动物遗传学-基因组水平的遗传

赵志辉第九章 动物基因组学基础（二）吉林大学畜牧兽医学院基因组水平的遗传基因组水平的遗传主要内容主要内容第一节第一节 基因组及基因组学基因组及基因组学第二节第二节 基因组的序列组织基因组的序列组织第三节第三节 人类基因组计划人类基因组计划第四节第四节 DNA分子标记分子标记第五节第五节 染色体外基因组染色体外基因组第六节第六节 基因组印记基因组印记第一节第一节基因组及基因组学基因组及基因组学（ Genome and Genomics）Genome and Genomics 概念 Genome Gene + Chromesome一个配子中染色体遗传物质的总和；细菌或噬菌体：单个染色体所含的全部 DNA分子或遗传信息二倍体生物：维持配子或配字体 正常功能的最基本的一套染色体 DNA及其遗传信息。C值矛盾 C值：基因组的大小通常以一个基因组中的DNA含量来表示，成为生物体的 C值（ C Value）。 基因组的基因数目表 3-3 不同生物的基因数目基因组1%编码蛋白， 99垃圾序列 非结构基因的 DNA序列的结构与功能？ C值矛盾匝生物学功能和进化中的意义？基因组学结构基因组学结构基因组学 功能基因组学功能基因组学对基因组物理结构的对基因组物理结构的作图和测序的研究作图和测序的研究应用整体的研究技术阐明这应用整体的研究技术阐明这些基因和蛋白的生物学功能些基因和蛋白的生物学功能基因组学研究的发展 基因组学（ genomics) 转录组学（ transcriptomics) 蛋白质组学（ proteomics) 表型组学（ phenomics)系统生物学（ System Biology）基因型环境 =表型第二节 基因组的序列组织 基因组的复杂性C值矛盾的解释：基因数量是否随着 C值的增加而增加复性动力学C值的差异主要反映了重复序列 DNA含量的差异 基因的结构 基因组的结构同一个基因能产生不止一个蛋白分子内含子 /外显子单一序列（ unique sequence）又称非重复序列，在一个基因组中只有一个或几个拷贝 DNA的序列。重复序列 (repetitive sequence)重复序列的特点 重复单位的长度多样性 ,短的仅几个甚至两个核苷酸 ,长的有几百乃至上千个核苷酸。 重复的次数多样性 ,少的可重复几十次 ,多的上百万次。单一序列 (unique sequence)真核生物 DNA的分类短分散重复序列（ short interspersed repeated sequence， SINES）Alu家族（ Alu family）长分散重复序列（ long interspersed repeated sequence， LINES）Kpn 家族（ Kpn family） 中度重复序列 高度重复序列卫星 DNA由重复单位长度为 2-200bp 的重复序列组成。 卫星 DNA:由长的串联重复序列组成。 微卫星 DNA（ microsatellite）：以 2-6个核苷酸为核心序列的串联重复序列。 小卫星 DNA（ minisatellite）：以 6-25个核苷酸为核心序列的串联重复序列。基因家族 （ gene family）是真核生物基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因。基因家族与基因簇成簇存在的基因家族基因簇 (gene cluster)是指基因家族的各成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，定位于染色体的特殊区域，它们是同一个祖先基因扩增的产物（ MHC class I）。Orphon 孤独基因HLA gene familyImmunoglobulin gene familyFigure10. The organization of the immunoglobulin heavy chain locus in vertebrates.Figure12. Comparison of the IGHC locus in the hominoid line. The existence of the gene has been proved only in human. Gene duplication including the -genes occurred in the common ancestor of hominoids and subsequent deletion of the Cgene(in orangutan, including one of the Cgenes) occurred independently in each hominoid species散布的基因家族编码密切相关的蛋白，但成员的序列并不相同，且散在分布于不同的染色体上。如血红蛋白基因家族。两个成员具有共同的起源。假基因（ pseudogene) 存在于基因家族中 结构与功能基因具有同源性 无转录产物或转录产物失活 由突变产生Alu家族 是人类基因组中十分典型的散布基因家族 特点：成员众多，平均 6kb一个；300bp，以 Alu I特征识别序列 AGCT分为两个片段， 170bp/130bp；非串联重复；具转录活性，可能与转录调控、 hnRNA加工以及 DNA复制有关；具转座子结构特征。卫星 DNA的应用 DNA fingerprinting (小卫星）Jeffreys等 (1985)用人的肌红蛋自基因第一个内含子中的重复序列 (重复单位长 33bp)作探针，从人的基因文库中筛选出数个重复序列 DNA，每个重复序列都是由许多碱基组成相似或相同的基本序列串联重复构成。由一种重复单位头尾相连构成的序列称为小卫星 DNA (minisatellite DNA)，重复单位长约 10-60bp。同一小卫星位点上重复单位的重复次数变化，使之在群体中表现出高度多态性。Nakamura等 (1987)称小卫星 DNA为 VNTR(Variable number of tandem repeat)，并使这一概念沿用至今。 小卫星 DNA中每一重复单位均含有一个相似或相同的核心序列（ core sequence），长约 l0-l5bp，并且在同一物种不同小卫星位点之间和不同物种的小卫星位点之间表现高度保守性。迄今为止的许多研究业已证实，小卫星 DNA在染色体上的随机性因物种而异，因不同的小卫星家族而异。 用克隆的小卫星 DNA做探针，可以与同一物种或不同物种基因组中多个位点的小卫星 DNA杂交，获得具有个体专一性的限制性片段杂交谱带图，即 DNA指纹图（ DNA fingerprinting)。 DNA指纹图具有高度变异性，个体专一性，组织稳定性，因此成为了一种较为广泛应用的遗传标记 6.3 人类基因组计划人类基因组计划* 耗时耗时 10载，耗费载，耗费 20余亿美圆；余亿美圆；* 基因组大小基因组大小 30亿碱基；亿碱基；* 1%为外显子，为外显子， 99%为内含子和重复序列；为内含子和重复序列；* 表达蛋白质的基因组数量