基因组学PPT课件
《基因组学PPT课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基因组学PPT课件(75页珍藏版)》请在装配图网上搜索。
基因组学,1,Transgenic Mouse,1982,Achievements of gene engineering,Transgenic plant,2,带有人生长激素基因的转基因小鼠 1990年开始的玫瑰兰花改造,玫瑰没有类黄酮化合物35氢氧化酶,三叶草中提取翠雀花素 先前研究证实,花青素可以明显减缓结肠癌症细胞生长,同时具有抵抗心血管疾病的功效。,3,克隆羊“多莉”,克隆羊“多莉”的研究者 伊斯维姆.穆特,Nucleus transferring,cloning,4,羊通常可以存活11至12年,而肺部感染对于高龄羊来说是“典型的病症”。 但与此同时也陆续有科学家发现一些克隆动物表现出“早衰”迹象,这被认为是克隆技术自身不完善而对克隆动物的健康造成的危害。但是,科学界对此还没有最后的结论。 它的诞生被视为20世纪末最重要的科学成就之一,它引发了全世界科学家研究克隆技术的热潮,也导致了大量技术和伦理方面的争论。 科学家当时一共培育了277个胚胎,最后只有多利成功出生。体细胞克隆技术的低成功率,一直到现在也没有明显改善。另外,多利今年6岁多,按绵羊的标准还是中年,它的疾病和死亡,会再度引发克隆动物是否早衰的争论。 克隆动物是否会早衰,是否可能有先天缺陷,是否应当允许科学家进行以培育完成人类个体为目标的克隆人研究,都是当前争论的热点问题。多利的健康状况因此受备关注。 现在有人推测是染色体端粒的作用。 多利细胞核是成年羊提供的,端粒相较于正常羊已经很短了,所以他寿命短。,5,Biochip,Human Genome Project,6,清华控股博奥生物有限公司暨生物芯片北京国家工程研究中心 博奥生物芯片中心由清华大学医学院教授程京院士主持创立,目前在生物芯片研究和应用领域形成了医学系统生物学产业链,已推出生物芯片、生物医学仪器、试剂耗材、软件数据库等多项产品。创立于2000年9月的博奥生物芯片中心作为我国第一家采用“中心公司”创新机制的试点单位,先后主持承担了国家“十五”863计划重大专项“功能基因组与生物芯片”、“十一五”863计划重点项目“生物芯片关键仪器和试剂”等国家级科研课题,参与承担了30余项863、973、自然科学基金和北京市等国家和省部级科研项目,现已探索出了一条新的建设国家工程研究中心的模式,构建起了中国的生物芯片产业链,培养了一批技术产业复合型人才,实现了中国生物芯片行业的跨越式发展。(,7,人造生命,辛西娅 Synthia,意为“人造儿”,2010年5月,克雷格文特尔,8,实验中,科研人员先将“山羊支原体”的内部挖空,再向其中注入“丝状支原体”,最后新的支原体终于开始自我复制,成为世界首个“人造生命”。 文特等人的计划,就是想按照这种细菌的基因组序列,用化学方法把核苷酸一个一个连接起来组成基因组。不过,按现在的合成技术,要一口气合成含有108万个核苷酸的序列是做不到的,所以他们首先要化整为零,把基因组序列分成1000多个片段,每个片段含1000个核苷酸,分别合成(其实是从另一家公司订购的)。然后把这些片段放进酵母菌中,由酵母菌把它们组合成完整的细菌基因组。再把基因组从酵母菌中提取出来,放进一种和蕈状支原体很接近的细菌山羊支原体中。蕈状支原体基因组利用山羊支原体的蛋白质、细胞器等复制自己,形成了新的蕈状支原体。 可见文特等人靠人工合成(指用化学方法)的只有基因组部分,就连这部分的合成也还要借助酵母菌的生物合成,不过把这个细节忽略好了。但是基因组自身是没法复制和制造新细胞的,还必须有蛋白质和其他生物分子和它一起工作,还要有细胞质、细胞膜形成的合适环境,所有这一切一开始都不是人工合成的,全都是现成的。所以,这根本不是人造生命、人造细胞,其父母也不只是计算机,至少山羊支原体也是其父母之一。 这也不是什么新物种。人工合成的基因组序列是根据蕈状支原体基因组复制的,二者几乎完全相同(除了少量无关紧要的增减和突变),“制造”出的细胞也是蕈状支原体,不是自然界没有的东西,其新颖程度还比不上用遗传工程方法创造出来的新菌株。,9,如果不仅基因组是人工合成的,细胞的其它部分也都是人工合成的,那才算得上是人造细胞。但是这一天仍然遥遥无期,因为细胞的组成极其复杂。例如,对细胞中的蛋白质种类、功能和相互作用我们还所知甚少,更不要说把它们全都一一合成出来了。其实,即使是对基因组蕴含的遗传信息,我们也所知甚少。如果把细胞比作一台机器,基因组就是它的设计图。文特等人所做的,就是拿了一张设计图做底本,然后一笔一画地把它照抄了一遍,对这张设计图的具体内容,则不甚了然。不能说照葫芦画瓢地抄了一张设计图,就相当于制造出了机器。 那么这么做有什么意义呢?只是证明了他们有技术能力,能把设计图抄得很完整,而且抄得足够准确,内容基本无误,所以能被细胞识别、复制。细胞对基因组的复制其实也是在抄,只不过抄的方法有所不同。细胞的抄法称为生物合成,利用酶等生物大分子作为工具。而文特等人的抄法属于化学合成。 生物伦理学家认为,文特等人的研究证明了化学合成的遗传物质和生物合成的没有区别,生命活动不需要特殊的“活力”,所以欢呼这项成果极为重大。但是这一点不需要文特等人来证明。“活力论”在生物学界早就没有了市场,生物学家早就确信,只要两个分子的化学结构相同,不管用什么方法合成,其性质就不会有任何区别。自从上世纪70年代以来,生物学家已在遗传工程、分子克隆实验中大量地用到化学合成的遗传物质,从不觉得用它们来取代生物合成的遗传物质会有什么奇怪。如果化学合成的取代不了生物合成的,那必定是由于二者的化学结构还存在差异,而不是由于后者存在特殊的“活力”。 “人造细胞”的支持者声称这项技术有广阔的前景,将来能够用于制造生物燃料、疫苗等。但是用遗传工程的办法现在就能实现这些作用,而且可以更方便、更便宜地实现。所谓的“人造细胞”技术也没有出现新的或更大的风险。反对者所担心的那些风险,遗传工程同样有,并不新鲜。,10,Cell:克隆技术成功制造人类干细胞,美国俄勒冈卫生与科学大学和俄勒冈国家灵长类研究中心科学家2013年5月15日表示,该技术使用的是未受精的卵子。,2005年,韩国首尔大学的生物学家黄禹锡在科学杂志上声称,通过核移植方法制造了人类胚胎干细胞。,?,11,美国科学家成功地把未受孕的人类卵子中原有的DNA去除,然后植入取自成人细胞的基因材料,从而生产出人类胚胎干细胞。这项重大突破发表在15日的细胞杂志上。干细胞为起源细胞,是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。干细胞是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。人类胚胎干细胞能够演变成构成人体的大约200多种细胞中的任何一种。直到现在,人类最自然的干细胞是人类的胚胎,但它的使用和研究却带来了伦理困境。 美国俄勒冈卫生与科学大学和俄勒冈国家灵长类研究中心科学家15日表示,该技术使用的是未受精的卵子。不再需要使用人类胚胎可以提高干细胞的应用尝试。在心脏病、帕金森病、严重脊髓损伤和其他人体受损疾病的治疗中,他们的成果可以用来替代受损细胞或被破坏的细胞。但是,这项成果可能也会再次引起人们对克隆人类,也就是复制与活着或已经死亡的个人基因相同的人类的担忧。甚至在研究成果公开发表之前,一个称为“人类基因警戒”的英国组织就抗议此类研究。“这是那些企图克隆人类的人一直等待的结果:用一种可靠的方法克隆人类胚胎。”英国反克隆人类组织“人类基因警戒”负责人戴维金博士说,这显示出通过立法禁止克隆人类的紧迫性。在有关立法出台之前,不应该进行这样的研究,而且发表这样的研究结果是不负责任的。然而,也有科学家称赞这项成就。哈佛干细胞研究所的科学家乔治戴利将这项成果称为“无与伦比的成就”。尽管人胚胎干细胞有着巨大的医学应用潜力,但围绕该研究的伦理道德问题一直存在。这些问题主要包括人胚胎干细胞的来源是否合乎法律及道德,应用潜力是否会引起伦理及法律问题等。2005年,韩国首尔大学的生物学家黄禹锡在科学杂志上声称,通过核移植方法制造了人类胚胎干细胞。黄的说法被证明是一个谎言,并成为过去十年中一个臭名昭著的科学欺诈案件。而黄当年伪造的科研成果正是美国俄勒冈科学家现在获得的成果。美国俄勒冈健康科学大学的一个研究小组15日在美国科学期刊细胞网络版上发表文章宣布,通过“体细胞克隆技术”,向卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核,首次成功制作了能够分化成各种组织的胚胎干细胞。这项成果有助于阿兹海默氏症等多种疾病的个性化治疗,但也在客观上助力克隆婴儿的制造前景。也许在不远的将来,某些失去孩子的家长就能通过克隆手段重新“找回”自己的孩子。,12,在英国,法律明文规定,所有用于科研的人类克隆胚胎细胞都必须在发育14天后销毁,且不得植入女性子宫内。其它国家在这一方面的规定相对宽松些。但是米塔利波夫认为,他的这项成果难以制造出克隆人,因为他用同样的技术于2007年制造出了猴子的克隆胚胎干细胞,但最后没能发育成长为完整的猴子胚胎。关于人类胚胎干细胞,前韩国首尔大学教授黄禹锡曾在2004年宣布成功制作,但后被发现是假论文。当时,胚胎干细胞细胞曾被视为再生医疗的“王牌”。据日本共同社5月16日报道,美国俄勒冈健康科学大学研究员立花真仁等的研究小组15日在美国科学期刊细胞(Cell)网络版上发表文章,宣布已使用“体细胞克隆技术”,向女性提供的卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核,首次成功制作了能够分化成各种组织的胚胎干细胞(ES细胞)。俄勒冈健康科学大学2007年曾成功制作了猴子的克隆ES细胞。关于人类的ES细胞,前韩国首尔大学教授黄禹锡曾在2004年宣布成功制作,但后被发现是假论文。当时,ES细胞曾被视为再生医疗的“王牌”。不过,20062007年京都大学教授山中伸弥研发了仅用体细胞进行基因操作的人工诱导多功能干细胞(iPS细胞),再加上人类的ES细胞制作比其他哺乳类的困难许多等原因,ES细胞研究热潮逐渐降温。如果使用患者的体细胞,就可以制作因基因相同而不会出现排异反应的治疗用组织。虽然卵细胞的提供是一大难题,但立花则表示:“比起iPS细胞来,克隆ES细胞也许较少出现基因异常。希望探讨两者的可能性,为再生医疗作贡献。”研究小组经校内伦理委员会审批后,在美国国内总计接受了由共9名23岁31岁的女性提供的126个卵细胞。研究小组将122个卵细胞去除细胞核,植入了他人皮肤细胞的细胞核,结果有21个发育到了被称为囊胚(Blastocyst)的阶段。取该组织的一部分进行培养,然后其中共6个成为了ES细胞。促使ES细胞分化成心肌后,研究小组还确认了脉动。此次成功制作的6个ES细胞中,有4个是由同一名女子提供的卵细胞制成的,它们似乎具有某种容易成为ES细胞的特质。,13,14,在细胞杂志的这篇报道中,北大团队巧妙地利用了卵细胞成熟、受精过程出现的独特的结构极体,它是卵细胞分裂的副产物,并且不参与卵细胞后续的正常发育过程。该团队研究人员发现了一个新的方法,通过对极体的全基因组测序推断出在受精卵中母源基因组的情况,从而选择出一个正常的胚胎进行移植。 除了在基础研究中的重要意义,这项工作对于临床上严重遗传疾病的诊断和预防方面也有重要意义。这一方法能够帮助医生诊断出来自母亲卵子或者父亲精子的遗传病。乔杰教授解释说:“今年是人类辅助生殖成功应用35周年,35年来IVF技术给无数家庭带来了福音。不孕不育问题困扰着高达10%-15%的育龄夫妇,而IVF技术是解决不孕不育问题的重要方法之一。我们正在采用极体单细胞基因组测序技术去提高IVF的成功率,特别是对于高龄以及反复流产的妇女。” 汤富酬教授进一步解释说:“我们利用这一技术一箭双雕地实现了两个目标,既能够检测染色体异常也能够检测与遗传疾病有关的DNA序列变异。这项技术有可能将试管婴儿的活产成功率从目前的30%提高到60%。”,15,定义1: 生物所携带的遗传信息的总和。 所属学科: 免疫学(一级学科),基因组(genome),定义2: 一种生物体具有的所有遗传信息的总和。 所属学科: 生物化学与分子生物学(一级学科),定义4: 单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的全部DNA分子或RNA分子。 所属学科: 遗传学(一级学科) ;基因组学(二级学科),定义3: 个体或细胞所含的全套基因的总和。在原核生物中即一个连锁群中所含的全部遗传信息。 所属学科: 细胞生物学(一级学科),16,1 基因组学概述,基因组(genome),又称染色体组一个物种单倍体的染色体数目,就是一个单倍体细胞的所有DNA组成,或者是一个双倍体细胞DNA组成的一半物种遗传信息的“总词典” 控制发育的“总程序” 生物进化历史的“总档案”,17,基因组学(genomics),1986年由T.Roderick提出,已经发展成为遗传学中最重要的分支学科。包含: 庞大的数据集(人类基因组约30亿个碱基对) 高通量的方法(快速获取数据的方法),18,以整个基因组为研究单位,而不以单个基因为单位作为研究对象。 经典的“基因学”与“基因组学”的相同之处是研究基因,不同之处是在策略上,前者是“零敲碎打”,而后者是“整体阐明”,从整体上研究人类整个基因组的序列 基因组学 是以分子生物学技术,计算机技术和信息网络技术为研究手段,以生物体内全部基因为研究对象,在全基因背景下和整体水平上探讨生命活动的内在规律及其与内外环境的关系的一门科学。 基因组学的分类 根据研究的目的可分为: 结构基因组学;建立高分辨率的遗传、物理转录和序列等图谱。 功能基因组学;确定并分析基因组的全部功能。,19,包括的领域: DNA测序 在物种内进行基因组多样性的采集 基因转录调控的研究,转录组、蛋白质组、代谢组、糖组、变异组,20,2008浙江大学迪诺遗传与基因组医学研究中心获悉:该中心代表中国加入“国际人类基因变异组计划”,并参与“糖尿病营养基因组学”国际合作研究项目。 国际人类基因变异组计划将通过建立基因座位专一数据库,收集所有研究文献、临床机构尚未发表的致病突变和非致病变异资料,分析揭示基因型和临床表型关系和发病机制,以期实现临床基因诊断,为防治疾病,实现个性化医学提供条件。 该中心已陆续开展中国人重大疾病基因谱研究,建立疾病基因数据库、标本库,寻找识别尚未发现的经典遗传病学与多基因病的致病基因、易感基因以及相关的外部环境、行为诱发因子,21,基因组学研究的最终目标,获得生物体全部基因组序列鉴定所有基因的功能明确基因之间的相互作用关系阐明基因组的进化规律,22,1、经典遗传学,在20世纪初,遗传学刚刚诞生的时候,遗传学家的工作主要是鉴别感兴趣的基因,确定这些基因在染色体上的位置。第一个环节:寻找自发突变体,或者利用物理、化学因素诱发突变。第二个环节:通过连锁分析确定新基因与已知基因的相互关系,绘制遗传连锁图。,基因组学发展历程,23,CREDIT: JOE SUTLIFF,Science, Vol 291: 1221.,Fishing in a More Effective Way!,钓鱼 ? 竭泽而渔?,24,美国启动被誉为“人体阿波罗计划”的“人类基因组计划”,投资30亿美元,历时15年测定人类基因组的30亿个核苷酸对的排列次序构建高分辨率的人类基因组遗传图谱和物理图谱发展生物信息学,25,2、人类基因组计划 HGP,1990,美国国立卫生研究所和能源部投资30亿,启动了人类基因组计划,预计15年时间完成人类基因组全部序列的测定 1996,完成标记密度为0.6cM的人类基因组遗传图谱,100kb的物理图谱 2000,完成草图 2001年2月,公布人类基因组图谱的修订版 2002,完成测序工作 2003年4月14日,6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功,HGP的所有目标全部实现。,1998年5月,在美国罗克威尔组建私人公司:塞莱拉遗传公司,目标是投入3亿美元,到2001年绘制出完善的人体基因图谱,与国际人类基因组计划展开竞争,26,人类基因组计划简史 1986年,意大利杜伯克在科学上撰文,号召大家联合起来,从整体上把人类的基因组搞清。 1990年10月,经5年的辩论以后,美国国会终于批准被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划。 1998年5月,在美国罗克威尔组建私人公司:塞莱拉遗传公司,目标是投入3亿美元,到2001年绘制出完善的人体基因图谱,与国际人类基因组计划展开竞争。 1999年12月1日,国际人类基因组计划联合研究小组宣布,完整破译出人体第22对染色体的遗传密码。 2000年5月8日,由德国和日本等国际科研小组宣布,基本完成了人体第21对染色体的测序工作。 2000年6月26日,中、美、日、德、法、英等6国科学家公布人类基因组工作草图,标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。 2001年2月12日,6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 2003年4月14日,6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功,HGP的所有目标全部实现。覆盖人类基因组所含基因区域的99%,精确率达到99.99%,比原计划提前两年多,耗资27亿美元。并公开研究数据和结果,赢得了这场竞赛。 但国际HGP的协作组与私人公司的竞争仍没有停止过,目前在许多领域研究仍进行竞争,如在单个基因型的SNP图谱研究方面,27,HGP主要组成部分构建基因组的遗传图谱;构建基因组的物理图谱;测定基因组DNA的全部序列;绘制基因组的转录本图谱;分析基因组的功能。,28,1995年,杨焕明等人呼吁参与国际人类基因组计划。 1998年6月,遗传所人类基因组中心挂牌成立,由位美国科学院院士及一位诺贝尔奖得主组成国际顾问组。 1999年4月,开始进行人类和嗜热菌基因组测序,大规模基因组测序的技术平台建设。 1999年9月1日,杨焕明在第五次伦敦国际人类基因组战略讨论会上介绍情况。会议正式接受中国加入国际合作,正式承担1%的测序任务。 2001年4月1日,运算速度超千亿次的曙光3000超级计算机落户杭州华大基因研究中心,“华大基因”的测序能力名列世界第六。 2001年8月26日,人类基因组计划中国部分测序项目汇报及联合验收会在京召开,标志人类基因组“中国卷”通过国家验收。,中国参与人类基因组计划,29,焕明(Huanming Yang),中科院院士、基因组学家。 杨焕明,基因组学家。中国科学院北京基因组研究所研究员。1952年10月生于浙江温州乐清市,籍贯浙江乐清。1978年毕业于原杭州大学(现浙江大学),1982年于原南京铁道医学院(现东南大学)获硕士学位,1988年获丹麦哥本哈根大学博士学位,2007年12月27日,当选为中国科学院院士。曾任中国科学院北京基因组研究所所长。 杨焕明教授及其团队(“华大基因”)所承担的人类基因组、水稻基因组以及家猪、家鸡、家蚕基因组等重大项目使我国的基因组研究得以跻身于世界前沿。 1999年6月6日,国际人类基因组组织在网上公布了中国加入国际测序组织的注册,标志着我国成为继美、英、日、德、法后第六个加入该组织的国家。中国承担的人类基因组计划由华大基因、国家基因组南方中心、北方中心共同承担并完成。 1999年9月9日9时9分9秒华大基因全体员工在北京空港工业区B区6号楼3层举办北京华大基因研究中心成立大会,确立9月9日为华大基因的庆典日。,30,在美国提出人类基因组计划后,日本和中国分别于1991年和1992年启动了“水稻基因组计划”。,31,模式生物基因组研究:,1996年,完成酵母菌基因组测序。 1998年12月,宣告完成线虫完整基因组序列的测定工作,这是第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。 2000年3月,已完成了果蝇的基因组测序。 2001年12月14日,美、英等国科学家宣布绘制出拟南芥基因组的完整图谱。,32,由于以人类为对象的研究实际上受到诸多限制,也受伦理学的约束,所以人类基因组计划还将对有关的模式生物,如酵母、线虫、果蝇、小鼠、拟南芥等进行研究,为人类的基因组研究提供重要的依据。,33,2004年3月1日,科学家宣布绘制完成禽鸟类物种的基因组序列草图 材 料:红原鸡(鸡的远祖)。 完成单位:中国、美国、德国、英国、瑞典、荷兰等。 水 平:总碱基数目约为10亿碱基对,序列草图与人类基因组序列进行了并列比较(美国华盛顿大学)完成一张鸡遗传差异图谱(中科院)对红原鸡、肉鸡(英)、蛋鸡(瑞典)、乌鸡(中)进行序列差别分析。,34,作用:鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物的理想中介,因此在禽流感防治、改善家禽和人类健康等方面有明显应用价值。,35,基因组学的研究内容,结构基因组学 功能基因组学蛋白质组学,36,结构基因组学 1-5章 (structural genomics),基因定位基因组作图测定核苷酸序列,37,功能基因组学 6-10章 (functional genomics),又称后基因组学(postgenomics)基因的识别、鉴定、克隆基因结构、功能及其相互关系基因表达调控的研究,38,蛋白质组学(proteomics),鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式,39,1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则,1.1遗传的分子基础,40,53,1.1.1 DNA的化学和生物学,41,42,DNA的双螺旋模型,43,(1)两条反向平行的多聚核苷酸链形成右手螺旋。 (2)大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。 (3)碱基、糖、磷酸的位置。 磷酸和脱氧核糖单位作为骨架位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧。 (4)螺旋参数 螺旋直径2nm,相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对重复一次,间隔为3.4nm。 (5)碱基对 链间碱基按 A=T,GC 碱基互补 (6)核苷酸序列 复杂性和多样性 AT含量问题,复制起始有关,44,DNA 双 螺 旋 构 象,45,BCDE相似 A、B、Z,提供了蛋白可识别的空间信息,,46,DNA拓扑学,47,1.1.2 RNA的化学和生物学,48,16SrRNA,RNA高级结构,49,50个左右的颈环结构,4个结构域,小亚基的蛋白质在表面,没有完全埋在内部的蛋白质,也极少出现在和50S亚基的界面处。,50,假尿苷 (),二氢尿嘧啶 (DHU),CH3,m26G,H,H,5,H,H,几种稀有核苷,Am (2-O-甲基腺苷),化学修饰,51,假尿苷 特殊方式连接 DHU 修饰碱基 Am 2-O甲基腺苷,52,1.1.3 蛋白质的结构和生物学,53,1.2 基因组序列及其复杂性,1.2.1 C值和C值悖理,几个代表物种的基因组大小,C值 :一个单倍体基因组中DNA的总量。,C值悖理 :生物的复杂性与基因组的大小不完全成比例关系。,54,55,10的5次方,7-300bp,在染色体着丝粒附近,与染色体的结构有关 蕨类植物比被子植物高、鱼类和两栖类比哺乳类高,56,根据复性动力学可以测定基因组的大小和重复序列的拷贝数,1.2.2 序列复杂性,复杂性 :基因组中含有单一序列、重复序列,这些不同序列的DNA总长。,57,根据复性动力学可以测定基因组的大小和重复序列的拷贝数 Co为变性DNA原始浓度molL-1,t为时间,以秒表示。 (基因组中的单拷贝DNA序列)单一序列、重复序列,不同序列的DNA总长。 大肠杆菌基因组含有4.2*106bp 如果基因组中每一种基因只有一个,即都是单拷贝序列,那么基因组愈大则基因组的复杂性愈大,复性速率愈小,k也愈小,所以C0t1/2与非重复序列的基因组大小呈正比。,58,(2)中度重复序列(moderately repeated sequence),(3)单一序列(unique sequence),(1)高度重复序列(highly repeated sequence),卫星DNA(satellite DNA),1.2.3 基因组的序列组成,59,中度重复序列:tRNA,rRNA,组蛋白基因,10-10的5次方30-40% 高度重复序列:存在于着丝点和近端粒区 原核生物是单一序列,低等真核生物大部分为单一序列,20%中度重复 动物50%单一序列 大多数植物和两栖类20%,80%为重复序列 基因位于单一序列 D.真核生物的蛋白质编码基因往往位于基因组DNA单拷贝序列中,除单拷贝序列外还存在大量重复序列(repeat sequence),重复序列的拷贝数可高达百万份以上,在人的基因组中,至少具有20份拷贝的DNA,占总DNA的30左右。,60,基因是生物体遗传信息的基本单位,其本质是DNA(有的生物基因组是RNA),简单的说,基因是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA(RNA)序列 C.存在大量不编码蛋白质的DNA序列,果蝇的基因数约为5000个,占基因组DNA序列的10左右,人的基因数推测为50000个,约占基因组DNA序列的1。,1.3 基因与基因家族,61,核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA) 转移RNA(transfer RNA,tRNA) 小RNA(small RNA,sRNA) miRNA(microRNA),1.3.1编码RNA基因,62,7S RNA 小RNA,300左右大小。SnRNA核内小RNA,ScRNA胞质RNA,核仁小RNA SnoRNA,miRNA 20个左右。 反义RNA、小分子干扰RNA SiRNA,小分子时序RNA stRNA,gRNA 指导RNA,核酶RNA 功能,63,1.3.2编码蛋白质基因,生物中存在大量不编码蛋白质的DNA序列,果蝇的基因数约为5000个,占基因组DNA序列的10左右,人的基因数推测为50000个,约占基因组DNA序列的1。,64,真核生物基因组中,有许多结构相似、功能相关的基因组成所谓的基因家族(gene family)。 真核生物的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因,这样一组基因称为基因家族。由于它们功能相关,结构相似且核苷酸序列具有同源性,因此极有可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生。加倍和趋异,1.3.3基因家族,65,单纯多基因家族,即一个基因形成许多串连单位复合多基因家族,一般是功能相关的基因串连形成发育控制复合多基因家族,这些串连在一起的基因在个体发育不同阶段中分别表达基因家族的成员可以串联排列在一起,形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上在基因家族中发现有些成员不产生有功能的基因产物,rRNA、tRNA和组蛋白的基因,组蛋白基因家族,珠蛋白基因,珠蛋白基因家族,5SRNA基因,假基因,66,珠蛋白基因 globin gene 血红蛋白含2个和2个链,分别由链珠蛋白基因和链珠蛋白基因的信息而形成。哺乳动物的链基因和链基因在结构上相似,都是由2个内含子而分为3个外显子部分。链基因和链基因的内含子1的长度约为120个碱基对,而对内含子2,链很长(例如人的链基因之一的2,内含子2含140个碱基对,而链基因含849个碱基对)。珠蛋白基因在哺乳类是数次重复的结构,形成一种多重基因群。例如人的拟链珠蛋白基因(-like globin genes)在整个65000个碱基对程度的长度上,从5末端按顺序连锁地存在2、Gy、A、1、和7个基因。其中在胚期表达,在胎儿期表达,和在成年时表达,在量上极少。2和1为假基因状态,无表达。而人的拟链珠蛋白基因(-like glo-bin genes)最少有、1、1、2 4个,在胎儿时期表达。1及2在成年时期表达。1为假基因。有证据说明这些重复结构基因是同时进化的。(参见多重基因群)。在哺乳动物以外的动物,例如对非洲瓜蛙珠蛋白基因有所了解,据报道其链和链的基因在同一染色体上是相邻存在的。,67,人的拟链珠蛋白基因(-like glo-bin genes)最少有、1、1、2 4个,在胎儿时期表达。1及2在成年时期表达。1为假基因。有证据说明这些重复结构基因是同时进化的。,68,1.3.4 异常结构基因,重叠基因,大肠杆菌X174全部核苷酸序列5386bp, 11个编码基因,其中7个为重叠基因,69,随着DNA核苷酸序列测定技术的发展,在一些细菌和动物病毒中发现了不同基因的核苷酸有时是可以共用的,也就是说不同基因的核苷酸序列彼此重叠。这样核苷酸序列重叠的基因叫做重叠基因。 1973年Weiner和Weber发现大肠杆菌的一种RNA病毒中,有两个基因从同一起点开始翻译,一个在400bp处结束,生成较小的蛋白质,而在少数情况下(3),翻译可以一直进行到800bp处碰到双重终止信号才结束,合成较大相对分子量的蛋白质。但是当时他们认为后者含量少,不予重视,没有进一步研究,就这样他们和重叠基因的发现失之交臂。 1977年Sanger在测定X174全部核苷酸序列的时候发现,70,1.3.4 异常结构基因,基因内基因,人类的神经成纤维细胞瘤I型基因内含子含有3个基因,线虫基因组中,编码甘氨酸合成酶的基因FGAM,含有21个内含子,内含子9中有1个独立基因,11中有4个独立基因。,71,基因内基因:内含子有基因活性,人类的神经成纤维细胞瘤I型基因内含子含有3个基因 线虫的甘氨酸合成酶基因FGAM,21个内含子,9中含有1个基因,11中含有4个基因 反义基因,人类基因组中1600个,拟南芥中也有,同时表达但是没有干扰效应,72,1.3.4 异常结构基因,反义基因 反义基因,人类基因组中1600个,拟南芥中也有,同时表达但是没有干扰效应,73,假基因,这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同,但却不能表达或者表达异常,不能产生有功能的基因产物的失活基因。假基因来源可能有两种:一种可能来源于“亲本基因”的重复和突变;另一种可能来源于mRNA逆转录成DNA插入基因组中形成。,1.3.5 假基因,74,现已在大多数真核生物中都发现了假基因 加工的假基因这类假基因没有与“亲本基因”连锁,而且其结构是同转录本而非“亲本基因”类似。例如:它们没有启动子和间隔子,但在3-末端都有一段延伸的腺嘌呤短序列,恰似mRNA分子3-末端的Poly(A)尾巴。这些特征表明,此类假基因很可能来自加工的RNA之DNA拷贝,因此称之为加工的假基因。 重复的假基因许多假基因都是同“亲本基因”连锁的,而且同其编码区和侧翼序列的DNA具有很高的同源性。可见产生此种类型的假基因拷贝的一种可能机理是,由含有“亲本基因”的染色体区段串连重复突变形成。,75,- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基因组 PPT 课件
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文