基因組學(xué)課件

第1章基因組.1.1遺傳的分子基礎(chǔ)1.2基因組序列的復(fù)雜性1.3基因與基因家族1.4

基因組.1.1遺傳的分子基礎(chǔ)1.2基因組序列的復(fù)雜性1.2.1C值和C值悖理或C值矛盾（C-valueparadox)C值

一個(gè)單倍體基因組中DNA的總量,可以用bp或者pg表示，1pg=978MbC值悖理

生物基因組的大小與生物進(jìn)化程度沒(méi)有直接相關(guān)性的現(xiàn)象.4低等生物基因組大小與生物復(fù)雜性呈正相關(guān)，而高等生物中這種關(guān)系并不一致，why?

值矛盾C.1.2.2序列復(fù)雜性（complexity)順序復(fù)雜性：基因組中不同序列的DNA總長(zhǎng)，用bp表示復(fù)雜性代表一個(gè)物種的基本特征，可以通過(guò)DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)描述?；蚪M的復(fù)雜性通過(guò)計(jì)算變性基因組到復(fù)性所需要的時(shí)間來(lái)估計(jì)通常以C0t1/2表示特定DNA的序列復(fù)雜性。C0t1/2代表單鏈DNA起始濃度X半數(shù)DNA復(fù)性所需時(shí)間tC0t1/2值越大，表示復(fù)性速率越慢，基因組的復(fù)雜程度越高.61.2.3基因組的序列組成不重復(fù)序列/單拷貝序列（singlecopysequence)（基因組中的緩慢復(fù)性組分）一般只有1個(gè)或幾個(gè)拷貝不同生物基因組中單拷貝序列所占的比例是不同的大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的基因都屬于單拷貝基因隨著基因組大小的增加，單拷貝序列的長(zhǎng)度也增加兩棲類和植物基因組C值的增加并非是單拷貝序列的增加，而是重復(fù)序列DNA比例的增加.7中度重復(fù)序列（moderatelyrepetitivesequence)（基因組中的居間復(fù)性組分）

10－105/genome，100-幾千bp/copy

占總DNA的10%－40%，大多不編碼蛋白質(zhì)

哺乳類基因組包含兩大類中度重復(fù)序列“1）短散在元件2）長(zhǎng)散在元件.81）短散在元件（shortinterspersednuclearelements,SINEs)平均長(zhǎng)度約為300bp，拷貝數(shù)可達(dá)10萬(wàn)左右；與平均長(zhǎng)度約為1000bp的單拷貝順序間隔排列；

Alu家族、Hinf家族.2)長(zhǎng)散在元件（longinterspersednuclearelements,LINEs)長(zhǎng)度約為3500-5000bp，拷貝數(shù)約為1萬(wàn)；含有長(zhǎng)度不等的間隔序列；人基因組中所有LINES之間的平均距離為2.2kb,拷貝數(shù)約10000，如KpnⅠ家族等。.高度重復(fù)序列（highlyrepetitiveDNA)(基因組中的快速?gòu)?fù)性組分)

重復(fù)序列在染色體上有兩種組織形式：散布重復(fù)（interspersedrepeat)和串聯(lián)重復(fù)（tandemrepeat)

高度重復(fù)序列都是串聯(lián)重復(fù)DNA，都是由極其相似的重復(fù)拷貝首尾相接串聯(lián)排列而成.11

高度重復(fù)序列的分類

可分為：1)衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)2)小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)3)微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA).

1)衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)DNA在CsCl密度梯度離心時(shí)，由于重復(fù)序列GC和AT的比率差異，在DNA主峰旁形成衛(wèi)星DNA峰衛(wèi)星DNA重復(fù)單位大小為6-100bp,可重復(fù)高達(dá)106主要位于染色體的著絲粒，不轉(zhuǎn)錄，人類基因組衛(wèi)星DNA.132）小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)重復(fù)單位不超過(guò)25bp，可形成長(zhǎng)達(dá)20kb的聚集區(qū)通常位于染色體端?；蚩拷旧w末端的區(qū)域人類端粒含有5'TTAGGG3'端粒DNA在DNA復(fù)制中具有重要功能.143）微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)又叫SSR(simplesequencerepeat)/STR(shorttandemrepeat)簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的小序列重復(fù)單位2-6bp,可重復(fù)3-100次，

常見(jiàn)(AC)n,(TG)n遺傳上可用作分子標(biāo)記.15不同生物基因組的序列組成.161.3基因與基因家族1.3.1基因編碼RNA的基因和編碼蛋白質(zhì)的基因

大多數(shù)編碼RNA的基因是多拷貝的why?

編碼蛋白質(zhì)的基因一般是單拷貝的編碼RNA的基因有6種，包括rRNA基因，rRNA基因，scRNA基因，snRNA基因，snoRNA基因以及miRNA基因.2024/2/8rRNA基因（rDNA)一般成簇排列在端粒區(qū)或者著絲粒區(qū)附近真核生物的rDNA形成18S-5.8S-28S的基因簇，5SrDNA是分開活躍轉(zhuǎn)錄的rRNA基因簇.2024/2/8tRNA基因的基因拷貝數(shù)與與tRNA的豐度呈正相關(guān)tRNA基因拷貝數(shù)與氨基酸出現(xiàn)頻率呈線性相關(guān).miRNA基因大多也為多拷貝的.1.3.2編碼蛋白質(zhì)的基因N值悖理生物種屬所具有的基因數(shù)目與其生物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不成比例的現(xiàn)象被稱為N值悖理(N-valueparadox)20000-25000450001950013600why?.2024/2/8真核基因是斷裂基因（splitgene)高等生物內(nèi)含子較多，多數(shù)內(nèi)含子比外顯子長(zhǎng),低等生物內(nèi)含子較少且內(nèi)含子一般較短不同種屬的同一基因外顯子比較保守，內(nèi)含子變異較大；外顯子的長(zhǎng)度一般小于300bp，內(nèi)含子長(zhǎng)度較大斷裂基因使交替剪接（alternativesplicing)成為可能.2024/2/81.3.3異常結(jié)構(gòu)基因1）重疊基因(overlappinggene)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列

在結(jié)構(gòu)緊湊的病毒基因組，某些高等生物線粒體基因組和核基因組中發(fā)現(xiàn).φX174基因組中的重疊基因.人類核基因組重疊基因人類INK4a/ARF基因座含兩個(gè)重疊基因:p14/ARF和p16/INK4a.這兩個(gè)基因分別由兩個(gè)獨(dú)立的啟動(dòng)子調(diào)控,共享外顯子2和3,p14/ARF含外顯子1β,p16/INK4a含外顯子α..2024/2/82）基因內(nèi)基因（genes-within-genes)

一個(gè)基因的內(nèi)含子包含其他基因,在核基因組中很普遍.人類NF1基因內(nèi)含子中的3個(gè)獨(dú)立表達(dá)的基因

人類神經(jīng)成纖維細(xì)胞瘤1(neurofubromatosis1)基因編碼GTPase的激酶,是致癌基因RAS的負(fù)調(diào)控因子,長(zhǎng)350kb，60個(gè)內(nèi)含子,蛋白質(zhì)產(chǎn)物2839aa.27號(hào)內(nèi)含子編碼3個(gè)獨(dú)立表達(dá)的基因..2024/2/83)反義基因（antisensegene)與已知基因編碼序列互補(bǔ)的負(fù)鏈編碼的基因

人類基因組大約有1600個(gè)反義基因...玉米自交不親合(S)反義基因.2024/2/81.3.4假基因（pseudogene)假基因指來(lái)源于功能基因但已失去活性的DNA序列分為三類：

1）重復(fù)的假基因(duplicatedpseudogene)

由基因復(fù)制產(chǎn)生，但基因突變使失去功能

2）加工的假基因(processedpseudogene)

由RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA后再整合到基因組中3）殘缺基因（truncatedgene)

缺失了基因片段，常位于基因家族內(nèi)部，由不等交換及重排產(chǎn)生.2024/2/8.2024/2/8假基因是否有功能？

有些假基因是可以轉(zhuǎn)錄的,特別是起源于重復(fù)基因的假基因和獲得啟動(dòng)子的加工的假基因。轉(zhuǎn)錄的假基因產(chǎn)生殘缺的蛋白，失去了原有的功能，但可能產(chǎn)生新的功能，例如：

A.產(chǎn)生反義RNA,抑制靶基因功能B.在RNA水平與正?；虻膍RNA競(jìng)爭(zhēng),起調(diào)控作用,如軟體動(dòng)物L(fēng)ymnaeastagnalis的神經(jīng)細(xì)胞NOS合成酶假基因產(chǎn)物抑制NOS酶的合成。

C.在DNA水平與正常基因競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)錄因子,起抑制作用,如老鼠的Makorin1基因的轉(zhuǎn)錄..2024/2/81.3.5基因家族(genefamily)

真核生物基因組中有許多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這樣的一組基因稱為基因家族。例如：組蛋白基因家族、珠蛋白基因家族、免疫

球蛋白基因家族等基因家族是由基因的復(fù)制然后趨異產(chǎn)生的，是增加基因組復(fù)雜性的途徑之一比較基因家族各個(gè)成員間的序列差異，可追蹤基因的演變軌跡.2024/2/81.4基因組真核生物基因組特征

1)結(jié)構(gòu)松弛，含