基因组 Microsoft PowerPoint 演示文稿

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基因组(genome)是指细胞或生物体中一套完 整单倍体的遗传物质的总和。不同生物基因组所含的遗传信息量有巨大的差别基因组的大小通常以一个基因组的DNA含量来表示,单倍体基因组中全部DNA的量称为C值(C-value)大肠杆菌基因组 4.6x106 bp 酵母基因组 1.3x107 bp 哺乳动物基因组 109 bp 也有例外,如肺鱼 1011 bp基因组的大小与基因的数目并没有直接的线性关系 基因组学(Genomics),指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱),核苷酸序列分析,基因定位和基因功能分析的一门科学。 基因组学包括两方面的内容:以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics)。三、基因作图的概念 基因作图也称为基因定位,是指将基因定位于某一特定的染色体上,以及测定基因在染色体上线性排列的顺序与距离。 基因定位的目的是通过将基因定位到染色体的基因座上,以帮助我们理解和开发生物性状的遗传性质,特别是通过遗传连锁将一种形状的遗传与另一种性状或标记相联系,或者将表型差异与染色体的改变相联系,这可用于改良动植物的性状、定位和克隆人类疾病基因、分析个体间的基因多态性等方面。 将基因组中的基因或遗传标记分配在各个染色体上,并确定基因或标记之间距离的线性图称为基因组图谱。人类基因定位的基本方法 1、家系分析法 通过分析、统计家系中有关形状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法称为家系分析法,其中连锁分析法是最常用的方法之一。 如果某一基因特别是致病基因与某个标记非常接近,通过家系的连锁分析,即可确定该基因在某一染色体上甚至某一点。2、体细胞杂交定位 体细胞杂交定位是运用体细胞遗传学原理和体细胞杂交技术,在离体条件下,把基因定位在染色体上,研究基因的分离、基因的连锁和交换等,从而制作遗传图谱的方法。 两个亲缘关系较远的动物体细胞相互融合后,杂种细胞往往会排除一种亲本细胞的染色体。细胞经过若干次分裂,丢失了一部分染色体后达到相对稳定的状态。3、核酸杂交技术(1)克隆基因定位法 用已克隆基因的cDNA探针与保留在杂种细胞内的人染色体DNA进行分子杂交,来确定克隆基因所在的染色体位置的方法。 (2)原位杂交法 将待定位基因的DNA片断或转录产物RNA标记为探针, 直接同变性后的中期染色体进行原位杂交,确定基因染色体 座位的方法。(3)原位PCR 是在单细胞或组织切片上对特异的核苷酸序列进行PCR扩增,再通过分子杂交进行细胞内基因的定位或检出的技术。(4)定位克隆 通过疾病表型来观察致病基因与多态性标记之间的连锁 关系,然后把基因定位并进一步分离和克隆的策略和方法, 是目前研究人类遗传病基因工作中最为常用的方法。 (5)功能克隆●通过纯化蛋白质的氨基酸序列信息分离鉴定未知基因●通过蛋白质的抗原抗体反应分离鉴定未知基因●通过mRNA的差异分离鉴定未知基因 病毒基因组 病毒基因组结构与功能的特点1.不同病毒基因组大小相差较大2.不同病毒基因组可以是不同结构的核酸3.病毒基因组有连续的也有不连续的4.病毒基因组的编码序列大于90%5.单倍体基因组 6.基因有连续的和间断的7.相关基因丛集8.基因重叠 重叠基因 (overlapping gene)DNA I P O a b c DNA 转录 翻译 蛋白A 蛋白B 蛋白C 原核生物基因组 原核生物基因组结构与功能的特点1.基因组通常仅由环状双链DNA分子组成2.基因组中只有一个复制点3.具有操纵子结构4.编码顺序一般不会重叠5.基因是连续的,无内含子6.编码区在基因组中所占比例(约占50%)远远大于真核基因组,但 远远小于病毒基因组7.基因组中重复序列很少8.基因组中存在可移动DNA序列,包括插入序列和转座子9. 基因组中GC含量变化很大,其范围从25%~75%乳糖操纵子的结构DNA I P O a b c DNA 转录 多顺反子mRNA (polycistronic mRNA) 翻译 蛋白A 蛋白B 蛋白C 原核生物基因表达 真核生物基因组的特点1.真核生物都有一定的染色体数目,除了配子细胞为单倍体外,体细胞内的基因组是双份的(即双倍体,diploid),即有两份同源的基因组。2. 真核生物基因组远大于原核生物的基因组,结构复杂,基因数庞大,具有许多复制起点,多是线性双链DNA分子。 真核生物基因组的特点3. 真核生物基因组中非编码序列占整个基因组的90%。 真核生物基因组的特点4.真核细胞基因转录产物为单顺反子mRNA,即一个结构基因转录生成一个mRNA分子,经翻译生成一条多肽链。 DNA DNA 转录及加工 单顺反子mRNA(monocistronic mRNA) 翻译 蛋白质 真核生物基因表达 操纵子(operon)DNA I P O a b c DNA 启动子 (promoter) 结构基因 调节基因 操纵基因 (structural gene) (regulatory gene) (operator) 原核生物的操纵子结构 真核生物基因组的特点5.功能相关的基因构成各种基因家族。6. 真核生物基因组中也有可移动成分 真核生物基因组的特点7.真核生物基因存在大量重复序列,即在整个基因组中有许多重复出现的核苷酸序列,重复序列长短不一,短的仅含两个核苷酸,长的多达数百、乃至上千;重复频率也不尽相同。根据重复频率的不同,可分为高度重复序列(106),中度重复序列(103~104)和单拷贝或低度重复序列。 真核生物基因组的特点8.真核生物的基因是不连续的,即基因内部的编码序列(外显子,exon)被非编码序列(内含子,intron)所分隔;除真核细胞病毒外,原核生物的基因是连续的,基因内部没有非编码序列。 结构基因 外显子(exon)5' 3' DNA DNA 内含子(intron) 真核生物断裂基因 人类基因组计划是由美国科学家Renato Dulbecco于1986年首先提出的。1990年美国国会批准,人类基因组计划正式启动。其目标是在15年时间内至少投入30亿美元,完成人类全部基因组核苷酸序列分析。此后,德国,日本,英国,法国等国家的科学家也先后正式加入该计划。我国于1999年获准加入这项计划。人类基因组计划的目的 l 阐明人类基因组30亿个碱基 对的序列,发现所有人类基 因,并搞清其在染色体上的 位置; l 破译人类全部遗传信息,使 人类第一次在分子水平上全 面地认识自我; l 解码生命、了解生命的起源、 了解生命体生长发育的规律; l 认识种属之间和个体之间存 在差异的起因、认识疾病产 生的机制以及长寿与衰老等 生命现象、为疾病的诊治提 供科学依据。 人类基因组计划的意义  随着人类基因组逐渐被破 译,一张生命之图将被绘就, 人们的生活也将发生巨大变 化。人类基因研究的意义在 于它可以支持和推动生命科 学中一系列重要的基础性研 究。如基因组遗传语言的破 译,基因的结构与功能关系, 生命的起源和进化,细胞发 育、生长、分化的分子机理, 疾病发生的机理等。人类基因组计划的4张图普 先将染色体打成比较大的片段(几十-几百Kb), 利用 分子标记将这些大片段排成重叠的克隆群(Contig), 分别 测序后拼装. 这种策略叫基于克隆群(contig-based)的策 略. A B C 大片段contig小片段测序拼装 A B C§遗传图谱 遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map),是表示基因或DNA标志在染色体上以遗传距离表示的相对位置,反映染色体上两点之间的连锁关系。遗传距离通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率里摩(cM)来表示。重组值=新组合/(亲本组合+新组合) 根据遗传图谱如果想确定与某种已知疾病有关的基因,既可根据决定疾病性状的位点与选定的遗传标记间的遗传距离,来确定与疾病相关
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