国科大 于军-基因组完整版预测试题

RNA的种类及功能。RNAworld，为什么说生命起源于RNA，RNA起主导作用。miRNA的作用机制为什么基因组中存在大量的非编码序列。三代测序的特点及功能。转录组的定义。基因组学五行说以及之间的联系。拉马克学说VS达尔文进化论。8、基因表达调控的方式（染色体水平、转录调控、转录后调控、翻译水平、蛋白质水平）。

9、表观遗传涉及哪些方面。

10、管家基因和奢侈基因，组织特异性基因。

11、GC含量。

12、为什么要开展人类基因组/RNA组计划13为什么要植物DNA复制大量的“垃圾”序列，动物RNA转录大量的内含子14CpG岛15基因组学研究的特点16DNA甲基化有哪些层次？有什么手段17植物和动物基因组就转录的片段不同--内含子1RNA的种类及功能RNA由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤，G鸟嘌呤，C胞嘧啶，U尿嘧啶。与DNA不同，RNA一般为单链长分子，不形成双螺旋结构，但是很多RNA也需要通过碱基配对原则形成一定的二级结构乃至三级结构来行使生物学功能。在细胞中，根据结构功能的不同，RNA主要分三类，即tRNA(转运RNA),rRNA(核糖体RNA),mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白质的模板，内容按照细胞核中的DNA所转录;tRNA是mRNA上碱基序列(即遗传密码子)的识别者和氨基酸的转运者;rRNA是组成核糖体的组分，是蛋白质合成的工作场所。（一）RNA的结构：1、基本单位：核糖核苷酸一般是单链结构。3、种类：（1）信使RNA（mRNA）：蛋白质合成的模板。（2）转运RNA（tRNA）：转运氨基酸，形似三叶草的叶。（3）核糖体RNA（rRNA）：核糖体的组成成分。（二）转录：1、概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。2、原料：4种游离的核糖核苷酸。3、碱基配对：A—U、C—G、G—C、T—A。二、遗传信息的翻译（一）翻译：1、概念：游离在细胞质中的各种氨基酸以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。2、场所：细胞质的核糖体中。3、运载工具：tRNA。4、碱基配对：A—U、U—A、C—G、G—C。（二）密码子：在mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。（三）反密码子：指tRNA上可以与mRNA上的碱基互补配对的3个碱基。RNA的种类及作用1.mRNA信使RNA功能：蛋白质合成的直接模板2.tRNA转运RNA功能：氨基酸的运载体3.rRNA核糖体RNA功能：核糖体的组成成分，蛋白质的合成场所4.hnRNA核内不均一RNA功能：成熟mRNA的前提5.snRNA核内小RNA功能：参与hnRNA的剪接与转运6.snoRNA核仁小RNA功能：rRNA的加工与修饰7.scRNA/7SL-RNA胞质小RNA功能：蛋白质内置为定位合成信号识别体组成成分8.siRNA小的干扰RNA功能：siRNA在RNA沉寂通道中起中心作用，是对特定信使RNA（mRNA进行降解的指导要素1.hnRNA，核内不均一RNA。这个RNA就是基因转录完的mRNA的前体，包括内含子序列，然后在剪接体的作用下5端加帽，3端加polyA，剪切掉内含子变成成熟的mRNA以后再转运出核，没有经过完整加工的hnRNA是不会被转运出核外的。2.snRNA，核内小分子RNA，参与mRNA加工，剪接和成熟。3.snoRNA，核仁小分子RNA，负责rRNA加工（切割和修饰）。4.端粒酶RNA，是染色体端粒的RNA序列，在具有端粒酶活性的细胞内，它的任务是作为反转录的模板然后加在端粒的末端以解决染色体因复制而变短的问题，这种酶在大多数细胞里是没有活性的，在某些肿瘤细胞，转化细胞，干细胞以及生殖细胞里活性较高。5.SRPRNA信号识别颗粒-RNA：实际上它是和六个多肽结合在一起行使功能的，这个核糖蛋白主要负责终止mRNA的翻译，同时它还能和内质网（ER）上的停泊蛋白结合使结合了mRNA的定位在内质网上，这个RNA的功能现在俺也不知道，得去看看文献呵呵。6.tmRNA，这种RNA比较特殊，兼具了mRNA和tRNA的特点。在细胞中参与一种特殊的翻译反应，即反式翻译反应。7.scRNA（细胞质小分子RNA），功能目前不知道。8.dsRNA，双链RNA，主要在RNAi中起作用。mRNA生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中，但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中，DNA主要贮存于细胞核中的染色体上，而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体上，因此需要有一种中介物质，才能把DNA上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。现已证明，这种中介物质是一种特殊的RNA。这种RNA起着传递遗传信息的作用，因而称为信使RNA(messageRNA，mRNA)。mRNA的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来，然后再由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。在真核生物中，转录形成的前体RNA中含有大量非编码序列，大约只有25%序列经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大，所以通常称为不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA）。tRNA如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合成蛋白质的工厂。但是，合成蛋白质的原材料——20种氨基酸与mRNA的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此，必须用一种特殊的RNA——转移RNA（transferRNA，tRNA）把氨基酸搬运到核糖体上，tRNA能根据mRNA的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结起来形成多肽链。每种氨基酸可与1-4种tRNA相结合，现在已知的tRNA的种类在40种以上。tRNA是分子最小的RNA，其分子量平均约为27000（25000-30000），由70到90个核苷酸组成。而且具有稀有碱基的特点，稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外，主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。这类稀有碱基一般是在转录后，经过特殊的修饰而成的。特点①5’末端具有G（大部分）或C。②3’末端都以ACC的顺序终结。③有一个富有鸟嘌呤的环。④有一个反密码子环，在这一环的顶端有三个暴露的碱基，称为反密码子（anticodon）.反密码子可以与mRNA链上互补的密码子配对。⑤有一个胸腺嘧啶环。rRNA核糖体RNA(ribosomalRNA，rRNA)是组成核糖体的主要成分。核糖体是合成蛋白质的工厂。在大肠杆菌中，rRNA量占细胞总RNA量的75%-85%，tRNA占15%，mRNA仅占3-5%。rRNA一般与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体（ribosome），如果把rRNA从核糖体上除掉，核糖体的结构就会发生塌陷。原核生物的核糖体所含的rRNA有5S、16S及23S三种。当用超速离心测定一个粒子的沉淀速度时，此速度与粒子的大小直径成比例。5S含有120个核苷酸，16S含有1540个核苷酸，而23S含有2900个核苷酸。而真核生物有4种rRNA，它们分子大小分别是5S、5.8S、18S和28S，分别具有大约120、160、1900和4700个核苷酸。rRNA是单链，它包含不等量的A与U、G与C，但是有广泛的双链区域。在双链区，碱基因氢键相连，表现为发夹式螺旋。rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA3’端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的，这可能有助于mRNA与核糖体的结合。snRNA除了上述三种主要的RNA外，细胞内还有小核RNA(smallnuclearRNA，snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spilceosome）的主要成分。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。另外，还有端体酶RNA(telomeraseRNA)，它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA(antisenseRNA)，它参与基因表达的调控。RN7SLRNA，又称为7SRNA。在哺乳动物中，它是由RNA聚合酶III转录形成的，通常为双链核糖核酸，不进行翻译。它的长度为约300核苷酸，沉降系数为7s。A它是信号识别颗粒的支架。研究证明SRP是一种古老的核糖核蛋白，包含有一条SRPRNA，这一RNA是SRP行使功能必不可少的组成元件，除了传递遗传信息，调控基因表达以外，RNA还可以帮助蛋白运动，可见这个特殊结构在生物机体中扮演了可谓丰富多彩的作用功能。编研究证明SRP是一种古老的核糖核蛋白，包含SRNA，一RNA是SRP行使功能必不可少的组成元件，SRP-RNA参snmRNA小非信使RNA，细胞内有一类称之为非mRNA小RNA，SnmRNAs主要包括核内小RNA(snRNA)，核仁小RNAsnoRNA)，胞质小RNA(scRNA)，催化性小RNA（核酶），小片段干扰RNA(siRNA)等。这些小RNA在hnRNA和rRNA的转录后加工、转运以及基因表达过程的调控等方面具有重要的生理作用。许多种snRNA参与了真核细胞hnRNA的加工剪切过程。研究比较清楚的有U1、U2、U4、U5和U6。他们的作用是识别hnRNA上外显子和内含子的切点，将内含子切除。snoRNA则参与了rRNA中核糖C-2'的甲基化修饰。某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，在RNA合成后的剪切修饰中具有重要作用。这种具有催化作用的小RNA亦被称为核酶，或催化性RNA。siRNA是生物宿主对外源侵入的基因所表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度和特定序列的小片段RNA。这些siRNA可以与外源基因表达的mRNA相结合，并诱发这些mRNA的降解。利用这一机制发展起来的RNA干扰技术是用来研究基因功能的有力工具。tmRNAtmRNA是存在于细菌的一类稳定的小RNA，tmRNA发现于20世纪80年代，长期以来不被重视，因其同时具备信使RNA和转录RNA的功能而在最近5年中引起了研究者的浓厚兴趣。目前对它的研究重点放在对其结构和功能上.并认为它是细菌体内蛋白质合成中起“质量控制”的物质基础之一。tmRNA的生物学意义主要是同蛋白质质量控制有关，表现形式多种多样。在细菌的生活周期里,如何保持正确的蛋白质翻译始终是一个大问题,翻译错误可源于基因的转录阶段或翻译阶段.导致的后果是结合mRNA的核糖体由于不能及时地同mRNA分离而“滞留”在mRNA上,不能加入下一次循环,这对核糖体资源有限的细菌来说,是十分不利的,而翻译错误的几率在细菌应激状态下明显升高。tmRNA的功能有(1)：将“滞留”在mRNA上的核糖体解脱下来.(2):将一段信号肽加在有缺陷的蛋白质C末端,使其有效的水解。microRNA的基因组学研究技术与应用microRNA（miRNA)是一类广泛存在于生物体中的非编码、小分子、单链RNA，大约含有18-25nt，能够结合在靶基因3’UTR区，通过降解mRNA、影响mRNA的稳定性或抑制蛋白合成，在转录后水平上调控靶基因的表达.2、RNAworld，为什么说生命起源于RNA，RNA起主导作用。miRNA的作用机制RNA世界：WelookintothestructureofearlylifeRNAasbothfunctionalandinformationalmoleculesPartiallytransmittableasinformationSelectedbyimprovedfunctionNofixedshapeandformFunctional“enrichment”andincreasedstructuralcomplexityProteinsasextendedfunctionofRNADNAasinformationalmoleculewhenlessstructuralcomplexitybutasfunctionalmoleculewhencomplexityincreases生命起源：首先出现RNA，然后是反转录病毒、DNA病毒和细菌，至于古细菌和真核细胞的出现顺序仍存在争议，最后是多细胞生物、动物RNA世界”的假说。它指的是“在生命起源的某个时期，生命体仅由一种高分子化合物RNA组成。遗传信息的传递建立于RNA的复制，其复制机理与当今DNA复制机理相似，作为生物催化剂的、由基因编码的蛋白质还不存在”。分子生物学的发展以及证明：生命活动中的mRNA身世遗传信息的携带者。如RNA病毒中的RNA更是遗传信息的储存者及携带者；核酶的发现表明RNA具有生物催化功能，而一些有酶活性的内含子可能是生物进化过程中残存的分子“化石”。另外，RNA不仅具有极大的拷贝数，其变异率也很高，能够产生各种不同蛋白质而迅速积累信息。其次，RNA还是获得性遗传的分子基础，所谓获得性遗传指有机体在生长发育过程中由于环境的影响而不是由于基因突变所形成的新的遗传性状。环境可以影响和诱导RNA的产生和信息加工，从而使机体表现出新的性状，这种性状如果传递给子代细胞和个体，就产生获得性遗传。在RNAworld的研究中还形成了分子生物学上一个重要的新概念——试管内进化系统（SELEX），即将随机化学合成的DNA转录为RNA后，设置一个目标对这些RNA进行筛选，通过的RNA分子在通过反转录为环状DNA分子，并经多聚酶链式反应系统扩增DNA。通过连续筛选，即可筛选出具有特定功能的RNA分子。这一系统首先证明了RNA再环境压力下的快速进化的能力。（RNA由于其五碳糖2′位是羟基，化学活泼性远大于DNA，再加上其他原因，就特别容易发生突变，因此在携带遗传信息的能力方面，RNA不如DNA；RNA又由于组成没有蛋白质复杂，不可能形成如蛋白质那么多样的结构，因此在功能分子的作用方面，RNA又不如蛋白质。但RNA是唯一的既能携带遗传信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。因此，生命发生之初，很可能是在原始海洋深处的火山口边，高温、高压的条件下，在可作为催化剂的矿物质边富集了可能是雷电中合成的原始核苷酸。经过亿万年的进化，形成了具有自我复制能力的RNA.在人工条件下，这种进化的某些过程已被成功地模拟。原始的具有自我复制能力的RNA,再在以后的亿万年进化过程中，逐渐将其携带遗传信息的功能传给了DNA，将其功能分子的功能传给了蛋白质。）RNA---“toolsandmachineries”:作为遗传信息存储的tool和遗传信息传递的machineries，当DNA出现时信息才更忠实地复制生命一开始就说简单的所以遗传密码也是简单的，遗传密码只有变得更加robust,diversified,versatileandcomplex，生命才得以进化。遗传密码从最初的A-U进化到A-U-G再到A-U-G-C这种进化上的多样性被GCcontent控制而很少被purinecontent控制密码子的排序是基于20种氨基酸的物理化学性质和其在蛋白质结构上的顺序信息和功能的关系是由自然选择决定的ATGC四种碱基包含4层信息：顺序、长度、嘌呤含量（碱基形状信息：两个环/一个环）、GC含量（密度信息：2个/3个氢键）下图的意思应该是左边方框代表DNA性质：碱基顺序、长度、嘌呤含量、GC含量，右边方框代表氨基酸的性质：鲁棒性、多样性和复杂性（猜的）miRNA的作用机制1.miRNA翻译起始抑制机制目前主要有3种观点：miRNA可能通过抑制全能性核糖体的组装而阻断翻译起始。miRNA抑制要求靶mRNAm7G帽子的存在,认为miRISC可能抑制翻译起始复合物的形成miRNA还可能通过阻止polyA结合蛋白polyAbindingprotein(PABP),与mRNA结合影响翻译起始.2.miRNA翻译起始后抑制•miRNA可能引起新生多肽链的翻译同步降解。•在翻译延伸过程中,miRNA引发大量的核糖体脱落及高频次的翻译提前终止。3.miRNA介导mRNA降解–Ago蛋白定位于细胞中降解mRNA的RNA颗粒(RNAgranules),如P小体(processingbodies)中,这些RNA颗粒中包含常规的mRNA降解酶,如脱腺嘌呤酶、脱帽酶、核酸外切酶等,提示这些mRNA降解酶可能参与miRNA介导的mRNA的降解.4.RNA颗粒扣押、降解或储存靶mRNA?•胞浆的RNA颗粒,如P小体和SG(StressGranules)颗粒,在转录后水平的基因表达调控中具有重要的作用,它们是细胞储存处于翻译抑制状态mRNA的场所。5.miRNA正调控和去抑制•在静态细胞中(G0期),miRNA活化翻译和上调基因表达,而在其他细胞循环/增殖期则继续发挥抑制作用。•在一些条件下,miR-10a也正调控基因表达。–结合在5’UTR。•miRNA的抑制作用是可逆的。•mRNA逃避抑制。–3’UTR保守性缩短MiRNA在肿瘤治疗中的作用–miRNA相关的肿瘤发生通常是由于某些特定的miRNA低表达或者不表达，或者某些特定的miRNA高表达。•MiRNA在抗病毒治疗中的应用潜力–miRNA与靶mRNA序列不完全互补时也可通过抑制蛋白翻译起到基因沉默的作用，所以当病毒出现变异时也可以干扰病毒的复制。MiRNA在抗病毒治疗中的应用潜力–miRNA与靶mRNA序列不完全互补时也可通过抑制蛋白翻译起到基因沉默的作用，所以当病毒出现变异时也可以干扰病毒的复制。3、为什么基因组中存在大量的非编码序列/基因组中的非编码序列有什么作用？DNA非编码序列可以调节基因的活动，如同一道指令一样，控制着基因。非编码DNA是指不包含制造蛋白质的指令，或是只能制造出无转译能力RNA的DNA序列。此类DNA在真核生物的基因组中占有大多数。一些控制基因开和关的特殊蛋白(转录因子)能特异识别基因附近的非编码DNA，通过与它们相互作用参与基因的抑制与激活。科学家还发现，大多数基因的开启和关闭是由附近的非编码DNA控制的。它们就像是基因的“分子”开关，调节基因的活动。在非编码DNA家族中，还有一类特殊的群体，称为假基因。假基因与基因很像，但却不能产生功能性蛋白，常常被归类为“垃圾”DNA。科学家预计，人类假基因的数目竟然与正常基因的数量相似，大约有2万个左右，目前鉴定的已超过12000个。研究人员在对小鼠进行遗传改造的时候偶然造成了一个假基因的缺失，该小鼠的后代发生严重的先天性缺陷，并且寿命急剧缩短，可见这种假基因的作用不可小视，它对健康生命是必须的。该假基因是其对应的基因Makorin1的缺陷拷贝，长度不到其一半大，只能产生小分子mRNA(蛋白质合成的中介物)，却不能合成蛋白质。尽管很小，但是这种“假RNA”有保护真基因免受破坏的功能。如果这个假基因在小鼠或者人类细胞中丢失的话，真基因的功能也不能正常发挥。研究人员推测，可能是由于假基因RNA看起来像Makorin1，它们掩护真基因，通过“牺牲”自己将不利因素引开，而保护真基因免受干扰。这可能是一种新的基因调节的方法。非编码DNA还能通过合成调节性RNA发挥功能。这些RNA并不是为了合成蛋白质，但却在生命的舞台上扮演着不同的角色。迄今为止，细胞中的rRNA、tRNA、snRNA、asRNA、snoRNA、miRNA、piRNA都是非编码“垃圾”DNA合成的。它们参与到基因活化、基因沉默、基因印记、剂量补偿、蛋白合成与功能调节、代谢调控等众多生物学过程中。此外，“垃圾”DNA中还存在大量的重复DNA序列，这些DNA看似没有意义也不能编码蛋白质，却能形成特殊的DNA高级结构，并以此调节附近基因的活性。4、三代测序的特点及功能第三代测序技术是基于纳米孔（nanopore）的单分子读取技术，有着更快的数据读取速度，应用潜能也势必超越测序。要实现单分子实时测序，有三个关键的技术。第一个是荧光标记的脱氧核苷酸。显微镜现在再厉害，也不可能真的实时看到“单分子”。但是它可以实时记录荧光的强度变化。当荧光标记的脱氧核苷酸被掺入DNA链的时候，它的荧光就同时能在DNA链上探测到。当它与DNA链形成化学键的时候，它的荧光基团就被DNA聚合酶切除，荧光消失。这种荧光标记的脱氧核苷酸不会影响DNA聚合酶的活性，并且在荧光被切除之后，合成的DNA链和天然的DNA链完全一样。第二个是纳米微孔。因为在显微镜实时记录DNA链上的荧光的时候，DNA链周围的众多的荧光标记的脱氧核苷酸形成了非常强大的荧光背景。这种强大的荧光背景使单分子的荧光探测成为不可能。PacificBiosciences公司发明了一种直径只有几十纳米的纳米孔[zero-modewaveguides(ZMWs)]，单分子的DNA聚合酶被固定在这个孔内。在这么小的孔内，DNA链周围的荧光标记的脱氧核苷酸有限，而且由于A，T，C，G这四种荧光标记的脱氧核苷酸非常快速地从外面进入到孔内又出去，它们形成了非常稳定的背景荧光信号。而当某一种荧光标记的脱氧核苷酸被掺入到DNA链时，这种特定颜色的荧光会持续一小段时间，直到新的化学键形成，荧光基团被DNA聚合酶切除为止。第三个是共聚焦显微镜实时地快速地对集成在板上的无数的纳米小孔同时进行记录。由于我对显微原理的物理知识匮乏，而PacificBiosciences公司又没有非常强调在这方面的发明，不做进一步探讨进一步的优化。第一个是把双链DNA环化反复测序。人们可以在双链DNA的两头连上发夹结构的DNAadaptor，从而使DNA环化。而DNA聚合酶就能够以环化的DNA作为模板滚环复制，反复测一段DNA序列。这种反复测序，纠正了偶尔出现的复制错误，从而使测序精度非常高。第二个是激发光中断测序法。DNA聚合酶虽然很稳定，但是在强大的激发光作用下酶也是有一定寿命的。如果把激发光中断一段时间，在这段时间内DNA聚合酶继续复制DNA，当激发光重新开启以后，人们就可以测到长DNA链后面的序列。三代测序进步性：第三代测序技术非常可怕。1、它实现了DNA聚合酶内在自身的反应速度，一秒可以测10个碱基，测序速度是化学法测序的2万倍。2、它实现了DNA聚合酶内在自身的processivity（延续性，也就是DNA聚合酶一次可以合成很长的片段），一个反应就可以测非常长的序列。二代测序现在可以测到上百个碱基，但是三代测序现在就可以测几千个碱基。这为基因组的重复序列的拼接提供了非常好的条件。3、它的精度非常高，达到99.9999%。此外，它还有两个应用是二代测序所不具备的。第一个是直接测RNA的序列。既然DNA聚合酶能够实时观测，那么以RNA为模板复制DNA的逆转录酶也同样可以。RNA的直接测序，将大大降低体外逆转录产生的系统误差。第二个是直接测甲基化的DNA序列。实际上DNA聚合酶复制A、T、C、G的速度是不一样的。正常的C或者甲基化的C为模板，DNA聚合酶停顿的时间不同。根据这个不同的时间，可以判断模板的C是否甲基化。目前，第三代测序主要有三种技术平台。两种通过掺入并检测荧光标记的核苷酸，来实现单分子测序。Helicos的遗传分析系统已上市，而PacificBiosciences准备在明年推出单分子实时（SMRT）技术。第三种OxfordNanopore的纳米孔（nanopore）测序还尚未有推出的时间表，但有可能是这三种当中最便宜的。纳米孔测序的优势在于它不需要对DNA进行标记，也就省去了昂贵的荧光试剂和CCD照相机。最近，OxfordNanoporeTechnologies的HaganBayley及他的研究小组正致力于改善纳米孔。根据他们之前的工作，他们以a-溶血素来设计纳米孔，并将环式糊精共价结合在孔的内侧（下图）。当核酸外切酶消化单链DNA后，单个碱基落入孔中，它们瞬间与环式糊精相互作用，并阻碍了穿过孔中的电流。每个碱基ATGC以及甲基胞嘧啶都有自己特有的电流振幅，因此很容易转化成DNA序列。每个碱基也有特有的平均停留时间，它的解离速率常数是电压依赖的，+180mV的电位能确保碱基从孔的另一侧离开。单分子测序优势：Noneedforamplification（不用扩增）、Highinformationdensity（信息密度高）、Theoreticallimitisdiffractionlimitoflight，λ/2（光衍射极限）、Errorratestayflatvs.sequencelength（误差率不随链的延长增加）、Longerreadlength（读序长）、（提供修饰碱基检测新方法）光学单分子测序面对的问题:（精确性）（单分子检测）Fluorophoreblinking（荧光间断）（聚合酶保真度）（读长）（光损害）（荧光团漂泊）DamagetoDNApolymerase（聚合酶损伤）5、转录组的定义。广义转录组是指生命单元(通常是一种细胞)中所有按基因信息单元转录和加工的RNA分子(包括编码和非编码RNA功能单元)，或说是一个特定细胞所有转录本的总和。它的研究对象就是这些RNA与蛋白质分子和它们所组成的基因功能网络和它们与细胞功能的关系。而狭义转录组是指可直接参与翻译蛋白质的mRNA总和。不仅狭义转录组是蛋白质组研究的基础，而且广义转录组也与蛋白质组和细胞学研究密切相关。这些转录本和所编码的蛋白质在不同细胞生理状态下(如干细胞和分化细胞)和不同病理状态下(如癌细胞和病毒感染细胞)的分布和功能的关联性是基因调控和功能研究的重要基础。转录组成为目前生命科学研究热点的原因很多，至少包括下列几个基本方面：(1)蛋白质组和基因功能的系统性研究对转录组信息的需求不断增加：因为蛋白质组可鉴定和研究的基因数量有限，仅仅在四位数上，单纯蛋白质组数据不足以给出清楚的基因与功能的基本图像或结论。转录组和蛋白质组的数据和研究结果应该互为印证。(2)作为广义转录组重要组成部分的非编码转录单元研究不断发展，其概念和分子机制都在不断更新，使基因网络调控的研究进一步复杂化。(3)局限于技术障碍(主要是DNA测序)，转录组的深度挖掘进展缓慢，过去常用的取样量(一万左右)仅仅是期待值(50万到100万)的1%－2%(待发表)，一直没有形成主流发展方向和凝练出重要科学问题。但是，最近两年崛起的规模化的新DNA测序技术将一改目前局面，被价格限制的取样量将不成为问题。随之而来的将是更加深入的转录组研究，科学命题将会非常之多(4)以细胞为主体的转录组研究将取代粗框架的以组织或器官为主体的研究，而且会细化到不同的生理和病理状态。单个细胞转录组研究的概念和技术也在不断地发展。这里主要是要解决很多技术问题，比如如何得到较纯的细胞，如何获取全长cDNA而不改变RNA的原始分布等。(5)转录组是系统生物学研究的一个基本部分，它上承基因组，下接蛋白质组，最后又与细胞的功能和代谢过程息息相关。6．基因组学五行说以及之间的联系。我们至少要在五个分子和细胞生物学层面上考虑基因组生物学的发展和研究内容。第一是“信息流”（InformationalTrack），它延续“中心法则”的思维框架，主要研究对象是DNA、RNA和蛋白质序列信息，由遗传密码来解读。它的相关研究领域包括分子遗传学、分子进化和基因组结构等。尽管基因型与表型的关系从传承来讲是遗传学的研究内容，但是越来越多的表型被分到可塑性的研究范畴。大样本量的研究也必然要与生态学结合在一起。简单地将基因变异（编码部分）与复杂的生物学现象相关联是不能够真正解决重要生物学问题的，其实质更不是金-威尔森提出的“两个调控水平”假说（简单的基因调控区假说，认为基因调控序列决定基因调控的不同，从而导致近缘物种间的表型不同）。信息流的研究素材主要是基因组DNA序列和基因组的群体多态性，这些多态性的特点是它们的相对有限性和稳定性。比如，人类基因组间的序列差异大约是1/500，而这些不同常常是以不同的频率被同一个群体来共享的。换句话讲，如果我们测定了一个群体中一万个个体的基因组，这个群体的未知多态性就会所剩无几了。第二是“操作流”（OperationalTrack），它的研究对象包括生理学、细胞生物学和分子生物学研究的主要实验内容和生物学命题。操作流是个比较复杂的体系，它包括了以DNA（Epigenomic，表观基因组学）、RNA（Ribogenomic，RNA组学）、蛋白质（Proteomic，蛋白质组学）为主体的各种穿插交错的调控机制，对应的是这三个已经建立起来，但是信息流以外的“组学”。第三是“平衡流”（HomeostaticTrack），主要是药理学和生物化学等学科的研究精华。平衡流包括三个基本部分：物质（Material）流、能量（Energy）流和信导（Signaling）流。重要的物质流研究对象包括血红素（比如，血红素与生物节律的关系）、生物激素（比如，生长激素与发育的关系）、神经递质（比如，生物递质与神经发育的关系）等等。重要的能量流物质研究对象包括dNTP、NTP、多聚磷酸、各类单糖、各类多糖等。DNA、RNA和蛋白质等作为主要细胞组分也会与能量流和物质流密切相关。我们对能量流的了解其实还是非常有限的，但是从另一个角度来说，其发展潜力也是非常巨大的。比如，人类的生命周期（发育、更年、衰老等）和生殖周期的生理学就是这个“流”所要研究的部分基本内容。病理状态，比如人群中高发的代谢和神经退行性疾病等也在其中。信导流，也就是信号传导，显然已经是分子生物学家几十年来的研究对象，勿须赘述。第四是“分室流”（CompartmentalTrack），它涵盖发育生物学、解剖学、生命起源等领域所涉及的核心科学问题。分室流将以单细胞和细胞群为研究对象，揭示细胞分化、个体发生和发育、组织形成等分子机制。由于生命起源是由简单到复杂，由单细胞到多细胞，所以分室流也将揭示生命起源和细胞器形成等分子机制。干细胞研究也是属于分室流研究的范畴，主要是在分子水平上解释胚胎、诱导干细胞、特定组织干细胞等的差别和如何解释干细胞的自然发生、诱导发生、定向分化和异常分化。同时，也要建立测定干细胞分化定向性和定向分化潜能的维持和诱导因素。第五是“可塑流”（PlasticityTrack），主要是研究表型和行为的可塑性。前者囊括生态学与环境生物学的研究内容，后者包括神经生理和心理学等研究内容在分子水平的命题。这两个可塑流的分支有关系吗？为什么要将它们放在一起来研究？这里仅举一个例子，这就是生物节律之一的休眠，例如哺乳动物常见的冬眠。冬眠其实是一个由中枢神经系统参与的主动行为，也是一个复杂的生理过程，同时又受环境因素的严格制约。动物的迁徙和休眠行为在进化的框架下，既有趋同进化也有趋异进化，也具有相当强的表型和行为可塑性以及两者的交织和重叠。揭开表型和行为的可塑性之谜显然不是简单的遗传和遗传多态性的问题，是要集成生命科学各个领域的最新成就和技术。此外，这个“五流”是否涵盖了生命科学的全部呢？答案是肯定的，不能。因为知识在不断高速积累，科学要不断发展和提高，概念和理论必须不断更新。但是，就目前科学界能够容忍的变量和参数而言，这“五流”的关联已经足具挑战性了。生命科学研究基本上有两个极端：简单化和复杂化。简单化的研究是分子生物学家最津津乐道的：例如相互作用和信号传导的研究。复杂化呢，还没有先例。“五流合悟”可能就是一个具体尝试。我们过去对机械式的原理关注过多，对复杂而具有可塑性的生命现象的研究却非常欠缺。过去，这类现象被笼统地归为“表观遗传”和“环境因素”了。这个定义是非常不“科学”和可称经典“鸵鸟心态”。随着科学和技术的发展，我们可以逐渐来面对现实了。再则，无论如何，生命是个整体，生命的最小单元细胞也是一个整体，就连基因这一生命编码的最小功能单元也是有不同的序列和相互作用原件组成。因此，“五流合悟”不仅势在必行，而且是唯一出路。那么，如何将不同的“流下（内）要素”关联起来呢？至少五个基本时、空、量、域等参数要考虑，比如：（1）信息流：等位基因的主次之分和群体传递；（2）操作流：可量化的过程、结果和可传递性；（3）平衡流：量化物质的基数、噪音、阈值和能量水平；（4）分室流：量与时间、空间的关系；（5）可塑流：量、时间、空间、交流、程度和可学习性等。最后，生命科学研究的真正挑战在于如何将这些基于不同概念界定的，由不同技术和方法获取的，被不同领域科学家们所收集的，停留在各个不同理论和信息层面上的知识编织成一个有机的网络或系统。而这恰恰是就是生命的特点，也可以说是揭示生命本质的终极途径。生物医学研究与临床医学实践的精准度也正是由这些研究学科前沿的进步来决定的。7达尔文理论：适者生存和物竞天择（1）自然中的生物个体与其他个体是不同的。一些变异是遗传的。（2）自然中的生物体产生的后代要比活下来的后代要多，很多后代不能再产生后代。（3）因为产生的后代比活下来的后代多，每一物种的成员必须争夺有限的资源（4）由于每个个体是独一无二的，每一个体都有为生存竞争的不同优势和劣势。（5）个体与环境相适应而成功地存活和产生后代--把他们的品质传给后代。（6）每一物种随时间而改变。在长期的时间里，自然选择引起的变化最终导致了新物种的产生（7）现在存活的物种继承了来自过去物种的改造（8）地球上的所有生物可以整合到一个单一生命树、拉马克主义（1）变化与时间相伴随。生物体持续不断地改善自身（2）大多数使用的身体结构在发展而不用的则退化。及用进废退（3）获得性特征的遗传。一个结构通过使用或不使用而改变，这种改造是可以遗传给后代的，即获得性遗传。五、WiKiPedia:达尔文与拉马克达尔文:伟大的生物学家，进化论的奠基人──达尔文于1859年出版了《物种起源》，提出了以自然选择为基础的进化学说，成为生物学史上的一个转折点。恩格斯指出它是19世纪自然科学的三大发现之一。因此达尔文的进化论已举世瞩目。但拉马克早于达尔文诞生之前(1809年)就在《动物学哲学》里提出了生物进化的学说，在进化学说史上发生过重大的影响，为达尔文的进化论的产生提供了一定的理论基础则鲜为人知。拉马克（JeanBaptisteLemarck，）法国博物学家。生物学伟大的奠基人之一，生物学一词是他发明的，最先提出生物进化的学说，提出了高等动物是由低等动物演变而来的。是进化论的倡导者和先驱。他还是一个分类学家，林奈的继承人。主要著作有《法国全境植物志》、《无脊椎动物的系统》等。拉马克的进化论可以总结为重要的两点。第一，生物体逐渐地变得更加复杂是有一个初始的原因；第二，这种进步受到外部条件的影响“环境对动物的活动发挥了巨大的影响，在这种影响的结果下，器官增加的或持续地使用或不用英气了动物组织和形态的塑造”。第二种观念导致了拉马克著名的观点即获得性或温和性遗传：“新个体获得的在他们父母生活史上组织器官获得的自然法则是如此的真实和刺激”基因表达调控的方式（染色体水平、转录调控、转录后调控、翻译水平、蛋白质水平）。1.DNA和染色体水平：基因丢失、基因修饰、基因重排、基因扩增、染色体结构变化。2.转录水平调控(主要调控方式）：转录起始、延伸、终止均有影响。原核生物借助于操纵子，真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用进行调控。3.转录后水平调控：主要指真核生物原初转录产物经过加工成为成熟的mRNA，包括加帽、加尾、甲基化修饰等。4.翻译水平调控：对mRNA稳定性的调控、反义RNA对翻译水平的调控等。5.翻译后水平调控：蛋白质的剪切、化学修饰（磷酸化、乙酰化、糖基化等）、转运等。6.mRNA降解的调控。9表观遗传学：几十年来，DNA一直被认为是决定生命遗传信息的核心物质，但是近些年新的研究表明，生命遗传信息从来就不是基因所能完全决定的，比如科学家们发现，可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。这种在基因组的水平上研究表观遗传修饰的领域被称为“表观基因组学(epigenomics）”。表观基因组学使人们对基因组的认识又增加了一个新视点：对基因组而言，不仅仅是序列包含遗传信息，而且其修饰也可以记载遗传信息。表观基因组（英语：Epigenome）记录着一生物体的DNA和组蛋白的一系列化学变化；这些变化可以被传递给该生物体的子代。改变表观基因会导致染色体结构以及基因作用发生变化。[1]表观基因参与基因表达、个体发展、组织分化和转座子的抑制过程。不同于其底层的基因，表观基因对于个体而言并不是基本静态不变的而是可以被环境因素动态更改的。表观基因现在是癌症研究的热门话题之一。人类肿瘤由DNA甲基化和组蛋白修改模式的破坏造成。癌细胞表观基因异常状态的特点是：基因普遍上被低甲基化、但肿瘤抑制基因的CpG岛启动子被超甲基化、关键基因的组单白发生改变、总体上体现出单乙酰和三甲基组蛋白H4缺失。关于表观基因的很多问题现在都还未被弄清。一些人已经提议启动人类表观基因组计划。[2]人类表观基因组先驱计划，作为全面人类表观基因组计划的先导，旨在识别并分类人类基因中的甲基化异位点(MVP,MethylationVariablePositions)。[3]列序技术方面的进步使得人们现在得以通过一系列分子方法对表观基因状态进行基因级别的测序。[4]NIH路线图表观基因计划的目标之一是从正常、健康的人类个体的各种细胞系、原代细胞、和主要分化中广泛选取的表观基因组中生成人类参考表观基因组。路线图表观基因组计划研究所得的数据可从人类表观基因地图册下载、浏览，这些数据可分为五类，分别是对表观基因组和表观基因组各状态的影响的不同的方面进行测序的结果：1. 组蛋白修改——染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq）使用抗各种组蛋白修饰变体的抗体，从而鉴定出全基因组组蛋白修饰类型。2. DNA甲基化——全基因组亚硫酸氢盐测序，简化代表亚硫酸氢盐测序（RRBS），甲基化DNA免疫沉淀测序（MeDIP-Seq），与甲基化-敏感限制性酶测序（MRE-Seq）3. 染色体可达性4. 基因表达-RNA-Seqandexpressionarraysidentifyexpressionlevelsorproteincodinggenes.5. 小RNA表达-smRNA-SeqidentifiesexpressionofsmallnoncodingRNA,primarilymiRNAs.从健康个体得到的参考表观基因组为路线图表观基因组计划的第二个目标——寻找疾病状态下（比如阿兹海默病人的）表观基因的变化——做下了铺垫。关于测定参考表观基因组的国际合作，近来正通过国际人类表观基因会启动（1） 为什么要研究表观遗传学?答：表观遗传学主要通过DNA的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控等方式控制基因表达。表观遗传学是近几年兴起的而且发展迅速的一个研究遗传的分支学科，其研究和应用不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用，而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治以及干细胞定向分化研究、基因芯片中亦具有十分重要的意义。表观遗传学补充了“中心法则”忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体；在分子水平上，表观遗传学解释了DNA序列所不能解释的诸多奇怪的现象。如:同一等位基因可因亲源性别不同而产生不同的基因印记疾病，疾病严重程度也可因亲源性别而异。表观遗传学信息还可直接与药物、饮食、生活习惯和环境因素等联系起来，营养状态能够通过改变表观遗传以导致癌症发生，尤其是维生素和必需氨基酸。此外，表观遗传学信息的改变，对包括人体在内的哺乳动物基因组有广泛而重要的效应，如转录抑制、基因组印记、细胞凋亡、染色体灭活等。DNA甲基化模式的改变，尤其是某些抑癌基因局部甲基化水平的异常增加，在肿瘤的发生和发展过程中起到了不容忽视的作用。研究发现，肿瘤细胞DNA存在广泛的低甲基化和局部区域的高甲基化共存现象，以及总的甲基化能力增高，这3个特征各以不同的机制共同参与甲基化在肿瘤发生、发展中的作用。而表观遗传学改变在本质上的可逆性，又为肿瘤的防治提供了新的策略。所以，随着表观遗传学研究的深入，肯定会对人类生长发育、肿瘤发生以及遗传病的发病机制及其防治做出新的贡献，也必将在其他领域中展示其不可估量的作用和广阔的前景。表观遗传学涉及到哪些方面？答：表观遗传学的研究内容主要包括：DNA甲基化、组蛋白的末端修饰和变异体、DNAaseⅠ高敏感位点、非编码RNA、转录因子及其辅助因子、顺式调控元件和基因组印记等。（3）什么因素会影响基因表达水平？基因选择性转录表达的调控(DNA甲基化,基因印记,组蛋白共价修饰,染色质重塑)基因转录后的调控(基因组中非编码RNA,微小RNA（miRNA）,反义RNA、内含子、核糖开关等)1.转录水平的调控：包括DNA转录成RNA时的是否转录及转录频率的调控，DNA的序列决定了DNA的空间构型，DNA的空间构型决定了转录因子是否可以顺利的结合到DNA的调控序列上，比如结合到TATA等序列上。2.翻译水平的调控：翻译水平的调控又可以分成翻译前的调控和翻译后的调控。a、翻译前的调控主要是RNA编辑修饰。b、翻译后调控主要是蛋白的修饰，蛋白修饰后可以成为有功能的蛋白或者有隐藏功能的蛋白。在真核和原核细胞中，从基因表达到蛋白质合成，其间有许多地方受到调控，这些调控点主要可以分成两个部分：转录调控(transcriptioncontrol)和转录后调控(posttranscriptioncontrol)。转录调控是指以DNA为模板合成RNA的调控，所有的细胞都具有大量序列特异的DNA结合蛋白，这些蛋白能准确地识别并结合到特异的DNA序列，在转录水平上起着开关的作用。转录后调控是指在RNA转录后对基因表达的调控，转录后调控主要包括：①RNA加工调控，它仅在真核细胞中发生，由它控制初级转录物如何及何时进行剪接形成可用的mRNA，例如，在不同类型的细胞中从同一基因产生的转录物可以通过选择内含子来产生不同的mRNA；②翻译调控，通过翻译调控确立哪些mRNA翻译成蛋白质及什么时候翻译，例如通过特异的mRNA结合蛋白可以抑制翻译，或者通过位于mRNA末端的特异核苷酸序列加速核糖体的结合，从而促进翻译；③mRNA降解调控，这可影响到某些mRNA种类的稳定性；④蛋白质活性调控，可选择性地使某些特异的蛋白分子激活、失活、修改、或区域化，从而影响到蛋白质怎样或何时起作用，例如，某些蛋白质只在某个特殊的发育阶段的某些细胞中起作用，而这些蛋白质对其它的细胞有很大的影响，因而在这些细胞中必须将其失活或激活后立即将其定位到特殊的细胞结构中，否则就会引起不正常的发育。（4）有哪些研究方法？它们各有什么特点？（4）有哪些研究方法？它们各有什么特点？meDNAanalysisDNaseImappingMNasemappingAlternativeSplicing&Non-codingRNA染色质免疫共沉淀技术（ChIP）真核生物的基因组DNA以染色质的形式存在。因此，研究蛋白质与DNA在染色质环境下的相互作用是阐明真核生物基因表达机制的基本途径。染色质免疫沉淀技术（chromatinimmunoprecipitationassay,CHIP）是目前唯一研究体内DNA与蛋白质相互作用的方法。它的基本原理是在活细胞状态下固定蛋白质－DNA复合物，并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过免疫学方法沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。CHIP不仅可以检测体内反式因子与DNA的动态作用，还可以用来研究组蛋白的各种共价修饰与基因表达的关系。而且，CHIP与其他方法的结合，扩大了其应用范围：CHIP与基因芯片相结合建立的CHIP-on-chip方法已广泛用于特定反式因子靶基因的高通量筛选；CHIP与体内足迹法相结合，用于寻找反式因子的体内结合位点；RNA-CHIP用于研究RNA在基因表达调控中的作用。由此可见，随着CHIP的进一步完善，它必将会在基因表达调控研究中发挥越来越重要的作用 染色体构象捕捉技术（3C），首先将标本用甲醛处理，使染色体交互的部分紧密的连接在一起，然后用特殊的方法是交联的两段序列形成环状，最后用定量PCR或者芯片检测某两段序列发生交联的频率。 甲基化特异性PCR(MSP)原理:MSP是一种简单、特异、敏感的检测单基因甲基化的方式。其基本原理是用亚硫酸氢钠处理基因组DNA，未甲基化的胞嘧啶变成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶不变，然后用3对特异性引物对所测基因的同一核苷酸序列进行扩增。扩增产物用DNA琼脂糖凝胶电泳，凝胶扫描观察分析结果。 凝胶迁移或电泳迁移率实验（EMSA-electrophoreticmobilityshiftassay）是一种研究DNA结合蛋白和其相关的DNA结合序列相互作用的技术，可用于定性和定量分析。这一技术最初用于研究DNA结合蛋白，目前已用于研究RNA结合蛋白和特定的RNA序列的相互作用。通常将纯化的蛋白和细胞粗提液和32P同位素标记的DNA或RNA探针一同保温，在非变性的聚丙烯凝胶电泳上，分离复合物和非结合的探针。DNA-复合物或RNA-复合物比非结合的探针移动得慢。同位素标记的探针依研究的结合蛋白的不同，可是双链或者是单链。当检测如转录调控因子一类的DNA结合蛋白，可用纯化蛋白，部分纯化蛋白，或核细胞抽提液。在检测RNA结合蛋白时，依据目的RNA结合蛋白的位置，可用纯化或部分纯化的蛋白，也可用核或胞质细胞抽提液。竞争实验中采用含蛋白结合序列的DNA或RNA片段和寡核苷酸片段（特异），和其它非相关的片段（非特异），来确定DNA或RNA结合蛋白的特异性。在竞争的特异和非特异片段的存在下，依据复合物的特点和强度来确定特异结合。 荧光原位杂交(FISH)：,以荧光标记取代同位素标记而形成的一种新的原位杂交方法,探针首先与某种介导分子(reportermolecule)结合,杂交后再通过免疫细胞化学过程连接上荧光染料.FISH的基本原理是将DNA(或RNA)探针用特殊的核苷酸分子标记,然后将探针直接杂交到染色体或DNA纤维切片上,再用与荧光素分子偶联的单克隆抗体与探针分子特异性结合来检测DNA序列在染色体或DNA纤维切片上的定性、定位、相对定量分析.FISH具有安全、快速、灵敏度高、探针能长期保存、能同时显示多种颜色等优点,不但能显示中期分裂相,还能显示于间期核.同时在荧光原位杂交基础上又发展了多彩色荧光原位杂交技术和染色质纤维荧光原位杂交技术.10管家基因与奢侈基因以及其基因表达特点编码在所有组织细胞中、在整个生命周期中都需要的RNA或蛋白质，为组成型表达。特别：①不易受环境变化影响,表达产物是整个生命过程中都持续需要的,是细胞存活所必须的。②表达水平较恒定。比如编码rRNA基因House-keepingGenesTendtoHarborLessSNPs(selectiveconstraints持家基因(house-keepinggenes)：又称管家基因，是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等管家基因是一类始终保持着低水平的甲基化并且一直处于活性转录状态。管家基因表达水平受环境因素影响较小，而是在个体各个生长阶段的大多数，或几乎全部组织中持续表达，或变化很小，因此常存在于生物细胞核的常染色质中。它的表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，而不受其他机制调节。管家基因高度保守并且在大多数情况下持续表达，因此管家基因常被用于分子技术--多位点基因分析。一般来说多位点基因分析通常需7个管家基因位点（金黄色葡萄球菌），某些时候可能到10个基因位点（致伤弧菌）。TSGenesHaveNoTrendWhenExpressionLevelChanges（tissue-specificgenes），或称奢侈基因（luxurygenes），是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的的形态结构特征与特异的生理功能。如卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。(Luxurygene)：在特别细胞类型中大量(通常)表达并编码特殊功能产物的基因。具有相同遗传信息的同一个体细胞间其所利用的基因并不相同，有的基因活动是维持细胞基本代谢所必须的，而有的基因则在一些分化细胞中活动，这正是细胞分化、生物发育的基础。分子杂交等大量实验表明，在细胞的全套基因组中，只有少数基因（5－10%）表达。基因组中表达的基因分为两类：⑴一类是维持细胞基本生命活动所必须的，称管家基因（housekeepinggene），如各种组蛋白基因。；⑵另一类是指导合成组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，称奢侈基因（luxurygene），即组织特异性(tissue-specificgene)表达的基因，如表皮的角蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因、红细胞的血红蛋白基因等。这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系,是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。看家基因是维持细胞生存不可缺少的，奢侈基因和细胞分化有关，是组织特异性表达有关的基因，在特定组织中保持非甲基化或低甲基化状态，而在其他组织中呈甲基化状态。几乎所有的甲基化均发生在二核苷序列5'-CG-3'中的C上。使胞嘧啶变为5'-甲基胞嘧啶。而含有这种甲基化CG的序列，对应于染色体上的兼性异染色质区域。看家基因以组成型方式在所有细胞中表达，而奢侈基因在特定组细胞中得到表达。这些基因的特异表达与否，决定了生命历程中细胞的发育、分化、细胞周期的调控、体内平衡、细胞衰老、甚至于程序化死亡。对不同类型，不同分化时期细胞的基因或基因表达情况的研究，可以获得整个细胞生命过程的信息。细胞在不同自然或人工理化因子作用下代谢过程变化甚至于病变，基因也将选择性表达。11、GC含量。为什么还要引进C？G-C碱基对在RNA中不是必须的但在DNA中是必要的，GC含量的变化对于基因组动力学和多样性是很关键的；从R-Y到A-U，提高Purine-sensitivity（嘌呤敏感性）1、Frozeneventshypotheis：“Frozen”fromsome“randomevents”。Therelationshipbetweencodonandproteinare“frozen”atsometimepointofsomelife.Hardtochange。ChallengedbyR.D.Knight,S.J.FreelandandL.F.Landweberinthreefacesofthegeneticcode：Selection、History、chemistry2、Co-evolutionHypothesis：从代谢理论分析遗传密码的起源；氨基酸起源、传密码的进化；氨酰-tRNA的合成；遗传密码的进化最初的密码子只保证5种基本氨基酸的合成，Ala,Gly,Ser,AspandGlu.这些氨基酸都是GC丰富的密码子，其合成途径是最短、最简单的。接下来产生的4、5个新的氨基酸（Asn,Thr,Pro,Gln,或许还有Arg类似物）产生于遗传密码的下一次扩增阶段。在这些氨基酸生物合成途径中，反应的数目在路径的复杂性中占据中间位置（实在不知所云，就这样翻译了。原文是Onthegeneralnetofbiosyntheticpathwaysthecomplexityoftheroutesassignedtotheseaminoacidsoccupiesanintermediatepositionintermsofthenumberofreactionsthatareinvolvedintheirproduction.）密码子进化的最后阶段，终于形成了4个碱基GCAU系统！最后出现的氨基酸倾向于走最长的代谢途径重建密码子进化的主要阶段：这些氨基酸的多巨物产生了阴离子多肽链，可以将不带电的氨基酸残基锚定到带正电的金属离子表面；密码子的扩增减少了突变到不可读密码子的风险；非极性（疏水性）氨基酸的量也在增加；带正电荷的氨基酸以及芳香族氨基酸在加入进来，合成具在酸性条件下有催化活性的酶成为可能；这种种类的氨酰-tRNA合成酶参与了这些过程最优密码子（Optimalgeneticcode）：有人认为三联体密码子起源于2种二联体密码。一种是基于前两个的'prefix'codons，一种的基于后两个的'suffix'codons，这种假说解释了现在密码子的许多特性，如翻译错误率的降低，为什么只编码20种氨基酸……successivebinarydecisions（连续的二分法）可以减少翻译的错误率，具体如下图：其中R代表嘌呤A或G；Y代表嘧啶C或U：N代表种碱基的任何一个重排密码表:相应的给出了不同GCcontent下的不同类型密码子（GC-rich,AU-rich,GCp1,GCp2）的使用频率，由下图可以看到，随着DNAGCcontent的增加，GC-rich密码子（上图中的右下象限的黄色区域）的使用频率逐渐增高，而AU-rich密码子（上图中的左上象限的蓝色区域）的使用频率逐渐减小。下图给出了不同类型密码子所编码的氨基酸的多样性（diversity）和鲁棒性(robustness)，可以看到，随着GC-rich的密码子其鲁棒性也强（多数为4-fold简并密码子：三联密码的最后一个字母是N）；而AU-rich的密码子鲁棒性若（多样性强）。下图是根据密码子所编码氨基酸的物理化学性质（基本AA、酸性AA、极性AA、非极性AA）来编排的密码子表，可以看出，3个6-fold煎饼的密码子（Leu,Arg,Ser），它们都可以分为一个2-fold简并和一个4-fold简并。GC突变偏好性：钟摆模型：几乎一半的密码子都是嘌呤敏感purine-sensitive的。为什么会出现6-fold简并密码子？如下图：平衡作用引入Arg(reducedLys(K)whenGCincreases)引入SerReducingCpressureReducingpurinepressureLeu:UtoCtoreduceGCpressureArg:AtoCtoreduceGCpressureSer:AGtoUCtoreducebothGCandpurinepressures所有这些都有C的参与！C在作为最后加入的碱基起到重塑遗传密码的作用。有利于减轻G(purine)pressure。GC敏感性与氨基酸的大小有关GC-sensitivity：Itisamatterofsize：对于疏水性AA而言，密码子GC的增加预示着其体积的减小，如下图对于带正电以及某些极性AA而言，密码子GC的增加预示着其体积的增加小，如下图微创理论：TheMinimalDamageTheory：突然的变化suddenchanges虽然好坏未知，但大部分是不利的。所以有机体为了抵抗环境的变化会进化出一定的鲁棒性。码学中纯文本解密与遗传密码破译的关系，如下图：RNA编辑的种类TypesofRNAEditing：AprocessthatalterstheRNAsequenceNtinsertion,deletion,orconversionUridine-indelediting(kinetoplastidmitochondria)C-insertionanddinucleotideinsertionediting(Physarummitochondria)CtoUediting(UtoCalso;inplantmitochondriaandchloroplasts,apoB,etc.)tRNAediting(Acanthamoebamitochondria,marsupialmitochondria,etc.)AtoIediting(glutamatereceptor,hepatitisdeltavirus,etc.)SnoRNA-mediatednucleotidemodificationofrRNAs总结Step1：首先高清遗传密码、RNA世界，高清R嘌呤A或G；Y代表嘧啶C或U。最初的密码子是不编码小的或者酸性AA的Step2：G的加入扩增了密码子表。此外增加了AtoIeditmachineryStep3：GUandAG作为剪切信号。Step4：C加入，DNA-protein-RNAworld形成GeneticCodeandtheRulesofLife:遗传密码与生命一样，起源都是简单的。生命变得鲁棒，多样，复杂，遗传密码也要变得鲁棒，多样，复杂。生命随着遗传密码的完善而进化。12、为什么要开展人类基因组/RNA组计划人类基因组计划(HGP)于20世纪80年代提出的，由国际合作组织包括有美、英、日、中、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体23对染色体由3×109核苷酸组成的全部DNA序列，于2000年完成了人类基因组“工作框架图”。2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。HGP的目标:（1）人类DNA测序（2）发展测序技术（3）鉴定人类基因组变异（4）发展有效的基因组学技术（5）比较基因组学（6）ELSI:ethical,legal,andsocialissues（7）生物信息学和计算生物学（8）Trainingandmanpower在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。模式生物（modelorganism）：作为实验模型以研究特定生物学现象的动物、植物和微生物。从研究模式生物得到的结论，通常可适用于其他生物。比如，在揭示生物界遗传规律时，孟德尔选用豌豆作为模式生物，而摩根选用果蝇作为模式生物。选择用于测序的基因组的标准：基因组大小；花费；与人类疾病的关系；与生物学基本问题的关系；与农业的关系等基因组的大小病毒:1kbto360kbNote:Mimivirus:1.2Mb细菌:0.5Mbto13Mb;真核生物:8Mbto670Gb;WhyHRP:TheNecessityArgumentRNAsareoneofthethreemajormacro-biomoleculesoflifeWehavetoknowhoweachhumanRNAmoleculeisregulatedandfunctionsinacellunderdefinedconditionquantitativelyWehavetoknowhowmanyRNAsarerelatedtohumandiseases,whichprovidedrugtargets,diagnosticanddrugcandidates,andinformationforhumanbiology10yearafterHGP,whatwedonextandwhowilltakethelead?TheScopeofHRPAcquirescompleteinformationofcellularRNAsforallhumancelltypes(>1,000,000RNAomesfromhumancelltypesunderbothphysiologicalandpathologicalconditions)incontextsofEarlyembryonicandtissue/organdevelopmentsDifferentiation,apoptosis,andmalignancyRepresentativepathologicalconditions(suchasdifferenttypesoftumors)DeciphersrolesoflncRNAsinregulatingchromosomeconformationandgeneexpressionsmallRNAs,suchasmiRNAs,inregulatinggeneexpressionandfunctionRNAmodificationsinregulatinggeneexpressionandfunctionalityDefinesandvisualizesfunctionalmodules,pathways,andregulatorynetworksofRNAomesincellularspaceHistoricPerspectivesofRNAomeStudiesTheconceptofESTs(expressedsequencetags)andignorancebyHGP;ESTsareusefulbuthavelimitationsDiscoveryoftranscriptomesforgenomeannotationbasedonfull-lengthcDNAMicroarrayandsequencingtechnologyarebothusedforgeneexpressionstudyDiscoveryofregulatoryRNAs(suchasmiRNAsandlncRNAs)DiscoveryofregulatoryrolesofRNAmodificationsandRNAeditingTheENCODEProject(2003)ChallengesandOpportunitiesGenomesequenceisdonebutnotallRNAelementsinallcelltypes,whichvarytoomuchindifferentcellsandareverysensitivetoenvironmentalvariablesMillion-persongenomesequencingisfocusedongeneticvariationofgeneexpressionExpressionleveldoesnotmeanoff-and-onforallgenesSourceoffreshhumantissueandcellVariationamongindividualandpopulationAchievingsingle-cellandsingle-moleculeresolutionWhyRNAomeorRnaome:TheConceptualArgumentRNAsareclassifiedinto:operational(catalytic)andinformationalRNAsarerelateddirectlytoepigenomic,transcription,andtranslationmechanismsTranscriptomeort