分子生物學(xué)-第十一章

1、1會計學(xué)分子生物學(xué)分子生物學(xué)-第十一章第十一章第1頁/共53頁 基因組是生物體內(nèi)遺傳信息的集合，是生物有機體的單倍體細(xì)胞中的所有DNA，包括細(xì)胞核內(nèi)的DNA和各種細(xì)胞器中的DNA。 基因組學(xué)是美國人THRodehck在1986年7月造出來的。基因組學(xué)（genomics）是指研究并解析生物體整個基因組的所有遺傳信息的學(xué)科。 基因組計劃（Genome Project）是指對人類以及其它生物體全基因組的測序工作(sequencing)。 人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）： 90年代提出并已基本完成，第1頁/共53頁第2頁/共53頁20世紀(jì)人類科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉

2、90年代人類基因組計劃40年代第一顆原子彈爆炸60年代人類首次登上月球第2頁/共53頁第3頁/共53頁Contents第3頁/共53頁第4頁/共53頁第4頁/共53頁第5頁/共53頁1975年，獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎第5頁/共53頁第6頁/共53頁。第6頁/共53頁第7頁/共53頁第7頁/共53頁第8頁/共53頁Celera:Craig VenterIntl. Cons:Francis Collins美國國家人類基因組研究所所長第8頁/共53頁第9頁/共53頁Public effort- strategy:Celera - strategy:Sequencing StrategiesCeleras

3、 view of International ConsortiumInternational Consortiums view of CeleraUnfair competition: IC delivering the same goods but with state funding.Unfair competition: Celera delivering the same goods but can use IC data, while IC cannot use Celera data.“ 逐個克隆法 ”：對連續(xù)克隆系中排定的 BAC 克隆逐個進行亞克隆測序并進行組裝( 公共領(lǐng)域測序

4、計劃 )“ 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測序，利用超級計算機進行組裝 ( 美國 Celera公司）第9頁/共53頁第10頁/共53頁1999 年 12 月英、日、美三國科學(xué)家聯(lián)合完成首條人類染色體（22 號染色體）的測序任務(wù)第10頁/共53頁第11頁/共53頁2000 年 3 月celera公司宣布完成果蠅基因組的測序工作。第11頁/共53頁第12頁/共53頁Craig Venter開發(fā)出新的測序技術(shù)”鳥槍測序法” 并很快追上了多國合作小組，多國合作小組在美國總統(tǒng)克林頓的撮合下開始與Celera合作。2000.6 完成并公

5、布 人類基因組工作框架圖( 90%)。對人類認(rèn)識自身，提高健康水平，推動生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物技、制藥業(yè)、農(nóng)業(yè)等的發(fā)展具有極其重要的意義，人類基因組工作草圖的完成是該計劃實施的一個里程碑，標(biāo)志著人類在研究自身的過程中邁出其不意關(guān)鍵的一步。有人將此成就與伽利略的天文發(fā)現(xiàn)相媲美，有人認(rèn)為它的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗生素的發(fā)明。第12頁/共53頁第13頁/共53頁第13頁/共53頁第14頁/共53頁第14頁/共53頁第15頁/共53頁第15頁/共53頁第16頁/共53頁 19號染色體是含基因最豐富的染色體，而13號染色體含基因量最少目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能人類

6、基因組中存在“熱點”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)該被進一步研究。第16頁/共53頁第17頁/共53頁到2006年底已完成的基因組項目（/） 根據(jù)2007年1月的數(shù)據(jù)，全球已啟動2296個基因組項目，其中607個項目已經(jīng)完成，已經(jīng)公開發(fā)表481個基因組序列，包括403個細(xì)菌基因組，33個古細(xì)菌基因組和45個真核生物基因組。 p436其它

7、基因組計劃第17頁/共53頁第18頁/共53頁第18頁/共53頁第19頁/共53頁基因的表達調(diào)控規(guī)律。第19頁/共53頁第20頁/共53頁第20頁/共53頁第21頁/共53頁用病毒載體進行基因治療。第21頁/共53頁第22頁/共53頁第22頁/共53頁第23頁/共53頁第23頁/共53頁第24頁/共53頁遺傳圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜0.7 cM 或 kb 序列圖譜物理圖譜四張圖：物理圖、 轉(zhuǎn)錄圖遺傳圖 、全序列圖 HGP的主要任務(wù)第24頁/共53頁第25頁/共53頁第25頁/共53頁第26頁/共53頁Contents第26頁/共53頁第27頁/共53頁第27頁/共53頁第28頁/共53頁ddATP/ddC

8、TP/ddGTP/ddTTP 的3碳原子連接的是氫原子,不是羥基 p417 第28頁/共53頁第29頁/共53頁第29頁/共53頁第30頁/共53頁第30頁/共53頁第31頁/共53頁13maybe 800 bp long42第31頁/共53頁第32頁/共53頁第32頁/共53頁第33頁/共53頁2 基因組DNA大片段文庫的構(gòu)建 YAC（yeast artificial chromosome,酵母人工染色體）：含有三種必需成分：著絲粒、端粒和復(fù)制起點。是迄今容量最大的克隆載體，插入片段平均長度為200-1000 Kbp，最大的可以達到2 Mbp。 第33頁/共53頁第34頁/共53頁125-1

9、50 Kbp insertion第34頁/共53頁第35頁/共53頁Public effort- strategy:Celera - strategy:Sequencing StrategiesCeleras view of International ConsortiumInternational Consortiums view of CeleraUnfair competition: IC delivering the same goods but with state funding.Unfair competition: Celera delivering the same good

10、s but can use IC data, while IC cannot use Celera data.“ 逐個克隆法 ”：對連續(xù)克隆系中排定的 BAC 克隆逐個進行亞克隆測序并進行組裝( 公共領(lǐng)域測序計劃 )“ 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測序，利用超級計算機進行組裝 ( 美國 Celera公司）第35頁/共53頁第36頁/共53頁第36頁/共53頁第37頁/共53頁590bp1,000bpMate-Pair Shotgun DNA Sequencing第37頁/共53頁第38頁/共53頁Popular Assem

11、blers TIGR Assembler (TIGR) Phrap (Wash U) Celera Assembler (Celera, TIGR) Arachne (MIT Broad) Phusion (Sanger uses Phrap) Atlas (Baylor HGSC)第38頁/共53頁第39頁/共53頁Assembly of the Individual SequencesIndividual sequencing reads are compared to eachother and where they overlap can be assembled to create

12、contigs（片段重疊群） 第39頁/共53頁第40頁/共53頁Assembly of the Individual SequencesKeep adding individual sequencing reads to build larger and fewer contigs第40頁/共53頁第41頁/共53頁Assembly of the Individual SequencesEventually all sequencing reads merge to a single consensus sequence (a large contig) for each chromosome.第41頁/共53頁第42頁/共53頁 鳥槍法測序的缺點： 隨著所測基因組總量增大，所需測序的片段大量增加，各個片段重疊成一個連續(xù)體的概率是2n2-2n 。高等真核生物（如人類）基因組中有大量重復(fù)序列，導(dǎo)致判斷失誤 。第42頁/共53頁第43頁/共53頁改進后的鳥槍法(adopted by both IC and Celera)第43