基因組學(xué)概論詳解演示文稿

基因組學(xué)概論詳解演(Yan)示文稿第一頁(yè)，共六十二頁(yè)。優(yōu)選(Xuan)基因組學(xué)概論第二頁(yè)，共六十二頁(yè)。目(Mu)錄第1章基因組學(xué)概論第2章基因組多態(tài)性第3章基因組作圖第4章基因組序列的詮釋第5章基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)第6章重組DNA技術(shù)及其應(yīng)用第7章分子雜交與印跡技術(shù)第8章PCR技術(shù)及其應(yīng)用第9章轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展第10章生物芯片的應(yīng)用與發(fā)展第11章新基因功能研究的策略與方法第12章RNAi技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展第三頁(yè)，共六十二頁(yè)。第1章(Zhang)基因組學(xué)概論第四頁(yè)，共六十二頁(yè)。DNARNA基因組學(xué)

轉(zhuǎn)(Zhuan)錄組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)？

？蛋白質(zhì)

課程的依據(jù)和支撐：生命科學(xué)的重大基石——中心法則第五頁(yè)，共六十二頁(yè)?；蚪M(Zu)學(xué)概念

技術(shù)內(nèi)容

發(fā)展第六頁(yè)，共六十二頁(yè)。一、基因(Yin)組學(xué)概況（一）基因組學(xué)基本概念（二）基因組學(xué)分支（三）基因組學(xué)的意義第七頁(yè)，共六十二頁(yè)。（一）基因(Yin)組學(xué)基本概念1.基因（gene）2.基因組（genome）3.基因組學(xué)（genomics）第八頁(yè)，共六十二頁(yè)。1.基(Ji)因(Gene)基因(gene)是1909年丹麥植物學(xué)家W.Johannsen根據(jù)希臘文單詞genos(birth,給予生命）創(chuàng)造的?，F(xiàn)代分子生物學(xué)的基因概念：

基因是儲(chǔ)存和表達(dá)某一多肽鏈信息或RNA分析信息所必需的全部核苷酸序列，即一個(gè)基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核酸序列，還應(yīng)包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。

基因是生命體傳遞和表達(dá)遺傳信息的基本單位。第九頁(yè)，共六十二頁(yè)。2.基因(Yin)組（genome）基因組(genome)一詞系由德國(guó)漢堡大學(xué)H.Winkles教授于1920年首創(chuàng)，從GENe和chromosOME組成。用于表示生物的全部基因和染色體組成的概念。基因組（genome）：生物所具有的攜帶遺傳信息的遺傳物質(zhì)的總和,是指生物細(xì)胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因間區(qū)域。人的核基因組：30億bp（最新資料說(shuō)28.5億）2～2.5萬(wàn)個(gè)蛋白編碼基因第十頁(yè)，共六十二頁(yè)。真核生物基(Ji)因組：核基因組線粒體基因組葉綠體基因組原核生物基因組：染色體質(zhì)粒病毒基因組：病毒顆粒攜帶的遺傳物質(zhì)第十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。3.基因(Yin)組學(xué)（genomics）由美國(guó)科學(xué)家ThomasRoderick于1986年首創(chuàng)?；蚪M學(xué)（genomics）：就是對(duì)所有基因進(jìn)行基因作圖、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一門學(xué)科。第十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。簡(jiǎn)言之，基因組學(xué)就(Jiu)是在基因組水平上研究基因組結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，其內(nèi)容包括基因的結(jié)構(gòu)、組成、存在方式、表達(dá)調(diào)控模式、基因的功能和相互作用等，是研究與解讀生物基因組所蘊(yùn)藏的所有遺傳信息的一門新的前沿學(xué)科。第十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。（二）基因(Yin)組學(xué)分支結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)比較基因組學(xué)第十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。1.結(jié)(Jie)構(gòu)基因組學(xué)通過(guò)基因組作圖、核苷酸序列分析，研究基因組結(jié)構(gòu)，確定基因組成、基因定位的科學(xué)。第十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。（1）基(Ji)因組測(cè)序

DNA測(cè)序:<1000bp。細(xì)菌基因組:58萬(wàn)bp

人類基因組:30億bp。

因此，首先將整個(gè)基因組的DNA分解為一些小片段，然后將這些分散的小片段逐個(gè)測(cè)序，最后將測(cè)序的小片段按序列組裝。第十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。（2）基(Ji)因組作圖在長(zhǎng)鏈DNA分子的不同位置尋找特征性的分子標(biāo)記，繪制基因組圖。根據(jù)分子標(biāo)記可以準(zhǔn)確無(wú)誤地將已測(cè)序的DNA小片段錨定到染色體的位置上。第十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。2.功能基因組(Zu)學(xué)利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)提供的信息和產(chǎn)物，在基因組系統(tǒng)水平上全面分析基因功能的科學(xué)。第十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。功能(Neng)基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容:(1)進(jìn)一步識(shí)別基因以及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控信息。(2)弄清所有基因產(chǎn)物的功能，這是目前基因組功能分析的主要層次。(3)研究基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，分析基因產(chǎn)物之間的相互作用關(guān)系，繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。第十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。3.比較基因(Yin)組學(xué)研究不同物種之間在基因組結(jié)構(gòu)和功能方面的親源關(guān)系及其內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科。第二十頁(yè)，共六十二頁(yè)。比較基因組(Zu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容:繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹，顯示進(jìn)化過(guò)程中最主要的變化所發(fā)生的時(shí)間及特點(diǎn)。據(jù)此可以追蹤物種的起源和分支路徑。(2)了解同源基因的功能。(3)對(duì)序列差異性的研究有助于認(rèn)識(shí)產(chǎn)生大自然生物多樣性的基礎(chǔ)。第二十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。（三(San)）基因組學(xué)的意義生物學(xué)研究醫(yī)學(xué)生物技術(shù)制藥工業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生物進(jìn)化倫理，法律及社會(huì)尤其是人類疾病基因的研究第二十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。(1)單基因病疾病基因研究,如(Ru)血友病等人類基因組計(jì)劃使我們了解基因組序列?，F(xiàn)在采用定位候選克隆方法極大地提高了發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。第二十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。（2）多(Duo)基因病疾病基因研究，例如心臟病，糖尿病，癌癥等。

用比較基因表達(dá)譜的方法來(lái)識(shí)別疾病狀態(tài)下基因的激活或抑制。第二十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。（3）癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)(Ji)劃（CancerGenomeAnatomyProject，CGAP）

1996年癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)劃開始。主要由美國(guó)癌癥研究所（Nationalcancerinstitute）開展。第二十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。二、基因組學(xué)的歷史(Shi)沿革第二十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。（一）1900年代以前(Qian):前遺傳學(xué)時(shí)代（1）1859年C.Darwin在《OntheOriginof Species》這一名著中，提出了物種進(jìn)化的自然選 擇學(xué)說(shuō)——達(dá)爾文進(jìn)化論。

生物的來(lái)源——進(jìn)化

生物的性狀——遺傳

進(jìn)化的動(dòng)力——選擇前遺傳學(xué)時(shí)代第二十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。（2）1865年G.Mendel發(fā)(Fa)表豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了遺傳學(xué)的兩大遺傳規(guī)律—分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律，并認(rèn)為是生物體內(nèi)的遺傳因子或遺傳顆?？刂粕镄誀睢Ｇ斑z傳學(xué)時(shí)代第二十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。（二）1900—1950年代(Dai):經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：1900年,孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生）

人們開始把控制生物遺傳性狀的遺傳單位稱為基因(gene)。生命科學(xué)的研究基本上都是圍繞著基因來(lái)進(jìn)行。經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第二十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。1839年細(xì)(Xi)胞學(xué)說(shuō)的提出；1869年發(fā)現(xiàn)DNA；隨后，RNA也被發(fā)現(xiàn)；1879年染色體的發(fā)現(xiàn)，并認(rèn)為染色體最可能是DNA、RNA和蛋白質(zhì)的一種；1902年染色體學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生,合理解釋了Mendel的實(shí)驗(yàn)結(jié)果;1910年發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的第三大遺傳規(guī)律——連鎖遺傳規(guī)律（決定兩對(duì)性狀的兩對(duì)基因位于同一對(duì)染色體上，就會(huì)發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象）證明基因的確存在于染色體上，并呈線狀排列。1944年證實(shí)了DNA是攜帶遺傳信息、構(gòu)成染色體的生物大分子；經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第三十頁(yè)，共六十二頁(yè)。肺(Fei)炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(Griffith,1928;Avery,1944)遺傳物質(zhì)是DNA經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第三十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。遺傳物質(zhì)(Zhi)是RNA噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)遺傳物質(zhì)是DNA煙草花葉病毒侵染實(shí)驗(yàn)經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第三十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。總之，自(Zi)從人們認(rèn)識(shí)到“基因決定生物性狀”，“基因的本質(zhì)就是核酸——主要是DNA”之后，就從來(lái)沒(méi)有停止對(duì)基因的研究。經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第三十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。（三）1950—1990年代:分子生物學(xué)時(shí)(Shi)代

（前基因組學(xué)時(shí)代）

（標(biāo)志：Watson&Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)[《Nature》1953.4.25]，標(biāo)志著分子生物學(xué)時(shí)代的開始）分子生物學(xué)時(shí)代第三十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。

1953年，J.Watson，F(xiàn).Crick根據(jù)DNA的X射線衍射圖譜，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，解釋基因復(fù)制的機(jī)制，從而真正開始從分子水(Shui)平上研究生命活動(dòng)。生物學(xué)研究也從此進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。分子生物學(xué)時(shí)代第三十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。JamesDeweyWatson（1928～）FrancisHarryComptonCrick（1916～2004）分子生物(Wu)學(xué)時(shí)代第三十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。

1953—1970年，分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展:①mRNA、DNA聚合酶、RNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)；②DNA半保留復(fù)制機(jī)理、操縱(Zong)子學(xué)說(shuō)等的提出；③遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；④64個(gè)密碼子破譯；⑤中心法則：“DNA→RNA→蛋白質(zhì)”的建立,標(biāo)志著分子生物學(xué)學(xué)科理論體系形成；⑥重組DNA技術(shù)的建立，使得分子生物學(xué)的技術(shù)體系初步形成，或者說(shuō)，生命科學(xué)進(jìn)入了前基因組學(xué)時(shí)代。分子生物學(xué)時(shí)代第三十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。1.逆轉(zhuǎn)錄酶的(De)發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則：

DNADNA

RNARNA

蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNARNA

？蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯

？

翻譯翻譯分子生物學(xué)時(shí)代第三十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。20世紀(jì)80年代，人們從瘋牛病等疾病中發(fā)現(xiàn)其感染因子是一種與正常細(xì)胞膜蛋白（PrPC）一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同(Tong)，但高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化特性不同(Tong)的PrPSc或prion蛋白（阮蛋白？）。目前的研究提示，這種不含有核酸的prion蛋白似乎具有自身復(fù)制的能力，也就是說(shuō)這種蛋白本身就儲(chǔ)備了生命活動(dòng)必需的遺傳信息。2.Prion蛋白的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)中心法則的演變分子生物學(xué)時(shí)代第三十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。？？蛋(Dan)白質(zhì)DNARNA比較完善的中心法則——個(gè)人觀點(diǎn)轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯分子生物學(xué)時(shí)代第四十頁(yè)，共六十二頁(yè)。3.工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組DNA技術(shù)的建立4.“斷裂基因”的發(fā)現(xiàn)5.DNA測(cè)序方法建立，讀取遺傳信息成為可能；6.PCR技術(shù)建立，7.基因表達(dá)與調(diào)控研究的不斷拓寬和深入(Ru)；8.轉(zhuǎn)基因技術(shù)的建立與轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的成功；9.人類疾病的基因診斷和基因治療

分子生物學(xué)時(shí)代

盡管人類很早就開始了對(duì)基因的研究，但真正有系統(tǒng)地研究基因組、解碼生命還是于1990年人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)后才開始的。第四十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。（四(Si)）1990—2000年代：基因組學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：人類基因組計(jì)劃的實(shí)施標(biāo)志著基因 組學(xué)時(shí)代的開始）基因組學(xué)時(shí)代第四十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。1.人類基因組計(jì)(Ji)劃人們回顧過(guò)去的20世紀(jì)一百年中所取得的輝煌成就時(shí)，認(rèn)為最激動(dòng)人心的偉大創(chuàng)舉之一就是和“曼哈頓原子彈計(jì)劃”、“阿波羅人類登月計(jì)劃”一起被譽(yù)為20世紀(jì)科學(xué)史上三個(gè)里程碑的“人類基因組計(jì)劃”(humangenomeproject,HGP)?；蚪M學(xué)時(shí)代第四十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。1985年5月，美國(guó)能源部提出“人類基因組計(jì)劃草案；1986年3月7日，DulbeccoR在Science上發(fā)表了一篇有關(guān)開展人類基因組計(jì)劃的短文,推動(dòng)了全世界的人類基因組計(jì)劃的發(fā)展；1990年10月1日美國(guó)國(guó)會(huì)正式批準(zhǔn)的“人類基因組計(jì)劃”。計(jì)劃在15年內(nèi)投入30億美元以上的資金進(jìn)行人類基因組的分析，即對(duì)人類3×109個(gè)核(He)苷酸進(jìn)行測(cè)序?；蚪M學(xué)時(shí)代第四十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。（1）HGP(humangenomeproject,HGP)的內(nèi)(Nei)容：

人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、基因組研究技術(shù)的建立與創(chuàng)新、模式生物基因組作圖和測(cè)序、信息系統(tǒng)的建立、儲(chǔ)存及相應(yīng)軟件的開發(fā)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。2.HGP的內(nèi)容、任務(wù)與進(jìn)展基因組學(xué)時(shí)代第四十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。（2）HGP的(De)任務(wù)HGP的基本任務(wù)可用4張圖譜來(lái)概括，即遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖（基因圖）、序列圖?；蚪M學(xué)時(shí)代第四十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。遺傳圖(geneticmap)：又稱連鎖圖(linkagemap),是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)記作為“位標(biāo)”，遺傳學(xué)距離(Li)為“圖距”的基因組圖。需要應(yīng)用多態(tài)性標(biāo)志—RFLP、VNTR（串聯(lián)重復(fù)順序多態(tài)性）、SNP。

B.物理圖譜（physicalmap）：是以一段已知核苷酸的DNA片段為“位標(biāo)”,以DNA實(shí)際長(zhǎng)度(Mb或Kb)作為圖距的基因組圖。基因組學(xué)時(shí)代第四十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。C.轉(zhuǎn)錄圖（transcriptionmap)：是以表達(dá)序列標(biāo)記(Ji)(expressedsequencetags,EST)作為位標(biāo)，實(shí)際上就是人類“基因圖”的雛形，又稱cDNA圖或“表達(dá)序列圖”。D.序列圖(sequencemap)：也就是人類基因組核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳盡的物理圖?；蚪M學(xué)時(shí)代第四十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。物理圖(Tu)譜序列圖譜遺傳圖譜 轉(zhuǎn)錄圖譜

這四張圖被譽(yù)為人類“分子水平上的的解剖圖”或“生命元素周期表”，可見(jiàn)其重要性。基因組學(xué)時(shí)代第四十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。3.HGP的幾個(gè)階段性工(Gong)作（1）在2000年6月完成“工作框架圖”。（2）在2001年2月15日、16日Nature、Science幾乎同時(shí)發(fā)表人類基因組的草圖,人類基因組計(jì)劃的測(cè)序基本完成。（3）2001年完成的序列圖譜。基因組學(xué)時(shí)代（4）2003年4月）HGP正式宣告全部完成,各項(xiàng)指標(biāo)均如期完成。（5）2005年2月18日首次公布人類基因差異圖譜，從而向真正個(gè)人化醫(yī)療邁進(jìn)了一大步。（6）2004年10月21日,認(rèn)為人類只有2萬(wàn)～2.5萬(wàn)個(gè)基因,比原先預(yù)計(jì)的10萬(wàn)個(gè)基因數(shù)要少得多。第五十頁(yè)，共六十二頁(yè)。最新研究顯示人類(Lei)基因數(shù)量比原先估計(jì)少得多，這是人類與其他種類基因數(shù)量的比較(2004.10.21《Nature》)30,000Mouse基因組學(xué)時(shí)代第五十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。（五）2001—后(Hou)基因組學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的 興起標(biāo)志著后基因組學(xué)時(shí)代的開始）后基因組學(xué)時(shí)代第五十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。三、后基因組學(xué)產(chǎn)生的背(Bei)景第五十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。遺(Yi)傳信息并不直接參與生命活動(dòng)。一個(gè)基因所含的遺傳信息，通過(guò)一系列復(fù)雜的反應(yīng)，最終導(dǎo)致了相應(yīng)的蛋白質(zhì)形成，蛋白質(zhì)再參與到生命的各種活動(dòng)中去。第五十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。

不管怎么說(shuō)，人類基因組計(jì)劃（HGP）經(jīng)過(guò)各國(guó)科學(xué)家十幾年的的努力，人類基因組計(jì)劃已取得了巨大成績(jī),整個(gè)計(jì)劃已提前完成.所取得的劃時(shí)代研究成果—人類基因草圖的完成宣告了一個(gè)新的紀(jì)元—“后基因組學(xué)（post-genomics）時(shí)代”的到(Dao)來(lái)。第五十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。后基因組學(xué)時(shí)代要做的工作，就是如何將人 類基因組計(jì)劃所獲知的人類基因序列轉(zhuǎn)變?yōu)?對(duì)(Dui)人類自身奧秘的認(rèn)識(shí)？如何對(duì)(Dui)這些基因加 以利用？功能基因組學(xué)將成為新世紀(jì)最大戰(zhàn)略資源—人類基因資源奪戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場(chǎng)”。第五十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。功能基因組學(xué)主要(Yao)是采用一系列新技術(shù)，對(duì)成千上萬(wàn)的