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基因组学功能基因组学蛋白质组学PPT课件

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基因组学和蛋白质组学工具 ppt课件

基因组学和蛋白质组学工具 ppt课件

基因组学和蛋白质组学工具
Phrap算法序列拼接：
1、找出序列片段间的重叠信息。 2、将存在有重叠的片段组合起来，形成一个contig结构。 3、形成Consensus序列(Consensus)。 优点：精确度较高。 缺点：运算时间较长且对存储空间的需求较大。
基因组学和蛋白质组学工具
重复片段是指在目标片段中多次出现的片段。对于小规模的 拼接工作例如细菌的基因组(重复序列约占全序列的1．5％)和果 蝇基因组(约占全序列的3％)等，问题不明显，然而，人类基因 组中含有50％以上的重复序列，这就对基因组测序产生了很大的 困难。
现在常用的DNA芯片有两种：cDNA阵列和原位合成的寡核苷 酸阵列。
cDNA阵列是通过机械手将DNA 点样到涂层的玻片表面，点样 直径为5O～150um，中等尺寸的DNA芯片在3.6平方厘米上有10000 个点。
基因组学和蛋白质组学工具
原位合成的寡核苷酸阵列，是将寡核苷酸合成和照相平版印 刷术结合起来，紫外光通过掩罩(mask)的孔照射到玻片上控制合 成，产生的DNA芯片在1.6cm 玻片表面可容纳65000~400000个DNA 寡核苷酸。
当基因组被提取成限制性片段时，它只是被部分提取。用于 DNA样品的限制性酶数量只能够切开50%的酶切位点。这就意味 着有些片段会跨过某个特殊的限制性位点，而另一些片段会在那 个特定位点切开，而跨过其他的限制性位点。因此，这些限制性 片段组成的克隆库会包含重叠片段。这些重叠片段正是序列拼接 的基础。
基因组学和蛋白质组学工具
基因组学和蛋白质组学工具
直接鸟枪法序列拼接：
从已测序的小片段中寻找彼此重叠的测序克隆，依次向两侧 邻接的序列延伸，组装成一个完整的基因组。不需预先了解任何 基因组的情况，即使缺少遗传图或物理图也可完成整个基因组顺 序组装。

蛋白质组学全部全套ppt课件

蛋白质组学全部全套ppt课件

1961 1966
Jacob 和Monod Nirenberg
乳糖操纵子模型 遗传密码
1966
Gellert
DNA连接酶
1970 1970 1972 1977 1981 1983 1984 1986 1989 1994 1997 2001
生命科学回顾（续）
Smith
限制性内切酶
Temin
逆转录酶
Berg
•其目的是阐明人类基因组30亿个碱基对的序 列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的 位置，从而在整体上破译人类遗传信息。
•该计划启动于1990年，原定15年完成，由 于技术的成熟与基因组测序的规模化运作，以 及来自商业竞争方面的压力，2000年6月26 日基因组序列草图测序完成。
基因组计划
遗传图 物理图
功能基因组学
转录组学 蛋白质组学 代谢组学 表型组学 相互作用组学 ……
• 功能基因组学采用一些新的技术，如转录组学应用微 阵列(Microarray)、DNA芯片(DNA chip）及 SAGE(Serial analysis of gene expression)等技术， 可对成千上万的基因表达进行分析比较，并从基因整 体水平上对基因的活动规律进行阐述，力求从细胞水 平上解决基因组问题，以建立对生命现象的整体认识。
序列图
这三条数据将提供此生物所有基因在染色体上的精确定位、 基因内部序列以及基因的间隔序列。
---原核生物或低等真核生物。
1/2 of all genes “identified” have no known function
人类基因组以及多种模式生物、重要生物
基因组全序列的完成，标志着生命科学研 究进入所谓的“后基因组时代 (Postgenome era)”, 即产生了功能基因 组学（Functional Genomics）

蛋白质组学及技术介绍PPT通用课件.ppt

蛋白质组学及技术介绍PPT通用课件.ppt
拖尾"point streaking") 。
3.二相SDS-PAGE
丙烯酰胺/甲叉双丙烯 酰胺溶液
分离胶缓冲液
10%（w/v）过硫酸铵 溶液
（30.8%T，2.6%C）：30%（W/V）丙烯酰胺和 0.8%甲叉双丙烯酰胺的水溶 液。将 300g 丙烯酰胺和 8g 甲叉双丙烯酰胺溶解于去离子水中，最后用去离
研究 内容
蛋白质的研究内容主要有两方面：
1、结构蛋白质组学：主要是蛋白质表达模型的研究，包括蛋白质氨基酸序列 分析及空间结构的解析种类分析及数量确定; 2、功能蛋白质组学：主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质功能及蛋白 质间的相互作用。
研究 内容
蛋白质组学可分为三个主要领域： 1、蛋白质的微特性以供蛋白质的规模化鉴定和他们的后翻译饰； 2、“差异显示”蛋白质组学供蛋白质水平与疾病在广泛范围的有力应用比 较； 3、应用特定的分析技术如质谱法（包括串联质谱法、生物质谱法）或酵母 双杂交系统以及其他蛋白质组学研究新技术研究蛋白质-蛋白质相互作用。
该方法所研究的蛋白均是在体内经过翻译后修饰的，并且是可 分离的天然状态的相互作用蛋白复合物，能够反映正常生理条件下的 蛋白质间相互作用
蛋白质相互作用
2、酵母双杂交系统：
该系统利用真核细胞调控转录起始过程中，DN A结合结构域(binding domain,BD)识别DNA上的特异序列并使转录激活结构域(activation domain, AD)启动所调节的基因的转录这一原理，将己知蛋白X和待研究蛋白Y的基 因分别与编码AD和BD的序列结合，通过载体质粒转入同一酵母细胞中表 达，生成两个融合蛋白。若蛋白X和Y可以相互作用，则AD和BD在空间上 接近就能形成完整的有活性的转录因子，进而启动转录，表达相应的报告 基因;反之，如果X和Y之间不存在相互作用，报告基因就不会表达。这样， 通过报告基因的表达与否，便可确定是否发生了蛋白质的相互作用。

基因组与蛋白质组PPT课件

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•原核的mRNA的5 ’端无帽状结构，3’端也无poly（A） 尾，但也有3 ’以及5’非编码区。
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.
※ 原核生物基因组十大特征
1.仅有一条染色体构成，且为环状双链裸DNA
2.仅有一个DNA复制起点
3.类核结构，也称“拟核”
4.具有操纵子结构
5.结构基因为单拷贝、连续排列、多顺反子结构
6.无重叠基因现象
7.基因组中存在重复序列
8.具有编码同工酶的基因
9.存在可移动序列
10.编码区在基因组中占50%
20
.
LOGO .
第三节
病毒基因组
21
第三节 病毒基因组
▪ 病毒 自然界普遍存在的一种结构简单、不能单独繁
殖，只能在宿主细胞内进行复制以保证遗传信息 传递的微生物。完整的病毒颗粒是由核酸和蛋白 质组成。
原核生物基因组
8
第二节 原核生物基因组
一、原核生物基因组特征
9
.
一、原核生物基因组特征
什么是原核生物（prokaryote）？
细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、 放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。
10
.
原核细胞与真核细胞的区别
11
.
原核生物基因组
▪ 原核生物基因组DNA较小，一般在106～107bp之 大间肠杆菌4.6×106 bp
（三）基因组中有基因重叠现象 这种结构的意义在于使较小的基因组能携带较多 的遗传信息，使病毒利用有限的基因，编码更多的 蛋白质。
30
.
一、病毒基因组特征
31
.
一、病毒基因组特征
（四）基因组中具有操纵子结构 噬菌体ΦΧ174是单链DNA病毒，含A、A*、B、

基因组学与蛋白质组学 ppt课件

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genome project,HGP)。这项人类生命科学史上最伟大
的工程，第一次系统、全面地解读和研究人类遗传物质
DNA，它不仅具有重大的理论意义，而且对国计民生特
别是生物医学的发展更具有重大的现实意义和深远的历
史意义。
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7
三、人类基因组计划
1985年5月，美国能源部提出“人类基因组计
划”(human genome project,HGP)草案；经过一番
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3.进展
随着工作的开展和私有企业压力的加大，时间表 在不断提前，例如，原定2005年完成的序列图谱已 被两次提前至2001年。
（迄止2004.5.26，已完成了9条染色体的测序和分
析；最近完成了第9号和10号染色体图谱的绘制工
作，认为癌症、糖尿病和阿耳茨海默氏症与这两条
染色体有关。）
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DNA
hnRNA
e
i
转录
splicing
mRNA
翻译 蛋白质
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“我们之所以同苍蝇和线虫不同，是由于我 们的蛋白质要复杂得多。我们额外的基因并 没有翻译出许多新的蛋白质种类。然而，它 们用新的方法重构了古老蛋白质的一些不同 的部位……(蛋白质后修饰)；
使我们成为人类的是那些在生命的不同时 期控制基因开启和关闭的复杂内在机制。”
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“产生一个爱因斯坦只需比线虫多了约一 万二千个基因（实际只多500-5,500），或 是比果蝇多了一万七个左右的基因（实际 只多6,400-11,400） 。”
生物体的复杂度为什么并没有与其基因 数量之间建立必然的联系呢？其原因可能 是：
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[课件]基因组学、蛋白质组学、代谢组学PPT

[课件]基因组学、蛋白质组学、代谢组学PPT
基因组学、蛋白质 组学、代谢组学
目录
1
基因组学
2
蛋白质组学
3
代谢组学
1.基因组学
基本概念
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前 分子生 物学时 代 19501990年 后基因 组学时 代 2001 年以后
1859年，达 尔文—自然 选择学说 1865年，孟 德尔—分离 规律、独立 分配原则
地利用微生物降解环境污染物；
在农业，利用代谢组学技术能更快地寻找植物的功能基因，
了解植物与环境的互作过程，加快农作物品质改良的进程； 在食品方面，还能用于食品的质量和营养价值的评价，因 为食品的质量如表观、风味和气味、货架期，以及营养价值 如维生素含量、抗氧化性和营养成分等都是食品中所由代谢
产物共同决定的；
置上。
研究分支—结构基因组学
根据使用的遗传标志和分析方法不同，初期的基因组作图有四张:一是计
算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们之间相对距离（一般用厘摩 cM
来表示）的遗传图；二是确定遗传标记之间物理距离的物理图；三是以表达序 列标签为位标绘制的转录图；四是基因组核苷酸序列图。
研究分支
2.功能基因组学
社会经济、生物进化、伦理、法律等众多领域。尤其在人类 疾病基因的研究方面，显现和发挥着十分重要的作用。 疾病的遗传学基础。 致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究占据着核 心位置。 对疾病的预防、诊断、治疗等有重要意义。 人类基因组计划的直接动因是解决包括肿瘤在内的人 类疾病的遗传学基础问题。
研究分支
研究内容
代谢物靶标 分析
针对某一种或 某几种代谢物。 例如，为了研 究某基因被改 造后的主要影 响，研究可以 限制为该基因 编码的蛋白所 作用的特定底 物或者作用产 生的直接产物。

基因组ppt课件

20
阻遏蛋白的负性调节
I CAP RNPA O Z
Pol.
YA
Gene : OFF No mRNA products
没有乳糖存在时
21
I CAP RPPNolA. O Z
Y A RNA
Pol.
Inducer
仅有乳糖存在时
（半乳糖）
阻遏蛋白的负性调节
22
解释
CAP P O Z Y A
泄露表达
23
6
基因组学
分类
结构基因组学：以全基因组核苷酸序列测 定为目标
功能基因组学：根据结构基因组学提供的 信息，借助计算机分析以高通量、大规模 的实验方法，系统地对基因功能进行诠释
7
第一节 基因组
8
不同生物基因组大小
生物 病毒，噬菌体φ-x147
病毒，噬菌体λ 细菌，大肠杆菌 变形虫，无恒变形虫
植物，贝母 真菌，酿酒酵母 昆虫，黑腹果蝇 哺乳动物，人
YA
26
协调调节
e
Inducer
（半乳糖）
27
5.除16S、23S、5SrRNA及tRNA外， 原核生物的结构基因均为单拷贝 基因。
结构基因中没有内含子，RNA合成 后不需剪切加工
28
6.结构基因无重叠现象
重叠基因:基因 组DNA中的某些序 列被两个或两个 以上的基因所共 有
基因组大小（bp） 5378（最早） 5×104 4×106
67×1010（最大） 13×1010 2×107 2×108 3×109
9
一、原核生物基因组
什么是原核生物（prokaryote）？ 细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、
放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。

基因组学与蛋白质组学 PPT课件

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遗传图谱的缺陷
分别率有限 人类只能研究少数减数分裂事件，不能
获得大量子代个体 测序要求每个标记的间隔小于100kb 实际是599kb
33
遗传图谱的缺陷
• 精确性不够 • 经典遗传学认为，交换是随机发生的 • 基因组中有些区域是重组热点 • 倒位、重复等染色体结构变异会限制交
换重组EST：通过从cDNA中随机挑选的克隆进行测序 所获得的部分cDNA的5'或3'端序列称为表达序列 标签（EST），一般长300-500bp左右。
37
4、序列图（分子水平的物理图）（sequence map） 序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是 最详尽的物理图。1m 既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序 列、调节序列和功能未知序列的总和。
34
2、物理图 以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点， sequence-tagged site,STS）为“路标”，以碱 基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。
35
酵
母
A 遗传图
遗
B 物理图
传
图
与
物
理
图
比
较
36
3、转录图谱 （transcription map） 以EST（expressed sequence tag ，表达序列 标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘 制的图谱。
微卫星DNA/简短串联重复（STR、STRP或SSLP） 重复单元2-8bp，通常重复10-60次
CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC
30
第三代多态性标记是单核苷酸的多态性 （single nucleotide polymorphism，SNP）

人类基因组计划与蛋白质组学ppt课件


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15
在已有的正常人脑蛋白质组数据库中， 400个蛋白斑点属于180种蛋白质。这些蛋白
都是细胞质膜蛋白或线粒体蛋白。在老年痴 呆症患者的大脑组织中，75种蛋白质的表达 水平上升，35种下降，9种特异性表达。精神 分裂症患者的大脑组织中，8种蛋白质的表达 水平上升，8种下降。镇静剂结合抑制蛋白在 上述两类患者的大脑中的表达水平下降。
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生殖系统的疾病，如卵泡不着床、流产、 不育、子宫内膜炎等，不是由于遗传变异 而是由于蛋白质表达、定位发生了差错， 许多分子水平的变化依赖于关键蛋白的翻 译后修饰。因此，蛋白质组学也使用于生 殖系统的疾病。目前对生殖细胞发生、受 精、胚胎发育及子宫内膜的初步研究已经 取得了一些成果。
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8
在化学诱导的大鼠肝癌模型中，肝癌细胞 表达一个醛糖还原酶样蛋白，分子量为35kDa， 等电点为7.4。而正常肝脏细胞和其它正常组织 中醛糖还原酶分子量为37kDa，等电点为6.8。 免疫组织化学研究发现，在癌前期和肝癌早期 阶段，病变细胞已经开始高水平地表达醛糖还 原酶样蛋白。
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人类基因组计划与蛋白质组学
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1
一、 人类基因组计划 二、 基因组学之后的蛋白质组学 三、 蛋白质组学与人类疾病研究
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2
1.基因组（genome）：指一个细胞单倍 型所包含的全部遗传信息，即DNA或 RNA编码的遗传信息。
2. 课题的提出
3. 参与该课题的国家
4. 完成情况
5. 课题结束后一些主要遗留问题。
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蛋白质组学PPT课件


功能蛋白质组学 结构蛋白质组学
.
11
人类蛋白质组学研究进展
2001年成立国际人类蛋白质组组织（HUPO）， 2003.12.15启动两个首批行动计划 1.人类肝脏蛋白质组计划（HLPP）由中国军事医学科学
院副院长贺福初院士领导，16国80多个实验室参加。 中国第一次领导重大国际协作计划。 2. 人类血浆蛋白质组计划（HPPP）由美国科学家牵头， 13国47个实验室参加。
双向电泳后的凝胶
经染色后蛋白呈现二维
分布图： 水平方向反映出蛋
白在pI上的差异， 垂直方向反映出它
聚焦后凝 胶放置在 SDS凝胶 上，进行 第二向电 泳
们在分子量上的差别。
第二向电泳： SDS-PAGE
pH9
.
pH9
pH3
分子量大 分子 量小
pH3
18
(1)等电聚焦 凝胶电泳 （ IFE）
利用载体两 性电解质在电场 作用下沿电场方 向在凝胶内形成 一个连续而稳定 的pH梯度。
根据一定的配方计算后，将适宜的IPG试剂添加至混 合物中用于凝胶聚合，在聚合中缓冲基团通过乙烯键共 价聚合至聚丙烯酰胺骨架中而形成pH梯度。通过这种方 式生成的IPG不会发生电渗作用，因而可以进行特别稳 定的IEF分离达到真正的平衡状态。
.
5
第一节 蛋白质组及蛋白质组学基本概念
.
6
什么是蛋白质组？
蛋白质组(proteome)：
PROTEOME = PROTE in +genOME Proteins expressed by a genome.
是指“特定细胞、组织乃至机体作为一个 生命单元中所有蛋白质的集合，即生命体中携 带的基因信息在某一时段所表达的全部蛋白质。
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解各个基因或DNA片段之间的相对
距离。
遗传标志：
1、限制性酶切片段长度多态性(RFLP)
2、短串联重复序列(STR)
3、单核苷酸多态性(SNP)
24.07.2020
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1、形态学标记
• 形态学标记(morphological marker)
能够用肉眼识别和观察、明确显示遗传多样性 的外观性状。
• 特点
学距离（在减数分裂事件中两个位点之间
进行交换、重组的百分率，1%的重组率称
24.07为.20201cM）为图距的基因组图。
18
遗传图采用遗传学距离(genetic
distance)作为图距，单位cM。 cM
值越大，两者之间距离越远。人类
基因组的遗传大小已经确定为
3600cM。通过遗传图分析，可以了
24.07.2020
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同工酶与等位酶
• 同工酶(isozyme)：电泳所可区分的同一种 酶（系统）的不同变化
• 等位酶(allozyme)：由一个位点的不同等位 基因编码的同种酶的不同类型，其功能相 同但氨基酸序列不同
24.07.2020
25
等位酶分析的过程
材料的采集
研磨和酶的提取
3
人类基因组计划的启动
1986 年诺贝尔奖获得者R.Dulbecco
（杜尔贝科）提出人类基因组计划——
测出人类全套基因组的 DNA 碱基序列
（ 3 X 109 bp ）
24.07.2020
4
1975年，获诺贝尔生理医学奖
24.07.2020
5
美国政府决定于 1990年正式启动 HGP，预计用 15 年时间，投入 30 亿 美元，完成 HGP。
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3、生化与免疫遗传标记
• 免疫遗传学标记(immunogenetical marker)
• 以动物的免疫学特性为标记，包括红细胞抗原多态性和白 细胞抗原多态性。
• 生化遗传标记(biochemical genetic marker)
• 主要是指在同一动物个体中具有相同功能的蛋白质存在两 种以上的变异体。
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家猪X、Y染色体G带示意图
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细胞遗传标记的特点
• 不受环境影响，呈孟德尔方式遗传。 • 多态性集中表现在染色体高度重复DNA结
构的异染色质所在的部位。 • 细胞遗传标记经常伴有对生物有害的表型
效应，难以获得相应的标记材料，或者观 测和鉴定比较困难，从而限制了细胞遗传 标记的应用。
的基因占2%
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基因组学（genomics）：是阐明整 个基因的结构、结构与功能的关系 以及基因之间相互作用的科学。
功能基因组学（functional genomics）：是研究所有基因的功 能的科学。
蛋白质组学（Proteomics）：是在
整体水平上研究细胞内蛋白质及其
活动规律的科学。
简单直观，但标记数目少，多态性低，易受外 界条件的影响；
依据它进行选择的准确性差，所需时间较长， 选择效率也较低。
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2、细胞遗传标记
• 细胞遗传标记(cytological genetic marker)
主要是指染色体核型（染色体数目、大小、随 体、着丝粒位置、核仁组织区等）、带型（Q、G、 C、R带型）和数量特征的变异等，它们分别反映 了染色体在结构上和数量上的遗传多态性。
基因组学 功能基因组学 蛋白质组学
24.07.2020
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总体概述
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20世纪人类科技发展史上的三大创举
90年代人类基因组计划 60年代人类首次登上月球
4024年.07.代2020第一颗原子弹爆炸
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人类基因组计划的科学意义
确定人类基因组所携带的全部遗传信 息，认识自我，从而揭开人类生长发 育的奥秘，追求健康，战胜疾病。 主要基因组计划的基本情况：
到目前为止，已经完成了酵母、线虫、 果蝇、拟南芥、人类和水稻等真核生 物基因组及数十个原核生物基因组。
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由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，HGP 扩展为多国协作计 划。参与者包括：英、日、法、德和 中国（1993年）
24.07.2020
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DNA 测序技术飞速提高 1998.5.9 J.C. Venter 等宣布，组 建商 业公司，投入 3 亿美元，3 年内完 成。 接着又有若干家公司成立，
总共投入资金约几十亿美元， 形成
格局 24.07.2020
“公”“私”并进
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8
二000年六月二十六日克林顿宣布
人类基因组草图绘制完成
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9
人类基因组草图基本信• 61%与果蝇同源 • 含3~3.5万基因 • 43%与线虫同源 • 与蛋白质合成有关 • 46%与酵母同源
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一、人类基因组计划的主要研究内容
（一）遗传图谱（genetic map）：
利用人类基因组中的一些特殊位点作 为遗传标志而进行的基因组分区。
又称连锁图谱(linkage map)，它是以具有
遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个
以上的等位基因，在群体中的出现频率皆
高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传
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遗传图谱 0.7 cM 或
kb
物理图谱
转录图谱
四、HGP的主要任务
序列图谱
四张图： 物理图、 转录图 遗传图 、序列图
100 kb
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STS map
基因组（genome）一词是由H Winkler于1920年提出来的，表示 一个生物种配子中染色体的总和。 现在基因组一词更常指细胞或生物 体的全套遗传物质。 基因组学（genomics）是由美国人 Roderick在1986年提出并与 《Genomics》一起问世。
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12
第一节 基因组学 基因组（genome）：是细胞或生物体 中一套完整的遗传物质（真核生物包 括核基因组及线粒体基因组两部分）。
基因（gene）：是基因组中一个功能 性遗传单位，是贮存有功能的蛋白质 多肽链或RNA序列信息及表达这些信 息所必需的全部核苷酸序列。