分子生物学张尚宏 分子生物学3ppt课件

1、一、基因组与基因组学一、基因组与基因组学3. 基因组学基因组学Genomics）把基因组作为研究对象的学科把基因组作为研究对象的学科（1结构基因组学结构基因组学structural genomics）（2功能基因组学功能基因组学functional genomics）（3进化基因组学进化基因组学evolutionary genomics） 基因组学的三个有代表性基因组学的三个有代表性“时代时代”3. 基因组学基因组学（1结构基因组学structural genomics）基因组结构genome structure） 种类、结构特点、种属特异性定位基因gene mapping） 遗传图谱gene

2、tic map与物理图谱physical map）：遗传距离与物理距离测定基因组全序列whole-genome sequencing） 结构基因组学研究的主要目标 人类基因组计划the Human Genome Project之前，只测定过 一些病毒（X174、T4等的基因组全序列Phage X174: 5375 ntSequencing timeline基因组全序列的测定基因组全序列的测定 2019 流感嗜血菌流感嗜血菌Haemophilus influenzae） 1,830 kb 枝原体枝原体 Mycoplasma genitalium 580,070 bp，预计有，预计有500个基因个

3、基因 2019 古细菌古细菌 Methanococcus jannaschii 1,660 kb 酿 酒 酵 母 酿 酒 酵 母 S a c c h a r o m y c e s cerevisiae） 12,068 kb，近，近6,000个潜在个潜在 的蛋白质编码基因，近的蛋白质编码基因，近150个个rRNA基因，近基因，近300个个tRNA基因，还有基因，还有几十个几十个 核小分子核小分子RNAsnRNA基因基因和一大批核仁小分子和一大批核仁小分子RNA （snoRNA基因基因 2019 大肠杆菌大肠杆菌Escherichia coli） 4,639 kb （目前已测定数百种细菌的全序列

4、）（目前已测定数百种细菌的全序列） 多细胞生物多细胞生物 2019 秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans） 97,000 kb 2 0 0 0 黑 腹 果 蝇 黑 腹 果 蝇 D r o s o p h i l a melanogaster） 180,000 kb 2000 拟南芥拟南芥Arabidopsis thaliana） 120,000 kb 20006月）月） 人类人类Homo sapiens） 3,120,000 kb3. 基因组学基因组学（1结构基因组学结构基因组学structural genomics）结构基因组学的成就大大促进了生物信息结构基因

5、组学的成就大大促进了生物信息学学 （bioinformatics的发展的发展3. 基因组学基因组学（2功能基因组学功能基因组学functional genomics）大规模、高通量分析基因组中基因表达的技大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术术 DNA微阵列微阵列DNA microarray），）， DNA芯片芯片DNA chip）基因功能的分析基因功能的分析 基因剔除基因剔除gene knockout），），RNAiDNA microarray3. 基因组学基因组学（2功能基因组学功能基因组学functional genomics）对基因组中基因本身的认识基因的概念）对基因组中基因本身的认

6、识基因的概念） 编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 编码功能编码功能RNA的基因的基因 非编码的非编码的DNA也可以是基因也可以是基因 ？3. 基因组学基因组学（3进化基因组学进化基因组学evolutionary genomics）在整体水平上研究基因和基因组的结构、功在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化能的起源与进化比较基因组学比较基因组学comparative genomics） 进化基因组学的初始阶段进化基因组学的初始阶段通过比较，发现基因组中蛋白质和功能通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基因的密度与生物的复杂程度有一基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关定的负相关

7、不同生物基因组中基因的平均密度不同生物基因组中基因的平均密度生物生物 基因组中基因的平均密度基因组中基因的平均密度 细菌细菌 1个基因个基因/ 1 kb酵母酵母 1个基因个基因/ 2 kb线虫线虫 1个基因个基因/ 5 kb拟南芥拟南芥 1个基因个基因/ 5 kb果蝇果蝇 1个基因个基因/ 13 kb人类人类 1个基因个基因/ 40 kb 密度的变化与基因组进化中调控元件和密度的变化与基因组进化中调控元件和“非基因非基因DNA” 的扩增有关的扩增有关2019BREAKTHROUGH OF THE YEAR:Evolution in Action2019年世界十大科年世界十大科学进展之首学进展之

8、首进化研究的新进化研究的新突破突破人与黑猩猩基因组的比较人与黑猩猩基因组的比较nHuman and chimpanzee differ by only about 1% in the nucleotide bases that can be aligned between our two species, and the average protein differs by less than two amino acids. But a surprisingly large chunk of noncoding material is either inserted or deleted i

9、n the chimp as compared to the human, bringing the total difference in DNA between our two species to about 4%.Science 2019, 310: 1878 - 18793. 基因组学基因组学（3进化基因组学进化基因组学evolutionary genomics）基因和基因组如何通过并非很多的基本结构基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位构件的重组而进化成新的基因和单位构件的重组而进化成新的基因和基因组构件在进化中被反复使用）基因组构件在进化中被反复使用）最原始的基因和基因组的起

10、源，其后的进化最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程模式与过程链对称链对称(strand symmetry)(strand symmetry)双链双链DNA：A TG CAA TTAC GTAG CT链对称链对称(strand symmetry)(strand symmetry)单链单链DNA：A TG CAA TTAC GTAG CT二核苷酸在基因组全序列中的链对称性二核苷酸在基因组全序列中的链对称性4. 蛋白质组学蛋白质组学proteomics）（1蛋白质组蛋白质组proteome）“一个基因组所表达的蛋白质一个基因组所表达的蛋白质”“一种或一个细胞内存在的全部蛋白质一种或一个细

11、胞内存在的全部蛋白质 （包括修饰后的各种蛋白质）（包括修饰后的各种蛋白质）”“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构结构 与活性与活性” （2蛋白质组学蛋白质组学研究蛋白质组的科学研究蛋白质组的科学目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能结构及功能4. 蛋白质组学蛋白质组学（3蛋白质组学的研究技术蛋白质组学的研究技术二维凝胶电泳蛋白质的分离）二维凝胶电泳蛋白质的分离）质谱蛋白质的分析）质谱蛋白质的分析）（4后基因组学后基因组学post-genomics）功能基因组学、蛋白质组学等功能基因组学、蛋白质组学等5. RNA组学组学RNomics）nRNA组与组与RNA组学组学RNomics）n转录组转录组transcriptome与转录组学与转录组学transcriptomics）nORF (Open Reading Frame)ORFeomeUseful websites for genomicsnnature/genomics/nnature/genomics/links/n (Natures Genome Gateway)n (Omics Gateway)/n ( N C B I