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基因组测序与序列PPT课件

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人类基因组计划与基因测序ppt课件

人类基因组计划与基因测序ppt课件

ppt课件.
31
第四代测序技术——纳米孔测序技术
原理：分子在通过纳米孔道时，会对通过纳米孔的电流，或横 穿过纳米孔的电流（隧穿电流）产生影响，而每种不同的分子 通过时，对电流产生的影响具有可区别的差异。于是利用这种 差异，纳米孔测序技术就可以识别基因中碱基（对）的排列顺 序。
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9
1号染色体——生命。讲生命的诞生，来源。 2号染色体——物种。人类发展和近亲之间的分别。
人
3号染色体——历史。孟德尔以及其他科学家在遗传学上做出的贡献。 4号染色体——命运。你的命运完全在你的基因里。
种
5号染色体——环境。推翻让读者觉得基因是简单的分割开来的。
自
6号染色体——智慧。基因的存在不是为了致病的 7号染色体——本能。解释行为遗传学和进化心理学结论对人类的影响。
对的碱基在原样品DNA分子上
的位置。此后各组反应物通过聚
丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，通
过放射自显影检测末端标记的分
子，并直接读取待测DNA片段
的核苷酸序列。
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22
第二代测序技术
特点：
大大降低了测序成本的同时，
大幅提高了测序速度，
持了高准确性，
序列读长方面起第一代ppt课测件. 序技术则要短很多。
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7
人类基因组计划——概述
人类基因组计划(human genome project, HGP)： 是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美 国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预 算达30亿美元的人类基因组计划。 意义： •人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大 科学计划。 •被誉为生命科学的“登月计划”。 中国： 中国于1999年9月积极参加到这项研究计划中的，承担其中1% 的任务，即人类3号染色体短臂上约3000万个碱基对的测序任 务。中国因此成为参加这项研究计划的唯一的发展中国家。

基因组测序与序列PPT课件

基因组测序与序列PPT课件
集中分布于染色体的特定区段（如端粒，着丝粒等）
也称卫星DNA
➢ 中度重复顺序： 一般分散于整个基因组中； 长度和拷贝数差别很大
➢ 单一顺序： 基因主要位于单一顺序
动物中单一顺序约占50％ 植物中单一顺序约占20％
.
7
顺序复杂性
❖ DNA 的复性 遵循二级反应动力学，可表述为： dCt / dt = -KC02 反应达 t 时，单链DNA浓度 = Ct C0 = 单链 DNA起始浓度 K＝ 复性速度常数
1 ATAC G TTA
2 2GCTGTAT GTAAGT CAT
4 C4GATCTGA GT TAATG A
3 3TA C G T TA G A
5 G TTAG ATC
1 ATAC G TTA
3 TACGTTAG
4 ACGTTAGA
2
C G TTAG AT
5
G TTAG ATC
计算机分析杂交图象 并由探针的重叠情况 推导样品的核酸序列
.
4
什么是C 值？
▪通常是指一种生物单倍体基因组DNA的 总量.
在真核生物中，C值一般随着生物的进化而 增加，高等生物C值一般大于低等生物。
C值悖理：
生物的复杂性与基因组的大小并不完全成比 例增加
.
5
阴影部分为一个门内C-值的范围
动物Leabharlann 真菌 等细菌.
6
重复顺序
➢ 高度重复顺序： 长度：几个——几千个bp 拷贝数：几百个——上百万个 首尾相连，串联排列
↓ 电泳,读取DNA的核苷酸顺序
.
23
Maxam-Gilbert 法所用的化学技术
碱基 G
A+G
C+T C

基因组测序的原理与方法ppt课件

基因组测序的原理与方法ppt课件
ppt课件.
大规模基因组测序的 原理与方法
1
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“基因组”----生命科学的“元素周期表 ”
元素周期表
元素周期表的发现奠定了二 十世纪物理、化学研究和发展的 基础
人体解剖图奠定了现 代医学发展的基础
“基因组序列图”将奠定二十一世纪生 命科学研究和生物产业发展的基础！
2
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基因组学的基础理论研究
12
PCR（聚合酶链式反应）原ppt课理件.
反应所需物质：DNA模板、引物、DNA聚合 酶、dNTP、缓冲液 每个循环包括：变性（90℃）、退火（54 ℃）、延伸（72 ℃）
13
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Sanger 双脱氧末端终止法测序原理
14
DNA自动测序仪的发展 ppt课件.
自动荧光垂直板凝胶电泳测序仪 代表：ABI公司377型垂直板自动测序仪 96个泳道 读长高达700-800 bp 日分析能力达300个样品
STS图谱是最基本和最为有用的染色体物理图谱之一，STS （Sequence Tagged Site)本身是随机地从人类基因组上选 择出来的长度在200～300bp左右的特异性短序列（每个STS 在基因组中是唯一的，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。
The genom e D N A
3 ,0 0 0 ,0 0 0 K b p
= 7 .3 7 2 8
29
48 superpools
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每 组 个
共 个
48
8
每8个96孔板组成1个superpool，384个96孔板组成48个superpools
30
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生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt

生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt

VS
详细描述
这些技术各有特点，适用于不同的基因组 编辑需求。例如，基于人工核酸酶的基因 组编辑技术包括人工核酸酶和DNA修复 酶的组合应用，可以实现更加精确和高效 的基因组编辑。基于DNA同源重组的基 因组编辑技术则适用于对精确度要求较高 的基因组编辑实验，如基因敲入等。
05
CATALOGUE
基因测序与基因组编辑技术的 应用案例
详细描述
TALENs由多个氨基酸模块组成，每个模块能够识别一个DNA碱基，从而实现特异性的 DNA序列识别。TALENs技术已经广泛应用于基因敲除、基因敲入和基因激活等基因组
编辑实验。
CRISPR-Cas9系统
总结词
一种基于细菌免疫系统的基因组编辑技术， 通过RNA指导的Cas9蛋白识别并切割DNA 序列。
生物技术：基因测序与基 因组编辑技术讲解培训
汇报人：可编辑
2023-12-23
CATALOGUE
目 录
• 基因测序技术概述 • 基因测序技术分类 • 基因组编辑技术概述 • 基因组编辑技术分类 • 基因测序与基因组编辑技术的应用
案例 • 基因测序与基因组编辑技术的挑战
与前景
01
CATALOGUE
基因测序技术可以用于生物进化研究 中，通过对不同物种的基因序列进行 比较，揭示生物的进化历程和演化机 制。
药物研发
基因测序技术可以用于药物研发过程 中，通过对药物作用靶点的基因序列 进行分析，提高药物的研发效率和针 对性。
基因测序技术的发展历程
1970年代
基因测序技术的雏形出现，主 要是通过化学降解法测定DNA
基因组编辑技术的原理
基因组编辑技术主要基于CRISPR-Cas9系统，通过向导RNA的引导，Cas9核酸酶能够精准地切割目 标DNA序列，从而实现基因组的编辑。

基因组学_课件_4基因组测序与序列组装

基因组学_课件_4基因组测序与序列组装

• 重要区域的优先测序
– 人类疾病相关基因，功能相关的基因常常聚集 在染色体的特定区域，优先选择基因富集区测 序。
–人类主要组织相容性复合区（human major histocompatibility complex, hMHC ），与 人类免疫系统有关，6号染色体，3.6Mb，平均 每16kb 1个基因，多态性最丰富的区域，有些 座位等位基因成员超过200个
• 基因组计划的最终目标是获得所研究的生物的完 整的DNA顺序。最佳状况是将物理图谱和遗传图谱 进行有机整合，以确定基因以及其他重要的序列 在DNA顺序中的位置。
• 主要内容： • 1.DNA测序的方法 • 2.DNA序列的组装 • 3.基因组测序的其他路线 • 4.人类基因组的测序和组装
测
• DNA测序技术主要有两种方法，都是在20 世纪70年代中期发明的。
• 首先在整个水稻基因组上生成许多已知长度的DNA切片， 然后使它们按DNA序列的重合区域进行排列。这些切片数 量足以覆盖水稻基因组４次。接着，确定每个切片的碱基 对序列，并用计算机程序将其组装成更长的片段，然后将 这些片段排序、装配成１０万多个被称为支架的更大组件。
• 设计出的软件重点是通过支架水平上的接近来进行组装， 并采取了独特的重复序列处理算法，可识别并暂时屏蔽占 水稻基因组约40％的重复序列。这样做的好处是既能减少 计算量，又最大限度降低了错误拼接的可能性。
• 根据克隆插入子两端的DNA序列查找与之连接的克 隆建立重叠群，直到覆盖整个DNA片段，甚至染色 体
• 拟南芥基因组的测序完全依据克隆重叠群，先进 行各个BAC克隆的随机测序，再进行序列组装
• 引导鸟枪法
–构建插入片段为2kb的人类基因组质粒， 每个克隆经双向测序可读500bp

生物科技的基因组测序课件

生物科技的基因组测序课件

感谢您的观看
汇报人：
基因信息泄露的风险和后果严 重
需要建立完善的基因信息保护 制度和技术保障措施
对基因信息的应用需要遵循伦 理规范和法律规定
基因信息隐私 保护
基因信息安全 管理
基因歧视问题
基因信息交流 与共享问题
基因组测序的未 来展望
新一代基因测序技术将更加准确、快速、经济 基因大数据的积累和分析将助力精准医疗个性化方案制定 人工智能和机器学习在基因测序分析中的应用将进一步提高精准医疗的效率和精度 基因测序技术的不断进步将推动精准医疗领域取得更大的突破和创新
基因组测序的应 用领域
遗传病诊断 癌症治疗 药物研发 个性化医疗
基因组测序在生物制药中的应用： 利用基因组测序技术，发现新的药 物靶点，为新药研发提供基础数据。
基因组测序在个性化治疗中的应用： 根据病人的基因组测序结果，为病 人制定个性化的治疗方案，提高治 疗效果。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
基因组测序的技 术瓶颈
试剂耗材：高质量的试剂与 消耗品价格不菲
仪器设备：高昂的设备价格 与维护费用
数据分析：需要专业的技术 人员进行数据处理与分析
知识产权：对于某些特殊基 因组，存在知识产权问题需
要解决
基因组测序的原理 测序速度慢的原因 提升测序速度的方法 未来测序技术的发展趋势
基因组测序的深度是影响检测准确性和全面性的关键因素 深度过浅可能导致检测结果不准确，漏检基因突变 深度过深则会增加测序成本和数据分析难度 目前基因组测序的深度一般需要在几十倍到几百倍之间
特点：具有高精度、高速度和高通 量等优点，同时还能避免PCR扩增 偏差和光学干扰等问题
发展前景：随着技术的不断改进和 成本的降低，第三代测序技术将在 未来发挥更加重要的作用。

基因组测序基本原理ppt课件

基因组测序基本原理
大纲
I. 核酸DNA的发现以及测序历史简介 II. 双脱氧化(Sanger dideoxy method)测序 III.大片段的DNA测序与基因组测序的大发展 VI.人类基因组 V. 1000美元个体化基因组测序计划(The “$1,000 dollar genome)
On WebCT -- “The $1000 genome” -- review of new sequencing techniques by George Church
Part I.核酸测序原理
核酸发现与测序简史
DNA测序的简史
MC chapter 12
DNA测序的方法
A. 双脱氧法 (Sanger dideoxy) (primer extension/chaintermination) method: 最流行也是最广为接受的方法。
Maxam-Gilbert化学剪切法(chemical cleavage method): DNA is labelled and then chemically cleaved in a sequence-dependent manner. This method is not easily scaled and is rather tedious 焦磷酸测序(Pyrosequencing): measuring chain extension by pyrophosphate monitoring。焦磷酸测序技术是新一代 DNA序列分析技术，该技术无须进行电泳，DNA片段也无 须荧光标记，操作极为简便，可以快速、准确地确定DNA 序列。
测序的趋势
相对而言一般很少实验室会自己做测序，一则自身测序费用比较高，而且荧光试剂容 易粹灭，同时也比较消耗时间，另外可能出现一些其它问题引起结果不成功。所以大 部分的测序都是送到相关的测序中心或者公司完成:

(完美版)基因测序流程.PPT文档

翻译：每3个碱基翻译成一个氨基酸。
10。DNA上的基因
确定一条染色体片断上的碱基顺序。 全自动的测序仪器：MegaBace 提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒 提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒 转成图论问题：Hamilton和Euler路径 类比：10本圣经，都从随机点起始剪成500个字母左右的小纸条，问：给你这么一堆小纸条，你能读出圣经来吗？ 翻译：每3个碱基翻译成一个氨基酸。 Shotgun法序列拼接 任何一条染色体上都带有许多基因，一条高等生物的染色体上可能带有成千上万个基因，一个细胞中的全部基因序列及其间隔序列统 称为genomes（基因组）。 一旦链入DNA中，其后就不能再继续连接 Shotgun法序列拼接 提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒 拼接错误：Repeat的存在 此方法获1974年的Nobel奖 翻译：每3个碱基翻译成一个氨基酸。
11。什么是电泳？
在凝胶一端小槽中放入荧光标记的DNA 片断，两端加电压，短DNA片断跑得快， 长DNA片断跑得慢。
测序时需要区分长度只差一个碱基的片 断
12。什么是PCR?
DNA体外扩增方法的一种，能够将很少 的试样（比如只有罪犯的一滴血），扩 增成完全相同的无数拷贝。
每PCR一轮，扩增两倍 1-2-4-8-16…
我们能干什么？
测序之前全是生物学问题。 测序之后就全形式化是计算机问题。 天然的形式化：ATCG 核心问题：
字符串比对：两个字符串的距离 拼接问题 蛋白质结构预测：如何从一维预测三维结构？
感谢观看
拼接错误：Repeat的存在
转成图论问题：Hamilton和Euler路径
但是都会拼错！
Shotgun法序列拼接
Low Base Quality
Single Stranded Region

一讲基因组测序与序列组装


感谢您的观看
THANKS
03
基因组序列组装
序列组装的基本流程
序列读取
通过测序技术获取基 因组序列的原始数据。
序列质量评估
对原始数据进行质量 评估，去除低质量序 列和错误序列。
序列比对
将高质量序列比对到 参考基因组或组装到 独立的基因组上。
序列拼接
将比对或独立基因组 上的序列片段拼接成 完整的基因组。
组装后验证
对组装得到的基因组 进行验证，确保其完 整性、准确性和一致 性。
下一代测序技术
总结词
更高通量、更低成本、更短周期的测序技术。
详细描述
下一代测序技术是一种尚未完全成熟的测序技术，目 前正处于研究和发展阶段。相比于前几代测序技术， 下一代测序技术将具有更高的通量、更低的成本和更 短的周期等特点。它可能采用更加先进的纳米技术、 光学技术和生物信息学技术等手段，以提高测序的准 确性和速度。下一代测序技术的出现将为基因组学和 生物医学领域的研究提供更加高效装得到的基因组的完整性，包括染色 体水平的完整性和基因水平的完整性。
准确性评估
评估组装得到的基因组的准确性，包括单核苷酸水 平上的准确性和结构变异上的准确性。
一致性评估
评估组装得到的基因组的一致性，包括不同 组装方法或不同数据集之间的一致性和内部 的一致性。
04
基因组测序与序列组装的挑 战与前景
例如，通过研究水稻基因组，科学家们发现了与抗旱、耐盐等抗逆性状相关的基因，为培育抗逆性更强的水稻品种提供了重 要的理论依据。
病原微生物基因组研究
病原微生物基因组研究是利用基因组测序和序列组装技术来了解病原微生物的基因组结构和功能，旨 在发现新的药物靶点、疫苗候选基因和诊断标记物等。

新一代基因测序技术PPT课件


03
新一代基因测序技术的应用
医学研究领域的应用
精准医疗
新一代基因测序技术能够快速准 确地检测出个体基因变异，为精 准医疗提供有力支持，实现个性
化治疗和用药。
遗传病诊断
通过对患者基因的测序和分析，有 助于遗传病的早期诊断和预防，为 遗传病患者提供更好的治疗方案。
肿瘤研究
基因测序技术在肿瘤研究中发挥着 重要作用，有助于肿瘤的分类、分 型、预后评估以及药物研发。
下一代测序技术的原理
下一代测序技术主要基于大规模平行测序原理，将待测基因组DNA打断成一定长 度的片段，然后利用固相分子链接酶将测序引物结合到DNA片段上，通过循环延 伸和合成互补链的方式逐个测定每个片段的碱基序列。
不同的测序平台，如Illumina、PacBio和Nanopore等，其原理和技术细节略有 不同，但基本思路一致。
基因测序技术在生命科学研究、医学 诊断、生物信息学等领域的重要性和 应用价值。
新一代基因测序技术的意义
提高测序速度和通量
新一代基因测序技术相较于传统测序 技术，能够更快地完成大规模基因组 测序，提高测序效率。
降低测序成本
拓展应用领域
新一代基因测序技术的应用领域不断 扩大，不仅局限于基础研究，还涉及 到临床诊断、个性化医疗、生物信息 学等领域。
农业领域
新一代基因测序技术的应用，使得精准育种成为可能，提 高了农作物的产量和品质，为解决全球粮食安全问题提供 了有力支持。
对未来科技发展的启示
01 02
跨学科合作
新一代基因测序技术的发展和应用，需要多学科的交叉融合，包括生物 学、医学、物理学、化学等，这启示我们在未来科技发展中要注重跨学 科的合作与交流。
随着技术的不断进步，新一代基因测 序技术的成本逐渐降低，使得更多人 能够享受到基因测序服务。
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.
8
Cot(1/2) = 1/K (mol. Sec / L) 常数
Ct/C0 1
1
0
C0t(1/2)
0 C0t(1/2)
C0t(1/2)值与基因组复杂性成正比。
.
9
2. 什么是基因？
是遗传信息的物理和功能单位，包含产生 一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸 序列。
基因分类： 编码RNA的基因，如rRNA基因，snRNA
1.5mol/L NaCl存在时,可用肼除去胞嘧啶
.
24
化学法测序实例
哌啶
.
25
3.3 自动化测序
• 基本原理 与链终止法测序原理相同,只是用不同的荧
光色彩标记ddNTP,如ddATP标记红色荧 光,ddCTP标记蓝色荧光, ddGTP标记黄色 荧光, ddTTP标记绿色荧光.由于每种ddNTP 带有各自特定的荧光颜色,而简化为由1个泳 道同时判读4种碱基.
基本原理: 通过合成与单链DNA互补的多核苷酸链，
由于合成的互补链可在不同位置随机终止反 应，产生只差一个核苷酸的DNA分子，从而 来读取待测DNA分子的顺序。
.
18
技术路线与要求
制备单链模板 ↓
A 克隆于质粒中DNA→用碱或热变性 B M13克隆单链DNA
将单链模板与一小段引物退火 ↓
C 噬粒克隆DNA D PCR产生单链DNA
加入DNA多聚酶 4种脱氧核苷酸
A 高酶活性 B 无5’→3´外切酶活性 C 无3´→5´外切酶活性
分别加入少量4种双脱氧核苷酸 ↓
将4种反应产物分别在4条泳道电泳 ↓
ddATP/ddCTP/ddGTP/ ddTTP 的3’碳原子连接 的是氢原子,不是羟基
根据4个碱基在4条泳道的终止位置读出基因序列
.
4
什么是C 值？
▪通常是指一种生物单倍体基因组DNA的 总量.
在真核生物中，C值一般随着生物的进化而 增加，高等生物C值一般大于低等生物。
C值悖理：
生物的复杂性与基因组的大小并不完全成比 例增加
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5
阴影部分为一个门内C-值的范围
动物
真菌 等
细菌
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6
重复顺序
➢ 高度重复顺序： 长度：几个——几千个bp 拷贝数：几百个——上百万个 首尾相连，串联排列
↓ 电泳,读取DNA的核苷酸顺序
.
23
Maxam-Gilbert 法所用的化学技术Leabharlann 碱基 GA+G
C+T C
特异修饰方法
Ph8.0,用硫酸二甲酯对 N7进行甲基化,使 C8-C9键对碱基裂解有特殊敏感性
pH2.0 哌啶甲酸可使嘌呤环的N原子化,从 而导致脱嘌呤,并因此消弱腺嘌呤和鸟嘌呤 的糖苷键
肼可打开嘧啶环,后者重新环化成五元环后 易除去
.
19
.
20
.
21
3.2 化学降解法测序
• 基本原理: 在选定的核苷酸碱基中引入化学集
团,再用化合物处理,使DNA分子在被修 饰的位置降解.
.
22
技术路线
将双链DNA样品变为单链 ↓
每个单链的同一方向末端都用放射性同位素标记, 以便显示DNA条带
↓ 分别用不同方法处理,获得只差一个核苷酸的降解 DNA群体
Mouse symbol Human Ortholog
E2f1
E2F1
E2f2
E2F2
E2f3
E2F3
E2f4
E2F4
E2f5
E2F5
E2f6
.
E2F6
12
假基因(Pseudogene)
来源于功能基因 但已失去活性 的DNA序列
产生假基因的原因有:
1. 由重复产生的假基因;
2. 加工的假基因, 由RNA反转录为cDNA 后再整合 到基因组中;
.
26
.
27
3.4 非常规测序 • 毛细管电泳
用毛细管电泳取代聚丙烯凝胶平板电泳,节省时间,加快 测序进程,其他程序同链终止法或化学测序法.
基因组测序与序列组装
.
1
主要内容:
• 什么是基因组 • 什么是基因 • DNA测序的方法 • DNA序列的组装 • 人类基因组计划 • 水稻基因组计划 • 后基因组学
.
2
1. 什么是基因组
基因组就是一个物种中 所有基因的整体组成。
基因组有两层意义：遗 传物质和遗传信息。
要揭开生命的奥秘， 就需要从整体水平研究 基因的存在、基因的结 构与功能、基因之间的 相互关系。
集中分布于染色体的特定区段（如端粒，着丝粒等）
也称卫星DNA
➢ 中度重复顺序： 一般分散于整个基因组中； 长度和拷贝数差别很大
➢ 单一顺序： 基因主要位于单一顺序
动物中单一顺序约占50％ 植物中单一顺序约占20％
.
7
顺序复杂性
❖ DNA 的复性 遵循二级反应动力学，可表述为： dCt / dt = -KC02 反应达 t 时，单链DNA浓度 = Ct C0 = 单链 DNA起始浓度 K＝ 复性速度常数
基因等； 编码蛋白质的基因
.
10
基因的不连续性
Intron 和Exon:
大多数真核生物蛋 白质基因的编码顺 序(Exon)都被或长 或短的非编码顺序 (Intron)隔开
.
11
基因家族
一群具有一致的或相似顺序的基因,有的还担负 类似的生物学功能, 可以相互补偿, 比如:E2f transcription factor
ATGCCN----NNATAA
B
.
15
*部分重叠 如： K和C
*两个基因共用少数 碱基对
如： D和J
D 终止密码子
-------TAATG-------
J 起始密码子
.
16
3. DNA测序的方法
• 链终止法测序 • 化学降解法测序 • 自动化测序 • 非常规DNA测序
.
17
3.1 链终止法测序(the chain termination method)
.
3
Genome Size (Mb)
Zea mays Homo sapiens Oryza sativa Drosophila melanogaster Arabidopsis thaliana Saccharomyces cerevisiae E.coli
8,000 3,000 400 165
100 12 4.6
3. 残缺的基因(Truncated gene)
.
13
重叠基因: 同一段DNA 能携带两种不同蛋白的信息.
重迭基因有以下几种情况：
*一个基因完全在另一个基因内部 *部分重叠 * 两个基因共用少数碱基对
.
14
*一个基因完全在另一个 基因内部
如：B和A， E和D 其读码结构互不相同
---ATG-----//------AATGCC ----//---ATAACG---//--TAA---A*