第七章-基因與基因組學(xué)

第七章基因與基因組學(xué)ScienceTime上帝基因

(1)基因以一個(gè)整體進(jìn)行突變，它是一個(gè)突變單位；(2)基因在染色體上占有一定位置(位點(diǎn))，在重組時(shí)不能再分隔，是交換的最小單位；(3)基因是一個(gè)功能單位；(4)

基因具有染色體的主要特性，能自我復(fù)制，有相對(duì)的穩(wěn)定性，在有絲分裂和減數(shù)分裂中有規(guī)律地進(jìn)行傳遞。第一節(jié)基因一、基因概念的發(fā)展（一）經(jīng)典遺傳學(xué)中基因的概念基因是一個(gè)集突變、重組和功能（三位一體）于一體的概念。(1)突變子(muton)它是性狀突變時(shí)產(chǎn)生突變的最小單位。一個(gè)突變子可以小到只是一個(gè)核苷酸；(2)重組子(recon)在發(fā)生性狀的重組時(shí)，可交換的最小的單位稱(chēng)為重組子，可小到只包含一對(duì)核苷酸基因?qū)嵨锘ㄟz傳密碼），基因并不是不可分割的最小遺傳單位。表示一個(gè)起作用的單位，一個(gè)順?lè)醋铀ǖ囊欢蜠NA與一個(gè)多肽鏈的合成相對(duì)應(yīng)。(3)順?lè)醋?cistron)（二）分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念

(2)調(diào)控基因

(regulatorgene)，其產(chǎn)物參與調(diào)控其它結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因；

(1)結(jié)構(gòu)基因

(structuralgene)，可編碼多肽或蛋白質(zhì)的一段DNA序列；

（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展

(3)重疊基因(overlappinggene)，指同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架(openreadingframe，ORF)的不同或終止早晚的不同，同時(shí)編碼兩個(gè)或兩個(gè)以上多肽鏈的現(xiàn)象;（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展

(4)隔裂基因(splitgene)，指一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一個(gè)或更多的不翻譯的編碼順序，如內(nèi)含子(intron)所隔裂的現(xiàn)象；（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展

(5)跳躍基因(jumpinggene)，可作為插入因子和轉(zhuǎn)座因子移動(dòng)的DNA序列，有人將它作為轉(zhuǎn)座因子的同義詞；（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展

(6)假基因

(pseudogene)，同已知的基因相似，但位于不同位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒(méi)有功能的基因；（7）RNA基因，微小RNA基因、t-RNA基因、rRNA基因。（三）基因內(nèi)涵的發(fā)展如何正確理解基因的概念？二、基因功能的研究方法（一）生物學(xué)研究方法（二）反向遺傳學(xué)方法（三）生物信息學(xué)方法

(1)單基因研究方法①基因轉(zhuǎn)導(dǎo)

②反義RNA③RNA干涉④核酶技術(shù)（一）生物學(xué)研究方法⑧超表達(dá)與抑制表達(dá)；⑤免疫共沉淀⑥轉(zhuǎn)基因與基因敲除⑦異位表達(dá)

②共轉(zhuǎn)染

③人工染色體轉(zhuǎn)導(dǎo)④GeneCalling⑤蛋白質(zhì)芯片⑥基因表達(dá)系列分析（SAGE）⑦表達(dá)序列標(biāo)簽串聯(lián)排列連接（TALEST）(2)多基因研究方法①基因芯片（三）第三代基因工程技術(shù)——途徑工程

（一）第一代基因工程技術(shù)——基因重組在體外將核酸分子插入病毒、質(zhì)?；蚱渌d體分子，構(gòu)成DNA的新組合，并使之進(jìn)入原先沒(méi)有這類(lèi)分子的寄主細(xì)胞，并能持續(xù)穩(wěn)定地繁殖。三、基因工程技術(shù)（二）第二代基因工程技術(shù)——蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是從DNA水平改變基因入手，定做新的蛋白質(zhì)的技術(shù)，是將核酸研究與蛋白質(zhì)研究結(jié)合起來(lái)的新技術(shù)，亦稱(chēng)第二代基因工程。1998年，中國(guó)在北京和上海設(shè)立國(guó)家基因組中心。第二節(jié)動(dòng)物基因組學(xué)一、人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）1986年，杜爾貝科在《Science》短文《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)－－人類(lèi)基因組測(cè)序》。1990年，人類(lèi)基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)，沃森擔(dān)任“國(guó)家人類(lèi)基因組計(jì)劃研究中心”主任。30億，15年，30億對(duì)堿基，4（6）張圖譜（遺傳圖、物理圖、序列圖、轉(zhuǎn)錄圖、單倍型圖、甲基化圖），99.99％2001年8月26日，人類(lèi)基因組“中國(guó)卷”的繪制工作宣告完成。六國(guó)聯(lián)合體：2001年2月15日《Nature》Celera公司：2001年2月16日《Science》1998年CraigVenter成立Celera遺傳公司，目標(biāo)是投入3億美元，到2001年繪制出完整的人體基因圖譜，與國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃展開(kāi)基因爭(zhēng)奪戰(zhàn)。1999年，中國(guó)獲準(zhǔn)加入人類(lèi)基因組計(jì)劃，承擔(dān)1%的測(cè)序任務(wù)，成為參與這一計(jì)劃惟一發(fā)展中國(guó)家。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英6國(guó)科學(xué)家宣布首次繪成人類(lèi)基因組“工作框架圖”。2002年，歐洲6個(gè)國(guó)家25個(gè)“重量級(jí)”研究所啟動(dòng)“表觀基因組學(xué)”研究。2003年10月正式宣布開(kāi)始“人類(lèi)表觀基因組計(jì)劃”。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6國(guó)科學(xué)家宣布人類(lèi)基因組序列圖繪制成功，人類(lèi)基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)（弗朗西斯·柯林斯）。溫家寶等六國(guó)首腦聯(lián)名祝賀（標(biāo)志著后基因組時(shí)代來(lái)臨）。2004年10月，人類(lèi)基因組完成圖公布。2005年3月，人類(lèi)X染色體測(cè)序工作基本完成，并公布了該染色體基因草圖。2002年，國(guó)際單倍型圖譜計(jì)劃：1億美元，3年時(shí)間，6國(guó)，270人（非、歐、亞）。人類(lèi)基因組特點(diǎn)30億堿基：外顯子1.1％，內(nèi)含子24％，間隔序列75％基因：3萬(wàn)到3.5萬(wàn)。個(gè)人差異：0.1％小鼠和人基因組之共同點(diǎn)：共享99％基因，僅幾百個(gè)基因不同。61%與果蠅同源43%與線蟲(chóng)同源46%與酵母同源HGP的意義中國(guó)作為唯一的發(fā)展中國(guó)家參與了人類(lèi)基因組計(jì)劃并保質(zhì)保量按時(shí)向國(guó)際人類(lèi)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)提交了全部數(shù)據(jù)，受到了國(guó)際同行的一致肯定和尊重．建立大規(guī)模測(cè)序這項(xiàng)技術(shù)對(duì)我國(guó)以后開(kāi)展其他生物基因組測(cè)序具有重要意義，中國(guó)基因組研究中心的測(cè)序能力已躍居世界6大測(cè)序大國(guó)的16個(gè)測(cè)序中心的第7位。人類(lèi)基因組計(jì)劃是人類(lèi)文明史上最偉大的科學(xué)創(chuàng)舉帶動(dòng)和促進(jìn)了生物產(chǎn)業(yè)和生命科學(xué)的發(fā)展對(duì)未來(lái)生命科學(xué)研究的思想和方法論帶來(lái)了革命性的改變對(duì)倫理、道德的影響（尋根問(wèn)祖公司、哈佛大學(xué)華人事件）以人類(lèi)基因組和擬南芥基因組為例說(shuō)明你對(duì)生物基因組全序測(cè)定工作的科學(xué)意義與社會(huì)意義的認(rèn)識(shí)（8分）中國(guó)科學(xué)院2002年

碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題二、動(dòng)物基因組計(jì)劃

2005年“中-丹家豬基因組計(jì)劃”

1999年線蟲(chóng)基因組測(cè)序

2002年小鼠基因組測(cè)序

2005年家蠶基因組測(cè)序

2004年斑馬魚(yú)基因組測(cè)序

2005年綿羊基因組測(cè)序

2000年果蠅基因組測(cè)序三、基因組測(cè)序介紹確定一條染色體片斷上的堿基順序。Sanger法：在PCR時(shí)加入熒光標(biāo)記的復(fù)制終止劑，比如ddA,ddT,ddC,ddG（相應(yīng)于4種堿基）ddX的兩個(gè)作用：可以當(dāng)作正常堿基參與復(fù)制一旦鏈入DNA中，其后就不能再繼續(xù)連接電泳誰(shuí)終止，堿基就是誰(shuí)此方法獲1974年的Nobel獎(jiǎng)

Sanger雙脫氧終止法測(cè)序原理第一步加入復(fù)制終止劑第二步熒光檢測(cè)基因組測(cè)序策略：隨機(jī)測(cè)序法（Randomapproaches）：Shotgun測(cè)序（鳥(niǎo)槍法）DNA的提取和純化用超聲波或酶切成能夠測(cè)序的小片斷轉(zhuǎn)化培養(yǎng)：小片斷和載體結(jié)合，植入細(xì)菌進(jìn)行擴(kuò)增。提質(zhì)粒：從細(xì)菌中提取出繁殖好的質(zhì)粒電泳檢測(cè)：檢測(cè)質(zhì)量的好壞測(cè)序：上測(cè)序儀測(cè)序序列拼接（STS）補(bǔ)洞定向測(cè)序（Derectedororderedapproaches）克隆排序（GenerateorderedclonesMinimalredundancesequencing)引物步移（Primerwalking）轉(zhuǎn)座子插入（Transposoninsertion）限制性酶切片段亞克?。≧estrictionfragmentsubcloning）隨機(jī)測(cè)序與定向補(bǔ)洞四、動(dòng)物基因組學(xué)的相關(guān)概念基因組（genome）：從genes和chromosomes合成而來(lái)，用于描述生物的全部基因和染色體組成的概念?；蚪M學(xué)（genomics）：指對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖(包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一門(mén)科學(xué)。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）：基因組學(xué)的一個(gè)重要組成部分和研究領(lǐng)域，它是一門(mén)通過(guò)基因作圖、核苷酸序列分析確定基因組成、基因定位的科學(xué)。功能基因組學(xué)（functionalgenomics）：后基因組學(xué)(postgenomics)，它利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，通過(guò)在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。比較基因組學(xué)(Comparativegenomics)：是基于基因組圖譜和測(cè)序基礎(chǔ)上，對(duì)已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來(lái)了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。連續(xù)交疊群（Contig）：基因組測(cè)序過(guò)程中將許多短的序列片段鏈接成很長(zhǎng)的連續(xù)片段?；虮倔w論（geneontology）：關(guān)于基因和蛋白質(zhì)知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)詞匯，是今后實(shí)現(xiàn)各種與基因相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開(kāi)展數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。基因識(shí)別（geneidentification）：利用各種方法識(shí)別基因組中的基因序列。表達(dá)譜（expressionprofile）：基因在不同時(shí)空的表達(dá)模式。蛋白質(zhì)組（proteome）：一個(gè)生物體的所有蛋白總和。蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）：蛋白質(zhì)組學(xué)是研究細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的科學(xué)。第三節(jié)動(dòng)物遺傳學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源一、常見(jiàn)遺傳學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源（一）國(guó)內(nèi)遺傳學(xué)資源（1）人類(lèi)基因組數(shù)據(jù)國(guó)內(nèi)下載：http:///genome/（2）常見(jiàn)分子生物學(xué)軟件下載：/~hoyoyo/biochem/nalow.htm（3）遺傳學(xué)報(bào)：/ycxb/index.asp（4）清華大學(xué)分子生物學(xué)服務(wù)器：/（二）國(guó)外遺傳學(xué)資源（1）混合線性模型資源：

http:///faculty/steve/software/matvec/（2）數(shù)量遺傳資源（學(xué)習(xí)材料、軟件）：

http:///zbook/book.html

（3）法國(guó)農(nóng)科院畜禽遺傳圖譜：

http://www.toulouse.inra.fr/lgc/pig/compare/SSC.htm

（4）NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)使用手冊(cè)：http:///books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=handbook.TOC&depth=10（5）豬的EST專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)：

http:///（6）小鼠單倍型圖譜：

http:///haplotype_map.html

（7）QTL在線分析系統(tǒng)：