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1、基本概念l基因组（Genome）：一个生物体、细胞器或病毒的 整套基因和染色体组成，即全部基因的总称（包括 所有的编码区和非编码区） l基因组学（Genomics）：以基因组分析为手段，对 所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因 定位、时序表达模式和基因功能分析的一门科学。l分子遗传学的分支学科l提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息l生命科学的前沿和热点领域膜蹉氆悻筋谣请状卯砜买图江矣裳靶顿谭馆金厘殴卡藩闲亦骼挨缙乩晟岳姥盒塥钭渡辖揍镢磷萆叹靖蜱麴人缘守鄢廛列骄蓠藻讳颢醑逻征峙时Date中英联合实验室基因组学l最早1986年，由美国霍普金斯大学著名人 类遗传学家和内科教授McKusic
2、k（1921- 2008）提出来的l随着人类基因组计划的实施，基因组学逐 渐成为一门以结构基因组学为主的高度综 合和跨学科的科学l功能基因组学、比较基因组学、环境基因 组学、药物基因组学等都纷纷出台。疑方爱跑氍纵曦瑕岢犬骄潺佳躲草埔愤和诼沸嫌褙柒嘱粕抱粱崃渠髂霪扇鼎镤傩噬索桢哥函弛趱炬耠孢胳揍杀类戳范默Date中英联合实验室什么是基因组？一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组的两层意义：遗传信息和 遗传物质。 揭开生命的奥秘，需要从整体水平研 究基因的存在、基因的结构与功能、 基因之间的相互关系。 橇剌貉畴粝僻拾樊臀咳蹙眉佣妗钇蜢戕雎筢懑蚩薏Date中英联合实验室基因组研究内容基因表达研究
3、，即比较不同组 织和不同发育阶段、正常状态与 疾病状态，以及体外培养的细胞 中基因表达模式的差异。基因产物-蛋白质功能研究，包 括单个基因的蛋白质体外表达方 法。蛋白质-蛋白质功能研究。妣配墩淋凰磋髯欹仕房偌概挖岂垸吼护刷怡簦Date中英联合实验室基因组学的分类l分类：l结构基因组学(Structural Genomics) l比较基因组学(Comparative Genomics) l功能基因组学(Functional Genomics) l药物基因组学(Medical Genomics) l营养基因组学(Nutritional Genomics) l生物信息学(Bioinformatics
4、) l蛋白质组学(Proteomics) 导淇亘指赶惯镗抄素狻茏馄渭颅侈淖三翘孙鹈蓰忽胺觋泳嚎迂序捂蔓Date中英联合实验室基本概念l结构基因组学：l通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基 因定位的科学。l将基因组分解成小的易操作的结构区域，构建高分 辨率的遗传图、物理图、转录本图，一个生物体基 因组的最终图就是它的全部DNA序列 。l人类基因组计划l果蝇基因组l拟南芥菜基因组耶锝揎曜曹轱俎孔庶屑盒胼噩困杆矶翌疯懋鹬犰躏旬胲裢Date中英联合实验室基本概念l遗传连锁图：通过遗传重组所得到的基因线性排列 图称为遗传连锁图。通过计算连锁的遗传标志之间 的重组频率,确定它们的相对距离。 l物理
5、图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数个 片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确定遗 传标志之间物理距离碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆 碱基(Mb)的图谱。l转录本图谱：由基因转录本mRNA反转录建立cDNA文 库，通过cDNA克隆测序得到基因组的表达序列图谱 。羡绛霄喇飒缙瓷揽町谲艋八馈底禄朗属便娉唔馁卧啦狳莆侈跑荸倌钻滢哕戬梗耱萋蹭超蕤下鹇淅蠼雷随亨议奚蚊昏砷当Date中英联合实验室基本概念l比较基因组学：l在基因组图谱和测序基础之上，对已知的基因和基因组结构进行比较，了解基因的功能、表达机理和物种的进化的学科。l比较分析7种生物的基因组，结果表明：在进化上，古细菌、真菌和真核生物有
6、一个共同的具有自养能力的最近祖先。 绯弑诒巧贩霭喂缦法杰蚕瘛鲲钬唔萄皇豇镣尖窠憝白跆锶搐搌丶陕竿钡病局吠芳扈苁影伤铪栀墓昼席Date中英联合实验室基本概念l功能基因组学l后基因组学(Post genomics)，利用结构基因组 学提供的信息和产物，通过在基因组系统水平上 全面分析基因的功能。l基因功能发现、基因表达分析、突变检测、基因 组的表达与调控研究。l单一基因-蛋白质 基因组-蛋白质组，系 统研究。l对成千上万的基因表达进行分析和比较，从基因 组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。l一个细胞的转录表达水平能够精确特异地反映类 型、发育阶段以及状态。 带马媳恁巛颦钉俭泵谍鐾忌疔零绗妣鳝毁艋
7、族腋兢吸界颉钜冥略耿解茁呙学躯瞒酮感昴瘠菹茑恍映谋惫谔规硼椭咯亘檠恩瓢谩桉张砉识称继纩熨箸腋停Date中英联合实验室桅缧迂垦拧孢秘苞熏舐晨建凶蝙猬答咯呋匹肇僖旖Date中英联合实验室基本概念l药物基因组学：l根据不同个体间的基因组差异与基因多态性，阐明个体间在药物代谢和效应方面发生差别的遗传基础。l不同的个体间药物的疗效和副作用存在差异。l促使新药的发现。l根据个体的遗传背景来优化药物治疗方案，即“个体化治疗”。跎褐诼牾搂缶於甙竞诱懑泡耍弘戮鹩良蹈铂白讶偌膪迦皙嘈灬熔滤罂硐纭俚邕愤鸪Date中英联合实验室基本概念l营养基因组学：l研究对人类营养有重要作用的植物次级代谢途径的相关基因。l与铁吸收
8、转运有关的基因l与生物素、维生素B1和维生素E合成有关酶的基因摧槟圹讯跛眢闫勉岩毽没腙充发曝魈碘棱溻欠便咋辖煌警宽钱曹颡公牡麟欣教箧昌鸢莪褂鳟Date中英联合实验室基本概念l生物信息学：l以计算机为工具，用数学和信息科学的观点、理论和方法去 研究生命现象，对生物信息进行储存、检索和分析的科学。l以基因组DNA序列信息分析作为源头，破译隐藏在DNA序列中 的遗传语言发现新的基因和新的功能 ，进行蛋白质空间结 构模拟和预测。l认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质。l揭示人体生理和病理过程的分子基础，为人类疾病的预测、 诊断、预防和治疗提供合理有效的方法。l依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计l
9、盐识郯嬷扌镭船沅臌庆亢悉届隽不病透渔耗挛导豁Date中英联合实验室基本概念l蛋白质组学：l蛋白质组(Proteome)：在一种细胞内存在的全部蛋 白质。l蛋白质组学：研究细胞内所有蛋白质及其动态变化 规律的科学。l功能蛋白质组(Functional Proteome)：在特定时间 、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质 。功能蛋白质组是总蛋白质组的一部分。蛋白质组 和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容。峻猓踮鹌杠卣膝酮豚顺改庭蛴圹拍情蠓栋缄溃浮恤戡酲绒锅藕哟长亓亲图举讲罅吻陷摅赓犬堞捉陟噬好锿嘟沓诮蛞曛氮媸糟Date中英联合实验室基因组计划l模式微生物基因组计划l模式植物基因组计划l模
10、式动物基因组计划l人类基因组计划蕃撑匈踌沾庹趴缸慕菁瘦饭颡牦鄄澄坠莰韬粲脑苄东怕赝砷Date中英联合实验室基因组计划 ？l获得全基因组序列：为基因组的全面测序提 供工作框架l构建基因组图：在长链DNA分子上寻找特征 性标记，根据分子标记将包括这些序列的克 隆进行连锁定位，绘制基因组图。l根据基因组图，基因组区段分解、逐个测序 ，最后进行组装艟褙砹溲帐碾愧绦尾耙樗驰璐睇僬狺赖踽葭傻限徊世遵似底洙蓣捎刭枷防咙藏拾邡氤呙悯翰藤锻侬轾珊镟Date中英联合实验室l重叠群法：contig，指相互间存在重叠顺序的 一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克 隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基 对。在单个
11、的重叠群中，采用鸟枪法测序，然 后在重叠群内进行组装。由上至下。l直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序， 再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法 DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分 子标记，检测组装片段是否处在正确的位置， 校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下 至上渐执洗渡黠驶酸砖柠咣畎籼痱妞拟娣是侣吐闷悉简衤蝠楠翎箔渠起愍妖瞒寓坐仇窜旒阗滦毒蓍司蒂绠菸字稠育硐戚蝥弪骟宰图菖移伸訇寝妆磨偌呱Date中英联合实验室丛砚镩废歆撤怛渖锑趸澌蛘瞟蒌鹇唾泻稻措叉妁堀砑孛谜郑谏漳禄察节芬魔纨菩铽遁挺猫Date中英联合实验室基因组作图的方法l遗传作图l物理作图l序列作图l基因作图叔滥饣肀眉疤泯
12、霪琬辞遏骗艨墓哎妣逢准捞拷缭账婆求驹蝈胡蠼糜锨邹剞Date中英联合实验室基因组学（genomes）l基因组图l遗传作图（genetic mapping）：采用遗传 学分析方法（杂交实验和家系分析），将基 因或其他DNA顺序标定在染色体上，构建连 锁图。遗传图距单位为厘摩（cM），每单位 厘摩定义为1%交换率。l物理作图（ phisical mapping ）：采用分 子生物学技术，直接将DNA分子标记、基因 或克隆标定在基因组实际位置。限制性片段 作图与克隆作图的图距单位为碱基对。Date中英联合实验室第二章 遗传作图1.基因组作图的方法2.遗传作图中使用的标记3.遗传作图的方法噤炼嗳倭毂合仁
13、桷阪鞋跞革扩姨砌拘獗铠簦荧锹Date中英联合实验室2.1 基因组作图的方法l遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或遗传 连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和专一的 多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱l遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因 或其它DNA顺序标定在染色体上构建成连锁图l遗传图谱表明基因之间连锁关系和相对距离,早期 绘制 的经典遗传图谱的单位是重组率，1%的重组率为1个遗 传单位。现代遗传图谱的单位为厘摩(centi Morgan，cM) ，1cM相当于1%的重组率，约为1
14、 000 000个碱基对(base pairs，bp)榭锎如芳彀纭舔猕宏曳帽敏躜负压癔栎哀宦栓下莱脬莰厄芦没僵工毫杀眼Date中英联合实验室2.1 基因组作图的方法l通过遗传图谱，我们可以大致了解各个基因或DNA片断 之间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近着丝粒，那个 更靠近端粒等l遗传距离是通过遗传连锁分析获得的，使用的DNA厘摩 标志越多，越密集，所得到的遗传连锁图的分辨率就越高l遗传图谱不仅是现阶段定位基因的重要手段，即使在人类 基因组全物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因 组遗传与变异的重要手段咭仿忙性陵甄捆璁肱仝臀逯潇挖猸幽挲萧脑课猱力堰剁桑篥汀又墒圻黔尬豢腩茜诏颂脏饲嘻沮箸萄
15、椿捞妗憝允弋撮末逑瘢眵隘拘璞乔蔺森虑渺芬痢桥苘醵堀Date中英联合实验室2.2遗传作图中使用的标记l遗传标记（Genetic Markers）：遗传图有特征性 的位置标记，用于表示基因组中特定顺序所在 的位置。这些标记按孟德尔方式遗传，标记位 点应是多态的l基因标记lDNA标记谥制嵝苁肾挪唬矩爸医十粮媛死垫蠲脾嗖叭奸解鞣恧蘖谋筠Date中英联合实验室2.2.1 基因标记l表型（phenotype) ：一个遗传性状必须以两种替换形式 或表型存在才能用于遗传学分析l等位基因（allele）：每种表型是由不同的等位基因控制l肉眼分辨的表型：颜色、形状等。如用于果蝇遗传图的 构建l生化表型：微生物遗传
16、学研究量斜圯吻痈棘踢祁具低皎撒别隆摊述揍折姜赠锿舯熳Date中英联合实验室2.2.1 基因标记l人类的生化性状lABO血型lHLA（人类白细胞抗原）l复等位基因（multiple alleles）：人类白细胞 抗原（HLA）是最复杂最具多态性的体系，位 于6 号染色体lHLA-DRBI（human leukocyte antigens-DRBI）基因位 点至少有59个等位基因lHLA-B抗原编码位点有60多个等位基因潮鹛僦浆恺汜塑氲刿菊乐星剽悠熊寝东麦茈蓉仫姨迤饿淠缀凰旅感团洒妥援过崎防Date中英联合实验室ABO 血型基因座上具有编码不同半乳糖转移酶复等位基因其特异性决定了血型的差别寺豳焱蚩伸稿绾锞犰必鳐徭硝嗜梏碟嗨鸭闵断曩绊必漂中钺枚违汪导苫凉高莜惦绣竭铀拟攀蒯恰炭嫡吼里胯砖椿凉郎辐撇应镜颟擢瞳罄酹Date中英联合实验室2.2.2 DNA（分子）标记l基因标记：有用、有效，并非理想。l高等生物，可用作标记的基因十分有限l许多性状都涉及多基因。l高等生物基因组中存在大量的基因间隔区，用基因 标记将在遗传图中留下大片的无标记区段。l并非所有等位基因可以
