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）
基因组学答案 名词解释： 1基因组：生物的整套染色体所含有的全部DNA序列 2物理作图;采用分子生物学技术直接将DNA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，物理图的距离依作图方法而异，辐射杂种作图的计算单位为厘镭（cR），限制性片段作图与克隆作图的图距单位为DNA的分子长度，即碱基对 3单核苷酸多态性：基因组中单个核苷酸的突变称为点突变 4蛋白质组：基因组表达的最终结果是一组蛋白质 5开放阅读框：所有编码蛋白质的基因都含有开放读框，它们由一系列5指令氨基酸的密码子组成 6兼性异染色质：细胞中非持久性的异染色质，仅在某些细胞或细胞的某一阶段出现 7副突变：指在杂合子中某一等位基因影响同一座位上另一等位基因的表达 8表观遗传：不涉及DNA序列的编译，但基因的表达模式发生了可遗传的改变，并能通过有丝分裂和减数分裂将改变的基因表达模式传递给子细胞或下一代的过程 9染色质重建：染色质由收缩状态向伸展开放状态的转变 10基因组印记：印记基因的表达取决于它是在父源染色体上还是在母源染色体上，来自父源和母源的印记基因有所不同 1C值;指的是一个单倍体基因组中DNA的总量 2限制性片段长度多态性：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，可产生产生长度不同的限制性片段。3微卫星序列：其重复单位为1-6个核苷酸，由10-50个重复单位串联组成 4遗传作图：采用遗传学分析方法将基因或其它DNA分子标记标定在染色体上构建连锁图称之为遗传连锁图 5基因等高线：指连续分布的具有相似碱基组成的DNA片段，她们在基因组中成片相嵌排列 6组成性异染色质：这是所有细胞中均有的一种持久性的结构，这些染色质不含任何基因，总是保持紧密的组成状态 7基因组：生物的整套染色体所含有的全部DNA序列 8染色体重排：涉及染色体不同区段相对位置的重新排列，是基因组进化的重要途径之一 9转录物组：基因组在整个生命过程中所表达的全部转录产物的总和 10假基因：指来源于功能基因但已使其活性的DNA序列，有沉默的假设基因，也有可转录的假基因 基因组学简答题： 1生物基因中有哪些异常结构基因？ 重叠基因、基因内基因、反义基因 2有哪些DNA分子标记？ 限制性片段长度多态性、简单序列长度多态性、单核苷 酸多态性 3miRNA的生物学功能有哪些？ 1在ｍＲＮＡ翻译起始后干扰翻译的继续进行2在翻译的起始阶段阻止翻译起始复合物的组装3促使ｍＲＮＡ降解4遗传密码有什么特点？ 通用性、兼并性、摇摆、偏爱、偏离（课本230） 5真核生物DNA复制有哪些特点？ 1互补单链的合成以５’－３’极性方式进行 2ＤＮＡ两条分子链的合成在时间上和空间上的非对称性的 3ＲＮＡ其实合成不需要引物，但ＤＮＡ起始复制需要引物。 4细胞中新链ＤＮＡ的合成以碱基互补方式进行 6简述高等真核生物基因组序列组成。 高度重复序列，中度重复序列，单一序列，基因主要位于单一序列 7简述细胞器基因组起源的内共生理论 细胞器中基因表达的过程与细菌的情况相似。细胞器基因与细菌基因序列的相似性高于同源核基因。因此内共生学说认为线粒体和叶绿体是游离细菌的化身，他们曾于远古的真核细胞结合，并最终定居在真核细胞中。 8基因租的cpG岛有什么特点？ 1）已知的大多数的CPG岛都位于管家基因和大部分阻止专一性表达基因的5’侧翼区以及基因的第一个的外显子区。2）CpG 岛中双碱基CpG均为甲基化。而整个基因组中约60%-80%的CpG 军备甲基化。 9比较遗传图与物理图的组成可以得到什么启示？ 1）重组率随让染色体长度的增加而递减，人类的21号染色体的长臂的重组率为1Cm/Mb，短臂侧围2Cm/mb；2）大多数染色体近着丝粒区重组率受到抑制，远着丝粒区重组率趋向增加；3）染色体连锁不平衡的碱基组成和基因组成有明显的特征 10生物进化历程中，新基因有哪些产生方式？ 1基因加倍后的趋异2外显子或结构域洗牌3逆转录及其随后的趋异或重排4外源基因水平转移5基因裂变和融合6非编码序列转变为编码序列 论述题： 1叙述真核生物与原核生物基因组的差异。 1）真核基因组指一个五中的单倍体染色体组所含有的整套基因，原核一般只有一个环状DNA分子，其上所含有的基因为一个基因组：2）原核的染色体分子量较小，基因组含有大量单一顺序，真核基因组存在大量非编码序列：3）原核还含有各种质粒和转座因子：4）真核的基因组都是由DNA序列组成，原核基因组还可能由RNA组成 2概述基因组的研究内容 1）以原基因测序为目标的结构基因学；2）以基因功能鉴定为目标的功能基因学 3有哪些试验方法可以研究基因功能 剔除，RNA干扰，过量表达
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
第四章基因与基因组学（答案） 一、选择题 （一）单项选择题 1.关于DNA分子复制过程的特点，下列哪项是错误的? A.亲代DNA分子双股链拆开，形成两条模板链 B.新合成的子链和模板链的碱基互补配对 C.复制后新形成的两条子代DNA分子的碱基顺序与亲代的DNA分子完全相同 D. 以ATP、UTP、CTP、GTP和TDP为合成原料 E.半不连续复制 *2.建立DNA双螺旋结构模型的是： A.Mendel B.Morgan C.Hooke D.Watson and Crick E.Sthleiden and Schwann *3.下列哪个不属于基因的功能? A.携带遗传信息 B.传递遗传信息 C.决定性状 D.自我复制 E.基因突变 4.DNA分子中核苷酸顺序的变化可构成突变，突变的机制一般不包括： A.颠换 B.内复制 C.转换 D.碱基缺失或插入 E.不等交换 5.下列哪一种结构与割(断)裂基因的组成和功能的关系最小? A.外显子 B.内含子 C.TATA框 D.冈崎片段 E.倒位重复顺序 *6.在一段DNA片段中发生何种变动，可引起移码突变? A.碱基的转换 B.碱基的颠换 C.不等交换 D.一个碱基对的插入或缺失 E.3个或3的倍数的碱基对插入或缺失 7.从转录起始点到转录终止点之间的DNA片段称为一个： A.基因 B.转录单位 C.原初转录本 D.核内异质RNA E.操纵子 8.在DNA复制过程中所需要的引物是； A.DNA B.RNA C.tRNA D.mRNA E.rRNA 9.下列哪一项不是DNA自我复制所必需的条件? A.解旋酶 B.DNA多聚酶 C.RNA引物 D. ATP、GTP、CTP和TTP及能量 E.限制性内切酶 10.引起DNA形成胸腺嘧啶二聚体的因素是 A.羟胺 B.亚硝酸 C.5-溴尿嘧啶 D.吖啶类 E.紫外线 11.引起DNA发生移码突变的因素是 A.焦宁类 B.羟胺 C.甲醛 D.亚硝酸 E.5-溴尿嘧啶 12.引起DNA分子断裂而导致DNA片段重排的因素 A.紫外线 B.电离辐射 C.焦宁类 D.亚硝酸 E.甲醛 13.可以引起DNA上核苷酸烷化并导致复制时错误配对的因素 A.紫外线 B.电离辐射 C.焦宁类 D.亚硝酸 E.甲醛 14.诱导DNA分子中核苷酸脱氨基的因素 A.紫外线 B.电离辐射 C.焦宁类 D.亚硝酸 E.甲醛 15.由脱氧三核苷酸串联重复扩增而引起疾病的突变为 A.移码突变 B.动态突变 C.片段突变 D.转换 E.颠换 16.在突变点后所有密码子发生移位的突变为 A.移码突变 B.动态突变 C.片段突变 D.转换 E.颠换 *17.异类碱基之间发生替换的突变为 A.移码突变 B.动态突变 C.片段突变 D.转换 E.颠换 18.染色体结构畸变属于 A.移码突变 B.动态突变 C.片段突变 D.转换 E.颠换 *19.由于突变使编码密码子形成终止密码，此突变为 A.错义突变 B.无义突变 C.终止密码突变 D.移码突变 E.同义突变 *20.不改变氨基酸编码的基因突变为 A.同义突变 B.错义突变 C.无义突变 D.终止密码突变 E.移码突变 21.可以通过分子构象改变而导致与不同碱基配对的化学物质为 A.羟胺 B.亚硝酸 C.烷化剂 D.5-溴尿嘧啶 E.焦宁类 *22.属于转换的碱基替换为 A.A和C B.A和T C.T和C D.G和T E.G和C *23.属于颠换的碱基替换为 A.G和T B.A和G C.T和C D.C和U E.T和U （二）多项选择题
第一章基因组学 1、学习基因组学所面临的挑战和意义? 全面鉴定人类基因组所编码的结构和功能成分；发展对人类基因组的可遗传变异的详细理解；发展基于基因组学的方法来预测疾病的敏感性和药物反应，疾病的早期检验，以及疾病的分子分类；应用新的基因和代谢通路的知识开发有效的、新的疾病治疗方法发展；理解物种间的进化变异及其机制；关键农作物基因的克隆和功能验证；基于基因组的工具来提高农作物产量，解决世界粮食危机及全球温饱问题。 2、DNA作为遗传物质的优点？ 信息量大，集成度高；碱基互补配对，保证精确复制；核糖2’碳位脱氧，在水溶液中稳定性好；以T取代U，没有C脱氨变U的危险。 3、证明DNA双螺旋的证据？ 各种生物物理证据；X射线衍射图谱；碱基比例；模型构建。 4、DNA、RNA的两个重要化学差异有哪些？ 碱基组成；链数。 5、原核、真核生物基因组的不同点？ 原核生物：基因组为环状双链DNA分子；只有一个复制起始点；具有操纵子结构：指数个功能上相关的基因串联在一起,连同上游的调控区和下游的转录终止信号构成基因的表达单位：一般无重叠基因；基因是连续的,无内含子；编码区在基因组中的比例；基因组中重复序列很少；具有编码同工酶的基因(isogene)：同工酶是指具有相同催化功能而化学结构不同的酶,它受一个或几个基因座等位基因；分子中有多功能识别区域复制、转录起始区复制、转录终止区 真核生物：体细胞: 两套基因组（二倍体细胞）性细胞: 一套基因组（单倍体细胞）；基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点；mRNA为单顺反子：真核基因转录产物为单顺反子，即一种基因编码一种多肽链或RNA链，每个基因转录有各自的调节元件；含大量重复序列；非编码序列占90%以上；基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因(split gene) 即内含子,外显子；功能相关的基因串联在一起形成基因家族 7、真核生物染色体三大要素及功能？ 着丝粒：控制细胞分裂时染色体的取向和移动；端粒：防止染色体末端粘连，保证DNA长度稳定；复制原点：起始DNA复制。 8、染色体末端的端粒为什么很重要？ 维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解及染色体间相互融和；防止染色体结构基因在复制时丢失，解决了末端复制的难题。 9、人类基因组中存在哪些类型的重复DNA?
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。
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
200 ～200 学年第学期期末（中） 《基因组学》课程试题（ 1 ）卷 答案 一、名词解释（每题3分，共24分） 1、基因组：是指细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。 2、拟基因：是某一基因的非功能性拷贝，通常是因为发生了突变，其生物信息变得不可解读。 3、转化：是指受体细胞从环境中摄取供体细胞释放的DNA片段的过程。 4、核酸杂交：是指两个互补或部分互补的核酸分子形成稳定的碱基配对杂交体的过程。 5、密码偏倚：指特定生物的基因中并非平均地使用每个碱基密码子。 6、开放阅读框：编码蛋白的基因中翻译成蛋白质的那部分序列。 7、同源性检索：将一段DNA或氨基酸序列提交到数据库进行序列比对查询，以判断所查序列是否 与已知基因的序列相同或相似。 8、直向同源：指同源基因来源于不同种属生物之间，它们的共同祖先早于种属分化。 二、选择题（请将正确答案的代码填入括号内，每题2分，共10分） 1、C 2、A 3、D 4、B 5、A 三、判断正误，并改正（每题3分，共18分） 1、错误。线粒体基因组一般为环状DNA分子。 2、错误。转导是指通过细菌噬菌体将小片段DNA从供体菌转移到受体菌的过程。
3、错误。物理作图方法主要包括限制酶作图、荧光原位杂交和序列标记位点作图。 4、错误。表达序列标签（EST）是通过测定cDNA序列得到。 5、正确。某一新基因的功能还必须以实验证据来证明。 6、正确。 四、简答题（每题6分，共36分） 1、答：它们的主要区别包括：（1）原核生物基因组比真核生物基因组要小得多。（2）原核生物的基因数通常比真核生物的少。（3）原核生物基因组大部分无断裂基因，而真核生物基因基因一般都含有内含子。（4）原核生物基因组一般无重复序列，真核生物基因组则含了大量的重复序列。 2、答：传统基因组作图方法的包括：（1）遗传作图：即应用遗传学技术构建能显示基因以及其他序列特征在基因组上位置的图。（2）物理作图：既应用分子生物学技术来直接分析DNA分子，从而构建能显示包括基因在内的、序列特征的位置图。 3、答：遗传作图的DNA标记有：（1）限制性酶切片段长度多态性（RFLP），它是利用限制性内切酶消化不同基因组DNA，再电泳转膜，并与标记好的目的探针杂交所形成的差异。（2）简单序列长度多态性（SSLP）：是一系列不同长度的重复序列在不同基因组间的差异，包括小卫星和微卫星。（3）单核苷酸多态性（SNP）：是指基因组中存在的单个的碱基突变（点突变）。 4、答：鸟枪法测序主要是指首先进行单个测序反应，再将反应中得到的短序列通过检测重叠区从而推倒出完整的序列的方法。其优点在于能相对较快地测定小基因组的序列，并且不需要遗传或物理图谱；其主要缺点是从起始序列寻找重叠区域及构建序列重叠群的复杂性和数据分析的限制。 5、答：Northern杂交是将某一物种某一组织的RNA印迹到尼龙膜上，再与标记的目标探针杂交的方法，其主要用来检验某一目标序列中是否含有表达序列或分析目标基因表达的物种、时间、空间和表达量的差异。 6、答：确定基因功能的实验方法主要包括：（1）基因失活，该方法是功能分析的关键，一般是
真菌生命树的系统发生和系统基因组学 近二三十年来，分子系统发生学从最初的建立到不断发展，已成为真菌的比较生物学的重要研究手段。曾经仅局限于分类学的系统树如今已广泛地应用到真菌生物学中并为了解主要生命形式的进化、描述复杂的生物群落以及实验生物学的预测提供了广泛的进化进化理论基础。在基因组领域这一趋势愈发显著，系统发生学和基因组学逐渐结合到一起并孕育出了一门崭新的学科—系统基因组学。虽然这是一门年轻的学科，但它已经应用到通过进化关系来预测同源性和不规则基因，以及基于基因组范围的对离散同源序列数据基因组的最大量—至少是大量—的采样对比分析。下面，让我们来了解一些目前这一领域的相关进展：（i）基于多基因系统发育的真菌系统发生学目前的地位；（ii）目前在分类真菌界里的进化关系中的进化假说；（iii）通过基因组采样来推断进化关系的应用。 真菌分子系统学 作为真菌分子系统发育的第一个领域，rRNA在鉴定推断这一界的系统发生关系时发挥了极其重要的关系。rRNA以各种形态广泛分布在自然界中，含有核苷酸保守区域，并以此为基础促进了宇宙原初物种的进化。既而，rRNA核苷酸数据的收集和排序也因此变得浅显易懂并使真菌分子系统发生的研究从上世纪90年代开始呈指数级增长。虽然这些分析仅是基于少量的数据，但是针对真菌和类真菌的系统发生的研究已取得了大量的里程碑式的发现。这些发现包括异鞭毛水霉菌和黏液菌的胞外替换，动物界和真菌界间的封闭进化关系识别，壶菌，结合菌，担子菌，子囊菌的单元菌物鉴定，子囊菌和担子菌的单源支持及他们间的姊妹组关系。 ??尽管取得了这些进展，由于rRNA数据仅限于与之相关的功能，要不断地了解真菌世界的进化过程还需要掌握更多相似不同源基因，特别是蛋白质编码的基因。由于在真菌系统中最大的两个RNA聚合酶（RPB1 RPB2）和翻译延伸因子TEF广泛地得到应用，PCR技术和测序引物也随之得到极大发展。这些基因提供了对rRNA系统发育的测评支持，并提供了更多形态学和生物学上的稳定性测试,他们还提供了起始多基因系统发生产生的未加工数据，致使真菌系统发生从基因树形式过渡到物种树。 ??为使多基因系统发生得到进一步发展，真菌系统协会创办了Research Coordination Network Deep Hypha.该协会的主要宗旨在于加快收集真菌系统生命树的多基因序列数据采集。这也是AFTOL工程的贡献之一。该工程推动了以下六方面的核苷酸序列采集：细胞核小亚基rRNA，细胞核大亚基rRNA，线粒体小亚基rRNA，RPB1，RPB2和TEF---真菌中目和科的分类单元目标集（Lutzoni et al., 2004）。AFTOL筹集了2000多个分类单元的5000多条公开可用序列并发展了真菌中额外引物的数据采集（更多完整序列及引物请登录WASABI研办的网站：https://www.doczj.com/doc/9e7960548.html, Kauffet al.,2007]）。在多基因数据集的采集日趋完善的同时，基于模型的复杂核苷酸序列数据集系统发生分析算法也在不断发展。由于电脑处理器愈发强大以及相关计算分析软件的支撑(如:RAxML [Stamatakis,2006] GARLI [Zwickl,2008] MRBAYES[Ronquist and Huelsenbeck, 2003] and PhyloBayes [Lartillot and Philippe,2004] )，对大型多基因数据集的最大似然估计和贝叶斯计算如今也得到广泛应用。今年来对多基因编码数据的强化分析也提高了系统发生的分辨率测算(Matheny et.al.,2007; Hofstetter et.al.,2007)，并且证明了蛋白质编码的基因RPB1，RPB2和TEF比rRNA基因拥有更高层次的系统发生信息量（Townsend,2007; schoch et.al.,2009)。当我们把筹集相对大的多基因序列以及分析他们的能力有机地结合在一起时，我们就获得了目前对于真菌进化的最精确的了解。 真菌生命树 这里提到的真菌生命树，我们是指单源种的真菌界以及其下的各个亚门中所包含的。简明起见，这里不再讨论真菌以外的其它门类（例如：卵菌门），尽管他们很重要并且很多学者也在研究。我们的讨论将集中在更高级的分类学中，侧重于真菌进化中主要的真菌进化枝。
比较基因组学 摘要：比较基因组学是在基因组图谱和测序的基础上, 利用某个基因组研究获得的信息推测其他原核生物、真核生物类群中的基因数目、位置、功能、表达机制和物种进化的学科。该学科在后基因组时代是一门重要的工具学科。通过不同物种间的基因组序列比较, 可以发现生物体中蕴涵的大量生物学信息,其发展及所取得的成果与序列的积累相同步, 尤其是人类全基因组序列的分析与比较使比较基因组学成为整个生物学领域最新、最重要、进展最快和影响最大的学科之一。 关键词：比较基因组学；同源性；单核苷酸多态性；拷贝数多态性 世界范围内的多物种基因组计划和各类测序工作已经形成了海量的序列数据资源，它们正在使基因组研究发生革命性变化，信息和新技术的迅速发展也表明：分子遗传革新将是今后几十年的发展方向。尤其是从整体上而不是仅仅从某个或少数几个基因入手来研究生物体基因组的机能，己经在短短几年迅速发展壮大起来，比较基因组学已成为解读海量基因组序列数据及其相关生物学含义的强有力工具。通过物种之间的一比较能够了解基因组的进化，从而加速对人类基因结构和功能的了解。为阐明基因表达机制提供重要线索。达到从根本上了解认识生命的起源，物种及个体差异的原因，疾病产生的机制以及长寿、衰老等困扰着人类的最基本的生命现象，最终解析生命奥秘。 比较基因组学是通过对不同物种的基因组数据进行比较分析，揭示彼此的相似性和差异性，以了解不同物种进化上的差异，综合这些信息能进一步帮助我们了解物种形成的机制、基因或基因组上非编码区的功能。 1、种间比较基因组学 比较基因组学的基础是相关生物的相似性，序列间有显著的相似性即意味着序列之间有同源关系。同源是指被比较的物种是由共同的祖先经过自然选择进化而来。同源又可分为两种：直系同源和旁系同源直系同源的序列因物种形成而被区分开，若一个基因原先存在于某个物种，而该物种分化为了两个物种，那么新物种中的基因是直系同源的;旁系同源的序列因基因繁殖而被区分开，若生物体中的某个基因被复制了，那么两个副本序列就是旁系同源的。直系同源体通常有相同或相似的功能，但旁系同源体则不一定：由于缺乏原始的自然选择的力量，一繁殖出的基因副本可以自由的变异并获得新的功能。所有现代物种都是由相关的物种演化而来，现代的每一个基因都是由其它基因演化而来的。每一个基因都可以在其相关物种中找到直系同源基因，大部分的基因都可以在同一物种中找到旁系同源基因。如果两个物种非常相近，它们的基因组相关性就越高，基因组会表现出同线性，即基因序列的部分或全部保守。这样就可以利用模式基因组之间编码顺序上和结构上的同源性，通过已知基因组作图信息定位另外基因组中的基因，从而揭示基因潜在的功能、阐明物种进化关系及基因组的内在结构。 此外比较基因组分析还扩展到对序列相似性的分析、基因位置的比较、基因编码区长度或外显子数的变异、基因组上非编码区的比例、进化关系较远的物种间高度保守区域的比较
基因组学专题课程作业 考试题目： 假如你发现一个新基因，请利用基因组学的思路，方法，技术路线设计可 行的假如你发现个新基因，请利用基因组学的思路，方法，技术路线设计可行的实验方案，研究它的功能，寻找出它所影响的下游基因，可能与此蛋白相互 作用的其它蛋白，以及调控它表达的上游基因。（选择一个你所熟知的模式生物。） 答案： 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类 生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无 处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工 农业、环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在疾病的预防和治 疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致 耐药性的产生。微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但 是微生物也有有益的一面。青霉素的发现对医药界来讲是一个划时代的发现。 后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。一些微生物被广泛应用 于工业发酵，生产食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废 水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极 端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生 命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以
1.什么是基因组学？基因组学有哪些特点？ 以基因组分析为手段，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进化信息的一门学科。特点：Genome sciences are sequence-based，Genome sciences are data-guided (not so hypothesis-driven)，Genome sciences is a systematic approach。 2.什么是模式生物？ 生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种被选定的生物物种为模式生物。在人类基因组计划中，包括对五种生 物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。 3.人类基因组计划是哪一年完成的？在科学上有什么意义？ 2000年完成了人类基因组“工作框架图”。2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。 意义： 首先,获得人类全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理,为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。 第二,破译生命密码的人类基因组计划有助于人们对基因的表达调控有更深入的了解。4.基因组学的发展方向是什么？ 5. 3 大公共DNA 数据库名称是什么？ EMBL,GenBank，DDBJ。 6.什么是一级数据库和二级数据库？ Primary Databases：Original submissions by experimentalists，Content controlled by the submitter。 Derivative Databases：Built from primary data，Content controlled by third party。 7.什么是NCBI 的Refseq？什么是Unigene？Unigene 和Refseq 的区别和联系。 RefSeq (accessible via the main page of NCBI) provides an expertly curated accession number that corresponds to the most stable, agreed-upon “reference” version of a sequence. Unigene：MegaBlast based automated sequence clustering，Nonredundant set of gene oriented clusters，Each cluster a unique gene，Information on tissue types and map locations，Includes known genes and uncharacterized ESTs，Useful for gene discovery and selection of mapping reagents。 8.GEO 是什么类型数据库，主要包含什么类型数据？ 9.大致介绍一下UCSC GENOME BROWSER？ Stands for “Encyclopedia Of DNA Elements”，Public research consortium to carry out a project to identify all functional elements in the human genome sequence，Launched by The National Human Genome Research Institute (NHGRI)，Conducted in three phases:pilot project phase，technology development phase，planned production phase。 10.HAVANA 基因是什么类型数据？ 11.什么是细菌人工染色体（BAC） 是指一种以F质粒（F-plasmid）为基础建构而成的细菌染色体克隆载体，常用来克隆150kb左右大小的DNA片段，最多可保存300kb个碱基对。 12.什么是遗传图谱？用来构建遗传图谱的标记有哪些？
附件1： 二、课程性质、地位和任务 《比较基因组学》是在基因组图谱和序列分析的基础上，对已知基因和基因的结构进行比较，了解基因的功能，表达调控机制和物种进化过程的学科。它通过对不同物种的基因组数据进行比较分析，揭示彼此的相似性和差异性，以了解不同物种间进化上的差异。进行基因组比较分析时，研究并不仅限于基因编码区，还扩展到对序列相似性的分析、基因位置的比较、基因编码区长度或外显子数的变异、基因组上非编码区的比例、进化关系较远的物种间高度保守区域的比较分析等等（例如从最简单的细菌到非常复杂的人类基因组之间的比较）。比较基因组学和其它相关学科（如分子生物学、生物信息学和遗传学等）的交叉渗透，起着承前启后的作用，对这些学科的基础理论研究和生产实践都将产生巨大的影响。 通过本课程的学习，希望使学生了解比较基因组学在生物学研究领域的重要地位，发展现状，能够全面掌握基因组学的发展历史，病毒、原核生物和真核生物的基因组结构，基因组水平上的遗传图谱与物理图谱的绘制，基因组的测序与序列组装，基因组的比较分析，基因组水平的表达与调控以及基因组进化的分子机制以及进化模式。 三、课程基本要求 理论和知识方面： 通过课程讲授，使学生了解比较基因组学诞生的背景、发展概况和应用前景；掌握比较基因组学的基本理论和基本分析方法，包括基因组的结构、基因组水平上的遗传物理图谱绘制、基因组的测序与组装、基因组水平的基因表达与功能研究、基因组的比较分析（外显子数目、共线性分析、基因组上非编码区的变异）、基因组与生物进化等。 能力和技能方面： 以系统的理论知识学习为主，并以课堂讨论当前不断发展的基因组学新知识和新动态为辅助内容，在了解掌握基因组学基本知识的基础上，针对该学科的特点，要求学生能够进行简单的比较基因组学分析。同时注意培养分析思考问题的能力，能运用比较基因组学知识分析鉴定重要的功能基因，并在课堂上介绍当前一些领域的最新动态。课堂教学、课堂讨论、国内外发展动态介绍是基本学习方法。 四、课程内容及学时分配 第一章绪论（3学时） 教学基本要求：通过对引论的学习，明确比较基因组学的含义，比较基因组学的研究对象、内容和课程的主要任务，了解比较基因组学的发展历程及其展望，为学习好本门课程奠定良好基础。 教学重点和难点：基因组学及比较基因组学的产生及概念，比较基因组学的研究内容 教学方法与手段：多媒体教学、自学与课堂讨论相结合 第一节基因组学与（比较基因组学）的含义、研究范畴和发展历程 第二节病毒、原核生物和真核生物基因组的特点 第三节人类基因组计划
200～200 学年第学期期末（中） 《基因组学》课程试题（ 1 ）卷 答案 一、名词解释（每题3分，共24分） 1、基因组：是指细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。 2、拟基因：是某一基因的非功能性拷贝，通常是因为发生了突变，其生物信息变得不可解读。 3、转化：是指受体细胞从环境中摄取供体细胞释放的DNA片段的过程。 4、核酸杂交：是指两个互补或部分互补的核酸分子形成稳定的碱基配对杂交体的过程。 5、密码偏倚：指特定生物的基因中并非平均地使用每个碱基密码子。 6、开放阅读框：编码蛋白的基因中翻译成蛋白质的那部分序列。 7、同源性检索：将一段DNA或氨基酸序列提交到数据库进行序列比对查询，以判断所查序列是否 与已知基因的序列相同或相似。 8、直向同源：指同源基因来源于不同种属生物之间，它们的共同祖先早于种属分化。 二、选择题（请将正确答案的代码填入括号内，每题2分，共10分） 1、C 2、A 3、D 4、B 5、A
三、判断正误，并改正（每题3分，共18分） 1、错误。线粒体基因组一般为环状DNA分子。 2、错误。转导是指通过细菌噬菌体将小片段DNA从供体菌转移到受体菌的过程。 3、错误。物理作图方法主要包括限制酶作图、荧光原位杂交和序列标记位点作图。 4、错误。表达序列标签（EST）是通过测定cDNA序列得到。 5、正确。某一新基因的功能还必须以实验证据来证明。 6、正确。 四、简答题（每题6分，共36分） 1、答：它们的主要区别包括：（1）原核生物基因组比真核生物基因组要小得多。（2）原核生物的基因数通常比真核生物的少。（3）原核生物基因组大部分无断裂基因，而真核生物基因基因一般都含有内含子。（4）原核生物基因组一般无重复序列，真核生物基因组则含了大量的重复序列。 2、答：传统基因组作图方法的包括：（1）遗传作图：即应用遗传学技术构建能显示基因以及其他序列特征在基因组上位置的图。（2）物理作图：既应用分子生物学技术来直接分析DNA分子，从而构建能显示包括基因在内的、序列特征的位置图。 3、答：遗传作图的DNA标记有：（1）限制性酶切片段长度多态性（RFLP），它是利用限制性内切酶消化不同基因组DNA，再电泳转膜，并与标记好的目的探针杂交所形成的差异。（2）简单序列长度多态性（SSLP）：是一系列不同长度的重复序列在不同基因组间的差异，包括小卫星和微卫星。（3）单核苷酸多态性（SNP）：是指基因组中存在的单个的碱基突变（点突变）。 4、答：鸟枪法测序主要是指首先进行单个测序反应，再将反应中得到的短序列通过检测重叠区从而推倒出完整的序列的方法。其优点在于能相对较快地测定小基因组的序列，并且不需要遗传或物理图谱；其主要缺点是从起始序列寻找重叠区域及构建序列重叠群的复杂性和数据分析的限制。
课程名称基因组学 硕士课程论文 题目:基因枪技术在植物学研究中的应用 学科专业: 植物学 年级: 2012 学号: 2012210632 研究生:侯敏指导教师:查笑君 论文提交时间: 2012 年 12 月 11 日 基因枪技术在植物学研究中的应用
摘要基因枪是当今研究中一种重要的基因转移方法,在各个应用领域都显示出了其独特的优越性,因而广受重视;与此同时,基因枪技术本身也在实践中不断发展和完善。本文在回顾和总结基因枪技术使用原理的基础上,综述了基因枪在植物学研究中的应用。 关键词基因枪;植物学;基因转移;应用 Appl ication of Particle Bombardment in the Research of Botany Abstract As an important means of gene delivery , gene gun technology has showed its superiority in many application fields of gene engineering , and so has gained wide attention. At the same time , gene gun technology is also evolving in practice. Upon the retrospection and of the gene gun principles , the application of the gene gun in the Botanical Research was summaried. Key words Gene gun ; botany ; gene delivery ;application 1 基因枪技术的转化原理与发展 近年来转基因技术以前所未有的速度进步人们已经不再满足于单个基因成功插入原有生物的基因组中而是把目光放在插入基因的成功表达和产。然而自然界的生物体是十分复杂的有机整体许多的功能性状并不是单个基因可简单调控的即使像海藻一样简单的双糖在酵母中的代谢途径也需要个基因产物的直接参与。目前进行多基因转化研究的主要技术手段有两种一种是单质粒载体的转化即几个目的基因和标记基因在同一载体质粒上另一种是目的基因和标记基因位于不同的载体上的共转化研究后者的主要优点在于能在分离的世代中把在生产中没有意义的基因分离同时也可以转入更多的外源基因基因枪转化方法则是实现其转化的主要途径。 基因枪技术( Particle gun) ,又称生物弹或生物发射法(Biolistic process) 、粒子轰击技术( Particle bombardment) 和高速微粒子发射技术( High - velocity microprojectile) 。其原理是利用高速飞行的微米或亚微米级惰性粒子(钨或金粉) ,将包被其外的目的基因直接导入受体细胞,并释放出外源DNA ,使DNA 在受体细胞中整合表达,从而实现对受体细胞的转化。根据动力来源不同,基因枪可大体分为火药式( Gunpowder )、放电式( Elect ric discharge) 和气动式（Pneumatic) 3 种类型。1987 年美国康乃尔大学的J . C. Santord 等设计制造的火药式基因枪是最初的基因枪。到目前为止还有以化学推进剂为动力(弹药枪) 和以放电为动力(电子枪) 用于粒子轰击细胞的新工具,特点是能转化有细胞壁的植物细胞,并能直接向细胞器中输入DNA ,或用来转化花粉以避开组织培养的操作。在全面推广粒子枪之前还要进行开发和改良,更有效的电子枪会取代弹药枪。 2 基因枪法在禾谷类作物遗传转化中的应用 2．1 转化目的基因改良作物性状在用基因枪法转化禾谷类作物的研究中,转化的目的基因主要有抗除草剂基因、抗虫基因、抗病基因、雄性不育基因等。 2.1.1 转化抗除草剂基因 抗除草剂基因既可用作选择标记基因建立遗传转化系统,又能作为目的基因,使转基因作物在生长期间可使用除草剂除草,从而免去人工除草工作,节省了大量劳力。常用的抗除草剂基因是PPT 乙酰转移酶基因(又称bar 基因) ,抗除草剂bialaphos。用基因枪法将bar 基因转化小麦[、水稻、玉米、高粱,均获得了抗除草剂植株。 2.1.2 转化抗虫基因 在禾谷类作物中,用基因枪法转化的抗虫基因主要是苏云金芽孢杆菌的晶体蛋白基因(Bt 基因) ,而且在玉米中报道得较多,王国英等用基因枪法将Bt 基因转化玉米胚性愈伤组织,获得了转Bt 基因的植株,对一个转Bt 基因植株的杂交后代进行了玉米螟抗性的田间鉴定,抗虫和感虫植株的比例接近1∶1 ,符合孟德尔单显性基因的遗传规律。在水稻中,用改良的苏云金杆菌δ—内毒素[cryIA(b) ]基因经基因枪法转化,获得了能育的抗黄茎钻蛀虫转基因粳稻植株。 2.1.3 转化抗病基因 简玉瑜等用基因枪法将抗菌肽B(cecropin B) 基因导入水稻得到了转基因植株,对T3 代抗白叶枯