基因組比較基因組學(xué)

基因組比較基因組學(xué)基因組比較基因組學(xué)第1頁(yè)第一節(jié)人類基因組計(jì)劃該計(jì)劃是美國(guó)科學(xué)家1985年率先提出，1990年正式開(kāi)啟。美、英、德、法、日先后參加了此項(xiàng)工作，1999年我國(guó)成為HGP第六個(gè)組員國(guó)。

HGP意在說(shuō)明人類基因組DNA所含有3×109核苷酸序列，發(fā)覺(jué)全部人類基因并說(shuō)明其在染色體上位置，破譯人類全部遺傳信息，使得人類第一次在分子水平上全方面地認(rèn)識(shí)自我。其研究?jī)?nèi)容還包含創(chuàng)建計(jì)算機(jī)分析管理系統(tǒng)，檢驗(yàn)相關(guān)倫理、法律及社會(huì)問(wèn)題。

年完成了人類基因組“工作框架圖”。年公布了人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。

HGP實(shí)施，揭開(kāi)了生命科學(xué)新一頁(yè)，它能夠造福于人類，但也面臨倫理挑戰(zhàn)?；蚪M比較基因組學(xué)第2頁(yè)1985年：5月，R.Sinsheimer在加州大學(xué)SantaCruz分校主持會(huì)議，討論將人類基因組全部測(cè)序可行性；12月，西特斯企業(yè)（CetusCorp.）K.Mullis和他同事們創(chuàng)造了PCR技術(shù)，利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家們能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確復(fù)制成百萬(wàn)DNA片段，從而不再為遺傳物質(zhì)用量而擔(dān)憂.1986年：3月，美國(guó)能源部（DepartmentofEnergy,DOE）在新墨西哥州召開(kāi)會(huì)議，討論人類基因組測(cè)序計(jì)劃；6月，科學(xué)家們齊聚紐約州冷泉港實(shí)驗(yàn)室，以“人類分子生物學(xué)”為題討論人類基因組計(jì)劃可能帶來(lái)利益和前景；同月，加州理工學(xué)院L.Hood和L.Smith共同創(chuàng)造了第一臺(tái)DNA自動(dòng)測(cè)序儀；9月，DOE從1987年財(cái)政預(yù)算中撥款530萬(wàn)美元，資助C.DeLisi開(kāi)始基因組研究.1987年：2月，W.Gibert從美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NationalResearchCouncil,NRC）辭職，組建Genome企業(yè)，同時(shí)宣稱該企業(yè)將參加人類基因組測(cè)序工作，并將為測(cè)序結(jié)果申請(qǐng)專利；4月，一個(gè)教授小組提議DOE在未來(lái)7年內(nèi)撥款10億美元，用以進(jìn)行人類基因圖譜測(cè)定和基因組測(cè)序，DOE主持人類基因組計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施；5月，華盛頓大學(xué)D.Burke,M.Olson和G.Carle創(chuàng)造酵母人工染色體（YAC）克隆技術(shù)，使插入片段長(zhǎng)度擴(kuò)充了10倍；10月，H.Donis-Keller發(fā)表了第一張帶有403個(gè)遺傳標(biāo)記遺傳圖譜，由此在全世界范圍內(nèi)引發(fā)了測(cè)序競(jìng)爭(zhēng)；同月，杜邦企業(yè)將熒光鏈終止雙脫氧技術(shù)引入到DNA快速測(cè)序中；這一年，AppliedBiosystems企業(yè)將第一臺(tái)自動(dòng)測(cè)序儀推上市場(chǎng).1988年：2月，在一份至關(guān)主要匯報(bào)中，NRC同意了人類基因組計(jì)劃，并提出分階段實(shí)施和每年2億美元撥款申請(qǐng)；3月，在許多教授提議下，J.Wyngaarden在弗吉尼亞州Reston召開(kāi)會(huì)議上宣告，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NationalInstitutesofHealth,NIH）應(yīng)代替DOE成為人類基因組計(jì)劃中主要負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu).在這之后，Wyngaarden被任命為NIH主席；6月，第一屆基因組年會(huì)在冷泉港召開(kāi)；9月，NIH宣告成立人類基因組研究辦公室，并任命發(fā)覺(jué)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)J.Watson為主任；10月，NIH與DOE達(dá)成諒解備忘錄，雙方同意在人類基因組計(jì)劃中團(tuán)結(jié)協(xié)作.1989年：1月，洛克菲勒大學(xué)N.Zinder主持了第一次HGP顧問(wèn)委員會(huì)會(huì)議；9月，Olson,Hood,Botstein和Cantor共同描繪了基因圖譜測(cè)定新戰(zhàn)略；同月，DOE與NIH共同組建了一個(gè)委員會(huì)，以處理基因組計(jì)劃可能帶來(lái)倫理、法律和社會(huì)問(wèn)題；10月，NIH人類基因組研究辦公室升級(jí)為人類基因組研究國(guó)家中心（NationalCenterofHumanGenomeResearch,NCHGR），并被授予撥款權(quán).1990年：L.Smith,B.Karger和N.Dovichi分別領(lǐng)導(dǎo)3個(gè)小組各自獨(dú)立地發(fā)展了毛細(xì)管電泳技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)以后被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模測(cè)序中；4月，NIH和DOE一起發(fā)表了一個(gè)五年計(jì)劃，內(nèi)容包含測(cè)定完整遺傳圖譜和物理圖譜（每100kb含一個(gè)標(biāo)識(shí)），并在年之前完成模式生物基因組測(cè)序；8月，NIH決定對(duì)四種模式生物開(kāi)始大規(guī)模測(cè)序嘗試.這四種模式生物是：支原體（Mycoplasmacapricolum）、大腸桿菌（Escheriachiacoli）、線蟲（Caenorhabditiselegans）和釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）；10月，NIH和DOE宣告這一年10月1日為人類基因組計(jì)劃正式開(kāi)啟時(shí)間.同月，生物技術(shù)信息中心（NationalCenterofBiotechnologyInformation,NCBI）D.Lipman與E.Myers發(fā)表了用于進(jìn)行同源序列比較BLAST算法.1991年：6月，NIH生物學(xué)家J.C.Venter發(fā)表了一個(gè)發(fā)現(xiàn)表示基因新戰(zhàn)略，即使用表示序列標(biāo)簽（ExpressedSequenceTag,EST）；一個(gè)月之后，Venter在國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)上披露，NIH堆積了上千份表示基因?qū)＠暾?qǐng)，由此引發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于基因能否取得專利大爭(zhēng)論；10月，日本開(kāi)始對(duì)水稻基因組測(cè)序；12月，用于基因查找第一個(gè)程序GRAIL開(kāi)發(fā)成功.1992年：4月，就基因申請(qǐng)專利問(wèn)題，Watson在與B.Healy爭(zhēng)論之后辭去了NCHGR主任職位，后者隨即被任命為NIH主席；6月，Venter離開(kāi)NIH組建了基因組研究所（TheInstituteofGenomeResearch,TIGR），這是一個(gè)位于馬里蘭州Rockville非盈利機(jī)構(gòu)；7月，英國(guó)慈善機(jī)構(gòu)WellcomeTrust投資9500萬(wàn)美元，加入人類基因組計(jì)劃；9月，加州理工學(xué)院M.Simon和他同事們創(chuàng)造細(xì)菌人工染色體（BAC）克隆新技術(shù)，使大規(guī)?？寺〕蔀榭赡埽珺AC以后成為基因組研究中“硬通貨”；10月，美國(guó)和法國(guó)兩支研究隊(duì)伍分別完成了人類Y染色體和第21條染色體第一張物理圖譜；12月，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間討論，NIH和DOE為勉勵(lì)資源共享放寬了對(duì)數(shù)據(jù)資源限制，要求研究人員必須在6個(gè)月之內(nèi)將新數(shù)據(jù)傳送到公共數(shù)據(jù)庫(kù)中；同月，美國(guó)和法國(guó)上述兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)又分別完成了鼠和人遺傳圖譜.1993年：4月，密歇根大學(xué)F.Collins被任命為NCHGR領(lǐng)導(dǎo)人；10月，NIH和DOE公布了新五年計(jì)劃，按照這個(gè)計(jì)劃，到1998年底，將有80MbDNA被測(cè)序，而人類基因組將在年被全部測(cè)序.與此同時(shí)，位于英國(guó)劍橋Sanger中心在J.Sulston領(lǐng)導(dǎo)下加入人類基因組計(jì)劃，并成為一個(gè)主要測(cè)序中心.1994年：9月，愛(ài)荷華大學(xué)J.Murray與法國(guó)GénéthonCohen及他們同事們完成了人類基因組中第一個(gè)完整遺傳連接圖譜.1995年：5～8月，測(cè)序染色新技術(shù)和熱穩(wěn)定聚合酶開(kāi)發(fā)成功；7月，第一個(gè)基因組——流感嗜血桿菌（Haemophilusinfluenzae）全序列發(fā)表，大小為1.8Mb；9月，日本政府撥款1590萬(wàn)美元，用以資助3個(gè)研究機(jī)構(gòu)從事基因組測(cè)序工作；10月，斯坦福大學(xué)P.Brown和他同事們發(fā)表了第一篇關(guān)于完整cDNA探針芯片論文.1996年：2月，各國(guó)科學(xué)家聚集在百慕大群島召開(kāi)會(huì)議，討論并經(jīng)過(guò)了數(shù)據(jù)資源共享問(wèn)題，要求今后測(cè)序結(jié)果必須在24小時(shí)內(nèi)傳送到公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，這就是著名百慕大標(biāo)準(zhǔn)；4月，NIH資助6個(gè)研究小組嘗試人類基因組大規(guī)模測(cè)序；同月，Affymetrix將DNA芯片商品化；10月，釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）基因組全部測(cè)序完成；11月，RIKENY.Hayashizaki小組完成了第一套小鼠全長(zhǎng)cDNA測(cè)序.1997年：1月，NCHGR升級(jí)為美國(guó)國(guó)家基因組研究所（NationalHumanGenomeResearchInstitute，NHGRI），DOE也成立了對(duì)應(yīng)聯(lián)合基因組研究所（JointGenomeInstitute）；9月，大腸桿菌（Escherichiacoli）基因組全部測(cè)序完成，全長(zhǎng)5Mb；同月，毛細(xì)管測(cè)序儀出現(xiàn).1998年：1月，NIH公布了一項(xiàng)新計(jì)劃，其目標(biāo)是在浩如煙海DNA堿基序列中尋找單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphisms,SNPs）；5月，PEBiosystems企業(yè)開(kāi)發(fā)成功PEPrism3700毛細(xì)管測(cè)序儀；同月，Venter宣告成立一個(gè)新企業(yè)，取名Celera，并宣稱將在3年內(nèi)，投資3億美元，采取“全基因組鳥(niǎo)槍法”（wholegenomeshotgun）完成人類基因組全部測(cè)序,同時(shí)Ventor宣告Celera企業(yè)數(shù)據(jù)將不遵從百慕大標(biāo)準(zhǔn).與此同時(shí)，WellcomeTrust將它對(duì)人類基因組計(jì)劃投資加倍，到達(dá)了3億3千萬(wàn)美元，以此作為對(duì)Celera企業(yè)回應(yīng).從此，人類基因組測(cè)序在“公”（HGP）與“私”（Celera）之間展開(kāi)了激烈競(jìng)爭(zhēng)；10月，NIH和DOE宣告將在年完成人類基因組工作框架圖，并將全部測(cè)序最終期限從年提前到年；12月，線蟲（Caenorhabditiselegans）基因組測(cè)序完成.1999年：3月，作為對(duì)Celera企業(yè)應(yīng)戰(zhàn)，NIH再次宣告將人類基因組工作框架圖完成時(shí)間提前到年春季，大規(guī)模測(cè)序工作主要集中在以下五個(gè)測(cè)序中心：.麻薩諸塞州Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所、位于圣路易斯華盛頓大學(xué)、位于休斯敦Baylor醫(yī)學(xué)院、英國(guó)劍橋Sanger中心和位于加利福尼亞州DOE下屬聯(lián)合基因組研究所；4月，10家企業(yè)與WellcomeTrust簽署協(xié)議，合作開(kāi)展SNP研究，并計(jì)劃將公共數(shù)據(jù)庫(kù)中SNP數(shù)據(jù)每季度更新一次；9月，NIH宣告將在3年內(nèi)投資1億3千萬(wàn)美元，完成小鼠基因組測(cè)序；12月，英國(guó)、日本和美國(guó)科學(xué)家們共同完成了第一條人染色體——第22條染色體全部測(cè)序工作.年：3月，Celera企業(yè)完結(jié)果蠅（Drosophilamelanogaster）基因組（180Mb）全部測(cè)序工作，在當(dāng)初全部已測(cè)序基因組中是最大，同時(shí)這也證實(shí)了“全基因組鳥(niǎo)槍法”可行性；3月，因?yàn)閷?duì)數(shù)據(jù)資源共享政策持不一樣觀點(diǎn)，HGP與Celera企業(yè)合作計(jì)劃破產(chǎn)；5月，德國(guó)和日本科學(xué)家公布了人類第21條染色體測(cè)序結(jié)果；6月26日，這是一個(gè)值得紀(jì)念日子，HGP與Celera企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人在白宮慶祝儀式上共同宣告了人類基因組工作框架圖完成，并約定將雙方研究結(jié)果同時(shí)發(fā)表；12月，第一個(gè)植物基因組——擬南芥（Arabidopsisthaliana）基因組被全部測(cè)序，大小為125Mb.年：2月，HGP將自己測(cè)定人類基因組工作框架圖發(fā)表在《Nature》（,409(6822)）上；Celera企業(yè)則將它們結(jié)果發(fā)表在《Science》（,291(5507)）上.發(fā)表“工作框架圖”已能覆蓋人類基因組97%，其中最少92%序列已組裝得準(zhǔn)確無(wú)誤，并顯示其中只有3萬(wàn)到4萬(wàn)個(gè)編碼蛋白質(zhì)基因，這是人類基因組研究一個(gè)主要里程碑.基因組比較基因組學(xué)第3頁(yè)HGP取得成就完成了人類基因組工作草圖繪制,揭示了人類基因組若干細(xì)節(jié)基礎(chǔ)上測(cè)定了人類基因組上堿基序列一些模式生物(果蠅、擬南介等)和作物（如水稻）基因草圖繪制成功，測(cè)序基礎(chǔ)完成促進(jìn)了生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、糖組學(xué)迅猛發(fā)展人類基因組草圖繪就，中國(guó)科學(xué)家功不可沒(méi)基因組比較基因組學(xué)第4頁(yè)華大基因測(cè)序試驗(yàn)室NationalCenterforHumanGenomeResearch(NCHGR)楊煥明，基因組學(xué)家。中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所研究員。1952年10月生于浙江溫州樂(lè)清市，籍貫浙江樂(lè)清。1978年畢業(yè)于原杭州大學(xué)(現(xiàn)浙江大學(xué))，1982年于原南京鐵道醫(yī)學(xué)院(現(xiàn)東南大學(xué))獲碩士學(xué)位，1988年獲丹麥哥本哈根大學(xué)博士學(xué)位，年12月27日，當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。曾任中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所所長(zhǎng)?；蚪M比較基因組學(xué)第5頁(yè)第一節(jié)人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃主要內(nèi)容包含繪制人類基因組4張圖，即遺傳(連鎖)圖、物理圖、DNA序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。1.遺傳圖(geneticmap)

遺傳圖又稱連鎖圖(linkagemap)是指基因或DNA標(biāo)識(shí)(如多態(tài)性遺傳標(biāo)識(shí))在染色體上以遺傳距離表示相對(duì)位置圖。遺傳距離通常以基因或DNA片段在染色體交換過(guò)程中分離頻率--厘摩(cM)來(lái)表示。

基因組比較基因組學(xué)第6頁(yè)基因組比較基因組學(xué)第7頁(yè)分子生物學(xué)技術(shù)在遺傳標(biāo)識(shí)上應(yīng)用：RFLP：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性。DNA序列上微小改變，甚至1個(gè)核苷酸改變，也能引發(fā)限制性內(nèi)切酶切位點(diǎn)丟失或產(chǎn)生，造成酶切片段長(zhǎng)度改變。多態(tài)性限制性位點(diǎn)DNA(等位基因1)DNA(等位基因2)加入限制性內(nèi)切酶4個(gè)片段3個(gè)片段*基因組比較基因組學(xué)第8頁(yè)小衛(wèi)星標(biāo)識(shí)和微衛(wèi)星標(biāo):

有大量重復(fù)序列存在于人類基因組中，包含重復(fù)單位長(zhǎng)度在15-65個(gè)核苷酸小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNAlabel)，重復(fù)單位長(zhǎng)度在2-6個(gè)核苷酸微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNAlabel)，后者又稱為簡(jiǎn)短串連重復(fù)(shottandemrepeatpolymorphism,STR)?；蚪M比較基因組學(xué)第9頁(yè)SNP：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性。DNA遺傳標(biāo)識(shí)，可能也是最好遺傳標(biāo)識(shí)，是分散于基因組中單個(gè)堿基差異。這種差異包含單個(gè)堿基缺失和插入，但更常見(jiàn)到是單個(gè)核苷酸替換，即單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)?；蚪M比較基因組學(xué)第10頁(yè)基因組比較基因組學(xué)第11頁(yè)基因組比較基因組學(xué)第12頁(yè)2.物理圖(physicalmap)

物理圖指表示DNA序列上DNA標(biāo)識(shí)之間實(shí)際距離圖。通常由DNA限制酶片段或克隆DNA片段有序排列而成。標(biāo)識(shí)之間物理距離以DNA上核苷酸數(shù)目標(biāo)多少(kb，表示千堿基對(duì)，或Mb，1Mb=1000kb)來(lái)表示?；蚪M比較基因組學(xué)第13頁(yè)

遺傳圖所表現(xiàn)，是經(jīng)過(guò)連鎖分析確定各基因間相對(duì)位置；物理圖則表現(xiàn)染色體上每個(gè)DNA片段實(shí)際次序。物理圖是指以已知核苷酸序列DNA片段（序列標(biāo)簽位點(diǎn)，sequence-taggedsite，STS）為“路標(biāo)”，以堿基對(duì)（bp，kb，Mb）作為基礎(chǔ)測(cè)量單位（圖距）基因組圖。PCR

現(xiàn)在測(cè)序技術(shù)還不能對(duì)整個(gè)DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定，所以須先將它切成一個(gè)個(gè)大小不一樣片段，然后將這些片段連起來(lái)，組成連續(xù)序列。切割工具，是一類限制性內(nèi)切核酸酶，它能識(shí)別DNA中特定序列，并在該位點(diǎn)對(duì)DNA鏈進(jìn)行切割。有一類稀有限制性內(nèi)切核酸酶，因?yàn)镈NA中這么序列比較少，所以用它可將DNA分子切割成約100萬(wàn)堿基大小大片斷。這么片段有利于排序，不過(guò)必須用脈沖場(chǎng)凝膠電泳法，才能將它們分開(kāi)。2.物理圖（PhysicalMap）基因組比較基因組學(xué)第14頁(yè)基因組比較基因組學(xué)第15頁(yè)基因組測(cè)序

一次測(cè)序普通只能測(cè)定1000堿基對(duì)，然后用已知序列下游個(gè)別合成引物，進(jìn)行另一次測(cè)序，如此一步步地“步行”，逐步完成較大片段測(cè)序。所以，需先用質(zhì)粒建立許多克隆，組成質(zhì)粒文庫(kù)，再對(duì)這些質(zhì)粒克隆進(jìn)行測(cè)序，然后用電腦搭配成鄰接克隆群。

因?yàn)樽詣?dòng)化和電腦應(yīng)用，現(xiàn)在一天已可進(jìn)行10萬(wàn)個(gè)測(cè)序反應(yīng)。華盛頓大學(xué)、貝勒醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)，均已完成幾百萬(wàn)到幾千萬(wàn)堿基正確測(cè)序，錯(cuò)誤率僅萬(wàn)分之一，測(cè)序速度和準(zhǔn)確性已大大提升。2.物理圖（PhysicalMap）基因組比較基因組學(xué)第16頁(yè)基因組比較基因組學(xué)第17頁(yè)3.轉(zhuǎn)錄圖(expressionprofiling)

在整個(gè)人類基因組中，只有1%～5%DNA序列為編碼序列。在人體某一特定組織細(xì)胞中，普通只有10%基因是表示。假如能把某段DNA序列對(duì)應(yīng)mRNA確定下來(lái)，就抓住了基因主要個(gè)別，即可轉(zhuǎn)錄個(gè)別。所以，一張人類基因組轉(zhuǎn)錄圖，即cDNA圖或表示序列圖，EST)才是人類基因圖雛形。用已在染色體定位YACDNA或BACDNA為探針，與全部可能相關(guān)各組織cDNA文庫(kù)雜交，尋找其同源克隆并做深入分析?；蚪M比較基因組學(xué)第18頁(yè)4.序列圖(humangenomesequence)

序列圖是指整個(gè)人類基因組核苷酸序列圖，也是最詳盡物理圖。測(cè)定總長(zhǎng)度約為1m。由30億個(gè)核苷酸對(duì)組成序列圖就是人類基因組計(jì)劃。所以，這一“代表性人類個(gè)體”基因與序列，在理論上能夠代表全人類基因組信息，在實(shí)際意義上可用于任何個(gè)體基因診療、基因分析。既包含可轉(zhuǎn)錄序列，也包含非轉(zhuǎn)錄序列，是轉(zhuǎn)錄序列、調(diào)整序列和功效未知序列總和?；蚪M比較基因組學(xué)第19頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建

酵母人工染色體(YeastArtificialChromosome,YAC)為創(chuàng)制基因組物理圖譜提供了極大方便。YAC是迄今容量最大克隆載體，插入片段平均長(zhǎng)度為500-1000kb，最大能夠到達(dá)2Mb。

自主復(fù)制序列：ARS序列(autonomousreplicationsequence)著絲粒序列:CEN序列(centromericsequences)端粒序列：TEL序列(telomeresequence)基因組比較基因組學(xué)第20頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建

人工染色體含有三種必需成份：著絲粒(CEN)：位于染色體中央，呈紐扣狀結(jié)構(gòu)，在有絲分裂時(shí)結(jié)合微管并調(diào)控染色體運(yùn)動(dòng)，也是姐妹染色單體配對(duì)時(shí)最終位點(diǎn)，接收細(xì)胞信號(hào)而使姐妹染色體分開(kāi)。

端粒（TEL）：主要功效是預(yù)防染色體融合、降解、確保其完整復(fù)制。端粒酶以其本身RNA為模板，在染色體端部添加上端粒重復(fù)序列，并參加端粒長(zhǎng)度和細(xì)胞增殖調(diào)控?；蚪M比較基因組學(xué)第21頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第22頁(yè)復(fù)制起點(diǎn)：DNA復(fù)制通常由起始蛋白與特定DNA序列相互作用開(kāi)始。DNA合成起始位點(diǎn)和DNA復(fù)制起點(diǎn)(遺傳位點(diǎn))所需Cis靶區(qū)常位于同一段長(zhǎng)約100bpDNA上。第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第23頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第24頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第25頁(yè)YAC主要缺點(diǎn)1．存在高百分比嵌合體，即一個(gè)YAC克隆含有兩個(gè)原來(lái)不相連獨(dú)立片段；2．個(gè)別克隆子不穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)代培養(yǎng)中可能會(huì)發(fā)生缺失或重排；3．難與酵母染色體區(qū)分開(kāi)，因?yàn)閅AC與酵母染色體含有相同結(jié)構(gòu)。4．操作時(shí)輕易發(fā)生染色體機(jī)械切割。第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第26頁(yè)

以細(xì)菌寄主系統(tǒng)(BAC)為基礎(chǔ)克隆載體形成嵌合體頻率較低，轉(zhuǎn)化效率高，又易于分離?？茖W(xué)家用"染色體建造"法用F質(zhì)粒及其調(diào)控基因構(gòu)建細(xì)菌載體，克隆大片段DNA。該質(zhì)粒主要包含oriS，repE（控制F質(zhì)粒復(fù)制）和parA、parB（控制拷貝數(shù)）等成份。第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第27頁(yè)第二節(jié)人工染色體構(gòu)建細(xì)菌人工染色體構(gòu)建riS和repE控制F質(zhì)粒復(fù)制parA和parB控制質(zhì)?？截悢?shù)基因組比較基因組學(xué)第28頁(yè)BAC優(yōu)點(diǎn)

1．易于用電擊法轉(zhuǎn)化E.coli（轉(zhuǎn)化效率比轉(zhuǎn)化酵母高10-100倍）；

2．超螺旋環(huán)狀載體，易于操作；

3．F質(zhì)粒本身所帶基因控制了質(zhì)粒復(fù)制；

4．極少發(fā)生體內(nèi)重排。第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第29頁(yè)

另外，有些人把人類染色體端粒DNA上單個(gè)α-衛(wèi)星DNA單元多聚化形成1Mb左右大片段并與人類基因組DNA混合，產(chǎn)生了能被復(fù)制、能正常分裂并得到長(zhǎng)久穩(wěn)定保留人工合成染色體，長(zhǎng)度約為6-10Mb，稱為MAC（哺乳類人工染色體）。第二節(jié)人工染色體構(gòu)建基因組比較基因組學(xué)第30頁(yè)第三節(jié)全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序基因組比較基因組學(xué)第31頁(yè)第三節(jié)全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序主要步驟：

第一、建立高度隨機(jī)、插入片段大小為2kb左右基因組文庫(kù)。

第二、高效、大規(guī)模末端測(cè)序。對(duì)文庫(kù)中每一個(gè)克隆，進(jìn)行兩端測(cè)序。

第三、序列集合。開(kāi)發(fā)軟件，盡可能排除錯(cuò)誤連鎖匹配。

第四、填補(bǔ)缺口。有兩種待填補(bǔ)缺口，一是沒(méi)有對(duì)應(yīng)模板DNA物理缺口，二是有模板DNA但未測(cè)序序列缺口?；蚪M比較基因組學(xué)第32頁(yè)第三節(jié)全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序鳥(niǎo)槍法測(cè)序缺點(diǎn)

伴隨所測(cè)基因組總量增大，所需測(cè)序片段大量增加，各個(gè)片段重合或一個(gè)連續(xù)體概率是2n2-2n；高等真核生物（如人類）基因組中有大量重復(fù)序列，造成判斷失誤?；蚪M比較基因組學(xué)第33頁(yè)第三節(jié)全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序基因組比較基因組學(xué)第34頁(yè)

鳥(niǎo)槍法測(cè)序不能判別高等真核生物基因組中重復(fù)序列基因組比較基因組學(xué)第35頁(yè)第三節(jié)全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序?qū)B(niǎo)槍法改進(jìn)

(1)Clonecontig法。首先用稀有內(nèi)切酶把待測(cè)基因組降解為數(shù)百kb以上片段，再分別測(cè)序。

(2)靶標(biāo)鳥(niǎo)槍法(diretedshotgun)。首先依據(jù)染色體上已知基因和標(biāo)識(shí)位置來(lái)確定個(gè)別DNA片段相對(duì)位置，再逐步縮小各片段之間缺口?；蚪M比較基因組學(xué)第36頁(yè)改進(jìn)后鳥(niǎo)槍法測(cè)序原理圖基因組比較基因組學(xué)第37頁(yè)基因組序列主要分為3類經(jīng)過(guò)比較確知其生理功效；在數(shù)據(jù)庫(kù)中有匹配蛋白質(zhì)序列，但不知道功效；在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有匹配蛋白質(zhì)序列新基因。第四節(jié)比較基因組學(xué)

比較基因組學(xué)（comparativegenomics）是經(jīng)過(guò)對(duì)一個(gè)生物相關(guān)基因認(rèn)識(shí)來(lái)了解、詮釋甚至克隆分離另一個(gè)生物基因基因組比較基因組學(xué)第38頁(yè)第四節(jié)比較基因組學(xué)1.經(jīng)過(guò)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行全局性分析數(shù)據(jù)存放。堿基百分含量分析。不論是GC富含區(qū)還是AT富含區(qū)，都可能是一些特殊功效區(qū)域。ORF分析。首先要用多個(gè)不一樣軟件來(lái)要找到并估測(cè)基因組中每一個(gè)ORF。

開(kāi)放閱讀框（ORF，Openreadingframe）是基因序列一個(gè)別，包含一段能夠編碼蛋白堿基序列，一個(gè)起始和終止密碼子之間序列?；蚪M比較基因組學(xué)第39頁(yè)個(gè)別經(jīng)典真核和原核生物基因組成成份分析基因組比較基因組學(xué)第40頁(yè)人基因組片段分析基因組比較基因組學(xué)第41頁(yè)人基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中蛋白質(zhì)編碼基因個(gè)別主要參數(shù)比較性質(zhì)平均值外顯子（內(nèi)源性）長(zhǎng)度/bp外顯子（內(nèi)源性）個(gè)數(shù)內(nèi)含子長(zhǎng)度/bp3’非翻譯區(qū)（UTR）5’非翻譯區(qū)（UTR）開(kāi)放閱讀框（ORF）長(zhǎng)度/bp核基因長(zhǎng)度/kb1458.83365770300134027基因組比較基因組學(xué)第42頁(yè)物種完成年份總長(zhǎng)度/Mp已完成總長(zhǎng)百分?jǐn)?shù)/%占常染色質(zhì)百分?jǐn)?shù)/Mb基因數(shù)/Mb酵母19961293100483線蟲19989699100197果蠅1166497117擬南芥11592100221人類第21染色體34751007人類第22染色體199934709716人類全基因組(PublicSequence)2693849012人類全基因組(CeleraSequence)26548399-9315基礎(chǔ)完成DNA序列分析真核生物基因組比較基因組比較基因組學(xué)第43頁(yè)不一樣物種中單拷貝基因數(shù)量及占基因總數(shù)比較物種單拷貝基因個(gè)數(shù)單拷貝基因占基因總量%流感嗜血桿菌酵母果蠅線蟲擬南芥1587510510736141771160188.871.472.555.235.0基因組比較基因組學(xué)第44頁(yè)第四節(jié)比較基因組學(xué)2.經(jīng)過(guò)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行