现代遗传学9[1].基因组

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1、第九章 基因组,基因组：生物细胞中单套染色体的所含DNA序列的全部组成。人类基因组：22条常染色体和X，Y染色体的DNA组成。目前的定义：基因组应该是整套染色体所包含的DNA分子以及DNA 分子所携带的全部遗传指令。,第一节 基因组,一、基因组大小,种类 Mb 大肠杆菌 4.64 啤酒酵母 12.1 线 虫 100 果 蝇 140 蝗 虫 5000 小 鼠 3300 豌 豆 4800 玉 米 5000 小 麦 17000 人 3000,C值悖论,生物体单倍体DNA总量称为 C值。高等生物具有比低等生物更复杂的生命活动，所以，理论上应该是它们的C值也应该更高。但是事实上C值没有体现出与物种进化程

2、度相关的趋势。高等生物的C值不一定就意味着它的C值高于比它低等的生物。这种生物学上的DNA总量的比较和矛盾，称为C值悖论。,分类最小基因组,支原体 0.58 X 106 细菌 2.8 X 106 酵母 3.0 X 107 霉菌 5.5 X 107 蠕虫 1.1 X 108 昆虫 0.5 X 109 鸟类 0.2 X 1010 两栖类 0.1 X 1010 哺乳类 2.8 X 1010,DNA content of the haploid genome is related to the morphological complexity of lower eukaryotes, but vari

3、es extensively among the higher eukaryotes. The range of DNA values within a phylum is indicated by the shaded area.,The minimum genome size found in each phylum increases from prokaryotes to mammals.,进化地位高，结构复杂的生物的同类生物最小基因组比较，符合进化程度越高，生物基因组越大的规律。,二、基因组DNA序列的分类,基因序列和非基因序列基因序列：以起始密码子开始，终止密码子结束的一段DNA序

4、列，称为开放阅读框（open reading frame, ORF）非基因序列：基因序列以外的DNA序列。 编码序列和非编码序编码序列：编码RNA和蛋白质的DNA序列。非编码序：内含子和基因的间隔序列。,单一序列和重复序列 单一序列： 基因组中只有一份的DNA序列。 重复序列：基因组中重复出现的序列。例如，STR，SNP，微卫星DNA等。,根据DNA序列在基因组中的重复程度,轻度重复序列 中度重复序列 高度重复序列,三、重复序列家族,定义：重复序列家族（sequence family) 是指一类核苷酸序列高度相似的重复序列，这些重复序列包括基因和基因以外的序列。,卫星DNA,1、 卫星DNA

5、卫星DNA是一类高度重复序列 分为：小卫星DNA、微卫星DNA 、倒位重复序列,散在重复序列,短散在重复序列Alu序列家族 长散在重复序列多聚（dT-dG)家族,四、基因组的研究,1. 组学的兴起基因组学：结构基因组学，功能基因组学转录组学：研究转录组的一门学科。是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控规律的学科 。简而言之，转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。而转录组（transcriptome）是指一个细胞中的基因组所转录的全部RNA。 蛋白质组学：研究细胞内全部蛋白质的组成及其活动规律的一门科学。表型组学：研究生物体整个表型形成的机制。,、人类基因组研究,基因组作图（g

6、enome mapping) 测序(sequencing) 基因识别(gene identification) 模式生物（model organism): 大肠杆菌、酵母菌、线虫、果蝇和小鼠等 发展生物信息学和计算生物学 基因组研究对伦理、法律和社会产生的影响,人类基因组中令人注意的情况,细胞减数分裂时发生的突变率，男性是女性的2倍，表明人类基因的突变大多数发生在男性。 染色体重组的频率在染色体上的分布不是平均分布的 人类基因组中已经发现5978个基因是决定非编码的RNA,3、作图和基因定位,3.1 遗传标记 定义: 遗传标记是指可以追踪染色体，染色体的某一节段、某个基因或某一特定DNA序列在

7、家系中传递轨迹的任何一种遗传特性。 遗传标记应该是应该是取材方便，按孟德尔方式进行传递并且有多态性。,分子遗传标记在核酸分子水平，对具有相对差异的等位基因DNA多态性的标记，广泛存在于高等生物编码区和非编码区，又称为DNA分子标记，是DNA水平上遗传变异的直接反映。,特点:1. 直接以DNA形式表现，在生物体各发育阶段,各 组织均可检测到。2.数量多，遍及整个基因组。3.多态性高，自然界存在许多等位突变，无需专门 创造特殊的遗传材料4. 中性，不影响目标性状的表达，与不良性状无必然连锁5. 许多分子标记表现为共显性（codominance）, 能够鉴别出纯合基因型与杂 合基因型，提供完整的遗传

8、信息,分子遗传标记发展,RFLP restrict fragment length polymorphism限制性片段长度多态性SSLP simple sequence length polymorphism简单序列长度多态性SNP single nucleotide polymorphism 单核苷酸多态性,RFLP 限制性片段长度多态性,RFLP restrict fragment length polymorphism 限制性片段长度多态性 可将这种多态信息与特定的性状联系起来,SSLP simple sequence length polymorphism 简单序列长度多态性 ，又称为

9、VNTR variable number tandem repeat 数目可变的串联重复多态性 指重复单位相对较小,由重复单位的序列差异和数目变化,可形成丰富的多态性。包括:小卫星序列 minisatellite 微卫星序列 microsatellite ,SSLP 简单序列长度多态性 ，又称为VNTR,小卫星DNA标记 minisatellite，核心序列为1160bp ，主要存在于染色体靠近端粒处，由于其拷贝数变化，在不同个体间中存在串联数目的差异，若在重复序列两侧有限制性内切酶酶切位点，则切下来的片段会呈现出多态性。可用于DNA 指纹，DNA Finger。,小卫星DNA标记 minis

10、atellite,微卫星DNA标记 microsatellite，指以27个碱基为核心单位串联重复而成的一类序列（微卫星DNA microsatellite DNA，又称为STR short tandem repeat 短串联重复序列）,由于核心序列重复数目的变化而在群体中呈现出遗传多态性，但在同一家系内具有高度的遗传保守性，以孟德尔方式遗传。散布于整个基因组中。,微卫星DNA标记 microsatellite,SNP single nucleotide polymorphism 单核苷酸多态性，是指在基因组内特定核苷酸位置上存在两种不同碱基，其中最少一种在群体中的频率不小于1。 SNP分为两

11、种形式：基因编码区的SNP，称为cSNP遍布于基因组内的大量单碱基变异,SNP 单核苷酸多态性,SNP分析的特点： （1）SNP数量大，分步密集，平均每1000bp就有一个SNP （2）SNP比STR扩增更有效，不会产生假带 （3）由于SNP是二态的，易于自动化批量检测，易于用计算机分析结果,SNP与RFLP和STR等DNA标记的主要不同在于：不再以“长度”的差异作为检测手段而是直接以序列的差异作为标记。但SNP单个基因座的多态性很差，只有二态，为此采用多个SNP基因座进行“单倍型”分析十分重要。,SNP是继人类基因组计划之后又一国际研究竞争新热点，该项目研究是阐明基因组功能及特点的重要基础。

12、SNP是人类基因组DNA序列变异的主要形式，是决定人类疾病的重要遗传基础。,其他遗传标记举例 AFLP amplified fragment length polymorphism 扩增片段长度多态性 RAPD random amplified polymorphism DNA 随机扩增多态性 SSCP single strand conformation polymorphism单链构象多态性,AFLP amplified fragment length polymorphism 扩增片段长度多态性 通过DNA PCR扩增基因组DNA的模板，随后用电泳将扩增片段分离，通过DNA谱带鉴别多态性

13、。RAPD random amplified polymorphism DNA 随机扩增多态性 用于扩增多态性DNA的引物是随机的。在做多态性分析时，用一组引物（2040个）在基因组全序列上扫描可获得基因组多态性的丰富信息。,SSCP single strand conformation polymorphism 单链构象多态性 是基于PCR扩增而新发展起来的DNA多态性分析，利用PCR特异的扩增出基因组的目的DNA片段，变性后形成的单链DNA在自然条件下能形成一定的空间构象，并且这种空间构象由DNA链的碱基序列决定，若碱基发生变化，将在电泳图谱上表现出不同生物个体的特异性，即多态性。,遗传图

14、 1）遗传图: 是以多态的遗传标记为界标，通过计算减数分裂过程中，同源染色体间交叉和交换导致遗传标记之间发生重组的频率，来确定这两个标记在染色体上的相对位置。 2）遗传标记的相对距离以厘摩（CM）表示，代表两个标记之间的重组值为1% 3）经典遗传作图常用三点测验进行计算 4）GDB（http:/gdb www.gdb.org)上可方便的查到已发表的各种遗传标记,3.2 作 图,物理图,物理图：基因组上的遗传标记之间的距离用具体的核苷酸对数表示的图谱1） 物理作图的基本方法由长到短作图由短到长作图,2） 实际操作是从叠连群开始的 叠连群：指彼此间可以通过重叠序列连接而成较长的一组短片段。,3）

15、DNA序列的测定 DNA 测序的酶法 Maxam-Gilbert 法 DNA的自动测序,DNA的酶法测序,测定序列的峰图,测序仪器,什么是基因？基因在哪里？,4. 基因数目与基因定位,寻找基因的思路：,基因定位,基因克隆,基因分离,将基因定位于染色体上,有大到小，由粗到细，精细定位,克隆目的基因片段,4.1 基因的定位,基因定位同基因组作图和基因克隆的关系十分密切 定位的基因可作为基因作图时的界标 在基因图上确定位置后可按图来分离克隆基因,细菌的基因定位,大肠杆菌的F因子 利用大肠杆菌之间结合转移时的中断杂交可以进行基因定位绘制基因图谱。,家系分析定位,性连锁分析是最常用的家系分析家系分析法运用于常染色体上的基因定位,体细胞杂交定位,细胞杂交又称细胞融合（cell fusion），是将来源不同的两种细胞融合成一个新细胞。 杂种细胞有一个重要的特点是在其繁殖传代过程中出现保留啮齿类一方染色体而人类染色体则逐渐丢失，最后只剩一条或几条，其原因至今不明。 辐射杂种细胞定位,