基因组与生物信息学(课件)PPT文档格式.pptx

1、即整 套染色体所包含套染色体所包含的的DNA分子分子以以及及DNA分子所携分子所携带带的全部的全部遗传遗传信息信息。原核生物基原核生物基 因因组组就是原核就是原核细细胞内构成染色体的一胞内构成染色体的一个个DNA分子。真核生物有核基因分子。真核生物有核基因组组和和细细胞胞 器基因器基因组组（如（如线线粒体基因粒体基因组组和叶和叶绿绿体基因体基因组组）。）。什么是什么是C值值？C 值值通常是指一种生物通常是指一种生物单单倍体基因倍体基因组组DNA的的总总量量.在真核生物中在真核生物中，C值值一般随着生物的一般随着生物的进进化而增加，高等生化而增加，高等生物物C值值一般大于低等生物。一般大于低等生

2、物。C值值悖理：生物的复悖理：生物的复杂杂性与基因性与基因组组的大小并不完全成比例增加的大小并不完全成比例增加植物植物动动物物真菌等真菌等 细细菌菌bp基因基因组组的大小的大小670,000 Mb160,000140,00084,00018,0009,3008,000Amoeba dubia（阿阿 米米 巴巴 原原 虫虫 ）Ophioglossum petiolatum（蕨（蕨类类植物）植物）Protopterus aethiopicus（肺肺 鱼鱼 ）Amphiuma menas（蝾蝾螈）螈）Allium cepa（洋洋 葱葱 ）Schistocerca gregaria（蝗虫）（蝗虫）Ze

3、a mays（玉米）（玉米）Homo sapiens（人）人）Oryza sativa（水稻）水稻）Drosophila melanogaster（黑腹果黑腹果蝇蝇）Arabidopsis thaliana（拟拟 南南 芥芥 ）Saccharomyces cerevisiae（酿酿酒酵母）酒酵母）E.coli（大（大肠肠杆菌）杆菌）3,100400165100124.6http:/ Genome Size Database Plant DNA C-values Database Fungal Genome Size Database genomesize/index.php3100000000

4、个个ATGC为为什么要研究基因什么要研究基因组组？基因基因组组学学 （Genomics）vs.传统遗传传统遗传学学 特征特征传统遗传传统遗传学：研究数目有限的基因学：研究数目有限的基因基因基因组组学：研究学：研究细细胞核的所有胞核的所有遗传遗传信息信息 方法方法传统遗传传统遗传学：学：遗传现遗传现象和象和规规律律基因基因组组学：遗传遗传物物质质（DNA）的全面）的全面测测序序 及分析及分析1.1.结结构基因构基因组组学学主要涉及主要涉及从从DNA序列水平上序列水平上来来确定基因确定基因组结组结构，代表着基因构，代表着基因组组分析的起始分析的起始阶阶段，段，结结 构构图谱图谱指某一有机体的完整指

5、某一有机体的完整的的DNA序列序列图谱图谱。2.2.功能基因功能基因组组学学利用利用结结构基因构基因组组学研究所得到的各种来源的信息，建立与学研究所得到的各种来源的信息，建立与发发展各种技展各种技术术和和实验实验模型模型 来来测测定基因及基因定基因及基因组组非非编码编码序列生物学功能的学科。代表着基因序列生物学功能的学科。代表着基因组组学的新学的新阶阶段。段。3.3.比比较较基因基因组组学学主主要要涉涉及及不不同同有有机机体体基基因因组组间间的的比比较较研研究究。是是基基因因组组学学与与生生物物信信息息学学的的一一个个重重要要分分 支支。通通过过模模式式生生物物基基因因组组间间或或模模式式生生

6、物物与与人人类类基基因因组组之之间间，待待研研究究生生物物与与模模式式生生物物 基因基因组组之之间间的比的比较较和和鉴别鉴别，为为研究生物研究生物进进化、基因分离以及化、基因分离以及预测预测新基因提供依据。新基因提供依据。一、基因一、基因组组与基因与基因组组学学二、二、DNA测测序技序技术术DNA测测序技序技术术 1技技术术路路线线：将双将双链链DNA样样品品变变为为单链单链每个每个单链单链的同一方向的同一方向末末端都端都用用放放射射性同性同位位素素 标记标记,以便以便显显示示DNA条条带带用不同的方法特异修用不同的方法特异修饰饰碱基碱基分分别别用不同方法用不同方法处处理理,获获得只得只差差一

7、一个个核苷核苷酸酸的的 降解降解DNA群群体体电电泳泳,读读取取DNA的的核核苷苷酸酸顺顺序序碱碱基基特异修特异修饰饰方方法法GPh8.0,用用硫硫酸酸二二甲甲酯酯对对 N7进进行行甲甲 基基化化,使使 C8-C9键键对对碱碱基基裂裂解解有有特特 殊敏感殊敏感性性A+GpH2.0 哌啶哌啶甲酸可使甲酸可使嘌嘌呤呤环环的的N 原子化原子化,从而从而导导致脱致脱嘌嘌呤呤,并并因此因此消消 弱腺弱腺嘌嘌呤和呤和鸟鸟嘌嘌呤的糖苷呤的糖苷键键C+T肼肼可打开可打开嘧啶嘧啶环环,后者重新后者重新环环化化成成 五元五元环环后易除后易除去去C1.5mol/L NaCl存在存在时时,可用可用肼肼除除 去胞去胞嘧

8、嘧啶啶化学化学测测序法序法基本原理：在基本原理：在选选定的核苷酸碱定的核苷酸碱基基中引中引入入化学化学基基团团，再，再用用化合物化合物 处处理，使理，使DNA分子在被修分子在被修饰饰的的位位置降置降解。解。DNA测测序技序技术术 1化学化学测测序法序法基本原理：在选选定的核苷酸碱基中引入化学基定的核苷酸碱基中引入化学基团团，再用化合物，再用化合物处处理，理，使使DNA分子在被修分子在被修饰饰的位置的位置降降解。DNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法弗雷德弗雷德桑格桑格尔尔（Fred Sanger）英国生物化学家弗雷英国生物化学家弗雷德德桑格桑格尔尔（Fred（Frederick）S

9、anger，1918年年8月月13日日 2013年年11月月19日），分日），分别获别获得得1958年年和和1980年年诺贝诺贝尔尔化学化学奖奖。他是同一。他是同一领领域内两次域内两次获奖获奖的第二人，更关的第二人，更关键键的是，的是，两次两次获奖获奖理由都可理由都可归结为归结为：测测序序。1958：弗雷德弗雷德桑格桑格尔尔发发明明酶酶法法测测 定人胰定人胰岛岛素序列，从而确定胰素序列，从而确定胰岛岛素的分子素的分子结结构，开构，开创创了了蛋白蛋白质测质测序序 的的领领域。域。1980：弗雷德弗雷德桑格桑格尔尔、沃、沃尔尔特特吉吉尔尔伯特共同荣伯特共同荣获诺贝获诺贝尔尔 化学化学奖奖。他。他们

10、们的的贡贡献在于：分献在于：分别别使用不同的方使用不同的方法法测测定定DNA的序列的序列。Sanger法后来成法后来成为为主流，并用于人主流，并用于人类类基因基因组计组计划划（HGP）的的测测序。序。DNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法特定碱基配对 A-T G-C含氮碱基（ATGC）脱氧核糖磷酸基团聚合聚合成成DNA方方向向5P 3OHDNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法-链终链终止法止法含氮碱基（ATGC）磷酸基团聚合聚合成成DNA双双脱氧核糖核酸XX方方向向5P 3OH基本原理基本原理:通通过过合成与合成与单单链链DNA互互补补的多核苷酸的多核苷酸链链，由于，由

11、于掺掺入了各种双脱氧入了各种双脱氧核核糖核糖核 酸酸（ddA，ddC，ddG，ddT）合成的互合成的互补链补链可在不同位置随机可在不同位置随机终终止反止反应应，产产 生只差一个核苷酸生只差一个核苷酸的的DNA分分子子，从而来，从而来读读取待取待测测DNA分子的分子的顺顺序。DNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法-链终链终止法止法同位素同位素标记标记手工手工测测序序图图：跑一次胶可以：跑一次胶可以读读300nt左右左右DNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法-链终链终止法（机器自止法（机器自动动化）化）用用荧荧光光标记标记双双 脱氧核苷脱氧核苷酸酸ABI377测测序序仪仪A

12、BI3730测测序序仪仪DNA测测序技序技术术 2Sanger测测序法序法-链终链终止法（机器自止法（机器自动动化）化）每道可以每道可以读读出出500-800nt的数据的数据一、基因一、基因组组与基因与基因组组学学二、二、DNA测测序技序技术术 三、人三、人类类基因基因组计组计划划人人类类基因基因组计组计划划于于1990年正式启年正式启动动。其核心内容是构。其核心内容是构建建DNA序列序列图图，即即分析分析 人人类类基因基因组组DNA分子的基本分子的基本成成分及碱基的排列分及碱基的排列顺顺序，序，绘绘制成序列制成序列图图。这这一一计计划划 与与“曼哈曼哈顿顿原子原子弹弹研制研制计计划划”、“阿

13、波阿波罗罗登月登月计计划划”并称并称为为人人类类科学史上的科学史上的“三大三大计计划划”。中国、德国、法国、日本、英国与美。中国、德国、法国、日本、英国与美国国6个国家的个国家的16个中心个中心组组成国成国际协际协作作组组，人，人类类基因基因组计组计划所倡划所倡导导的是的是“全球合作、免全球合作、免费费共享共享”的原的原则则。1985年：美国能源年：美国能源部部（DOE）在加州大学首次在加州大学首次对对人人类类基因基因组组全部全部测测序序进进行行 可行性可行性论证论证形成形成“人人类类基因基因组计组计划划”草案。草案。1986年：年：诺贝诺贝尔尔奖获奖获得得者者Dulbecco（研究研究肿肿瘤

14、病毒复制）瘤病毒复制）在在Science上上发发 表表论论文文肿肿瘤研究的瘤研究的转转折点：人折点：人类类基因基因组测组测序序，提出人，提出人类类基因基因组计组计划，划，并倡并倡导导全世界科学家共同完成全世界科学家共同完成这这一国一国际际性大性大课题课题。“如如果果我我们们想想要要更更多多地地了了解解癌癌症症，就就必必须须集集中中注注意意力力于于细细胞胞的的基基因因组组我我们们面面 临临两两种种选选择择，要要么么试试图图用用零零碎碎的的研研究究来来发发现现与与恶恶性性肿肿瘤瘤相相关关的的重重要要基基因因，要要么么干干 脆脆对对选选定定的的动动物物物物种种进进行行全全基基因因组组测测序序从从哪哪个个物物种种着着手手努努力力呢呢？如如果果我我们们想想 了了解解人人类类的的癌癌症症，那那么么就就应应该该从从人人类类着着手手，因因为为在在不不同同的的物物种种中中癌癌症症的的基基因因控控制制 似似乎乎是是不不同同的的。人人类类癌癌症症的的研研究究将将会会因因为为对对DNA有有更更为为细细致致的的了了解解而而获获得得巨巨大大的的 提升。提升。”人人类类基因基因组计组计划大事划大事记记 11985年：人类类基因基因组测组测序序，提出