比較基因組與分子進化

1、比較基因組與分子進化第1頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四1分子進化 除RNA病毒外,幾乎所有生命的藍圖都用DNA書寫，進化的第一原因是基因突變。 分子進化：原始生命產(chǎn)生之后，生物大分子結(jié)構(gòu)變化以及這些變化和生物進化的關(guān)系。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四2Human fish-globin氨基酸差異數(shù) / 氨基酸總座位數(shù) / 兩物種分歧時間/2一、分子進化速率 指蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子在進化過程中核苷酸或氨基酸殘基發(fā)生替換的頻率。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四3 分子進化的速率約為10-9 ，每年每個氨基酸座位

2、的110-9進化速率為分子進化速率的單位，即110-9為1鮑林。蛋白質(zhì) Kaa/10-9 細胞色素C 0.3血紅蛋白 1.2血纖蛋白肽 8.3溶菌酶 2.0 第4頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四41.分子進化速率具有恒定性 對于各種生物物種的每一個蛋白質(zhì)，用每一個位點每年發(fā)生的氨基酸替換的次數(shù)為標準衡量分子進化的速率是大致恒定的，只要該分子的功能和三維結(jié)構(gòu)保持不變；二、分子進化的特點 第5頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四52.分子進化的保守性不同 對生物生存制約性大的生物大分子進化速度慢。生物大分子內(nèi)部功能區(qū)結(jié)構(gòu)變化的速度較慢, 而且功能越重要的

3、區(qū)域變化速度越慢。人類不同的Ig家族的V.D.J.C基因數(shù)家族VJCL6L300 51H30049VJC第6頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四6 1. 大多數(shù)無害突變基因在選擇上是中性的, 并不 影響個體的適合度。 三、分子進化的中性理論第7頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四7 2. 中性基因在群體中的固定主要是由隨機 遺傳漂變引起的。 遺傳漂變 （genetic drift）：由于某種隨機因素，某一等位基因的頻率在群體中出現(xiàn)世代傳遞的波動現(xiàn)象稱為遺傳漂變。 第8頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四83. 新基因主要是通過基因重復(fù)

4、后再突變 而產(chǎn)生的 第9頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四9四、PCR技術(shù)在古分子系統(tǒng)學(xué)中的應(yīng)用 從17-20Ma前的葉化石中分離出了葉綠體Rubisco基因大亞基的片段。 從25Ma-1.35億年前的琥珀中的蜂、白蟻、象鼻蟲的遺體中分離出基因片段。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四10Homo sapiensCanis lupus familiaris Molecular Clock EstimatesHuman-dog split 83 MYA 五、分子鐘第11頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四11確定生物大分子和物種

5、由古生物學(xué)確定各物種分岐時間比較各物種之間該種生物大分子間的差異六、系統(tǒng)發(fā)生樹第12頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四12比較基因組學(xué) 比較不同物種的整個基因組，可以深入理解每個基因組的功能和進化關(guān)系。 基因組是一切生命的真諦。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四131985發(fā)起1988. 美國能源部與國家醫(yī)學(xué)研究院30億美元1990. 正式啟動.1998. Celera 公司宣布一項提前完成基因組測序的3年計劃2001年2月同時在 Nature 和 Science 發(fā)表一、人類基因組計劃(Human genome project,HGP)第14

6、頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四14繪制24條染色體的物理圖譜鑒定每一條染色體的基因并作圖完成30億堿基對的序列測定分析人類的遺傳變異對模式生物基因組繪圖及測序開發(fā)與之相關(guān)的實驗技術(shù)及計算機程序解析基因組的信息 探討與這些研究相關(guān)的倫理、法律、社會問題第15頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四155個人的DNA2 男, 3 女2 個白種人, 1個亞洲人, 1個非洲人, 1個西班牙人。人類基因組測序DNA樣本：第16頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四161、大腸桿菌 (Escherichia coli)2、酵母 (Saccharo

7、myces cerevisiae)3、擬南芥(Arabidopsis thaliana)4、線蟲 (Caenorhabditis elegans)5、果蠅 (Drosophila melanogaster)6、小鼠 (Mus musculus)二、模式生物與比較基因組研究第17頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四17（Escherichia coli） 原核生物 C 值：4,639,221 bp 基因數(shù)：42881、大腸桿菌第18頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四18a.70個與人類同源的酵母基因參與修復(fù)基因突變b.許多與腫瘤相關(guān)基因由研究酵母而發(fā)現(xiàn)c

8、.酵母基因組的優(yōu)點: 基因數(shù)目少 (6000) 內(nèi)含子少 31% 的酵母基因表達產(chǎn)物與人類同源2、酵母（Saccharomyces cerevisiae)第19頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四19a.有959個細胞b.有131細胞凋亡c.細胞凋亡與人類幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān) Alzheimers 阿爾海默癥Huntington 亨廷頓舞蹈癥Parkinsons 帕金森震顫癥3、線蟲（Caenorhabditis elegans）第20頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四20a.許多已知影響功能的基因突變來自果蠅的研究b.60% 的基因與人類同源c.28

9、9 種人類疾病基因突變中有61%在果蠅中發(fā)現(xiàn)d.有68% 的腫瘤相關(guān)基因在果蠅中存在4、果蠅（Drophosila melanogaster）第21頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四21a. “微型人”b. 生理系統(tǒng)與人非常相似c. 90%的基因與人類同源5、小鼠(Mus musculus)第22頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四22 基因共線性第23頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四23 6.擬南芥（Arabidopsis thaliana) 雙子葉植物 C 值：125Mb bp第24頁，共28頁，2022年，5月20日，7點

10、19分，星期四24擬南芥線蟲果蠅酵母人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域 MATH 11 5 88 1 61PAS 18 9 6 1 13PH 193 72 65 24 23SAM 29 15 8 3 6STAS 5 1 6 2 13Sec7 13 5 5 5 9第25頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四25人類基因組大小為30億堿基對，哺乳動物基因組大小與人相近。人類有超過98%的基因與靈長類同源, 兩者的基因之間約 有95-98% 相似。果蠅甚至有 60% 的基因與人類同源。人類與小鼠基因組序列有40%的一致，有24%的人類基因組序列在小鼠中沒有第26頁，共28頁，2022年，5月20日，7點19分，星期四261.能深入理解脊椎動物的進化；2.明確不同的物種在基因組水平的異同；3.可以從研究其它生物的同源基因揭示人類基因的功能；4.有助于鑒別