第七章-基因與基因組學

第七章基因與基因組學ScienceTime上帝基因

(1)基因以一個整體進行突變，它是一個突變單位；(2)基因在染色體上占有一定位置(位點)，在重組時不能再分隔，是交換的最小單位；(3)基因是一個功能單位；(4)

基因具有染色體的主要特性，能自我復制，有相對的穩(wěn)定性，在有絲分裂和減數分裂中有規(guī)律地進行傳遞。第一節(jié)基因一、基因概念的發(fā)展（一）經典遺傳學中基因的概念基因是一個集突變、重組和功能（三位一體）于一體的概念。(1)突變子(muton)它是性狀突變時產生突變的最小單位。一個突變子可以小到只是一個核苷酸；(2)重組子(recon)在發(fā)生性狀的重組時，可交換的最小的單位稱為重組子，可小到只包含一對核苷酸基因實物化（遺傳密碼），基因并不是不可分割的最小遺傳單位。表示一個起作用的單位，一個順反子所包括的一段DNA與一個多肽鏈的合成相對應。(3)順反子(cistron)（二）分子遺傳學關于基因的概念

(2)調控基因

(regulatorgene)，其產物參與調控其它結構基因表達的基因；

(1)結構基因

(structuralgene)，可編碼多肽或蛋白質的一段DNA序列；

（三）基因內涵的發(fā)展（三）基因內涵的發(fā)展

(3)重疊基因(overlappinggene)，指同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架(openreadingframe，ORF)的不同或終止早晚的不同，同時編碼兩個或兩個以上多肽鏈的現象;（三）基因內涵的發(fā)展

(4)隔裂基因(splitgene)，指一個結構基因內部為一個或更多的不翻譯的編碼順序，如內含子(intron)所隔裂的現象；（三）基因內涵的發(fā)展

(5)跳躍基因(jumpinggene)，可作為插入因子和轉座因子移動的DNA序列，有人將它作為轉座因子的同義詞；（三）基因內涵的發(fā)展

(6)假基因

(pseudogene)，同已知的基因相似，但位于不同位點，因缺失或突變而不能轉錄或翻譯，是沒有功能的基因；（7）RNA基因，微小RNA基因、t-RNA基因、rRNA基因。（三）基因內涵的發(fā)展如何正確理解基因的概念？二、基因功能的研究方法（一）生物學研究方法（二）反向遺傳學方法（三）生物信息學方法

(1)單基因研究方法①基因轉導

②反義RNA③RNA干涉④核酶技術（一）生物學研究方法⑧超表達與抑制表達；⑤免疫共沉淀⑥轉基因與基因敲除⑦異位表達

②共轉染

③人工染色體轉導④GeneCalling⑤蛋白質芯片⑥基因表達系列分析（SAGE）⑦表達序列標簽串聯排列連接（TALEST）(2)多基因研究方法①基因芯片（三）第三代基因工程技術——途徑工程

（一）第一代基因工程技術——基因重組在體外將核酸分子插入病毒、質粒或其它載體分子，構成DNA的新組合，并使之進入原先沒有這類分子的寄主細胞，并能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖。三、基因工程技術（二）第二代基因工程技術——蛋白質工程蛋白質工程是從DNA水平改變基因入手，定做新的蛋白質的技術，是將核酸研究與蛋白質研究結合起來的新技術，亦稱第二代基因工程。1998年，中國在北京和上海設立國家基因組中心。第二節(jié)動物基因組學一、人類基因組計劃（HGP）1986年，杜爾貝科在《Science》短文《癌癥研究的轉折點－－人類基因組測序》。1990年，人類基因組計劃正式啟動，沃森擔任“國家人類基因組計劃研究中心”主任。30億，15年，30億對堿基，4（6）張圖譜（遺傳圖、物理圖、序列圖、轉錄圖、單倍型圖、甲基化圖），99.99％2001年8月26日，人類基因組“中國卷”的繪制工作宣告完成。六國聯合體：2001年2月15日《Nature》Celera公司：2001年2月16日《Science》1998年CraigVenter成立Celera遺傳公司，目標是投入3億美元，到2001年繪制出完整的人體基因圖譜，與國際人類基因組計劃展開基因爭奪戰(zhàn)。1999年，中國獲準加入人類基因組計劃，承擔1%的測序任務，成為參與這一計劃惟一發(fā)展中國家。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英6國科學家宣布首次繪成人類基因組“工作框架圖”。2002年，歐洲6個國家25個“重量級”研究所啟動“表觀基因組學”研究。2003年10月正式宣布開始“人類表觀基因組計劃”。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6國科學家宣布人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計劃的所有目標全部實現（弗朗西斯·柯林斯）。溫家寶等六國首腦聯名祝賀（標志著后基因組時代來臨）。2004年10月，人類基因組完成圖公布。2005年3月，人類X染色體測序工作基本完成，并公布了該染色體基因草圖。2002年，國際單倍型圖譜計劃：1億美元，3年時間，6國，270人（非、歐、亞）。人類基因組特點30億堿基：外顯子1.1％，內含子24％，間隔序列75％基因：3萬到3.5萬。個人差異：0.1％小鼠和人基因組之共同點：共享99％基因，僅幾百個基因不同。61%與果蠅同源43%與線蟲同源46%與酵母同源HGP的意義中國作為唯一的發(fā)展中國家參與了人類基因組計劃并保質保量按時向國際人類基因組數據庫提交了全部數據，受到了國際同行的一致肯定和尊重．建立大規(guī)模測序這項技術對我國以后開展其他生物基因組測序具有重要意義，中國基因組研究中心的測序能力已躍居世界6大測序大國的16個測序中心的第7位。人類基因組計劃是人類文明史上最偉大的科學創(chuàng)舉帶動和促進了生物產業(yè)和生命科學的發(fā)展對未來生命科學研究的思想和方法論帶來了革命性的改變對倫理、道德的影響（尋根問祖公司、哈佛大學華人事件）以人類基因組和擬南芥基因組為例說明你對生物基因組全序測定工作的科學意義與社會意義的認識（8分）中國科學院2002年

碩士學位研究生入學分子遺傳學試題二、動物基因組計劃

2005年“中-丹家豬基因組計劃”

1999年線蟲基因組測序

2002年小鼠基因組測序

2005年家蠶基因組測序

2004年斑馬魚基因組測序

2005年綿羊基因組測序

2000年果蠅基因組測序三、基因組測序介紹確定一條染色體片斷上的堿基順序。Sanger法：在PCR時加入熒光標記的復制終止劑，比如ddA,ddT,ddC,ddG（相應于4種堿基）ddX的兩個作用：可以當作正常堿基參與復制一旦鏈入DNA中，其后就不能再繼續(xù)連接電泳誰終止，堿基就是誰此方法獲1974年的Nobel獎

Sanger雙脫氧終止法測序原理第一步加入復制終止劑第二步熒光檢測基因組測序策略：隨機測序法（Randomapproaches）：Shotgun測序（鳥槍法）DNA的提取和純化用超聲波或酶切成能夠測序的小片斷轉化培養(yǎng)：小片斷和載體結合，植入細菌進行擴增。提質粒：從細菌中提取出繁殖好的質粒電泳檢測：檢測質量的好壞測序：上測序儀測序序列拼接（STS）補洞定向測序（Derectedororderedapproaches）克隆排序（GenerateorderedclonesMinimalredundancesequencing)引物步移（Primerwalking）轉座子插入（Transposoninsertion）限制性酶切片段亞克隆（Restrictionfragmentsubcloning）隨機測序與定向補洞四、動物基因組學的相關概念基因組（genome）：從genes和chromosomes合成而來，用于描述生物的全部基因和染色體組成的概念?；蚪M學（genomics）：指對所有基因進行基因組作圖(包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉錄圖譜)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一門科學。結構基因組學（structuralgenomics）：基因組學的一個重要組成部分和研究領域，它是一門通過基因作圖、核苷酸序列分析確定基因組成、基因定位的科學。功能基因組學（functionalgenomics）：后基因組學(postgenomics)，它利用結構基因組所提供的信息和產物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統水平上全面分析基因的功能，使得生物學研究從對單一基因或蛋白質的研究轉向多個基因或蛋白質同時進行系統的研究。比較基因組學(Comparativegenomics)：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。連續(xù)交疊群（Contig）：基因組測序過程中將許多短的序列片段鏈接成很長的連續(xù)片段?；虮倔w論（geneontology）：關于基因和蛋白質知識的標準詞匯，是今后實現各種與基因相關數據的統一、進行數據轉換、開展數據挖掘的基礎?；蜃R別（geneidentification）：利用各種方法識別基因組中的基因序列。表達譜（expressionprofile）：基因在不同時空的表達模式。蛋白質組（proteome）：一個生物體的所有蛋白總和。蛋白質組學（Proteomics）：蛋白質組學是研究細胞內所有蛋白質及其動態(tài)變化規(guī)律的科學。第三節(jié)動物遺傳學的網絡資源一、常見遺傳學網絡資源（一）國內遺傳學資源（1）人類基因組數據國內下載：http:///genome/（2）常見分子生物學軟件下載：/~hoyoyo/biochem/nalow.htm（3）遺傳學報：/ycxb/index.asp（4）清華大學分子生物學服務器：/（二）國外遺傳學資源（1）混合線性模型資源：

http:///faculty/steve/software/matvec/（2）數量遺傳資源（學習材料、軟件）：

http:///zbook/book.html

（3）法國農科院畜禽遺傳圖譜：

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

（4）NCBI數據庫使用手冊：http:///books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=handbook.TOC&depth=10（5）豬的EST專門數據庫：

http:///（6）小鼠單倍型圖譜：

http:///haplotype_map.html

（7）QTL在線分析系統：