分子生物学张尚宏课件分子生物学.ppt

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1、一、基因组与基因组学一、基因组与基因组学3.基因组学基因组学（Genomics）n把基因组作为研究对象的学科把基因组作为研究对象的学科（1）结构基因组学（）结构基因组学（structuralgenomics）（2）功能基因组学（）功能基因组学（functionalgenomics）（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionarygenomics）基因组学的三个有代表性“时代”3.基因组学基因组学（1）结构基因组学（）结构基因组学（structuralgenomics）n基因组结构（基因组结构（genomestructure）种类、结构特点、种属特异性种类、结构特点、种属特异性n定位

2、基因（定位基因（genemapping）遗传图谱（遗传图谱（geneticmap）与物理图谱（）与物理图谱（physicalmap）：）：遗传距离遗传距离与物理距离与物理距离n测定基因组全序列（测定基因组全序列（whole-genomesequencing）结构基因组学研究的主要目标结构基因组学研究的主要目标人类基因组计划（人类基因组计划（theHumanGenomeProject）之前，只测定过）之前，只测定过一些病毒（一些病毒（X174、T4等）的基因组全序列等）的基因组全序列Phage X174:5375ntSequencingtimeline基因组全序列的测定基因组全序列的测定1995

3、流感嗜血菌（流感嗜血菌（Haemophilusinfluenzae）1,830kb枝原体枝原体Mycoplasmagenitalium580,070bp，预计有，预计有500个基因个基因1996古细菌古细菌Methanococcusjannaschii 1,660kb酿酒酵母（酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）12,068kb，近，近6,000个潜在个潜在的蛋白质编码基因，近的蛋白质编码基因，近150个个rRNA基因，近基因，近300个个tRNA基因，还有几十个基因，还有几十个核小分子核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子）基因和一大批核仁小分子RNA（sn

4、oRNA）基因）基因1997大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichiacoli）4,639kb （目前已测定数百种细菌的全序列）（目前已测定数百种细菌的全序列）多细胞生物多细胞生物1998秀丽隐杆线虫（秀丽隐杆线虫（Caenorhabditiselegans）97,000kb2000黑腹果蝇（黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）180,000kb2000拟南芥（拟南芥（Arabidopsisthaliana）120,000kb2000（6月）月）人类（人类（Homo sapiens）3,120,000kb3.基因组学基因组学（1）结构基因组学（）结构基因组学（structu

5、ralgenomics）n结构基因组学的成就大大促进了生物信息学结构基因组学的成就大大促进了生物信息学（bioinformatics）的发展）的发展3.基因组学基因组学（2）功能基因组学（）功能基因组学（functionalgenomics）n大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术DNA微阵列（微阵列（DNAmicroarray），），DNA芯片（芯片（DNAchip）n基因功能的分析基因功能的分析基因剔除（基因剔除（geneknockout），），RNAiDNAmicroarray3.基因组学基因组学（2）功能基因组学（）功能基因组学（functio

6、nalgenomics）n对基因组中基因本身的认识（基因的概念）对基因组中基因本身的认识（基因的概念）编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 编码功能编码功能RNA的基因的基因 非编码的非编码的DNA也可以是基因也可以是基因？3.基因组学基因组学（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionarygenomics）n在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化的起源与进化n比较基因组学（比较基因组学（comparativegenomics）进化基因组学的初始阶段进化基因组学的初始阶段n通过比较，发现基因组中蛋白质和功能通过比较，发现基因组中蛋白

7、质和功能RNA基基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关不同生物基因组中基因的平均密度不同生物基因组中基因的平均密度生物生物基因组中基因的平均密度基因组中基因的平均密度细菌细菌1个基因个基因/1kb酵母酵母1个基因个基因/2kb线虫线虫1个基因个基因/5kb拟南芥拟南芥1个基因个基因/5kb果蝇果蝇1个基因个基因/13kb人类人类1个基因个基因/40kb密度的变化与基因组进化中调控元件和密度的变化与基因组进化中调控元件和“非基因非基因DNA”的扩增有关的扩增有关2005BREAKTHROUGHOFTHEYEAR:EvolutioninAction2005年

8、世界十大科学进展之首年世界十大科学进展之首进化研究的新突破进化研究的新突破人与黑猩猩基因组的比较人与黑猩猩基因组的比较nHuman and chimpanzee differ by only about 1%in the nucleotide bases that can be aligned between our two species,and the average protein differs by less than two amino acids.But a surprisingly large chunk of noncoding material is either inse

9、rted or deleted in the chimp as compared to the human,bringing the total difference in DNA between our two species to about 4%.Science 2005,310:1878-18793.基因组学基因组学（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionarygenomics）n基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）（构件在

10、进化中被反复使用）n最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程式与过程链对称链对称(strandsymmetry)双链双链DNA：ATGCAATTACGTAGCT链对称链对称(strandsymmetry)单链单链DNA：ATGCAATTACGTAGCT二核苷酸在基因组全序列中的链对称性二核苷酸在基因组全序列中的链对称性4.蛋白质组学蛋白质组学（proteomics）（1）蛋白质组（）蛋白质组（proteome）n“一个基因组所表达的蛋白质一个基因组所表达的蛋白质”n“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质（包括修

11、饰后的各种蛋白质）（包括修饰后的各种蛋白质）”n“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构与活性与活性”（2）蛋白质组学）蛋白质组学n研究蛋白质组的科学研究蛋白质组的科学n目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能构及功能4.蛋白质组学蛋白质组学（3）蛋白质组学的研究技术）蛋白质组学的研究技术n二维凝胶电泳（蛋白质的分离）二维凝胶电泳（蛋白质的分离）n质谱（蛋白质的分析）质谱（蛋白质的分析）（4）后基因组学（）后基因组学（post-genomics）n功能基因组学、蛋白质组学等功能基因组学

12、、蛋白质组学等5.RNA组学组学（RNomics）nRNA组与组与RNA组学（组学（RNomics）n转录组（转录组（transcriptome）与转录组学）与转录组学（transcriptomics）nORF(OpenReadingFrame)ORFeomeUsefulwebsitesforgenomics(Natures Genome Gateway)(Omics Gateway)nhttp:/(NCBI:National Center for Biotechnology Information)课程作业（平时考核）课程作业（平时考核）通过查找一般文献和网络资源，写一篇关于基通过查找一般文献和网络资源，写一篇关于基因组学（或蛋白质组学）研究的某个或某些方因组学（或蛋白质组学）研究的某个或某些方面的进展的小综述（面的进展的小综述（3000字左右）字左右）要求：要求：n概括最新进展概括最新进展n列出参考文献或所浏览网址列出参考文献或所浏览网址n如用英文写，须附如用英文写，须附500字左右的中文摘要字左右的中文摘要n学期结束前交（纸质文件）学期结束前交（纸质文件）