大学生物遗传学：动物基因组学导言

1、大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 * * Craig VenterCraig Venter博士采用博士采用 散弹法于散弹法于ScienceScience上发表上发表 结果。结果。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 全基因组鸟枪法：全基因组鸟枪法： 在一定作图信息基础在一定作图信息基础 上，绕过大片段连续上，绕过大片段连续 克隆系的构建而直接克隆系的构建而直接 将基因组分解成小片将基因组分解成小片 段随机测序，利用超段随机测序，利用超 级计算机进行组装级计算机进行组装 （美国（美国Celera公

2、司）。公司）。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 ( Postgenome era) * * 人类基因组计划完成之后，生物学被重新划分为人类基因组计划完成之后，生物学被重新划分为 前基因组和后基因组两部分。前基因组和后基因组两部分。 * * 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 随着遗传图谱和物理

3、图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。 DNA序列分析技术是一个包括制备序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、片段化及碱基分析、 DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列序列 图谱图谱。 基因图谱基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础 上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。 在人类基因组中鉴别出占具在人类基因组中鉴别出占具2%5%长度的全部基因的位

4、置、长度的全部基因的位置、 结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追反追 到染色体的位置。到染色体的位置。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 利用生物在进化上的亲缘关系利用生物在进化上的亲缘关系,来比较它们与来比较它们与 人类之间的相似与相异人类之间的相似与相异,即比较基因组学。即比较基因组学。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 1.1.蛋白质分离和鉴定：蛋白质分离和鉴定： 2.2.翻译后修饰：翻译后修饰是蛋白质调节功能的重要方式，翻译后修饰：翻译后修饰是蛋白质调节功

5、能的重要方式， 因此对蛋白质翻译后修饰的研究对阐明蛋白质的功能具有重因此对蛋白质翻译后修饰的研究对阐明蛋白质的功能具有重 要作用。要作用。 3.3.蛋白质功能确定：如分析酶活性和确定酶底物，细胞因子蛋白质功能确定：如分析酶活性和确定酶底物，细胞因子 的生物分析的生物分析/ /配基配基- -受体结合分析。可以利用基因敲除和反义受体结合分析。可以利用基因敲除和反义 技术分析基因表达产物技术分析基因表达产物- -蛋白质的功能。另外对蛋白质表达出蛋白质的功能。另外对蛋白质表达出 来后在细胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能来后在细胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能 的了解。的了解。

6、4.4.对人类而言，蛋白质组学的研究最终要服务于人类的健康，对人类而言，蛋白质组学的研究最终要服务于人类的健康， 主要指促进分子医学的发展。如寻找药物的靶分子。很多药主要指促进分子医学的发展。如寻找药物的靶分子。很多药 物本身就是蛋白质，而很多药物的靶分子也是蛋白质。药物物本身就是蛋白质，而很多药物的靶分子也是蛋白质。药物 也可以干预蛋白质也可以干预蛋白质- -蛋白质相互作用。蛋白质相互作用。大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言

7、大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 在基因组中除了在基因组中除了DNADNA和和RNARNA序列以外，还有许多调控序列以外，还有许多调控 基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但基因的信息，

8、它们虽然本身不改变基因的序列，但 是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNADNA和其和其 它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功 能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传 的一门新兴学科。因此表观遗传学又称为实验遗传的一门新兴学科。因此表观遗传学又称为实验遗传 学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗 传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍 而又十分重要的新的研究

9、领域。而又十分重要的新的研究领域。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 表观遗传学(epigenetics)则是指基于非基 因序列改变所致基因表达水平变化,如 DNA甲基化和染色质构象变化等。 表观基因组学(epigenomics)则是在基因 组水平上对表观遗传学改变的研究。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 1、DNA甲基化；甲基化； 2、 RNA干扰；干扰； 3、组蛋白修饰；、组蛋白修饰； 4、染色质改型；、染色质改型； 大学生物遗传学：动物基因组学导言 DNA 甲基化：的甲基化是生物关闭基因的甲基化是生物关闭基因 表达的一种有效手段，也是印迹遗传的主要机制表达的一种有效手段，也是印迹遗传的

10、主要机制 之一；基因的去甲基化可能使得印迹丢失，基因之一；基因的去甲基化可能使得印迹丢失，基因 过度表达，甚至引起肿瘤或癌症的发生，如促肿过度表达，甚至引起肿瘤或癌症的发生，如促肿 瘤生长因子瘤生长因子IGF2IGF2基因过度表达引发大肠癌。基因过度表达引发大肠癌。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 RNA干扰干扰(RNA interference，RNAi)是正常是正常 生物体内抑制特定基因表达的一种现象，它生物体内抑制特定基因表达的一种现象，它 是指当细胞中导入与内源性是指当细胞中导入与内源性mRNA编码区同编码区同 源的双链源的双链RNA(double stranded RNA， dsR

11、NA)时，该时，该mRNA发生降解而导致基因发生降解而导致基因 表达沉默的现象，这种现象发生在转录后水表达沉默的现象，这种现象发生在转录后水 平，又称为转录后基因沉默。平，又称为转录后基因沉默。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 长片段长片段dsRNAdsRNA在细胞内被在细胞内被型型RNARNA酶酶DicerDicer切切 成长度大约为成长度大约为19-23nt19-23nt的小片段干扰的小片段干扰 RNA RNA (small interfering RNA(small interfering RNA，siRNA)siRNA)，由，由 siRNAsiRNA参与构成复合物参与构成复合物RIS

12、C(RNA-induced RISC(RNA-induced silence complex)silence complex)。siRNAsiRNA通过与同源通过与同源mRNAmRNA 的特异配对，引导的特异配对，引导RISCRISC特异地降解同源特异地降解同源mRNAmRNA， 导致基因表达的抑制。因此小片段的导致基因表达的抑制。因此小片段的siRNAsiRNA 也可以诱导高效的基因沉默。也可以诱导高效的基因沉默。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 1、研究基因功能的新工具；、研究基因功能的新工具； 2、病毒性疾病的治疗；、病毒性疾病的治疗； 3、遗传性疾病的治疗；、遗传性疾病的治疗； 4、

13、肿瘤病的治疗、肿瘤病的治疗 大学生物遗传学：动物基因组学导言 组蛋白的修饰可通过影响组蛋白与组蛋白的修饰可通过影响组蛋白与DNADNA双双 链的亲和性，从而改变染色质的疏松或凝链的亲和性，从而改变染色质的疏松或凝 集状态，或通过影响其它转录因子与结构集状态，或通过影响其它转录因子与结构 基因启动子的亲和性来发挥基因调控作用。基因启动子的亲和性来发挥基因调控作用。 组蛋白修饰对基因表达的调控有类似组蛋白修饰对基因表达的调控有类似DNADNA 遗传密码的调控作用。遗传密码的调控作用。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 大学生物遗传学：动物基因组学导言 遗传标记遗传

14、标记genetic marker:指可追踪染色体、染色指可追踪染色体、染色 体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一 种遗传特性。种遗传特性。 它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别性；它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别性； 因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作 为遗传标记。为遗传标记。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 形态学标记（形态学标记（morphological markermorphological marker） 细胞学标记细胞学标记(cytological marker)(cytol

15、ogical marker) 生化标记生化标记(biochemical marker)(biochemical marker) 分子标记分子标记(molecular marker)(molecular marker)：DNADNA分子遗分子遗 传标记，或传标记，或DNADNA标记。标记。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 形态标记即个体的外部形态特征。形态标记即个体的外部形态特征。 形态标记简单直观、经济方便；但其数量在多数形态标记简单直观、经济方便；但其数量在多数 有限、多态性较差，表现易受环境影响，并且有有限、多态性较差，表现易受环境影响，并且有 一些标记与不良性状连锁。此外形态标记的获得

16、一些标记与不良性状连锁。此外形态标记的获得 需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较长。需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较长。 主要在早期使用。主要在早期使用。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 细胞学标记即植物细胞染色体的变异。细胞学标记即植物细胞染色体的变异。 包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着 丝粒位置等）和带型（丝粒位置等）和带型（C C带、带、N N带、带、G G带等）的变化。带等）的变化。 与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一些重与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一些重 要基因的染色体或染色体区域定位。要基因的染色

17、体或染色体区域定位。 但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来 培育，难度很大；同时某些物种对染色体变异反应敏培育，难度很大；同时某些物种对染色体变异反应敏 感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 生化标记包括同工酶和等位酶标记。生化标记包括同工酶和等位酶标记。同工酶是指一个以上同工酶是指一个以上 基因座位编码的酶的不同形式，而等位酶是指由一个基因座位的基因座位编码的酶的不同形式，而等位酶是指由一个基因座位的 不同等位基因编码的酶的不同分子形式。分析方法是电泳和组织不

18、同等位基因编码的酶的不同分子形式。分析方法是电泳和组织 化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。 生化标记具两个方面的优点：生化标记具两个方面的优点：一是表现近中性，对生物经一是表现近中性，对生物经 济性状一般没有大的不良影响；二是直接反映了基因产物差异，济性状一般没有大的不良影响；二是直接反映了基因产物差异， 受环境影响较小。受环境影响较小。 生化标记的应用有限：生化标记的应用有限：一是可用标记数量少，二是染色方法一是可用标记数量少，二是染色方法 和电泳技术有一定难度。和电泳技术有一定难度。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 分子标

19、记指能反映生物个体或种群间基因组中某种分子标记指能反映生物个体或种群间基因组中某种 差异特征的差异特征的DNADNA片段，它直接反映基因组片段，它直接反映基因组DNADNA间的差间的差 异。分子标记的优越性表现为：（异。分子标记的优越性表现为：（1 1）直接以）直接以DNADNA的的 形式表现，在生物体的各个组织、各个发育阶段均形式表现，在生物体的各个组织、各个发育阶段均 可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达与否可检测到，不受季节、环境限制，不存在表达与否 等问题；（等问题；（2 2）数量极多，遍布整个基因组，可检测）数量极多，遍布整个基因组，可检测 座位几乎无限；（座位几乎无限；（3 3

20、）多态性高，自然界存在许多等）多态性高，自然界存在许多等 位变异，无须人为创造；（位变异，无须人为创造；（4 4）表现为中性，不影响）表现为中性，不影响 目标性状的表达；（目标性状的表达；（5 5）许多标记表现为共显性的特）许多标记表现为共显性的特 点，能区别纯合体和杂合体。点，能区别纯合体和杂合体。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 随着分子生物学技术发展和研究水平的深入，分随着分子生物学技术发展和研究水平的深入，分 子标记的发展经历了三个阶段，也称为三代子标记的发展经历了三个阶段，也称为三代DNADNA 分子标记。分子标记。 第一代分子标记：第一代分子标记：RFLP； 第二代分子标记：微卫

21、星（第二代分子标记：微卫星（ms）；）； 第三代分子标记：第三代分子标记：SNP； 大学生物遗传学：动物基因组学导言 目前的分子标记有三类：目前的分子标记有三类： 第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，包括包括 RFLP、DNA指纹技术（指纹技术（DNA Fingerprinting）、原位杂交）、原位杂交 （in situ hybridization）等；）等； 第二类是以第二类是以PCR为核心的分子标记技术，为核心的分子标记技术，包括包括RAPD、 简单序列重复标记简单序列重复标记SSR或简单序列长度多态性（或简单序列长度多态性（Simple se

22、quence length polymorphism, 简称简称SSLP标记）、扩展片段标记）、扩展片段 长度多态性标记长度多态性标记AFLP、序标位、序标位STS、序列特征化扩增区域、序列特征化扩增区域 SCAR等；等； 第三类是一些新型的分子标记，第三类是一些新型的分子标记，如：如：SNP标记、表达序标记、表达序 列标签列标签EST标记等。标记等。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 基本原理：基本原理：特定生物类型的基因组特定生物类型的基因组DNA经限制性内切酶切经限制性内切酶切 后，产生分子量不同的同源等位片段，再通过电泳的方法分后，产生分子量不同的同源等位片段，再通过电泳的方法分 离和

23、检测这些片段。离和检测这些片段。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 特点：特点：（1）遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；（）遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；（2） 无表型效应，不受发育阶段及器官特异性限制；（无表型效应，不受发育阶段及器官特异性限制；（3）共显性，）共显性， 可区分纯合子和杂合子；（可区分纯合子和杂合子；（4）结果稳定、可靠；（）结果稳定、可靠；（5）DNA 需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 基本原理：基本原理：用一个（有时用两个）随机引物（一般用一个（有时用两个）随

24、机引物（一般8-10个碱个碱 基）非定点地扩增基因组基）非定点地扩增基因组DNA，然后用凝胶电泳分开扩增片，然后用凝胶电泳分开扩增片 段。段。 RAPD标记的特点有：标记的特点有：（1）不需）不需DNA探针，设计引物也探针，设计引物也 无须知道序列信息；（无须知道序列信息；（2）显性遗传（极少数共显性），不能）显性遗传（极少数共显性），不能 鉴别杂合子和纯合子；（鉴别杂合子和纯合子；（3）技术简便，不涉及分子杂交和放）技术简便，不涉及分子杂交和放 射性自显影等技术；（射性自显影等技术；（4）DNA样品需要量少，引物价格便宜，样品需要量少，引物价格便宜， 成本较低；（成本较低；（5）实验重复性较

25、差，结果可靠性较低。）实验重复性较差，结果可靠性较低。 大学生物遗传学：动物基因组学导言 基本原理：基本原理：AFLP标记是选择性扩增基因组标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段所酶切片段所 产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶 切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长 度不同被检测出来。度不同被检测出来。 AFLP标记的特点有：标记的特点有：（1）由于）由于AFLP分析可以采用的限分析可以采用的限 制性内切酶及选择性碱基种类、数目很多，所以该技术所产制性内切酶及选

26、择性碱基种类、数目很多，所以该技术所产 生的标记数目是无限多的；（生的标记数目是无限多的；（2）典型的）典型的AFLP分析，每次反分析，每次反 应产物的谱带在应产物的谱带在50-100条之间，所以一次分析可以同时检测条之间，所以一次分析可以同时检测 到多个座位，且多态性极高；（到多个座位，且多态性极高；（3）表现共显性，呈典型孟德）表现共显性，呈典型孟德 尔式遗传；（尔式遗传；（4）分辩率高，结果可靠；（）分辩率高，结果可靠；（5）目前该技术受）目前该技术受 专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。 。大学生物遗传学：动物基因组学导言

27、 基本原理：基本原理：ms是一类由几个（多为是一类由几个（多为1-5个）碱基组成的基序个）碱基组成的基序 串联重复而成的串联重复而成的DNA序列，其长度一般较短，广泛分布于基序列，其长度一般较短，广泛分布于基 因组的不同位置，如（因组的不同位置，如（CA）n、（、（AT）n、（、（GGC）n等重复。等重复。 不同遗传材料重复次数的可变性，导致了不同遗传材料重复次数的可变性，导致了SSR长度的高度变长度的高度变 异性，这一变异性正是异性，这一变异性正是SSR标记产生的基础。标记产生的基础。 ms标记的特点有：标记的特点有：（1）数量丰富，广泛分布于整个基因）数量丰富，广泛分布于整个基因 组；（组；（2）具有较多的等位性变异；（）具有较多的等位性变异；（3）共显性标记，可鉴）共显性标记，可鉴 别出杂合子和纯合子；（别出杂合子和纯合子；（4）实验重复性好，结果可靠；（）实验重复性好，结果可靠；（5） 由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此 其开发有一定困难，费用也较高。其开发有一定困难，费用也较高。 大学生物遗传学：动物基因