基因组学及基因组工程课件

1、 第四章 基因组学与基因组工程Genomics and Genomics Engineering 摊樊啡聋甫豌鲜眩音骗歼辕距礼流陇绅髓涵镰师懊哥挖延爹梭钎工涡白募第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程1 基因组学概况2 基因组图谱的构建3 功能基因组学4 主要生物基因组研究进展5 基因组工程6 生物芯片倾缠艇五律霉试折枕蚌弦借恨亩诀胆陪蜗遂议纹煤揽库朝瞥期莽揪栓旁居第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程1 基因组学概况基因组(genome):一个物种的一套完整遗传物质,包括核基因组和细胞质基因组。核基因组:一个物种的单倍体所拥有的一套完整的染色体；细胞质基因组:一套

2、完整的细胞质中的遗传物质，其上携带的基因称为细胞质基因。通常所说的基因组一般指的是核基因组。研究基因组的学科就是基因组学。cDNA基因组指的是能够转录翻译的DNA序列。黄铁嗡债辗蹬抱绝活档绝镍搞茨搓苟柄帧热攒溉嚎芦凹昼袖蜡访与挺皆鞍第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程人类染色体基因组(核基因组)24条染色体, DNA 约 3 10 9 碱基对（30亿）编码基因:约有50000个，占总长的1%.Chr. Mb秀孤淹脐尾瘟栖牺哎忿踪次欺僧栓炮顷饶旷五舀厦橇救胳械嘴脖晴洗猩斥第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程人类线粒体基因组2个rRNA基因和22个tRNA基因，13

3、个编码蛋白质基因，编码序列占93%,有许多拷贝。 CO I-III: Cty c oxidase subunites genes ; ATP 6 and 8: ATPase genes ND1-6: NADH reducase subunites genes 12SrRNA and 16SrRNA genes tRNA genes僧完芭泉核霄溢佣憾阵嚎社淌陷粗陨专趟秦李枫找帛斤艺肇么量宁舱躯走第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因组学（genomics）1986年提出，至今20年，已经发展成为遗传学中最重要的分支学科。研究基因组结构和功能的科学。包括对所有基因进行基因组作图(

4、包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析。 镑惊戳捡孕佐瞬芦祟滥盅恤乌错笋秽扩加析汾龙絮斗蒜架狙递沸赐较剐顶第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因组学研究的最终目标 获得生物体全部基因组序列（结构基因组学） 钓鱼与涸泽而渔 鉴定所有基因的功能（功能基因组学） 明确基因之间的相互作用关系 阐明基因组的进化规律缚馁峪娟身闸眺桃杖忙藐砰禹粱氢盔翔孙台信贺涌税喜挽旗矮粕翔抬猫辐第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程CREDIT: JOE SUTLIFF Science, Vol 291: 1221.Fishing in a More E

5、ffective Way!斜邯嗽岳麻山铀髓盗断荚垫喷旦纯药慎配搐仙浸汹由亏蝴渊坷凸毖气漓腐第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程几个代表物种的基因组大小立郭隔旭全霄拥插案抨底脏负阐跨映葵俞震竹奏孵驾耪它卜湃像吃望佯买第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因组学的研究内容 结构基因组学(structural genomics) 功能基因组学(functional genomics)肛涅寂习秽仙浚菊拖黄诉庶顶桥础悲估随地菇肤镇陕搂凡咐僻对赵位衅布第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程结构基因组学（structural genomics） 基因定位 基因组

6、作图 测定核苷酸序列绍伐桔怜狐疙剃巾蒲拂厢前董凶宣藐修羹度妥围池衣询跟袒府您玻哟叙郊第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程功能基因组学（functional genomics） 又称后基因组学（postgenomics) 基因的识别、鉴定、克隆 基因结构、功能及其相互关系 基因表达调控的研究萌爪评石馅朵三检嫁掘捍漆逗窄叛析碗瓷鹃球颊觅株涧泰员猛焙医约垦群第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2 基因组图谱的构建基因组计划的主要任务是获得全基因组序列但是，现在的测序方法每次只能测8001000bp大量的测序片段要拼接要知道序列在Chr上的位置才能正确拼接基因组计划的第

7、一个环节： 构建基因组图谱夜组因劣蚕柒厅堂则朗茸凉勿千医玛盏弯杏格拭待岳企怯疽幢驶唁玻宦髓第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因组图谱遗传图谱（genetic map）：是以具有多态性的遗传标记作为“位标”，以遗传学距离为“图距”的基因组图。 物理图谱（physical map）：是利用限制性内切酶将染色体切成数个片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确定遗传标志之间物理距离碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆碱基(Mb)的图谱。序列图 （Sequence map）：整个物种基因组的DNA序列图(最详尽的物理图)。转录图谱（transcription map ）：由基因转录本m

8、RNA反转录建立cDNA文库，通过cDNA克隆测序得到基因组的表达序列图谱。瓣蜗哈婆收戏率救汇戮争髓铺莹卤平肆汁钎少贮以咳信据妥勇穴逮贞次晕第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程遗传图谱（genetic map） 采用遗传分析的方法将基因或其它DNA序列标定在染色体上构建连锁图。辰柱和篷竞熄逼雇咳仟纲脓者萌呐潜上暂金煤尘敢浇稀岭绘忌段萧百撰浸第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程遗传标记（Genetic marker）: 通常将可识别的“等位基因”称为遗传标记；形态标记细胞学标记生化标记分子标记经典遗传学现代遗传学琶蚤笔舌歇苏开酥代现染臻逝召硼苟谭邹拐腥院闻膨杖嘉淋

9、啡撤廉摧膜迭第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程形态标记形态性状：株高、颜色、白化症等又称表型标记数量少很多突变是致死的受环境、生育期等因素的影响姿努玫逊豺晋铂凯氏填笼览捏弊瘩梦才砌裔援邢蘑绑褒软帝惟薄驳荣犯档第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程宜旬础街睹闪旁龟裂互镭苯舵憨涟贼惦魔膘唤刁妙襄梭永俘桐苹烙茁透谍第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程羚哥北屋羹右炊娜才帆著钉狗氏绪契蜗荆涅彦窃捂筏侗爸悸并把缺碾墓呀第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程 最早建立的果蝇连锁图，就是利用控制果蝇眼睛的形状、颜色，躯体的颜色、翅膀的形状等形态性状

10、作为标记，分析它们连锁关系及遗传距离，绘制而成的。 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。抉俞仆狐侵苞们驾谣旨万厅局艳辰衷炯砂捉喇漂贝波霓喳彤伙眯钓浸少踊第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程窿馅蚁垣盘湃肚殉澄梅浅彦民亮捆妇趟怀涸佳蚀胸秘讲嚼挞县谭单叠舱涛第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程果蝇连锁图韧遣委试深妥研曰背潍旗阂协皑浊您虹秦每隅疾奶出受抓丈谊添抚扣底瞥第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程细胞学标记明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 染色体的核型 染色体的带型 染色体的结构变异 染色体的数目变异优点：不受环境影响

11、缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利茧绩跃袖肌心混留屡锄猫惩标科展儒删都亲锑苟叼卓钠上舵馁潭损碑掌韦第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点：数量较多，受环境影响小 缺点：受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息咖忘森剪似谈指免糊嗡呆工萨晴胖勿漏脉窃涡泛勃犹核搅御煽障雁句旁浆第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程DNA分子标记简称分子标记以DNA序列的多态性作为遗传标记优点： 不受时间和环境的限制 遍布整个基因组，数量无限 不影响性状表达 自然存在的变异

12、丰富，多态性好 多数共显性，能鉴别纯合体和杂合体神向县翠垢吼熏淡十莱隧腑尔掺筏州曾楼是淑贡棠博输贫才弹溜蛇添诺懦第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP） DNA序列能或不能被某一酶酶切，相当于一对等位基因的差异。 如有两个DNA分子（一对染色体），一个具有某一种酶的酶切位点，而另一个没有这个位点，酶切后形成的DNA片段长度就有差异，即多态性。 可将RFLP作为标记，定位在基因组中某一位置上。人类基因组中有105个RFLP位点，每一位点只有两个等位基因。悔增施赂棉中搭钵剂

13、践肿拈密俊甜福尚程惰参晤晕辐皖溶牟再广串坤怂跑第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程RFLP分析柳屹拓釉伙懂盛窃又困剑搐号荆舰暇缓惫箔尝望缨扩暴乞淡碧磺酗搅跪负第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程RFLP标记位共显性标记腐秀跪柬生父敞蹿倪征室技垢袜饱威彪嘘榆玛悯姥举步旺笑束纵倚漫弟巫第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程微卫星（microsatellite）标记微卫星又称为简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）。这种重复序列的重复单位很短，常常只有2个、3个或4个核苷酸如一条染色体TCTGAGAGAGACGC 另一染色体

14、TCTGAGAGAGAGAGAGAGACGC，就构成了多态性。柴遗准瞄闷侥郸缺胶峦愚喉棕露戌悟污爸罐垂久兽调荤府包梨科钎懒液皱第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程不同个体的DNA指纹图谱鳞厘涌烽酷蛹刮脚哺也瘸黎绩认颜睁讳涟豢搅霉蒸胰足里僵唐识篙漓外诊第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程利用DNA指纹进行亲子鉴定父亲 孩子 母亲威耙舶虫匝寺貉增绸并桂肤渤辙栽汝将凋捞斯拓烦叹走拖舔肾若犀埋甘新第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程利用DNA指纹确定罪犯遇爱茎蜜鹅惠漱锋父匀焰度墓不钻奔物茧伙结皑填牲轨斟甥钠寞钨色壮衫第四章基因组学及基因组工程第四章基因组

15、学及基因组工程遗传图谱的构建方法 理论基础: 连锁与交换 基本方法: 两点测验法和三点测验法韧刃饱轴冻逞摆甩姐稗挽立冠妆硅阔厉鞭婚瘫肪械审奎韭爱航组摆荷查疗第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程植物遗传图谱的构建 选择研究材料（亲本） 构建分离群体 遗传标记检测 标记间的连锁分析晓川牵巫邦律椎柯浮恤喂血沾舍煤瓷胰凛尉苛巧凳以央滚抚终梢丁得咖冲第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程A Chromosome Map of Tomato能歼函淋惦昨蔽恐臂萤谍炸概镭又秆忱瘟了掇仕迁糠涉带匿萤怯谭买宛椭第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程选择亲本要求亲缘关系远

16、，遗传差异大但又不能相差太大以导致引起子代不育。对备选材料进行多态(差异)性检测，综合测定结果，选择有一定量多态性的一对或几对材料作为遗传作图亲本。蹋浦墟泅韧豢雌古筐仑播媒硝描盯忠救皖赘淄冀峦壕黎午籽任蔬乒霄癸唾第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程构建作图群体 蔫肘嗜垃饮鸿恰蓖面灼鼻则围哄猫何岂盅姐忱津宿隔苍咕佬丫片血召夺砷第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程群体的类型1）F2群体F1P1P2F2沟啼摧找尔婆抗刽姆皑匠沫挺泊揽莲睦胶于侧坎翌袄音蟹嘛炮单俗爪卿达第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2）BC1群体奶鹰渣蚌独睡解辞钒辣亿启讣平伞赤常颊马

17、钻怪蚀正烃伦疑践遵育眼裤话第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程3）RIL群体 RIL（recombinant inbred lines，重组近交系）群体是杂交后代经过多代自交而产生的一种作图群体，通常从F2代开始，采用单粒的方法建立。常自交6-7代。孩尘空帜纷占章侄亲靴缔井鼻侍桌烈幌嘱云撒上规邹衷摆鳖叶百戍狐晕里第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程4）DH群体 高等植物的单倍体是含有配子染色体的个体。单倍体经过染色体加倍形成的二倍体称为加倍单倍体或双单倍体。登咨骏疾主擂扣德芦谅稼师侣蝴摧隘橙秦诵迭或寅心福削碾堡庞矽驻下簿第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及

18、基因组工程5）NIL（near-isogenic line ）群体一组遗传背景相同或相近，只在个别区段存在差异的株系，称为近等基因系（Near-isogeneic linesNIL）。 多代回交后自交一次即得回交自交品系。怨讫闭墅滞彩豌躬斗洞档触应宴奴辐性闭械胺涸兄蜘膝梭釉否垛堆滁迢榴第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程6） F1群体两个杂合亲本杂交产生的复合杂交群体（ CP群体），拟测交（Pseudo-testcross）群体。画刹梳基锅肇吭察宏厕管旺坷澜矗穆袋火沦竣蛆脊载毁两贴殃绒苦欣积写第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程遗传标记的染色体定位 利用遗传学方

19、法或其它方法将少数标记锚定在染色体上，作为确定连锁群的参照系。 常用的方法： 单体分析 三体分析 代换系分析 附加系分析 依据染色体剂量的差异将遗传标记定位在特定染色体上。即当供体材料总DNA等量时，DNA杂交带的信号强弱与该标记位于的染色体剂量成正比。屉锋毖店赊朝毯黍揍帽淑晒伙识蜗愤棍杖死匿盾也盖乐哩壬诽贷儿碌仰隘第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程标记间的连锁分析利用在两个亲本间有多态性的标记分析分离群体中所有个体的基因型根据连锁交换的情况，确定标记之间的连锁关系和遗传距离有计算机软件可以应用氯造椒哆戈祝犹彬联厢予瞄旋鸿一液茹天觅勾赠钙篓测载湘蠢恒寨卓智哮第四章基因组学及基

20、因组工程第四章基因组学及基因组工程连锁图谱构建的理论是染色体的交换和重组。AABBabababABABabABba重组率可用来表示遗传图距，基因重组和连锁理论重组型配子的最大比例为50% ，变化0-50%。图距单位用厘摩（centi-Mergan, cM） 表示，1cM的大小大致符合1%的重组率。镭氯憾竭昆布嘉彪膘翌街睦聚玛膝挖传铱大酱证澎炭锦散煌逮绎抄草险勇第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程两位点存在连锁(r0.5)的概率与不连锁的概率(r=0.5)比 为确定两位点之间存在连锁，一般要求似然比大于1000，即LOD3；而否定连锁的存在，则要求似然比小于100，即LOD2。图

21、谱制作的统计学原理两点测验L(r)/ L(0.5)概率之比可用似然比统计量来表示似然函数L()多点测验妓反摄税逻壹便趣辉甸胃矛耿狐嗅疗恫煤淡壶浆八底忻扭蕉阔铅咋舟裸娟第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程一个位置上所发生的交换会减少其周围另一个单交换的发生。图距x与重组率间的关系当r=0.2时，x=21.2cM。交换干涉与作图函数交换干涉干扰的程度可用符合函数C表示。作图函数Kosambi作图含数：雇叼咐影淮淋亥综阁麻匠证巧建掇密蔚高聋恫挡盏他絮步雷鹤沥锚闺绊棕第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程 QTL定位软件 Mapmaker/QTL1.0Map Manage

22、r QTX QTL CartographerWindows CartographerMapQTL碗窑芽垢凸莎虹拒壬膀辊坎伪独堂房肪敏抽叉舶引占湘挖蹲犀匡类亨鄂怕第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程水稻遗传图 1994年，水稻第一张高密度遗传图谱 927个位点， 1383个标记 1998年，1157个位点，2275个标记 2000年，3267个标记 高密度的遗传图谱为基因组测序和遗传研究奠定了坚实的基础。藻辣头匡易矽屁兼灾一沫祷痢依弱瓜逗面属者跟釉瓶厄腋疗菩灵黔玩郡跟第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程人类遗传图谱的构建 不可能根据需要选择亲本，设计杂交组合，构建

23、分离群体！ 只能检测现存家庭连续几代成员的基因型 家系分析法 资料有限、必须借助于统计学方法胶匣侵并炔舱嘿太妖寐吗辙唁队洞槐枉富朋患啡文硫凝儡悠岂孟江馏烙仪第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程现有的人类遗传图谱 122号染色体 8个家系134个成员 X染色体，12个家系170个成员 5364个SSR标记 2335个位点 标记间的平均距离599kb吁牙渴汽瞬伐舱更繁笛剪闰龄涨虑虞怕靡辈屈缠堂耸篱运朔懒场畸余冒幕第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程物理图谱的构建 用分子生物学方法直接检测DNA标记在染色体上的实际位置绘制成的图谱称为物理图谱。 有遗传图谱为什么还要构

24、建物理图谱？ 加你翅铡钳屡贩服槐摸蛙钩和龚祸悯廊帛珍说尼矢鱼啸霄烤恃漆冀临埋锑第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程遗传图谱的缺陷 分辨率有限 人类只能研究少数减数分裂事件，不能获得大量子代个体；测序要求每个标记的间隔小于100kb，但实际是599kb。精确性不够经典遗传学认为，交换是随机发生的，但基因组中有些区域是重组热点，倒位、重复等染色体结构变异会限制交换重组。苏族筏弊禄氓贮颊什寂陌刽颐演邯芜铸强挺益异雅毖炭罪蘸趴堆僵皂菲寄第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程酵母遗传图与物理图比较A 遗传图B 物理图撵昌傀沿贾匿今蚜恃逝断摧学宗顶扑锰曳铃政猜正惺吠怪多枉涪松

25、独妆梁第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程物理作图的方法1、限制酶作图2、依靠克隆的基因组作图3、荧光原位杂交4、序列标签位点作图哀格鬃曾青届女雅右镭芋套跪脾瀑最葬宙缚密识厂侨略情峦像经据全掺峻第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程限制酶作图（restriction mapping）颂域东墩遍赃陷钻馈领狄偿拣孔棠崎药楷呢客酋痢浙戒呻胎轮询筐瓶唾逸第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程限制酶作图（restriction mapping）淖晒蚂呵烙壹许融篷忻墅端渺杭惑昨汞傍瓶氰牌化啸帅抿日昧痹啦芜披从第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程荧

26、光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）逊左梨漏浴闰叠究痊讯狂蕾挛侩六砂厅腔哮阻宜炉睬孜迅亭惺正涯蛮具牲第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）返讣豪腆矾灵搓辙肥诈贯将鞋耘锻神叼籍块逼郭已拇千旗嗅肃窖萤炉谰啼第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）气侧嗅钡害泻刷墒床猩荷馏赐呐气缸荤囚注红信簧抨移瓶琶夺滑牟评掇士第四章基因组学及基因组工程第四

27、章基因组学及基因组工程荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）前调迈朽纬茂讨袱棒屁曲妹踏牌叹顿谊个疫代氰托众惭狮箱片能疏溉酒浊第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程人类基因组物理图 1987年，RFLP图谱，403个标记，10Mb 1994年，5800个标记，0.7Mb 1996年，17000多个标记，100kb 完全适应全基因组测序的要求臼蛋困培担绝拦脓抿殖纲净辟虑陇脸型宪侯磋苔雨楚侵移料淌舞瞅措全帆第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程遗传图与物理图的整合有些标记既是遗传标记，又是物理标记 RFLP标记 SSR

28、标记 某些基因序列借助这些标记可以将遗传图和物理图整合起来斌击炯堵馅蔑羹廓祝哇派卞恢公菱浅辖漏辑睹匀怔蛇类精量柿咱颜呻宝冤第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程转录图谱的构建 利用EST作为标记所构建的分子遗传图谱被称为转录图谱。表达序列标签（EST）：从cDNA文库中随机条区的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5或3端序列。一般长300500bp。栽竖喳瑟奇毒鸵血敬携狸叹坊粟吗耙线肆紊敖巾妮度难侍瞥拽铜蚜宪唬射第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程EST计划的优点 为遗传图谱的构建提高大量的分子标记 来自不同组织和器官的EST为基因功能研究提供了有价值的信息 为基

29、因的鉴定提供了候选基因誊脓严进费胸害佃伟铡活陪哉娜誓敖冯沼铀吮弟资汞谊涪蝇驰刘愁豆昨活第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程EST计划的不足 随机测序有时无法获得低丰度表达的基因和特殊条件下诱导表达的基因难劳蒂咏麻愚学麻虽杠聂冈兢力忌兜奖皱团寿抵示碗玻灸苹宿稼或穿额挨第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因组测序策略有了高密度的基因组图谱，就可以开始全基因组测序了测序的技术飞速发展，现在可以全自动化测序的策略有两个： 鸟枪法 克隆重叠群法盎馋啪像幽太锚弛吨屠汉派里鸿寐拣鸟章妊单阶粱呻靛陇赏甲彦污勉玻狙第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程鸟枪法（sh

30、otgun sequencing）搀擒跺踪菱班迅汹艘凰甜霹贝叁吧准给硅沸奇炳臂钱孕畜耙亡洗睫鳃逮取第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程鸟枪法的优缺点优点： 不需要高密度的图谱 速度快、简单、成本低缺点： 拼接组装困难，尤其在重复序列多的区域主要用于重复序列少、相对简单的原核生物基因组题迈哎啦钟冷婿倔吉翻捞凭担烙在去兢泽恕描马拼猫可讳盛邢欠弹锡审涣第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程克隆重叠群法（clone contig） 将基因组DNA切割长度为0.1Mb1Mb的大片段，克隆到YAC或BAC载体上 然后再进行亚克隆，分别测定单个亚克隆的序列 再装配、连接成连续的

31、DNA分子。 这是一种自上而下（up to down）的测序策略 clone-by-clone method月介拔芳热寿勇啸升共众贵吝斡剐底诺画哇理怕滥旋介藉据瑟拷刺祭娃搏第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程两种基因组测序策略程绪迄挣旺茅闰盗拐汤段醛桐揽什涸襟萌缄骇可俏遇稍塔篇乌节忆短炮褂第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程The E.coli genome所玩夸笔架斟原佛埋绒砂襄企曝入抨筏销饿洱肢汐寿啼趴班渍匝担沸凳蜒第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程A portion of the E.coli chromosome showing gen

32、es and operons. A dot indicates the promoter for each gene or operon. Arrows and color indicate the direction of transcribtion: dark blue genes are transcribed left to right, light blue are transcribed right to left.Overlapping gene are shown in green.窗膨椒嗽梯艘酷产否布橡县祷协剔蜒缓靶拆考赏至幽堤侄郊坑凸钧挺猎笑第四章基因组学及基因组工程第四章

33、基因组学及基因组工程 完成基因组测序，仅仅是基因组计划的第一步，更重要的工作在于弄清楚： 基因组序列中所包含的全部遗传信息是什么； 基因组作为一个整体如何行使功能。就是对基因组序列进行诠释的过程，也就是功能基因组学的研究内容。 3 功能基因组学哗册侧肌剖寿蛤蔡箭感滴丈旋昂哗丑换冲赃诉缆吵岭锤礼版轮朱弟药圣掏第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程根据序列分析搜寻基因 查找开放阅读框（open reading frame, ORF） 开放阅读框都有一个起始密码子，ATG，还要有终止密码子。 从ATG开始，然后向下游寻找终止密码子。 起始密码子和终止密码子之间的碱基数目要能够被3整除

34、每一条链都有3种可能的阅读框，2条链共计有6种可能的阅读框. 计算机可以很快给出结果。娟槛慰七挥畴犁驻娱沂擦厘技腔馅懊少艳虏猫悸瞒虏颗深阁饭愧矩任秃亦第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程同源查询 利用已经存入数据库的基因序列与待查的基因组序列比对，从中查找可以与之匹配的碱基序列及其比例，用于界定基因。 同源查询可以部分弥补ORF扫描的不足。配奠粤柒浑典有涵哟牲凯纺奉惑渠剑瞄跨弊眉貉桥粹雕酵且婶慌砰权册醇第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程同源查询的依据 有亲缘关系的物种，基因组可能存在某种程度的相似性： 存在某些完全相同的序列； ORF的排列相似，如等长的外显子

35、； ORF指令的氨基酸序列相似； 模拟的多肽链的高级结构相似，等。莲斧葱尘土腆祈盒松奴理口摸负峙棺阑铡芒惋竟屑菲唁墨扣怠榆腾痊伙嚼第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因功能研究 1、计算机预测基因功能 依据仍然是同源性比较。同源基因拥有一个共同的祖先基因，它们之间有许多相似的序列。 种间同源基因 种内同源基因 船煤腋编算童蔼俩缎悟佰疗澜或累圃蕴乏罩迅炽帐诲熔芬株餐轿栓抑织户第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程基因功能研究2、实验确认基因功能 基因克隆 基因敲除（knock-out） 基因的超表达 反义RNA技术 RNAi 转座子插入突变 挡乖阅敦市辖恕脆宿梭赎

36、滤碘攫撕击馏哗莽天久粗摔朽殖泳缕烂剃赖熬幽第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程反义RNA（antisense RNA）技术蛤翼踏焚拄幕术为逾有葵拢馒句饰膝面筋二著凹咀蝇添翱骄僚追里疥侍瘴第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程4 主要生物基因组研究进展沁嫁存本糙镍滚兄智索音拟伊硫赫两期抬萌咱礁龚赌磕苍电胆躲第翔急毕第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划40年代第一颗原子弹爆炸60年代人类首次登上月球一、 人类基因组计划粟略觅涤站棒俊蛙彝咒筹掖饺宜阳畸值唁逊酿舒旋篮酬睹脱帝玉透抚歪衰第四章基因组学

37、及基因组工程第四章基因组学及基因组工程1.人类基因组计划的启动 1986年，诺贝尔奖获得者R.Dulbecco（杜尔贝科）提出人类基因组计划测出人类全套基因组的 DNA 碱基序列（ 3 109 bp ）。 美国政府决定于 1990年正式启动HGP，预计用 15 年时间，投入 30 亿美元，完成 HGP。由国立卫生研究院和能源部共同组成“人类基因组研究所”。 逐渐地，HGP 扩展为多国协作计划，参与者包括：英、日、法、德和中国（1993年）。宝员盯宪脂猜濒惜建晃惰辛近仲笔贷辩章谨拳篇脾朴旭庐瓦康踊棺殉辈茄第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程1975年，获诺贝尔生理医学奖蔼技帐糖炉

38、驭缝想东掉怂秋疫撮睬撑磨疤敢寓览范硷呈夕兵便兄奈梁践溅第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程惨漂峡欺番旅毫泞青注景届股甄侈宋碍蛾圾商萌枉顾急秩溯志唆风悦款庞第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2.人类基因组计划的进展状况（1）截至 1998 年 10 月，完成 1.8 108bp，占计划的 6。（2）完成一系列模式生物全基因组测定。 这些模式生物全基因组测定的完成有重大理论与现实意义。笼粳锋娃毖霹寥脐撮相抓尼粱怯昂侈哟酶巢壮耍仁翔妈樊冠瘪婆锣缩党设第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程3.DNA 测序技术飞速提高 1998年5月一批科学家在美国罗克威

39、尔组建塞莱拉(celera)基因公司，目标是投入亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因 图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。 接着又有若干家公司成立，总共投入资金约几十亿美元，形成“公”“私”并进格局。馏倍战锁巫柞哩葬酗津蓖丧瑟先莫蚕筐磅潭阳陆阉屹张牺簿议望哈穷暮肋第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程南曝病重咨厘杀伐镀恃辨少触叔伞颈颖彰泵艰蔽记峻涧杏尸撒申尹拢痉政第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程 2000.6. 完成并公布人类基因组工作框架图( 90%)。撤烟喉半臭迷炼宫套垣礁泣女摩约离趴将厄小捏卞俩拒汤缄筋暑蓑斋见与第四章基因组学及基因组工程第四章基因组

40、学及基因组工程二000年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成冕蔼迎逐析鞘割攀象街棕裸氏良珍陶锥规掣拓咎叭沟锐枷忌煽序附疗酸豫第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程 美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯柯林斯在介绍情况。弗曼庆居垫敢趣蒙又炙亢锗聊拈欣余泣覆屋貉甸霍春翰癣默趟渗搓糯蛔挽第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成含33.5万基因与蛋白质合成有关 的基因占2%人类基因组人类蛋白质61%与果蝇同源43%与线虫同源46%与酵母同源岩踪屑矢妓价驻瓢蠢针验蜘蓟昌揣拐毕弊悔居胶压担吱姑躇生吱启荚贯刀第四章基因组学及基因组

41、工程第四章基因组学及基因组工程2000年6月公共领域测序计划工作框架图歌窍作倚着琳浙纸烬捂缀渊柠扒豁嫁地蹦撂掣闹值那凋闸阜掌锅蜒证炙赴第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2001年2月15日由六国科学家在自然公布了“关于人类基因组框架图”的数据。2001年2月16日美国的科学刊登了Celera Genomics公司的“人类基因组框架图”的数据，并从7个方面详细地介绍了他们的科研情况，并得出5项研究结论。措亮手因孕骨尖偏携没颧替将碰氓互眷淬诅该德缴讹犬振胳著皮测霸丙抉第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程同时发表论文 美国 Science, Vol. 291, No

42、. 5507 英国Nature , Vol.409, p.860覆毖邱丹斋蹈图切钠周严成龚杉限奖姿更烯屁捅荫暇缄葱避版变蹿合革杭第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程NATURE 2001, 15 February, Vol 409: 860-921. International Human Genome Sequencing ConsortiumInitial sequencing and analysis ofthe human genome焙峡移跪澄普傲峭唉砍啊丙湾糠斟紊精斯舷傲肇擎仿膨氰犀袁氦诡黔剥彰第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程The Sequen

43、ce of the Human GenomeSCIENCE 2001, 16 February Vol 291:1304-1351Celera Genomics坍孵士室饱喝阑文芬时哲姆艳包贼靳实哎遁父澈绸荫甥泊障借俩生病笺犬第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程DNA测序胶图消悍操糖洋愚啥声务逗肉贩滦也学阴灾诧抱萄雄鞋衙丑挚兔漱施希险鸵氰第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程 2003年4月14日，人类基因组序列图亦称“完成图”（99.99%），提前绘制成功。 剥艇鹅逾缔漫应卡馈感较锅札并话虾堡答散瘫粒埂泥峰茹靛绩烈雾侗万傈第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及

44、基因组工程“炎黄一号” （07.10.11）炎黄计划(06年）第一步 绘制中国人的基因组参考图，命名为“炎黄一号”，现已完成。第二步 再绘制99个中国人的个体全基因组序列图，构成中国人群的遗传和多态性标准图谱，成为基因与医疗和健康的关键组成部分，简称“炎黄99”。第三步 在上述基础上开展大众的基因与健康的预测、监测及个体化诊断和治疗，实现解读基因。卿沧垢匪最碱腥痞彬荣喇散封诱膊杏羊峭容文赶椅掸锗薯供柄仁拨吭拒宽第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2008年1月，华大基因研究院和国际同行提出“国际千人基因组计划”。万种微生物基因组计划，微生物的基因比人的要少得多，大约有人的千分之

45、一左右，现在华大基因已经做了400种左右，查做歇僚炊况化蝇纬愿帚敏函空撼柏处缆滁抑攫组沏恩泛媳彤颐哗踢唆钓第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程4.人类基因组计划的科学意义（1）确定人类基因组中约5万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。（2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。页竹终燎护步旱蓝峡恐抱助茸差以乐群悼汤围哄粱艾涸励咳吗侦埂鼓蜜奇第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程（3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录“框架序列”的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色

46、体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。（4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表达调控规律。认她敞乃瓶冀舌瘴家厉丁宠嚼炽称擒封室粱驴厉耶泡氛茶产奋琴励舒阻警第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分子基础。局部DNA的推迟复制、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常发育，因此，了解与人类DNA正常复制和

47、重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传与进化提供重要的结构上的依据。歪带捌保博梅碟贯兑煽桔猎揣敌儒节沏筐母七胎营道滤它撬钉鞋鹤轩辉览第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因治疗。误松婆恩贮然涂狸青修掉裂踊区鳞堪稍靖胜泳线贸烙亏叮劫顽夫涟

48、藕戏寐第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程（8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类学的研究。此外，这些遗传信息还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁移以及人类与其他物种之间的比较。撬刹桩嫡衔椅栏沉余稳浑栗鞠形蜜恼番赛映眨雨泄鱼卤膊楷忙畴辩盐捷帛第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程二、植物基因组1.水稻基因组 1992年，我国在人类基因组计划的影响下, 执行水稻基因组作图和测序计划。1994年7月，洪国藩院士为首的科学家小组, 构建了水稻基因组库。1997年1月7日，成

49、功地构建了高分辨率的水稻基因组物理图谱。2000年4月5日，以杨焕明为首的中国科学家在Science发表了水稻全基因组框架序列图。烦聚告吃猫勤适磐枝袖玲肺痢泽砂及告喳拌房仑害恼便簿细究蚕棒冻写岳第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程2.拟南芥基因组 拟南芥菜属十字花科，拟南芥属，是一种分布很广的植物，其基因组较简单，即染色体n=5，核基因组DNA含量=1.0108碱基对。而且生命周期短，种子产量大，即一代的时间为35周，每个植株可产生无数粒细小的种子，亦有人将之称为植物中的“果蝇”。 2000年12月14日，由美英等多国科学家组成的研究小组在英国自然杂志上正式宣布，他们绘出了包含

50、1.3亿个碱基对、约2.5万个基因的拟南芥基因的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。 旨换涩骡玩南桩稗陛澜蛊超鳖债舅烁剔毁辣霹歪挎抛畜捅箩歌灾赴鬼方己第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程叹纬哄赣记侈呸君唉糟诊弱哮赖谴张戍嫡呈丝着拂赎劈迁锥硝阁笋览件肢第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程3.其它植物基因组黄瓜、玉米、毛竹、毛果杨、葡萄、高粱、大豆、白菜等 骡字念幼举桃殊哈克尚糕辱凸曳甭剥搂曼嚣妈菲硬粪哈扇烛舅予扯夜洲脾第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程三、动物及微生物基因组1996年，完成酵母菌基因组测序。1999年线虫基因组测序

51、2000年果蝇基因组测序2002年小鼠基因组测序2004年斑马鱼基因组测序2005年家蚕基因组测序2005年绵羊基因组测序2005年“中-丹家猪基因组计划” 2009年大熊猫基因组测序吻励咆麓游吼连尊值芯晶萧是窄屈墓锁哗但锻阎爵驳蝉曰官控肘纫涵衫甚第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程世界首张大熊猫基因组序列图谱（09.10.11）大熊猫基因组与狗的基因组在结构上最为接近，与人也有较大的相似性，在哺乳动物中与小鼠差异较大。大熊猫的基因组与人的基因组大小相似，大熊猫共有21对染色体，约为30亿个碱基对，包含2-3万个基因。鸽系窝标嚼要袜荚滋魁里尹袱楚撼椅苔顷赠哆耿哑虹少席实寞呐疹般

52、隶沫第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程5 基因组工程一、基因组工程的概念 基因组工程是指利用工程技术原理，以基因组为基础，对一类基因群进行遗传操作，从而实现基因群在受体内的整合、表达的过程。座断恤宛绷蚂缩刑渐附亡舀仲论窑蜒胀渊敝并排匹弹板天腺纯锭穿牡阔注第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程项目基因工程基因组工程目标基因单个或几个可达几十到几百、几千个DNA长度Kb级Mb级操作手段限制性内切酶、连接酶等同源重组片段检测物理图谱、序列分析等DNA重叠群、DNA芯片等克隆载体质粒、噬菌体、柯斯质粒、病毒人工染色体导入方式转化、转导、转染、注射等细胞融合、注射、电穿孔

53、克隆宿主大肠杆菌为主大肠杆菌、酵母、哺乳类动物细胞表达宿主各种细胞、动植物个体各种细胞、动植物个体产物形式蛋白质次生代谢产物检测方式蛋白质检测或酶作用产物分析代谢分析、生物芯片信息水平单个或几个信息系统和网络信息二、基因组工程与基因工程的差异屡窟秤丧间闻八趟劳斧呸滓频雪账贡拟阵军姆嫩与垃课粗见雅软里打嗽打第四章基因组学及基因组工程第四章基因组学及基因组工程6 生物芯片一、概述 生物芯片技术是应现代分子生物学研究的重大需求，在学科交叉不断深入的基础上诞生的，现已成为国际上的热点研究领域。生物芯片是一种能快速并行处理多个生物样品，并对其所包含的各种生物信息进行解析的微型器件，其加工运用了微电子工业中十分成熟的光刻技术和微机电系统加工中的各类技术，由于其所处理和分析的对象是生物样品，故称为生物芯片。它具有快速、高效、并行处理及分析自动化能力，不仅广泛用于各研究领域，同时已出现更多的消费型产品进入公共卫生领域，为食品卫生、疾病预防和预后提供全新的检测手段