基因組學(xué)試題(共8頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基因組學(xué)試題1、什么是基因組（5分）？什么是轉(zhuǎn)錄組（5份）？說明基因組合的關(guān)系和異同（10分）基因組是生物體（細(xì)胞或病毒）中所有的DNA的總和, 包括所有的基因和基因間區(qū)域，包括染色體之外的遺傳物質(zhì)，如線粒體、葉綠體、質(zhì)粒等?；蚪M：物種內(nèi)恒定(/)，生物體或細(xì)胞內(nèi)恒定，沒有時(shí)空變化(?)。事實(shí)上有特例，1、盲鰻(Hugfish) ,性細(xì)胞和體細(xì)胞DNA量差異; 2、部分昆蟲，性細(xì)胞和體細(xì)胞染色體數(shù)目差異; 3、動(dòng)物雌雄個(gè)體差異轉(zhuǎn)錄組： 生物體、組織、細(xì)胞不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不同。 生物體不同組織、同一組織不同細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不同。 生物體、組織、細(xì)胞不同環(huán)境、不

2、同生理狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不同。 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中包含大量不翻譯蛋白的RNA,如rRNA; sRNA2、簡(jiǎn)述原核生物基因組和真核生物基因組的特點(diǎn)和差異（10分）原核生物基因組一條環(huán)狀DNA；只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)；有操縱子（Operon）結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)基因?yàn)槎囗樂醋樱舾蓚€(gè)功能相關(guān)的功能基因串聯(lián)在一起，手統(tǒng)一調(diào)控區(qū)調(diào)控。2.數(shù)個(gè)操縱子還可以受同一個(gè)調(diào)節(jié)基因（regulaterygene)，即調(diào)節(jié)子（regulon)調(diào)控。結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象，基因組中任何一段DNA不會(huì)用于編碼2種蛋白質(zhì)基因是連續(xù)的，無內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后不剪接；重復(fù)序列少，蛋白質(zhì)基因一般為單拷貝基因，但編碼rRNA的基因一般為多拷貝，有利于核糖體快速

3、組裝。真核生物基因組復(fù)雜的染色體結(jié)構(gòu)，一般有多條染色體每條染色體上有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)；基因組中有大量的重復(fù)序列（輕度、中度、高度重復(fù)）；基因是不連續(xù)的，有內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過剪接加工成成熟RNA；有許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成的單一基因簇，或基因家族有細(xì)胞器基因，真核生物除具有核基因外，還有存在于線粒體和葉綠體中基因，編碼同功酶等。3、什么是遺傳圖譜（5分）？ 遺傳圖譜在基因組研究中的意義何在（15分）？采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其它DNA標(biāo)記按一定的順序排列在染色體上，這一方法包括雜交實(shí)驗(yàn)，家系分析。標(biāo)記間的距離（遺傳圖距）用減數(shù)分裂中的交換頻率來表示，單位為厘摩(Centi-Mo

4、rgan, cM), 每單位厘摩定義為1%交換率。分子生物學(xué)方法幫助我們尋找DNA編碼信息，但我們首先要知道，在哪里才能找到與目的性狀相關(guān)的那段DNA.基因具有多效性，有些表型可能很難直接尋找其相關(guān)的DNA序列，遺傳分析給我們提供了一個(gè)獨(dú)立的、確定與遺傳性狀相關(guān)聯(lián)基因的位置的方法。當(dāng)關(guān)于一個(gè)基因的功能還處于假設(shè)階段時(shí)，或者當(dāng)某一特定表型與DNA的關(guān)聯(lián)還處于推斷狀態(tài)時(shí)，遺傳分析是唯一的手段。4、物理圖譜的構(gòu)建方法主要有哪幾種（10分）？舉例詳述一種物理圖譜的構(gòu)建方法（10分）。細(xì)胞遺傳學(xué)圖譜,包括熒光標(biāo)記原位雜交將熒光標(biāo)記的探針與染色體雜交確定分子標(biāo)記的所在位置。限制圖譜，是將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定

5、在DNA分子的相對(duì)位置。順序標(biāo)簽位點(diǎn)，作通過PCR或分子雜交將小段DNA順序定位在基因組的DNA區(qū)段中。連續(xù)的文庫(kù)圖譜或基于克隆的基因組作圖，根據(jù)克隆的DNA片段之間的重疊順序構(gòu)建重疊群，繪制物理連鎖圖。5、人類基因組計(jì)劃的主要研究?jī)?nèi)容有哪些？各內(nèi)容的意義何在（15分）? HGP的主要任務(wù)是人類的DNA測(cè)序，包括下圖所示的四張譜圖，此外還有測(cè)序技術(shù)、人類基因組序列變異、功能基因組技術(shù)、比較基因組學(xué)、社會(huì)、法律、倫理研究、生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)、教育培訓(xùn)等目的。1、遺傳圖譜（genetic map）又稱連鎖圖譜(linkage map)，它是以具有遺傳多態(tài)性（在一個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基

6、因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆高于1%）的遺傳標(biāo)記為“路標(biāo)”，以遺傳學(xué)距離（在減數(shù)分裂事件中兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率，1%的重組率稱為1cM）為圖距的基因組圖。遺傳圖譜的建立為基因識(shí)別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。意義：6000多個(gè)遺傳標(biāo)記已經(jīng)能夠把人的基因組分成6000多個(gè)區(qū)域，使得連鎖分析法可以找到某一致病的或表現(xiàn)型的基因與某一標(biāo)記鄰近（緊密連鎖）的證據(jù)，這樣可把這一基因定位于這一已知區(qū)域，再對(duì)基因進(jìn)行分離和研究。對(duì)于疾病而言，找基因和分析基因是個(gè)關(guān)鍵。第1代標(biāo)記：經(jīng)典的遺傳標(biāo)記，例如ABO血型位點(diǎn)標(biāo)記，HLA位點(diǎn)標(biāo)記。70年中后期，限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP），位點(diǎn)數(shù)目大與105，用

7、限制性內(nèi)切酶特異性切割DNA鏈，由于DNA的一個(gè)“點(diǎn)”上的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的片段（等位片段），可用凝膠電泳顯示多態(tài)性，從片段多態(tài)性的信息與疾病表型間的關(guān)系進(jìn)行連鎖分析，找到致病基因。如Huntington癥。但每次酶切2-3個(gè)片段，信息量有限。第2代標(biāo)記：1985年，小衛(wèi)星中心（minisatellite core）、可變串聯(lián)重復(fù)VNTR（variable number of tandem repeats）可提供不同長(zhǎng)度的片段，其重復(fù)單位長(zhǎng)度為6至12個(gè)核苷酸 ，1989年微衛(wèi)星標(biāo)記（microsatellite marker）系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)和建立，重復(fù)單位長(zhǎng)度為2

8、6個(gè)核苷酸，又稱簡(jiǎn)短串聯(lián)重復(fù)（STR）。第3代標(biāo)記：1996年MIT的Lander ES又提出了SNP（single nucleotide polymorphysm）的遺傳標(biāo)記系統(tǒng)。對(duì)每一核苷酸突變率為10-9，雙等位型標(biāo)記，在人類基因組中可達(dá)到300萬(wàn)個(gè)，平均約每1250個(gè)堿基對(duì)就會(huì)有一個(gè)。34個(gè)相鄰的標(biāo)記構(gòu)成的單倍型（haplotype）就可有816種。2、物理圖譜（physical map）物理圖譜是指有關(guān)構(gòu)成基因組的全部基因的排列和間距的信息，它是通過對(duì)構(gòu)成基因組的DNA分子進(jìn)行測(cè)定而繪制的。繪制物理圖譜的目的是把有關(guān)基因的遺傳信息及其在每條染色體上的相對(duì)位置線性而系統(tǒng)地排列出來。DN

9、A物理圖譜是指DNA鏈的限制性酶切片段的排列順序，即酶切片段在DNA鏈上的定位。因限制性內(nèi)切酶在DNA鏈上的切口是以特異序列為基礎(chǔ)的，核苷酸序列不同的DNA，經(jīng)酶切后就會(huì)產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的DNA片段，由此而構(gòu)成獨(dú)特的酶切圖譜。因此，DNA物理圖譜是DNA分子結(jié)構(gòu)的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶產(chǎn)生的用于測(cè)序反應(yīng)的DNA片段只是其中的極小部分，這些片段在DNA鏈中所處的位置關(guān)系是應(yīng)該首先解決的問題，故DNA物理圖譜是順序測(cè)定的基礎(chǔ),也可理解為指導(dǎo)DNA測(cè)序的藍(lán)圖。廣義地說，DNA測(cè)序從物理圖譜制作開始，它是測(cè)序工作的第一步。制作DNA物理圖譜的方法有多種，這里選擇一種常用的簡(jiǎn)便方法標(biāo)記片段的

10、部分酶解法，來說明圖譜制作原理。用部分酶解法測(cè)定DNA物理圖譜包括二個(gè)基本步驟：(1)完全降解：選擇合適的限制性內(nèi)切酶將待測(cè)DNA鏈(已經(jīng)標(biāo)記放射性同位素)完全降解，降解產(chǎn)物經(jīng)凝膠電泳分離后進(jìn)行自顯影，獲得的圖譜即為組成該DNA鏈的酶切片段的數(shù)目和大小。(2)部分降解：以末端標(biāo)記使待測(cè)DNA的一條鏈帶上示蹤同位素，然后用上述相同酶部分降解該DNA鏈，即通過控制反應(yīng)條件使DNA鏈上該酶的切口隨機(jī)斷裂，而避免所有切口斷裂的完全降解發(fā)生。部分酶解產(chǎn)物同樣進(jìn)行電泳分離及自顯影。比較上述二步的自顯影圖譜，根據(jù)片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈上的位置。下面是測(cè)定某組蛋白基因DNA物理圖譜的

11、詳細(xì)說明。完整的物理圖譜應(yīng)包括人類基因組的不同載體DNA克隆片段重疊群圖，大片段限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)圖，DNA片段或一特異DNA序列（STS）的路標(biāo)圖，以及基因組中廣泛存在的特征型序列（如CpG序列、Alu序列，isochore）等的標(biāo)記圖，人類基因組的細(xì)胞遺傳學(xué)圖（即染色體的區(qū)、帶、亞帶，或以染色體長(zhǎng)度的百分率定標(biāo)記），最終在分子水平上與序列圖的統(tǒng)一。基本原理是把龐大的無從下手的DNA先“敲碎”，再拼接。以Mb、kb、bp作為圖距，以DNA探針的STS（sequence tags site）序列為路標(biāo)。1998 年完成了具有52,000個(gè)序列標(biāo)簽位點(diǎn)(STS)，并覆蓋人類基因組大部分區(qū)域的連續(xù)克

12、隆系的物理圖譜。構(gòu)建物理圖的一個(gè)主要內(nèi)容是把含有STS對(duì)應(yīng)序列的DNA的克隆片段連接成相互重疊的“片段重疊群（contig）”。用“酵母人工染色體(YAC)作為載體的載有人DNA片段的文庫(kù)已包含了構(gòu)建總體覆蓋率為100%、具有高度代表性的片段重疊群”，近幾年來又發(fā)展了可靠性更高的BAC、PAC庫(kù)或cosmid庫(kù)等。3、序列圖譜隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測(cè)序就成為重中之重的工作。DNA序列分析技術(shù)是一個(gè)包括制備DNA片段化及堿基分析、DNA信息翻譯的多階段的過程。通過測(cè)序得到基因組的序列圖譜。大規(guī)模測(cè)序基本策略:逐個(gè)克隆法：對(duì)連續(xù)克隆系中排定的BAC克隆逐個(gè)進(jìn)行亞克隆測(cè)序并進(jìn)行組裝（公共領(lǐng)域

13、測(cè)序計(jì)劃）。全基因組鳥槍法：在一定作圖信息基礎(chǔ)上，繞過大片段連續(xù)克隆系的構(gòu)建而直接將基因組分解成小片段隨機(jī)測(cè)序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝（美國(guó)Celera公司）。4、基因圖譜基因圖譜是在識(shí)別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達(dá)模式等信息的圖譜。在人類基因組中鑒別出占具2%5%長(zhǎng)度的全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過基因的表達(dá)產(chǎn)物mRNA反追到染色體的位置。其原理是：所有生物性狀和疾病都是由結(jié)構(gòu)或功能蛋白質(zhì)決定的，而已知的所有蛋白質(zhì)都是由mRNA編碼的，這樣可以把mRNA通過反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA或稱作EST的部分的cDNA片段，也可根據(jù)mRNA的信息人

14、工合成cDNA或cDNA片段，然后，再用這種穩(wěn)定的cDNA或EST作為“探針”進(jìn)行分子雜交，鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基因。用PolyA互補(bǔ)的寡聚T或克隆載體的相關(guān)序列作為引物對(duì)mRNA雙端尾側(cè)的幾百個(gè)bp進(jìn)行測(cè)序得到EST（表達(dá)序列標(biāo)簽）。2000年6月，EMBL中EST數(shù)量已有4,229,786?；驁D譜的意義：在于它能有效地反應(yīng)在正常或受控條件中表達(dá)的全基因的時(shí)空?qǐng)D。通過這張圖可以了解某一基因在不同時(shí)間不同組織、不同水平的表達(dá)；也可以了解一種組織中不同時(shí)間、不同基因中不同水平的表達(dá)，還可以了解某一特定時(shí)間、不同組織中的不同基因不同水平的表達(dá)。人類基因組是一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目：表征人類基因組，選擇的模

15、式生物的DNA測(cè)序和作圖，發(fā)展基因組研究的新技術(shù)，完善人類基因組研究涉及的倫理、法律和社會(huì)問題，培訓(xùn)能利用HGP發(fā)展起來的這些技術(shù)和資源進(jìn)行生物學(xué)研究的科學(xué)家，促進(jìn)人類健康6、有一個(gè)海洋經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，進(jìn)行基因組學(xué)研究，你認(rèn)為應(yīng)該如何制定詳細(xì)的研究計(jì)劃（15分）。2）基因組較小，基因數(shù)目少，大多只含有一條環(huán)狀染色體，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；3）基因結(jié)構(gòu)緊湊，大部分序列用來編碼蛋白質(zhì)，重復(fù)序列和不編碼序列少；但編碼順序一般不會(huì)重疊，即不會(huì)出現(xiàn)基因重疊現(xiàn)象；4）具操縱子結(jié)構(gòu)，即數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)；數(shù)個(gè)操縱子還可以由一個(gè)共同調(diào)節(jié)基因（regulatory gene）即調(diào)節(jié)子（re

16、gulon）調(diào)控；5）結(jié)構(gòu)基因大都是單拷貝，rRNA的基因rrn往往是多拷貝；6）DNA分子中具有各種功能的識(shí)別區(qū)域. 如復(fù)制起始區(qū)OriC，復(fù)制終止區(qū)TerC，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往有特殊的順序。 7）在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序，它可使轉(zhuǎn)錄終止和RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。1.遠(yuǎn)大于原核生物基因組，多復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制子較短；2.DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，一般為多條；3.基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，一個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個(gè)mRNA分子和一條多肽鏈。4.基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域，如在人基因組中編碼序列只占23%。5.存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬(wàn)次以上。6.大部分基因含有內(nèi)含子，基因是不連續(xù)的。（1)基因組太大,必需分散測(cè)序。對(duì)整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序,必需將基因組分解,分別測(cè)序,然后進(jìn)行組裝.為了使DNA順序的組裝不發(fā)