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第二章 基因组学-2

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医学遗传学习题(附答案)第2章基因

医学遗传学习题(附答案)第2章基因

医学遗传学习题(附答案)第2章基因第二章基因（一）选择题（A型选择题）1.DNA双螺旋链中一个螺距为A.0.34nmB.3.4nmC.34nmD.0.34mmE.3.4mm2.DNA双螺旋链中,碱基对与碱基对之间相对于螺旋轴移动A.18°B.180°C.36°D.360°E.90°3.侧翼顺序不包括A．启动子；B.增强子；C.密码子；D.多聚腺苷酸化附加信号E.外显子4.终止密码不包括A．UAAB.UCAC.UGAD.UAGE.以上均不是。

5.下列不是DNA复制的主要特点的是A.半保留复制B．半不连续复制C．多个复制子D.多个终止子E.以上均不是6.下列属于侧翼顺序的是A.外显子B.内含子C.CAAT框D.端粒E.5‘帽子7.下列顺序中哪些没有调控功能？A.启动子B.外显子C.增强子D.多聚腺苷酸化附加信号E.以上均不是8．在1944年，______等用实验的方法直接证明了DNA是生物的遗传物质。

A.PainterTSB.BeadleGWC.HardyGHD.TatumELE.AveryOT9.在1944年，AveryOT等实验方法中，肺炎球菌SⅢ型有关多糖荚膜的进入RⅡ型细菌后使该菌转化成了SⅢ型细菌。

A.多糖B.脂类C.RNAD.蛋白质E.DNA10.______年WatonJ和CrickF在前人的工作基础上,提出了著名的DNA分子双螺旋结构模型。

A.1985B.1979C.1956D.1953E.186411.在1944年，科学家用实验的方法就直接证明了______是生物的遗传物质。

A.DNAB.cDNAC.mRNAD.rRNAE.tRNA12.WatonJ和CrickF在前人的工作基础上,提出了著名的______模型。

A.单位膜B.DNA分子双螺旋结构白质C.基因在染色体上成直线排列D.一个基因一种蛋E.液态镶嵌13.20世纪初丹麦遗传学家______将遗传因子更名为基因，并一直沿用至今。

分子生物学笔记完全版

分子生物学笔记完全版

分子生物学笔记第一章基因的结构第一节基因和基因组一、基因(gene)是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列.一个典型的真核基因包括①编码序列—外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR) ④调控序列(可位于上述三种序列中) 绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene) ，外显子不连续。

二、基因组(genome) 一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。

人基因组3X1 09(30亿bp)，共编码约10万个基因。

每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。

人类基因组计划( human genome project, HGP )基因组学( genomics ),结构基因组学( structural genomics )和功能基因组学( functional genomics )。

蛋白质组( proteome )和蛋白质组学( proteomics )第二节真核生物基因组一、真核生物基因组的特点：，①真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中.②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2 —>% ),三、基因家族(gene family) 一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因. 可能由某一共同祖先基因(ancestral gene) 经重复(duplication) 和突变产生。

基因家族的特点：①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(tandemly repeated genes)，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因(Pseudogene) . ¥ a1表示与a1相似的假基因.四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily) 由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同．第四节细菌和病毒基因组一、细菌基因组的特点。

基因组学

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（proteomics） • 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和 相互作用方式
2 基因组图谱的构建
基因组计划的主 要任务是获得全 基因组序列 但是，现在的测 序方法每次只能 测800～1000bp 小基因组物种常 用鸟枪射击法
（restriction fragment length polymorphism，RFLP）
如有两个 DNA 分子（一对染色体），一 个具有某一种酶的酶切位点，而另一个 没有这个位点，酶切后形成的DNA片段长 度就有差异，即多态性。
• 利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大小 不等、数量不同的分子片段， • 经电泳分离， • 通过Southern印迹将DNA片段转移至支持膜 (尼 龙膜或硝酸纤维素膜)上， • 然后用放射性同位素(32P)或非同位素 (如地高 辛，荧光素)标记的探针与支持膜上的DNA片 段进行杂交。 • 不同基因组DNA酶切位点的改变，会使得 RFLP谱带表现出不同程度的多态性.
中英联合实验室
双脱氧终止法测序反应体系包括：
DNA polymerase
Template:(单链DNA模板)
Primer:（带有3-OH末端的单链寡核苷酸引物)
Mg2+ dNTP(dATP,dGTP,dCTP和dTTP) ddNTP(ddATP,ddGTP,ddCTP和ddTTP)
DNA自动测序
形态标记
能够用肉眼识别和观察、明确显示遗传多样性 的外观性状。 形态性状：株高、颜色、白化症等 又称表型标记 简单直观 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响

2.基因生物学

2.基因生物学
基因的概念经历了—— “一个基因一个性状”——“一个基因一种蛋白质（酶）” ——“一个基因一条多肽链”——“一个基因多种多肽链” 的演化过程。
二、分子遗传学关于基因的概念 基因是具有特定遗传效应的DNA片段，它 决定细胞内RNA或蛋白质（包括酶分子）等的 合成，从而决定生物遗传性状。
具体说，基因是编码蛋白质、tRNA和rRNA的相关DNA片段， 又称结构基因。
小卫星DNA
重复次数为20-50次，长度达1－5kb。又称为可变数目 串连重复(variable number of tandem repeats,VNTR)
端粒DNA和高变小卫星DNA两种。小卫星DNA主要存在于
端粒和着丝粒区。
a.在染色体末端由6bp序列重复串联组成的10~15kbDNA
第二章 人类基因
第一节 基因的概念
一、经典遗传学关于基因的概念
基因的概念是１９０９年丹麦学者约翰逊提 出来的，用于取代孟德尔的遗传因子，但在这 一阶段基因仍是一个形象的概念，并不知道它 的物质基础是什么，而只能通过基因的遗传学 效应来感知它。到了３０年代摩尔根等人首次 将基因与染色体联系起来，认为基因在染色体 上呈直线排列。
泛分布于基因组中。

人类基因组至少有30000个不同的微卫星位 点，群体中表现出高度多态性，不同个体间 有明显差别，但在遗传上却是高度保守的， 因此可作为重要的 遗传标记，广泛用于基 因定位的连锁分析、个体识别和亲子鉴定。
亲子鉴定实例
父
9/12 15/15 14/16 6/8 10/8 21/17 23/21 11/7 11/7
•Southwestern blot：利用Southern blot与 Western blot两种方法的特点而设计，用于检测 与蛋白质结合的特异DNA序列。

分子生物学第二章

分子生物学第二章

增强子
TATA 盒 CAAT 盒 GC 盒
3’
内含子 外显子 转录终止子
• 真核生物启动子与基本转录因子及 RNA 聚合酶结合，起 始 hnRNA 的转录。
TATA 盒： 又称 Goldberg-Hogness 盒，转录因子 TFIID 的 结合位点，启动基因转录。
CAAT 盒：转录因子 CTF 的结合位点，决定启动子的转录 效率。
不同物种的基因组
人 (Homo sapiens) 小鼠 (M. musculus) 线虫 (C. elegans) 果蝇 (D. melanogaster) 酵母 (S. cerevisiae) 拟南芥(A. thaliana) 大肠杆菌 (E. coli) 艾滋病毒 (HIV)
基因组 (bp) 3 X 109 2.6 X 109 9.7 X 107
基因组 (Genome)
生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和， 以全长 DNA 的碱基对 (bp) 数目表示。
病毒基因组的一般特点
包括 DNA 或 RNA 病毒或者动物、植物及细菌病毒。 1. 大小相差很大：如乙肝病毒 3.2 kb 编码 4 种蛋白，痘 状病毒可达 300 kb，编码几百种蛋白。
2. 基因组可以是 DNA，也可由 RNA 组成，但每种病毒 只含 1 种核酸分子，呈线形或环形，双链或单链。
3. DNA 病毒基因组由连续的 DNA 分子组成，有的RNA 病毒是不连续的：如流感病毒基因组由 8 条 RNA 单 链分 子构成。
4. 常见基因重叠现象。
基因 B
基因 C
基因 A
A 和 B 完全重叠，A 和 C 部分重叠 病毒基因组大多序列用来编码蛋白。
珠蛋白、免疫球蛋白基因
组蛋白基因家族 rRNA 基因家族

第二章 基因的组织与结构

第二章 基因的组织与结构

哺乳动物的主要TEs－反转录病毒：哺乳动物和其他脊椎动物 的主要TEs是一组感染的反转录病毒，其插入在宿主时称原病 毒（provirus），两端正向重复可作为转录的增强子，启动子 和终止信号，内部顺序约5－10kb可编码几种蛋白包括反转录 酶和整合酶(integrase)及病毒外壳蛋白等。 反转录病毒含两个拷贝RNA分子可以是相同的或含等位基因， 感染后在宿主细胞内可以任一条RNA链为模板合成cDNA由整 合酶将其插入宿主基因组。人体内有约1－100或更多的整合的 反转录病毒拷贝，有无害的或是致病性的，如艾滋病毒HIV。 一些插入的反转录病毒可诱发癌症因其使细胞进入失去控制生 长状态，正常细胞基因由反转录转座子或其他机制转化为癌症 相关形式称为致癌基因。
可变剪接（alternative splicing）：许多基因可进行可变剪接
将不同的内含子切除，外显子和内含子均可选择地被切除或 保留而产生不同mRNA分子并具有特殊功能。
假基因(pseudogene)
假基因就是指核苷酸序列与其相应的功能基因基本相同，但却 不能合成出相应的功能蛋白的失活基因。 非加工假基因是突变（编码区及5‘区的碱基替换，缺失和重排） 产生的，5’区突变使得基因无法转录，而编码区突变可形成异常 或无功能蛋白质，其位置与正常功能基因相同。 加工的假基因与mRNA匹配而无5‘端和3’端及内含子因而通常是 不转录的，可能是mRNA由反转录酶形成互补DNA(cDNA)后插 入基因组中。 rRNA, tRNA和sn/scRNA基因假基因的重复亦出现且有时比正常 基因还多。 tRNA来源的假基因具有完好的内部启动子故可正常 转录可通过反转录后cDNA的插入而增加其数量。
剪接反应：将内含子两端糖-磷酸键断开并连接游离端产生连 续的mRNA分子，断口精确发生在内含子-外显子接口处而不 会产生移码。内含子剪切有5种U小核RNAs（U snRNAs）即 U1，U2，U4，U5，U6及其关联蛋白组成复合物剪接体 （spliceosome）的参与，snRNA-蛋白复合物与内含子结合折 叠成易于切除的构象（分支RNA结构-套索，lariat），需ATP 的参与。 低等真核及线粒体和叶绿体内前体-mRNA的剪接为RNA自我 剪接（self-splicing），其剪接的RNA前体中的内含子属II类内 含子（group II introns），其形成的套索与二级结构有关（与 snRNA和前体-mRNA内含子配对构型相似），有些象核酶自 催化的反应。

第二章基因组的结构与功能演示文稿

第二章基因组的结构与功能演示文稿
inside the nucleus of the cell in the familiar form of chromosomes; and a mitochondrial genome -outside the nucleus in the cytoplasm of the cell, usually in the form of one round chromosome (the mitochondrial chromosome).
④与进化有关 不同种属的高度重复序列的核苷酸序列不同，具有
种属特异性，但相近种属又有相似性。
⑤与个体特征有关
同一种属中不同个体的高度重复序列的重复次数不 一样，这可以作为每个个体的特征，即DNA指纹。 ⑥与染色体减数分裂时染色体配对有关。
第20页，共53页。
高度重复序列类型 （1）反向（倒位）重复序列
第二章基因组的结构与功能演 示文稿
第1页，共53页。
优选第二章基因组的结构与功 能
第2页，共53页。
Genome：
a set of integrated monoploid genetic material sum total in cellule or organism.
Structure of genome：
人基因组中，大约占60%-65％。
第26页，共53页。
三、多基因家族与假基因
multigene family：
from ancestral gene to group genes by repetition and mutation long time.
histone family: clustering in same chromosome.
第12页，共53页。

2第二章 基因、基因组与基因组学

2第二章 基因、基因组与基因组学
(侧翼序列)，参与基因表达调控。
2019/9/26
8
1、结构基因
① 原核生物的结构基因是连续的，RNA合成后不需 要剪接加工。
z
y
非结构基因 a
非结构基因
结构基因
2019/9/26
9
② 真核生物结构基因 由外显子（编码序列)和内
含子（非编码序列)两部分组成，编码序列不连续， 称为断裂基因（split gene / interrupted gene）。
医学分子生物学
第二章 基因、基因组与基因组学
南华大学生物化学与分子生物学教研室
目录 CONTENT
• 基因的结构与功能 • 基因组的结构和功能 • 基因组学 • 基因组复制 • 本章小结
PPAARRTT1 1
第一节
基因的结构与功能
基因的生物学概念 基因的现代概念
2019/9/26
3
一、基因的生物学概念
1909， W. L. Johannsen 将遗传因子改称为基因（gene），提出 基因型和表型的概念
1910，T. H. Morgan 证实基因在染色体上
2019/9/26
4
1944， M. McCarty & O. Avery 肺炎球菌转化实验
1952，A. Hershey & . Chase T4噬菌体感染细菌实验
25
3. 结构基因没有内含子，多为单拷贝，结构基 因无重叠现象；
4. 基因密度非常高，基因组中编码区大于非编 码区；
5. 重复序列很少，重复片段为转座子； 6. 有编码同工酶的等基因（isogene）；
2019/9/26
26
7、存在可移动的DNA序列
转 座 因 子 （ transposable element ） ： 能 够 在 一 个 DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段。

2-2基因在染色体上(教学课件) ——高中生物学人教版(2019)必修二

2-2基因在染色体上(教学课件) ——高中生物学人教版(2019)必修二

一个来自父方，一个来 自母方
同源染色体分离，
非等位基因自由组合
非同源染色体自由组合
基因和染色体行为存在着明显的平行关系
基因位于染色体上（假说）
请你在图中染色体上标注基因符号，解释孟德尔一对相对性状的杂交实 验。
P
配子 F1
F1配子
D
高 D D 减数 D
茎
分裂
D 高D D
×
受 精
D
作
d 高 减数 茎 分裂
亲本 XWXw × XwY
XW Y♂× XwXw ♀
配子 XW Xw Xw Y
XW Y
Xw
后代 XWXw XwXw XWY XwY
红眼(雌) 白眼(雌) 红眼(雄)白眼(雄)
摩尔根实 1 : 1 :
1
:1
际结的果实 ：验相该同12结，6果因与此基，1因该32位结于果常无染法12色验0 体证上假1时说1结5，果但
自由组合的时间： 减数分裂Ⅰ后期
AA BB
aa bb
AA
bb aa
BB
A B
A B
ab ab Ab Ab aB aB
非同源染色体上的非等位基因自由组合。 同源染色体上的非等位基因，是连锁的，不能自由组合的
形成配子
总结归纳
孟德尔遗传规律的现代解释
① 时间： 减数分裂Ⅰ后期 ② 细胞学基础： 同源染色体的分离
基因组计划却只测定人的24条染色体的DNA序列。
问题探讨
1. 对人类基因组进行测序，为什么首先要确 定测哪些染色体？ 因为基因在染色体上，要测定某个基因序列， 首先要确定该基因在哪条染色体上，如果要测 定人类基因组的基因序列，就要知道包含人类 基因组的全部染色体组由哪些染色体组成。

医学遗传学名词解释及大题

医学遗传学名词解释及大题

第二章基因1.反向重复序列：两个顺序相同的互补拷贝在同一DNA链上呈反向排列构成。

2.基因：是编码RNA或一条多肽链所必需的全部核酸序列（通常指DNA序列）。

包括编码序列、两侧的侧翼序列及插入序列。

3.割裂基因(断裂基因）：基因的编码序列在DNA上不是连续的，而是被不编码的序列隔开。

4.多基因家族（multigene famly）由一个祖先基因经过重复和变异所形成的一组基因。

5.假基因（pseudogene）在多基因家族中，某些成员在进化过程中获得一个或多个突变而丧失了产生蛋白产物的能力，这类基因称为假基因。

如：ψζ、ψα、ψβ6.突变(mutation)：包括基因突变和染色体畸变7.基因突变(gene mutation)：是指DNA分子中的核苷酸顺序发生改变，使遗传密码编码产生相应的改变，导致组成蛋白质的氨基酸发生变化，以致引起表型的改变。

8.自发突变或自然突变(spontaneous mutation)：在没有人工特设的诱变条件下，由外界环境的自然作用或生物体内的生理和生化变化而发生的突变。

突变频率很低。

9.诱发突变(induced mutation)：人工运用物理、化学或生物的方法所诱导的突变。

突变频率大大提高。

10.生殖细胞突变(germinal mutation)和体细胞突变(somatic mutation)突变体（mutant）：携带突变Gene的细胞或个体。

野生型（Wild type）：未突变Gene的细胞或个体。

11.突变的分子基础碱基替换(base substitution) 移码突变(frameshift mutation) 动态突变(dynamic mutation)12.碱基替换(base substitution)一种碱基被另一种碱基替换，又叫点突变(pointmutation)。

有两种形式：转换(transition)：DNA分子中一个嘌呤被另一个嘌呤替代或一个嘧啶被另一个嘧啶所替代。

分子遗传学-第2章-基因组

分子遗传学-第2章-基因组
福建农林大学 2012
第三节
真核生物基因组
福建农林大学 2012
3.1 概况
• 除非特别说明，真核生物基因组一般是指其核基 因组 • 真核生物基因组由多个 DNA 分子组成，每个皆 为双链线形分子 • 每个 DNA 分子皆与蛋白质结合，构成染色体， 染色体上有着丝粒结构，可以进行有丝分裂
福建农林大学 2012
福建农林大学 2012
细菌染色体与蛋白质结合形成环状结构域及超螺旋化
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病毒的一 般结构
蛋白质壳体
双层酯被膜
蛋白质刺突
（2130个） 蛋白质亚基
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烟草花叶 病毒（TMV）
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2.2 组织结构
• 基因簇
指功能相关的一组基因按一定顺序成串排列的现象
• 断裂基因
指一个基因的编码序 列在 DNA 上是不连续 的，被一些插入序列 （一般无编码功能） 所隔开。其中编码序 列称为外显子，插入 序列称为内含子。 DNA 转录为 RNA 后， 内含子序列必须切除。
福建农林大学 2012
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编码 RNA 的基因和编码蛋白质的基因皆可能有内含子 高等真核生物中大多数基因有内含子，但低等真核生物 中有内含子的基因较少 已发现在原核生物和细胞器基因组中也存在内含子 关于内含子的起源，主要有两种观点：
fungi
protists
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monera
protozoa
•生物进化从低等到高等，从简单到复杂，遗传信 息量不断增加。 •推论：基因组（C 值） 与遗传信息量应该是平行 的，也应该相应不断增大，二者是成正比的。 •从大的进化尺度看，这个规律是成立的；从小的 进化尺度看，在进化早期（低等生物进化阶段） 也是成立的，但在高等生物进化阶段显然不成立。

分子生物学-基因组和基因组学(二)_真题(含答案与解析)-交互

分子生物学-基因组和基因组学(二)_真题(含答案与解析)-交互

分子生物学-基因组和基因组学(二)(总分39.5, 做题时间90分钟)一、判断题1.基因组大小的增加主要是由基因的数目增加所引起的。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误真核生物基因组大小与基因的数目不直接相关。

2.多数细胞器的基因组DNA都是环形。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:正确3.双链RNA是左手螺旋。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误与双链DNA一样，都是右手螺旋。

4.富含GC碱基对的DNA比富含AT碱基对的DNA熔点高，主要原因是GC碱基对间有三对氢键而AT碱基对间只有两对氢键。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误主要原因是富含GC碱基A的DNA双螺旋中的碱基堆积力更高。

5.人类基因组中DNA的甲基化最主要发生在碱基G。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误6.人类基因组DNA中编码序列所占的比例大概是50%。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误人类基因组DNA中的非编码序列超过50%。

7.真核生物中指导蛋白质合成的结构基因大多数为非重复序列。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:正确8.真核生物的所有基因都含有内含子。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误少数真核生物的基因没有内含子。

9.A型、B型和Z型双链DNA都是右手螺旋。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误Z型双链DNA是左手螺旋。

10.双链DNA有紫外吸收，但双链DNA变性成为单链DNA后，不再有紫外吸收。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:错误单链DNA如果单链内部的配A，形成二级结构后，仍然有紫外吸收。

11.多细胞真核生物的基因组通常比单细胞真核生物的大。

SSS_JUDGEMENT正确错误分值: 1答案:正确12.线粒体的基因组DNA多数没有rRNA基因。

分子遗传学第二章 基因

分子遗传学第二章 基因

转座子与突变
玉米Ac-Ds转座子
转座的方式
反转录转座
Retrotransposons
切离转座
Cut and paste transposition
复制转座
Replicative transposition
ACCTTCAATGTGCCTGCCATGTATGTTGCTATCCAGGCTATGGCCGATGCCGAGGATATTCAGCCC CTTGTTTGCGACAATGGAACTGGGATGGTGAAGGCTGGTTTTGCTGGTGATGATGCTCCCAGGGC AGTATTTCCTAGTATTGTAGGTCGTCCCCGTCACACTGGTGTTATGGTTGGGATGGGCCAAAAAGAT GCTTATGTTGGTGATGAAGCCCAATCCAAGAGGGGTATTCTTACCTTGAAATATCCAATTGAGCACG GCATTGTCAGTAATTGGGATGACATGGAAAAGATCTGGCATCACACATTCTACAATGAGCTTCGTGTT GCTCCTGAAGAGCACCCAGTGCTTCTCACTGAAGCTCCTCTCAACCCTAAGGCCAACAGAGAAAA GATGACTCAAATCATGTTTGAGACCTTCAATGTGCCTGCCATGTATGTTGCTATCCAGGCTGTTCTC TCCCTGTATGCCAGTGGTCGTACAACTGGTATTGTGCTGGATTCTGGTGATGGTGTGAGTCACACT GTGCCAATCTACGAAGGGTATGCCCTCCCACATGCCATCCTCCGTCTGGACCTTGCTGGTCGTGAT CTTACTGATGCGTTGATGAAGACTCTCACTGAGAGAGGGTATATGTTCACCACCACTGCCGAACG GGAAATTGTCCGTGACATGAAGGAGAAGCTTGCATATGTTGCCCTTGACTATGAGCAGGAACTTG AGACTGCCAAGAGCAGCTCCTCTGTTGAGAAGAACTATGAATTGCCCGATGGACAAGTCATCACA ATCGGAGCTGAGAGATTCCGATGCCCAGAAGTCCTCTTCCAGCCATCTCTGATCGGAATGGAAGC TGCTGGAATCCATGAGACCACCTACAACTCTATCATGAAATGTGACGTGGATATCAGAAAGGATCTC TATGGAAACATTGTTCTTAGTGGTGGCTCAACCATGTTCCCTGGTATTGCTGACCGGATGAGCAAG GAGATCACTGCTCTTGCCCCAAGCAGCATGAAGATTAAGGTTGTGGCACCACCAGAGAGGAAGT ACAGTGTCTGGATCGGAGGATCAATCCTCGCATCCCTCAGCACCTTCCAGCAGATGTGGATTTCC AAGGGTGAGTACGACGAGTCTGGTCCATCTATTGTCCACAGGAAGTGCTTCTAAATTCTACAGCAG TGCTTTGATGGTGAGTTTTATTTCCATTTAGTTGGCTTTTCGTGTCATGTGTCATGTGAACTCAAAATT GGTTGAAGTGGAAAGTGTTGAGGTAGGATCACTGAAGGAGGGTATGATATTTTGGTCTTGATATGTC CTCTAGCTTTTCATCCGTGCGTGAGAGGCTTGCCTGTAGTTGTCCTCTGGATGTGGTGGGCAGAAA GCTGGTCCTCCAAAGTCCTTCCTCGGGTTGCATTATCTGTGGTTCAACCATTCCCTTCAGTAGGATG TTTGTAGCAGGAGAGTGATTGTGATGCTTTTTTTTTTATCCTTTCTTTTTTTTTTCTTTCTCTTCAATATT TGACGGTTTTTTTTTTTTCCCTGGGAACATTAATGTTAATAGCTATTGTATGAGAAAATTTTATGTTAGT GTCAGTTTGCGGTCATAAACTTTCTATGAAAACTATATTTAATCCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAA

基因组学

基因组学

我国水稻基因组计划 • 我国超级杂交稻（籼稻）基因组计划2001年7月启动， 2002年4月5日《Science》。
☆材料：籼稻“9311”。
☆完成单位：华大基因研究中心、中科院遗传与发育生物 学研究所等12个单位。 ☆水平：水稻基因组的总基因数约为46022～55615个，工 作框架图序列已覆盖水稻整个基因组92％以上的基因。
大肠杆菌基因组是双链环状DNA ， 全长4.6 ×106bp，含有4230个基因， 编码蛋白的序列占基因组的87.7%， 非编码的重复序列占0.7%，剩下 的11.6%可能起调控作用。
二、细菌和病毒基因组特点
4. 功能相关的几个基因排列在一起形成操纵子
如，乳糖操纵子结构
5. 存在重叠基因 如，ΦΧ174基因组为5386bp，
▲ 1986年3月，杜伯克在美国《科学》杂志上发 表了一篇题为《癌症研究的转折点：测序人类 基因组》的文章，这篇短文后来被称为人类基 因组计划的“标书”。
（一）人类基因组计划
• 1990年，美国国会批准美国的“人类基因组计划”在10月1日 正式启动。其总体规 划是准备在15年内（1990－2005）至少 投入30亿美元，分析人类的基因组30亿个碱基对。 • 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
四、基因组学的发展
（一）人类基因组计划
与曼哈顿原子 计划、阿波罗登月计划并称的人类科学 史上的重大工程。于1990年首先在美国启 动，后有德、 日、英、法、中等国的科学家先后正式加入。
（一）人类基因组计划
▲美国从70年代起启动了 “肿瘤计划”，但是， 不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。人 们渐渐认识到，包括癌症在内的各种人类疾病 都与基因直接或间接相关。测出基因的碱基序 列，Fra bibliotek是基因研究的基础。

系统生物学 第二讲 基因组学

系统生物学 第二讲 基因组学
• 卫星DNA的重复单位一般由2～70 bp组成，成串 排列。 • 卫星 DNA 占基因组的比例随种属而异，在 0.5 ～ 31% 范围内。
• 卫星 DNA 的碱基组成不
同于其它部分，故可用
等密度梯度离心法从基
因组中分离出来。
卫星DNA集中在异染色质区，特别是在着丝粒和端粒附近，通常不转录。 卫星DNA可能与染色体折叠压缩和配对分离有关，因此，又被称为结构DNA。
基因分类
• 第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能， 包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白 的调节基因 • 第二类是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 • 第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作 用，包括启动基因和操纵基因
基因组（genome）
数不一样，这可以作为每一个体的特征，即
DNA指纹 。
STR分析法已经成为法医学领域个体识别和亲
权鉴定的重要分析方法，可应用于司法案件调
查，也就是遗传指纹分析。
(2) 中度重复序列
中度重复序列(moderately repetitive sequence)在基因组 内重复数十次至数十万次，平均长度6×105bp，重复程度和 长度相差都很大，分散存在于基因组内。 中度重复序列中有编码序列，如rRNA基因、tRNA基因和组蛋 白基因等，其大量重复的拷贝有利于大量合成这些基因的表 达产物，以满足细胞的需要。也有不少非编码序列，如Alu家 族、Kpn I序列和可移动DNA成分等。 目前认为，大部分非编码的中度重复序列与基因表达的调控 有关，它们可能是一些与DNA复制、转录起始和终止有关的酶 及蛋白质因子的识别位点。
• 基因组（genome）一词系由德国汉堡大学H. Winkles 教授于1920年首创，从GENe和 chromosOME组成。用于表示生物的全部基因和 染色体组成的概念。

第二章基因操作的主要技术原理2

第二章基因操作的主要技术原理2
而将蛋白质从电泳凝胶中转移到硝酸纤维素滤膜上， 然后同放射性同位素125I标记的特定蛋白质之抗体进 行反应，这种技术叫做韦斯顿蛋白质杂交技术 （Western blotting）。
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nothernblot
Gene engineering
四、斑点印迹杂交和狭线印迹杂交
斑点印迹杂交（dot blotting）和狭线印迹杂 交（slot blotting ）是在Southern印迹杂交的基 础上发展的量种类式的快速检测特定核酸 （DNA和RNA）分子的核酸杂交技术。由于在 实验的加样过程中使用了特殊设计的加样装置， 使众多待测样品能够一次同步转移到杂交滤膜 上，并有规律地排列成点阵或线阵。这两项技 术更适应与核酸样品的定量检测。
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Gene engineering
尼龙膜
很强的抗张性，易于操作，与核酸分子 的结合能力大。 DNA以天然的形式从凝胶上转移到膜上， 在尼龙膜上进行原位碱变性。
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Gene engineering
尼龙膜或硝酸纤维素膜杂交的步骤
1)核酸印迹转移：将核酸样品转移到固体 支持膜上(毛细管作用)
2)印迹杂交： 将具有核酸印迹的滤膜同带 有标记的DNA/RNA进行杂交。
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Gene engineering
DNA + DMS
+ Saturating [Protein] Gel Shift
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Gene engineering
4、甲基化干扰实验（methyltion interference assay）
根据DMS（硫酸二甲酯）能够使G残基甲基化，而六氢吡 啶又能够特异切割甲基化的G残基这一原理，设计出了另一 种研究DNA与蛋白质相互作用的实验方法，即甲基化干扰 实验。这种技术可以检测靶DNA中特异G残基的优先甲基化 对而后的蛋白质结合作用究竟会有什么效应，从而更加详细 地揭示DNA与蛋白质之间相互作用的模式。

基因组的结构与功能(分子生物学))

基因组的结构与功能(分子生物学))
重复单位为AGGGTTCTTAAGTGTC， 表示为(AGGGTTCTTAA基因G组T的G结T构C与功)n能(分子生物学))
微卫星DNA：是由短的重复单元序列串联构成的 重复序列，重复单元一般为1～6bp，重复次数10~60次 左右，重复序列长度一般小于150bp。
如（AC）n
(TG)n
（CGG）n
➢ If not specified, “genome” usually refers to the nuclear genome
基因组的结构与功能(分子生物学))
基因组的结构与功能(分子生物学))
基因组的结构与功能(分子生物学))
不同的生物体，其基因组的大小和复杂 程度 各不相同
进化程度越高的生物其基因组越复杂
基因组的结构与功能(分子生物学))
Fragile syndrome
the Fragile X Mental Retardation 1 Gene (FMR1) trinucleotide repetitive sequence (CGG) expansion
基因组的结构与功能(分子生物学))
many CGG tandem repeats in the 5’UTR Normal individuals have 5 to 50 CGG repeats FXS carriers have 53-200 repeats (premutation) Premutation does not cause mental retardation, but there is a high risk when it is passed to the next generation through a female Affected individuals have more than 230 repeats (full mutation) In the full mutation, the FMR1 gene is “shut off” and prevents the production of the FMR1 protein, which is considered important for brain development Girls are only carriers of the disorder, so they show less severe effects
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组率，约为1,000,000个碱基对(base pairs，bp)
交换率或交换值或重组频率= 减数分裂的重组产物\减数 分裂的总产物
人类基因组计划—作图
构建遗传图谱的基本原理
真核生物遗传过程中会发生减数分裂，此过程中染色体要进行重组 和交换，这种重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的
远近而发生相应的变化。
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人类基因组计划-概述
HGP的技术成果:
主要体现在对人类基因组整体结构的认识， 即人类基因组遗传图、物理图、转录图、序 列图的完成，从而奠定了人类结构基因组学 基础。而人类基因图的完成，仍有大量工作 要做。
11
大 纲
1 2
基因、基因组与基因组学
人类基因组计划
HGP的概况 HGP的作图 HGP的测序 HGP的信息处理
8
人类基因组计划-概述
The Sequence of the Human Genome
Celera Genomics
16 FEBRUARY 2001 SCIENCE VOL 291 1304-1351
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人类基因组计划-概述
人类基因组草图基本信息
• 由31.65亿bp组成
• 含3～3.5万基因
• 与蛋白质合成有关的基因占2%
与“致病”基因的差异,只是同一位点上的等位基因的差异。 人与人之间基因组99，99%是相同的，差异仅万分之一，不存在优秀基因组之 说。不存在白种人基因组、黄种人基因组。人类只有一个基因组.
人类基因组计划—作图
四、转录图谱
把mRNA先分离、定位，再转录成cDNA，这就构成一张人类基因的转 录图，cDNA片段又称表达序列标签(expressed sequence tag，EST)， 因此转录图也称为表达序列图。人类基因组中仅1％～5％的DNA是编码 序列（基因）；成人各种组织中又只有约10％的基因表达为蛋白质。
酵 母 人 工 染 色 体
(YAC)
人类基因组计划—作图
BAC载体
• BAC (Bacterial artificial chromosome)即细菌人 工染色体，具有细菌染色体的特性，以细菌细胞为宿 主，能在细菌细胞中复制。以BAC为载体，可以乘载 约300kb的大片段DNA，是物理作图中目前用得最多
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基因组学及其分支
人类基因组计划—测序
人类基因组计划的测序
测序策略
全基因组散弹法 克隆重叠群法
测序技术
第一代测序技术 第二代测序技术 第三代测序技术
人类基因组计划—测序
大规模基因组测序的两种策略
• 全基因组霰弹法
（Whole Genome Shot-gun)
• 逐步克隆法（克隆重叠群法）
（Clone by Clone）
的大片段DNA载体。
• 优点：单拷贝复制，丌会因重组収生嵌合； 插入DNA的 提叏简单，便于机械化操作。
细 菌 人 工 染 色 体
（BAC）
人类基因组计划—作图
每一个菌落为带有相同 外源DNA片段的单克隆
BAC克隆的筛选
Contig
“STS-PCR反 应池”方案筛 选种子克隆
特定的STS标记
相互间具有重叠片段的 BAC克隆根据STS信息组装 成contig，并定位于基因组上
人类基因组计划—作图 黏粒
• 黏粒(cosmid)又称柯斯质粒
• 是Collins J 和Hohn B 等于1978年为克隆真核DNA 大区
段构建的带有粘性末端的cos位点质粒。即含有粘性位点 的质粒重组体。cosmid来源于噬菌体和质粒DNA的整合， 所能克隆的最大外源片段的DNA为45.9Kb。
制成图谱，克隆末端的数量决定了可排DN图的主要环节
染色体
大分子DNA的提取
DN人类基因组计划—作图
物理作图的方法
1. 限制酶作图
• 定义：将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。 • 局限性：只能应用于相对较小的DNA分子。对于DNA 分子长度<50Kb的片段，一般没有什么困难。而对于 >50Kb的DNA分子，可选用稀有切点内切酶酶切DNA。
人类基因组计划—作图
一个1000bp的DNA分子,用酶A、酶B、酶C切割，得到 如下片段（厦门大学考研试题）
• 酶A切割: • 酶B切割: • 酶C 切割: • 酶A＋B切割: • 酶B＋C切割: 75bp • 酶A ＋C切割:
1000bp 100bp、 200bp、 50bp、 75bp、
300bp、600bp 800bp 100bp、300bp、550bp 100bp、125bp、225bp、4
基因组学概念
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人类基因组计划-概述
人类基因组计划的研究目标
• 绘制人类基因组的高分辨遗传图谱 • 绘制人类及某些模式基因组的各种物理图谱 • 确定人类及某些模式生物的DNA全序列 • 收集、储存、传播和分析所得资料 • 发展用于此研究的一系列新技术
人类基因组计划-概述 2000年6月26日 值得载入人类自然科学史册的一个日子
• 第二代：简单序列长度多态性
（simple sequenece length polymorphisrns,SSLPs) –小卫星序列：（Minisatellite DNA） –微卫星序列：（Microsatellite DNA, MS）
• 第三代：单核苷酸多态性标记
（single nucleotide polymorphisms,SNP）
基因组学（genomics）
定义为研究基因组的结构组成、时序表达模 式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能的 进化信息。
4
基因、基因组与基因组学 基因组学包括3个丌同的亚领域
结构基因组学(structural genomics) 功能基因组学(functional genomics) 比较基因组学(comparative genomics)
国际“人类基因组计划”协作组 6 国 16
中心于当日 18：00（北京时间）同时宣布：
人类基因组计划“工作框架图”胜利完成
7
人类基因组计划-概述
Initial sequencing and analysis of the human genome
International Human Genome Sequencing Consortium NATURE VOL 409 15 FEBRUARY 2001 860-921
200bp、 375bp、425bp
确定此三种限制性内切酶在此DNA分子上的位置
人类基因组计划—作图 2. 序列标记位点作图
—大基因组物理图主流构建技术
• STS图谱是最基本和最为有用的染色体物理图谱之一 • 序列标记位点（Sequence tagged site, STS） :指一段短的DNA序列, 通常长度在100-500bp,易于识别, 在待研究的染色体或基因组中仅存 有1个拷贝。因此当2个片段含有同一STS顺序时，可以确认这两个片 段彼此重叠。 • STS图谱就是以STS为路标（平均每100Kb一个），将DNA克隆片段有序 地定位到基因组上
制性酶切位点、序列标签位点等）为标记,以Mb或
Kb作为图距绘制的基因组图。
物理图谱的基本原理是将每一条染色体敲碎、
分段克隆，利用重叠的方法将这些克隆头尾重叠相
连，就可以获得横跨和覆盖整条染色体的克隆群。
人类基因组计划—作图
物理作图的基本原理
• 物理图谱的本质是路标和克隆的测序
• 单一克隆或重叠克隆都不是图谱，重叠克隆的延续可以
染色体上构建连锁图。
遗传图谱(genetic map)又称连锁图谱(linkage map)或 遗传连锁图谱(genetic linkage map)：指基因组内基因和 专一的多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱。
人类基因组计划—作图
遗传图距的单位：厘摩（cM）。早期绘制的经典遗传图 谱的单位是重组率，1%的重组率为1个遗传单位。现代遗传 图谱的单位为厘摩(centi Morgan，cM)，1cM相当于1%的重
根据概率大小，人们就可以推断出同一条染色体上两点间的相对距离 和位置关系。
我们得到的这张图谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这
一距离(概率)为遗传距离(cM)，由此构建的图谱也称为遗传图谱。
人类基因组计划—作图
遗传作图的DNA（分子）标记
• 第一代：限制性片段长度多态性
（restriction fragment length polymorphisms,RFLP）
人类基因组计划—作图
二、物理作图
为什么要进行物理作图？ • 遗传学图谱分辨率有限 遗传学图的分辨率依赖于得 到的交换的数目。对于人类与 大多数真核生物来说，巨大数 量的后代不易获得。 • 遗传学图谱精确度有限
酿酒酵母chr3遗传图与物理图的比较
人类基因组计划—作图
物理图谱
定义：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（限
图谱意义
- 可以了解基因的精确位置和功能 - 可以了解不同时间不同基因的表达情况，不同组织中基因的表达情况 - 可以了解正常情况与不正常情况下基因的表达情况 - 与遗传图谱、物理图谱、序列图谱一起成为破译基因这部天书，了解生命的 真谛的基石
大 纲
1 2
基因、基因组与基因组学
人类基因组计划
HGP的概况 HGP的作图 HGP的测序 HGP的信息处理
利用EST（expressed sequence tags 表 达序列标签）作为标记所构建的分子遗 传图谱
• 序列图谱
通过基因组测序得到的，以A、T、G、C 为标记单位的基因组DNA序列
人类基因组计划研究的主要成果和进展表现在这“四张图”上
人类基因组计划—作图
一、遗传作图
定义：采用遗传学分析方法将基因或其他DNA顺序标定在