基因組學(xué)教學(xué)課件8比較基因組學(xué)教學(xué)課件

1、比較基因組學(xué) 中英聯(lián)合實驗室Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)的產(chǎn)生 伴隨著基因組的研究, 相關(guān)信息出現(xiàn)了爆炸性增長, 迫切需要對大量基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 比較基因組學(xué)作為一門重要的工具學(xué)科應(yīng)運而生。 比較基因組學(xué)是通過對系統(tǒng)發(fā)育中的代表性物種之間的全方位基因和基因家族的比較分析，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育的遺傳圖譜, 來揭示基因、基因家族的起源和功能及其在進(jìn)化過程中復(fù)雜化和多樣化的機(jī)制

2、。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022果蠅基因組果蠅基因組全長180mb，2/3是 euchromatin，1/3是heterochromatin；Blast Search確定有14113個轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（功能基因）。 Science, 287:2185-2195 (2000) Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Cl

3、ient Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)定義 利用不同物種基因組之間功能區(qū)域順序上、組織結(jié)構(gòu)上的同源性 克隆新基因 揭示基因功能 闡明物種進(jìn)化關(guān)系、基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)的應(yīng)用揭示非編碼功能序列發(fā)現(xiàn)新基因發(fā)現(xiàn)功能性SNP闡述物種間的進(jìn)化史闡明人類

4、疾病過程的分子機(jī)制 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)與進(jìn)化 古細(xì)菌-產(chǎn)甲烷球菌與原核生物共同之處：染色體組織與結(jié)構(gòu)：環(huán)狀基因組、基因的操縱子結(jié)構(gòu)等能量產(chǎn)生和固氮基因與有很高的同源性與細(xì)胞分裂有關(guān)的蛋白質(zhì)、20多個編碼無機(jī)離子運輸?shù)鞍椎腛RF與細(xì)菌基因同源調(diào)控模式類似于原核生物與真核生物共同之處：細(xì)胞遺傳信息傳遞，尤其是轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)分泌系統(tǒng)說明該細(xì)菌與真核生物親緣關(guān)系較近

5、。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)與進(jìn)化 比較基因組學(xué)提供的結(jié)果表明，在進(jìn)化系統(tǒng)樹上，古細(xì)菌與真核生物親緣關(guān)系比原核生物更近。 自養(yǎng)生物的三個分支，細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物中，細(xì)菌的分化發(fā)生較早。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright

6、2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)的具體應(yīng)用方法和策略序列的比對分析確定基因組序列的進(jìn)化關(guān)系基因共線性synteny ：染色體片段的分析物種序列的優(yōu)化選擇對DNA序列的信息注釋Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022基因組成的相似性基因共線性synteny：基因排列順序的一致性宏觀共線性：遺傳連鎖圖上錨定標(biāo)記排列次序的一致性微觀共線性：物理圖上基

7、因序列的一致排列進(jìn)化距離非常近的物種間保持很好的微觀共線性在進(jìn)化過程中，基因共線性被各種因素所破壞，進(jìn)化距離越遠(yuǎn)的物種之間基因共線性越差，兩個物種之間的共線性程度可以作為衡量它們之間進(jìn)化距離的尺度Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022高度保守和高度變異X染色體極為保守，人類和貓的X染色體具有縱貫全條的共線性在保守性較低的區(qū)段，基因進(jìn)化速率快于整個基因組的平均進(jìn)化速率它們在種間基因組中很少表

8、現(xiàn)共線性，甚至在同一物種的不同生態(tài)型之間這些區(qū)段也會發(fā)生較大變異當(dāng)用基因共線性程度估算物種分化年代時，應(yīng)當(dāng)注意避免高度保守和高度變異的區(qū)段Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pt

9、y Ltd.8/20/2022破壞基因組共線性的因素轉(zhuǎn)座插入染色體重排區(qū)段加倍和缺失Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022跨物種基因克隆-圖位克隆在基因組較小的模式植物中，分離被精確定位在大基因組中的基因避免大量重復(fù)序列的干擾，減少染色體步移的次數(shù)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5

10、.2.0.0.Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022基因島和基因協(xié)同進(jìn)化基因島：區(qū)段基因密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全基因組的平均密度。sh2與A1兩個基因在玉米中的距離大約是水稻或高粱中的7倍基因島中的基因群通常具有功能上的相關(guān)性協(xié)同丟失和協(xié)同進(jìn)化Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022直系同源集簇由1個共同的祖先基因衍生的1組基因，包括不同基因組中執(zhí)行同

11、一生物學(xué)功能的種間同源物，也包括同一基因組中因基因加倍產(chǎn)生的種內(nèi)同源物（平行基因）預(yù)測新基因功能Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022比較基因組學(xué)研究舉例原核模式生物比較基因組學(xué)釀酒酵母基因組人類基因組Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2

12、019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物比較基因組研究特點模式生物基因組一般都比較小，但編碼基因的比例較高，重復(fù)序列和非編碼序列較少，是 “壓縮”的基因組。模式生物基因組中G+ C%含量高，同時CpG島的比例也比較高。一些模式生物，特別在人的基因組中發(fā)現(xiàn)了重復(fù)( duplication)。各種不同的物種中，大多數(shù)重要生物學(xué)功能是由相當(dāng)數(shù)量的同源序列基因( Orthologous) 蛋白承擔(dān)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 20

13、19-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物比較基因組研究特點同線( synteny) 連鎖的同源基因在不同物種基因組中有相同連鎖關(guān)系。生物體的復(fù)雜性一般表現(xiàn)在“生物學(xué)”的復(fù)雜性，與基因組的C 值大小及基因數(shù)量未必一定呈線性關(guān)系。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組的研究尿殖道支原體是已知最小的基因組0.58Mb ，由此可能確定能自我復(fù)制的細(xì)胞必

14、需的一套最少的核心基因。流感嗜血桿菌的基因組為1.83Mb基因組大小影響了基因數(shù)目還是基因尺度？Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組的研究流感嗜血桿菌基因大小平均900 bp，尿殖道支原體的基因為1040bp，基因大小差不多；流感嗜血桿菌中平均1042 bp 有1個基因，尿殖道支原體中平均1235 bp 有1個基因。 可見基因組尺度減小并不引起基因密度的增加和基因尺寸的減小

15、。二者差別在于基因數(shù)量上，流感嗜血桿菌基因組有1743個ORF，尿殖道支原體只有470個ORF。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組的研究 通過對尿殖道支原體與流感嗜血桿菌這兩個親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的生物基因組的比較，選取其共同的基因（共240個），再加上一些其他基因，最后組成一套含256個基因的最小基因組。Evaluation only.Created with Aspose.

16、Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022最簡單的真核生物-釀酒酵母基因組基因組為12,068 kb，比單細(xì)胞的原核生物和古細(xì)菌大一個數(shù)量級。共有5887個ORF，比原核生物和古細(xì)菌要多很多。釀酒酵母的基因密度為1個基因/2kb，密度小于流感嗜血桿菌和尿殖道支原體。釀酒酵母-最小的真核基因組，裂殖酵母其次（密度是1/2.3kb），簡單多細(xì)胞生物線蟲的基因密度為1/30kb。釀酒酵母只有4%的編碼基因有內(nèi)含子，而裂殖酵母有40%編碼基因有內(nèi)含子。Evaluation

17、 only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022人類基因組的一個片段Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.

18、5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022人類染色體組型 上圖顯示的是經(jīng)姬母薩染色后的G帶模式圖，染色體號在染色體結(jié)構(gòu)下面標(biāo)注，帶號在左邊。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Cli

19、ent Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022 人類基因組基因的三條推測依據(jù) 1. 根據(jù)已測定大片段DNA中ORF的比例；2. CpG island的個數(shù)（56%的已知基因5都與CpG相連，而人基因組中有45000個Islands）3. ESTs 已經(jīng)報道的是第22染色體和第21染色體。第21染色體全長33.65 Mb，長臂上有33.546Mb，仍有7個缺口，長約3kb，99.7%。 The DNA sequence of human chromosome 22, Nature 402, 489-495(2019

20、) . The DNA sequence of human chromosome 21, Nature 405, 311-319(2000) . 21q上有127個已知基因，98個推測的基因59個pseudo genes。Chromosome22中有545個編碼基因第21+22染色體共占2%的人類總DNA，共有77%基因 Nature，406，151-157Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2

21、022模式生物基因組研究對人類基因組研究的促進(jìn)作用1 利用基因序列上的同源性克隆人類疾病基因 當(dāng)人類cDNA 與已知功能的模式生物基因高度相關(guān)，當(dāng)該表型的候選基因定位于與cDNA 相同的位置上，就有助于識別該基因。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組研究對人類基因組研究的促進(jìn)作用2 模式生物基因組研究揭示了人類疾病基因的功能。 由于某些模式生物基因的功能已知,這就對人類疾病

22、基因的功能研究有很大的促進(jìn)作用。這一跨種關(guān)系使模式生物基因的有效功能數(shù)據(jù)立刻用于研究它的高等生物的同源體。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組研究對人類基因組研究的促進(jìn)作用3 充分利用模式生物實驗系統(tǒng)上的優(yōu)越性 模式生物實驗上的優(yōu)越性成為人類疾病狀態(tài)下分子機(jī)制的闡明和基因功能分析的有效手段。 以酵母為例，它就是一個很好的實驗系統(tǒng)。Evaluation only.Create

23、d with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022以酵母為例 首先它是一個單細(xì)胞，可以在特定的培養(yǎng)基上生長，這樣就可能完全控制其化學(xué)和物理環(huán)境。 其次酵母的生命周期也很適合被用來作遺傳分析，有可能構(gòu)建一套16 條染色體單倍型的詳盡的圖譜。 第三，現(xiàn)今的技術(shù)可以將其6000 個基因中的任何一個用突變的等位基因替代或準(zhǔn)確地從基因組中缺失。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5

24、Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組研究對人類基因組研究的促進(jìn)作用4 比較基因組作圖在人類基因組研究中的應(yīng)用。 應(yīng)用之一是使連鎖信息和基因組資源從作圖較為詳盡的物種轉(zhuǎn)移到作圖不完善的物種。例如：通過定位一套在哺乳動物中進(jìn)化上保守的位點，把這些保守位點作為出發(fā)點，使連鎖信息從人、鼠等物種擴(kuò)展到牛、豬、羊等物種,以促進(jìn)基因組研究。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .

25、Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組研究對人類基因組研究的促進(jìn)作用 另一個應(yīng)用是把比較基因組作圖用于復(fù)雜性狀的分析。許多遺傳性狀是由一個以上的基因控制的，這些基因的識別通常在老鼠中比在人中來得容易。一旦一個候選疾病基因或疾病區(qū)域被在老鼠中確認(rèn)，我們就可以篩選同源基因或同源區(qū)域，看看是否與人類遺傳病相對應(yīng)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.8/20/2022模式生物基因組研究加深了對基因組結(jié)構(gòu)的認(rèn)識