基因組學(xué)考試資料整理版

1、第一章一、基因組1、基因組(genom*:生物所具有的攜帶遺傳信息的遺傳物質(zhì)的總和,是指生物細胞中所有的DNA包括所有的基因和基因間區(qū)域。2、基因組學(xué)：指以分子生物學(xué)技術(shù)、計算機技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究手段，以生物體內(nèi)全部基因為研究對象，在全基因背景下和整體水平上探索生命活動的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機制的科學(xué)?；蚪M學(xué)包括3個不同的亞領(lǐng)域結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics):以全基因組測序為目標功能基因組學(xué)(functionalgenomics):以基因功能鑒定為目標比較基因組學(xué)(parativegenomics)二、基因組序列復(fù)雜性1、C值是指一個單倍體基因組中DNA的總量

2、，以基因組的堿基對來表示。每個細胞中以皮克(pg,10-12g)水平表示。C值悖理(矛盾)(C-valueparadox):在結(jié)構(gòu)、功能很相似的同一類生物中，甚至在親緣關(guān)系十分接近的物種之間，它們的C值可以相差數(shù)10倍乃至上百倍。C值反映了總體趨勢上， 隨著生物結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性的增加， 各分類單元中最小基因組的大小隨分類地位的提高而遞增。2、序列復(fù)雜性單一順序：基因組中單拷貝的DN際列重復(fù)順序：基因組中多拷貝的基因序列真核生物基因組DNAfi分為非均一，f可分為3種類型：快速復(fù)性組分、居間復(fù)性組分、緩慢復(fù)興組分三、基因與基因家族1、基因家族：是真核基因組的共同特征，他們來自一個共同的祖先，因

3、基因加倍和趨異，產(chǎn)生了許多在DNA序列上基本一致而略有不同的成員。包括編碼RNA勺基因和編碼蛋白質(zhì)的基因2、隔裂基因(splitgene):指基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。3、異常結(jié)構(gòu)基因分類重疊基因：編碼序列彼此重疊的基因，含有不同蛋白質(zhì)的編碼序列?；騼?nèi)基因：一個基因的內(nèi)含子中包含其他基因。反義基因：與已知基因編碼序列互補的的負鏈編碼基因，參與基因的表達調(diào)控，可以干擾靶基因mRNA專錄與翻譯。4、假基因：來源于功能基因但已失去活性或者改變原來活性功能的DNA序列.四、基因組特征比較真核生物基因組的特征：復(fù)雜性較高的生物基因組結(jié)構(gòu)松弛，在整個基因組范圍內(nèi)分布大量重復(fù)順序

4、(小基因組重復(fù)序列較少，大基因組重復(fù)序列急劇擴增)；含有大量數(shù)目不等的線性DNA子，并且，每個長鏈DNA都與蛋白質(zhì)組成染色體結(jié)構(gòu)；含有細胞器基因組(所有真核生物都具有環(huán)狀的線粒體DNA植物細胞還含有環(huán)狀的葉綠體DNA)原核生物基因組的特征：原核生物基因數(shù)目比真核生物少，大小在5Mb以下；原核生物基因組結(jié)構(gòu)更緊湊；(極少重復(fù)序列；重復(fù)基因的數(shù)量遠遠低于真核生物；不存在內(nèi)含子，基本都是編碼序列，無斷裂基因。)第二章一、為何要繪制遺傳圖與物理圖？1）基因組太大，必需分散測序，然后將分散的順序按原來位置組裝，需要圖譜進行指導(dǎo)。2）基因組存在大量重復(fù)順序，會干擾排序，因此要高密度基因組圖。3）遺傳圖和物

5、理圖各有優(yōu)缺點，必須相互整合校正。二、基因組測序方法、原理及特點：1 .克隆重疊群法（clonecontigmethod,作圖法測序）：先構(gòu)建遺傳圖，再利用幾套高度覆蓋的大片段基因組文庫（BACPAC等）獲得精細的物理圖，選擇合適的BAC3kb時擴增時容易發(fā)生丟失與重排，只能操作小片段DNA1序。3 .以噬菌粒（phagemid）克隆DNA改造的質(zhì)粒載體，有2個復(fù)制起始點（質(zhì)粒自身和M13單鏈噬菌體），在大腸桿菌細胞中產(chǎn)生單鏈噬菌粒，該系統(tǒng)避免了M13系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，可克隆片段10kbDNA測序4 .PCR產(chǎn)生單鏈DNA根據(jù)測序DNA兩端序列合成2個引物，采用PCRt擴增樣品DNA然后將其中一

6、個引物連接到很小的磁珠，利用吸磁的方法提純擴增的單鏈DNA四、基因組測序方法原理優(yōu)缺點：1 .按照大分子DNA隆繪制的物理圖分別在單個大分子DNA內(nèi)部進行測序和序列組裝，然后將彼此相連的的大分子克隆按排列次序搭建支架， 最后以分子標記為向?qū)⒋罱ǖ闹Ъ芊謩e錨定到基因組整合圖上 （作圖測序）；優(yōu)點：缺點：2 .將整個基因組DNA丁斷成小片段后克隆到質(zhì)粒載體上，然后隨機挑選克隆對插入片段進行測序，并以測序的序列構(gòu)建重疊群，在此基礎(chǔ)上搭建支架，以分子標記為向?qū)⒋罱ǖ闹Ъ芊謩e錨定到基因組整合圖上（全基因組隨機測序或鳥槍法測序）。優(yōu)點：測序速度快，并且無須提供相關(guān)的遺傳圖譜和物理圖譜。缺點：對于結(jié)構(gòu)復(fù)

7、雜的大基因組而言，鳥槍法的序列組裝的起始階段工作量非常大；基因組中普遍存在的重復(fù)序列是十分棘手的問題，在序列組裝時可能出現(xiàn)錯誤連接，使某些片段從原位置跳到另一無關(guān)位置。五、間隙類型：測序后將DNAW序進彳T組裝，會發(fā)現(xiàn)存在不連續(xù)的區(qū)段，它們產(chǎn)生于：制備單鏈模板A.JB.M13將單鏈模板與一小段引物退火C.JD.PCR克隆于質(zhì)粒中DNA用酸或堿變性克隆單鏈DNA噬?？寺NA產(chǎn)生單鏈DNA1）因覆蓋率的原因而留下的未能測序的順序，仍存在于克隆文庫中，這類間隙稱為順序間隙。解決辦法：通過相鄰已知順序作為探針篩選已有的基因組文庫2）因克隆載體自身的限制或DNAM序特殊的組成等原因造成某些順序丟失或未

8、能克隆，這類間隙稱為物理間隙。解決辦法：利用其它宿主菌與載體重新構(gòu)建文庫六、覆蓋面（或深度）：每個核甘酸在完成順序中平均出現(xiàn)的次數(shù)，或者說完成順序的長度與組裝順序長度之比。在測序前，首先要考慮測序規(guī)模，P0=e-mm為覆蓋面，即單倍體基因組數(shù)；e為自然對數(shù)底數(shù)七、重要區(qū)域測序1、人們對感興趣的基因或與疾病相關(guān)的基因優(yōu)先測序。如：人類主要組織相容性復(fù)合區(qū)位于第6號染色體，與人類免疫系統(tǒng)有關(guān)，因而優(yōu)先測序。3）EST（Expressedsequencetag）測序EST是一種重要的基因組圖分子標記，以EST為探針很容易從cDNA文庫中篩選全基因，又可從BAC克隆中找到其基因組的基因序列。3、瀏覽測

9、序：粗略分析初步測序結(jié)果，從中尋找基因編碼順序的方法。八、名詞解釋1）BAC末端序列（BAC-endsequenced）一個BAC克隆插入片段兩端白已測序的序列，不包括內(nèi)部順序.可用于確定BAC的排列方向以及重疊群（contig）在支架（scaffold）中的排列方向.2）重疊群（contig）一群相互重疊的克隆或DNAI順序，可以是草圖順序或精確順序（finished）,包括連續(xù)的（內(nèi)部無間隙）或不連續(xù)的（內(nèi)部含間隙）DNA順序,未錨定到染色體上.3）草圖順序（draftsequence）人類基因組測序計劃定義為經(jīng)PhredQ20軟件認可覆蓋測序克隆片段3-4倍的DNA序.含間隙或無間隙，排

10、列方向和位置未定.4）精確順序（finishedsequence）順序差錯率（錯誤堿基數(shù)）低于0.01%的DNA序列，排列方向確定，內(nèi)部不含間隙，一般測序覆蓋率在8-10個單倍體基因組5）支架（scaffold）一組已錨定在染色體上的重疊群，內(nèi)部含間隙或不含間隙.九、幾種生物的測序方法： 大腸桿菌基因組測序一一圖位法； 流感嗜血桿菌基因組測序一一鳥槍法； 果蠅基因組測序一一鳥槍法； 人類基因組測序一一圖位法和鳥槍法； 水稻基因組測序一一圖位法和鳥槍法。第五章一、內(nèi)含子出現(xiàn)的問題：內(nèi)含子的出現(xiàn)給計算機判讀基因帶來不少問題，對ORF掃描的基本程序的編寫要考慮以下幾個問題：1）密碼子偏好；編碼同一氨

11、基酸的不同密碼子稱為同義密碼，其差別僅在密碼子的第3位堿基不同。特定種屬有特征性的密碼子偏愛，這些序列在編碼區(qū)常常出現(xiàn)，非編碼區(qū)只保持平均的堿基分布水平。2）外顯子一內(nèi)含子邊界；上游外顯子-內(nèi)含子邊界序列是判斷是否為編碼序列之一；但常有例外，導(dǎo)致判讀程序編寫有一定困難。3）上游調(diào)控序列。幾乎所有基因（或操縱子）上游都有調(diào)控序列，它們可與DNA結(jié)合蛋白作用，控制基因表達，調(diào)控序列有明顯的特點。二、同源基因查詢：通過已存入數(shù)據(jù)庫中的基因序列與待查的基因組序列進行比較，從中查找可與之匹配的堿基序列及其比例，用于界定基因的方法稱為同源查詢。1）同源性（homology）基因系指起源于同一祖先但序列已經(jīng)

12、發(fā)生變異的基因成員。分布在不同物種間的同源基因又稱直向同源基因。同一物種的同源基因則稱共生同源基因（水平基因），水平基因由重復(fù)后趨異產(chǎn)生?；蛲葱灾挥小笆恰焙汀胺恰钡膮^(qū)別，無所謂百分比.2）一致性（identity）:指同源DNAW序的同一堿基位置白相同的堿基成員,或者蛋白質(zhì)的同一氨基酸位置的相同的氨基酸成員，可用百分比表示.3）相似性（similarity）:指同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列中一致性氨基酸和可取代氨基酸所占的比例?？扇〈被嵯抵妇哂邢嗤再|(zhì)如極性氨基酸或非極性氨基酸的成員，它們之間的代換不影響蛋白質(zhì)（或酶）的生物學(xué)功能。三、實驗確認基因1、Northern雜交確認DNA片段是否含有表達序列2、由EST或cDNA指認基因3、獲取基因全長cDNA列4、確定DNAI順序中基因的位置四、計算機預(yù)測基因功能原理：主要依據(jù)同源性比較，同源性反應(yīng)出進化關(guān)系。方法：既存數(shù)據(jù)庫的比較分析。分析的基礎(chǔ)是：如果一個新測序的基因與另一個原來已測序的基因相似，那么就揭示他們可能有進化上的關(guān)系，并且新基因的功能很可能與已知基因的功能相同，或至少是相似。同一物種或不同物種中具有相同結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)可將其劃歸在同一蛋白質(zhì)家族。五、基因功能檢測方法：1、過表達2、高通量：轉(zhuǎn)座子路線