基因组学、功能基因组学、蛋白质组学.

1、人类基因组计划的启动1986年诺贝余奖荻得者R.Dulbecco(杜余贝科丿提出人类基因组计划 测出人类全套基因组的DNA喊基序列C 3X109bp 丿20130 8/J6HV.W197a主1976生19药年诺只尔生38学戎医半实険.她 M巴汆Drsnd BltiTx)r马毗搭枝术研丸胪13W2013年86H绘期1975年，获诺贝尔生理医学奖Renato UilhccoHavard Harrm Team03S)伦的帑国虑庄侨丸込金工羔宝舷审亲片聲1914VIW4V美国政府决；t于1990年正式启动 HGP,预计用15年对间，投入30亿 美元，完成HGP。I 、 由国立卫生研允院和能嫄部共同 组

2、成“人类基因组研丸所”逐浙地，HGP4r为多国协作计 划。参与者包括：英*、日、法、德和 中国1993年丿20MS8月6H绘期DNA测序技术飞速提嵩1998.5.9 J.C. Venter 等盒布，组 建商业亦司，投入3亿美元，3年内完接着又有若干家公司成立， 总共投入脊全约几十亿美元， 形成 汇“公”“粘并进20怡年钻二ncocoa乡Dr. Craig Venter二妙耳氏月二十去a克林恢宣命人类晁血尊曲絵制宪啟20(3 8 乃 6H 绘期二8人类屍因组草基凉信息人类蛋白质由31.65亿bp值我 61%鸟耳蝇同憑处33.5为 i(a鸟备白质合麻韦* 46%沁琴同谏20131 8H6HVW基因

3、组学(genomics):是阐明整 个基因的结构.结构与功能的关系 以及基因之间相互作用的科学。功能基因组学(functional genomics ):是研究所有基因的功 能的科学。蛋白质组学(Proteomics ):是在 整体水平上研究细胞内蛋白质及其 丄盍初律的科学。序対is 餐*第一节基因组学基因组（genome）：是细胞或生物 体中一套完整的遗传物质（真核生物 包括核基因组及线粒体基因组两部 芬）。基因（gene）:是基因组中一个功能 性遗传单位，是贮存有功能的蛋白质 多肽链或RNA序列信息及表达这些信 息所必需的全部核昔酸序列。序列图谱0.7 cI 或 kb遣传图谱转录图譜HGP

4、的主要任务张图:物理图、转录图遗传图、序列物理图谱STS map基因组（genome） 词是由H Winkler于1920年提出来的，表示 一个生物种配子中染色体的总和。 现在基因组一词更常指细胞或生物 体的全套遗传物质。基因组学（genomics）是由美国人 Roderick在1986年提出并与Genomics一起问世。20(3“ 8丿6H舉期人类基因组计划的科学意义确定人类基因组所携带的全部遗传信 息，认识自我，从而揭开人类生长发 气育的奥秘，追求健康，战胜疾病。主要基因组计划的基本情况：到目前为止，已经完成了酵母、线虫、 果蝇、拟南芥、人类和水稻等真核生 物基因组及数十个原核生物基因组。

5、20130 8n6HV.期二15lMM1990199)1*)2I93 IW4 1995 1996 1997 I99R 1999 2000 2001X学仆讨伦W孑论 NRC reportIl駅辭即*5a* mmff* SNFsGST,*cDN用序SNPiES全 tUDNAMMFFI5%.丄n0IH90J Ip20131 8/J6HVJW20130X细胞遗传标记的特点不受环境影响，呈孟徳尔方式遗传。多态性集中表现在染色体高度重复DNA结 构的异染色质所在的部位。细胞遗传标记经常伴有对生物有害的表型 效丿垃，难以获得相应的标记材料，或者观 测和鉴定比较困难，从而限制细胞遗传 标记的应用。3、生化与免

6、疫遗传标记 免疫遗传学标k!(immunogenetical marker)以动物的免疫学特性为标记.包括红细胞抗原多态性和门 。细胞抗原多态性。 牛化遗 传标记(biochemical genetic marker)主耍是指在同一 动物个体中八仃相同功能的蛋白质存在两 种以上的变界体。20130 8JJ6HVJWZ：23同工酶(isozyme)： 电泳所可区分的同一种 酶(系铳)的不同变化夸位酶(allozyme):由一个位点的不同夸位 基因编码的同种酶的不同矣型，其功能相 同但氨基酸序列不同等位稱分析的过程生化与免疫遗传标记的特点与形态学标识和细胞遗传标记相比,数量 更丰富，受环境影响更小

7、，检测手段简便, 是才种较好的遗传标记。血液型和细胞质型都是基因表达的产物， 局限于反映基因组编码区的遗传信息，U. 标记的数量还比较有限，不能很好地覆盖 整个基因组。2013 8”6H星期4分了遗传标记 分 犷遗传标 记(molecular genetic marker) 是一种新的以DNA多态性为基础的遗传标记.随着分了工物学的发展，相继妊巾：了RFLP、VNTR、RAPD、AFLP、SNP等多种分子遗传标记检测技术，丿I：创了遗传标记研究的新 阶段。20(3 8 乃 6H 绘期二27分了遗传标记的特点无表型效应不受环境的限制和影响普遍存在于所有牛物数量丰富等特殊优势5、理想的分了遗传标记

8、应具备的特点遗传多态性高；检测手段简单快捷，易于实现自动化；遗传共显性,即在分离群中能够分离出等位基因的3种基标记遍布格个基因组；准确性,能正确反映动物的真实遗传,即标记是经济性状 基因，还足与影响豆要性的性状连锁。实验取复件好（便数据交换）：开发成本和使用成本尽虽低廉：201 8 丿6H 绘期二29二、分了遗传标记 1、RFLP：限制性片段长度多态性 2、TRS：串联重复序列标记 3、SNP：单核昔酸多态性20131 8/J6HV.期1、限制性片段长度多态性 RFLP restrict!on fragment length polymorphism最早应川丁动植物遗传学研究的分子标记 技术2

9、013q8；6HV.期RFLP的原理利用限制性内切酶消化基因组DNA,形成大小 不等、数最不同的分子片段，经电泳分离，通过Southern印迹将DNA片段转移至支持膜（尼龙膜或硝酸纤维素膜）上，辛,放光杂用荧行不同基因组DNA酗切位点的改变，会使得RFLP谱带表现出不同程度的多态性.20（3*8 乃 6H 绘期二32k限制性酶切长度多态性（RFLP）多态性限制性片段DNA*DNA（等位位点1 ） T一I T（等位位点2 ）|加入限制障|lhlb4片段3片段图2.4限制性内切酶的酶切原理:S.l5 ElFi. / iip 7 K - b、iiiHiNiHif DNA rlr.ix Itx 11“

10、riv mr认 1卫1 Hdiq4K rrvtmmn Aimifl rrrrfion itr ihr f 八性b H bi flu-bribocx (rfcxh lKA itrnd lh nd n;rti j t 3 -ixi4fnl HxAk MV !ullxifii()Mnwiilury Mfi-fc* wackhd nrrtucg ui ext | s * k 1h (I.h I 1 the sue al (tie arnxwhi%*!B 小 lh*“;讨 *1 f .! flU. IKb HHlUIUlw* UlUtR|lr 山 H J* J rcom.earli fou

11、r txi|0ac*i；4* rM AW* ctvrvrvwAFWMWKyx 4#2013-I8/J6H 绘期Ivtc etH. 4RFLP的特征RFLP是第一种彼用于作图研黑的DNA 标记，它们一般有如下特從：1丿处于染色体上的住置相对固定；2) 同一亲本及其子代相同住点上的多态 性片段特征不雯；3)同一焕胶电泳可显示不同多态性片 段，具有共显性特点。2013-I8/J6H 绘期PCR-RFLP将PCR技术用于RFLP分析，UlJPCR-RFLPo该技术先用1对引物特异性扩增基因组的某 高变区，然后川限制性内切酶消化PCR 产物，电泳检测多态性。 PCR-RFLP分析省去了探针的制备、分子

12、杂交等繁琐的过程，DNA需求量也少，人 人简化了传统的RFLP技术。20130 8nHV.期二37PCR RFLP的应用正常杂合异常检测不同个体RFLP的技术 Southern 印迹杂交 f Southern blot hybridization J多聚酶链式反应或jPCR (Polymerase chain reaction；201318n6HVJW-39Southern blotM I駅兔敦 deJi!r uumJ Iq 工 jtc UNAm LNA I Hit*QHtU IMtiOCdklkrW tiltcfK) fto(10jphK. fMm iibifUc vJMONi(KnDMA

13、fr.iRnwcitB ifafHlrtrrvi runiHvhi H(tor* imC %i ihK v n*ixlivv pfuC*.i-*ay htnl*；MKil IB KW IlmcrraMdby |jbrb*1 |VilvPrut* twfUsF Zli Im hik)AkniiIA. ff.ipvwilw i Mill wPCR (Polymerase chain reaction)PCR : Polymerase Chain RmetionJO . 40 cydz畑：* 一 iIIHmrFTTrTr-rirfinrnriTit：* Tjnrf him可)r【呎nrTfn呵耐川T

14、fIWiwrl,r“乂wp 2 4ftnrhig 54 X“wd Md mmc ptMflrm!irnnFnTnrjmTLwiT嗣ErnrnnTTrn ,弟 3 ytmwxi x 、 1i；ljiwiuuuju,11 - 2 i、| J；、，IIJ,Minuift 72 V mb dxir20130 8/6H VThe first 4 cycles of PCR in detailnumber or double attends with the nght Iwgth :Im cyvlc02ml cylc0和 h cycle14th Qck8 VxtMtnrt/ Xi)lSB 椁 i S7J8

15、H：Verification of PCR product onagarose or separide gelladder PC R fragments20怡讪6H绘期7短串联重复序列(STR)TCTGAGAGASGC() ? PV1 件 SS1.P 分熨Ait B：含有二种类型的SSLP常用于作2O13|8/J6H VJW小卫星序列（minisatelliteJ ,有肘又 称可变串连重复（variable number of tandem repeats, VNTR-J ,其重复单 住的长度为数十个核苜酸。撤卫星序列（microsatellite丿或简单串 联重复（simple tandem

16、 repeats, STR or SSR丿,其重复单住为1七个核苕酸，由 1050个重复单伐串朕组成。20怡勺8R6H绘期二45DNA指纹图谱原理选抒在VNTR特异序列上没有酶切位点的限制 性内切酚将动物总基因组DNA切成不同长度的片 。段.以VNTR中特异序列作为探针，进行Southern 杂交，由不同个体的串联匝复序列的数I I和位置不 同，形成的杂交谱带具仃个体的特异性，人们称 为DNA指纹图谱（DNA fingerprinting, DFP）VNTR示意图I 4_ _IIr _ _ Id _ _VNTBAVNTR变斤的原理示意图472013.I8/J6H VJPJW 7 21 DNA昏

17、纹用丁亲子竖宦3示0讯Fi宣 s, M,号.I、自称地a的父*.住余交出濟中s的希刃育5条与M的 孜而另外s条与F的一致而C im 务带与S 致庾比可WfriiJSMF与Mlfr 20(34 ；生而不泉U与M所生.DFP的特点多态性检测率高，位点呈共显性遗传个体具有高度特异性技术复杂、成本高，有时谱带过于复杂20131 8；J6HV 期二49微 12星(microsatellite DNA, MS) 乂称能)单-序列重复(simple sequence repeat,SSR)是高度重复序列，广泛存在真核生物基 因组，重复单位的核心序列为26bp。20130 8H6HW微T星遗传标记的原理51以

18、微卫星DNA标记两侧特异性序列设计专 一引物，通过PCR技术扩增微卫星片段， 扩增产物经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离, 不同个体间因核心序列的重复次数不同而 产生DNA多态性。20138J6H%m微卫星遗传标记示意图PCR扩增I凝胶电泳AA AB BB 单核甘酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)帯位位点1UJ. AGTC AGAAATC.等位使点2UJ. AGTC ACAAATC.S 2.6SNP标记的特点高密度SNP是基囚组中最普遍、频率最高的遗传 标记。单个SNP虽然只有两个等位基因， 多态信息含量不如微卫星位点，但其高密 度弥补了其不足。2

19、0131 8J6H%m代表性某吐位于基因表达序列内的SNP(coding SNP,cSNP),有町能直接影响蛋白质结构 或表达水平，鉴别cSNP对j：复杂表型性状 与基因变界Z间的关联分析貝冇帀:要意义。2O13|8；J6H 期二55易实现自动化分析双等位标记，检测时只需“冇或无”表示。 DNA芯片技术实验了 SNP分析的离通量、 微型化和自动化。检测SNP的特异杂交2013*18/)(件分子昵林核叶CTGGTCGTCAGTCTTTAGTT GACCAGCAGTCAGAAATCAADHA靶分子SNP I横悠酸$矗性I配的裁te9不用种分子Tttt厂应豪MDNA芯片（DNAchip）技术正常合成

20、丸激活合成CTGGTCGTCAGTCTTTAGTTGACCAGCAGTCACAAA TCAA2013| 8；6H VJWDNA芯片动态等位专一性杂交(Dynamic allelespecific hybridization, DASH )反应石.涿液中进行，样置于96孔核的每个 凹槽中，由于熒光栋记试刘只与玖链DNA结 合，所以只有可杂交的分子发出荧光。卖脸 初始时保持可使单个减基错配的反应条件， 此肘集聚核#酸可占任何等住SNP分子杂交。 随后逐步提富反应溫度，由于完全互补配对 的杂交分子较之舍有错馳殓基的杂交分子可 耐受较高的温度，因此多反应沒度升高列临 界点时，含有错紀的杂交分子将会解链

21、，熒 光信号同肘谄失，说朗该样中舍有SNP2O13H8/J6H V.IW“遣传图”的建立为人类疾病相关基的分需克隆奠定了基础。拥有500020130 8/J6H VW多个遺传学住点，相当于把整个人类 基因组划分为5000多个小区，并分别设置了 “标牌”。这些标牌将在捜索功能基因的过程中发挥独特的作用。2013-I8/J6H 星期把多态性的疾病基因住点（该住A 至*包括“正常”及“孜病”两个 等住基因丿与上述遺传标记进行分 析比较肘，如果在家糸中证实该基 因与某个标记不连赖（重组率为 50%丿,表朗该基因不在这一标记 附近。f如果发现该基因与禁个标记有一定程 度的“连锁”（重组率小于50%但 丸

22、于0丿,表朗它可能住于这个标记 附近；如黑该基因与禁栋诃河不发生重组（重组率等于0丿,我们就推测该标记与所研究的疾病基可能非常接近。20130 8/J6HVW其它的DNA标记（分子标记）AFLP （Amplified Fragment Length Polymorphism即护增片段的长度多态性丿 .f *STS （序列住点标签丿是由一段长度为 2 0 05 0 0 b 的序列所界定的住 点，在基因组中只出现一次RAPD fRandom Amplfied Polymorphic DNA随机护增多态性b N A）分析的例子2013*1 8/J6H V.IP刁 I”2JJL-TF?“9M ettt

23、Rti/20131 8/J6HVJW比较chaiSUP53 ieu2 * 呢I PMiaMAT tK4SUN IABPI酵母3号传图 与物 理图2013*1 8/j6Hfl 1 I,7v-r（二）物理图谱：人类基因组的杨理 图是指以已知核苜酸序列的DNA片段 （4 列 标签住 点，sequence-tagged site, STS）为“路标”，以戚基对（bp, kb, Mb）作为基本测量单住（图距）的基因 组图。20131 8/J6HVJW物理作常用的方法炎光原住杂交2、喂制性酶切图3. 辐射杂交细胞图I 4、连续克咚糸图1.熒光原住杂交图（FISH MapJ 用不同颜色标记的各种DNA序列（

24、探针丿,与染色体上的互补序列 亲支而不玻坏染色体的整体形态， 显微镜下观案.辨认吳光标记在染 色体上的定住而绘制的图谱。20130 8/J6HV 朗二71图示用卫星DNA 探针与分乳中期染 色体原位奈交黄色 荧光示右丝竝处的杂 交红色荧光是碘化丙 唳染色的染色体7320131 8/J6HV.W?* In thv bybriiiMtiea ts aaotherfortlw ciMivieMmil UeaMn a fM. a* FMI tMhmqtH* thH caie. ibe IwtJ proleMocisted with vmforwe.ih) MY lechmqMP! 2 dHet.E r

25、tbet. wh %pe?MC1II01C7l(*M$ICMD1106fcl201109nniW7MCHROMA irCHSOI. OGV CORP2O13|8/6HVJWmf|fwa Olli m Im * t&u762. 限制性酶切图：选用合迨的限制性内切酶对尿因组DNA或部分基因纽DNA进行酶以荻得以聲切住A%栋记的肠理图。DNA分子R:多态性薛切位* :非多恋性瞬切位A20131 8/6H VJW78U LUI *!l，t M!t：onea4m * a：Mt2013WJ6H V79稀有切点限制图绘制稀有切限制聲糸指该酶识别的减基顺序昱因 组中只有很少救量，可产生较大的DNA片段。选用神

26、冇切点限制酶时有几点必须注盘： 1J 般而言，识别顺序越长产生的片段越丸。但 是，击钗别伐点中含有非特异顺序对，由于随机 边择的干犹，片段的长度比预朗的小。 2）识别住点的戚恳组成影响限制性片段的大小。3）有些限制酶识别住点较长， 4）屋因组DNA的甲屋化状态。20（3 8 丿6H 绘期二8220(3 8 月 6H 星期二853、辐射杂交细胞图：利用X-射线照射人细胞，使染色体随机斯裂， 然后与啮齿动賜细胞杂交克隆，人染色体片段彼整合到啮齿动场染色体上。两个相邻基或标记越近，越可能出现在同一个片段而进入同一个杂交细胞。通过识别、定住枝 术及统计学分析可计算人DNA标志 的连獄关糸。I B)I

27、A)H射建理Q色体总81翹整20130 8/J6HVJVJW#J人/x *色只後巳体中抵入人曳第色悴片段S 3.12连续克隆糸图：是最重要的一种图 谱以序列标签为标志。序刃标签：STS是基因组中任何单 拷贝的长度疫100500bp之问的 DNA序列，与核酸内切酶识别序列 相关联。序列标签的将点:1, 艮衣窗100500bp的已知办列,2, A鸟色体上的位覺館略.3, 可用PCR方改連行扩時的# 一構貝。丸片段DNA的分南回收 脉冲 电冰(pulsedfield gel electrophoresis, PFGE) 基本原理：将一个方向眾瞬变换的 电场取代葩单的单一电场(单向电 炀丿,使电泳屮妥

28、殂的刃“今&恵 电场改变时相酱迁移方甸，达创今 南的內的。j8620130 8/J6H牟期常规或非 常规琼脂糖凝收集用于STS作图的DNA片段标记的一对标记 /2(M386H 绘朗二89 “ 一 - 1 - - I + -ifRftM* -金ita檢比2个0ftM*个覺1悴吧B J. io8820,8月6H宦期两个STS标签疫基因组上靠得近，它 们就含一直同肘出现在DNA大片段 上；两个STS标签在基因组上相距轶 远，它们同时出现疫一个DNA大片 丿段上的几率就会小得多。关統：得到5套以上包含相关染色体 或整个晟因组的DNA片段是建立STS 汤理图的丸决条件。然后，可以通过 拼接而得STS杨理

29、图。丸片段克F套典体耐母人工栗色体(antccecaCWK(MIC4. YAC )IAJ 卢AO6 mm t.a即人沁牌体PYA20138乃6卜卩训外源DNA的克咚过程JI目入dh细菌人工染色体20l3q8/6HVJWpl人工染色体20l3q8/6HVJW序列图谱以某一染色体DNA上所含的全部碱基序列 绘制图谱，包括：辭录序列非转录序列是转录序列、非转录序列、调节序列及功 能未知序列的总和。2013-1 8/J6H V.IPJ7*DNA序列测定的意义 DNA的序列测定是分子生杨学硏究中的一项非常重要的和关触的内彖。如淮.基因的分离、足佞.、基结构与功能的研克.基因工程中規体的组建.基因表达与调

30、控、基因片段的合成和探针的制备.基因与疾病的关糸等等， 却要求对DNA 级结构的详细了解。 DNA分高纯化技术的发展 DNA合成的随机终止死DNA的随机断裂削泳技术的发畏和完昙工具酶的发现採针及採针标记20(,8片6H绘期DNA序列测定的方法Sanger的加减去Sanger的 玖脱氧末端 终止 比 Gilbert - Maxam的化学修饰比DNA序列的t动分析基因芯片技术（杂交测序）5外切话 性。二怎SQNA聚金酶：用于PCR循环测序DNA序列测定20(3PrtniiT?TAAGCTCGACTdCTP. dGTP. dATP. dTTP MATP； AT TO 1GT ；d.iA -a ；ATH INUA* ；ATTC：、 ShtAddGTPKGArnxUM7|nin)of ehTtrf4niri grlS wee of wnipiriiii-ninry trandt-GA44f112DNA序列测定 Maxam - Gilbert化学吟解出测存原理: 利用特异的选择性试利，专一性的随 机断裂DNA成不同长短的片段。根据 试利的选择性及片段惟