遺傳學(xué)幻燈13課件

第十三章基因組學(xué)

第一節(jié)基因組學(xué)概述

基因組學(xué)(genomics):主要研究生物體全基因組(genome)的分子特征。基因組學(xué)強(qiáng)調(diào)的是以基因組為單位，而不是以單個基因?yàn)閱挝蛔鳛檠芯繉ο蠡蚪M學(xué)的研究目標(biāo):1.獲得生物體全部基因組序列2.注解基因組所含的全部基因3.鑒定所有基因的功能及基因間相互作用關(guān)系4.闡明基因組的復(fù)制及進(jìn)化規(guī)律

酵母1.5

107bp擬南芥1.0

108水稻4.3

108人類3.3

109玉米

5.4

109

小麥1.6

1010

1986年首次提出基因組學(xué)的概念1990年開始基因組計(jì)劃,美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)和能源部(DOE)聯(lián)合啟動了被譽(yù)為“人體阿波羅計(jì)劃”的“人類基因組計(jì)劃”(humangenomeproject，HGP)

美國提出人類基因組計(jì)劃后，英、法、日、前蘇聯(lián)、中等，也相繼啟動了類似項(xiàng)目2000年6月26日，各國科學(xué)家公布了人類基因組工作草圖2001年8月26日，人類基因組計(jì)劃中國部分測序項(xiàng)目匯報及聯(lián)合驗(yàn)收會在京召開，標(biāo)志人類基因組“中國卷”通過驗(yàn)收

1992年8月，中國根據(jù)國情正式宣布實(shí)施自己的“水稻基因組研究計(jì)劃”

2002年4月5日，《Science》以14頁的篇幅刊登和宣布中國科學(xué)家獨(dú)立繪制完成的水稻基因組草圖序列水稻全基因組物理圖基因組學(xué)的重要組成部分是基因組計(jì)劃，如人類、水稻基因組計(jì)劃，大體可分為：1、構(gòu)建基因組的遺傳圖譜2、構(gòu)建基因組的物理圖譜3、測定基因組DNA的全部序列4、構(gòu)建基因組的轉(zhuǎn)錄本圖譜5、分析基因組的功能第二節(jié)基因組圖譜的構(gòu)建

在進(jìn)行大規(guī)模序列測定之前，構(gòu)建基因組圖譜,錨定測知的核酸序列在染色體上的位置人類基因組計(jì)劃：首先用6年時間構(gòu)建高密度的基因組圖譜，然后才進(jìn)入測序工作

一、遺傳圖譜構(gòu)建

遺傳作圖：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖

1、圖譜標(biāo)記

形態(tài)標(biāo)記：可以觀察到的一些性狀,如種皮顏色、眼色、株高等細(xì)胞學(xué)標(biāo)記：能明確顯示遺傳多態(tài)性的細(xì)胞學(xué)特征。染色體的結(jié)構(gòu)特征和數(shù)量特征是常見的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記生化標(biāo)記：同工酶及種子貯藏蛋白,有時又稱蛋白質(zhì)標(biāo)記分子標(biāo)記：DNA水平上的標(biāo)記。RFLP,RAPD,SSR,STS,AFLP,CAPS,SNP

2、遺傳圖譜的構(gòu)建

人類基因組遺傳圖譜的構(gòu)建人類的遺傳圖譜是利用家系分析法，在對8個家系的134個成員的分析中，主要根據(jù)5264個STR標(biāo)記繪制而成。利用這些家系的資料繪制第1至22號染色體圖譜。對于X染色體圖譜，還利用了來自另外12個家系，170個成員的資料繪制而成。將5264個標(biāo)記定位在2335個位點(diǎn)，據(jù)此構(gòu)建的人類基因組遺傳圖譜的密度為每個標(biāo)記599kb。植物基因組遺傳圖譜的構(gòu)建選擇親本產(chǎn)生作圖群體遺傳標(biāo)記的染色體定位標(biāo)記間的連鎖分析

1994年繪制的第一張水稻高密度遺傳圖譜，僅有927個位點(diǎn)，含有1383個標(biāo)記1998年將2275標(biāo)記定位到1157個位點(diǎn)上2000年最終的水稻高密度遺傳圖標(biāo)記為3267個，用于指導(dǎo)水稻基因組測序

二、物理圖譜

由于遺傳圖譜的分辨率有限、精確性不高，所以要構(gòu)建物理圖譜

基因組物理圖譜的構(gòu)建主要有4種途徑：①限制酶作圖：比較不同限制酶產(chǎn)生的DNA片段的大小酵母第3染色體遺傳圖（A）與物理圖（B）

②基于克隆的基因組作圖：根據(jù)克隆的

DNA片段之間的重疊順序構(gòu)建重疊群

(contig),繪制物理連鎖圖重疊群：相互重疊的DNA片段組成的物理圖。克隆重疊群的組建采用染色體步移法③熒光標(biāo)記原位雜交(FISH)：將熒光標(biāo)記的探針與染色體雜交確定分子標(biāo)記所在位置的方法

④順序標(biāo)簽位點(diǎn)(STS)：STS是長度在100～500bp的DNA順序，每個基因組僅1份拷貝，很易分辨當(dāng)兩個片段含有同一STS時，可以確認(rèn)這兩個片段彼此重疊兩個不同的STS出現(xiàn)在同一片段的機(jī)會取決于其在基因組中的位置。如果彼此鄰接，這兩個STS總會同時出現(xiàn)在相同片段上。如果相距甚遠(yuǎn)，有時會在同一片段，有時則在不同片段

三、基因組測序策略

①鳥槍法測序用限制酶或超聲波處理待測序基因組②克隆重疊群法1.將基因組切割成長度為0.1-1Mb的大片段，構(gòu)建BAC文庫2.用STS-PCR反應(yīng)池方案篩選種子克隆3.用指紋圖譜法或末端序列步行法對種子克隆進(jìn)行延伸4.根據(jù)相互位置關(guān)系及STS路標(biāo)順序關(guān)系有序地將種子克隆及延伸克隆繪制到基因組的相應(yīng)區(qū)域上，形成重疊克隆群5.用鳥槍法分別將每個克隆測序，組裝到染色體上

四、基因組圖譜的應(yīng)用1、基因組序列測定2、基因定位3、基因的克隆與分離4、分子標(biāo)記輔助選擇5、比較基因組研究第三節(jié)生物信息學(xué)

1、生物信息學(xué)(Bioinformatics)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息論方法對蛋白質(zhì)及其核酸序列等多種生物信息采集、加工、儲存、傳遞、檢索、分析和解讀，旨在掌握復(fù)雜生命現(xiàn)象的形成模式和演化規(guī)律的科學(xué)2、基因芯片(genechip),

又稱DNA微陣列(microarray)是由大量DNA或寡核苷酸探針密集排列所形成的探針陣列,其基本原理是通過雜交檢測信息。利用基因芯片,可以實(shí)現(xiàn)基因信息的大規(guī)模檢測

3、生物信息學(xué)的應(yīng)用1、發(fā)現(xiàn)新基因和新的單核苷酸多態(tài)性2、分析基因組中非編碼蛋白質(zhì)區(qū)域功能3、在基因組水平上研究生物進(jìn)化4、完整基因組比較研究

第四節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)

1、概念及研究內(nèi)容

蛋白質(zhì)組:

細(xì)胞、器官或組織的蛋白質(zhì)成分的總稱蛋白質(zhì)組學(xué):

研究這些成分在指定的時間或特定的環(huán)境條件下的表達(dá)研究內(nèi)容：蛋白質(zhì)表達(dá)模式，蛋白質(zhì)組功能模式

2、蛋白質(zhì)的分離蛋白質(zhì)組學(xué)研究的第一步是蛋白質(zhì)的分離雙相凝膠電泳是蛋白質(zhì)組研究中的首選分離技術(shù)

3、蛋白質(zhì)的鑒定鑒定蛋白質(zhì)組份的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能及其各蛋白質(zhì)間的相互作用關(guān)系,從而研究蛋白質(zhì)組表達(dá)模式和功能模式蛋白質(zhì)表達(dá)模式的鑒定技術(shù):以質(zhì)譜為核心的技術(shù)蛋白質(zhì)微測序氨基酸組成分析蛋白質(zhì)芯片分析

4、蛋白質(zhì)間的相互作用

研究方法：酵母雙雜交系統(tǒng)表面