基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)工具精品專業(yè)課件

1、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)工具基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)工具主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、序列組裝一、序列組裝二、功能基因組學(xué)二、功能基因組學(xué)三、蛋白質(zhì)組學(xué)三、蛋白質(zhì)組學(xué)2精品 PPT 歡迎下載 可修改一、序列組裝一、序列組裝研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 1、怎樣將散的序列拼接起來2、如何去掉序列中重復(fù)的部分3精品 PPT 歡迎下載 可修改1 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來 我們知道，使用鳥槍法的DNA測序提供了成千上百萬個(gè)小序列，每一個(gè)片段長度有400500個(gè)堿基對。 當(dāng)基因組被提取成限制性片段時(shí)，它只是被部分提取。用于DNA樣品的限制性酶數(shù)量只能夠切開50%的酶切位點(diǎn)。這就意味著有些片段會跨過某個(gè)特

2、殊的限制性位點(diǎn)，而另一些片段會在那個(gè)特定位點(diǎn)切開，而跨過其他的限制性位點(diǎn)。因此，這些限制性片段組成的克隆庫會包含重疊片段。這些重疊片段正是序列拼接的基礎(chǔ)。4精品 PPT 歡迎下載 可修改1 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來 在得到了每個(gè)片段的序列后，序列拼接(sequence assembly)的任務(wù)就利用這些片段間的重疊，將它們拼接成原來的序列。拼接的關(guān)鍵問題是得到每個(gè)片段在一個(gè)長序列中的位置信息，這種組合的集合稱為contig(contiguous segment)。 序列拼接問題可以抽象為最短超序列問題(Shortest Superstring Problem，SSP)

3、。假設(shè)一個(gè)序列片段集合A=a1，a2， ，an，我們希望發(fā)現(xiàn)一個(gè)最短的序列S，A中所有的片段都是S的子序列。例如有序列集合：000，001，010，011，100，101，110，101，111，包括集合中所有序列的最短超序列是：0001110100。5精品 PPT 歡迎下載 可修改1 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來直接鳥槍法序列拼接：直接鳥槍法序列拼接： 從已測序的小片段中尋找彼此重疊的測序克隆，依次向兩側(cè)鄰接的序列延伸，組裝成一個(gè)完整的基因組。不需預(yù)先了解任何基因組的情況，即使缺少遺傳圖或物理圖也可完成整個(gè)基因組順序組裝。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：最大優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、快速、高效。 缺點(diǎn)缺

4、點(diǎn)：“鳥槍法”對高性能計(jì)算的方法和設(shè)備要求非常高，且無法測到人類基因組中重復(fù)出現(xiàn)的DNA片段，這些片段占到基因組的3%至5%，對于理解遺傳性疾病具有重要意義。 6精品 PPT 歡迎下載 可修改1 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來Phrap算法序列拼接：算法序列拼接： 1、找出序列片段間的重疊信息。 2、將存在有重疊的片段組合起來，形成一個(gè)contig結(jié)構(gòu)。 3、形成Consensus序列(Consensus)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：精確度較高。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：運(yùn)算時(shí)間較長且對存儲空間的需求較大。 7精品 PPT 歡迎下載 可修改2 2、如何去掉序列中重復(fù)的部分、如何去掉序列中重復(fù)的部分 重

5、復(fù)片段是指在目標(biāo)片段中多次出現(xiàn)的片段。對于小規(guī)模的拼接工作例如細(xì)菌的基因組(重復(fù)序列約占全序列的15)和果蠅基因組(約占全序列的3)等，問題不明顯，然而，人類基因組中含有50以上的重復(fù)序列，這就對基因組測序產(chǎn)生了很大的困難。 目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多用于shotgun片段拼接的工具，在處理重復(fù)片段時(shí)，都是采用對大量的片段數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)迭代的方法，此間還需要加入很多人工的經(jīng)驗(yàn)分析和干預(yù)。一定程度上增加了拼接所花費(fèi)的時(shí)間，降低了機(jī)器的使用效率。 所以，在使用過程中，我們應(yīng)該選擇可以屏蔽重復(fù)片段的拼所以，在使用過程中，我們應(yīng)該選擇可以屏蔽重復(fù)片段的拼接算法。接算法。8精品 PPT 歡迎下載 可修改2 2、如

6、何去掉序列中重復(fù)的部分、如何去掉序列中重復(fù)的部分基于特征子串的重復(fù)片段屏蔽方法：基于特征子串的重復(fù)片段屏蔽方法： DNA 序列和每一個(gè)片段序列都可以看做是字符集A，C，T，G上的字符串，每個(gè)長為k的字符串稱為k-串；若它是某個(gè)片段（或序列）的一部分，則稱它為此片段（或序列）的k-子串. 特征子串：特征子串：當(dāng)一個(gè)k-子串為某個(gè)片段的標(biāo)識性信息時(shí)，稱該k-子串為該片段的特征子串。 PLPL條件：條件：兩片段含有至少一個(gè)公共的特征子串，稱之滿足可能相鄰（PL）條件。 經(jīng)計(jì)算，k需滿足條件： 其中n為要拼接片段的總數(shù)。9精品 PPT 歡迎下載 可修改2 2、如何去掉序列中重復(fù)的部分、如何去掉序列中重

7、復(fù)的部分 算法原理：算法原理： 即使兩個(gè)本不相鄰的片段因?yàn)橹貜?fù)片段的原因存在很長的重疊，但只要它們的特征子串均不相同，處理時(shí)就不會對它們進(jìn)行比對，也就不會認(rèn)為它們是相鄰的。這樣就達(dá)到了“屏蔽”重復(fù)片段干擾的目的，也為后續(xù)的拼接產(chǎn)生了有用的依據(jù)。10精品 PPT 歡迎下載 可修改9、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-1-202022-1-20Thursday, January 20, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-1-202022-1-202022-1-201/20/2022 11:10:29 PM11、人總是珍惜為得到。2022-1-202022-1-202

8、022-1-20Jan-2220-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。2022-1-202022-1-202022-1-20Thursday, January 20, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-1-202022-1-202022-1-202022-1-201/20/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月20日星期四2022-1-202022-1-202022-1-2015、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2022年1月2022-1-202022-1-202022-1-201/20/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022-1-20

9、2022-1-20January 20, 202217、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022-1-202022-1-202022-1-202022-1-20二、功能基因組學(xué)（二、功能基因組學(xué)（functional genomics）功能基因組學(xué)的概念：功能基因組學(xué)的概念： 功能基因組學(xué)（Functuional genomics）又往往被稱為后基因組學(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)研究從對單一基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。 功能基因組在評估和檢測

10、新藥時(shí)十分有用。 12精品 PPT 歡迎下載 可修改9、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-1-202022-1-20Thursday, January 20, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-1-202022-1-202022-1-201/20/2022 11:10:29 PM11、人總是珍惜為得到。2022-1-202022-1-202022-1-20Jan-2220-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。2022-1-202022-1-202022-1-20Thursday, January 20, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-

11、1-202022-1-202022-1-202022-1-201/20/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月20日星期四2022-1-202022-1-202022-1-2015、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2022年1月2022-1-202022-1-202022-1-201/20/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022-1-202022-1-20January 20, 202217、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022-1-202022-1-202022-1-202022-1-20二、功能基因組學(xué)（二、功能基因組學(xué)（functional g

12、enomics）DNA微陣列微陣列功能基因組中的新興技術(shù)功能基因組中的新興技術(shù) DNA微陣列（DNA microarray）又稱DNA陣列或DNA芯片，比較通俗的名字是基因芯片（gene chip）。是一塊帶有DNA微陣列（micorarray）涂層的特殊玻璃片特殊玻璃片，在數(shù)平方厘米之面積上安裝數(shù)千或數(shù)萬個(gè)核酸探針，經(jīng)由一次測驗(yàn)，即可提供大量基因序列相關(guān)資訊。它是基因組學(xué)和遺傳學(xué)研究的工具。研究人員應(yīng)用基因芯片就可以在同一時(shí)間定量的分析大量(成千上萬個(gè))的基因達(dá)的水平，具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗(yàn)?zāi)芰?。其中可以用來檢測基因表現(xiàn)程度之 cDNA 微陣列（cDNA-microarray

13、），已開始商業(yè)化，市場主要以研發(fā)實(shí)驗(yàn)室為主。14精品 PPT 歡迎下載 可修改二、功能基因組學(xué)（二、功能基因組學(xué)（functional genomics） DNA 微陣列技術(shù)的基本原理是序列特異性核酸雜交，其核心技術(shù)是逆Southern blot印跡法，即：將基因特異的探針固定在膜上，再與熒光標(biāo)記的誘變物的基因組或cDNAs靶雜交。不過，點(diǎn)印跡通常制備在膜上，很少能超過700個(gè)基因，DNA 微陣列可以制備在玻片或硅片等片基上，點(diǎn)的數(shù)量和密度也高得多。 現(xiàn)在常用的DNA芯片有兩種兩種：cDNA陣列和原位合成的寡核苷酸陣列。 cDNAcDNA陣列陣列是通過機(jī)械手將DNA 點(diǎn)樣到涂層的玻片表面，點(diǎn)樣

14、直徑為5O150um，中等尺寸的DNA芯片在3.6平方厘米上有10000個(gè)點(diǎn)。15精品 PPT 歡迎下載 可修改二、功能基因組學(xué)（二、功能基因組學(xué)（functional genomics） 原位合成的寡核苷酸陣列寡核苷酸陣列，是將寡核苷酸合成和照相平版印刷術(shù)結(jié)合起來，紫外光通過掩罩(mask)的孔照射到玻片上控制合成，產(chǎn)生的DNA芯片在1.6cm 玻片表面可容納65000400000個(gè)DNA寡核苷酸。 寡核苷酸陣列用來監(jiān)控基因表達(dá)時(shí)更優(yōu)越，因?yàn)榭梢员苊馀c未知基因重復(fù)或同源的序列。16精品 PPT 歡迎下載 可修改二、功能基因組學(xué)（二、功能基因組學(xué)（functional genomics）DNA

15、DNA微陣列在實(shí)際中的應(yīng)用：微陣列在實(shí)際中的應(yīng)用： 應(yīng)用微陣列技術(shù)，比較細(xì)胞間基因表達(dá)譜差異，可發(fā)現(xiàn)未知疾病相關(guān)基因，獲得病變DNA的信息：DNA突變部位及突變類，進(jìn)一步針對靶序列設(shè)計(jì)基因藥物。 微陣列技術(shù)也可以用于監(jiān)測腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)，能快速識別并進(jìn)一步評價(jià)基因在腫瘤生物學(xué)中的作用。 許多遺傳病基因?yàn)殡[性基因，多數(shù)人只是攜帶者而不發(fā)病。利用微陣列技術(shù)，可以很方便地找出隱性致病基因攜帶者。17精品 PPT 歡迎下載 可修改三、蛋白質(zhì)組學(xué)（三、蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics） 蛋白質(zhì)組學(xué)的概念：蛋白質(zhì)組學(xué)的概念： 蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）一詞，源于蛋白質(zhì)（protein）與 基因組

16、學(xué)（genomics）兩個(gè)詞的組合，意指“一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”，即包括一種細(xì)胞乃至一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)組的研究不僅能為生命活動規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也能為眾多種疾病機(jī)理的闡明蛋白質(zhì)組學(xué)及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。18精品 PPT 歡迎下載 可修改三、蛋白質(zhì)組學(xué)（三、蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics） 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)： 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)代生物技術(shù)快速發(fā)展的重要支撐，并將引領(lǐng)生物技術(shù)取得關(guān)鍵性的突破。本技術(shù)平臺將為客戶提供蛋白組學(xué)技術(shù)服務(wù)，主要介紹雙向凝膠電泳技術(shù)和等電聚焦技術(shù)。 雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳的原理是基于蛋白質(zhì)的等電

17、點(diǎn)不同用等電聚焦分離，按分子量的不同用SDS-PAGE分離，把復(fù)雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開。由于雙向電泳技術(shù)在蛋白質(zhì)組與醫(yī)學(xué)研究中所處的重要位置，它可用于致病機(jī)制及耐藥機(jī)制的研究，療效監(jiān)測，新藥開發(fā)，蛋白純度檢查等許多方面。近年來經(jīng)過多方面改進(jìn)已成為研究蛋白質(zhì)組的最有使用價(jià)值的核心方法。 19精品 PPT 歡迎下載 可修改三、蛋白質(zhì)組學(xué)（三、蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics） 我國在蛋白質(zhì)組研究方面的成就：我國在蛋白質(zhì)組研究方面的成就： 雖然我國蛋白質(zhì)組學(xué)研究啟動不久，我國科學(xué)家已經(jīng)在重大疾病（如肝癌）比較蛋白質(zhì)組研究以及一些重要生理和病理體系的蛋白質(zhì)組成分研究方面獲得了重要成就。

18、 在胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)向神經(jīng)干細(xì)胞方向分化前后分離出了19個(gè)與定向誘導(dǎo)神經(jīng)分化相關(guān)的蛋白； 已進(jìn)行了肝癌細(xì)胞系及正常肝細(xì)胞蛋白質(zhì)組的比較分析研究，發(fā)現(xiàn)了兩者間不同的蛋白表達(dá)群。 通過蛋白質(zhì)芯片技術(shù)對肺癌病人和正常人血清中的蛋白質(zhì)譜的對比分析，找到了15個(gè)差異蛋白，這15個(gè)分子標(biāo)志可能成為臨床診斷肺癌的新指標(biāo)，有重要應(yīng)用價(jià)值。20精品 PPT 歡迎下載 可修改Thank you!21精品 PPT 歡迎下載 可修改9、 人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。22.1.2022.1.20Thursday, January 20, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。*1/20/2022 11:10:30 PM11、人總是珍惜為得到。22.1.20*Jan-2220-Jan-2212、人亂于心，不寬余請。*Thursday, January 20, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。22.1.2022.1.20*January 20, 202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年1月20日星期四*22.1.2015、一個(gè)人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。2022年1月*22.1.20*January 20, 202216、業(yè)余生活要有