比較基因組與分子進(jìn)化第1頁/共28頁2分子進(jìn)化

除RNA病毒外,幾乎所有生命的藍(lán)圖都用DNA書寫，進(jìn)化的第一原因是基因突變。分子進(jìn)化：原始生命產(chǎn)生之后，生物大分子結(jié)構(gòu)變化以及這些變化和生物進(jìn)化的關(guān)系。第2頁/共28頁3Humanfishβ-globin氨基酸差異數(shù)/氨基酸總座位數(shù)/兩物種分歧時(shí)間/2一、分子進(jìn)化速率指蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子在進(jìn)化過程中核苷酸或氨基酸殘基發(fā)生替換的頻率。第3頁/共28頁4分子進(jìn)化的速率約為10-9，每年每個(gè)氨基酸座位的1×10-9進(jìn)化速率為分子進(jìn)化速率的單位，即1×10-9為1鮑林。蛋白質(zhì)Kaa/10-9

細(xì)胞色素C0.3血紅蛋白α

1.2血纖蛋白肽8.3溶菌酶2.0第4頁/共28頁51.分子進(jìn)化速率具有恒定性

對(duì)于各種生物物種的每一個(gè)蛋白質(zhì)，用每一個(gè)位點(diǎn)每年發(fā)生的氨基酸替換的次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)衡量分子進(jìn)化的速率是大致恒定的，只要該分子的功能和三維結(jié)構(gòu)保持不變；

二、分子進(jìn)化的特點(diǎn)

第5頁/共28頁62.分子進(jìn)化的保守性不同對(duì)生物生存制約性大的生物大分子進(jìn)化速度慢。生物大分子內(nèi)部功能區(qū)結(jié)構(gòu)變化的速度較慢,而且功能越重要的區(qū)域變化速度越慢。人類不同的Ig家族的V.D.J.C基因數(shù)家族VJCLλ<300

76>6Lκ<300

51H～30049VJC第6頁/共28頁7

1.大多數(shù)無害突變基因在選擇上是中性的,并不

影響個(gè)體的適合度。

三、分子進(jìn)化的中性理論第7頁/共28頁8

2.中性基因在群體中的固定主要是由隨機(jī)

遺傳漂變引起的。

遺傳漂變（geneticdrift）：由于某種隨機(jī)因素，某一等位基因的頻率在群體中出現(xiàn)世代傳遞的波動(dòng)現(xiàn)象稱為遺傳漂變。第8頁/共28頁93.新基因主要是通過基因重復(fù)后再突變

而產(chǎn)生的第9頁/共28頁10四、PCR技術(shù)在古分子系統(tǒng)學(xué)中的應(yīng)用從17-20Ma前的葉化石中分離出了葉綠體Rubisco基因大亞基的片段。從25Ma-1.35億年前的琥珀中的蜂、白蟻、象鼻蟲的遺體中分離出基因片段。第10頁/共28頁11HomosapiensCanislupusfamiliarisMolecularClockEstimatesHuman-dogsplit~83MYA五、分子鐘第11頁/共28頁12確定生物大分子和物種由古生物學(xué)確定各物種分岐時(shí)間比較各物種之間該種生物大分子間的差異六、系統(tǒng)發(fā)生樹第12頁/共28頁13比較基因組學(xué)比較不同物種的整個(gè)基因組，可以深入理解每個(gè)基因組的功能和進(jìn)化關(guān)系。

基因組是一切生命的真諦。第13頁/共28頁141985發(fā)起1988.美國(guó)能源部與國(guó)家醫(yī)學(xué)研究院30億美元1990.正式啟動(dòng).1998.Celera公司宣布一項(xiàng)提前完成基因組測(cè)序的3年計(jì)劃2001年2月同時(shí)在Nature和Science發(fā)表一、人類基因組計(jì)劃(Humangenomeproject,HGP)第14頁/共28頁15繪制24條染色體的物理圖譜鑒定每一條染色體的基因并作圖完成30億堿基對(duì)的序列測(cè)定分析人類的遺傳變異對(duì)模式生物基因組繪圖及測(cè)序開發(fā)與之相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)及計(jì)算機(jī)程序解析基因組的信息探討與這些研究相關(guān)的倫理、法律、社會(huì)問題第15頁/共28頁165個(gè)人的DNA2男,3女2個(gè)白種人,1個(gè)亞洲人,

1個(gè)非洲人,1個(gè)西班牙人。人類基因組測(cè)序DNA樣本：第16頁/共28頁171、大腸桿菌(Escherichia

coli)2、酵母(Saccharomycescerevisiae)3、擬南芥(Arabidopsisthaliana)4、線蟲(Caenorhabditiselegans)5、果蠅(Drosophilamelanogaster)6、小鼠(Musmusculus)二、模式生物與比較基因組研究第17頁/共28頁18（Escherichiacoli）原核生物

C值：4,639,221bp基因數(shù)：42881、大腸桿菌第18頁/共28頁19a.70個(gè)與人類同源的酵母基因參與修復(fù)基因突變b.許多與腫瘤相關(guān)基因由研究酵母而發(fā)現(xiàn)c.酵母基因組的優(yōu)點(diǎn):

基因數(shù)目少(6000)

內(nèi)含子少

31%的酵母基因表達(dá)產(chǎn)物與人類同源2、酵母（Saccharomycescerevisiae)第19頁/共28頁20a.有959個(gè)細(xì)胞b.有131細(xì)胞凋亡c.細(xì)胞凋亡與人類幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)

Alzheimers阿爾海默癥Huntington亨廷頓舞蹈癥Parkinsons帕金森震顫癥3、線蟲（Caenorhabditiselegans）第20頁/共28頁21a.許多已知影響功能的基因突變來自果蠅的研究b.60%的基因與人類同源c.289種人類疾病基因突變中有61%在果蠅中發(fā)現(xiàn)d.有68%的腫瘤相關(guān)基因在果蠅中存在4、果蠅（Drophosilamelanogaster）第21頁/共28頁22a.“微型人”b.生理系統(tǒng)與人非常相似c.90%的基因與人類同源5、小鼠

(Musmusculus)第22頁/共28頁23

基因共線性第23頁/共28頁246.擬南芥（Arabidopsisthaliana)雙子葉植物

C值：125Mbbp第24頁/共28頁25擬南芥線蟲果蠅酵母人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域

MATH11588161PAS1896113PH19372652423SAM2915836STAS516213Sec7135559第25頁/共28頁26人類基因組大小為30億堿基對(duì)，哺乳動(dòng)物基因組大小與人相近。人類有超過98%的基因與靈長(zhǎng)類同源,兩者的基因之間約有95-98%相似。果蠅甚至有60%的基因與人類同源。人類與小鼠基因組序列有40%的一致，有24%的人類基因組序列在小鼠中沒有第26