基因组学期末复习资料(共22页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章基因组概论1、基本概念隔裂基因：大多数真核生物蛋白质基因的编码顺序(Exon)都被或长或短的非编码顺序(Intron)隔开。重叠基因/嵌套基因：指调控具有独立性但部分使用共同基因序列的基因/同一段DNA 能携带两种不同蛋白的信息.假基因：一般由先前的功能基因积累突变形成，称为假基因，用符号表示。基因家族：真核基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这组基因称为基因家族。 基因组：一个物种的一套完整遗传物质的总和，包括核基因组和细胞质基因组。基因组学：研究生物体基因组的组成、结构与功能的学科。结构基因组学：着重研究基因组的结构并构建高分辨的遗传图、物理图

2、、序列图和转录图以及研究蛋白质组成与结构的学科。功能基因组学：主要是利用结构基因组学研究所得到的各种信息在基因组水平上研究编码序列及非编码序列生物学功能的学科。人类元基因组：指人体内共生的菌群基因组的总和，包括肠道、口腔、呼吸道、生殖道等处菌群。Alu序列：灵长类动物细胞的主要散在的重复DNA序列。含有限制性内切酶Alu的切点（ AGCT）。2、原核与真核生物基因组与顺反子的等价关系 在简单基因组中基因与顺反子等价 原核和低等真核细胞：基因与产物之间的关系比较简单。通常是一基因一相应产物，而且基因往往与产物共线性。基因和顺反子等价：基因是遗传的功能单位；也是可表达的遗传信息的单位。 在细菌中：

3、基因是编码区 (开放阅读框)。细菌基因常常组合成一个操纵子，这样几种产物均由一条多顺反子mRNA翻译而成。在真核细胞中：基因是转录的单位。大多数基因以单顺反子mRNA的形式转录。3、 基因组C值与C值矛盾基因组C值是一个物种的基因组固有的DNA含量，一般是恒定的。 C值矛盾或C值悖论:C值大小与生物进化不协调的现象。C值矛盾原因: 基因内(内含子)、基因间的间隔序列、重复序列和假基因序列4、基因组序列复杂性与基因组大小的关系 序列复杂性：不同序列的DNA总长。 DNA序列复杂性：C0t1/2=1/k，起始浓度DNA（C）在保温时间t后有半数DNA完全复性的数值。 C0t1/2值越大，复性速率越

4、慢，在特定数量DNA中含有重复的特定序列拷贝数比例越小，基因组的序列复杂性越大。第二章基因组遗传图谱1、基本概念：遗传图：采用遗传分析的方法将基因或其它DNA序列标定在染色体上构建连锁图。图距单位为cM，1cM=1%的交换值。家系图：指某一家族各世代成员数目、亲属关系与该基因表达的性状或疾病在该家系中分布情况的示意图。SNP/单核苷酸多态性：同一物种不同个体基因组DNA的等位序列上单个核苷酸存在差异的现象。共分离：在有性繁殖的后代,假如基因附近有一紧密连锁的分子标记,在细胞减数分裂时分子标记与基因之间由于相距太近很少有机会发生交换，那么这种分子标记与连锁的基因有最大的可能同时出现在同一个个体中

5、，这种现象被称为共分离。2、植物基因组遗传图谱的构建方法 . 选择亲本：要求亲缘关系远，遗传差异性大，亲本间分子标记具有多态性。 . 产生构图群体：配制杂交组合，建立分离群体. 遗传标记的染色体定位：有单体、三体、代换系与附加系分析等方法，依据染色体剂量的差异将遗传标记定位在特定染色体上。即当供体材料总DNA等量时，DNA杂交带的信号强弱与该标记位于的染色体剂量成正比。. 标记间的连锁分析：通过分析分离群体内双亲间有多态性的遗传标记间的连锁交换情况和趋于协同分离的程度即可确定标记间的连锁关系和遗传距离。3、人类基因组遗传图谱的构建方法家系分析法：分析8个家系134个成员（186个减数分裂）根据

6、5264个SSR标记绘制而成。对于X染色体，另外利用12个家系的170个成员分析（105个减数分裂）将5264个标记定位在2335个位点上构建的人类基因组遗传图谱密度为每个标记599kb。4、细菌基因组遗传图谱的构建方法 细菌是单倍体，不发生减数分裂。 设计部分二倍体，让细菌在同源区段发生交换。 部分二倍体作图技术：接合、转化、转导 接合转移：两个细菌机械接触，其中一细菌（供体）将DNA转移到另一细菌中。转移的DNA可以是供体细胞染色体的一段拷贝或整个染色体;转移的DNA也可是质粒/附加体转移）.而且供体DNA分子转移后，必须与受体细胞DNA 发生双交换才能整合到受体细胞染色体中。否则，转移的

7、DNA将随受体细胞分裂而丢失，除质粒附加体转移例外。 细菌遗传作图中采用的都是生化标记，显性或野生型具有生化特性（如合成色氨酸），隐性表型是可以互补的性状（如不能合成色氨酸），从而检测转移DNA是否进入受体细胞。 感染(转导):以噬菌体为媒介，将长度可达50Kb的DNA片段从供体细胞转移到受体细胞。 转化：供体细胞释放的一段DNA（通常小于50Kb）,经受体细胞摄取后整合到基因组中，可借助抗性培养基筛选重组克隆。 第三章物理图绘制 1、基本概念物理图：用分子生物学方法直接检测DNA标记在染色体上的实际位置绘制成的图谱。图距单位为bp。限制性作图：将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。基因

8、组文库：指将基因组DNA通过限制性内切酶部分酶解后所产生的基因组DNA片段随机的同相应的载体重组、克隆，所产生的克隆群体代表了某种有机体整个基因组。重叠群：一群相互重叠的克隆或DNA序列，可以是草图序列或精确序列, 包括连续的(内部无间隙)或不连续的(内部含间隙)DNA序列。克隆指纹：指确定DNA样品所具有的特定DNA片段组成，一个克隆的指纹表示了该克隆所具有的指定序列的特征，可以同其他克隆产生的同类指纹比较。作图试剂：STS作图过程中用到的可覆盖待研究的染色体或基因组的DNA片段群。2、物理作图的方法1. 限制性作图： 将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。2. 依靠克隆的基因组作图：

9、根据克隆的DNA片段之间的重叠顺序构建重叠群, 绘制物理连锁图。3. 荧光原位杂交： 将荧光标记的探针与染色体杂交确定分子标记的所在位置。4. 序列标记位点作图 （STS）：通过PCR或分子杂交将小段DNA序列定位在基因组的DNA区段中。3、遗传图与物理图的区别n 遗传图谱分辨率有限: 遗传图谱的分辨率依赖于得到的交换的数目。对于人类与大多数真核生物来说，巨大数量的后代不易获得。n 遗传图谱的精确度有限:重组的热点/冷点n 遗传图谱的准确度有限:环境因素与取样误差 （补充：前者是描述的基因相对位置，后者是具体的碱基位置遗传图谱是某一物种的染色体图谱（也就是我们所知的连锁图谱），显示所知的基因和

10、/或遗传标记的相对位置，而不是在每条染色体上特殊的物理位置。由遗传重组测验结果推算出来的、在一条染色体上可以发生的突变座位的直线排列（基因位点的排列）图。物理图谱是利用限制性内切酶将染色体切成片段，再根据重叠序列确定片段间连接顺序，以及遗传标志之间物理距离碱基对(bp) 或千碱基(kb)或兆碱基(Mb)的图谱。以人类基因组物理图谱为例，它包括两层含义，一是获得分布于整个基因组30 000个序列标志位点(STS，其定义是染色体定位明确且可用PCR扩增的单拷贝序列)。4、 限制性作图的基本原理比较一种DNA分子被不同限制性内切酶切割所产生的片段大小。n 首先用一种酶处理样品后，电泳确定DNA片段的

11、大小。n 然后用第二种酶处理，获得第二组片段。n 最后用两种酶混合处理，获得第三组片段。n 收集上述资料进行对比组装。n 两种酶切位点交替出现的区段用加减法确定其相对位置。n 连续出现2个或多个相同酶切位点的区段，采用部分酶解法。n 切点过多时可以采用末端同位素标记结合部分酶解进行绘图。 5、 重叠群的组建 染色体步移法（chromosomal walking)：先从基因文库的一个克隆开始，然后从文库中寻找与之重叠的第二个克隆，再继续确定第三个克隆，依次类推。如果探针含有基因组范围分布的重复序列，会有非特异杂交，这时需要预杂交，封闭非特异位点。以插入片段末端为探针，减少重复序列出现的可能性。

12、指纹法 (clone fingerprinting)6、 DNA指纹的类型及指纹作图的基本原理 克隆指纹法的原理：如果2个克隆彼此重叠，它们一定含有相同的顺序。有3种类型：1，限制性带型指纹（用不同限制性酶消化后，经凝胶分离产生的条带）、2，重复顺序DNA指纹（将不同克隆的限制性片段电泳转膜后，与基因组范围分布的重复序列（探针）杂交形成的带型。）、3，STS指纹（根据STS序列设计引物，扩增文库当中的克隆，能扩出条带的克隆都含有顺序重叠的插入子）7、 STS作图的原理1. STS在染色体上的位置是确定的。2. 两个不同的STS出现在同一片段的机会取决于它们在基因组中的位置，彼此接近，同时出现在

13、同一片段的机会就大，反之则小。3. STS作图与连锁分析是一样的，不同之处仅在于两个标记间的图距是根据分离频率来计算的。主要采用的方法是辐射杂种作图。 8、辐射杂种作图的程序及其图距辐射杂种的作图单位为厘镭(centiRay, cR)：DNA分子暴露在N拉徳(rad) X射线剂量下两个分子标记之间发生1%断裂的机率。辐射杂种群PCR 检测STS标记，根据成对STS出现频率，判断标记是否连锁及连锁程度第四章 基因组测序与序列组装1、基本概念作图测序：克隆依次测序，限制测序？全基因组随机测序：全基因组鸟枪法测序，随机测序？全基因组测序是对未知基因组序列的物种进行个体的基因组测序。序列间隙：因覆盖率

14、的原因而留下的未能测序的序列，仍存在于克隆文库中，这类间隙称为序列间隙。物理间隙：因克隆载体自身的限制或DNA顺序特殊的组成等原因造成某些顺序丢失或未能克隆，这类间隙称为物理间隙。克隆文库：单个基因组的DNA片段克隆集合体。读序：2、第一、二、三代测序技术的代表及其基本原理 第二代测序技术循环阵列合成测序法（P68）代表：Roche454、Illumina Solexa和ABI SOLiD第三代测序技术 单分子测序，直接测序 代表：Helicos公司的单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和 Oxford Nanopore Technologies 公司的纳米孔

15、单分子技术。3、 序列间隙与物理间隙的缝合解决办法：通过相邻已知的顺序作为探针筛选已有的基因组文库解决办法：利用其它宿主菌与载体重建文库测序时遗漏的测序顺序间隙载体或宿主菌选用不当而被遗失的测序物理间隙 重叠群间的间隙4、作图法测序与鸟枪法测序的原理与两者区别l 序列组装原理:直接从已测序的小片段中寻找彼此重叠的测序克隆，然后依次向两侧邻接的序列延伸。 鸟枪法策略 指导测序策略不需背景信息 构建克隆群 (遗传、物理图谱)时间短 需要几年的时间 需要大型计算机得到的是草图(Draft) 得到精细图谱5、怎样判断序列组装的正确 6、人类基因组的测序策略 构建BAC克隆 限制性酶处理获得指纹 根据指

16、纹重叠方法组建BAC克隆重叠群 根据STS标记,将BAC克隆重叠群标定在物理图上 每个BAC克隆内部采用鸟枪法测序,组装 将BAC插入顺序与BAC克隆指纹极重叠群对比,将已阅读的顺序锚定到物理图上 第五章 基因组序列诠释与基因功能分析1、 基本概念：密码子偏爱：动物园杂交：根据亲缘关系相似的物种，其基因的编码区相似性较高，而非编码区的同源性很低的原理。如果某一物种的DNA 序列与来自另一亲缘物种的DNA片段杂交产生阳性信号，该区段可能含有1个或多个基因，这种方法又称为动物园杂交。基因敲除：利用DNA同源重组的原理，在活体内将特定基因从染色体上剔除的过程。启动子陷阱:RNAi:与靶基因序列同源的

17、双链RNA所诱导一种序列特异性的转录后基因沉默现象。噬菌体外显:转录组:即那些含有细胞在特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来的RNA分子的集合。蛋白质组：即细胞中那些决定细胞能够进行生化反应的所有蛋白质组分。2、 基因结构序列特征基因不是核苷酸的随机排列而是具有明显特征： 基因的编码区是可读框 (ORF)。1. 根据开放读码框预测基因 a. 起始密码子ATG 第一个ATG的确定则依据Kozak规则：Kozak规则是基于已知数据的统计结果。 所谓Kozak规则，即第一个ATG侧翼序列的碱基分布所满足的统计规律。 b.终止密码子 终止密码子: TAA, TAG,TGA GC% = 50%

18、 终止密码子每 64 bp出现一次； GC% 50% 终止密码子每100200 bp 出现一次； 由于多数基因 ORF 均多于50个密码子，因此可能的选择应该是 ORF 不少于100 个密码子。c. 3端的确认 3端的确认主要根据Poly(A)加尾信号序列,若测试Contig不含Poly(A)信号序列，则根据加尾信号序列“AATAAA”和BLAST同源性比较结果共同判断。d. 密码子偏爱性e. 外显子内含子边界 外显子和内含子的边界有一些明显的特征：内含子的5端或称供体位（donor site）常见的顺序为 5-AGGTTAAGT-3；3端又称受体位（acceptor site), 多为5Py

19、PyPyPyPyPyCAG-3(“Py”嘧啶核苷酸，T或C)f. 上游控制序列g. 信号肽分析h. 软件预测2,mRNA的5端即转录起始位点区通过同源性比较来预测mRNA的5端，最常用的与转录起始位点相关的数据库是真核启动子数据库3、怎样从基因组序列中查找到基因并进行确认 1）根据基因结构特征搜寻基因 2）同源基因查询 3）实验确定基因 分子杂交可确定DNA片段是否含表达序列 由EST和cDNA指认基因 DNA序列中基因位置的确定 全长cDNA边界序列文库的构建4、基因边界的确定 5、序列同源的确定6、各种基因功能鉴定的方法及其原理8、siRNA与miRNA的作用机理及区别 相同点: 长度都约

20、22 nt 左右； 同是Dicer产物，因此具有Dicer产物的特点； 二者生成都需Argonaute 家族蛋白的存在； 同是RISC的组分。 不同点: 来源不同：siRNA来源于转基因或病毒RNA，由长dsRNA转变而来；miRNA来源于内源转录本，是细胞内RNA的固有组分之一，由具有发夹状结构的pre-miRNA转变而来； 结构不同：siRNA主要以双链形式存在，其3端存在2个非配对的碱基，通常为UU；miRNA主要以单链形式存在； 对靶RNA 的特异性不同： siRNA与靶mRNA完全互补配对结合；miRNA与靶RNA并不完全互补，存在错配现象。靶序列有一个核苷酸突变，就会影响到siRN

21、A的作用功能，但不会影响到miRNA的功能； 作用形式不同：siRNA主要在转录后通过降解mRNA发挥作用，而miRNA只在蛋白质翻译水平上负调控靶基因的表达。 第六章 基因组解剖1、基本概念：SAR：中期染色体染色质纤丝与染色体骨架蛋白结合的染色体DNA顺序.MAR：细胞间期与细胞核基质蛋白成分结合的染色体DNA顺序.CpG岛：基因组中富含GC碱基的DNA区段。等高线：基因组中具有较均一的相似比例碱基组成的连续的DNA顺序.1、 病毒基因组结构特点、基因组大小相差很大（HBV：3.2kb 痘病毒：300kb）、核酸结构多样性：（DNA或RNA、双链或单链、环状分子或线性分子）、基因组有连续的

22、，有不连续的（大多数连续、流感病毒：8跳单链RNA（节段性）、基因组编码序列90% (真核生物基因组较多冗余)。、多为单拷贝,即每个基因只出现一次。、基因有连续的（噬菌体）和间断的 (真核细胞病毒）。、相关基因丛集: 功能上相关的基因排列在一起, 形成一个功能单位或转录单元。、重叠基因 ：使小基因组能携带较多的遗传信息。、含有不规则结构基因：（、基因之间无间隔区、端无帽子结构、结构基因的本身无翻译起始序列）、除反转录病毒外，一切病毒基因组都是单倍体。2、 原核生物基因组与真核生物基因组在结构与组成上的区别 原核生物基因组结构特点1、基因组为环状双链DNA分子2、只有一个复制起始点3、具有操纵子

23、结构指数个功能上相关的基因串联在一起,连同上游的调控区和下游的转录终止信号构成基因的表达单位.4、一般无重叠基因.5、基因是连续的,无内含子、编码区在基因组中的比例真核基因组病毒基因组、基因组中重复序列很少、具有编码同工酶的基因（）、存在可移动序列、分子中有多功能识别区域（复制、转录起始区，复制、转录终止区）真核生物核基因组基因组结构特点 1）体细胞: 两套基因组 性细胞: 一套基因组2）基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点3）mRNA为单顺反子。 4）含大量重复序列。 5）非编码序列占90%以上。 6）基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因(split gene) 即内

24、含子,外显子.7）功能相关的基因串联在一起形成基因家族8）存在可移动成分.类似细菌的:如玉米中发现的.类似逆转录病毒的: 转位机制需RNA介导3、 线粒体基因组与叶绿体基因组在结构与组成上的区别脊椎动物线粒体基因组的结构特点基因之间很少间隔顺序，人线粒体基因组只有87bp核苷酸无功能；核糖体RNA基因很短，大小亚基RNA沉降系数分别为16S和12S；有些基因残缺，缺少终止密码子，要在RNA编辑时产生。高等植物线粒体基因组的结构特点 结构非均一性: 线性和环状DNA共存. 拷贝非均一性: 同细胞不同亚基因组DNA的拷贝数并不相同. 不同种属之间线粒体基因组大小变化很大, 在120 2500 kb

25、之间. 动态变化: 不同发育时期,每个细胞线粒体基因组的拷贝数不是恒定的. 分子内重组: 高等植物线粒体基因组中含有大量短序列重复顺,它们之间的重组导致大量的DNA顺序重排, 是Mt DNA频繁突变的主要原因.线粒体基因有内含子。高等植物叶绿体基因组特点 结构紧凑, 基因之间排列紧密, 很少非编码顺序. 不同种属之间叶绿体基因组大小比较恒定, 约在120 kb左右. 动态变化: 不同发育时期,每个细胞叶绿体基因组的拷贝数是不衡定的. 有两段很长的反向重复顺序, 这一结构可有效地阻止叶绿体环状DNA的分子内重组, 这是叶绿体基因组很少发生重排的主要原因.4、 细胞器基因组的起源 内共生理论：线粒

26、体与叶绿体是游离细菌的化身，他们在远古与真核细胞结合并最终定居在真核细胞中。 依据：（1）细胞器基因表达的过程很多方面与细菌相似；（2）细胞器基因与细菌基因相似性高于核基因。5、 CpG岛的分布与特点 CpG岛的一般特点1) 主要在脊椎动物中发现,其它种属基因组中也有CpG岛, 但特征不明显.2) 绝大多数CpG岛中很少出现胞嘧啶甲基化, 因此被认为是基因转录活跃区.3) CpG岛主要分布在基因的启动子区和第一个外显子区.4) 绝大多数管家基因(housekeeping gene)含有CpG岛, 是寻找基因的一个指标.5) 在染色体上分布很不均匀，但与基因的分布频率一致。脊椎动物中CpG 岛的

27、分布有如下特点: 1.主要分布在基因的5端和第1个外显子区. 2. 人类中40%的管家基因的5端均含CpG岛. 3. 双碱基-CpG-具回文结构,是甲基化酶作用的位点,可在回文对称的两个胞嘧啶5位碳原子上进行甲基化. 在CpG岛中-CpG-双碱基均无甲基化.6、 富基因区与贫基因区的分布与序列特点 高GC比例区总是分布在基因密集区或常染色质区, 高AT比例区大多数分布在异染色质区或贫基因区.7、细胞器基因的转移与进化 细胞器基因转移到细胞核基因组中是一个至今仍在持续发生的现象. 细胞器基因转移到细胞核之后,必需获得一段转移信号肽的顺序才能使其编码的蛋白质进入线粒体. 在这一过程中会发生两种事件

28、:由于未能获得转移肽顺序, 细胞核中来自线粒体编码的基因最终被丢失或突变; 当细胞核中线粒体基因获得转移肽顺序后, 留在线粒体中的拷贝就失去存在的意义, 将发生丢失或突变成为假基因.第七章 基因组表观遗传1、基本概念表观遗传学：指基因的DNA序列不发生改变的情况下，基因的表达水平与功能发生改变，并产生可遗传表型的遗传学分支学科。表观基因组：全基因组的甲基化图谱。DNA甲基化：指在DNA甲基转移酶的作用下，以s-腺苷甲硫氨酸(sAM)为甲基供体，将甲基基团转移到胞嘧啶第5位碳原子上。染色质重塑：核小体在真核细胞DNA上重新定位的过程。位置效应：当染色质处在致密收缩状态时，转录因子无法与染色质包裹

29、的DNA接触，基因被关闭。这种因染色体不同区段的结构而影响基因表达的现象称为位置效应或位置效应斑。LCR/座位控制区：副突变：一个等位基因导致杂合子中的另一等位基因出现的可遗传变化。基因组印记：二倍体细胞中来自某一亲本的等位基因或它所在染色体发生了表观遗传修饰，导致不同亲本来源的两个等位基因只有一个可以表达，另一个因甲基化而沉默的现象。甲基化组: 与基因组甲基化状态相关的DNA序列2、 LCR的作用LCR对下游的球蛋白基因的表达有重要影响，如果LCR发生突变可使球蛋白基因沉默。LCR与染色质的结构状态有关。当LCR存在时，染色质解聚松弛，使调控因子可以接触DNA，启动基因表达。3、 表观遗传修

30、饰的主要机制分子的特定碱基结构修饰（如胞嘧啶的甲基化）表观遗传修饰染色质结构重塑（如组蛋白的构型变化）4、DNA甲基化发生的碱基及其碳原子，常出现于基因组的序列及位置。p DNA甲基化指在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，Dnmt)的作用下，以s-腺苷甲硫氨酸(sAM)为甲基供体，将甲基基团转移到胞嘧啶第5位碳原子上。 p 甲基化的胞嘧啶多位于CpG岛上。5、DNA甲基化怎样影响基因的调控 （ DNA甲基化主要发生在富含CG的区域，所以称为CpG岛。如CpG岛位于某基因的启动子区域，CpG岛的甲基化会显著降低甚至完全沉默该基因的转录，继而影响蛋白的表达。）6、基因组

31、印迹的建立过程与产生原因过程： 印记去除（去甲基化） 印记形成（重新甲基化） 印记维持（甲基化维持）3、 染色质重塑的机制及过程。DNA转录的起始与延伸同染色质结构的动态变化有关，有两种模型解释染色质重建的机制：1、先入模型2、动态模型 先入模型(pre-emptive model) 模型认为：决定的因素是转录因子和组蛋白谁先占据调控位点。DNA复制时，组蛋白8聚体解离，转录因子乘机结合到调控位点上，一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白和DNA的结合。动态模型(dynamic model) 近来研究表明：组蛋白置换需输入能量。 一些转录因子结合DNA时可裂解核小体，或建立一个可产生核小体定位

32、结合位点的边界。8、组蛋白修饰的种类及其生物学功能 组蛋白修饰的种类 l 乙酰化- 一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在H3、H4的 Lys 残基上。 l 甲基化- 发生在H3、H4的 Lys 和 Asp 残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。 l 磷酸化- 发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。 l 泛素化- 一般是C端Lys修饰，启动基因表达。 组蛋白的乙酰化的生物学功能：松弛染色质结构，利于基因的转录甲基化生物学功能：A. 基因转录活化B. 基因转录沉默C. X染色体失活D. 异染色质致密状态H3磷酸化的功能：基因表达； 常

33、染色质的H4S1被磷酸化之后A. 直接形成致密的异染色质；B. 招募HP1，形成异染色质；C. 促使组蛋白异构体的替换。组蛋白的泛素化：9、X 染色体失活的机理n X染色体的Xq13.3区段有一个X失活中心(X-inaction center，Xic)，存在着X染色体失活相关的特异性转录基因Xist，这个基因转录一段17kb不翻译的RNA与X 染色体结合，引发失活。失活从Xic区段开始启动，然后扩展到整条染色体。10、表观遗传与肿瘤形成的关系 1、DNA甲基化整体与局部的悖l 癌基因组整体甲基化水平降低l 抑癌基因特异性过度甲基化 2、肿瘤的抗甲基化治疗1）打开锁链 解救基因 2）靶向性DNA

34、甲基化第八章 基因组进化的分子基础1、基本概念误导渗入：滑序复制：回复突变：突变方向是从突变型恢复到野生型。同源重组：两个DNA分子在同源序列之间发生的相互交换和重组。基因转变：同源重组时由于错配修复而生成非交互性重组链，将一个等位基因转换成另一个等位基因位点特异性（专一性）重组：重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换，通常是一个DNA分子整合到另一个DNA分子内部。异常重组：同源性很低或非同源DNA分子之间的重组。转座：转座因子改变其在DNA分子上位置的过程2、突变的类型和分子机制 突变的机制1、自发突变1） DNA复制错误2）自发的化学变化（1）.脱嘌

35、呤（2）.脱氨基（3）.氧化损伤2. 诱发突变1) 放射线2) 化学物质：碱基类似物 碱基的修饰剂 DNA插入剂3、突变对基因组的影响n 突变对基因组的影响同义突变：没有改变产物氨基酸序列的密码子错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变 （中性突变、渗漏突变）无义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变 为蛋白合成的终止密码子连读突变：与终止突变正好相反，终止密码子变成指令某一氨基酸的密码子，使翻译继续进行4、 同源重组的Holliday模型5、噬菌体整合和切离的分子机制 噬菌体DNA的整合机制 DNA的整合涉及到attB 和attP的核心序列DNA链的割裂和重接。 首先在attB 和

36、attP位点上产生同样的交错切口，形成了5-OH和3-P的末端。5单链区全长7个碱基。两个核心区的断裂完全相同，连接过程不需要任何新DNA的合成。 在整合反应中，互补的单链末端交互杂交，连接并完成整合过程。 切除反应发生在原噬菌体两端的attL和attR之间，产物为噬菌体环状DNA和细菌染色体DNA。催化切除反应的除了Int和IHF外，还需要一种叫做切除酶（exicisionase, Xis）的蛋白参加，该酶由噬菌体的cis基因编码。 Xis对控制反应方向起重要作用，它是切除反应所需要的，但却抑制整合反应。7、 转座的类型及逆转录转座发生的分子机制 类型：复制转座 非复制转座 保守转座 第九章

37、 基因组进化的模式1、基本概念核酶：具有催化活性的核糖核酸生命三界：染色体重排：指染色体区段位置在染色体内或染色体之间发生的倒位或移位事件.外显子洗牌：由不同基因中编码不同结构域的片段彼此连接形成的全新编码序列。功能域加倍：编码结构域的基因区段因不等交换或DNA加倍使编码序列的拷贝数增加。协同进化：指同一家族重复基因成员在进化的过程中始终保持序列和功能的一致性，如rRNA基因。趋异进化：指重复基因拷贝中，有些成员在进化的过程中仍然保留原有的功能，但表达模式发生了变化。另一些成员因编码序列变异产生了新的功能，还有一些成员在自然选择过程中被淘汰，如植物的MADS基因。2、为何地球最初的生化系统为R

38、NA世界 支持RNA世界假说的证据1)RNA application for storing genetic information(编码功能).2) Evidence of RNA molecules (ribozymes) acting as chemical catalysts (enzyme-like) properties (肽键合成) .3) Evidence supporting the de novo synthesis of nitrogen-containing bases (nucleotides) such as adenine, guanine, cytosine,

39、and uracil, under ancient earth conditions (碱基合成). 4) Evidence of the de novo synthesis of the RNA sugar (ribose), in the form of ribose phosphate, under ancient earth conditions (核糖合成). 3、2R假说的内容及其证据 2R假说：Susumu Ohno在1970年首次提出2R假说.他认为,在脊椎动物进化中, 曾经发生过2次全基因组水平的加倍. 比较基因组顺序表明, 无脊椎动物基因成员在哺乳动物35000个基因中平均

40、有两个同源基因. 2R假说认为，在无颌类脊椎动物（jawless vertebrate）出现之前和出现之后分别出现过一次全基因组的加倍，即脊椎动物有过两次全基因组加倍. 2008年6月完成文昌鱼的基因组序列测序.对文昌鱼和脊椎动物基因组中保留下来的17个先祖脊索动物连锁群进行染色体虚拟重建. 结果证实在有颌类脊椎动物演化过程中, 确实发生了两轮整基因组加倍现象。 2R假说是正确的.4、 新基因产生的方式 新基因的产生主要有以下5种方式:1) 基因加倍之后的趋异, 这类基因基本保持原有的基因功能, 但往往获得了新的表达模式. 这是新基因产生的主要方式.2) 结构域洗牌, 即不同的结构域加倍或重组

41、, 产生具有创新功能的基因. 真核生物约19%的基因产生于外显子洗牌.3) 逆转录及其随后的趋异或重排.4) 基因裂变与融合, 由一个基因分裂成两个不同的基因, 或两个或多个基因融合组成一个新的基因. 原核生物约0.5%的基因由此产生.5) 嬗变, 由非编码顺序转变为编码顺序.5、 基因组进化的模式 基因组进化的模式:1,加倍(基因和基因组加倍 基因与基因组进化的主要方式 在基因组进化中现有基因的加倍是最重要的方式之一，它们可经由以下途径发生： 1）整个基因组加倍；2）单条或部分染色体加倍； 3）单个或成群基因加倍。 ) 2,重排 ( 1)染色体重排系指染色体区段位置在染色体内或染色体之间发生

42、的倒位或移位事件.2) 染色体重排是基因组进化的主要动力之一. 染色体重排阻止同源染色体区段的正常配对与交换, 促使重排区段内的突变积累, 是物种形成的主要原因之一.3) 染色体重排可为基因提供新的表达模式. ) 3,洗牌 4,不等交换 5,扩张与扩增 6,插入与缺失 7,转座因子的作用6、举例说明外显子洗牌的分子机制 8、 重复顺序在基因组进化中的作用重复顺序的作用引起染色体之间的不等交换1）重复顺序之间的配对可引起染色体内或染色体之间的不等交换；2）染色体内正向重复顺序之间的交换可引起缺失：3）染色体内反向重复顺序之间的交换可引起倒位；4）染色体之间重复顺序之间的交换可引起重复与缺失；5）

43、基因内部重复顺序之间的不等交换可引起基因突变，如人类高胆固醇疾病。9、 重复基因的命运 基因组进化中重复基因的归宿:1) 由于编码顺序趋异成为具有新的生物活性的基因.2) 由于调控顺序的突变成为获得新的表达模式的基因.3) 处于进化之中与祖先基因在功能上重叠, 表现为冗余的基因.4) 丧失功能成为假基因.5) 在随后的进化事件中丢失.10、 非编码序列扩张的分子机制Alu逆转座子在基因组中扩张的机制1) Alu逆转座子起源于7S RNA.2) 7S RNA基因属于PolIII类基因, 含有基因内启动子.3) 7S RNA转录后后借助细胞内含有的逆转录酶和整合酶插入基因组中.4) 因逆转录整合到

44、基因组中的Alu成分含有内部的启动子, 不必借助插入位点的启动子即可转录. 5) 7S RNA基因为组成性表达, 增加了Alu表达的机率.第十章 基因组与生物进化1、基本概念：分子系统发生学：从物种的分子特征出发，了解物种之间的生物系统发生的内在规律。分子进化速率：指蛋白质和核酸等生物大分子在进化过程中核苷酸或氨基酸残基发生替换的频率。分子钟：单位时间内同源蛋白质氨基酸顺序或DNA核苷酸序列取代的比率。以百万年发生单个代换为计算单位。单倍型：一个个体的单倍基因型，通常指线粒体、叶绿体等细胞器基因组。连锁不平衡：由于基因座间的连锁关系或其他原因(选择、突变、群体混杂等)，群体中的配子和基因型频率

45、偏离随机组合的期望值。2、发生树的构建步骤 DNA系统发生树的构建n 根据DNA序列代换的比例构建的进化树称为DNA系统发生树。n DNA系统发生树的分类单元是一组DNA序列。n 发生树的构建：a) 进行各个分类单元之间差异的比较。通常采用距离方阵或序列排比计算发生核苷酸代换的比率。b) 确定各分类单元之间的关系。3、 分子进化的特点 分子进化的特点1.分子进化速率具有恒定性 对于各种生物物种的每一个蛋白质，用每一个位点每年发生的氨基酸替换的次数为标准衡量分子进化的速率是大致恒定的，只要该分子的功能和三维结构保持不变；2.分子进化的保守性不同 对生物生存制约性大的生物大分子进化速度慢。生物大分

46、子内部功能区结构变化的速度较慢, 而且功能越重要的区域变化速度越慢。 4、 单倍型与连锁不平衡的联系5、有那些证据说明现代人起源于非洲古人类 非洲-人类的发源地l 研究显示生活在大约4百万年前的南方古猿很可能是现代人的直接祖先。l 迄今为止，人类演化的最初两个阶段-南方古猿和能人的化石材料全部发现在非洲，南非（Australopithecus africanus），东非（Australopithecus afarensis (Lucy)）l 在非洲以外没有发现早于200万年前的人类化石。l 1927年，中国发现“北京人”化石距今也没有超过200年。l 达尔文曾在1871年出版的一本专著中推测，

47、非洲是人类的摇篮。 考核重点：第三、五、六、七、九章为什么说基因组学是生命科学的前沿学科？ 基因组学已成为生命科学的前沿学科，已渗透到各个科学领域，出现了结构基因组学，功能基因组学，蛋白组学，功能蛋白组学，功能酶学，生物信息学，生物计算机，药物基因组学，疾病基因组学等基因研究方向。 基因组学形成和发展的科学技术基础？ 基因组学有哪些特点? 1).可能性；2）整体性；3）大科学性（复杂性）；4）原创性；5）前沿性；6）竞争性；7）自动化，程序化（标准化），规模化，快速化，产业化。 为什么基因组DNA测序能发现许多新基因？ 基因组研究已取得那些重要进展？ 基因组：所有生命都具有指令其生长与发育，维

48、持其结构与功能所必需的遗传信息，生物所具有的携带遗传信息的遗传物质总和称为基因组。 基因组学：是研究生命体全部遗传信息的一门学科。 模式生物： 生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的，此时，这种被选定的生物物种就是模式生物。 反向遗传学： 反向遗传学是直接从遗传物质入手来研究生命现象与规律的遗传学研究方法。 为什么要在基因组水平上研究生命现象？为什么线粒体基因组大小在不同生物中变化大，而叶绿体基因组大小相对稳定？ 有什么证据支持细胞器起源的的内共生假说？ 人类基因组顺序已经完成，但编码蛋白质基因的准确数仍存在不同的看法，为什么？ 染色体组：不同真核生物核基因组均由

49、一定数目的染色体组成，单倍体细胞所含有的全套染色体。 C值：指一个单倍体基因组中DNA的总量，一个特定的种属具有特征的C值。 CpG岛：基因组中富含GC（60%70%）的DNA区段，一般长度为12kb。 支架附着区（SAR）：从致密的蛋白质骨架向外伸展的DNA环与染色体骨架附着区结合的DNA顺序成为SAR。 基质附着区（MAR）：从致密的蛋白质骨架向外伸展的DNA环与核基质结合的DNA顺序称为MAR。 核型：将中期染色体按照大小与着丝粒的位置依次排列，可组成每种生物特有的染色体组图像，称为核型。 转座子：转座子是基因组中一段可移动的DNA顺序，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位

50、置“跳跃”到另一个位置。 人类基因组计划中为什么要构建遗传图？ 人类基因组中有30亿个碱基对，含有大量重复序列，要在这样大的序列中确定某一基因的位置，如同大海捞针。因此基因定位需要更为细致的划分和标记，需要构建遗传图。 性状形态标记进行遗传学分析有哪些局限？DNA分子标记的优点是什么？ 性状形态标记的缺点：数量很有限，多态性较差，表现易受环境影响，并且有一些标记与不良性状连锁。 DNA分子标记的优点：中性、共显性、多态性高、数量多、分布均匀、不受环境影响。 有哪些标记可供遗传分析，构建遗传图谱？各自的特点是什么？ 1、形态学标记：即生物的外部形态特征，主要包括可见的外部特征，也包括色素、生理特

51、征、生殖特性、抗病虫性等有关的一些特性。 2、细胞学标记、即细胞染色体的变异，包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带）的变化。 3、生化标记：主要包括同工酶标记和等位酶标记。 4、免疫学标记：以动物的免疫学特征为遗传标记，主要指：红细胞抗原、白细胞抗原、胸腺细胞抗原等。 5、DNA标记：一段DNA顺序，具有2个或多个不同的可以区分的版本，即等位形式。 6、AFLP、STS、RALP、RFLP、SSR、SNP等 为什么说基因标记不是理想的标记？ 1、高等生物如脊椎动物和显花植物，可用作标记的基因十分有限，许多性状都涉及多基因。 2、高等生物基因组中存在

52、大量的基因间隔区，纯粹用基因作为标记将在遗传图中留下大片的无标记区段 3、只有部分基因其等位基因成员可以通过常规实验予以区分，因而产生的遗传图是不完整的 4、重要性状由多基因控制 5、性状=遗传+环境 遗传作图：采用遗传学分析方法将基因或其他DNA顺序标定在染色体上构建连锁图。 遗传图谱：是以遗传距离表示基因组内基因座位相对位置的图谱。 DNA标记：一段DNA顺序，具有2个或多个不同的可以区分的版本，即等位形式。 重组热点：染色体的某些位点之间比其他位点之间由更高的交换频率，被称为重组热点。 共分离：在有性繁殖的后代，这种基因附近有一个紧密连锁的分子标记与连锁的基因有最大的可能同时出现在同一个

53、体中，这一现象被称为共分离。 物理图谱：指表示DNA序列上DNA标记之间实际距离的图。 物理作图：采用分子生物学技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。 重叠群：相互重叠的DNA片段组成的物理图称为重叠群。 稀有切点限制酶： 染色体步移： 辐射杂种： 厘镭：（cR）：DNA分子暴露在N拉德X射线剂量下两个分子标记之间发生1%断裂的频率。 克隆指纹：表示该克隆所具有的限定的物理特征，可以同其他克隆产生的同类指纹相比较。 作图试剂：覆盖整条染色体或整个基因组的DNA片段群体，用于STS作图。 物理图深度：指物理图的任何一点上DNA片段的重复次数。深度与物理图的精确性直接相关，深度

54、越大，物理图的精确性就越高。 原位杂交：将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交，称为原位杂交。 1. DNA测序是结构基因组的基础，DNA测序有哪几种方法，它们各自的特点？ 答：2. 答：DNA测序的方法学： 链终止法：通过合成与单链DNA互补的多核苷酸链来读取待测DNA分子的顺序。 化学降解法：在选定的核苷酸碱基中引入化学基团使DNA分子在被修饰的核苷酸位置降解 自动化测序：荧光标记物兼具灵敏度与分辨力的优点，便于仪器阅读，已成为测序的主流方法 非常规测序 为什么对真核生物的基因组进行随机定向测序时要建立多个文库？ 答; 随机测序与序列组装（鸟枪法）战略的优点和局限是什么？ 基因组覆盖

55、面：指随机测序获得的序列总长与单倍体基因组序列总长之比。 序列间隙：测序时遗漏的序列，本身仍保留在尚未挑选到的克隆中 物理间隙：指构建文库时被丢失的DNA序列，在克隆群体中永久的消失。 DNA芯片：是将大量的DNA探针按照一定的规律有序地排列在支撑物上，每个探针可以与相对应的特异互补序列结合，利用该芯片可同时获取大量信息。 为什么说完成基因组测序仅仅是基因组计划第一步？ 如何根据ORF结构特点搜寻基因？ 答： 为什么说利用生物信息学的方法延伸EST序列是获得全长cDNA序列的重要方法之一？ 答： 开放阅读框（ORF）：所有编码蛋白质的基因都有开放阅读框，它们由一系列指令氨基酸的密码子组成。孤独基因（orphan gene）：在基因分类时，缺少同源顺序的ORF被称为孤独基因。 直系基因： 平行基因： 动物园杂交（zoo-blotting）：若某一物种的DNA顺序与来自另一亲缘杂种的DNA片段杂交产生阳性信号，该区段可能含有一个或多个基因，这种方法叫 酵母双杂交： 专心-专注-专业