三大基因组特点概述ppt课件.ppt

3.GenomicDNA,Genes基因gene具有遗传功能的DNA片段1969分离到。基因组genome细胞内所携带的全部遗传信息DNA的总和；对多倍体生物指单倍体DNA的总和。编码蛋白的结构基因基因组DNA复制转录的调控序列功能尚不清楚的区域,1,2,病毒基因组核基因组原核生物基因组真核生物基因组线粒体DNA核外遗传物质叶粒体DNA质粒DNA非独立的基因组：转位因子能在基因组DNA中移动的DNA序列，不能独立存在，需插入核或核外DNA中。,3,病毒与其他微生物的区别,不具有细胞结构；也不进行蛋白质、糖和脂类的代谢活动。只含有一种核酸成分，要么DNA，要么RNA。特殊的繁殖方式。缺乏完整的酶系统，不具备生物产能所需的遗传信息。绝对的细胞内寄生物。对一般抗生素和作用于微生物代谢途径的药物不敏感。绝大多数病毒在不同程度上对干扰素敏感。,4,Ebolavirus,以非洲刚果民主共和国的埃博拉河命名生物安全四级，视为生物恐怖主义工具,5,6,SARSdenguefever,7,HIV,显微镜下的HIV病毒,感染HIV病毒的T细胞,急性传染病中70%是病毒病，200次,8,柏林病人费城故事,9,10,1966年,11,病毒基因组的结构外壳蛋白：识别、侵袭特定的宿主细胞，并保护基因组不被核酸酶破坏；DNA（RNA）：编码结构蛋白和少量调控蛋白。不能独立复制，必需进入宿主细胞，借助细胞内一些酶类和细胞器才能得以复制。,核基因组之一病毒基因组,12,病毒基因组的特点：1.基因组较小，大小差异较大；乙肝病毒DNA3kb，编码4种蛋白质痘病毒DNA300kb，编码几百种蛋白基因组越小，对寄主依赖性越大。2.化学组成多样；DNA病毒、RNA病毒单链、双链线状、环状,13,3.除反转录病毒外，病毒基因组只有单一拷贝；4.基因重叠现象,14,单链环状DNAX174Genomic5386nt1795aa分子量197kD实际分子量262kD?,基因重叠现象,1kbofDNA=333aaofcodingcapacity=37kD,15,16,定义：核苷酸序列彼此重叠的2个基因为重叠基因overlappinggenes，或称嵌套基因nestedgenes。类型：一个基因的核苷酸序列完全包含在另一个基因中；两个基因的核苷酸序列部分重叠；两个基因的核苷酸序列的末端密码子相互重叠。,17,实质：两个基因虽共用一段核苷酸序列，但其读码结构互不相同，编码不同的蛋白质。意义：DNA的利用率提高，是基因表达调控的方式之一。SV40DNA基因组中，编码三个外壳蛋白VP1、VP2、VP3基因之间有122个碱基的重叠，但密码子的读框不一样。而小t抗原完全在大T抗原基因里面，它们有共同的起始密码子。目前，在少数原核生物（大肠杆菌）中发现，在少数真核生物中也发现了类似的基因重叠现象（果蝇）。普遍存在频率：人类4-9%；鼠类1.7-14%；蝇类22%,18,5.基因组中相关功能基因丛集成一个或几个特定区域，转录在同一mRNA中,构成多顺反子结构；X174基因组中的D-E-J-F-G-H基因是多顺反子，然后再翻译，编码外壳蛋白，病毒的装配，负责细菌的裂解.6.非编码序列较少75exonsgenesvaryinlengthfrom2,300,000bpAlusequencesarepresentthroughoutthegenomeMitochondrialcirculargenomeof17,000bpcontains40genes,58,convertingthebasepairstopgofDNA,genomesize(bp)=(0.987x109)xDNAcontent(pg)Thecurrentestimatesforhumangenomesizesare6109bp,diploidhumannucleiinG1phaseofthecellcycleshouldcontain6.9pgofDNA.,59,遗传性疾病-DMD的分子诊断,60,遗传性疾病-DMD的分子诊断,迪谢内肌营养不良(DMD)是一种高发病率、高致残、高致死的X染色体连锁的遗传性疾病，发病率为1/3500个男孩DMD基因位于Xp21.2-21.3，全长2400Kb,有79个外显子。DMD的最主要遗传缺陷是外显子缺失，约占60%70%。DMD基因的突变导致dystrophin缺陷检测DMD基因的技术：Southern印迹、多重PCR,61,DMD基因外显子缺失的检测,62,ALS肌萎缩性侧索硬化症史蒂芬霍金,63,64,C-valueenigma,In1948,RogerandColetteVendrelyreportedaremarkableconstancyinthenuclearDNAcontentofallthecellsinalltheindividualswithinagivenanimalspecies(Swift1950)C-valueparadox:genomesizedoesnotreflectgenenumberineukaryotes(Thomas1971)theC-valueenigmarelatestotheissueofvariationintheamountofnon-codingDNAfoundwithinthegenomesofdifferenteukaryotes.(RyanGregory2000/2001),65,TypeofDNA%ofGenomeFeaturesSingle-copy(unique)75%Includesmostgenes1RepetitiveInterspersed15%Interspersedthroughoutgenomebetweenandwithingenes;includesAlusequences2Satellite(tandem)10%Highlyrepeated,VNTRs2Alusequencesareabout300bpinlengthandarerepeatedabout300,000timesinthegenome.Theycanbefoundadjacenttoorwithingenesinintronsornontranslatedregions.1Somegenesarerepeated,wouldbeintherepetitiveDNAfraction,50,100,0,IIIIIIIII,fast10%,intermediate15%,slow(single-copy)75%,66,ClassesofrepetitiveDNA,Interspersed(dispersed)repeats(e.g.,Alusequences),TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG,Tandemrepeats(e.g.,microsatellites),GCTGAGG,GCTGAGG,GCTGAGG,67,重复性（重复序列）DNA的复杂性Cot1/2=1/k据基因组重复次数高低：单拷贝序列重复序列轻度重复序列2101中度重复序列10102高度重复序列102106,68,1.单拷贝序列：只有一个拷贝，占基因组的40-70%.主要是功能基因。2%2.轻度重复基因组中有2-10个拷贝,主要是组蛋白和tRNA基因.几个基因都有功能,编码同一个蛋白质或tRNA;分两种几个拷贝中有的有功能,有的无功能（假基因）假基因结构与功能基因相同，但不表达。突变失活，启动子缺陷,69,3.中度重复序列拷贝数有几十至几百个，一般无RNA转录产物（非编码序列）,一般认为与基因的表达调控有关(包括转录调控序列，复制控制序列，转录后的加工等).长周期分散的重复序列LINE5000bp疾病分两种短周期分散的重复序列SINE100300bp,70,4.高度重复序列,71,卫星DNA（satelliteDNA）含有异常的碱基，在密度梯度离心中形成一种区别于其它DNA的卫星条带。通常由数千个较长的串联排列的相关序列构成。重复单位常存在序列变异，可反映在亲缘关系密切相关的两个物种之间的差别。,72,卫星：序列较短5-100bp，大部分集中在异染色质中（中心粒和端粒的附近）真核生物中含1020%。特点：A、T含量高，序列简单，不转录，其功能尚不清楚。,73,小卫星:15-70核心序列为33bp，常定位在人常染色体区域，呈多态性微卫星(microsatellite)。微卫星在26bp之间，普遍散布在人类整条染色体上，或者在基因间区域或者位于内含子内。又称简单串联重复序列STR，SSR（SimpleSequenceRepeats）,74,1982年，Bell等发现高度串联重复的短序列单位，重复单位数目的差异导致了这种高度的可变性，由于这些结构特征，人们称这些区域可变数目的串联重复(VariableNumberofTandemRepeats，VNTR)。,VNTR,75,1985年，Jeffreys等用肌红蛋白基因第一内含子中的串联重复序列(重复单位含33bp)作探针,从人的基因文库中筛选出8个含有串联复序列(小卫星)的重组克隆。序列分析表明，这8个小卫星重复单位的长度和序列不完全相同，但都有相同的核心序列(coresequence)。他们先后用两个多核心小卫星探针进行southern杂交，在低严谨条件下杂交得到了包含10多条带的杂交图谱，不同个体杂交图谱上带的位置就象人的指纹一样千差万别，Jeffrey称之为DNA指纹(DNAfingerprint)，又名遗传指纹(geneticfingerprint)。,76,(VNTR)analysisiscommonlyusedinforensics,VNTRisbasedonhypervariablemicrosatellitesequencepolymorphismswithinthehumangenome.Thesesequences(e.g.,CACACA)arefoundinmanylocationsinthehumangenomeandvarygreatlyfrompersontoperson.,77,UsingVNTRtocompareforensicandsuspectsamples,IndividualsAPCR扩增产物变性；聚丙烯酰胺凝胶电泳;显色分析结果.若发现单链DNA带迁移率与正常对照的相比发生改变，就可以判定该链构象发生改变，进而推断该DNA片段中有碱基突变.,91,92,局限性：只有突变位点影响其空间构象才能被检出来。检出率：70%,93,第三代SNPSNP是SingleNucleotidePolymorphism的缩写，即单核苷酸多态性，指基因组DNA序列中由于单个核苷酸（A，T，C和G）的突变而引起的多态性。,94,SNP概述科学上把染色体DNA同一位置上的每个碱基类型叫做一个等位位点。SNP是基因组中最简单最常见的多态性形式，具有很高的遗传稳定性。SNP检测和分析技术已经成为继限制性片段长度多态性（RFLP）和微卫星标记（SSR）之后的第三代遗传标记。,95,图5-19染色体上共同遗传的SNP组合。图中SNP1和SNP2在同一条染色体上而且距离很近，SNP1有等位位点A和G，SNP2有等位位点G和T。因此，染色体对有两种可能的SNP组合。,96,据估计，人类DNA中每300-1000个碱基对就有一个SNP，因此，一个人类个体大约携带300万-1000万个SNPs。人类可遗传的变异中最常见的一种，SNP成为第三代遗传标志。,97,人体许多表型差异、对药物或疾病的易感性等等都可能与SNP有关。现在普遍认为SNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。这主要是因为SNP将提供一个强有力的工具，用于高危群体的发现、疾病相关基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物学的基础研究等。,98,从Y染色体解析东亚人群历史,99,GWAS,全基因组关联研究（GenomeWideAssociationStudies,GWAS）在患者全基因组范围内检测出的SNP位点与对照组进行比较，找出所有的变异等位基因频率，从而避免了像候选基因策略一样需要预先假设致病基因。,100,SNP的检测技术通过DNA测序法获得新的SNP。基因分型（genotyping）是指利用数据库中已有的SNP进行特定人群的序列和发生频率的研究，主要包括基因芯片技术、Taqman技术、分子信标（molecularbeacons）技术和焦磷酸测序法（pyrosequencing）等。,101,1基因芯片技术通过优化芯片杂交程序，使探针只与完全互补的序列杂交而不与含有单个错配碱基的序列杂交。优点是高通量，一次可对多个SNP进行规模性筛选，被检起始材料也很少，操作步骤简单。缺点是芯片设计成本高。而且，由于DNA样品的复杂性，有些SNP不能被检测。,102,2Taqman技术PCR反应系统中加入2种不同荧光标记的分别与两个等位基因配对的探针。随着PCR的进行，与模板完全配对的探针