2021年分子生物学考点整理分生期末考试

2.韩斌老师基因组学

本文档由孙雯整理，希望各位同学都能取得好成绩!

基因组学Genomics

韩斌

•基因组(Genome：Gene+chromosome)细胞或生物体中一套完整的单倍体遗传物

质

•基因组学(Genomics)最早ThomasRoderick在1986年提出，包括基因组作图、测

序和分析。可分为结构基因组学和功能基因组学。

一、结构基因组学

基因组、基因、转录组、蛋白质组

抗病举因敷量性状位点_______________________________

遗传位点

遗传图RFLPSTSSNPSSR

分子标记

物理图

.序列及阚触

基因组序列GATCGTCAGATCAGCATCAGCATCAGCGACTCAGCATCATATCATCAGCACGATCACGACGACTACTACGACTACAG

I基因预测

RNA-seq

基因表达芯片

遗传图谱基于

自然群体

工

1.遗传图(GeneticMappingGenomes):Basedonthecalculationofrecombinationfrequency

bylinkageanalysis.通过亲本的杂交，分析后代的基因间重组率，并用重组率来表示两个

基因之间距离的线形连锁图谱

每条染色体组成一个连锁群，所有染色体的连锁群组成的图谱即构成基因组遗传图。

重组率代表基因位点之间的相对距离。在遗传作图中，人们把一个作图单位定义为1厘摩

(cM),IcM等于1%的重组率。

提高遗传作图的分辨率:选用不同的杂交群体;增加杂交群体的数目；增加分子标记的数目；

扩大分子标记的来源

分子标记：绘制基因组遗传图需要的坐标点。

分子标记的主要来源是染色体上存在的大量等位基因。在DNA水平上，两个基因间一个碱

基的差异就足以形成等位基因。

2.物理图_(physicalmap)：指DNA序列上两点的实际距离，它是以DNA的限制酶片段或

克隆的大片段的基因组DNA分子为基本单位，以连续的重叠群为基本框架，通过遗传

标记将重叠群或基因组DNA分子有序排列于染色体上。

物理图的绘制:BasedonmolecularhybridizationanalysisandPCRtechniques

杂交法；指纹法；荧光原位杂交技术。

3.基因组序歹(I测定：Sequencingmethods:thechainterminationprocedure;

Map-basedclonebyclonestrategy;

Wholegenomeshotgun(WGS)strategy;

Sequenceassembly;

•传统基因组测序的方法:克隆步移法(BAC-by-BACStrategy)和全基因组鸟抢法(Whole

GenomeShotgunStrategy)o

•基因组测序战略：基于物理图的克隆连克隆法、随机挑选BAC克隆测序、逐步步

移法(LeeHood)>全基因组鸟枪法(CraigVenter)

DNA测序技术更新

DNA测序能够真实反映生物体基因组DNA上的遗传信息，因此在生

命科学结构基因组学和功能基因组学研究中具有举足轻重的地位。

优点缺点例子

-代测序技术"成本高'

准确率高人类基因组计划

测序速度慢

Sanger读取长(lOOObp)13年,30亿美元

1975年~通市小(<100kb)

优点缺点

-454测序

/成本低

(高通量测序(准确率低

SOLiDjU'f速度快

近

NGS)通最大Kfai(75-150bp)

年〜测序

优点缺点

I-Heliscope

第•代测序技术,成本低读长长—

错误率

单分子测序PacBioSMRT技术速度快(3000bp)

年~'通战大

C2009JNanopore

读取长度：一个反应能测得数据的长度

测序词常：一定时间内获得的效据始出量

4.基因组序列解析(AnnotatingGenomeSequence)：其目标是建立高密度的遗传图、高分

辨率的物理图和转录图，最终完成全基因组序列测定和注解，是功能基因组学的基础

基因组注解异常复杂，它是一个繁杂的复合体，既包含了进化历史上原封未动的部分，

也有大量的进化史上重要历史事件的遗迹。

基因组有它自身的规律，但是一些"不和谐的韵律〃，如从病毒或者原核生物感染或寄生

得到的基因组片段、转座元件、假基因以及重复序列的存在，构成了理解基因组结构的四大

陷阱。

•基因组序列注释的三个层次:

“Where",即在基因组序列中，基因在哪里？它是

君拼接的？每个外显子的具体边界在哪里？

二向质层充

JiWhaf,即这个基因编码的蛋白质是什么？它有什

y群的二级、WW至是三级结构？

代谢调控过程层次

“How",即这个蛋，酎如㈣行使功能？它参与了什么

样的代谢或调控过程？U」心法则

在真核生物中，遗传信息从基因组DNA转录成pre-mRNA

，后者经过拼接、戴帽、加尾等加工变成成熟的ERNA,

mRNA从细胞核进入细胞质中，在这里被翻译成蛋白质，

然后该蛋白质到达它的靶位点行使相应的生物学功能。

•核m联水、I'：上的分析:基因预测软件以及全长cDNA和

EST数据的分析；重复序列、假基因及其他；

•蛋白质水平上的分析：核昔酸水平的序列分析给出了每一

个基因的准确结构，随后的工作就是命名每个基因所编码

的蛋白质，并预测每种蛋白质的可能功能，最终得到一张

明确的基因组成清单。

•居因家族的分析：

Orthologous（直向同源）基因，指共同祖先的直接后代（

没有发生基因复制事件）之间的同源基因，具有相近甚至

相同的功能，由相似的途径调控，在不同的物种中扮演相

似甚至相同的角色；

Paralogous（共生同源）基因，指两个物种的同源基因分

上是共同祖韭基因组中由复制事件而产生的丕蚂拷贝的后

基因家族的基Ia通常属产共生同源基Ia的范畴。

AnnotatingaGenomeSequence

(1).Genepredictionbysoftware;

RiDB

I

EMBL(Genbank)

Genefiding:Findgenesandgenestructuresfromgenomicsequences

Problems

Findingtheparts:收集可靠的信息，并识别信号或传感器作为整个基因的一部分。可能是

一些程序的端点，例如SplicePredictor,MZEF用于找寻外显子。

Puttingpartstogether:使用适当和有效的算法将部分组合在一起，产生完整的基因模型。许

多程序目前可用于全基因预测(GenScan,GeneMark.hmm,Grail,Glimmer等)，这些程序

基于动态规划和基于HMM(隐马尔可夫算法)，将部分组合成整体。

Threetypesofinformation:

Signals(signalsensors):短子序列例如剪接位点，polyA信号和其他基序。信号传感器可以

表示为模式或权重矩阵。它们可以通过序列比对，统计方法或神经网络获得。.

Contentstatistics(contentsensors):描述了编码区的非随机性质，例如密码子偏好和反密码

子偏好性。

Similarity：与己知基因的相似性可有助于提高signalsensor和contenststatistics的准确性。

(2).Geneidentification:

expressedsequencetags(ESTs),

homologyanalysis,

mutations,

直系同源物：由共同的祖先基因进化而来的不同生物的同源基因

旁系同源物：一个物种中通过基因复制而演化形成的同源基因

(类似基因：非来自相同祖先的基因，但通过会聚进化而具有相似的功能特征的一个实

例是糜蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶的类似催化位点)

geneduplication

speciation

-TanTa2Tran-Tayi—alanda2areparalo^s.whilealin

speciesIandalinspeciesIIare

SpeciesISpeciesIIortholoes(soarea2inspeciesIand

s2inspeciesII)

Identity:Twoproteinsthathaveacertainnumberofamino-acidsincommonatalignedpositions

aresaidtobeidenticaltothatdegree,(i.e.iftheyhave43residuesoutofatotalof100in

commontheyare43%identical).

Similarity:Oftenanumberofresidueswillbereplacedbyonesofsimilarphysico-chemical

properties.Suchmutationsmaybetermedconservativeandonemaydefinevariousscoring

matricestoquantifyhowsimilarthetwosequencesare,takingintoaccountconservative

mutations.Suchscoreswillbemeasuresofsimilarity.

Homology:Ifandon/yiftwoproteinsareevolutionarilyrelatedanddescendfromacommon

ancestor,theyarecalledhomologous.Similarityandhomologyaretwodifferentconceptsand

mustnotbeconfused.

comparativeanalysisbetweengenomes;

Pair-wisesequencealignmentisafoundationaloperationunitformuchofthebioinformatics

analysis

(3).Transcriptome&Proteome;

Syntheticbiology

Biologicalsystems

(organisms)

Syntheticapproach

Reductionisticapproach(In-silicobioinformatics)

(Experimental)Analysisofmolecules,interactions,

andnetworks

Buildknowledge

Pairsofmolecules

DatagenerationPathways

DataanalysisCellularprocesses

Brain

Reconstructionoforganism

Buildingblocks

(genes,molecules)

二、功能基因组学

1、定义：利用结构基因组提供的信息，在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生

物学研究从对单一基因或蛋白质研究转向对多个基因或蛋白质同时进行的系统研究，是在基

因组静态(碱基序列)清楚后转入对基因组动态(生物学功能)的研究。应用高通量的方法

来平行研究大量基因。

2、任务：进行基因组功能注释(Genomeannotation),了解基因的功能，掌握基因的产物

及其在生命活动中的作用。从基因组的整体水平上来理解基因的功能与进化。

3、功能基因组研究内容：突变体库的构建、全长cDNA克隆与测序、获得DNA芯片等基因

转录图谱、高通量测序(NGS)转录组、植物全基因组关联分析(GWAS)

、高通量的遗传转化鉴定系统、生物信息技术平台与相应数据库的构建

(1)突变体库的构建

变异是功能分析的基础。突变体是功能基因组学研究的重要材料。

植物突变可在分子、细胞、组织、器官和个体等不同的水平上表现。一般分3种方法：

1.按突变方法分自然突变、物理化学诱变、DNA插入突变；

2.按遗传背景分为普通突变体库、近等基因系突变体库和等基因系突变体库；

3.按引起突变的分子机制分功能丧失突变和功能获得性突变

(2)基因克隆的一般方法

植物的生长发育是在多个代谢和生理过程基础上所发生的基因在时空上表达的综合现

象，分离潜在的各种有价值的基因，对植物特别是作物品种改良具有重要意义。

因此，对基因的克隆并发展与之相关的技术非常重要。

(3)高通量测序转录组技术

转录组测序亦称RNA-Seq(RNASequencing),是指利用第二代高通量测序技术进行

cDNA测序，全面快速地获取某一物种特定器官或组织在某一状态下的几乎所有转录本

RNA-seq：双链均能被随机测序以致不能确定转录本方向

IM4r>

CQAAOCACCUCAajUUV

皿CAOA!7TC£CCAQCO>3CrGAAQXn

AT^AAArAT?AAACTCAA>CAATA7UKA

ssRNA-seq：通过消除双链中的反向链来特异识别转录本方向

P»r*t*trair»<J»yntKe»i«

InormaldNTRft

SccorHj-®tmr»cloyothe»i»

IwttndVT尸-adUTF»

ssRNA-seq：通过给5'末端脱磷酸->3'末端加adapter->5'复磷酸・>5'加adapter来识别

转录本方向

RNA

A

B

C

D

E

F

G

NGS在转录组学研究中应用：转录组学：在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调

控规律的学科，研究已知基因的SNP、Indel等，研究体内蛋白质与DNA相互作用的有力工

具，通常用于转录因子结合位点或组蛋白特异性修饰位点的研究。将ChIP与第二代测序技

术相结合的ChlP-Seq技术，能够高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等互作

的DNA区段。测量基因表达水平，检测部分转录本的表达水平，发现新的基因和转录本，

检测发生在外显子部分的基因突变，发现基因融合等。综合mRNA-IncRNA共表达分析以及

microRNA靶基因分析，可以有效的解析IncRNA参与生物过程的分子机制

方法：功能克隆法，同源序列法，转座子或T-DNA标签法，表达序列标签法(EST)或全长

CDNA文库构建法，差异表达基因分离技术以及最新的高通量测序转录组

(4)基因的图位克隆

图位克隆(map-basedcloning)：又称定位克隆(positionalcloning),1986年由剑桥大学的

AlanCoulcon提出。

该方法分离基因是根据目的基因在染色体上的位置进行基因克隆的一种方法。在利用分子标

记技术对目的基因进行精确定位的基础上，使用与目的基因紧密连锁的分子标记筛选DNA

文库，从而构建目的基因区域的物理图谱，再利用此物理图谱通过染色体步行逼近目的基因

最终找到包含该目的基因的克隆，最后通过遗传转化和功能互补验证最终确定目的基因的碱

基序列。

图位克隆的特点：无需预先知道基因的DNA序列，也无需预先知道其表达产物的有关信息。

但应有以下两方面的基本情况：

1.有一个根据目的基因的有无建立起来的遗传分离群体，如F2、DH等。

2.开展以下几项工作：

找到与目的基因紧密连锁的分子标记；

遗传作图和物理作图将目标基因定位在染色体；

构建含有大插入片断的基因组文库；

特定连锁探针筛选基因组文库；

用获得阳性克隆构建目的基因区域的重叠群；

通过染色体步行、登陆或跳跃获得带有目标基因的大片段克隆；

亚克隆小片段克隆；

通过遗传转化和功能互补验证目的基因的碱基序列。

(5)植物遗传转化技术的发展

定义：应用DNA重组技术，将外源基因通过生物、物理或化学手段导入植物基因组，以获

得外源基因稳定遗传和表达的植物遗传改良体。

技术方法：

基因枪轰击法；

农杆菌介导法；

PEG转化法；

电激法(目前很少应用)；

低能离子束介导法(该技术不成熟)。

4、在植物功能基因组研究中发挥重要作用的技术：

植物转化(PlantTransformation)

增强子捕获(Enhancertrapping)

插入突变(Transposon/T-DNAInsertion)

基因敲除(GeneKnockout)

基因沉默(GeneSilencing)

异位表达(EctopicExpression)

5、水稻基因组学

目标1：鉴定水稻基因组结构、变异和群体遗传学分析

目标2：基因组变异与表型变异关联(开发基因组学研究的新方法，系统鉴定和挖掘水稻品

种的遗传多样性，开展高效的水稻功能基因组研究)

目标3：阐明水稻的驯化和遗传育种改良史

具体研究工作：

1、水稻4号染色体精细测序、水稻高通量转录组分析和高通量基因型鉴定

2、建立水稻重要农艺性状的全基因组关联分析研究体系和分析方法

3、运用基因组学研究手段开展水稻驯化起源和相关性状基因的克隆和功能研究

4、其它植物基因组相关研究

水稻全基因组关联分析分析框架

栽培品抑，烟方品种

寻找单核甘般多态性（SNP）佳点

构建单倍体型图谱

寻找表型与基因举之间的相关性

选择高度相关位点

验证候选基因遗传传化或T-DZA突安体

最后一张ppt老师留的思考题：

1、什么叫基因组学？

基因组学最早由ThomasRoderick在1986年提出，是研究生物基因组和如何利用基因的一

门学问，包括基因组作图、测序和分析。可分为结构基因组学和功能基因组学，该学科提供

基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。

2、基因组的研究内容？

基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural

genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functionalgenomics）,又被称为后基

因组（postgenome）研究，成为系统生物学的重要方法。

功能基因组学的研究内容：人类基因组DNA序列变异性研究、基因组表达调控的研究、模

式生物体的研究和生物信息学的研究等。

结构基因组学：其目标是建立高密度的遗传图、高分辨率的物理图和转录图，最终完成全基

因组序列测定和注解，是功能基因组学的基础。

3、基因组学有哪些研究手段和方法？

通过建立高密度的遗传图、高分辨率的物理图和转录图，最终完成全基因组序列测定和注解

（包括DNA层次、蛋白质层次和代谢调控过程层次）。测序技术有：全基因组鸟抢法、基于

物理图的克隆连克隆法、生物芯片技术、第二代测序技术（454高通量测序、IlluminaSolexa

测序技术、Solid测序技术）、第三代测序技术（单分子测序）

4、水稻基因组学研究的主要进展？

开发基于测序的基因分型技术及对重组群体的遗传分析

建立水稻重要农艺性状的全基因组关联分析研究体系和分析方法

水稻单倍体图谱构建&品质、产量和抗性等复杂性状关联分析

水稻开花期等重要农艺性状的关联分析及候选基因的精确定位

水稻基因鉴定和功能研究

文献概括：

目标1:鉴定水稻基因组结构、变异和群体遗传学分析

目标2：基因组变异与表型变异关联（开发基因组学研究的新方法，系统鉴定和挖掘水稻品

种的遗传多样性，开展高效的水稻功能基因组研究）

目标3：阐明水稻的驯化和遗传育种改良史

具体研究工作：

⑴水稻4号染色体精细物理图的构建及水稻基因组精确测序；

⑵通过比较基因组和功能基因组，发现了一系列在水稻抗热，抗旱和抗盐生理过程中起重要

作用的基因；

⑶以第二代测序仪为基础的高通量功能基因组研究平台为大规模发现和利用水稻遗传资源

开辟了有效的新途径；

⑷利用基因组学和群体遗传学的方法来揭示水稻驯化过程和栽培稻的起源。

3.周金秋chromosome>chromatinandtelomeres

本文档由周远扬和吴文滂整理，希望各位同学都能取得好成绩！

I.ChromosomeandChromatin

染色体和染色质的功能：

1.储存基因信息

2.把复制的DNA精确复制到两个后代染色体中

3.转录，复制，重组和修复的平台

如何从染色体中获得遗传信息？

染色质的两种形式：常染色质&异染色质

染色质活性态/沉默态结构域形成与维持，几乎涉及所有组成分子：

1.DNA序列：异染色质区含大量重复序列板块；常染色质顺式元件对相邻异染

色质沉默高度敏感

2.组蛋白和非组蛋白：组蛋白变体；组蛋白尾区各种修饰位点；非组蛋白

3.RNA:ncRNA

常染色质：易脆；活跃；在核内

异染色质：染色深；折叠致密；基因不活跃；在核边缘

Constitutive异染色质：固定的不可逆的异染色质(例如着丝粒和端粒)

兼性异染色质：能够变成常染色质(例如不活跃的X染色体)

染色体组成：DNA、组蛋白、非组蛋白、RNA和脂质

染色质的基本重复单位nucleosome

核小体定位(nucleosomepositioning)核心组蛋白/DNA特异序列经相互识

别与诱导契合，确定八聚体在DNA超螺旋中的结合部位以及两者空间结构关系。

核小体定位影响因素：1.偏好：基因上游启动子区；2.DNA构象；3.八聚体碱性

氨基酸正电荷侧链与DNA负电荷磷酸基静电引力；4.非组蛋白，核酸酶，转录

调节因子的影响；5.八聚体各亚基间和组蛋白/DNA间界面中，水分子和离子的

影响。

核小体由5种组蛋白构成：H2A,H2B,H3,H4作为核心组蛋白，H1起连接作用；

核小体提供了核内最低等级的DNA压缩方式；核小体通常伴随转录

Nucleosome:anucleosomecoreparticle

-t-linkerDNA(180-200bp)

+alinkerhistone

Nucleosomecoreparticle:

histoneoctamer(2xH2A,H2B.H3,H4)

染色质的高级结构——染色质组装

DNA(2nM)核小体(10nm)螺旋管solcnoid(30nm)染色质样纤维

chromonemafiber(60-100nm)loop玫瑰花结rosette染色质有丝分

裂时压缩为染色体

20A100A

^lO-nmfiber*

K.yv________J

InterphaseMphase

注：

1.组蛋白尾区和接头Hl,是压缩阵列形成与稳定的必需要素

2.染色体结构维持蛋白(SMCproteins)是一组高度保守的染色体ATPases,在

染色体组装及动态变化中发挥着基本作用：

•SMC1andSMC3actasthecoreofthecohesincomplexesthat

mediatesisterchromatidcohesion.

•SMC2andSMC4functionasthecoreofthecondensincomplexes

thatareessentialforchromosomeassemblyandsegregation.

•SMC53ndSMC6isimplicatedinDNArepairandcheckpoint

responses.

CellcycleregulationofcondensinsIandII

MefarchtcaltoldiftgAxisformation

R»v»rtibl0ktMrsbh

Dii2i3

Gxwntrr«nt

tomeoa»

•CondensinItscytoplasmicinmterphase,associateswithchromosomesonlyattheonsetofpoxnetaphase.

andisneededfornormaltimingo(prometaphaseandmetaphaseprogression

•CondensinIIisnuclearthroughoutinterphaseandmrtoticprophaseandisrequiredforchromosome

condensationmeartyprophose

ActionModelsofCohesinandCondensin

formchromosomeloopsforhighorderstructure

三种核酸内切酶敏感位点指示染色质高转录活性

DNaseI,DNaseII,微球菌核酸酶

Epigenetics?

Greek,epi=above,upon;Epigenetics^abovegenetics

Thestudyofheritablechangesingenefunctionthat

occurwithoutachangeintheDNAsequence.

Disease

表观遗传标志:

核定位，DNA甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA

EpigeneticSignatureoftheCell

NuclearDNAHistoneNoocoding

PositioningMethylationModificationRNA

acelytatian

methytetiof

ptKMphofyMcn

Mteqwlinetfon

tumdaticn

各表观遗传机制共同调节基因的表达或沉默:

DNMTs

1.DNA甲基化,：DNAmcthyltransfcrase

去甲基化:两种途径：Tet酶orBERpathway

DNA甲基4sDNA去甲基化

CpGIsland:aclusterofCpGresiduesoftenfoundneargenepromoters;〜60%ofall

genesareassociatedwithCpGislands;MostCpGislandsareunmethylatedinnormal

ccBs;Itsmethylationisassociatedwithcancer（在基因启动子附近经常发现一^组CpG

残留物;60%的基因与CpG岛有关;大多数CpG岛在正常细胞中没有甲基化;它的

甲基化与癌症有关）

CpGIslands

■CpGisland:aclusterofCpGresiduesoftenfound

neargenepromoters(atleast200bpandwithaGC

percentagethatisgreaterthan50%andwithan

observed/expectedCpGratiothatisgreaterthan

0.6).

■-29,000CpGislandsinhumangenome(*60%of

allgenesareassociatedwithCpGislands)

■MostCpGislandsareunmethylatedinnormalcells.

ProgressiveAlterationsinDNA

MethylationinCancer

Global.Region-Specific

HypomethylationHypermethylation

_________________J

7

NormalCancer

Accumulationof

EpigeneticAbnormalities

2.组蛋白尾修饰

Chromatinmodifications

MarkTranscriptionallyrelevantsitesBiologicalRole

Mathylatadcy+osin®CpGislandsTranscriptionalRepression

(maC)

AeatylatadlysinaH3(9,14,18,56),H4(5,8,13,16),H2A,TranscriptionalAcfivofion

(Ke)H2B

PhosphorylatadH3(3,10,28),H2A,H2BTranscriptionalActivation

sarina/thraonina

(S/Tph)

MathylatadanginaH3(17,23),H4(3)TranscriptionolActivation

(Rm«)

MathylatadlysinaH3(4,36.79)TranscriptionalActivation

(Kmc)H3(9,27),H4(20)TranscriptionalRepression

UbiquitylatadlysinaH2B(123/120)TranscriptionalActivation

(Kub)H2A(119)TrcnseriptionalRaprassion

Sumoylotadlysin«H2B(6/7),H2A(126)TranscriptionalRepression

(匕u)

3.沉默染色质个和异染色质类似的概念

•基因沉默：genesilencingactsinaregionalmanner(ratherthanpromoter-or

sequence-specific)togeneratelargedomainsorDNAthatareusuallyinaccessibleto

DNAbindingproteins(RNApolymerase,cellularrecombinationmachinary,

exogenousenzymes(dammcthyltransfcrascandrestrictionendonuclease)(基因沉

默行为在一个地区的方式(而不是启动子或sequence-specific)生成大域或DNA

通常无法进入DNA结合蛋白（RNA聚合酶、细胞重组机械，外源性酶（大坝甲

基转移酶和限制性内切核酸酶））

•Silentchromatindomain:Itispersistentthroughmitoticandmeioticcelldivisions

suchthataparticularchromatinstructure（DNAanditsassociatedproteins）is

replicatedduringtheprocessofchromosomeduplication.Thismodeofinheritance,

commonlyreferredtoasepigeneticinheritance,isbelievedtounderliecellular

memorymechanismsthatmaintaincellidentityandstablepatternsofgene

expressionineukaryotes.（沉默染色质域:在染色体复制过程中，通过有丝分裂

和减数分裂的细胞分裂，使一种特殊的染色质结构（DNA及其相关蛋白）复制。

这种遗传模式，通常被称为表观遗传，被认为是细胞记忆机制的基础，这种

机制在真核生物中维持细胞的身份和稳定的基因表达模式。）

•序列特征：重复DNA序列以及可能于稳定这样的结构有关。

•沉默染色质/异染色质的生化特征：H3K9甲基化的普遍性；赖氨酸残基的低

乙酰化；DNA胞喀咤甲基化

•常染色质和异染色质的比较（染色、形态特征，序列，基因密度，减数分裂

重组频率，复制时期，HSsite,核小体分布，核酸酶可接进性，活性状态，

特征性修饰）

FeatureEuchromatlnConstitutiveHeterochromatin

Stalnlng/packaglngininterphaseDispersedAppearscondensed,heteropycnotlc

DNAsequencePredominantlyuniquePredominantlyrepetitive(satellites；

derivativesofviruses,transposons,etc.)

PresenceofgenesHighA/ariabledensityLowdensity

Meiotic(reciprocal)recombinationNormalfrequencyLowfrequency

ReplicationtimingThroughoutSphaseLateSphase

ChromatinstructureHSsites.Irregularnucleosomes；LossofHSsites,regularnucleosomearray：

accessibletonucleaseslessaccessibletonucleases

Activitystate

EuchromaticgenesGenesinducibleGenessilenced(variegated)

HeterochromaticgenesGenessilenced(variegated)GenesInducible

CharacteristicmodificationsHistonehyperacetylationHistonehypoacetytation

HistoneH3-mLys4presentHistoneH3-mLys9present

CytosinehypomethylationCytosinehypenmethylatlon

II.Centromere着丝粒

着丝粒：

着丝粒是存在于真核生物染色体上，动粒装配的区域；

是有丝分裂过程中，纺锤体发出的纺锤丝附着于染色体的部位;

是细胞分裂过程中，姐妹染色单体相互黏着的部位；

是保证经复制的染色体精确分配的一段染色质区域。

Functionsofcentromere

•Requiredforchromosomestability

•Sisterchromatidpairing

•Mitoticandmeioticspindleattachment

•Chromosomemovement

•Cellcyclecheckpointcontrol

着丝粒的结构：

•1个着丝粒，结构复合体，动粒-纺锤丝，一系列着丝粒特异相关蛋白（CENP）

•着丝粒序列：在多数真核生物中，着丝粒没有明确的序列；典型的着丝粒由

大片范围的重复DNA序列构成，这些重复序列相似却不完全相同。

•酵母着丝粒相对简单；人类着丝粒：高度重复的、随机排布的卫星DNA,

长达300-5000kb

动粒Kinetochore

动粒是是真核细胞染色体中位于着丝粒两侧的两层盘状特化结构，其化学本质

为蛋白质，是非染色体性质物质附加物。

动粒与染色体的移动有关。在细胞分裂的前、中、后期等几个阶段，纺锤体的

纺锤丝（或星射线）需附着在染色体的动粒上，牵引染色体移动、将染色体拉向

细胞两极。

III.ChromosomeTerritory染色体领域

一解释了染色质纤维缠绕成染色体时为何不会相互打结，andmoresignificance

ChromosometerritorymoddRandomorganizationmodel

Concept:Thenaturalhabitatofeukaryoticgenomesisthecellnucleus,whereeach

chromosomeisconfinedtoadiscreteregion,referredtoasachromosometenitory.

定位FISHanalysisofchromosome(greenorredorblue).荧光原位杂交技术。

TotalDNAisstainedwithDAPI(blue)

Highlights:

1.Eachchromosomeoccupiesadistinctnuclearsubvolumeintheformofa

chromosometerritory.染色体领域。

2.Thespatialpositioningofchromosomeswithintheinterphasenucleusisoften

nonrandom.染色体的空间定位通常是非随机的。

3.Chromosomesexhibittissue-specificorganization.Chromosomesaredistributed

tissue-specifically(relativetothecenterofthenucleusandalsorelativetoeach

other).组织特异彳生。

4.Subsetsofchromosomesformdistincttypesofspatialclustersindifferenttissues

andtherelativedistancebetweenchromosomepairsvariesamongtissues.空间簇。

5.Nonrandomspatialproximityisfunctionallyrelevant(genesilence/activation,

translocationin),非随机空间邻近性在功能上是相关的(基因沉默/激活，转

位)。

现存问题及未来方向：

到目前为止，这个领域的大部分工作都是描述性和相关的。

确定核空间内单个基因、基因组区域和全染色体重新定位的分子机制。

确定这些机制如何反应，并通过信号通路促进生理信号，如刺激。

充分理解一维DNA序列是如何引起基因转录网络的多维复杂性的，它决定了

生命的所有方面。

IV.Telomere

1、端粒和端粒酶

•概述：端粒是存在于真核生物线性染色体末端的特化的功能复合体，是由重

复的DNA序列及端粒相关蛋白构成，对于维持真核基因组完整性和稳定性至

关重要。(端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。)

•功能：1.防止DNA修复系统错误地将染色体末端识别为染色体断口而将染色

体粘接起来；2.促进末端染色体的复制；3.抑制端粒附近的基因转录。

即是保持线性染色体的稳定，即不环化、不粘合、不被降解。

•端粒结构(1着丝粒、2亚端粒区域，3端粒重复区)。

CentromereSubtelomericregionTelomericrepeats

...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG1E4GGGTTAGGGTTAGGGTlAGGG-nAGGGr

...AATCCCAATCCCAATCCC5.

HumanTTAGGG2-20kb150nt

Plants111A&GG0.5-150kb30nt