第十三章基因組學(xué)

第一節(jié)基因組學(xué)概述

基因組學(xué)(genomics):主要研究生物體全基因組(genome)的分子特征?；蚪M學(xué)強(qiáng)調(diào)的是以基因組為單位，而不是以單個(gè)基因?yàn)閱挝蛔鳛檠芯繉?duì)象基因組學(xué)的研究目標(biāo):1.獲得生物體全部基因組序列2.注解基因組所含的全部基因3.鑒定所有基因的功能及基因間相互作用關(guān)系4.闡明基因組的復(fù)制及進(jìn)化規(guī)律

1986年首次提出基因組學(xué)的概念1990年開始基因組計(jì)劃,美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)和能源部(DOE)聯(lián)合啟動(dòng)了被譽(yù)為“人體阿波羅計(jì)劃”的“人類基因組計(jì)劃”(humangenomeproject，HGP)

美國(guó)提出人類基因組計(jì)劃后，英、法、日、前蘇聯(lián)、中等，也相繼啟動(dòng)了類似項(xiàng)目2000年6月26日，各國(guó)科學(xué)家公布了人類基因組工作草圖2001年8月26日，人類基因組計(jì)劃中國(guó)部分測(cè)序項(xiàng)目匯報(bào)及聯(lián)合驗(yàn)收會(huì)在京召開，標(biāo)志人類基因組“中國(guó)卷”通過(guò)驗(yàn)收

1992年8月，中國(guó)根據(jù)國(guó)情正式宣布實(shí)施自己的“水稻基因組研究計(jì)劃”

2002年4月5日，《Science》以14頁(yè)的篇幅刊登和宣布中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立繪制完成的水稻基因組草圖序列水稻全基因組物理圖C值：一個(gè)單倍體基因組中DNA的總量。一個(gè)特定的種屬具有特定的C值C值悖理：物種的C值和它的進(jìn)化復(fù)雜性之間無(wú)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系的現(xiàn)象N值：生物體所含有的基因數(shù)目N值悖理：復(fù)雜性不同的生物種屬所具有的基因數(shù)目與其生物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不成比例的現(xiàn)象。水稻基因數(shù)約4萬(wàn)個(gè),人類基因總數(shù)約3萬(wàn)個(gè)

基因組學(xué)的重要組成部分是基因組計(jì)劃，如人類、水稻基因組計(jì)劃，大體可分為：1、構(gòu)建基因組的遺傳圖譜2、構(gòu)建基因組的物理圖譜3、測(cè)定基因組DNA的全部序列4、構(gòu)建基因組的轉(zhuǎn)錄本圖譜5、分析基因組的功能第二節(jié)基因組圖譜的構(gòu)建

在進(jìn)行大規(guī)模序列測(cè)定之前，構(gòu)建基因組圖譜,錨定測(cè)知的核酸序列在染色體上的位置人類基因組計(jì)劃：首先用6年時(shí)間構(gòu)建高密度的基因組圖譜，然后才進(jìn)入測(cè)序工作

一、遺傳圖譜構(gòu)建

遺傳作圖：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其他DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖

1、圖譜標(biāo)記

形態(tài)標(biāo)記：可以觀察到的一些性狀,如種皮顏色、眼色、株高等細(xì)胞學(xué)標(biāo)記：能明確顯示遺傳多態(tài)性的細(xì)胞學(xué)特征。染色體的結(jié)構(gòu)特征和數(shù)量特征是常見的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記生化標(biāo)記：同工酶及種子貯藏蛋白,有時(shí)又稱蛋白質(zhì)標(biāo)記分子標(biāo)記：DNA水平上的標(biāo)記。RFLP,RAPD,SSR,STS,AFLP,CAPS,SNP

植物基因組遺傳圖譜的構(gòu)建選擇親本產(chǎn)生作圖群體遺傳標(biāo)記的染色體定位標(biāo)記間的連鎖分析

1994年繪制的第一張水稻高密度遺傳圖譜，僅有927個(gè)位點(diǎn)，含有1383個(gè)標(biāo)記1998年將2275標(biāo)記定位到1157個(gè)位點(diǎn)上2000年最終的水稻高密度遺傳圖標(biāo)記為3267個(gè)，用于指導(dǎo)水稻基因組測(cè)序

二、物理圖譜

由于遺傳圖譜的分辨率有限、精確性不高，所以要構(gòu)建物理圖譜

基因組物理圖譜的構(gòu)建主要有4種途徑：①限制酶作圖：比較不同限制酶產(chǎn)生的DNA片段的大小酵母第3染色體遺傳圖（A）與物理圖（B）

③熒光標(biāo)記原位雜交(FISH)：將熒光標(biāo)記的探針與染色體雜交確定分子標(biāo)記所在位置的方法

④順序標(biāo)簽位點(diǎn)(STS)：STS是長(zhǎng)度在100～500bp的DNA順序，每個(gè)基因組僅1份拷貝，很易分辨當(dāng)兩個(gè)片段含有同一STS時(shí)，可以確認(rèn)這兩個(gè)片段彼此重疊兩個(gè)不同的STS出現(xiàn)在同一片段的機(jī)會(huì)取決于其在基因組中的位置。如果彼此鄰接，這兩個(gè)STS總會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在相同片段上。如果相距甚遠(yuǎn)，有時(shí)會(huì)在同一片段，有時(shí)則在不同片段

三、基因組測(cè)序策略

①鳥槍法測(cè)序用限制酶或超聲波處理待測(cè)序基因組四、基因組圖譜的應(yīng)用1、基因組序列測(cè)定2、基因定位3、基因的克隆與分離4、分子標(biāo)記輔助選擇5、比較基因組研究第三節(jié)生物信息學(xué)

1、生物信息學(xué)(Bioinformatics)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息論方法對(duì)蛋白質(zhì)及其核酸序列等多種生物信息采集、加工、儲(chǔ)存、傳遞、檢索、分析和解讀，旨在掌握復(fù)雜生命現(xiàn)象的形成模式和演化規(guī)律的科學(xué)2、基因芯片(genechip),

又稱DNA微陣列(microarray)是由大量DNA或寡核苷酸探針密集排列所形成的探針陣列,其基本原理是通過(guò)雜交檢測(cè)信息。利用基因芯片,可以實(shí)現(xiàn)基因信息的大規(guī)模檢測(cè)

第四節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)

1、概念及研究?jī)?nèi)容

蛋白質(zhì)組:

細(xì)胞、器官或組織的蛋白質(zhì)成分的總稱蛋白質(zhì)組學(xué):

研究這些成分在指定的時(shí)間或特定的環(huán)境條件下的表達(dá)研究?jī)?nèi)容：蛋白質(zhì)表達(dá)模式，蛋白質(zhì)組功能模式

2、蛋白質(zhì)的分離蛋白質(zhì)組學(xué)研究的第一步是蛋白質(zhì)的分離雙相凝膠電泳是蛋白質(zhì)組研究中的首選分離技術(shù)

從1996年酵母菌基因組全序列測(cè)定后的4