基因組概論的學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共23頁(yè)第一章基因組概論第2頁(yè)/共23頁(yè)第一節(jié)基因組的功能單位——基因早期的基因概念Morgan等把遺傳性狀與特定的染色體區(qū)段聯(lián)系起來(lái)，并提出“一個(gè)基因，一個(gè)酶”和“一個(gè)基因，一條多肽鏈”的概念。分子生物學(xué)的基因概念基因是一段攜帶功能產(chǎn)物（多肽，蛋白質(zhì)，tRNA和rRNA和某些小分子RNA）信息的DNA片段，是控制某種性狀的的遺傳單位。一、基因(gene)的概念:第3頁(yè)/共23頁(yè)基因的特點(diǎn)和鑒別方法編碼tRNA和rRNA和某些小分子RNA的基因:

我們較易通過(guò)核酸序列加以判斷。

蛋白質(zhì)編碼基因:

目前可根據(jù)其特點(diǎn)使用五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)鑒別但這些標(biāo)準(zhǔn)使用起來(lái)卻并不得心應(yīng)手。

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1.開(kāi)放閱讀框（openreadingframe,ORF）*始于起始密碼子并終于終止密碼子的一串密碼子。*從mRNA中找出大的ORF來(lái)確定編碼蛋白質(zhì)的基因;*適合于從DNA序列中鑒別原核生物基因和含少量?jī)?nèi)含子的真核基因。*但對(duì)于一些短少的基因及一些內(nèi)含子豐富的基因則很難鑒別?；蚧蚪MDNA啟動(dòng)子等5’非編碼區(qū)3’非編碼區(qū)ATG編碼區(qū)TAAORF第5頁(yè)/共23頁(yè)2.序列特征——密碼子偏愛(ài)和剪接點(diǎn)*密碼子偏愛(ài)（codonbias）

指在不同物種的基因中經(jīng)常為某種氨基酸編碼的只是其中的一個(gè)密碼子。當(dāng)鑒別到一個(gè)ORF時(shí)，密碼子偏愛(ài)常常用來(lái)確定這個(gè)ORF是否是一個(gè)基因。*基因的剪接位點(diǎn)（splicesites）

一般有特定的序列特征，計(jì)算機(jī)程序利用這種序列特征可預(yù)測(cè)將近50%的外顯子及20%的完整基因。第6頁(yè)/共23頁(yè)3.序列保守性*一個(gè)功能在不同物種內(nèi)是保守的基因，大都表現(xiàn)出外顯子的保守性和內(nèi)含子的多變性。*最好是對(duì)適當(dāng)進(jìn)化距離的物種間序列進(jìn)行比較。*但保守性序列也可能是非轉(zhuǎn)錄的調(diào)控單元。*尋找基因的表達(dá)產(chǎn)物——RNA或蛋白質(zhì)，是鑒定一個(gè)基因的有效方法。*但有些OFR似乎并不轉(zhuǎn)錄，因?yàn)闄z測(cè)不到它們的RNA或蛋白質(zhì)產(chǎn)物。4.轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物第7頁(yè)/共23頁(yè)

除以上鑒定基因的五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)之外，在實(shí)施過(guò)程中還有些麻煩的問(wèn)題，如重疊基因、變通性斷裂基因、假基因等。*使基因失活也是確認(rèn)基因功能的一個(gè)方法。*但許多編碼序列的失活并不導(dǎo)致一個(gè)明顯的表型，因而很難找到鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。5.基因失活第8頁(yè)/共23頁(yè)第二節(jié)基因組基因組（genome）是指一個(gè)細(xì)胞或生物體的一套完整的單倍體遺傳物質(zhì)。

對(duì)二倍體高等生物來(lái)說(shuō)，維持配子正常功能最低數(shù)目的一套染色體遺傳物質(zhì)，構(gòu)成一套基因組。

原核生物和真核生物基因組又分染色體基因組與染色體外基因組，后者如原核生物的質(zhì)粒DNA，真核生物的線粒體DNA及葉綠體DNA。人類基因組24個(gè)染色體（22+X+Y）約3.0×109bp第9頁(yè)/共23頁(yè)1.基因組大小與C值佯謬基因組大小在不同生物之間差異很大；如HBV僅3200bp，而某些顯花植物和兩棲類動(dòng)物可達(dá)1011bp?；蚪M大小用C值（Cvalue）表示；C值大小基本上反映生物進(jìn)化程度的差異；但這種相關(guān)性并不很精確；這種生物體的進(jìn)化程度與基因組大小之間不完全成比例的現(xiàn)象稱為C值佯謬（Cvalueparadox）；C值矛盾主要是由于各種生物基因組的結(jié)構(gòu)特征的差異造成的，低等和高等生物差別明顯。第10頁(yè)/共23頁(yè)2.基因總數(shù)與N值佯謬基因總數(shù)（N表示）人類為3萬(wàn)多個(gè)，僅比大腸桿菌大7倍，比低等動(dòng)物秀麗線蟲(chóng)大1.6倍，水稻高達(dá)5萬(wàn)。果蠅在進(jìn)化上比秀麗線蟲(chóng)高等，基因總數(shù)只有后者的0.6倍?；蚪M中基因數(shù)目與生物進(jìn)化程度或復(fù)雜程度的不對(duì)稱性，稱為N值佯謬（Nvalueparadox）。第11頁(yè)/共23頁(yè)既然一切生物性狀都是由基因決定的，那么生物體的DNA含量（C值）和質(zhì)量（N值）就應(yīng)該與生物進(jìn)化階梯及復(fù)雜性成正相關(guān)。

生物體結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜程度不僅取決于一定的基因數(shù)量，更重要的是在于基因功能及其相互作用網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和精確性。第12頁(yè)/共23頁(yè)第三節(jié)基因組計(jì)劃

(genomeproject)基因組計(jì)劃是指以獲得某物種基因組全序列為主要目標(biāo)的科學(xué)計(jì)劃。如人類基因組計(jì)劃（humangenomeproject，HGP），小鼠基因組計(jì)劃，家狗基因組計(jì)劃，細(xì)菌基因組計(jì)劃等。第13頁(yè)/共23頁(yè)

第14頁(yè)/共23頁(yè)一、修正后的HGP主要內(nèi)容HGP主要任務(wù)及內(nèi)容主要任務(wù)內(nèi)容物理圖確定染色體DNA上諸如限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)，或序列標(biāo)志點(diǎn)（STSs）等的位置圖遺傳圖確定標(biāo)志位點(diǎn)在染色體DNA上的線性排列順序。標(biāo)志位點(diǎn)間的圖距以遺傳學(xué)（重組）距離表示、單位為厘摩爾根（cM）序列圖

測(cè)定人類24條染色體的、由3×109個(gè)核苷酸組成的全部DNA序列，繪制人類基因組序列圖譜第15頁(yè)/共23頁(yè)HGP的研究進(jìn)程Dulbecco（1986）首次提出HGP的概念，1990美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)正式啟動(dòng)。

1995年以STS為標(biāo)志的物理圖譜問(wèn)世，其分辨率為200bp、覆蓋率高達(dá)94%；同年，匯集了人類基因組初步的全物理圖，3、12、16、22號(hào)染色體高密度物理圖，以及30余萬(wàn)個(gè)左右cDNA（EST）序列信息；由于衛(wèi)星多態(tài)性標(biāo)志的應(yīng)用，遺傳制圖已于1994年提前完成，確定的全部標(biāo)志密度為0.7cM，含5826個(gè)轉(zhuǎn)座子，大小為4000cM的線性遺傳圖；第16頁(yè)/共23頁(yè)1994年人類基因組遺傳圖譜發(fā)表。人類基因組工作框架已于2000年6月由人類基因組計(jì)劃國(guó)際合作組完成。在此基礎(chǔ)上經(jīng)整理、分類和排列后，人類基因組圖譜及其初步分析結(jié)果于2001年2月12日正式公布。2004年10月發(fā)表了人類基因組常染色質(zhì)全序列，（人類基因組的常染色質(zhì)部分中）其中99%的序列已被確定，其精度達(dá)到每10萬(wàn)個(gè)堿基中只有一個(gè)測(cè)量誤差。第17頁(yè)/共23頁(yè)其他基因組計(jì)劃微生物基因組計(jì)劃和人類基因組計(jì)劃分別于1986年和1990年啟動(dòng)，其后又啟動(dòng)了各種模式生物（modelorganisms）基因組計(jì)劃（如線蟲(chóng)、果蠅、小鼠等），致病生物體基因組計(jì)劃，環(huán)境相關(guān)基因組計(jì)劃，以及具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的動(dòng)植物基因組計(jì)劃等。到目前為止已經(jīng)完成了數(shù)百種生物體的基因組測(cè)序工作。第18頁(yè)/共23頁(yè)第四節(jié)基因組學(xué)基因組學(xué)（Genomics）指對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖（包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一門(mén)科學(xué)。基因組學(xué)研究包括兩亞領(lǐng)域以全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)（functionalgenomics)又稱為后基因組學(xué)（postgenome）研究。

第19頁(yè)/共23頁(yè)后基因組計(jì)劃21世紀(jì)生物學(xué)的發(fā)展方向——功能基因組學(xué)對(duì)整個(gè)基因組所包含的基因、非基因序列的功能進(jìn)行大規(guī)模分析；認(rèn)識(shí)基因在發(fā)育、分化和病理狀態(tài)下的功能變化及其調(diào)節(jié)機(jī)制。后基因組時(shí)代的主角——蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組(proteome)是指細(xì)胞或組織表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。人類2.4萬(wàn)個(gè)基因，幾十萬(wàn)種蛋白質(zhì)；重點(diǎn)分析生命不同時(shí)期、不同組織、不同（疾病）狀態(tài)蛋白質(zhì)的變化蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics):是從整體上采取高通量/大規(guī)模手段研究所有蛋白組成及其活動(dòng)規(guī)律.第20頁(yè)/共23頁(yè)基因組學(xué)的延伸——模式生物基因組學(xué)五大模式生物：E.coli、釀酒酵母、黑腹果蠅、秀麗線蟲(chóng)和小鼠，其序列分析被列為HGP的內(nèi)容；不同物種間功能基因有相當(dāng)大保守性，如99%鼠基因與人對(duì)應(yīng)；最終目的：比較基因組學(xué)——比較不同物種的全基因組，增強(qiáng)對(duì)各基因功能的認(rèn)識(shí)。從分子水平上升到細(xì)胞水平——細(xì)胞計(jì)劃在闡明以基因?yàn)楹诵牡纳镔|(zhì)的本質(zhì)后，以信號(hào)傳導(dǎo)為主線闡明在細(xì)胞內(nèi)一切生命現(xiàn)象的本質(zhì)。1950年代生物學(xué)從細(xì)胞水