基因基因组和基因组学讲稿.ppt

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1、基因基因组和基因组学1第一页，讲稿共六十七页哦2.1 2.1 基因的结构与功能基因的结构与功能基因的概念是不断发展和更新的基因的概念是不断发展和更新的在遗传学发展的不同阶段，基因有着不同的定义和内涵，在遗传学发展的不同阶段，基因有着不同的定义和内涵，基因概念的每次更新和丰富均是遗传学和生物学的一次革基因概念的每次更新和丰富均是遗传学和生物学的一次革命和飞跃。命和飞跃。18651865年，遗传学奠基人年，遗传学奠基人 Mendel Mendel 遗传因子遗传因子，认为遗传因子是，认为遗传因子是一个遗传单位，可以决定从亲代遗传给子代的性状；一个遗传单位，可以决定从亲代遗传给子代的性状；190919

2、09年，丹麦遗传学家年，丹麦遗传学家Johanson Johanson 用基因取代用基因取代了了MendelMendel的的遗传遗传因子因子，认为遗传因子就是基因；，认为遗传因子就是基因；22第二页，讲稿共六十七页哦19101910年年，Morgan Morgan 果果蝇蝇杂杂交交实实验验 果果蝇蝇眼眼睛睛颜颜色色（白白色色）与与性性别别（雄雄性性）相相互互连连锁锁-认认识识到到基基因因在在染染色色体体上上，是是位位于于染染色色体体上上的的实实体体物物质质；基基因因是是一一个个遗遗传传、交交换换和和突变的单位突变的单位；19411941年年，BeadleBeadle和和TatumTatum提提

3、出出“一一个个基基因因一一个个酶酶”学学说说，认为基因在染色体上并决定蛋白质；认为基因在染色体上并决定蛋白质；19441944年年AveryAvery转转化化，19521952年年HersheyHershey和和ChaseChase实实验验证证明明DNADNA是遗传信息的携带者，是遗传物质。是遗传信息的携带者，是遗传物质。19531953年年WatsonWatson和和Crick Crick DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型全全面面揭揭示示了了DNADNA的的化化学学性性质质，并并解解决决了了当当时时困困扰扰生生物物学学家家的的基基因因复制和遗传的难题。复制和遗传的难题。33第三页，讲

4、稿共六十七页哦现代分子遗传学关于基因的概念现代分子遗传学关于基因的概念（1 1）现代基因概念）现代基因概念DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是合成有功能蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列（除部分病毒RNA），即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核苷酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列。44第四页，讲稿共六十七页哦（1）具有转录和翻译功能，编码蛋白质的基因。包）具有转录和翻译功能，编码蛋白质的基因。包括结构基因和调节基因；括结构基因和调节基因；结构基因可被转录形成可被转录形成 mRNA，并转译成多肽链，并转译成多肽链，构成各种结构蛋白质，催化各种生化反应的酶和构成各种结构蛋白质，

5、催化各种生化反应的酶和激素等。激素等。调节基因某些可调节控制结构基因表达的基因。其突变某些可调节控制结构基因表达的基因。其突变可影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个可影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变。蛋白质（或酶）量的改变。2.1.1 基因的分基因的分类类55第五页，讲稿共六十七页哦6（2）只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因。（3）不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。6第六页，讲稿共六十七页哦开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame，ORF)：在在DNA链上，由蛋白质

6、合成的起始密码开始，链上，由蛋白质合成的起始密码开始，到终止密码为止的一个连续编码到终止密码为止的一个连续编码序序列列。（1）编码区编码区 能够编码产生蛋白质的序列，包括外显子与内能够编码产生蛋白质的序列，包括外显子与内含子；含子；（2）前导区前导区 位于编码区上游，相当于位于编码区上游，相当于mRNA5端非编码区；端非编码区；（3）调节区调节区 包括启动子和增强子等基因编码区的两侧；包括启动子和增强子等基因编码区的两侧；2.1.2 基因的基因的结结构构77第七页，讲稿共六十七页哦基因的几种特殊形式基因的几种特殊形式跳跃基因跳跃基因(jumping gene)指可在DNA分子间进行转移的DNA

7、片段。也称为转座遗传因子，转座元件或转座基因。重复基因：重复基因：指在同一个基因组中存在2个或者2个以上拷贝的基因，一般来源于基因组内的不等交换、反转录插入及大规模的染色体片段重复等。：88第八页，讲稿共六十七页哦断裂基因（断裂基因（splite gene）指基因的编码序列在指基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的，而是被不编分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开；码的序列所隔开；编码序列称外显子编码序列称外显子(exon)，非编码序列称内含子，非编码序列称内含子(intron)；因发现断裂基因，因发现断裂基因，1993年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖罗伯茨罗伯茨罗伯茨罗伯茨 夏普夏普夏普

8、夏普PromoterexonintronFlanking99第九页，讲稿共六十七页哦所谓重叠基因（overlapping gene）是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列；也即同一DNA序列可以得到不同的mRNA，从而编码多种具有部分重叠序列的蛋白质的基因。某些原核生物、病毒或噬菌体1977年，Sanger 在研究X174时发现重叠基因重叠基因1010第十页，讲稿共六十七页哦基因重叠的方式基因重叠的方式 （1 1）一个基因完全在另一个基因里面。）一个基因完全在另一个基因里面。（2 2）几个基因部分重叠。）几个基因部分重叠。（3 3）两个基因之间只有一个碱基重叠。）两个基因之间只有一个碱基重

9、叠。噬菌体噬菌体X174的重叠基因的重叠基因1111第十一页，讲稿共六十七页哦p 重叠基因的重叠基因的DNADNA序列序列可能大可能大部分相同，但由于翻译时的部分相同，但由于翻译时的读码框架读码框架不同、或不同、或起始部位不同起始部位不同而而产生不同的蛋白质。产生不同的蛋白质。p 有些真核病毒的部分序列，对某一个基因来说是内含有些真核病毒的部分序列，对某一个基因来说是内含子，而对另一个基因而言却是外显子。子，而对另一个基因而言却是外显子。1212第十二页，讲稿共六十七页哦假基因(pseudogene)具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能，不能转录或转录后生成无功能的蛋

10、白质的基因，常用表示。假基因假基因1313第十三页，讲稿共六十七页哦2.1.3 基因的基因的功能功能传递传递遗传信息，控制个体性状表现遗传信息，控制个体性状表现。1414第十四页，讲稿共六十七页哦基因组（基因组（genome）：）：一个细胞内的全部遗传信息一个细胞内的全部遗传信息，包括所有基因，包括所有基因和基因间的区域和基因间的区域 原核生物（原核生物（prokaryote）和真核生物（）和真核生物（eukaryote）的基因组都是）的基因组都是DNA 病毒基因组有的是病毒基因组有的是DNA，有的是，有的是RNA 基因组（原核生物和真核生物）基因组（原核生物和真核生物）2.2 基因组的结构和

11、功能基因组的结构和功能 染色体基因组（染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（染色体外基因组（extrachromosomal genome）如：细菌的质粒（如：细菌的质粒（plasmid）DNA 真核生物的线粒体（真核生物的线粒体（mitochondria）DNA 叶绿体（叶绿体（chloroplast）DNA 15第十五页，讲稿共六十七页哦基因基因组组大小（大小（DNA含量）用含量）用C值值表示；表示；C值值(C-value)：一种生物体一种生物体单单倍体基因倍体基因组组DNA的的总总量量，用以衡量基因，用以衡量基因组组的大小的大小。通常，通常，进化程度越高的生

12、物其基因组越大进化程度越高的生物其基因组越大，但从总体，但从总体上说，生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低上说，生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低无关。无关。存在存在 C-value paradox（C值悖论）值悖论）。生物复杂性越高，其基因的密度越低。生物复杂性越高，其基因的密度越低。1616第十六页，讲稿共六十七页哦基因组大小与基因组大小与C值矛盾值矛盾C值矛盾：生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例值矛盾：生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象（又称：的现象（又称：C值悖论，值悖论，C value paradox）17第十七页，讲稿共六十七页哦C-va

13、lue paradoxequal genome sizetoad Xenopus and human being have genomes of essentially the same size.But we assume that human is more complex in terms of genetic development!1818第十八页，讲稿共六十七页哦表表2-1 不同生物体基因不同生物体基因组组中基因的比中基因的比较较物种基因组大小/Mb大致的基因数目基因密度/（个/Mb）原核生物原核生物肺炎链球菌2.223001060 大肠杆菌4.64400950 根瘤农杆菌5.75

14、400960真核生物真核生物 真菌真菌 酿酒酵母125800480 粟酒裂殖酵母124900410 原生生物原生生物 四膜虫22020 00090 无脊椎无脊椎动动物物 美丽线虫9719 000200 果蝇18013 70080 东亚飞蝗5000不确定不确定 脊椎脊椎动动物物 人类290027 0009.3 小鼠250029 00012 植物植物 拟南芥12525 500200 水稻43045 000100 玉米220045 00020 郁金香120 000不确定不确定1919第十九页，讲稿共六十七页哦2.2.1 病毒病毒基因基因组组的的结结构与功能构与功能2020第二十页，讲稿共六十七页哦P

15、ropertyParametersNucleic acid DNA RNA Both DNA and RNA(at different stages in the life cycle)Shape Linear Circular Segmented Strandedness Single-stranded Double-stranded Double-stranded with regions of single-strandedness 病毒基因组的多样性病毒基因组的多样性2121第二十一页，讲稿共六十七页哦病毒基因组的大小病毒基因组的大小与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小。与细菌或真核

16、细胞相比，病毒的基因组很小。不同的病毒之间基因组大小相差很大。不同的病毒之间基因组大小相差很大。乙肝病毒乙肝病毒DNA：3kb，编码，编码4种蛋白质；种蛋白质；痘病毒的基因组：痘病毒的基因组：300kb，编码几百种蛋白质。，编码几百种蛋白质。病毒基因组的大小通常与其对宿主的病毒基因组的大小通常与其对宿主的依赖程度依赖程度有关，有关，基因组越大，依赖性越小基因组越大，依赖性越小。2222第二十二页，讲稿共六十七页哦RNA 病毒基因组编码序列具有节段性病毒基因组编码序列具有节段性有些病毒的基因组有些病毒的基因组 RNA由不连续的几条核酸链组成由不连续的几条核酸链组成（如流感病毒，轮状病毒等）。（如

17、流感病毒，轮状病毒等）。分段基因组的病毒一般感染效率较低分段基因组的病毒一般感染效率较低；分段基因组容易发生重组，故病毒容易变异分段基因组容易发生重组，故病毒容易变异。目前未发现目前未发现DNA病毒有此状况。病毒有此状况。2323第二十三页，讲稿共六十七页哦病毒基因存在基因重叠病毒基因存在基因重叠基因重叠基因重叠：同一段同一段DNA片段能够参与编码两种甚至两片段能够参与编码两种甚至两种以上的蛋白质分子种以上的蛋白质分子。这种现象在其它的生物细胞中仅见于线粒体和质粒这种现象在其它的生物细胞中仅见于线粒体和质粒DNA。此此结构意义在于结构意义在于使较小的基因组能够携带较多的遗传使较小的基因组能够携

18、带较多的遗传信息信息。2424第二十四页，讲稿共六十七页哦病毒基因组的大部分序列具有编码功能病毒基因组的大部分序列具有编码功能病毒基因病毒基因组组的大部分是用来的大部分是用来编码编码蛋白蛋白质质的，只有非常小的，只有非常小的一部分没有的一部分没有编码编码翻翻译译功能。功能。X174基因基因组组中不中不编码编码的序列只占的序列只占217/5375乳乳头头瘤病毒基因瘤病毒基因组约组约8.0Kb，其中不，其中不编码编码的部分的部分约为约为1.0kb。少数真核生物病毒的基因少数真核生物病毒的基因组组也存在内含子也存在内含子结结构构。2525第二十五页，讲稿共六十七页哦病毒基因组的转录单元是多顺反子病毒

19、基因组的转录单元是多顺反子 多多顺顺反反子子 mRNA(polycistronie mRNA)：病病毒毒基基因因组组DNA序序列列中中功功能能上上相相关关的的蛋蛋白白质质的的基基因因或或 rRNA的的基基因因往往往往丛丛集集在在基基因因组组的的一一个个或或几几个个特特定定的的部部位位，形形成成一一个个功功能能单单位位或或转转录录单单元元。它它们们可可被被一一起起转转录录成成含含有有多多个个 mRNA 的分子的分子。2626第二十六页，讲稿共六十七页哦噬菌体噬菌体X174X174 基基因因组组中中的的 D-E-J-F-G-H 基基因因转转录录在在同同一一个个mRNA中中，然然后后再再翻翻译译成成

20、各各种蛋白质，种蛋白质，其其中中、F、G及及H 编编码码外外壳壳蛋蛋白白，D 蛋蛋白白与与病病毒毒的的装装配配有有关关，E 蛋蛋白白负负责责细细菌菌的的裂裂解解，它它们们在在功功能能上上是相关的。是相关的。2727第二十七页，讲稿共六十七页哦病毒基因组都是单倍体病毒基因组都是单倍体 除了逆除了逆转录转录病毒以外，一切病毒基因病毒以外，一切病毒基因组组都是都是单单倍体，倍体，每个基因在病毒每个基因在病毒颗颗粒中只出粒中只出现现一次。一次。逆逆转录转录病毒病毒带带有逆有逆转录转录酶酶，能使，能使RNARNA反向反向转录转录生成生成DNADNA，因此其基因，因此其基因组组可可拥拥有两个拷有两个拷贝贝

21、。2828第二十八页，讲稿共六十七页哦噬菌体基因具有连续性噬菌体基因具有连续性噬菌体的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是噬菌体的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是不连续的，具有内含子。不连续的，具有内含子。2929第二十九页，讲稿共六十七页哦2.2.2 原核生物原核生物基因基因组组的的结结构与功能构与功能原核生物基因组通常比较简单，其基因组大小在原核生物基因组通常比较简单，其基因组大小在106bp107bp之间，所包含的基因数目几百个到数千之间，所包含的基因数目几百个到数千个之间。个之间。原核生物基因组通常由一条环状的双链原核生物基因组通常由一条环状的双链DNA分子组成，分子组成，在细胞中

22、与蛋白质结合成染色体的形式，在细胞内形成在细胞中与蛋白质结合成染色体的形式，在细胞内形成一个致密的区域，称为一个致密的区域，称为 类核（类核（nucleoid）.3030第三十页，讲稿共六十七页哦大肠杆菌的类核结构模型大肠杆菌的类核结构模型3131第三十一页，讲稿共六十七页哦3232第三十二页，讲稿共六十七页哦大肠杆菌染色体基因组的结构和功能大肠杆菌染色体基因组的结构和功能大肠杆菌基因组序列中的大肠杆菌基因组序列中的基因密度非常高基因密度非常高，编码区所，编码区所占的比例较大。大肠杆菌中总共有占的比例较大。大肠杆菌中总共有4288个基因，平均个基因，平均编码长度为编码长度为 950bp，基因之

23、间的间隔区长度为，基因之间的间隔区长度为 118bp，而且而且这些结构基因没有内含子这些结构基因没有内含子。大肠杆菌大肠杆菌DNA分子中的分子中的重复序列很少重复序列很少，但在大肠杆，但在大肠杆菌基因组中不同部位可以有称为菌基因组中不同部位可以有称为 转座子转座子 的的50kb的重复的重复片段。片段。3333第三十三页，讲稿共六十七页哦转座因子转座因子原核生物转座因子主要有二类：原核生物转座因子主要有二类：p 插入序列插入序列(insertion sequence，IS)p 复合型转座子复合型转座子(composite transposon,Tn)3434第三十四页，讲稿共六十七页哦 只有当只

24、有当 IS 转转座到某一基因中使座到某一基因中使该该基因失活或插入位点基因失活或插入位点旁旁边边的染色体的染色体发发生畸生畸变变等效等效应时应时才会被才会被发现发现。IS：2000bp以内，两端都有正向重复序列（以内，两端都有正向重复序列（direct repeats，DR）和反向重复序列（）和反向重复序列（inverted repeats，IR），），中间中间1kb左右的编码序列，仅编码和转座有关的转座酶。左右的编码序列，仅编码和转座有关的转座酶。3535第三十五页，讲稿共六十七页哦Tn：200020000bp之间，两端由一对之间，两端由一对 IS 元件组成，元件组成，带有与转座作用有关的基

25、因以及其他基因。带有与转座作用有关的基因以及其他基因。3636第三十六页，讲稿共六十七页哦根据转座的的机制和结果，可将转座分为：根据转座的的机制和结果，可将转座分为：复制型转座（复制型转座（replicative transposition）保守型转座（保守型转座（conservative transposition）复制型保守型3737第三十七页，讲稿共六十七页哦大肠杆菌染色体外基因组的结构和功能大肠杆菌染色体外基因组的结构和功能质粒（质粒（plasmid）：）：一类染色体外具有自主复制能力一类染色体外具有自主复制能力的环状双链的环状双链DNA分子，属染色体外基因组。分子，属染色体外基因组。

26、大肠杆菌质粒是双链环状结构的大肠杆菌质粒是双链环状结构的 DNA 分子。分子。可以有共价闭合环状可以有共价闭合环状 DNA（covalently closed circular DNA，cccDNA）、缺口的环状、缺口的环状 DNA、线性、线性DNA 三种三种结构状态。结构状态。3838第三十八页，讲稿共六十七页哦p 质质粒粒对对宿宿主主细细胞胞的的生生存存一一般般不不是是必必需需的的，但但质质粒粒带带有有某某些些特特殊殊的的不不同同于于宿宿主主细细胞胞的的遗遗传传信信息息，其其存存在在赋赋予予宿宿主主细细胞一些遗传性状胞一些遗传性状。3939第三十九页，讲稿共六十七页哦4040第四十页，讲稿

27、共六十七页哦表表2-2 细菌质粒所控制的一些性状细菌质粒所控制的一些性状抗性抗性抗生素抗性氨基糖甙类、-内酰胺类、大环内酯类及磺胺类等重金属抗性 汞离子及有机汞制剂、镍、钴、银、铬、铅、锑及铋等阳离子抗性砷酸盐、亚砷酸盐、铬酸盐及硼酸盐等其它抗性紫外线，X射线，细菌素，质粒控制的修饰系统等代谢能力代谢能力简单糖类的代谢乳糖、蔗糖及绵籽糖等卤化物的代谢2，4-二氯甲苯复杂碳化合物的代谢甲苯、萘、樟脑、苯胺、烟碱及烷烃等蛋白质代谢 明胶及酪蛋白等其他代谢 色素生成，产硫化氢，胞外DNA酶等致病性致病性侵袭力菌毛、夹膜、黏附因子及血浆凝固酶等毒素大肠杆菌肠毒素、破伤风杆菌神经毒素、炭疽杆菌外毒素及鼠

28、疫菌素等结合转移结合转移性伞毛的合成，表面排斥，致育性抑制，对信息素的反应和抑制等4141第四十一页，讲稿共六十七页哦质粒能自主复制，是能质粒能自主复制，是能独立复制的复制子（独立复制的复制子（autonomous replicon）。p 严严紧紧控控制制（stringent control）型型质质粒粒：其其复复制制常常与与宿宿主主的的繁繁殖殖偶偶联联，拷拷贝贝数数较较少少，每每个个细细胞胞中中只只有有1个个到到十几个拷贝。十几个拷贝。p 松松弛弛控控制制（relaxed control）型型质质粒粒：其其复复制制与与宿宿主主不偶联，每个细胞中有几十到几百个拷贝。不偶联，每个细胞中有几十到几

29、百个拷贝。4242第四十二页，讲稿共六十七页哦质粒的稳定性与不相容性质粒的稳定性与不相容性 质粒的质粒的不相容性（不相容性（incompatibility）：两种不同质粒因利：两种不同质粒因利用同一复制和维持机制，在复制和随后向子代细胞分用同一复制和维持机制，在复制和随后向子代细胞分配的过程中会发生竞争，从而不能在同一宿主细胞内配的过程中会发生竞争，从而不能在同一宿主细胞内稳定存在，其中一种质粒将被丢失。稳定存在，其中一种质粒将被丢失。携带不同复制和维持机制的质粒属于不同的不相容群，携带不同复制和维持机制的质粒属于不同的不相容群，它们可以共存于同一细胞中。它们可以共存于同一细胞中。4343第四

30、十三页，讲稿共六十七页哦影响质粒稳定性的因素：影响质粒稳定性的因素：宿主细胞分裂时质粒能否均衡地分配到子宿主细胞分裂时质粒能否均衡地分配到子代细胞。代细胞。质粒分子自身结构的稳定性。质粒分子自身结构的稳定性。4444第四十四页，讲稿共六十七页哦2.2.3 真核生物真核生物基因基因组组的的结结构与功能构与功能真核生物的遗传物质绝大部分存在于细胞核染色真核生物的遗传物质绝大部分存在于细胞核染色体，少部分存在于线粒体或叶绿体中体，少部分存在于线粒体或叶绿体中-细胞核细胞核基因组基因组和和细胞器基因组细胞器基因组。4545第四十五页，讲稿共六十七页哦真核生物染色体基因组特点真核生物染色体基因组特点人类

31、基因组中仅含有人类基因组中仅含有2500030000个基因个基因，远低于，远低于预期预期。在人在人类类基因组中只有很少一部份（约基因组中只有很少一部份（约2-3）DNA序列用以编码蛋白质和结构序列用以编码蛋白质和结构RNA。人类基因组中人类基因组中存在大量存在大量基因间隔区序列，主要由重复基因间隔区序列，主要由重复DNA构成。构成。在基因内部在基因内部含大量含大量内含子。内含子。4646第四十六页，讲稿共六十七页哦 单单拷拷贝贝序列：序列：占占 40%-80%，结结构基因构基因基本上属于基本上属于单单拷拷贝贝序列序列。中度重复序列：中度重复序列：重复次数重复次数10105，占，占 10-40%

32、。如。如rRNA、tRNA、组组蛋白蛋白以及以及免疫球蛋白免疫球蛋白的的基因等，另有部分可能基因等，另有部分可能与基因的与基因的调调控有关。控有关。高度重复序列：高度重复序列：拷拷贝贝数大于数大于106，占，占 10-60%。如。如反向重反向重复序列复序列(inverted repeats)和和卫星卫星DNA(satellite DNA)。47（1）真核基因组存在真核基因组存在大量的重复序列大量的重复序列47第四十七页，讲稿共六十七页哦重复序列的多态性重复序列的多态性DNA多态性多态性：DNA 序列发生变异从而导致的个体间序列发生变异从而导致的个体间核苷酸序列的差异核苷酸序列的差异。主要包括主

33、要包括 单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）和和 串联重复序列多态性串联重复序列多态性（tandem repeats polymorphism）。4848第四十八页，讲稿共六十七页哦SNP-由基因组由基因组DNA上的单个碱基的变异引起的上的单个碱基的变异引起的DNA序列多序列多态性。态性。据估计，人类基因组中每据估计，人类基因组中每1kp就存在一个就存在一个SNP位点，共有约位点，共有约300万个之多，是万个之多，是人群中个体差异最具代表性的人群中个体差异最具代表性的DNA多态性多态性。相当一部分相当一部分SNP还直接或间接与个

34、体的表型差异、对疾还直接或间接与个体的表型差异、对疾病的易感性或抵抗能力、对药物的反应性等相关。病的易感性或抵抗能力、对药物的反应性等相关。大多数大多数SNP位点十分稳定，人类位点十分稳定，人类85%的的SNP是共有的。是共有的。4949第四十九页，讲稿共六十七页哦高度重复序列中的无间隔反向重复序列很容易形成高度重复序列中的无间隔反向重复序列很容易形成限制性内切酶识别位点，也很容易因为突变产生或限制性内切酶识别位点，也很容易因为突变产生或是失去一个酶切位点，可以造成是失去一个酶切位点，可以造成 限制性片段长度多态限制性片段长度多态性性(restriction fragment length p

35、olymorphism，RFLP).5050第五十页，讲稿共六十七页哦Restriciton map5151第五十一页，讲稿共六十七页哦（2）真核基因组存在多基因家族与假基因真核基因组存在多基因家族与假基因多基因家族多基因家族(multi gene family)：由某一祖先基因经过由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。重复和变异所产生的一组基因。假基因假基因(pseudo gene)：与某些有功能的基因结构相似，与某些有功能的基因结构相似，但不能表达有功能的基因产物的某些基因。但不能表达有功能的基因产物的某些基因。5252第五十二页，讲稿共六十七页哦多基因家族大致可分为两类：多基因家

36、族大致可分为两类：一个基因家族的不同成员成簇地分布在不同染色体一个基因家族的不同成员成簇地分布在不同染色体上上，但核酸序列高度同源，编码一组功能上紧密相，但核酸序列高度同源，编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。基因家族成簇地分布在某一条染色体上基因家族成簇地分布在某一条染色体上，它们可同时发，它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族就成簇挥作用，合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族就成簇地集中在第地集中在第7号染色体长臂号染色体长臂3区区2带到带到3区区6带区域内，这带区域内，这种分布方式与种分布方式与DNA复制时需要大量的组蛋白有关。复制时

37、需要大量的组蛋白有关。5353第五十三页，讲稿共六十七页哦假基因的产生有两种方式：假基因的产生有两种方式：由突变引起的基因序列变化而失去功能，这样产生由突变引起的基因序列变化而失去功能，这样产生的假基因带有内含子，称为的假基因带有内含子，称为常规假基因常规假基因（conventional pseudogene）。mRNA经过反转录为经过反转录为cDNA，再插入基因组，由于插入，再插入基因组，由于插入位点不合适或序列发生变化而导致失去功能。这种类型的位点不合适或序列发生变化而导致失去功能。这种类型的假基因不含内含子，称为假基因不含内含子，称为已加工的假基因（已加工的假基因（processed p

38、seudogenes）。5454第五十四页，讲稿共六十七页哦真核生物细胞器基因组真核生物细胞器基因组真核生物有两类细胞器能携带遗传物质：线粒体和叶绿体。真核生物有两类细胞器能携带遗传物质：线粒体和叶绿体。这些遗传物质独立于细胞核基因组外，能够自行复制这些遗传物质独立于细胞核基因组外，能够自行复制和表达，又称为染色体外基因组。和表达，又称为染色体外基因组。线粒体基因组编码其自身蛋白质合成体系的某些成员，线粒体基因组编码其自身蛋白质合成体系的某些成员，如如rRNA和和tRNA等，以及呼吸链中的某些成员，如等，以及呼吸链中的某些成员，如ATP酶、酶、NADH还原酶、细胞色素氧化酶复合体中的某些组还原

39、酶、细胞色素氧化酶复合体中的某些组分。其它成员由细胞核基因组编码。分。其它成员由细胞核基因组编码。5555第五十五页，讲稿共六十七页哦人类线粒体人类线粒体（mitochondrion）基因组基因组 16569 bp 37个基因个基因 22 tRNA 2 rRNA 13 蛋白质蛋白质56第五十六页，讲稿共六十七页哦 高等动物线粒体基因组具有独特的特点：高等动物线粒体基因组具有独特的特点：母系遗传。母系遗传。子代线粒体基因组来自母亲，父系的线粒体子代线粒体基因组来自母亲，父系的线粒体基因组在精卵结合时一般不能进入卵细胞。基因组在精卵结合时一般不能进入卵细胞。线粒体线粒体DNA损伤后不易修复，损伤后

40、不易修复，突变率较高突变率较高，可能与衰老，可能与衰老及某些疾病有关。及某些疾病有关。遗传密码与通用遗传密码存在差别遗传密码与通用遗传密码存在差别，如，如UGA（终止（终止密码子）编码密码子）编码Trp，AGA/AGG（Arg）为终止密码子）为终止密码子等等。5757第五十七页，讲稿共六十七页哦2.3 基因基因组组学学基因组学（基因组学（Genomics）：对生命有机体全基因组进行对生命有机体全基因组进行序列分析和功能研究的学科。序列分析和功能研究的学科。结构基因组学结构基因组学：以全基因组测序为目标以全基因组测序为目标功能基因组功能基因组学：学：根据根据结构基因组学提供的信息，结构基因组学提

41、供的信息，以高通量、大规模的实验方法，借助计算机分以高通量、大规模的实验方法，借助计算机分析，系统地对基因功能进行诠释析，系统地对基因功能进行诠释。58第五十八页，讲稿共六十七页哦基因组学的意义基因组学的意义改变生物学研究的模式改变生物学研究的模式59第五十九页，讲稿共六十七页哦基因组学的意义基因组学的意义对疾病的诊断、治疗、预防、预测、保健等产生巨大的影响对疾病的诊断、治疗、预防、预测、保健等产生巨大的影响环境基因组学（环境基因组学（Enviromental Genomics）专门鉴定机体暴露在特定环境下的那些显示易感或抵抗性基因的专门鉴定机体暴露在特定环境下的那些显示易感或抵抗性基因的DN

42、A多态性多态性对环境比较敏感的基因有：对环境比较敏感的基因有：DNA修复基因、细胞周期相关基因、激素代谢基修复基因、细胞周期相关基因、激素代谢基因、受体基因、参与免疫和感染反应的基因、信号转导基因、等等因、受体基因、参与免疫和感染反应的基因、信号转导基因、等等药物基因组学（药物基因组学（Phamarcogenomics）不同个体的药物反应差异（主要指药效与毒性）与不同个体的药物反应差异（主要指药效与毒性）与DNA多态性的关系多态性的关系通过通过DNA序列差异的分析，从基因水平上深入认识疾病及药物作用的个体差异的机序列差异的分析，从基因水平上深入认识疾病及药物作用的个体差异的机理，指导和优化临床

43、用药，并有可能在此基础上发展个体化医疗理，指导和优化临床用药，并有可能在此基础上发展个体化医疗60第六十页，讲稿共六十七页哦No responseNo responseAdverse Drug ResponseAdverse Drug ResponseRespondersRespondersGenotype can direct Right drug Right drug Right doseRight dose Right patientRight patient基因组学的意义基因组学的意义PHARMACOGENOMICS61第六十一页，讲稿共六十七页哦（一）什么是人类基因组计划（一）什么是

44、人类基因组计划19861986年诺贝尔奖获得者年诺贝尔奖获得者R.Dulbecco在在科学科学杂志上发表一篇短文杂志上发表一篇短文肿肿瘤研究的转折点人瘤研究的转折点人类基因组研究类基因组研究，提出人类基因组计划，也即，提出人类基因组计划，也即测出人类基因组全部碱基的序列（测出人类基因组全部碱基的序列（1n1n3103109 9）。）。622.3.12.3.1人类基因组计划人类基因组计划 (human genome project,HGP)62第六十二页，讲稿共六十七页哦19901990年，美国政府决定正式启动年，美国政府决定正式启动HGPHGP，预计用，预计用1515年时间，年时间，投入投入3

45、030亿美元完成亿美元完成HGPHGP；由美国国立卫生研究院和能源部共同组成由美国国立卫生研究院和能源部共同组成“人类基因组研究所；逐渐地，逐渐地，HGPHGP扩展为扩展为多国协作计划，主要由，主要由6 6个国家，个国家，2020个研究所，个研究所，20002000多位科学工作者组成；这多位科学工作者组成；这6 6个国家对个国家对HGOHGO地贡献依次是：美（地贡献依次是：美（67%67%）、英（）、英（22%22%）、日（）、日（6%6%）、法（）、法（2%2%）、德（、德（2%2%）、中（1%）；6363第六十三页，讲稿共六十七页哦64人类基因组计划人类基因组计划遗传图谱物理图谱 序列图谱

46、转录图谱（二）（二）HGPHGP的主要任务的主要任务64第六十四页，讲稿共六十七页哦65遗传图谱（genetic map）：又称连锁图谱(linkage map)，它是以某个遗传位点上具有多个等位基因的遗传标记为“路标”，以遗传学距离为图距的基因组图，反映基因的遗传效应。遗传学距离：在减数分裂中，两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件；65第六十五页，讲稿共六十七页哦66物理图谱（物理图谱（physical map）：）：利用限制性内切酶将大利用限制性内切酶将大分子分子DNA切成片段，再根据重叠序列确定片段间连接顺切成片段，再

47、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序，以及遗传标志之间物理距离碱基对碱基对(bp)或千碱基或千碱基(kb)或兆碱基或兆碱基(Mb)为路标的图谱。物为路标的图谱。物理图谱的完成是一理图谱的完成是一个里程碑式的成功，它准确地得出了基因的相对位置个里程碑式的成功，它准确地得出了基因的相对位置。66第六十六页，讲稿共六十七页哦67序列图谱：序列图谱：是分子水平上最高层次，最为详尽的物理是分子水平上最高层次，最为详尽的物理图谱，可得到全部的图谱，可得到全部的DNADNA序列。序列。实际上是一场串由实际上是一场串由4 4个字母（个字母（A A、G G、C C、T T）组成的碱基）组成的碱基序列，是由序列，是由3030亿个字母写成的亿个字母写成的“天书天书”。(人类基因组计划的核心内容）人类基因组计划的核心内容）67第六十七页，讲稿共六十七页哦