基因組測(cè)序與序列

1、會(huì)計(jì)學(xué)1基因組測(cè)序與序列基因組測(cè)序與序列第1頁(yè)/共89頁(yè)第1頁(yè)/共89頁(yè)第2頁(yè)/共89頁(yè)第2頁(yè)/共89頁(yè)第3頁(yè)/共89頁(yè)Genome Size (Mb)第3頁(yè)/共89頁(yè)第4頁(yè)/共89頁(yè)什么是什么是C 值？值？C值悖理：值悖理： 生物的復(fù)雜性與基因組的大小并不完全成比生物的復(fù)雜性與基因組的大小并不完全成比例增加例增加第4頁(yè)/共89頁(yè)第5頁(yè)/共89頁(yè)細(xì)菌細(xì)菌真菌真菌等等動(dòng)物動(dòng)物陰影部分為一個(gè)門內(nèi)陰影部分為一個(gè)門內(nèi)C-值的范圍值的范圍第5頁(yè)/共89頁(yè)第6頁(yè)/共89頁(yè)第6頁(yè)/共89頁(yè)第7頁(yè)/共89頁(yè) DNA 的復(fù)性的復(fù)性 遵循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可表述為遵循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可表述為：dCt / dt =

2、-KC02 反應(yīng)達(dá)反應(yīng)達(dá) t 時(shí)，單鏈時(shí)，單鏈DNA濃度濃度 = CtC0 = 單鏈單鏈 DNA起始濃度起始濃度 K 復(fù)性速度常數(shù)復(fù)性速度常數(shù)順序復(fù)雜性第7頁(yè)/共89頁(yè)第8頁(yè)/共89頁(yè)Cot(1/2) = 1/K (mol. Sec / L) 常數(shù)常數(shù) Ct/C0 0101C0t(1/2) C0t(1/2) C0t(1/2)值與基因組復(fù)雜性成正比。值與基因組復(fù)雜性成正比。第8頁(yè)/共89頁(yè)第9頁(yè)/共89頁(yè) 是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生一條多肽鏈或功能一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸所必需的全部核苷酸序列。序列。 基因分類：基因分類： 編碼編碼R

3、NA的基因，如的基因，如rRNA基因，基因，snRNA基因等；基因等； 編碼蛋白質(zhì)的基因編碼蛋白質(zhì)的基因2. 什么是基因？什么是基因？第9頁(yè)/共89頁(yè)第10頁(yè)/共89頁(yè)基因的不連續(xù)性基因的不連續(xù)性Intron 和和Exon: 大多數(shù)真核生物蛋大多數(shù)真核生物蛋白質(zhì)基因的編碼順白質(zhì)基因的編碼順序序(Exon)都被或長(zhǎng)都被或長(zhǎng)或短的非編碼順序或短的非編碼順序(Intron)隔開隔開第10頁(yè)/共89頁(yè)第11頁(yè)/共89頁(yè)基因家族基因家族 一群具有一致的或相似順序的基因一群具有一致的或相似順序的基因, ,有的還擔(dān)負(fù)有的還擔(dān)負(fù)類似的生物學(xué)功能類似的生物學(xué)功能, , 可以相互補(bǔ)償可以相互補(bǔ)償, , 比如比如:

4、E2f :E2f transcription factor transcription factor Mouse symbolHuman OrthologE2f1E2F1 E2f2E2F2E2f3E2F3E2f4E2F4E2f5E2F5E2f6E2F6第11頁(yè)/共89頁(yè)第12頁(yè)/共89頁(yè)假基因假基因(Pseudogene) 來源于功能基因來源于功能基因 但已失去活性但已失去活性 的的DNA序列序列產(chǎn)生假基因的原因有產(chǎn)生假基因的原因有:1. 由重復(fù)產(chǎn)生的假基因由重復(fù)產(chǎn)生的假基因;2. 加工的假基因加工的假基因, 由由RNA反轉(zhuǎn)錄為反轉(zhuǎn)錄為cDNA 后再整合后再整合到基因組中到基因組中;3. 殘缺

5、的基因殘缺的基因(Truncated gene) 第12頁(yè)/共89頁(yè)第13頁(yè)/共89頁(yè)重迭基因有以下幾種情況：重迭基因有以下幾種情況：*一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部*部分重疊部分重疊* 兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì)兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì) 第13頁(yè)/共89頁(yè)第14頁(yè)/共89頁(yè)*一個(gè)基因完全在另一個(gè)一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部基因內(nèi)部如：如：B和和A， E和和D 其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同 -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNATAA第14頁(yè)/共89頁(yè)第15頁(yè)/共89頁(yè)*部分重疊部分重疊 如：如： K和和C *兩個(gè)基因

6、共用少數(shù)兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì)堿基對(duì) 如：如： D和和J-TAATG-D 終止密碼子終止密碼子J 起始密碼子起始密碼子第15頁(yè)/共89頁(yè)第16頁(yè)/共89頁(yè)第16頁(yè)/共89頁(yè)第17頁(yè)/共89頁(yè)第17頁(yè)/共89頁(yè)第18頁(yè)/共89頁(yè)A 克隆于質(zhì)粒中DNA用堿或熱變性B M13克隆單鏈DNAC 噬?？寺NAD PCR產(chǎn)生單鏈DNAA 高酶活性B 無53外切酶活性C 無35外切酶活性ddATP/ddCTP/ddGTP/ddTTP 的3碳原子連接的是氫原子,不是羥基第18頁(yè)/共89頁(yè)第19頁(yè)/共89頁(yè)第19頁(yè)/共89頁(yè)第20頁(yè)/共89頁(yè)第20頁(yè)/共89頁(yè)第21頁(yè)/共89頁(yè)第21頁(yè)/共89頁(yè)第22頁(yè)/共8

7、9頁(yè)第22頁(yè)/共89頁(yè)第23頁(yè)/共89頁(yè)堿基特異修飾方法GPh8.0,用硫酸二甲酯對(duì) N7進(jìn)行甲基化,使 C8-C9鍵對(duì)堿基裂解有特殊敏感性A+GpH2.0 哌啶甲酸可使嘌呤環(huán)的N原子化,從而導(dǎo)致脫嘌呤,并因此消弱腺嘌呤和鳥嘌呤的糖苷鍵C+T肼可打開嘧啶環(huán),后者重新環(huán)化成五元環(huán)后易除去C1.5mol/L NaCl存在時(shí),可用肼除去胞嘧啶第23頁(yè)/共89頁(yè)第24頁(yè)/共89頁(yè)哌啶第24頁(yè)/共89頁(yè)第25頁(yè)/共89頁(yè)第25頁(yè)/共89頁(yè)第26頁(yè)/共89頁(yè)第26頁(yè)/共89頁(yè)第27頁(yè)/共89頁(yè)第27頁(yè)/共89頁(yè)第28頁(yè)/共89頁(yè)第28頁(yè)/共89頁(yè)第29頁(yè)/共89頁(yè)1 ATACGTTA2 GTTAGATC3

8、 ACGTTAGA4 CGTTAGAT5 GTTAGATCDNA 樣品 TATGCAATCTAG與基因芯片上 65,000 種可能的八聚體進(jìn)行雜交從而形成特定的結(jié)合圖形計(jì)算機(jī)分析雜交圖象并由探針的重疊情況推導(dǎo)樣品的核酸序列1 ATACGTTA3 TACGTTAG4 ACGTTAGA2 CGTTAGAT5 GTTAGATC3 TACGTTAG4 ACGTTAGA2 CGTTAGAT互補(bǔ)序列為：ATACGTTAGATC樣品序列為：TATGCAATCTAG利用基因芯片進(jìn)行雜交測(cè)序的原理第29頁(yè)/共89頁(yè)第30頁(yè)/共89頁(yè)ABCABCABCABC小片段測(cè)序小片段測(cè)序計(jì)算機(jī)拼裝計(jì)算機(jī)拼裝第30頁(yè)/共89

9、頁(yè)第31頁(yè)/共89頁(yè)ABC小片段測(cè)序小片段測(cè)序計(jì)算機(jī)拼裝計(jì)算機(jī)拼裝鳥槍法鳥槍法(Shotgun)測(cè)序的問題測(cè)序的問題 CAATGCATTAGCAGCCAATGCGAP錯(cuò)裝錯(cuò)裝第31頁(yè)/共89頁(yè)第32頁(yè)/共89頁(yè)第32頁(yè)/共89頁(yè)第33頁(yè)/共89頁(yè)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(kù)解決辦法:利用其它宿主菌與載體重新構(gòu)建文庫(kù)第33頁(yè)/共89頁(yè)第34頁(yè)/共89頁(yè)第34頁(yè)/共89頁(yè)第35頁(yè)/共89頁(yè)第35頁(yè)/共89頁(yè)第36頁(yè)/共89頁(yè) 先將染色體打成比較大的片段先將染色體打成比較大的片段(幾十幾十-幾百幾百Kb), 利用利用分子標(biāo)記將這些大片段排成重疊的克隆群分子標(biāo)記將這些大片段排

10、成重疊的克隆群(Contig), 分別分別測(cè)序后拼裝測(cè)序后拼裝. 這種策略叫基于克隆群這種策略叫基于克隆群(contig-based)的策的策略略.ABCABC大片段大片段contig小片段測(cè)序拼裝小片段測(cè)序拼裝第36頁(yè)/共89頁(yè)第37頁(yè)/共89頁(yè)第37頁(yè)/共89頁(yè)第38頁(yè)/共89頁(yè)第38頁(yè)/共89頁(yè)第39頁(yè)/共89頁(yè)第39頁(yè)/共89頁(yè)第40頁(yè)/共89頁(yè)第40頁(yè)/共89頁(yè)第41頁(yè)/共89頁(yè)第41頁(yè)/共89頁(yè)第42頁(yè)/共89頁(yè)第42頁(yè)/共89頁(yè)第43頁(yè)/共89頁(yè)第43頁(yè)/共89頁(yè)第44頁(yè)/共89頁(yè)隨機(jī)測(cè)序與序列組裝方法和指導(dǎo)測(cè)序與序列組裝方法相結(jié)合進(jìn)行序列組裝第44頁(yè)/共89頁(yè)第45頁(yè)/共89頁(yè)

11、第45頁(yè)/共89頁(yè)第46頁(yè)/共89頁(yè)第46頁(yè)/共89頁(yè)第47頁(yè)/共89頁(yè)第47頁(yè)/共89頁(yè)第48頁(yè)/共89頁(yè) 19號(hào)染色體是含基因最豐富的染色體，而13號(hào)染色體含基因量最少目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個(gè)功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能人類基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”。在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無用DNA” 不包含或含有極少基因的成分?；蚪M上大約有14的區(qū)域沒有基因的片段。 353的基因包含重復(fù)的序列。這說明那些原來被認(rèn)為是“垃圾”的DNA也起重要作用，應(yīng)該被進(jìn)一步研究。第48頁(yè)/共89頁(yè)第49頁(yè)/共89頁(yè)第49頁(yè)/共89頁(yè)第50頁(yè)/共89頁(yè)第

12、50頁(yè)/共89頁(yè)第51頁(yè)/共89頁(yè)5.6 人類基因組計(jì)劃的論理學(xué)第51頁(yè)/共89頁(yè)第52頁(yè)/共89頁(yè)第52頁(yè)/共89頁(yè)第53頁(yè)/共89頁(yè)第53頁(yè)/共89頁(yè)第54頁(yè)/共89頁(yè)第54頁(yè)/共89頁(yè)第55頁(yè)/共89頁(yè)第55頁(yè)/共89頁(yè)第56頁(yè)/共89頁(yè)第56頁(yè)/共89頁(yè)第57頁(yè)/共89頁(yè)第57頁(yè)/共89頁(yè)第58頁(yè)/共89頁(yè)第58頁(yè)/共89頁(yè)第59頁(yè)/共89頁(yè)第59頁(yè)/共89頁(yè)第60頁(yè)/共89頁(yè)第60頁(yè)/共89頁(yè)第61頁(yè)/共89頁(yè)第61頁(yè)/共89頁(yè)第62頁(yè)/共89頁(yè)第62頁(yè)/共89頁(yè)第63頁(yè)/共89頁(yè)第63頁(yè)/共89頁(yè)第64頁(yè)/共89頁(yè)第64頁(yè)/共89頁(yè)第65頁(yè)/共89頁(yè)第65頁(yè)/共89頁(yè)第66頁(yè)/共8

13、9頁(yè)第66頁(yè)/共89頁(yè)第67頁(yè)/共89頁(yè)第67頁(yè)/共89頁(yè)第68頁(yè)/共89頁(yè)第68頁(yè)/共89頁(yè)第69頁(yè)/共89頁(yè)第69頁(yè)/共89頁(yè)第70頁(yè)/共89頁(yè)第70頁(yè)/共89頁(yè)第71頁(yè)/共89頁(yè)第71頁(yè)/共89頁(yè)第72頁(yè)/共89頁(yè)第72頁(yè)/共89頁(yè)第73頁(yè)/共89頁(yè)第73頁(yè)/共89頁(yè)第74頁(yè)/共89頁(yè)第74頁(yè)/共89頁(yè)第75頁(yè)/共89頁(yè)第75頁(yè)/共89頁(yè)第76頁(yè)/共89頁(yè)cDNA文庫(kù)構(gòu)建第76頁(yè)/共89頁(yè)第77頁(yè)/共89頁(yè)cDNA文庫(kù)構(gòu)建第77頁(yè)/共89頁(yè)第78頁(yè)/共89頁(yè)5RACE第78頁(yè)/共89頁(yè)第79頁(yè)/共89頁(yè)3RACE第79頁(yè)/共89頁(yè)第80頁(yè)/共89頁(yè)第80頁(yè)/共89頁(yè)第81頁(yè)/共89頁(yè) 是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生是遺傳信息的物理和功能單位，包含產(chǎn)生一條多肽鏈或功能一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸所必需的全部核苷酸序列。序列。 基因分類：基因分類： 編碼編碼RNA的基因，如的基因，如rRNA基因，基因，snRNA基因等；基因等； 編碼蛋白質(zhì)的基因編碼蛋白質(zhì)的基因2. 什么是基因？什么是基因？第81頁(yè)/共89頁(yè)第82頁(yè)/共89頁(yè)*一個(gè)基因完全在另一個(gè)一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部基因內(nèi)部如：如：B和和A， E和和D 其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同 -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNAT