第十章_基因组学、蛋白质组学和生物信息学.ppt

1、第1，12章基因组学，蛋白质组学和生物信息学，1，基因组学2，蛋白质组学3，生物信息学，2，研究和分析基因组学生物体整个基因组的所有遗传信息。基因组(genome)是细胞或生物体的完全单倍体遗传物质，是所有其他染色体上所有基因和基因之间DNA的总和。核基因组、核外基因组基因组学研究方法：SAGE、DNA chips等，3、人类基因组计划，4、40年代第一颗原子弹；20世纪60年代，人类首次登上了月球。人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)，DNA双螺旋结构的发现者之一，美国国家卫生研究院人类基因组研究所第一董事J.D.Watson 1990年在科学中心，美国，20世

2、纪人类科技发展史上的三大倡议，6，7，人类基因组计划目标：(1)确定人类基因组中约5万个编码基因的序列和在基因组中的物理位置，研究基因的产物和功能。(2)了解转录和剪接调控因素的结构和位置，从整个基因组结构的宏观层面了解基因转录和转录后调控。(3)要了解不同序列对染色体结构、DNA复制、基因转录、表达调控的影响和作用，就要全面了解染色体结构，包括各种重复序列和非历史“帧序列”。(。(4)研究空间结构对基因调控的影响。一些基因的表达调控序列和调控基因在直线距离上看起来相距很远，但从整个染色体的空间结构来看正好处于最佳调控位置，因此有必要从三维空间角度研究真核基因的表达调控规律。8，(5) DNA

3、克隆，重组等相关发现序列。DNA的忠实克隆保证了遗传稳定性，正常重组提供了变异和进化的分子基础。局部DNA的克隆推迟、异常重组等现象会导致疾病或胚胎的正常发育，因此了解与人类DNA正常克隆和重组相关的序列及其变化将为研究人类基因组遗传和进化提供重要的结构依据。(6)研究DNA突变、重排、染色体破裂等，了解包括遗传性疾病、易感疾病、放射性疾病、感染性疾病引起的分子病理学变化及其过程在内的疾病的分子机制，并为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。(7)确定人类基因组中转座子、转座子、病毒剩余序列，研究周围序列的性质。了解病毒基因组对人类基因组渗透的影响可以有效地利用病毒矢量指导人类进行基因治疗。

4、(8)研究染色体和个人之间的多态性。这些知识可以广泛用于基因诊断、个人识别、亲子鉴定、组织配型、发展进化等许多医疗、司法、人类学研究。此外，这些遗传信息还有助于研究人类历史过程、地球分布和迁移，以及人类与其他物种的比较。9，人类基因组研究包括绘制遗传地图(Genetic Map)、构建物理地图(Physical Map)、对人类基因组流程图进行排序、表达式配置(Expression Profiling)经过多年的发展，基因组学作为专业学科已经运输。关注结构基因组学、遗传图谱、物理图、测序等研究。在基因组层次上阐明DNA序列功能的功能基因组学比较基因组学，包括根据进化阶段对生物基因组的比较研究，

5、以及对不同种族、民族、群体基因组的比较研究。另外，工业基因组学、环境基因组学、药物基因组学、疾病基因组学等分学科等也在继续发展。，10，基因组的序列主要可分为三类茄子。(1)通过比较生理机能，(2)在数据库期间，有匹配的蛋白质序列，但不知道它的功能。(3)在现有数据库中找不到匹配蛋白质序列的新基因。生物在进化上徐璐相关，因此对一种生物的研究可以为另一种生物提供有价值的信息。比较基因组学的威力是对一个生物相关基因的认识，理解，解释，克隆分离另一个生物的基因。远延基因组之间的比较为认识生物机制的普遍性，寻找研究复杂生理和病理过程所需的实验模型提供了理论依据，而近延基因组之间的比较为理解基因结构和功

6、能等细节提供了必要的参数功能。因此，为了充分理解人类基因组，需要对一系列近缘和远缘的模式生物进行基因组程度的比较分析工作。11，功能基因组学研究研究方法：1，定点破坏结构基因(gene knock-out) 2，通过研究基因组内位置表达目的基因(gene knock-in)获得新基因3，全长cDNA的技术(Race)测序后设计探针在文库中筛选基因5，位置克隆法。首先利用连锁分析找到基因，然后根据物理地图找到相关BAC克隆，进一步查看牙齿克隆序列，通过电脑分析找到合适的候选基因6，酵母双杂交，12，13，遗传度被称为连锁图，是指基因或DNA标记在染色体上。绘制遗传地图是人类基因组研究的第一步。即

7、，以染色体上的一点为遗传标记、伴生遗传的特征为对象，通过连锁分析将编码其特征的基因定位在染色体上的特定位置。CM值越大，两者之间的距离越远。通过遗传图谱分析，可以大致知道每个基因或DNA片段之间的相对距离和方向，哪个基因更接近丝粒，哪个基因更接近端粒等。遗传距离通过遗传连锁分析得到，研究中使用的DNA标记越多，密度越高，结果遗传连锁地图的分辨率越高。典型的遗传标记是在传记神童或免疫技术中可以检测到的蛋白质标记，如红细胞ABO血型部位标记，白细胞HLA部位标记等。例如，在ABO血型基因中，位于9号染色体结肠癌3区4台(9q34)的基因IA决定抗原A的存在，并表达A型血型。由于ABO血型广泛存在，

8、可以将其用作遗传标记。当一个家庭观察到甲髌骨综合征与A型血一起遗传时，科学家认为牙齿病的发病基因NP与IA基因相连，在9q34区也有。额外观察发现，牙齿家族的后代中，有1/10是A型血，没有指甲的髌骨综合征表明，基因IA和NP被交换，交换率(重组率)牙齿为1/10。此时，基因IA和NP徐璐接近，连锁图的距离可以说是10里(重组率1等于1里)。绘制遗传地图，14，如果只遗传标记已知位置的少数基因，由于遗传标记数量太少，很难绘制完整的连锁图。DNA技术的建立为人类提供了大量新的遗传标记。第一代DNA遗传标记RFLP(restriction fragment length Polymorphism，

9、受限片段长度多态性)。DNA序列的微小变化，甚至一个核苷酸的变化，也会导致限制性内切酶接触的丢失或发生，导致酶片段长度的变化。由于核苷酸序列的变化分布在整个基因组中，特别是在进化中选择压力不大的非编码序列中，RFLP比经典蛋白质多态性出现的频率要高得多。此外，只要进行适当的选择，在体内经常会出现共显RFLP和RAPD分子标记。，第15、第2代DNA遗传标记利用了人类基因组内存在的大量重复序列，例如冗馀单元长度为5-20个核苷酸的小型卫星微卫星DNA(DNA)，重复单元长度为2-6个核苷酸的微卫星DNA(microsatellite DNA)。STR有两个茄子最突出的优点：遗传标记“多态”和“高

10、频”。STR的存在提供了大量可用于绘制遗传地图的遗传标记功能。采用聚合酶链反应(PCR)技术，以STR两侧基因为顶点标记的完整连锁图绘制于1996年，相邻标记之间的平均距离只有0.7厘米。这可能是第三代DNA遗传标记，可能是最好的遗传标记，散布在基因组中的单个碱基的差异。这些差异包括单碱基的缺失和插入，但是单核苷酸替换，即单核苷酸多态性(SNP，single nucleotide polymorphism)牙齿更为常见。16，“遗传度”的建立为人类疾病相关基因的分离克隆奠定了基础。拥有5000多个遗传学部位，相当于将整个人类基因组分成5000多个小区，分别设置“招牌”。牙齿标志将在搜索功能基因

11、的过程中发挥独特的作用。多态性疾病基因部位(牙齿部位至少包括两个“正常”和“发病”等位基因)与上述遗传标记分析相比，如果在家庭系统中确认牙齿基因没有与任何标记相关联(重组率为50%)，就表明该基因不在牙齿段宜恩附近。如果基因在一定程度上与标记“联系”(重组率小于50%但大于0)，则可能在牙齿标记附近。如果牙齿基因和任何标记之间不发生重组(重组率为零)，我们估计这个标记与所研究的疾病基因非常相似。17，遗传度表示通过连锁分析确定的每个基因之间的相对位置。物理图表示染色体上每个DNA片段的实际顺序。物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段(序列标签网站、序列标签站点、STS)作为“符号”，以碱基对(

12、BP、kb、Mb)作为基本测量单位(距离)的基因组。现在的测序技术不能对整个DNA分子进行序列测量，所以必须先大小切成其他片段，然后连接它们形成连续序列。物理图的主要内容是徐璐重叠的“连接的DNA片段群”、“物理图”、18、DNA分子克隆时，通过细菌质粒或噬菌体运输在大肠杆菌中复制而被渡边杏。太大了，YAC的大块DNA被标识为序列标记位置(STS)。STS是基因组中200500bp的单个复制序列，染色体上有一定的位置，因此可以基于STS将徐璐不同的YAC克隆排列到相邻的复制组中(contig)。其他载体包括细菌人工染色体(BAC，容量100300kb)、噬菌体人工染色体(P1)、斑点(cosm

13、id，容量45kb)、MAC等。目前，人类基因组24条染色体的YAC、BAC、P1相邻克隆组均成立，准确度约100对碱基对的物理地图也基本绘制，开始大规模排序。19，20，人类基因组序列图基因组排序战略1，新枪法优势：快速、简单、成本低的缺点：由于大量重复序列，组装变得困难，位置克隆法：首先构建物理地图，分析序列。所有蛋白质都由信使核糖核酸(mRNA)编码，mRNA又由DNA转录。人类基因组中只有15个DNA是编码序列(基因)。成人的各种组织中，只有大约1的基因用蛋白质表示。因此，转录地图的建立，或在mRNA中逆转的cDNA图谱，是基因分离、定位和复制的关键。在此表示序列位置标记(EST)具有

14、重要意义。EST是用约100300碱基对的cDNA片段表达基因的部分。EST序列短，很难找到，只有筛选长基因片段(1000碱基对以上)，才能用荧光原位杂交方法定位染色体。EST可以用工业化的程序生产，如果分离到特定发育阶段某个组织的mRNA，则可以反转录法在mRNA中合成相应的cDNA片段，即EST。用探针的话，可以从基因组库中筛选出全长的基因序列。截至1998年二月，约有92万个EST发现，战士制作也有了好的开始，但这已经是基因组计划后的工作。Expression Profiling)，22，proteomics和研究进展，23，proteomics的意思，proteome一词是澳大利亚学者(Proteome)在1994年首次提出的，指基因组Ge它要求对蛋白质组进行表征，即所有蛋白质的分离、鉴定和指导。双向凝胶电泳(2-D)和质谱(Mass spectrometry)技术是目前分离蛋白质的两种茄子支柱技术，主要是蛋白质组功能模型(目前主要关注蛋白质相互作用网络关系)的研究，25，蛋白质组研究的手段，蛋白质组研究的核心是分离的二维传记游泳(蛋白质组研究的研究) 图像分析蛋白质质量，N侧测序，肽序列质谱数据，肽指纹，数据搜索，新的或已知的蛋白质，蛋白质转录后的变形识别，27。 生物信息学概述2、生物信息学研究内容3、生物信息学数据库4、生物信息学