遗传学课件14第十三章基因组学

1、第十三章 基因组学 基因组学(genomics)是遗传学研究进入分子水平后发展起来的一个分支，主要研究生物体全基因组(genome)的分子特征。 基因组学强调的是以基因组为单位，而不是以单个基因为单位作为研究对象，因此，基因组学的研究目标是认识基因组的结构、功能及进化，弄清基因组包含的遗传物质的全部信息及相互关系，为最终充分合理地利用各种有效资源，为预防和治疗人类遗传疾病提供科学依据。,基因组学的重要组成部分是基因组计划，如人类、水稻基因组计划，大体可分为： 1、构建基因组的遗传图谱 2、构建基因组的物理图谱 3、测定基因组DNA的全部序列 4、构建基因组的转录本图谱 5、分析基因组的功能,基

2、因组计划研究开始于1990年，美国国立卫生研究院(NIH)和能源部(DOE)联合启动了被誉为“人体阿波罗计划”的“人类基因组计划”(human genome project，HGP) 。 在美国提出人类基因组计划后，英、法、日、前苏联、中等，也相继启动了类似的研究项目。 2000年6月26日，各国科学家公布了人类基因组工作草图，2001年8月26日，人类基因组计划中国部分测序项目汇报及联合验收会在京召开，标志人类基因组“中国卷”通过验收,1992年8月，中国根据国情正式宣布实施自己的“水稻基因组研究计划”，已完成水稻基因组物理图谱的构建 。 2002年4月5日，Science以14页的篇幅刊登

3、和宣布中国科学家独立绘制完成的水稻基因组草图序列（4.6亿）,一、基因组图谱的构建 在进行大规模序列测定之前，构建基因组图谱是测定大基因组全部核苷酸序列的重要一环。基因组图谱可作为序列测定中制定测序方案的依据，以便先重后轻地分析基因，锚定测知的核酸序列在染色体上的位置。因此，在人类基因组计划实施过程中，首先用了六年时间构建高密度的基因组图谱，然后才进入测序工作。,1、遗传图谱 （1）图谱标记 图谱构建中需要可以鉴别的标记(marker)，在构建遗传图谱中，可用基因和DNA作为标记。 基因标记：用基因作为标记，分析各基因间的连锁关系及遗传距离，绘制出连锁遗传图谱 DNA标记：限制性内切酶多型性(

4、RFLP)、简单序列长度多型性(SSLP)、单核苷酸多型性(SNPs),（2）遗传图谱的构建 人类基因组遗传图谱的构建： 人类的遗传图谱是利用家系分析法，在对8个家系的134个成员的分析中，主要根据5264个STR标记绘制而成的。利用这些家系的资料绘制第1至22号染色体图谱。对于X染色体图谱，还利用了来自另外12个家系，170个成员的资料绘制而成。 将5264个标记定位在2335个位点，据此构建的人类基因组遗传图谱的密度为每个标记599 Kb。,植物基因组遗传图谱的构建： 选择亲本 产生构图群体 遗传标记的染色体定位 标记间的连锁分析,2、物理图谱 由于遗传图谱的分辨率有限、精确性不高，所以还

5、要构建物理图谱。 基因组物理图谱的构建主要有三种途径： 限制性酶图谱 荧光原位杂交技术(FISH) 序列标签位点(STS) 如表达的序列标签(EST)， 来自cDNA,图 927 酵母菌第III染色体遗传图谱(A)与物理图谱(B)的比较,二、基因组图谱的应用： 1、基因组序列测定 2、基因定位 3、基因组比较分析 4、分子标记辅助选择 5、基因的克隆与分离,三、后基因组学 后基因组学(post-genomics)是在完成基因组图谱构建以及全部序列测定的基础上，进一步研究全基因组的基因功能、基因之间的相互关系和调控机制为主要内容的学科。 后基因组学主要利用DNA微列阵技术、蛋白质组学、酵母菌双杂

6、交系统以及生物信息学等技术相结合，对已知的基因组序列进行研究。,1、DNA微列阵 DNA微列阵(DNA microarrays)就是利用DNA芯片技术，同时进行大量分子杂交，以分析比较不同组织或器官的基因表达水平，筛选突变基因，从核酸水平分析基因表达模式。 2、蛋白质组学 蛋白质组学(proteomics)是从蛋白质水平来研究基因组的基因表达，分析基因组的蛋白质类型、数量、空间结构变异以及相互作用的机制。,3、酵母菌双杂交系统 酵母菌双杂交系统(two hybrid-systems)是利用在酵母菌的同一个细胞中共同表达不同蛋白质，以鉴定蛋白质之间互作的一种分析方法。 4、生物信息学 生物信息学(bioinformatics)是利用计算机贮存原始资料，分析生物信息，将DNA芯片以及蛋白质双向电泳结果转变成为可读的遗传学信息的学科。生物信息学是将现代生物技术与计算机科学结合，收集、加工和处理生物资料。,图 829 酵母菌双杂交系统 A、双杂交系统组成 B、将A中的构建体混合，转化酵母菌,自从1996年酵母菌基因组全序列测定以来，在4年多时间里，全世界已有1000多个实验室，5000多名科学家从事酵母菌后基因组学的研究，共发表论文7000多篇，鉴定1060