“基因组学”精要
第1章 基因组学概论
基因组学：研究基因组的组成与功能的生物学分支学科
结构基因组学：以全基因组测序为目标的基因结构研究，通过基因组作图、可算序列分析来确定基因组成、基因定位的科学。
功能基因组学：利用结构基因组学提供的信息，以高通量大规模实验方法，及统计与计算机分析为特征，全面系统地分析全部基因功能学科
1、简述基因组学研究的意义？
a)基因组学已经成为现代生命科学的核心领域，催生了许多新兴的生命科学的分支
学科与交叉学科，如功能基因组学、进化基因组学等；
b)基因组结构域功能的解读可为医学、健康、农业、林业、畜牧业与医药工业的发
展和技术创新提供理论依据。
c)基因组学的研究涉及众多领域，尤其是在人类疾病基因的研究，发挥了十分重要
的作用。
d)疾病的遗传学基础；
e)对于致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究中占据着核心的位置；
f)对疾病的预防、诊断、治疗都有重要意义。
第2章 遗传图绘制
遗传作图：采用遗传学分析方法，将基因或其他DNA分子标记标定在染色体上构建遗传连锁图的作图方法。
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的实际位置所构建位置图的作图方法。
1、简述构建遗传图谱的基本原理？
2、为何要绘制遗传图与物理图？
1)基因组太大,必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图谱进行指导。
2)基因组存在大量重复顺序,会干扰排序,因此要高密度基因组图。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。
3、简述DNA标记的类型及其特点？
①限制性片段长度多态性标记（RFLP）：a.处于染色体上的位置相对固定；b.同一亲
本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变；c.同一凝胶电泳可显示同一位点的不同多态性片段，具有共显性特点。
②简单序列长度多态性（SSLP）：多等位性，每个SSLP都有多个长度不一的变异体。
包括可变串联重复（VNTR）也叫小卫星序列，和简单串联重复序列（SSR）也叫微卫星序列。
③单核苷酸多态性（SNP）：a.在同一个体中，常常以纯合状态存在；b.对某一特定的
SNP，同一家系中的成员可能有相同的基因型；c.SNP分子标记分布密集，数量极大。
4、为什么会产生限制性片段长度多态性（RFLP）?
由于同源染色体同一区段DNA序列的差异，当用限制酶处理时，可产生长度不同
的限制性片段。这些DNA片段经琼脂糖凝胶电泳分离，可直接显示不同个体同一位点DNA组成的差异。限制酶识别的碱基序列具有专一性，所以用不同的限制酶处理同一DNA样品可产生与之对应的不同限制性片段，可提供大量位点多态性信息。
5、为什么基因组测序需要图谱？如果没有一个基因组图谱，在获得基因组序列过程
中的主要困难是什么？
因为DNA测序每次仅能读取不到1000bp的长度，为了获取全基因组序列，我们要
将测序的到的小片段排列组装。为了找到各个片段的正确位置，避免出错，所以进行
基因组作图绘制基因组图谱，进而将序列小片段对号入座。
如果没有图谱，难以讲的达到的DNA小片段拼接组装成完整的全基因组序列。
第3章 物理图绘制
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。（STS标记和作图用的染色体区段以及DNA克隆。）
限制性作图：将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对应位置。
基因组物理图：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的实际位置，所构建的位置图称为物理图。
1、什么是基因组物理图? 物理图与遗传图有何不同?
采用非基因遗传重组的方法，以DNA碱基序列为图距单位绘制的为染色体上的基因线性排列次序的图谱。
2、什么是酵母人工染色体 YAC?它有什么缺陷？请说明 YAC 载体各组成部件的功能？
酵母人工染色体（YAC）：一种能够克隆长达200kb-1700kb DNA片段的载体，含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列，是细胞内具有遗传性质的物体，易被碱性染料染成深色。
缺陷：a.插入子的稳定性问题；b.同一酵母细胞多个YAC引起交换产生嵌合序列；
c.对人类基因组富含GC区的克隆效率比较低。
基本部件：a.着丝粒，在细胞分裂时负责染色体均等分裂；b.端粒，位于染色体端部的特异DNA序列，保持人工染色体的稳定性；c.自主复制序列，在细胞中启动染色体的复制。
3、什么是重叠群? 如何构建重叠群?
相互重叠的DNA片段组成的物理图，称为重叠群。
染色体步移法构建重叠群：a.从基因组文库中挑取一个指定的或随机的克隆，将该起始克隆的末端序列分离纯化作为探针；b.在基因组文库中寻找与之重叠的第二个克隆；c.在第二个克隆的基础上按照同样的操作程序寻找第三个克隆；d.依次延伸，直到完成所需要的重叠群。
4、如何采用DNA指纹绘制重叠群?
通过计算机对酶切片段的扫描识别，可对BAC克隆进行大范围的指纹比对和排列，由此可快速构建指纹重叠群。
第4章 基因组测序与序列组装
1、链终止法测序的原理是什么?
通过合成与单链DNA互补的多核苷酸链来读取待测DNA分子序列，合成的互补单
链可在不同位置随机终止反应。
其反应体系包含单链模板、引物、4种dNTP和DNA聚合酶，分四组进行，每组按
一定比例加入一种2 ’ ，3’双脱氧核苷三磷酸，它能随机掺入合成的DNA链，一旦
掺入合成即终止，于是各种不同大小片段的末端核苷酸必定为该核苷酸，经测序胶电泳，可从自显影图谱上直接读出DNA序列。
2、第二代Solexa测序基本流程是什么？
1）测序文库的构建（Library Construction）
提取DNA并片段化，单端测序片段长度150-200bp，双端测序长度推荐300-500bp， 然后加上接头。
2）锚定桥接（Surface Attachment and Bridge Amplification）
Solexa测序的反应在叫做flow cell（流动槽）的玻璃管中进行，flow cell又
被细分成8个Lane ，每个Lane的内表面有无数的被固定的单链接头。上述步骤得
到的带接头的DNA 片段变性成单链后与测序通道上的接头引物结合形成桥状结构，以
供后续的预扩增使用。
3）预扩增（Denaturation and Complete Amplification）
添加未标记的dNTP 和DNA聚合酶进行固相桥式PCR 扩增，单链桥型待测片段被
扩增成为双链桥型片段。通过变性，释放出互补的单链，锚定到附近的固相表面。通
过不断循环，将会在flow cell 的固相表面上获得上千万甚至上亿条成簇分布的双链
待测片段。
4）单碱基延伸测序（Single Base Extension and Sequencing）
3、什么是物理间隙? 什么是序列间隙? 如何填补这两类间隙?
物理间隙：指构建基因组文库时被丢失的DNA序列他们从已有的克隆群体中永久性的消失。（填补：a. 利用一个不同的载体重新构建一个基因文库，以间隙两侧重叠群末端序列作为探针筛选第二个文库；b.PCR法，将不同重叠群末端序列作为引物两两配组扩增基因组DNA。）
序列间隙：指测序时遗漏的序列，这些序列仍然保留在尚未挑选到的克隆中。（填补：a.收集所有已知间隙两侧的序列；b.根据间隙练歌的序列时设置专一性探针，从基因组文库中筛选阳性克隆；c.根据间隙两侧已知的序列设置专一性PCR引物，随后直接从阳性克隆中扩增，再进行克隆和测序。）
4、作图法测序组装和全基因组鸟枪法测序序列组装的基本流程，可结合图示解释。
作图法测序组装
全基因组鸟枪法
第5章 基因组序列注释
开放阅读框ORF：由一系列指令氨基酸密码子组成，包括一个起始密码子和一个终止密码子。
测序深度：测序得到的碱基总量与基因组大小的比值，是评价测序量的指标之一。
1、基于同源性搜索的基因功能注释优缺点是什么？有哪些主要注释方法？
优点：基于已有的生物学数据，因此结果更有生物学意义
缺点：受限于已有的生物学数据、数据库可能存在的误差、对于相似度应如何定义。
主要注释方法：a. GO 功能注释：b.KEGG数据库的注释。
2、相对于其他功能元件，蛋白编码基因为什么更容易被鉴定？
3、简述获得siRNA序列的方法有哪些及各自的优缺点？
第6章 基因组解剖
等高线：指基因组中具有较均一的相似比例碱基组成的连续 DNA 序列，它们在基因组中成片相嵌排列。
CpG岛：指基因组中富含双碱基CpG的序列。（主要在脊椎动物中发现。）
染色体核型：细胞分裂中期，染色体按照大小与着丝粒的位置依次排列，组成的每种生物特有的染色体图像。。
1、真核生物染色体和大肠杆菌染色体之间有什么区别？
2、异染色质与常染色质的差别是什么?
异染色质：仍保持压缩状态不具备转录活性的染色质。
常染色质：极度松弛并处在转录活性状态下的染色质。
3、何谓骨架附着区SAR，何谓基质附着区MAR，其作用如何？
SAR：中期染色体与染色体骨架蛋白结合的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序列。
4、什么是DNA转座子? 什么是RNA转座子(或逆转座子)? 这两类转座子的转座方式有何特点?
DNA 转座子：一段可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用的基因序列。
RNA 转座子：指通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。
特点：
5、果蝇P转座子的结构及决定杂交后代育性的规律？
第9章蛋白质组
蛋白质组学：研究蛋白质组结构与功能的领域。包括从整体的角度分析细胞内动态变
化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭
示蛋白质功能与细胞生命活动规律。
蛋白质组：基因组表达的最终结果，活细胞中所有功能蛋白的组合。
1、蛋白质合成后存在哪些加工类型和修饰方式？
①蛋白质剪切加工: a.引导肽或导肽的切除；b.将多肽链可变剪切产生顺序重叠功能
各异蛋白质；c.多聚蛋白质切割；d.切除蛋白质内部顺序, 连接两侧顺序。
②蛋白质的折叠:蛋白质在合成之后必须经历一个正确折叠的加工过程才能成为成熟
的蛋白质,
2、细胞如何控制蛋白质的降解？
通过对蛋白质进行标记（泛素化），在蛋白酶体中进行蛋白质的降解。
泛素化：①需要降解的蛋白质需要贴上一个标签—泛素多肽，这一过程称为蛋白
质的泛素化。②蛋白质泛素化系统由3个组分构成：a.一个称为泛素激活酶E1，它可
利用水解ATP释放的能量以其胱氨酸残基（Cys）的巯基与泛素C-端的甘氨酸残基（Gly）形成高能硫脂键。b.连接在E1上的泛素然后被转移到另一个泛素结合蛋白E2上。c.同时被选中的靶蛋白与第三个组分即靶蛋白泛素连接酶E3结合。E2将与其连
接的泛素转移到靶蛋白上，并与靶蛋白赖氨酸残基（Lys）ε-NH2基团形成异肽键（isopeptidebond），E2被释放。选择哪个蛋白质进行泛素化主要取决于E2和E3 。
3、蛋白质降解与基因表达调控有何联系？
蛋白质降解生物基因程序性表达的结果，此过程维护了基因表达调控的正常进行。
第10章 表观遗传学
表观遗传学：研究不涉及DNA顺序的变异但能通过有丝分裂和减数分裂遗传的基因功能的变化。 特征: (1)可遗传；(2) 可逆性；(3) DNA不变
1、何谓基因组印记？它是如何产生的？
基因组印记：是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时已发生了修饰，使带有亲代 印记的等位基因具有不同的表达特性，这种修饰常为DNA甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。
产生：在配子或合子的发生期间，来自亲本的等位基因或染色体在发育过程中产生专一性的加工修饰，导致双亲中某一方的等位基因被沉默，从而使后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达活性。
2、核小体组蛋白有哪些修饰方式？为什么组蛋白修饰可促使染色质松弛？
3、简述DNA甲基化的功能？
①防御功能：生物体在遭受外源DNA侵袭时，宿主细胞内甲基转移酶能通过对外源 DNA序列进行甲基化，以抑制其对宿主基因组造成伤害；也能通过抑制转座子的活性，减少外源DNA对其的伤害。
②基因调控的方式：DNA甲基化抑制基因转录或使之沉默，从而调控基因的表达。
第12章 基因组进化的分子基础
1、简述引起DNA损伤的化学因素有哪些，并举例说明致突变机制？
直接作用于DNA，引起结构改变导致模板链的错误复制；间接作用于DNA，本身不影响DNA的结构，但可使细胞合成如过氧化物类的化学物质产生突变效应；碱基类似物，作为底物，在新链DNA复制时渗入。
碱基类似物（作为底物在新链DNA复制时渗入）：5-溴尿嘧啶（BrU），2-氨基嘌呤（AP或2-AP）
脱氨基试剂、烷化剂
碱基的化学修饰导致的突变：亚硝酸、羟氨（HA）、甲磺酸乙酯（EMS）
嵌入试剂致突变：吖啶橙（AO）、溴化乙锭（EB）
2、简述错配修复系统的组成成分及修复过程？
3、为什么说SOS是倾向差错修复?阐述其修复机制？
第13章 基因组进化的模式
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。
1、什么是RNA世界假说? RNA世界假说的主要依据何在?
“RNA World”假说：“生命起源之某时期，生命体仅由一种高分子化合物RNA 组成。遗传信息传递建立于RNA的复制，复制机理与当今DNA复制机理相似，作为生物催化剂的、由基因编码的蛋白质还不存在”。
①1986年, Thomas Cech首次发现具有自我催化的RNA分子, 四膜虫rRNA分子可以自我剪切。
②1989年, Jack Szostak提供实验证据, 表明体外RNA分子可以自我催化复制。
③1992年, Harry Noller证实核糖体RNA具有催化肽键形成的功能。
2、重复基因产生的机制，在自然选择的作用下重复基因的命运？
现代分子生物学 第一章 DNA的发现： 1928年，英国Griffith的体内转化实验 1944年，Avery的体外转化实验 1952年，Hershey和Chase的噬菌体转导实验 分子生物学主要研究内容（p11） DNA的重组技术 基因表达调控研究 生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学 基因组，功能基因组与生物信息学研究 第二章 DNA RNA组成 脱氧核糖核酸 A T G C 核糖核酸 A U G C 原核生物DNA的主要特征 ①一般只有一条染色体且带有单拷贝基因； ②整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列组成； ③几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。 染色体作为遗传物质的特点： （1）分子结构相对稳定（贮存遗传信息） （2）通过自我复制使前后代保持连续性（传递遗传信息） （3）通过指导蛋白质合成控制生物状态（表达遗传信息） （4）引起生物遗传的变异（改变遗传信息） C值以及C值反常 C值单倍体基因组DNA的总量 C值反常C值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却有较大的C值。如果这些DNA 都是编码蛋白质的功能基因，那么，很难想象在两个相近的物种中，他们的基因数目会 相差100倍，由此推断，许多DNA序列可能不编码蛋白质，是没有生理功能的。 DNA的中度重复序列，高度重复序列 中度各种rRNA，tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因都属于这一类 高度卫星DNA 核小体 是由H2A H2B H3 H4 各2分子生成的八聚体和约200bp的DNA构成的，H1在核小体外面。 真核生物基因组的结构特点 ①基因组庞大； ②大量重复序列； ③大部分为非编码序列，90％以上； ④转录产物为单顺反子； ⑤断裂基因； ⑥大量的顺式作用元件； ⑦DNA多态性：SNP和串联重复序列多态性； ⑧端粒（telomere）结构。
基因组学复习题 Prepared on 22 November 2020
第1章 1)什么是C-值悖理什么是N-值悖理 C-值悖理：生物基因组的大小同生物进化所处地位的高低无关的现象。 N-值悖理：基因数目与进化程度或生物复杂性的不对应性，称之为N值悖理 2)什么是序列复杂性 基因组中不同序列的DNA总长，用bp 表示。 3)RNA分子有哪些种类 mRNA tRNA rRNA scRNA snRNA snoRNA 小分子干扰RNA 4)不编码蛋白质的RNA包括哪些类型 tRNA rRNA scRNA snRNA snoRNA 小分子干扰RNA 5)什么是假基因假基因是如何形成的 来源于功能基因但已失去活性的DNA序列，有沉默的假基因，也有可转录的假基因。 产生假基因的原因有很多，如编码序列出现终止密码子突变，或者插入和缺失某些核苷酸使mRNA移码，造成翻译中途停止或者异常延伸，合成无活性的蛋白质。 6)假基因能否表达为什么 能，假基因相对于原来的基因已经失去功能但是可能产生新的功能。 最初人们认为, 假基因是不能转录的基因, 随着基因组数据的积累, 现在已知有不少假基因仍然保持转录的活性, 特别是起源于重复基因的假基因和获得启动子加工的假基因，但假基因的转录产物已失去原有的功能, 如产生残缺蛋白质。 7)如何划分基因家族什么是超基因家族 基因家族：将来自共同的祖先，因基因加倍或变异产生了许多在DNA序列组成上基本一致而略有不同的成员划分为一个基因家族。 超基因家族：起源于共同祖先，由相似DNA序列组成的许多基因亚家族或相似的基因成员构成的群体，它们具有相似的功能。 8)低等生物与高等生物基因组组成有何差别为什么会产生这些差别 低等生物：1)结构紧凑，一般不存在内含子（古细菌除外）； 2)大小在5 Mb以下； 3)缺少重复序列； 4)很少非编码序列。
生物五界：动物、植物、真菌、原生生物和原核生物；生物三界：真细菌、古细菌、真核生物 具有催化活性的RNA分子称为核酶（ribozyme）核酶催化的生化反应有：自我剪接、催化切断其它RNA、合成多肽键、催化核苷酸的合成 新基因的产生：基因与基因组加倍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。DNA水平转移：原核生物中的DNA水平转移可通过接合转移，噬菌体转染，外源DNA的摄取等不同途径发生，水平转移的基因大多为非必须基因。动物中由于种间隔离不易进行种间杂交，但其主要来源于真核细胞与原核细胞的内共生。动物种间基因转移主要集中在逆转录病毒及其转座成分。 外显子洗牌与蛋白质创新：产生全新功能蛋白质的方式有二种：功能域加倍，功能域或外显子洗牌 基因冗余：一条染色体上出现一个基因的很多复份(复本）当人们分离到某一新基因时，为了鉴定其生物学功能，常常使其失活，然后观察它们对表型的影响。许多场合，由于第二个重复的功能基因可取代失活的基因而使突变型表型保持正常。这意味着，基因组中有冗余基因存在。看家基因很少重复，它们之间必需保持剂量平衡，因此重复的拷贝很快被淘汰。与个体发育调控相关的基因表达为转录因子，具有多功能域的结构。这类基因重复拷贝变异可使其获得不同的表达控制模式，促使细胞的分化与多样性的产生，并导致复杂形态的建成，具有许多冗余基因。 非编码序列扩张方式：滑序复制、转座因子 模式生物海胆、果蝇、斑马鱼、线虫、蟾蜍、小鼠、酵母、水稻、拟南芥等。模式生物基因组中G+C%含量高, 同时CpG 岛的比例也高。进化程度越高, G+C 含量和CpG 岛的比例就比较低 如果基因之间不存在重叠顺序，也无基因内基因（gene-within-gene），那么ORF阅读出现差错的可能只会发生在非编码区。细菌基因组中缺少内含子，非编码序列仅占11%, 对阅读框的排查干扰较少。细菌基因组的ORF阅读相对比较简单，错误的机率较少。高等真核生物DNA的ORF阅读比较复杂：基因间存在大量非编码序列（人类占70%）；绝大多数基因内含有非编码的内含子。高等真核生物多数外显子的长度少于100个密码子 内含子和外显子序列上的差异：内含子的碱基代换很少受自然选择的压力，保留了较多突变。由于碱基突变趋势大多为C-T,故A/T的含量内含子高于外显子。由于终止密码子为TAA\TAG\TGA，如果以内含子作为编码序列，3种读码框有很高比例的终止密码子。 基因注释程序编写的依据：1）信号指令，包括起始密码子，终止密码子，终止信号，剪接受体位和供体位，多聚嘧啶序列，分支点保守序列2）内容指令，密码子偏好，内含子和外显子长短 基因功能的检测：基因失活、基因过表达、RNAi干涉 双链DNA的测序可从一端开始，亦可从两端进行，前者称单向测序，后者称双向测序。 要获得大于50 kb的DNA限制性片段必需采用稀有切点限制酶。 酵母人工染色体（YAC）1）着丝粒在细胞分裂时负责染色体均等分配。2）端粒位于染色体端部的特异DNA序列，保持人工染色体的稳定性3）自主复制起始点（ARS）在细胞中启动染色体的复制 合格的STS要满足2个条件：它应是一段序列已知的片段，可据此设计PCR反应来检测不同的DNA片段中是否存在这一顺序；STS必需在染色体上有独一无二的位置。如果某一STS在基因组中多个位点出现，那么由此得出的作图数据将是含混不清的。 遗传图绘制主要依据由孟德尔描述的遗传学原理，第一条定律为等位基因随机分离，第二条定律为非等位基因自由组合，显隐性规律/不完全显性、共显性、连锁 衡量遗传图谱的水平覆盖程度饱和程度 基因类型：transcribed, translatable gene (蛋白基因) ；transcribed but non-translatable gene ( RNA基因)Non- transcribed, non-translatablegene ( promoter, operator ) rRNA基因，tRNA基因, scRNA基因, snRNA基因, snoRNA基因, microRNA基因 基因组(genome)：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质总和。 基因组学（genomic）：用于概括涉及基因作图、测序和整个基因功能分析的遗传学分支。 染色体组（chromosome set）：不同真核生物核基因组均由一定数目的染色体组成，单倍体细胞所含有的全套染色体。 比较基因组学（comparative genomics）：比较基因组学是基因组学与生物信息学的一个重要分支。通过模式生物基因组与人类基因组之间的比较与鉴别，为分离重要的候选基因，预测新的基因功能，研究生物进化提供依据。（目标）
全基因组关联分析(Genome-wide association study;GWAS)是应用基因组中 数以百万计的单核苷酸多态性(single nucleotide ploymorphism ，SNP)为分子 遗传标记，进行全基因组水平上的对照分析或相关性分析，通过比较发现影响复杂性状的基因变异的一种新策略。 随着基因组学研究以及基因芯片技术的发展，人们已通过GWAS方法发现并鉴定了大量与复杂性状相关联的遗传变异。近年来，这种方法在农业动物重要经济性状主效基因的筛查和鉴定中得到了应用。 全基因组关联方法首先在人类医学领域的研究中得到了极大的重视和应用，尤其是其在复杂疾病研究领域中的应用，使许多重要的复杂疾病的研究取得了突破性进展，因而，全基因组关联分析研究方法的设计原理得到重视。 人类的疾病分为单基因疾病和复杂性疾病。单基因疾病是指由于单个基因的突变导致的疾病，通过家系连锁分析的定位克隆方法，人们已发现了囊性纤维化、亨廷顿病等大量单基因疾病的致病基因，这些单基因的突变改变了相应的编码蛋白氨基酸序列或者产量，从而产生了符合孟德尔遗传方式的疾病表型。复杂性疾病是指由于遗传和环境因素的共同作用引起的疾病。目前已经鉴定出的与人类复杂性疾病相关联的SNP位点有439 个。全基因组关联分析技术的重大革新及其应用，极大地推动了基因组医学的发展。(2005年, Science 杂志首次报道了年龄相关性视网膜黄斑变性GWAS结果,在医学界和遗传学界引起了极大的轰动, 此后一系列GWAS陆续展开。2006 年, 波士顿大学医学院联合哈佛大学等多个研究机构报道了基于佛明翰心脏研究样本关于肥胖的GWAS结果(Herbert 等. 2006);2007 年, Saxena 等多个研究组联合报道了与2 型糖尿病( T2D ) 关联的多个位点, Samani 等则发表了冠心病GWAS结果( Samani 等. 2007); 2008 年, Barrett 等通过GWAS发现了30 个与克罗恩病( Crohns ' disrease) 相关的易感位点; 2009 年, W e is s 等通过GWAS发现了与具有高度遗传性的神经发育疾病——自闭症关联的染色体区域。我国学者则通过对12 000 多名汉族系统性红斑狼疮患者以及健康对照者的GWAS发现了5 个红斑狼疮易感基因, 并确定了4 个新的易感位点( Han 等. 2009) 。截至2009 年10 月, 已经陆续报道了关于人类身高、体重、 血压等主要性状, 以及视网膜黄斑、乳腺癌、前列腺癌、白血病、冠心病、肥胖症、糖尿病、精神分 裂症、风湿性关节炎等几十种威胁人类健康的常见疾病的GWAS结果, 累计发表了近万篇 论文, 确定了一系列疾病发病的致病基因、相关基因、易感区域和SNP变异。) 标记基因的选择： 1)Hap Map是展示人类常见遗传变异的一个图谱, 第1 阶段完成后提供了 4 个人类种族[ Yoruban ,Northern and Western European , and Asian ( Chinese and Japanese) ] 共269 个个体基因组, 超过100 万个SNP( 约1
基因文库：包括基因组文库和部分基因文库。将含有某种生物不同基因的许多 DNA片段，（导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。） 蛋白激酶：是指能够将磷酸集团从磷酸供体分子转移到底物蛋白的氨基酸受体上的一大类酶。 蛋白磷酸酶：是具有催化已经磷酸化的蛋白质分子发生去磷酸化反应的一类酶分 子，与蛋白激酶相对应存在，共同构成了磷酸化和去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。 受体：是细胞膜上或细胞内能识别外源化学信号并与之结合的蛋白分子。是信息分子的接收分子，它们的化学本质是存在于细胞表面或细胞内的蛋白分子。mRNA剪接：去除初级转录物上的内含子，把外显子连接成为成熟RNA的过程前导链：在复制过程中，连续复制的链的前进方向始终与复制叉前进方向一致称为前导链 校对：DNApolI的3’到5’外切酶活性将错配的A水解下来，同时利用5’到3’聚合 酶活性补回正确配对的C，复制可以继续下去，这种功能称为校对 核小体：真核生物染色质由DNA与蛋白质构成，其基本单位是核小体。各两分子的H2A、H2B、H3、H4构成八聚体的核心组蛋白，双链DNA缠绕在这一核心上形成核小体的核心颗粒。颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的链接区相连形成串珠样结构。 解链温度/融解温度(Tm)：在解链过程中，紫外吸光度的变化ΔA260达到最大变化值的一半时所对应的温度定义为DNA的解链温度或融解温度。Tm值：DNA在加热变性过程中，紫外吸收值达到最大值的50%时的温度 增色效应：在DNA解链过程中，由于有更多的共轭双键得以暴露，含有DNA的溶液在260nm 处的吸光度随之增加，这种现象称为DNA的增色效应 DNA复性：当变性条件缓慢除去后，使原来两条彼此分离的DNA链重新缔合，形成双螺旋结构，这个过程称为DNA的复性。 退火：热变性的DNA经缓慢冷却后可以复性，这一过程称为退火。 DNA变性：某些理化因素（温度，pH，离子强度）导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使DNA双链解离为单链的现象 DNA复制：以亲代DNA分子为模板按照碱基配对原则合成子代DNA分子的过程。广义也指DNA或RNA基因组的扩增过程，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应 不对称转录：在DNA分子双链上，按碱基互补配对规律能指导转录生成RNA的一股链作为模板指导转录，另一股链则不转录，这种模板选择性称为不对称转录 转录：以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。 逆转录：是以RNA为模板合成DNA的过程，即RNA指导下的DNA合成。此过程中，核酸合成与转录（DNA到RNA）过程与遗传信息的流动方向（RNA到DNA）相反称为逆转录 颠换：嘌呤被嘧啶取代或反之。 转换：DNA链中一种嘌呤被另一种嘌呤取代，或嘧啶被另一种嘧啶所取代。
研究进化基因组学进展 摘要：进化基因组学是利用基因组数据研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的学科。随着近年来基因组数据的不断增加，进化基因组学得到了长足的发展。进化基因组学主要包括从基因组水平理解和诠释生物进化和新基因分析研究探索两方面的内容。本文介绍了进化基因组学研究的主要内容和较为常用的方法，以及近年来在细菌、酵母、果蝇进化基因组学方面的研究进展。 关键词：进化基因组学系统进化比较基因组学新基因 正文 随着基因测序技术的不断进步以及基因组学的飞速的发展，人们积累了大量的基因组学数据，利用所得的大量的基因组数据与进化生物学相结合，在基因组水平研究生物进化机制，随即产生了进化基因组学。 近年来进化基因组学取得了长足的进展，在研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的终极方式等方面有重大突破，对人类理解生命现象和过程有重要作用。 研究系统进化学通常包括两个关键步骤：一方面，在不同物种中鉴定同源性特佂，另一方面利用构建系统进化树的方法比较这些特征，进而重新构建这些物种的进化历史[1]。针对这两个关键步骤，传统系统进化学，常采用基于形态学数据和单个基因研究的同源性状鉴定和重建系统进化树（常包括距离法、最大简约法、概率法）[1]的方法来研究。在目前拥有丰富基因组数据的条件下，我们可以分析基因组数据，利用进化基因组学研究系统进化。 一、目前进化基因组学的研究内容主要集中于两个方面：（1）在比较不同生物的基因数据的基础上，从基因组水平理解和诠释生物进化；（2）通过对新基因的分析研究探索基因进化过程的规律两个方面。在进行全基因组进化分析方面，进化基因组学主要集中于构建系统进化树、研究基因组进化策略、研究生物功能变化和进化机制、进化和生态功能基因组学、基因注释的等方面；在新基因方面
基因组学 1. 简述基因组的概念和其对生命科学的影响。 基因组：指一个物种的全套染色体和基因。广义的基因组：核基因组，线粒体基因组，叶绿体基因组等。 基因组计划对生命科学的影响： ①研究策略的高通量，彻底认识生命规律：基因组研究高通量，研究手段和 研究策略的更新，加强了生命科学研究的分工与协作，从不同层次深入研究生命现象。 ②促进了相关学科的发展：分子生物学遗传学生物信息学生物化学细胞生 物学生理学表观遗传学等 ③物种的起源与进化： Ⅰ.重要基因的发掘、分离和利用：遗传疾病相关基因，控制衰老的基因，工业价值的细菌基因，重要农艺性状基因等。 Ⅱ.充分认识生命现象：基因的表达、调控，基因间的相互作用，不同物种基因组的比较研究，揭示基因组序列的共性，探讨物种的起源和进化。 ④伦理学法律问题：伦理问题，知识产权问题，法律问题，社会保险问题。 2. Ac/Ds转座因子 Ac因子有4563bp，它的大部分序列编码了一个由5个外显子组成的转座酶基因，成熟的mRNA有3500bp。该因子本身的两边为11bp的反向重复末端（IR），发生错位酶切的靶序列长度8bp。Ds因子较Ac因子短，它是由Ac因子转座酶基因发生缺失而形成的。不同的Ds因子的长度差异由Ac因子发生不同缺失所致。 Ac/Ds因子转座引起的插入突变方式：玉米Bz基因是使糊粉层表现古铜色的基因，当Ac/Ds转座插入到Bz基因座后，糊粉层无色。当Ac/Ds因子在籽粒发育过程，部分细胞发生转座，使Bz靶基因发生回复突变，从而形成斑点。 Ac/Ds两因子系统遗传特点： 1）Ac具有活化周期效应，有活性的Ac+因子被甲基化修饰后会形成无活性的ac-因子，反之无活性的ac-因子去甲基化成有活性的Ac+因子。 2）Ac与Ds因子有时表现连锁遗传但更多表现独立遗传。 3）Ac对Ds的控制具有负剂量效应。 4）Ac/Ds可引发靶基因表现为插入钝化、活性改变、表达水平改变和缺失突变等。 5）Ds的结构不同，插入同一靶基因的位点可能不同，形成的易变基因的表型也不同。（分子生物学79-81） 3. 正向遗传与反向遗传 正向遗传学研究指从突变体开始的遗传学研究，关心的问题是突变体表型的变化是由哪一个基因功能丧失后引起。 反向遗传学研究指从基因序列开始的遗传学研究，关心的问题是基因功能丧失后会使植物的表型产生什么样的变化。
王前飞： （1）为什么要研究表观遗传学? 答： 表观遗传学主要通过DNA 的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA 调控等方式控制基因表达。表观遗传学是近几年兴起的而且发展迅速的一个研究遗传的分支学科，其研究和应用不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用，而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治以及干细胞定向分化研究、基因芯片中亦具有十分重要的意义。表观遗传学补充了“中心法则”忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体；在分子水平上，表观遗传学解释了DNA序列所不能解释的诸多奇怪的现象。如: 同一等位基因可因亲源性别不同而产生不同的基因印记疾病，疾病严重程度也可因亲源性别而异。表观遗传学信息还可直接与药物、饮食、生活习惯和环境因素等联系起来，营养状态能够通过改变表观遗传以导致癌症发生，尤其是维生素和必需氨基酸。 此外，表观遗传学信息的改变，对包括人体在内的哺乳动物基因组有广泛而重要的效应，如转录抑制、基因组印记、细胞凋亡、染色体灭活等。DNA 甲基化模式的改变，尤其是某些抑癌基因局部甲基化水平的异常增加，在肿瘤的发生和发展过程中起到了不容忽视的作用。研究发现，肿瘤细胞DNA 存在广泛的低甲基化和局部区域的高甲基化共存现象，以及总的甲基化能力增高，这3个特征各以不同的机制共同参与甲基化在肿瘤发生、发展中的作用。如胃癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌、胰腺癌等众多恶性肿瘤都不同程度地存在一个或多个肿瘤抑制基因CpG 岛甲基化。而表观遗传学改变在本质上的可逆性，又为肿瘤的防治提供了新的策略。所以，随着表观遗传学研究的深入，肯定会对人类生长发育、肿瘤发生以及遗传病的发病机制及其防治做出新的贡献，也必将在其他领域中展示其不可估量的作用和广阔的前景。 （2）表观遗传学涉及到哪些方面？ 答： 表观遗传学的研究内容主要包括：DNA甲基化、组蛋白的末端修饰和变异体、DNAaseⅠ高敏感位点、非编码RNA、转录因子及其辅助因子、顺式调控元件和基因组印记等。 （3）什么因素会影响基因表达水平？ 答： 基因选择性转录表达的调控( DNA甲基化,基因印记,组蛋白共价修饰,染色质重塑) 基因转录后的调控(基因组中非编码RNA,微小RNA（miRNA）,反义RNA、内含子、核糖开关等) 1.转录水平的调控：包括DNA转录成RNA时的是否转录及转录频率的调控，DNA 的序列决定了DNA的空间构型，DNA的空间构型决定了转录因子是否可以顺利的结合到DNA的调控序列上，比如结合到TATA等序列上。 2.翻译水平的调控：翻译水平的调控又可以分成翻译前的调控和翻译后的调控。 a、翻译前的调控主要是RNA编辑修饰。 b、翻译后调控主要是蛋白的修饰，蛋白修饰后可以成为有功能的蛋白或者有隐藏功能的蛋白。 在真核和原核细胞中，从基因表达到蛋白质合成，其间有许多地方受到调控，这
系统生物学：整合各种组学的信息和方法 姓名：王玉锋 学号：061023050 20世纪生物学经历了由宏观到微观的发展过程，由形态、表型的描述逐步分解、细化到生物体的各种分子及其功能的研究。70年代出现的基因工程技术极大地加速和扩展了分子生物学的发展；90年代启动的人类基因组计划是生命科学史上第一个大科学工程，开始了对生物全面、系统研究的探索；2003年已完成了人和各种模式生物体基因组的测序，第一次揭示了人类的生命密码。人类基因组计划和随后发展的各种组学技术把生物学带入了系统科学的时代。 系统生物学是在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。也就是说，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。系统生物学将在基因组序列的基础上完成由生命密码到生命过程的研究，这是一个逐步整合的过程，由生物体内各种分子的鉴别及其相互作用的研究到途径、网络、模块，最终完成整个生命活动的路线图。 借助于基因组和转录组的序列、功能基因组和蛋白质组的方法，可以绘制特定有机体的转录组图、蛋白质组图、相互作用图谱、表型组图及所有转录物和蛋白的定位图。这种整合的组学信息可以帮助我们消除单种组学研究方法中带来的假阳性和假阴性，给出基因产物及其相互作用和关系的更好的功能性注释，有利于相关的生物性假设的生成。基于这些整合数据的计算学的方法可以模拟生物过程的进程。系统生物学可以被看作是个种组学方法的整合、数据的整合、生物的系统化和模型化。 系统生物学的特点： 和以往系统科学研究复杂系统相比，系统生物学的研究将更为复杂和困难。非生物的复杂系统一般由相对简单的元件组合产生复杂的功能和行为，而生物体是由大量结构和功能不同的元件组成的复杂系统，并由这些元件选择性和非线性的相互作用产生复杂的功能和行为。因此，我们要建立多层次的组学技术平台，研究和鉴别生物体内所有分子，研究其功能和相互作用，在各种技术平台产生的大量数据的基础上，通过计算生物学用数学语言定量描述和预测生物学功能和生物体表型和行为。 系统生物学也将使生物学研究发生结构性的变化。长期以来，生物学研究是在规模较小的实验室进行的，系统生物学研究将由各种组学组成的大科学工程和小型生物学实验室有机结合实施的。系统生物学研究也将在更大范围和更高层次进行学科交叉和国际合作，如人类基因组计划、人类单体型图谱计划、人类表观基因组学计划等。 系统生物学的技术平台： 系统生物学的主要技术平台为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学分别在DNA、mRNA、蛋白质和代谢产物水平检测和鉴别各种分子并研究其功能。相互作用组学系统研究各种分子间的相互作用，发现和鉴别分子机器、途径和网络，构建类似集成电路的生物学模块，并在研究模块的相互作用基础上绘制生物体的相互作用图谱。表型组学是生物体基因型和表型的桥梁，目前还仅在细胞水平开展表型组学研究。 计算生物学可分为知识发现和模拟分析两部分。知识发现也称为数据开采，是从系统生物学各个组学实验平台产生的大量数据和信息中发现隐含在里面的规律并形成假设。模拟分析是用计算机验证所形成的假设，并对体内、外的生物学实验进行预测，最终形成可用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。 系统生物学的工作流程： 系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构
基因组学的研究内容 结构基因组学： 基因定位；基因组作图；测定核苷酸序列 功能基因组学：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 蛋白质组学： 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式 遗传图谱 （genetic map）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。 遗传标记： 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。 构建遗传图谱 就是寻找基因组不同位置上的特征标记。包括： 形态标记； 细胞学标记； 生化标记；DNA 分子标记 所有的标记都必须具有多态性！所有多态性都是基因突变的结果！ 形态标记： 形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表型标记。 数量少，很多突变是致死的，受环境、生育期等因素的影响 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。
细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 ：染色体的核型、染色体的带型、染色 体的结构变异、染色体的数目变异。优点：不受环境影响。缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利 生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点： 数量较多，受环境影响小 ?
缺点： 受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息 DNA 分子标记： 简称分子标记以 DNA 序列的多态性作为遗传标记 优点： ? 不受时间和环境的限制 ? 遍布整个基因组，数量无限 ?
不影响性状表达 ? 自然存在的变异丰富，多态性好 ? 共显性，能鉴别纯合体和杂合体 限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism ， RFLP ） DNA 序列能或不能被某一酶酶切，
分子生物学 1．DNA的一级结构：指DNA分子中核苷酸的排列顺序。 2．DNA的二级结构：指两条DNA单链形成的双螺旋结构、三股螺旋结构以及四股螺旋结构。 3．DNA的三级结构：双链DNA进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构。 4．DNA的甲基化：DNA的一级结构中，有一些碱基可以通过加上一个甲基而被修饰，称为DNA的甲基化。甲基化修饰在原核生物DNA中多为对一些酶切位点的修饰，其作用是对自身DNA产生保护作用。真核生物中的DNA甲基化则在基因表达调控中有重要作用。真核生物DNA中，几乎所有的甲基化都发生于二核苷酸序列5’-CG-3’的C上，即5’-mCG-3’. 5．CG岛：基因组DNA中大部分CG二核苷酸是高度甲基化的,但有些成簇的、稳定的非甲基化的CG小片段,称为CG岛,存在于整个基因组中。“CG”岛特点是G+C含量高以及大部分CG二核苷酸缺乏甲基化。6．DNA双螺旋结构模型要点： （1）DNA是反向平行的互补双链结构。 （2）DNA双链是右手螺旋结构。螺旋每旋转一周包含了10对碱基，螺距为3.4nm. DNA双链说形成的螺旋直径为2 nm。每个碱基旋转角度为36度。DNA双螺旋分子表面存在一个大沟和一个小沟，目前 认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。 （3）疏水力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定。DNA双链结构的稳定横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。 7．核小体的组成： 染色质的基本组成单位被称为核小体，由DNA和5种组蛋白H1,H2A,H2B,H3和H4共同构成。各两分子的H2A,H2B,H3和H4共同构成八聚体的核心组蛋白，DNA双螺旋缠绕在这一核心上形成核小体的核心颗粒。 核小体的核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠样结构。 8．顺反子（Cistron）：由结构基因转录生成的RNA序列亦称为顺反子。 9．单顺反子（monocistron）：真核生物的一个结构基因与相应的调控区组成一个完整的基因，即一个表达单位，转录物为一个单顺反子。从一条mRNA只能翻译出一条多肽链。 10．多顺反子(polycistron): 原核生物具有操纵子结构，几个结构基因转录在一条mRNA链上，因而转录物为多顺反子。每个顺反子分别翻译出各自的蛋白质。 11．原核生物mRNA结构的特点: (1) 原核生物mRNA往往是多顺反子的，即每分子mRNA带有几种蛋白质的遗传信息。 （2）mRNA 5‘端无帽子结构，3‘端无多聚A尾。 （3）mRNA一般没有修饰碱基。 12．真核生物mRNA结构的特点： （1）5‘端有帽子结构。即7－甲基鸟嘌呤－三磷酸鸟苷m7GpppN。 （2）3‘端大多数带有多聚腺苷酸尾巴。 （3）分子中可能有修饰碱基，主要有甲基化。 （4）分子中有编码区和非编码区。 14．tRNA的结构特点 （1）tRNA是单链小分子。 （2）tRNA含有很多稀有碱基。 （3）tRNA的5‘端总是磷酸化，5’末端核苷酸往往是pG. （4）tRNA的3‘端是CCA－OH序列。是氨基酸的结合部位。 （5）tRNA的二级结构形状类似于三叶草，含二氢尿嘧啶环（D环）、T环和反密码子环。 （6）tRNA的三级结构是倒L型。D环和T环在L的拐角上。 15．rRNA （1）rRNA是细胞内含量最丰富的RNA，它们与核糖体蛋白共同构成核糖体，后者是蛋白质合成的场所。 （2）核糖体和rRNA一般都用沉降系数S表示大小。原核生物核糖体的沉降系数为70S，由50S和30S 两个大小亚基组成，30S小亚基含有16SrRNA和21种蛋白质。50S大亚基含有23S和5SrRNA以及 34种蛋白质。真核生物沉降系数为80S，由大小亚基组成。40S小亚基含有18SrRNA和30多种蛋 白质。60SrRNA含有5S、5.8S和28SrRNA 以及大约45种蛋白质。 16．核酶（ribozyme）：某些RNA分子能催化自身或其他RNA分子进行化学反应，即具有酶样的催化活性，这类具有催化活力的RNA称为核酶。核酶分为3类：(1) 异体催化的剪切型。（2）自体催化的剪切型（3）内含子的自我剪切型。 17．核内不均一RNA（hnRNA）：真核生物转录生成的mRNA前体即为hnRNA。这类mRNA前体必须经过一系列的加工处理才能变成成熟的mRNA。加工过程的主要环节包括：（1）5‘端加帽（2）3’端加尾（3）内含子的切除和外显子的连接（4）分子内部的甲基化修饰（5）核苷酸序列的编辑作用。 18．miRNA:是一种单链小分子RNA，广泛存在于真核生物中，是一组不编码蛋白质的短序列RNA，其特点就是高度的保守性、时序性和组织特异性。研究表明miRNA可能决定组织和细胞的功能特异性，也可能参与了复杂的基因调控，对组织的发育起重要作用。 19．siRNA：小干扰RNA。是人工合成的短的双链RNA，它可抑制细胞内特定基因的表达，导致转录后基因失
问:基因组学、转录组学、蛋白质组学、结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学研究有哪些特点? 答:人类基因组计划完成后生物科学进入了人类后基因组时代,即大规模开展基因组生物学功能研究和应用研究的时代。在这个时代,生命科学的主要研究对象是功能基因组学,包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。以功能基因组学为代表的后基因组时代主要为利用基因组学提供的信息。 基因组研究应该包括两方面的内容:以全基因组测序为目标的结构基因组学(struc tural genomics和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段,以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段,是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能,它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。 功能基因组学(functional genomics又往往被称为后基因组学(postgenomics,它利用结构基因组所提供的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。 基因的功能包括:生物学功能,如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰;细胞学功能,如参与细胞间和细胞内信号传递途径;发育上功能,如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交,差示筛选,cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等,但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生,包括基因表达的系统分析,cDNA微阵列,DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异,因此需要建立模式生物体。 功能基因组学
第1章 1)什么是C-值悖理?什么是N-值悖理? C-值悖理：生物基因组的大小同生物进化所处地位的高低无关的现象。 N-值悖理：基因数目与进化程度或生物复杂性的不对应性，称之为N值悖理 2)什么是序列复杂性? 基因组中不同序列的DNA总长，用bp 表示。 3)RNA分子有哪些种类? mRNA tRNA rRNA scRNA snRNA snoRNA 小分子干扰RNA 4)不编码蛋白质的RNA包括哪些类型? tRNA rRNA scRNA snRNA snoRNA 小分子干扰RNA 5)什么是假基因?假基因是如何形成的? 来源于功能基因但已失去活性的DNA序列，有沉默的假基因，也有可转录的假基因。 产生假基因的原因有很多，如编码序列出现终止密码子突变，或者插入和缺失某些核苷酸使mRNA移码，造成翻译中途停止或者异常延伸，合成无活性的蛋白质。 6)假基因能否表达? 为什么? 能，假基因相对于原来的基因已经失去功能但是可能产生新的功能。 最初人们认为, 假基因是不能转录的基因, 随着基因组数据的积累, 现在已知有不少假基因仍然保持转录的活性, 特别是起源于重复基因的假基因和获得启动子加工的假基因，但假基因的转录产物已失去原有的功能, 如产生残缺蛋白质。 7)如何划分基因家族? 什么是超基因家族? 基因家族：将来自共同的祖先，因基因加倍或变异产生了许多在DNA序列组成上基本一致而略有不同的成员划分为一个基因家族。 超基因家族：起源于共同祖先，由相似DNA序列组成的许多基因亚家族或相似的基因成员构成的群体，它们具有相似的功能。 8)低等生物与高等生物基因组组成有何差别?为什么会产生这些差别? 低等生物：1)结构紧凑，一般不存在内含子（古细菌除外）； 2)大小在5 Mb以下； 3)缺少重复序列； 4)很少非编码序列。
20.106J – Systems Microbiology Lecture 11 Prof. DeLong ?Chapter 15 – Brock Genomics o DNA sequencing technology – things have really changed. There’s a real race going on for who can develop the best technology Human genome project: only around 30,000 genes in the human code. The day is not at all far off when doctors will read people’s genomes to discover what their inherent risks are. The human genome project involved two main groups – one more commercially based (J. Craig Venter – Celera), and one more public, open source, with funding from NIH (Francis Collins – NHGRI). Also the Sanger Centre, Whitehead Institute… The human genome project drove innovation in biotechnology. Two major technological benefits: o Stimulated development of high throughput methods – the assembly line. It’s not just the individual with a pipette any more – it’s more like a factory approach (which matters for the social aspect of how science works). However, this might work back in the other direction as efficient machines develop… o Reliance on computational tools for data mining and visualization of biological information Biology is rapidly becoming informational science – bioinformatics and computational biology. DNA sequencing o Sanger’s technique Uses primer extension and DNA polymerase Dideoxynucleotides halt the replication at particular base pairs. Then you run for length on a slab gel, and you can tell which base pairs are at which locations, reading off the sequence and recording them manually. o Later people realized that you can use fluorescent labels instead of radiolabels. This meant that you didn’t have to deal with radioactivity It also meant that you could run them all in one lane. Instead of a slab gel, people use a thin tube, with a fluorescence detector automatically reading the wavelengths as they come out the other end. This method is fast and accurate
Chapter 1 性状（character）: 生物体所表现的明显的能够遗传的特征。 单位性状（unit character）：一个基因或一组基因所决定的一个性状，作为一个遗传单位进行传导。 相对性状(contrasting character):遗传学中同一单位性状的相对差异。 真实遗传（true-breeding）自带性状永远与亲代性状相同的遗传方式。 纯系（pure line）：能够进行真是遗传的品种。 三个假说：（1）遗传因子成对存在（颗粒遗传因子） （2）显隐性（3）分离 表型（phenotype）:个体形状的外在表现。 基因型（genotype）:决定个体表型的基因形式。 等位基因（allele）：一个基因的不同形式，是由突变形成的。 纯合体(homozygote):基因座上有两个相同的等位基因，就这个基因座而言，这种个体或细胞成为纯合体。 杂合体（heterozygote）:基因座上有两个不同的等位基因。 侧交：杂交产生的后代与隐性纯合亲本交配以检测自带个体基因型。 自由组合定律：配子形成后，同一基因的等位基因分离，非等位基因自由组合。 染色体（chromosome）常由脱氧核糖核酸、蛋白质和少量核糖核酸组成的线状或棒状物，是生物主要遗传物质的载体。 染色质（euchromatin）:用碱性染料染色时着色浅的部位，是构成染色体DNA 的主体，在间期呈高度分散状态。 异染色质（heterochromatin）:用碱性染色质染色时着色深的部位，又分为组成型染色质. 组成型染色质（constitutive heterochromatin）: 在染色体上的大小和位置恒定，在间期时，仍保持螺旋化。如着丝粒。 兼性异染色体(facultative heterochromatin.): 起源于常染色质，在个体发育的特定阶段可转变成异染色质。如x染色体失活。 着丝粒（centromeres）：每个染色体上都有一个高度浓缩的区域。 核型分析（karyotype）:是指某一物种染色体的组成，通常用中期染色体的照片，铵长臂的大小或总的长度排列，用来表明物种的特点以及和亲缘种之间的进化关系。 带型（banding patterns）：用特定的染料对染色体染色后，会出现深浅不一的条带，条带的位置和大小既有高度的染色体的专一性。 端粒（tele mere）: 真核生物染色体的末端，有许多成串短的序列组成。 端粒的功能：稳定染色体末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿前导链和后滞链5’末端在消除RNA 引物后造成的空缺。 细胞周期（cell cycle）：一次分裂的开始到下一次分裂的开始的这段时间。 姐妹染色单体（sister chromosome）：染色体复制，着丝粒的DNA也复制，尽管仅能看到一个着丝粒。复制了的染色体是两个完全一样的拷贝。 G1 S关卡：检测细胞大小和DNA是否受损伤。 G2 M关卡：细胞进入有丝分裂之前检测细胞的生理状态。（如果DNA复制