遺傳學(xué)課件：18基因組與后基因組

18.基因組學(xué)與后基因組學(xué)本章內(nèi)容1、基因組學(xué)2、人類基因組計劃3、基因組圖譜構(gòu)建與應(yīng)用§1基因組學(xué)概述基因組（genome），又稱染色體組一個物種單倍體的染色體數(shù)目，物種全部遺傳信息的總和物種遺傳信息的“總詞典”控制發(fā)育的“總程序”生物進(jìn)化歷史的“總檔案”基因組學(xué)（genomics）1986年提出，至今20年，已經(jīng)發(fā)展成為遺傳學(xué)中最重要的分支學(xué)科。對物種的所有基因進(jìn)行定位、作圖、測序和功能分析基因組學(xué)研究的最終目標(biāo)

獲得生物體全部基因組序列鑒定所有基因的功能明確基因之間的相互作用關(guān)系闡明基因組的進(jìn)化規(guī)律

經(jīng)典遺傳學(xué)在20世紀(jì)初，遺傳學(xué)家的工作主要是鑒別感興趣的基因，確定基因在染色體上的位置。

第一個環(huán)節(jié)：尋找自發(fā)突變體，或者利用物理、化學(xué)因素誘發(fā)突變。

第二個環(huán)節(jié)：通過連鎖分析確定新基因與已知基因的相互關(guān)系，繪制遺傳連鎖圖。幾個代表物種的基因組大小釣魚竭澤而漁CREDIT:JOESUTLIFFScience,Vol291:1221.FishinginaMoreEffectiveWay!基因組學(xué)的研究內(nèi)容

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）

基因定位基因組作圖測定核苷酸序列功能基因組學(xué)（functionalgenomics）

又稱后基因組學(xué)（postgenomics)基因的識別、鑒定基因結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系基因表達(dá)調(diào)控的研究控制果蠅眼睛的基因蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）鑒定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生過程、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用方式§2人類基因組計劃1990，NIH和能源部投資＄30億，啟動了人類基因組計劃，預(yù)計15年時間完成.1993,中國啟動人類基因相關(guān)研究項目1999.7，中國加入，承擔(dān)1%測序工作1999.12,人類第22號染色體被破譯2000，完成草圖2001.2，公布人類基因組圖譜的修訂版2002，完成測序工作這與“曼哈頓原子彈研制計劃”“阿波羅登月計劃”并稱人類科學(xué)史上“三大計劃”。中、德、法、日、英、美6個國家的16個中心組成國際協(xié)作組，人類基因組計劃所倡導(dǎo)的是“全球合作、免費(fèi)共享”的原則。

中國科學(xué)家的參與

深受國際同行的歡迎和發(fā)展中國家的稱頌1999年7月7日，中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心注冊參與國際人類基因組計劃，北京華大基因研究中心作為實施單位業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。同年9月，國際協(xié)作組接受了我國的申請，為我國劃定了工作區(qū)域。我國承擔(dān)的工作區(qū)域，位于人類3號染色體短臂上。由于該區(qū)域約占人類整個基因組的1%，因此簡稱“1%項目”。人類基因組人類基因組包括約30億堿基對和30,000-35,000基因相當(dāng)于用A，T，G，C可以填滿150,000頁電話薄一個或多個堿基對變異都可能引起機(jī)能異常人類基因組計劃約90%人類基因組已被測序.真正有影響力的是當(dāng)我們弄清這些序列是怎樣組合在一起，以及它們的含義。人類基因組計劃歷來最大的生物醫(yī)學(xué)科研計劃一個在預(yù)期中提前完成的國際間合作計劃是歷來在生物倫理領(lǐng)域上投入最多的一次從一開始就為它的倫理，法律及社會效應(yīng)預(yù)留了基金專家共識1、用于治療和預(yù)防疾??；2、堅持貫徹知情同意和知情選擇原則；3、保護(hù)基因隱私，反對基因歧視4、努力促進(jìn)人與人之間平等、民族間和睦及國家間的和平。2000年及以后:通過提供個體遺傳缺陷的信息改變醫(yī)學(xué)與健康的面貌。實施人群篩檢,以及用一種遺傳方法對少見常見病更加個體化的試驗。實施藥物基因?qū)W研究及其它更個體化的治療。

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)遺傳標(biāo)記有可以識別的標(biāo)記，才能確定目標(biāo)的方位及彼此之間的相對位置。構(gòu)建遺傳圖譜就是尋找基因組不同位置上的特征標(biāo)記。包括：形態(tài)標(biāo)記細(xì)胞學(xué)標(biāo)記生化標(biāo)記DNA分子標(biāo)記形態(tài)標(biāo)記形態(tài)性狀：株高、顏色、白化癥等又稱表型標(biāo)記數(shù)量少很多突變是致死的受環(huán)境、生育期等因素的影響多態(tài)性（polymophism）所有的標(biāo)記都必須具有多態(tài)性！花色：白色、紅色株高：高、矮血型：A、B、O型淀粉：糯、非糯所有多態(tài)性都是基因突變的結(jié)果！DNA分子標(biāo)記以DNA序列的多態(tài)性作為遺傳標(biāo)記優(yōu)點(diǎn)：不受時間和環(huán)境的限制遍布整個基因組，數(shù)量無限不影響性狀表達(dá)自然存在的變異豐富，多態(tài)性好共顯性，能鑒別純合體和雜合體植物遺傳圖譜的構(gòu)建選擇研究材料（親本）構(gòu)建分離群體遺傳標(biāo)記檢測標(biāo)記間的連鎖分析選擇親本

要求親緣關(guān)系遠(yuǎn)，遺傳差異大。但又不能相差太大以導(dǎo)致引起子代不育。對備選材料進(jìn)行多態(tài)(差異)性檢測，綜合測定結(jié)果，選擇有一定量多態(tài)性的一對或幾對材料作為遺傳作圖親本。構(gòu)建作圖群體

*單交組合產(chǎn)生的F2；*衍生的F3、F4家系；*由連續(xù)多代自交或姐妹交產(chǎn)生的重組近交系(RIL)；*通過單倍體加倍而成的雙單倍體(DH)；*利用回交或三交(復(fù)交)產(chǎn)生的后代群體。遺傳標(biāo)記的染色體定位利用遺傳學(xué)方法或其它方法將少數(shù)標(biāo)記錨定在染色體上，作為確定連鎖群的參照系。常用的方法：單體分析三體分析代換系分析附加系分析標(biāo)記間的連鎖分析利用在兩個親本間有多態(tài)性的標(biāo)記分析分離群體中所有個體的基因型根據(jù)連鎖交換的情況，確定標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系和遺傳距離有計算機(jī)軟件可以應(yīng)用§3基因組圖譜的構(gòu)建基因組計劃的主要任務(wù)是獲得全基因組序列現(xiàn)在的測序方法每次只能測800～1000bp

大量的測序片段要拼接:“鏈中止法”、

“鳥槍法”鏈中止法

DNA測序鳥槍法拼接錯誤：Repeat的存在基因組圖譜遺傳圖譜（geneticmap物理圖譜（physicalmap）基因組計劃的第一個環(huán)節(jié)：構(gòu)建基因組圖譜遺傳圖譜（geneticmap）概念：確定基因或DNA標(biāo)記在染色體上的相對位置與遺傳距離

采用遺傳分析的方法將基因或DNA序列標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。（1）基因標(biāo)記基因控制性狀，利用可鑒別的表型性狀作標(biāo)記

根據(jù)連鎖交換原理分析基因間連鎖關(guān)系和遺傳距離

繪制連鎖圖譜。

缺點(diǎn)：基因數(shù)目有限、所構(gòu)建遺傳圖譜不詳細(xì)、標(biāo)記間的遺傳距離較大。最早建立的果蠅連鎖圖，就是利用控制果蠅眼睛的形狀、顏色，軀體的顏色、翅膀的形狀等形態(tài)性狀作為標(biāo)記，分析它們連鎖關(guān)系及遺傳距離，繪制而成的。控制性狀的其實是基因，所以形態(tài)標(biāo)記實質(zhì)上就是基因標(biāo)記。果蠅連鎖圖水稻遺傳圖1994年，水稻第一張高密度遺傳圖譜927個位點(diǎn)，1383個標(biāo)記1998年，1157個位點(diǎn)，2275個標(biāo)記2000年，3267個標(biāo)記人類遺傳圖譜的構(gòu)建

不可能根據(jù)需要選擇親本，設(shè)計雜交組合，構(gòu)建分離群體！只能檢測現(xiàn)存家庭連續(xù)幾代成員的基因型家系分析法資料有限、必須借助于統(tǒng)計學(xué)方法現(xiàn)有的人類遺傳圖譜

1～22號染色體，8個家系134個成員X染色體，12個家系170個成員5364個SSR標(biāo)記2335個位點(diǎn)標(biāo)記間的平均距離599kb物理圖譜的構(gòu)建用分子生物學(xué)方法直接檢測DNA標(biāo)記在染色體上的實際位置繪制成的圖譜稱為物理圖譜。

2023/8/1548有遺傳圖譜為什么還要構(gòu)建物理圖譜？遺傳圖譜的缺陷

分別率有限、精確性不夠人類只能研究少數(shù)減數(shù)分裂事件，不能獲得大量子代個體測序要求每個標(biāo)記的間隔小于100kb，實際是599kb酵母遺傳圖與物理圖比較遺傳圖物理圖人類基因組物理圖1987年，RFLP圖譜，403個標(biāo)記，10Mb1994年，5800個標(biāo)記，0.7Mb1996年，17000多個標(biāo)記，100kb完全適應(yīng)全基因組測序的要求遺傳圖與物理圖的整合有些標(biāo)記既是遺傳標(biāo)記