分子生物學本基因組及基因組學概論

分子生物學本基因組及基因組學概論第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

3基因組（Genome）一、基因組與基因組學概論二、病毒基因組特點三、原核生物基因組特點四、真核生物基因組特點五、人類基因組特點第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、基因組與基因組學概論

1.基因組的概念一種生物或一種遺傳系統(tǒng)的所有基因（遺傳物質(zhì)）的組合染色體組（chromosomeset）基因組（genome）第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點（1）種類類核基因組（nucleoidgenome）

即原核基因組（prokaryoticgenome）核基因組（nucleargenome）

即真核基因組（eukaryoticgenome）細胞器基因組（organellegenome）

線粒體基因組（mitochondrialgenome）葉綠體基因組（chloroplastgenome）第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點其他

病毒基因組（virusgenome）質(zhì)粒DNA（plasmidDNA），又稱染色體外DNA（extrachromosomalDNA）第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點（2）大小基因組大小（genomesize）一般以單倍體基因組的核酸量來衡量，單位有pg（10-12g）、Dalton（道爾頓）、bp或kb、Mb等1pg=6.02x1011Daltons=9.8x108bp第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日生物的復雜程度與基因組大小的關系第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日生物的基因組大小及其變化原核生物的genomesize一般都比較小，且變化范圍也不大（最大/最小約為20）。細菌基因組一般可含500~8000個基因。由于原核生物基因組中的非基因DNA（non-genicDNA）的含量較少，因此它們的基因組大小與其所含的基因數(shù)目是相對應的真核生物的genomesize一般要比原核生物的大很多，且變化范圍也很大（最大/最小可達8萬）第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日真核生物C值佯謬（C值反常現(xiàn)象）（C-valueparadox）C值：基因組的大小通常以一個基因組中的DNA含量來表示，稱為生物體的C值。C值矛盾：C值和它進化復雜性之間并沒有嚴格的對應關系第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日

第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點（3）類核基因組和核基因組的結構特點類核基因組

環(huán)狀，較小；通常由單拷貝或低拷貝（low-copy）的DNA序列組成；基因排列緊密，較少非編碼序列核基因組

多線狀；大小一般要比類核基因組大好幾個數(shù)量級，且變化范圍很大；有大量的非編碼序列（重復序列、內(nèi)含子等）第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點（4）細胞器基因組線粒體基因組在不同類型的生物（多細胞動物、高等植物、原生動物、藻類、真菌）中變化很大多細胞動物：細小、致密，沒有或很少非編碼序列高等植物：復雜、不均一，比動物的大得多原生動物、藻類、真菌：或偏向于動物型，或偏向于植物型，但又有其各自的獨特之處第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.基因組的種類與結構特點（5）細胞器基因組葉綠體基因組比較均一，85~292kb（大部分都在120~160kb之內(nèi)）；特例：傘藻屬（Acetabularia），2000kb第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日Acetabularia第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日IR:

InvertedRepeatSSC:SmallSingleCopyregionLSC:LargeSingleCopyregion第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（Genomics）把基因組作為研究對象的學科（1）結構基因組學（structuralgenomics）（2）功能基因組學（functionalgenomics）（3）進化基因組學（evolutiongenomics）基因組學的三個有代表性“時代”第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（1）結構基因組學（structuralgenomics）以全基因組測序為目標的基因結構研究，弄清基因組中全部基因組中全部基因的位置和結構，為基因功能的研究奠定基礎。其目的是建立高分辨率的遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜（表達圖譜）和序列圖譜（分子水平的物理圖譜）第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日基因組全序列的測定

1995

流感嗜血菌（Haemophilus

influenzae）1,830kb

枝原體Mycoplasma

genitalium

580,070bp，預計有500個基因

1996

古細菌Methanococcus

jannaschii1,660kb

釀酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）12,068kb，近6,000個潛在的蛋白質(zhì)編碼基因，近150個rRNA基因，近300個tRNA基因，還有幾十個核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子RNA（snoRNA）基因

1997

大腸桿菌（Escherichia

coli）4,639kb

（目前已測定一百多種微生物的全序列）

多細胞生物

1998秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis

elegans）97,000kb2000黑腹果蠅（Drosophila

melanogaster）180,000kb2000擬南芥（Arabidopsis

thaliana）120,000kb2000（6月）人類（Homosapiens）3,120,000kb第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（1）結構基因組學（structuralgenomics）常用的研究方法全基因組隨機測序（全基因組鳥槍戰(zhàn)略）：先打斷DNA測序，然后作圖（1）用機械方法打斷DNA，建立插入片段約2Kb的高度隨機基因組文庫（2）高效、大規(guī)模的兩末端測序（3）用有關軟件對測序克隆片段進行序列集合（4）用適當?shù)姆椒ㄌ钛a缺口第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（2）功能基因組學（functionalgenomics）概念：利用結構基因組學提供的信息，以高通量、大規(guī)模實驗方法及統(tǒng)計與計算機分析為特征，全面系統(tǒng)地分析全部基因的功能。研究的角度包括：生物學功能、細胞學功能、發(fā)育學功能等第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（2）功能基因組學（functionalgenomics）對基因組中基因本身的認識（基因的概念）編碼蛋白質(zhì)的基因編碼功能RNA的基因

非編碼的DNA也可以是基因？第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（2）功能基因組學（functionalgenomics）研究技術和方法轉(zhuǎn)基因技術反義核酸技術SNP技術P159基因敲除技術和基因敲入技術P159-161基因表達系列分析技術(SAGE)P171RNA選擇性剪接機制P173原位雜交技術P175定點突變技術P175RNA干擾技術P178-179cDNA微陣列技術（基因芯片技術）P180生物信息學技術第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（3）進化基因組學（evolutiongenomics）在整體水平上研究基因和基因組的結構、功能的起源與進化比較基因組學（comparativegenomics）

——進化基因組學的初始階段第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.基因組學（3）進化基因組學（evolutionarygenomics）通過比較，發(fā)現(xiàn)基因組中蛋白質(zhì)和功能RNA基因的密度與生物的復雜程度有一定的負相關基因和基因組如何通過并非很多的基本結構單位（構件）的重組而進化成新的基因和基因組（構件在進化中被反復使用）最原始的基因和基因組的起源，其后的進化模式與過程第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日不同生物基因組中基因的平均密度生物基因組中基因的平均密度

細菌1個基因/1kb酵母1個基因/2kb線蟲1個基因/5kb擬南芥1個基因/5kb果蠅1個基因/13kb人類1個基因/40kb

密度的變化與基因組進化中調(diào)控元件和“非基因DNA”

的擴增有關第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日藥物基因組學藥物的療效和毒副作用的個體差異大多源于基因差異（基因多態(tài)性）藥物基因組學是主要以闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括療效和毒副作用之間的關系的一門科學，是新興的研究領域。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日應用開辟全新的藥物開發(fā)領域合理用藥與個性化治療基因檢測用于藥物的臨床和臨床前研究第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.蛋白質(zhì)組學（proteomics）

P196（1）蛋白質(zhì)組（proteome）“一個基因組所表達的蛋白質(zhì)”“一種（或一個）細胞內(nèi)存在的全部蛋白質(zhì)（包括修飾后的各種蛋白質(zhì)）”“一個生物在其生活期間所產(chǎn)生的全部蛋白質(zhì)的結構與活性”

（2）蛋白質(zhì)組學研究蛋白質(zhì)組的科學目前的研究主要是分析蛋白質(zhì)組中蛋白質(zhì)的組成、結構及功能第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日（3）蛋白質(zhì)組學的研究技術二維凝膠電泳（雙向電泳技術）——蛋白質(zhì)的分離技術等電聚焦及SDS質(zhì)譜——蛋白質(zhì)的分析技術蛋白質(zhì)免疫印跡實驗（Westernblotting）——蛋白質(zhì)檢測技術凝膠阻滯實驗（EMSA）——研究蛋白質(zhì)與DNA相互關系