xì)菌基因組遺傳圖譜的構(gòu)建方法細(xì)菌是單倍體，不發(fā)生減數(shù)分裂。設(shè)計(jì)局部二倍體，讓細(xì)菌在同源區(qū)段發(fā)生交換。局部二倍體作圖技術(shù)：接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)接合轉(zhuǎn)移：兩個(gè)細(xì)菌機(jī)械接觸，其中一細(xì)菌〔供體〕將DNA轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌中。轉(zhuǎn)移的DNA可以是供體細(xì)胞染色體的一段拷貝或整個(gè)染色體;轉(zhuǎn)移的DNA也可是質(zhì)粒/附加體轉(zhuǎn)移〕.而且供體DNA分子轉(zhuǎn)移后，必須與受體細(xì)胞DNA發(fā)生雙交換才能整合到受體細(xì)胞染色體中。否那么，轉(zhuǎn)移的DNA將隨受體細(xì)胞分裂而喪失，除質(zhì)粒附加體轉(zhuǎn)移例外。細(xì)菌遺傳作圖中采用的都是生化標(biāo)記，顯性或野生型具有生化特性〔如合成色氨酸〕，隱性表型是可以互補(bǔ)的性狀〔如不能合成色氨酸〕，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)移DNA是否進(jìn)入受體細(xì)胞。感染(轉(zhuǎn)導(dǎo)):以噬菌體為媒介，將長(zhǎng)度可達(dá)50Kb的DNA片段從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞。轉(zhuǎn)化：供體細(xì)胞釋放的一段DNA〔通常小于50Kb〕,經(jīng)受體細(xì)胞攝取后整合到基因組中，可借助抗性培養(yǎng)基篩選重組克隆。?第三章 物理圖繪制1、 根本概念物理圖：用分子生物學(xué)方法直接檢測(cè)DNA標(biāo)記在染色體上的實(shí)際位置繪制成的圖譜。圖距單位為bp。限制性作圖：將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在DNA分子的相對(duì)位置。基因組文庫：指將基因組DNA通過限制性內(nèi)切酶局部酶解后所產(chǎn)生的基因組DNA片段隨機(jī)的同相應(yīng)的載體重組、克隆，所產(chǎn)生的克隆群體代表了某種有機(jī)體整個(gè)基因組。重疊群：一群相互重疊的克隆或DNA序列，可以是草圖序列或精確序列,包括連續(xù)的(內(nèi)部無間隙)或不連續(xù)的(內(nèi)部含間隙)DNA序列。克隆指紋：指確定DNA樣品所具有的特定DNA片段組成，一個(gè)克隆的指紋表示了該克隆所具有的指定序列的特征，可以同其他克隆產(chǎn)生的同類指紋比擬。作圖試劑：STS作圖過程中用到的可覆蓋待研究的染色體或基因組的DNA片段群。2、物理作圖的方法限制性作圖：將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在DNA分子的相對(duì)位置。依靠克隆的基因組作圖：根據(jù)克隆的DNA片段之間的重疊順序構(gòu)建重疊群,繪制物理連鎖圖。熒光原位雜交：將熒光標(biāo)記的探針與染色體雜交確定分子標(biāo)記的所在位置。序列標(biāo)記位點(diǎn)作圖〔STS〕：通過PCR或分子雜交將小段DNA序列定位在基因組的DNA區(qū)段中。3、遺傳圖與物理圖的區(qū)別遺傳圖譜分辨率有限:遺傳圖譜的分辨率依賴于得到的交換的數(shù)目。對(duì)于人類與大多數(shù)真核生物來說，巨大數(shù)量的后代不易獲得。遺傳圖譜的精確度有限:重組的熱點(diǎn)/冷點(diǎn)遺傳圖譜的準(zhǔn)確度有限:環(huán)境因素與取樣誤差〔補(bǔ)充：前者是描述的基因相對(duì)位置，后者是具體的堿基位置遺傳圖譜是某一物種的染色體圖譜〔也就是我們所知的連鎖圖譜〕，顯示所知的基因和/或遺傳標(biāo)記的相對(duì)位置，而不是在每條染色體上特殊的物理位置。由遺傳重組測(cè)驗(yàn)結(jié)果推算出來的、在一條染色體上可以發(fā)生的突變座位的直線排列〔基因位點(diǎn)的排列〕圖。物理圖譜是利用限制性內(nèi)切酶將染色體切成片段，再根據(jù)重疊序列確定片段間連接順序，以及遺傳標(biāo)志之間物理距離［堿基對(duì)(bp)或千堿基(kb)或兆堿基(Mb)］的圖譜。以人類基因組物理圖譜為例，它包括兩層含義，一是獲得分布于整個(gè)基因組30000個(gè)序列標(biāo)志位點(diǎn)(STS，其定義是染色體定位明確且可用PCR擴(kuò)增的單拷貝序列)。限制性作圖的根本原理比擬一種DNA分子被不同限制性內(nèi)切酶切割所產(chǎn)生的片段大小。首先用一種酶處理樣品后，電泳確定DNA片段的大小。然后用第二種酶處理，獲得第二組片段。最后用兩種酶混合處理，獲得第三組片段。收集上述資料進(jìn)行比照組裝。兩種酶切位點(diǎn)交替出現(xiàn)的區(qū)段用加減法確定其相對(duì)位置。連續(xù)出現(xiàn)2個(gè)或多個(gè)相同酶切位點(diǎn)的區(qū)段，采用局部酶解法。切點(diǎn)過多時(shí)可以采用末端同位素標(biāo)記結(jié)合局部酶解進(jìn)行繪圖。重疊群的組建染色體步移法〔chromosomalwalking)：先從基因文庫的一個(gè)克隆開始，然后從文庫中尋找與之重疊的第二個(gè)克隆，再繼續(xù)確定第三個(gè)克隆，依次類推。如果探針含有基因組范圍分布的重復(fù)序列，會(huì)有非特異雜交，這時(shí)需要預(yù)雜交，封閉非特異位點(diǎn)。以插入片段末端為探針，減少重復(fù)序列出現(xiàn)的可能性。指紋法(clonefingerprinting)DNA指紋的類型及指紋作圖的根本原理克隆指紋法的原理：如果2個(gè)克隆彼此重疊，它們一定含有相同的順序。有3種類型：1，限制性帶型指紋〔用不同限制性酶消化后，經(jīng)凝膠別離產(chǎn)生的條帶〕、2，重復(fù)順序DNA指紋〔將不同克隆的限制性片段電泳轉(zhuǎn)膜后，與基因組范圍分布的重復(fù)序列〔探針〕雜交形成的帶型?！?、3，STS指紋〔根據(jù)STS序列設(shè)計(jì)引物，擴(kuò)增文庫當(dāng)中的克隆，能擴(kuò)出條帶的克隆都含有順序重疊的插入子〕STS作圖的原理STS在染色體上的位置是確定的。兩個(gè)不同的STS出現(xiàn)在同一片段的時(shí)機(jī)取決于它們?cè)诨蚪M中的位置，彼此接近，同時(shí)出現(xiàn)在同一片段的時(shí)機(jī)就大，反之那么小。STS作圖與連鎖分析是一樣的，不同之處僅在于兩個(gè)標(biāo)記間的圖距是根據(jù)別離頻率來計(jì)算的。主要采用的方法是輻射雜種作圖。8、輻射雜種作圖的程序及其圖距輻射雜種的作圖單位為厘鐳(centiRay,cR)：DNA分子暴露在N拉徳(rad)X射線劑量下兩個(gè)分子標(biāo)記之間發(fā)生1%斷裂的機(jī)率。輻射雜種群PCR檢測(cè)STS標(biāo)記，根據(jù)成對(duì)STS出現(xiàn)頻率，判斷標(biāo)記是否連鎖及連鎖程度第四章基因組測(cè)序與序列組裝1、 根本概念作圖測(cè)序：克隆依次測(cè)序，限制測(cè)序？全基因組隨機(jī)測(cè)序：全基因組鳥槍法測(cè)序，隨機(jī)測(cè)序？全基因組測(cè)序是對(duì)未知基因組序列的物種進(jìn)行個(gè)體的基因組測(cè)序。序列間隙：因覆蓋率的原因而留下的未能測(cè)序的序列，仍存在于克隆文庫中，這類間隙稱為序列間隙。物理間隙：因克隆載體自身的限制或DNA順序特殊的組成等原因造成某些順序喪失或未能克隆，這類間隙稱為物理間隙?？寺∥膸欤?jiǎn)蝹€(gè)基因組的DNA片段克隆集合體。讀序：2、 第一、二、三代測(cè)序技術(shù)的代表及其根本原理第二代測(cè)序技術(shù)——循環(huán)陣列合成測(cè)序法〔P68〕代表：Roche454、IlluminaSolexa和ABISOLiD第三代測(cè)序技術(shù)——單分子測(cè)序，直接測(cè)序代表：Helicos公司的單分子測(cè)序儀、PacificBiosciences公司的SMRT技術(shù)和OxfordNanoporeTechnologies公司的納米孔單分子技術(shù)。3、 序列間隙與物理間隙的縫合4、 作圖法測(cè)序與鳥槍法測(cè)序的原理與兩者區(qū)別序列組裝原理:直接從已測(cè)序的小片段中尋找彼此重疊的測(cè)序克隆，然后依次向兩側(cè)鄰接的序列延伸。鳥槍法策略指導(dǎo)測(cè)序策略不需背景信息構(gòu)建克隆群(遺傳、物理圖譜)時(shí)間短需要幾年的時(shí)間需要大型計(jì)算機(jī)得到的是草圖(Draft)得到精細(xì)圖譜5、 怎樣判斷序列組裝的正確6、 人類基因組的測(cè)序策略構(gòu)建BAC克隆↓限制性酶處理獲得指紋↓根據(jù)指紋重疊方法組建BAC克隆重疊群↓根據(jù)STS標(biāo)記,將BAC克隆重疊群標(biāo)定在物理圖上↓每個(gè)BAC克隆內(nèi)部采用鳥槍法測(cè)序,組裝↓將BAC插入順序與BAC克隆指紋極重疊群比照,將已閱讀的順序錨定到物理圖上?第五章基因組序列詮釋與基因功能分析根本概念：密碼子偏愛：動(dòng)物園雜交：根據(jù)親緣關(guān)系相似的物種，其基因的編碼區(qū)相似性較高，而非編碼區(qū)的同源性很低的原理。如果某一物種的DNA序列與來自另一親緣物種的DNA片段雜交產(chǎn)生陽性信號(hào)，該區(qū)段可能含有1個(gè)或多個(gè)基因，這種方法又稱為動(dòng)物園雜交?；蚯贸豪肈NA同源重組的原理，在活體內(nèi)將特定基因從染色體上剔除的過程。啟動(dòng)子陷阱:RNAi:與靶基因序列同源的雙鏈RNA所誘導(dǎo)一種序列特異性的轉(zhuǎn)錄后基因沉默現(xiàn)象。噬菌體外顯:轉(zhuǎn)錄組:即那些含有細(xì)胞在特定時(shí)間所需生物信息、編碼蛋白質(zhì)的基因衍生而來的RNA分子的集合。蛋白質(zhì)組：即細(xì)胞中那些決定細(xì)胞能夠進(jìn)行生化反響的所有蛋白質(zhì)組分?；蚪Y(jié)構(gòu)序列特征基因不是核苷酸的隨機(jī)排列而是具有明顯特征：基因的編碼區(qū)是可讀框(ORF)。根據(jù)開放讀碼框預(yù)測(cè)基因a.起始密碼子ATG第一個(gè)ATG確實(shí)定那么依據(jù)Kozak規(guī)那么：Kozak規(guī)那么是基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。所謂Kozak規(guī)那么，即第一個(gè)ATG側(cè)翼序列的堿基分布所滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。b.終止密碼子終止密碼子:TAA,TAG,TGAGC%=50%終止密碼子每64bp出現(xiàn)一次；GC%>50%終止密碼子每100－200bp出現(xiàn)一次；由于多數(shù)基因ORF均多于50個(gè)密碼子，因此可能的選擇應(yīng)該是ORF不少于100個(gè)密碼子。3’端確實(shí)認(rèn)3’端確實(shí)認(rèn)主要根據(jù)Poly(A)加尾信號(hào)序列,假設(shè)測(cè)試Contig不含Poly(A)信號(hào)序列，那么根據(jù)加尾信號(hào)序列“AATAAA〞和BLAST同源性比擬結(jié)果共同判斷。密碼子偏愛性外顯子－內(nèi)含子邊界外顯子和內(nèi)含子的邊界有一些明顯的特征：內(nèi)含子的5’端或稱供體位〔donorsite〕常見的順序?yàn)?’-AG↓GTTAAGT-3’；3’端又稱受體位〔acceptorsite),多為5‘PyPyPyPyPyPyCAG-3’(“Py〞嘧啶核苷酸，T或C)上游控制序列信號(hào)肽分析軟件預(yù)測(cè)2,mRNA的5’端即轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)區(qū)通過同源性比擬來預(yù)測(cè)mRNA的5’端，最常用的與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫是真核啟動(dòng)子數(shù)據(jù)庫3、怎樣從基因組序列中查找到基因并進(jìn)行確認(rèn)1〕根據(jù)基因結(jié)構(gòu)特征搜尋基因2〕同源基因查詢3〕實(shí)驗(yàn)確定基因分子雜交可確定DNA片段是否含表達(dá)序列由EST和cDNA指認(rèn)基因DNA序列中基因位置確實(shí)定全長(zhǎng)cDNA邊界序列文庫的構(gòu)建4、基因邊界確實(shí)定5、序列同源確實(shí)定6、各種基因功能鑒定的方法及其原理8、siRNA與miRNA的作用機(jī)理及區(qū)別相同點(diǎn):長(zhǎng)度都約22nt左右；同是Dicer產(chǎn)物，因此具有Dicer產(chǎn)物的特點(diǎn)；二者生成都需Argonaute家族蛋白的存在；同是RISC的組分。不同點(diǎn):來源不同：siRNA來源于轉(zhuǎn)基因或病毒RNA，由長(zhǎng)dsRNA轉(zhuǎn)變而來；miRNA來源于內(nèi)源轉(zhuǎn)錄本，是細(xì)胞內(nèi)RNA的固有組分之一，由具有發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)的pre-miRNA轉(zhuǎn)變而來；結(jié)構(gòu)不同：siRNA主要以雙鏈形式存在，其3’端存在2個(gè)非配對(duì)的堿基，通常為UU；miRNA主要以單鏈形式存在；對(duì)靶RNA的特異性不同：siRNA與靶mRNA完全互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合；miRNA與靶RNA并不完全互補(bǔ)，存在錯(cuò)配現(xiàn)象。靶序列有一個(gè)核苷酸突變，就會(huì)影響到siRNA的作用功能，但不會(huì)影響到miRNA的功能；作用形式不同：siRNA主要在轉(zhuǎn)錄后通過降解mRNA發(fā)揮作用，而miRNA只在蛋白質(zhì)翻譯水平上負(fù)調(diào)控靶基因的表達(dá)。?第六章基因組解剖1、根本概念：SAR：中期染色體染色質(zhì)纖絲與染色體骨架蛋白結(jié)合的染色體DNA順序.MAR：細(xì)胞間期與細(xì)胞核基質(zhì)蛋白成分結(jié)合的染色體DNA順序.CpG島：基因組中富含GC堿基的DNA區(qū)段。等高線：基因組中具有較均一的相似比例堿基組成的連續(xù)的DNA順序.病毒基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基因組編碼序列>90%(真核生物基因組較多冗余)。多為單拷貝,即每個(gè)基因只出現(xiàn)一次?；蛴羞B續(xù)的〔噬菌體〕和間斷的(真核細(xì)胞病毒〕。相關(guān)基因叢集:功能上相關(guān)的基因排列在一起,形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。原核生物基因組與真核生物基因組在結(jié)構(gòu)與組成上的區(qū)別原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、基因組為環(huán)狀雙鏈DNA分子2、只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)3、具有操縱子結(jié)構(gòu)指數(shù)個(gè)功能上相關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)構(gòu)成基因的表達(dá)單位.4、一般無重疊基因.5、基因是連續(xù)的,無內(nèi)含子真核生物核基因組基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1〕體細(xì)胞:兩套基因組性細(xì)胞:一套基因組2〕基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,數(shù)目龐大,多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)3〕mRNA為單順反子。4〕含大量重復(fù)序列。5〕非編碼序列占90%以上。6〕基因間有間隔區(qū)(spacerDNA),基因?yàn)閿嗔鸦?splitgene)即內(nèi)含子,外顯子.7〕功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起形成基因家族8〕存在可移動(dòng)成分.類似細(xì)菌的:如玉米中發(fā)現(xiàn)的.類似逆轉(zhuǎn)錄病毒的:轉(zhuǎn)位機(jī)制需RNA介導(dǎo)線粒體基因組與葉綠體基因組在結(jié)構(gòu)與組成上的區(qū)別脊椎動(dòng)物線粒體基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基因之間很少間隔順序，人線粒體基因組只有87bp核苷酸無功能；核糖體RNA基因很短，大小亞基RNA沉降系數(shù)分別為16S和12S；有些基因殘缺，缺少終止密碼子，要在RNA編輯時(shí)產(chǎn)生。高等植物線粒體基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)非均一性:線性和環(huán)狀DNA共存.拷貝非均一性:同細(xì)胞不同亞基因組DNA的拷貝數(shù)并不相同.不同種屬之間線粒體基因組大小變化很大,在120–2500kb之間.動(dòng)態(tài)變化:不同發(fā)育時(shí)期,每個(gè)細(xì)胞線粒體基因組的拷貝數(shù)不是恒定的.分子內(nèi)重組:高等植物線粒體基因組中含有大量短序列重復(fù)順,它們之間的重組導(dǎo)致大量的DNA順序重排,是MtDNA頻繁突變的主要原因.線粒體基因有內(nèi)含子。高等植物葉綠體基因組特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊,基因之間排列緊密,很少非編碼順序.不同種屬之間葉綠體基因組大小比擬恒定,約在120kb左右.動(dòng)態(tài)變化:不同發(fā)育時(shí)期,每個(gè)細(xì)胞葉綠體基因組的拷貝數(shù)是不衡定的.有兩段很長(zhǎng)的反向重復(fù)順序,這一結(jié)構(gòu)可有效地阻止葉綠體環(huán)狀DNA的分子內(nèi)重組,這是葉綠體基因組很少發(fā)生重排的主要原因.細(xì)胞器基因組的起源內(nèi)共生理論：線粒體與葉綠體是游離細(xì)菌的化身，他們?cè)谶h(yuǎn)古與真核細(xì)胞結(jié)合并最終定居在真核細(xì)胞中。依據(jù)：〔1〕細(xì)胞器基因表達(dá)的過程很多方面與細(xì)菌相似；〔2〕細(xì)胞器基因與細(xì)菌基因相似性高于核基因。CpG島的分布與特點(diǎn)CpG島的一般特點(diǎn)1)主要在脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn),其它種屬基因組中也有CpG島,但特征不明顯.2)絕大多數(shù)CpG島中很少出現(xiàn)胞嘧啶甲基化,因此被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄活潑區(qū).3)CpG島主要分布在基因的啟動(dòng)子區(qū)和第一個(gè)外顯子區(qū).絕大多數(shù)管家基因(housekeepinggene)含有CpG島,是尋找基因的一個(gè)指標(biāo).在染色體上分布很不均勻，但與基因的分布頻率一致。脊椎動(dòng)物中CpG島的分布有如下特點(diǎn):1.主要分布在基因的5‘端和第1個(gè)外顯子區(qū).2.人類中40%的管家基因的5‘端均含CpG島.3.雙堿基-CpG-具回文結(jié)構(gòu),是甲基化酶作用的位點(diǎn),可在回文對(duì)稱的兩個(gè)胞嘧啶5位碳原子上進(jìn)行甲基化.在CpG島中-CpG-雙堿基均無甲基化.富基因區(qū)與貧基因區(qū)的分布與序列特點(diǎn)高GC比例區(qū)總是分布在基因密集區(qū)或常染色質(zhì)區(qū),高AT比例區(qū)大多數(shù)分布在異染色質(zhì)區(qū)或貧基因區(qū).7、細(xì)胞器基因的轉(zhuǎn)移與進(jìn)化細(xì)胞器基因轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核基因組中是一個(gè)至今仍在持續(xù)發(fā)生的現(xiàn)象.細(xì)胞器基因轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核之后,必需獲得一段轉(zhuǎn)移信號(hào)肽的順序才能使其編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體.在這一過程中會(huì)發(fā)生兩種事件:由于未能獲得轉(zhuǎn)移肽順序,細(xì)胞核中來自線粒體編碼的基因最終被喪失或突變;當(dāng)細(xì)胞核中線粒體基因獲得轉(zhuǎn)移肽順序后,留在線粒體中的拷貝就失去存在的意義,將發(fā)生喪失或突變成為假基因.第七章基因組表觀遺傳1、根本概念表觀遺傳學(xué)：指基因的DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達(dá)水平與功能發(fā)生改變，并產(chǎn)生可遺傳表型的遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀基因組：全基因組的甲基化圖譜。DNA甲基化：指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，以s-腺苷甲硫氨酸(sAM)為甲基供體，將甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到胞嘧啶第5位碳原子上。染色質(zhì)重塑：核小體在真核細(xì)胞DNA上重新定位的過程。位置效應(yīng)：當(dāng)染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子無法與染色質(zhì)包裹的DNA接觸，基因被關(guān)閉。這種因染色體不同區(qū)段的結(jié)構(gòu)而影響基因表達(dá)的現(xiàn)象稱為位置效應(yīng)或位置效應(yīng)斑。LCR/座位控制區(qū)：副突變：一個(gè)等位基因?qū)е码s合子中的另一等位基因出現(xiàn)的可遺傳變化?；蚪M印記：二倍體細(xì)胞中來自某一親本的等位基因或它所在染色體發(fā)生了表觀遺傳修飾，導(dǎo)致不同親本來源的兩個(gè)等位基因只有一個(gè)可以表達(dá)，另一個(gè)因甲基化而沉默的現(xiàn)象。甲基化組:與基因組甲基化狀態(tài)相關(guān)的DNA序列LCR的作用LCR對(duì)下游的球蛋白基因的表達(dá)有重要影響，如果LCR發(fā)生突變可使球蛋白基因沉默。LCR與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)LCR存在時(shí)，染色質(zhì)解聚松弛，使調(diào)控因子可以接觸DNA，啟動(dòng)基因表達(dá)。表觀遺傳修飾的主要機(jī)制4、DNA甲基化發(fā)生的堿基及其碳原子，常出現(xiàn)于基因組的序列及位置。DNA甲基化指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNAmethyltransferase，Dnmt)的作用下，以s-腺苷甲硫氨酸(sAM)為甲基供體，將甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到胞嘧啶第5位碳原子上。甲基化的胞嘧啶多位于CpG島上。5、DNA甲基化怎樣影響基因的調(diào)控〔DNA甲基化主要發(fā)生在富含CG的區(qū)域，所以稱為CpG島。如CpG島位于某基因的啟動(dòng)子區(qū)域，CpG島的甲基化會(huì)顯著降低甚至完全沉默該基因的轉(zhuǎn)錄，繼而影響蛋白的表達(dá)?！?、基因組印跡的建立過程與產(chǎn)生原因過程：印記去除〔去甲基化〕印記形成〔重新甲基化〕印記維持〔甲基化維持〕染色質(zhì)重塑的機(jī)制及過程。DNA轉(zhuǎn)錄的起始與延伸同染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化有關(guān)，有兩種模型解釋染色質(zhì)重建的機(jī)制：1、先入模型2、動(dòng)態(tài)模型先入模型(pre-emptivemodel)模型認(rèn)為：決定的因素是轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白誰先占據(jù)調(diào)控位點(diǎn)。DNA復(fù)制時(shí)，組蛋白8聚體解離，轉(zhuǎn)錄因子乘機(jī)結(jié)合到調(diào)控位點(diǎn)上，一直持續(xù)到下一個(gè)復(fù)制周期，抑制了組蛋白和DNA的結(jié)合。動(dòng)態(tài)模型(dynamicmodel)近來研究說明：組蛋白置換需輸入能量。一些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA時(shí)可裂解核小體，或建立一個(gè)可產(chǎn)生核小體定位結(jié)合位點(diǎn)的邊界。8、組蛋白修飾的種類及其生物學(xué)功能組蛋白修飾的種類乙酰化--一般與活化的染色質(zhì)構(gòu)型相關(guān)聯(lián)，乙?；揎棿蠖喟l(fā)生在H3、H4的Lys殘基上。甲基化--發(fā)生在H3、H4的Lys和Asp殘基上，可以與基因抑制有關(guān)，也可以與基因的激活相關(guān)，這往往取決于被修飾的位置和程度。磷酸化--發(fā)生與Ser殘基，一般與基因活化相關(guān)。泛素化--一般是C端Lys修飾，啟動(dòng)基因表達(dá)。組蛋白的乙?；纳飳W(xué)功能：松弛染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，利于基因的轉(zhuǎn)錄甲基化生物學(xué)功能：A.基因轉(zhuǎn)錄活化B.基因轉(zhuǎn)錄沉默C.X染色體失活D.異染色質(zhì)致密狀態(tài)H3磷酸化的功能：基因表達(dá)；；；常染色質(zhì)的H4S1被磷酸化之后A.直接形成致密的異染色質(zhì)；B.招募HP1，形成異染色質(zhì)；C.促使組蛋白異構(gòu)體的替換。組蛋白的泛素化：9、X染色體失活的機(jī)理X染色體的Xq13.3區(qū)段有一個(gè)X失活中心(X-inactioncenter，Xic)，存在著X染色體失活相關(guān)的特異性轉(zhuǎn)錄基因Xist，這個(gè)基因轉(zhuǎn)錄一段17kb不翻譯的RNA與X染色體結(jié)合，引發(fā)失活。失活從Xic區(qū)段開始啟動(dòng)，然后擴(kuò)展到整條染色體。10、表觀遺傳與腫瘤形成的關(guān)系1、DNA甲基化整體與局部的悖癌基因組整體甲基化水平降低抑癌基因特異性過度甲基化2、腫瘤的抗甲基化治療

1〕翻開鎖鏈解救基因2〕靶向性DNA甲基化第八章基因組進(jìn)化的分子根底1、根本概念誤導(dǎo)滲入：滑序復(fù)制：回復(fù)突變：突變方向是從突變型恢復(fù)到野生型。同源重組：兩個(gè)DNA分子在同源序列之間發(fā)生的相互交換和重組?；蜣D(zhuǎn)變：同源重組時(shí)由于錯(cuò)配修復(fù)而生成非交互性重組鏈，將一個(gè)等位基因轉(zhuǎn)換成另一個(gè)等位基因位點(diǎn)特異性〔專一性〕重組：重組依賴于小范圍同源序列的聯(lián)會(huì)，發(fā)生精確的斷裂、連接，DNA分子并不對(duì)等交換，通常是一個(gè)DNA分子整合到另一個(gè)DNA分子內(nèi)部。異常重組：同源性很低或非同源DNA分子之間的重組。轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)座因子改變其在DNA分子上位置的過程2、 突變的類型和分子機(jī)制突變的機(jī)制1、自發(fā)突變1〕DNA復(fù)制錯(cuò)誤2〕自發(fā)的化學(xué)變化〔1〕.脫嘌呤〔2〕.脫氨基〔3〕.氧化損傷2.誘發(fā)突變1)放射線2)化學(xué)物質(zhì)：堿基類似物堿基的修飾劑DNA插入劑3、突變對(duì)基因組的影響突變對(duì)基因組的影響同義突變：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子錯(cuò)義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變〔中性突變、滲漏突變〕無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子連讀突變：與終止突變正好相反，終止密碼子變成指令某一氨基酸的密碼子，使翻譯繼續(xù)進(jìn)行同源重組的Holliday模型5、 λ噬菌體整合和切離的分子機(jī)制λ噬菌體DNA的整合機(jī)制λDNA的整合涉及到attB和attP的核心序列DNA鏈的割裂和重接。首先在attB和attP位點(diǎn)上產(chǎn)生同樣的交錯(cuò)切口，形成了5’-OH和3’-P的末端。5’單鏈區(qū)全長(zhǎng)7個(gè)堿基。兩個(gè)核心區(qū)的斷裂完全相同，連接過程不需要任何新DNA的合成。在整合反響中，互補(bǔ)的單鏈末端交互雜交，連接并完成整合過程。切除反響發(fā)生在原噬菌體兩端的attL和attR之間，產(chǎn)物為λ噬菌體環(huán)狀DNA和細(xì)菌染色體DNA。催化切除反響的除了Int和IHF外，還需要一種叫做切除酶〔exicisionase,Xis〕的蛋白參加，該酶由λ噬菌體的cis基因編碼。Xis對(duì)控制反響方向起重要作用，它是切除反響所需要的，但卻抑制整合反響。 轉(zhuǎn)座的類型及逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座發(fā)生的分子機(jī)制類型：復(fù)制轉(zhuǎn)座非復(fù)制轉(zhuǎn)座保守轉(zhuǎn)座?第九章基因組進(jìn)化的模式1、根本概念核酶：具有催化活性的核糖核酸生命三界：染色體重排：指染色體區(qū)段位置在染色體內(nèi)或染色體之間發(fā)生的倒位或移位事件.外顯子洗牌：由不同基因中編碼不同結(jié)構(gòu)域的片段彼此連接形成的全新編碼序列。功能域加倍：編碼結(jié)構(gòu)域的基因區(qū)段因不等交換或DNA加倍使編碼序列的拷貝數(shù)增加。協(xié)同進(jìn)化：指同一家族重復(fù)基因成員在進(jìn)化的過程中始終保持序列和功能的一致性，如rRNA基因。趨異進(jìn)化：指重復(fù)基因拷貝中，有些成員在進(jìn)化的過程中仍然保存原有的功能，但表達(dá)模式發(fā)生了變化。另一些成員因編碼序列變異產(chǎn)生了新的功能，還有一些成員在自然選擇過程中被淘汰，如植物的MADS基因。2、 為何地球最初的生化系統(tǒng)為RNA世界支持RNA世界假說的證據(jù)1)RNAapplicationforstoringgeneticinformation(編碼功能).2)EvidenceofRNAmolecules(ribozymes)actingaschemicalcatalysts(enzyme-like)properties(肽鍵合成).3)Evidencesupportingthedenovosynthesisofnitrogen-containingbases(nucleotides)suchasadenine,guanine,cytosine,anduracil,underancientearthconditions(堿基合成).4)EvidenceofthedenovosynthesisoftheRNAsugar(ribose),intheformofribosephosphate,underancientearthconditions(核糖合成).3、 2R假說的內(nèi)容及其證據(jù)2R假說：SusumuOhno在1970年首次提出2R假說.他認(rèn)為,在脊椎動(dòng)物進(jìn)化中,曾經(jīng)發(fā)生過2次全基因組水平的加倍.比擬基因組順序說明,無脊椎動(dòng)物基因成員在哺乳動(dòng)物35000個(gè)基因中平均有兩個(gè)同源基因.2R假說認(rèn)為，在無頜類脊椎動(dòng)物〔jawlessvertebrate〕出現(xiàn)之前和出現(xiàn)之后分別出現(xiàn)過一次全基因組的加倍，即脊椎動(dòng)物有過兩次全基因組加倍.2023年6月完成文昌魚的基因組序列測(cè)序.對(duì)文昌魚和脊椎動(dòng)物基因組中保存下來的17個(gè)先祖脊索動(dòng)物連鎖群進(jìn)行染色體虛擬重建.結(jié)果證實(shí)在有頜類脊椎動(dòng)物演化過程中,確實(shí)發(fā)生了兩輪整基因組加倍現(xiàn)象。2R假說是正確的.新基因產(chǎn)生的方式新基因的產(chǎn)生主要有以下5種方式:1)基因加倍之后的趨異,這類基因根本保持原有的基因功能,但往往獲得了新的表達(dá)模式.這是新基因產(chǎn)生的主要方式.2)結(jié)構(gòu)域洗牌,即不同的結(jié)構(gòu)域加倍或重組,產(chǎn)生具有創(chuàng)新功能的基因.真核生物約19%的基因產(chǎn)生于外顯子洗牌.3)逆轉(zhuǎn)錄及其隨后的趨異或重排.4)基因裂變與融合,由一個(gè)基因分裂成兩個(gè)不同的基因,或兩個(gè)或多個(gè)基因融合組成一個(gè)新的基因.原核生物約0.5%的基因由此產(chǎn)生.5)嬗變,由非編碼順序轉(zhuǎn)變?yōu)榫幋a順序.基因組進(jìn)化的模式基因組進(jìn)化的模式:1,,加倍(基因和基因組加倍——基因與基因組進(jìn)化的主要方式在基因組進(jìn)化中現(xiàn)有基因的加倍是最重要的方式之一，它們可經(jīng)由以下途徑發(fā)生：1〕整個(gè)基因組加倍；2〕單條或局部染色體加倍；3〕單個(gè)或成群基因加倍。)2,重排(1)染色體重排系指染色體區(qū)段位置在染色體內(nèi)或染色體之間發(fā)生的倒位或移位事件.2)染色體重排是基因組進(jìn)化的主要?jiǎng)恿χ?染色體重排阻止同源染色體區(qū)段的正常配對(duì)與交換,促使重排區(qū)段內(nèi)的突變積累,是物種形成的主要原因之一.3)染色體重排可為基因提供新的表達(dá)模式.)3,洗牌4,不等交換5,擴(kuò)張與擴(kuò)增6,插入與缺失7,轉(zhuǎn)座因子的作用6、 舉例說明外顯子洗牌的分子機(jī)制 重復(fù)順序在基因組進(jìn)