醫(yī)學分子生物學-基因組課件

醫(yī)學分子生物學基因和基因組基因是遺傳的基本單位

基因組(Genome)

細胞或生物體一套完整單倍體的遺傳物質的總和。

常染色體：22

性染色體：X,Y

線粒體

人（HomoSapien）基因組儲存了生物體整套的遺傳信息不同生物基因組蘊含的遺傳信息量有著巨大的差別不同生物基因組的結構與組織形似也明顯不同基因組的大小C值：單倍體基因組的DNA總量對原核生物和低等真核生物而言，單倍體基因組DNA的量和形態(tài)復雜性相關C值矛盾：指一個有機體的C值和其編碼能力缺乏相關性。如：爪蟾的基因組大小和人類相似;兩棲類最小的基因組和最大的基因組之間相差約100倍C值矛盾在進化中的原因和機制尚不清楚病毒基因組病毒基因組核酸的主要類型1、雙鏈DNA多數(shù)動物病毒，如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒，環(huán)形、線形。2、單鏈DNA動物病毒中僅微小病毒為單鏈病毒；噬菌體中僅含單鏈DNA。病毒基因組

RNA病毒基因組所攜帶的遺傳信息一般在同一條鏈上，序列與mRNA相同的為正股（+），與mRNA互補的為負股（－）3、雙鏈RNA以負鏈RNA為模板轉錄出mRNA，如呼腸孤病毒及噬真菌體。4、單鏈負股RNA5、單鏈正股RNA：如逆轉錄病毒基因編碼區(qū)無間隔：通過宿主及病毒本身蛋白酶酶切5’端無帽狀結構：翻譯增強子結構基因沒有翻譯起始序列5’3’SplicingHairpinProteaseCleavageTranslation病毒不規(guī)則結構基因DNA病毒RNA過程HBV基因結構原核生物基因組模式生物:大腸桿菌(E.coli)原核生物基因組結構與功能特點*1、為一條環(huán)狀雙鏈DNA(無典型染色體結構,擬核)

2、只有一個復制起點（Ori）3、具有操縱子結構4、重復序列少:絕大部分基因為單拷貝（99.7%）5、可表達基因約50%，真核生物，病毒6、基因一般是連續(xù)的，無內(nèi)含子（古細菌除外）7、編碼順序一般不重疊操縱子*原核基因組特有的結構數(shù)個功能上相關聯(lián)的結構基因串聯(lián)在一起,構成信息區(qū),連同其上游的調控區(qū)(包括啟動子和操縱基因)以及下游的轉錄終止信號所構成的基因表達單位。所轉錄的RNA為多順反子。操縱基因并非一個基因，而是一段能被特異阻遏蛋白識別和結合的DNA序列。轉位因子可移動的基因成分，能夠在一個DNA分子內(nèi)部或兩個DNA分子之間移動的DNA片段。在細菌中，指可在質粒和染色體之間或在質粒和質粒之間移動的DNA片段。轉位也是DNA重組的一種形式。細菌的轉位因子包括：插入序列（IS），轉座子及可轉座的噬菌體IS：轉位酶+（雙側）反向重復序列Transposon：轉座酶+反向重復序列+特定編碼基因 Transposablephage:具備轉座功能的溶源噬菌體

Mu噬菌體：溫和致突變噬菌體 ApKanTetHg細菌轉位因子

真核生物基因組模式生物：酵母、線蟲、果蠅、小鼠、大鼠

4.基因組中非編碼區(qū)遠多于編碼區(qū)。5.真核基因多是不連續(xù)的（斷裂基因），由外顯子和內(nèi)含子鑲嵌排列而成。1977,Broker&SharpRNA剪接：1993年NoblePrize外顯子(exon)不僅包括基因中編碼蛋白質氨基酸的DNA順序，而且包括mRNA中的5`前導順序和3`端非翻譯順序。內(nèi)含子(intron)則是指插入到編碼序列之中的非編碼序列斷裂基因的表達必須要以代表基因組順序的RNA前體中精確地除去內(nèi)含子，產(chǎn)生一系列外顯子組成的成熟RNA，此過程稱為RNA剪接。SplicinghnRNAmRNA6.存在大量重復序列輕度重復：2-10copies,組蛋白及酵母tRNA基因中度重復：10-105copies,一般為非編碼序列，起調控作用

Alu,KpnI,EcoRI家族高度重復:105-millioncopies,非編碼序列衛(wèi)星DNA：大，小，微反向重復序列7.功能相關的基因構成各種基因家族(genefamily)8.存在可移動的遺傳因素（mobilegeneticelement）9.體細胞為雙倍體，配子（精子/卵子）為單倍體基因組學：以分子生物學技術、計算機技術和信息網(wǎng)絡技術為研究手段，以生物體內(nèi)全部基因為研究對象，在全基因背景下和整體水平上探索生命活動的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機制的科學。1.根據(jù)研究的重點分類：結構基因組學、功能基因組學、比較基因組學。2.根據(jù)研究對象分類：腫瘤基因組學、植物基因組學、藥物基因組學、環(huán)境基因組學等?；蚪M學(genomics)概念及分類遺傳信息在染色體上，但染色體不能直接用來測序，必須將基因組這一巨大的研究對象進行分解，使之成為較易操作的小的結構區(qū)域，這個過程就是基因作圖。根據(jù)使用的標志和手段不同，有4種作圖類型：遺傳圖譜、物理圖譜、序列圖譜、基因圖譜。基因組作圖1、遺傳圖譜(geneticmap)

/連鎖圖譜(linkagemap)

指基因或DNA標志在染色體上的相對位置與遺傳距離。它以具有多態(tài)性的遺傳標記為“路標”，以重組頻率為圖距的基因組圖。

遺傳圖譜的建立為基因識別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。遺傳多態(tài)性：在一個遺傳位點上具有一個以上的等位基因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆高于1%遺傳標記：等位基因、RFLP、MS、SNP等遺傳距離：在減數(shù)分裂事件中兩個位點之間進行交換、重組的百分率，1%的重組率稱為1“厘摩(centi-Morgan，cM)”限制性片段長度多態(tài)性（restrictionfragmentlengthpolymorphisms,RFLPs）：用一種或幾種限制性內(nèi)切酶切割基因組DNA，用探針雜交并放射自顯影。由于DNA酶切位點的變異所造成的“能切”與“不能切”兩種狀況，可產(chǎn)生不同長度的片段(等位片段),可用凝膠電泳顯示多態(tài)性。

數(shù)量可變串聯(lián)重復(VNTR)/小衛(wèi)星短串聯(lián)重復(STR)/微衛(wèi)星(MS):使遺傳圖的精度提高;可作為物理圖譜的標志，促進了遺傳圖譜與物理圖譜的整合。

單核苷酸多態(tài)性(SingleNucleotidePolymorphisms，SNPs)

不同個體間在基因水平上的單核苷酸變異。平均每500～1000bp出現(xiàn)一個堿基差異,如果一個堿基位置發(fā)生的變異在1%以上的人群中存在，這個位點就被定義為SNP位點。位于編碼區(qū)的SNP稱為cSNP。2個無關個體間有300萬SNPs.單核苷酸多態(tài)標記（SNP）

2、物理圖譜指DNA序列上各遺傳標志間的實際距離，是把遺傳圖譜中克隆群上的DNA片段按實際的物理位置進行排序所構建的圖譜。距離單位為bp/kb/Mb。物理圖譜反映的是DNA序列上兩點之間的實際距離，而遺傳圖譜則反映這兩點之間的連鎖關系。在DNA交換頻繁的區(qū)域，兩個物理位置相距很近的基因或DNA片段可能具有較大的遺傳距離，反之亦然。染色體顯帶技術：通過各種染色法，以染色體上顯示的深淺不同的帶型確定DNA序列分布和位置，可區(qū)分107bp范圍。細胞遺傳學圖:用于對以104kb為長度量級的區(qū)域制圖FISH（熒光原位雜交)技術熒光原位雜交圖（fluorescentinsituhybridizationmap，F(xiàn)ISHmap）：用不同波長熒光標記的各種DNA序列（探針），與染色體上的互補序列雜交而不破壞染色體的整體形態(tài)，顯微鏡下觀察、辨認熒光標記在染色體上的定位并繪制圖譜。限制性圖譜(restrictionmap):用于對小區(qū)域,如kb量級做精細結構制圖

限制性酶切圖：選用合適的限制性核酸內(nèi)切酶對基因組DNA或部分基因組DNA進行酶切，獲得以酶切位點為標記的物理圖。輻射雜交圖：對片段DNA的斷點作圖。輻射雜交細胞圖（radiationhybridmap，RH）：利用X射線照射人細胞，使染色體隨機斷裂，然后與嚙齒動物細胞雜交克隆，人的染色體片段便被整合到嚙齒動物染色體上。兩個相鄰基因或DNA標志的距離越近，越可能出現(xiàn)在同一片段，進入同一雜交細胞。通過識別、定位技術和統(tǒng)計學分析，可計算人DNA標志的連鎖關系及其在染色體上的排列。HudsonTJ等構建的相隔199kb含有15086個STS圖譜標志著人類基因組計劃的物理圖譜已初步完成。序列標簽位點(sequencetaggedsites,STSs):在染色體上定位明確，而且可用PCR擴增的單拷貝序列，通常為200-500bp。

3、序列圖譜以某一染色體上所含的全部堿基順序繪制的圖譜。既包括可轉錄序列，也包括非轉錄序列，是轉錄序列、調節(jié)序列和功能未知序列的總和。連續(xù)克隆系逐個克隆法（公共領域測序計劃）（1）建立插入人類基因組片段的酵母人工染色體（YAC）克隆群。（2）利用高頻分布、易于檢索的DNA標志或者DNA指紋圖譜建立克隆之間的聯(lián)系，組成有序排列的連續(xù)克隆系，最常使用的DNA標志有STS和表達的序列標簽（expressedsequencetag，EST）。（3）將克隆群定位于染色體的不同區(qū)域，構成完全基因組物理圖譜。（4）進行次級克隆，序列分析。①用機械方法打斷DNA，建立插入片段約2kb的高度隨機基因組文庫。②高效、大規(guī)模的兩末端測序。③用有關軟件對測序克隆片段進行序列集合。④用適當方法填補缺口。全基因組鳥槍法（美國Celera公司）直接將基因組分解成小片段隨機測序，利用超級計算機進行組裝4、基因圖譜（轉錄圖譜）基因圖譜是在識別基因組所包含的蛋白質編碼序列的基礎上繪制的結合有關基因序列、位置及表達模式等信息的圖譜。最主要的方法是通過基因的表達產(chǎn)物mRNA反追到染色體的位置。利用EST作為標記所構建的遺傳圖譜mRNA3ESTs5ESTsESTlengths