第五章 基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)

第五章基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)

基因組（genome)是指一個(gè)物種的單倍體的染色體數(shù)目，又稱染色體組。它包含了該物種自身的所有基因。

基因組學(xué)（genomic)是指對(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）、核酸序列測(cè)定、基因定位和基因功能分析的科學(xué)。包括結(jié)構(gòu)基因組（structuralgenomic)和功能基因組（functionalgenomic)5.1基因組學(xué)的概念尋找致病基因的過程及與四張圖譜的關(guān)系5.2.1遺傳圖譜(連鎖圖譜):基因組內(nèi)基因及專一的多態(tài)性DNA標(biāo)記相對(duì)位置的圖譜,是根據(jù)DNA重組原理用遺傳學(xué)距離來排定在染色體上的相對(duì)位置。通過計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)志之間的重組頻率,用厘摩(centimorgan,cM)來表示相對(duì)距離1cM概念即每次減數(shù)分裂的重組頻率為1%,重組率代表兩基因間的距離,距離越近,兩個(gè)基因連鎖越緊密,重組率越小人類基因組平均遺傳長(zhǎng)度為3300cM,細(xì)胞遺傳學(xué)研究表明:在產(chǎn)生一個(gè)種系細(xì)胞的減數(shù)分裂過程中,平均的交換次數(shù)為33次,而人類DNA物理長(zhǎng)度大約為30億個(gè)堿基對(duì),據(jù)此推測(cè)1cM約等于1,000,000堿基對(duì)的物理長(zhǎng)度5.2基因組學(xué)的圖譜第一代標(biāo)記:限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)

RFLP是指不同個(gè)體基因組內(nèi)的核苷酸序列因某種原因產(chǎn)生堿基突變后，改變了某種限制性內(nèi)切酶的剪切位點(diǎn)，使此酶在該位點(diǎn)不能剪切，形成了長(zhǎng)度不等的限制性片段。這些限制性片段在不同個(gè)體間呈現(xiàn)的多態(tài)性現(xiàn)象稱為限制片段長(zhǎng)度多態(tài)性。RFLP的特點(diǎn)：在基因組研究和基因定位克隆應(yīng)用中具有重要價(jià)值?？稍谶z傳圖譜和物理圖譜之間起橋梁作用，又可以作為致病基因的連鎖標(biāo)記，確定致病基因與標(biāo)記的位置和連鎖關(guān)系，尋找致病基因遺傳圖譜的發(fā)展產(chǎn)生機(jī)制：DNA復(fù)制或修復(fù)過程中，堿基錯(cuò)配導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)重復(fù)單位的缺失或插入。MS的特點(diǎn)：分類多、分布廣泛、高度多態(tài)性、雜合性高、重組率低、信息含量多第二代標(biāo)記:微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA,MS)或短串聯(lián)重復(fù)序列(STR):由1-6bp個(gè)堿基組成的串聯(lián)重復(fù)序列,由于其重復(fù)單位短小,又可以叫做簡(jiǎn)單序列DNA最常見的是雙核苷酸重復(fù),即(CA)n和(TG)n,n可以是10-60,多位于基因的內(nèi)含子或非翻譯區(qū)等非編碼渠內(nèi)，其高度多態(tài)性多來源于串聯(lián)數(shù)目的不同第三代標(biāo)記：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性（SNP）：指不同個(gè)體基因組DNA序列中同一位置上的單個(gè)核苷酸的差異，差異在群體中所占比例均大于1%，就人類基因組而言，大約每1000bp就有一個(gè)SNP，那么整個(gè)基因組可能有300萬個(gè)SNP位點(diǎn)SNP的分類：一類是位于基因編碼序列、決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的SNP，稱為互補(bǔ)SNP(complementarySNP,cSNP)；另一類是位于基因調(diào)控序列中的單核苷酸多態(tài)性，稱為SNP。MS的應(yīng)用：可繪制高分辨率的遺傳連鎖圖，并為基因組全序列測(cè)定及基因分離奠定基礎(chǔ)，也可以是物理圖的標(biāo)志，促進(jìn)了遺傳圖和物理圖的整合SNP的優(yōu)越性：a、位點(diǎn)豐富，在基因組中具有較大的覆蓋率，覆蓋密度可達(dá)1%；b、用DNA芯片及微陣列技術(shù)可對(duì)上萬個(gè)SNP進(jìn)行分型分析，分析量大，可彌補(bǔ)凝膠分析手段的不足；c、可選擇具有群體特異性的SNP進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，有助于確定染色體狹窄區(qū)段內(nèi)是否存在靶基因。SNP的應(yīng)用：連鎖分析、疾病關(guān)聯(lián)分析、多基因疾病的基因定位、發(fā)病機(jī)理、個(gè)體識(shí)別及親子鑒定、生物進(jìn)化關(guān)系的研究等

5.2.2物理圖譜是把遺傳圖譜中克隆群上的DNA片段按實(shí)際的物理距離（Mb，kb，bp）進(jìn)行排序所構(gòu)建的圖譜。1、染色體圖譜（細(xì)胞遺傳圖譜）：用原位雜交或熒光原位雜交FISH技術(shù)確定DNA片段在染色體上的區(qū)帶位置2、長(zhǎng)片段限制性酶切圖譜：表明DNA分子上的限制位點(diǎn)、數(shù)目、限制片段大小及排列順序的圖譜3、DNA克隆片段重疊群圖：是一組帶有外源DNA的載體疊連群。這組克隆了外源DNA片段的載體可通過末端重疊序列相互連接成連續(xù)的DNA片段，確定出重疊DNA片段克隆的順序和距離。4、基于STS的物理圖譜A、序列標(biāo)簽位點(diǎn)（sequencedtaggedsite，STS）一段約200-300bp的特定DNA序列，每個(gè)STS序列位點(diǎn)對(duì)應(yīng)于基因組中一個(gè)單獨(dú)的位置。來源于EST序列、隨機(jī)測(cè)序等B、表達(dá)序列標(biāo)簽（expressedsequencesite，EST）隨機(jī)選取cDNA克隆的部分（末端）序列，即一個(gè)EST對(duì)應(yīng)于某一種mRNA的一個(gè)cDNA克隆的一段序列，一般長(zhǎng)度為300-500bp，經(jīng)一定方法定位后轉(zhuǎn)變?yōu)镾TS。EST的應(yīng)用：全長(zhǎng)基因的克?。?gòu)建重疊群）、基因定位、基因表達(dá)、基因結(jié)構(gòu)分析物理圖譜的特點(diǎn)：可把遺傳學(xué)信息和物理信息進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換，片段重疊群則為研究該區(qū)域提供了可操作的基因組材料，得到相互重、覆蓋的DNA片段，可在這一區(qū)域?qū)ふ夷骋换颉、STS含量圖中，STS標(biāo)記物通過PCR監(jiān)測(cè)，插入克隆基因庫（YACs或BACs），如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的克隆包含相同的STS，那么這些片段緊密相鄰的機(jī)會(huì)就會(huì)很高片段克隆群（連續(xù)克隆群，contig）：為搞清某片段DNA的排列順序而建立的一組克隆，被克隆的DNA小片段有相互鄰接并部分重疊的關(guān)系，從而可完全覆蓋該段DNA，一個(gè)這樣的克隆群即為一個(gè)contig5.2.3轉(zhuǎn)錄圖譜

轉(zhuǎn)錄圖譜又稱表達(dá)圖譜、基因圖譜、外顯子圖譜。(據(jù)報(bào)道，在人類基因中，通常僅有3%-5%的基因得以表達(dá)。)所有的蛋白質(zhì)均由mRNA編碼，把mRNA通過反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA，再用穩(wěn)定的cDNA或EST片段做探針進(jìn)行分子雜交，鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基因。由EST繪制的圖譜稱為轉(zhuǎn)錄圖譜。轉(zhuǎn)錄圖譜的意義：能有效的反映在正常或受控條件中表達(dá)的全基因的時(shí)空?qǐng)D，可了解某一基因在不同時(shí)間不同組織