基因、基因組和基因組學(xué)

1、Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因、基因組與基因組學(xué)Gene、Genome & Genomics,溫州醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院,醫(yī)學(xué)分子生物學(xué) ? 第二章,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.1 基因的結(jié)構(gòu)與功能 2.2 基因組的結(jié)構(gòu)與功能 2.3 基因組學(xué),主要內(nèi)容,Zhejiang Provinc

2、ial Key Lab of Medical Genetics,2.1.1 基因的分類2.1.2 基因的結(jié)構(gòu)2.1.3 基因的功能,2.1 基因的結(jié)構(gòu)與功能,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因的概念,遺傳學(xué)角度：分子生物學(xué)角度：,基因（gene）：是指攜帶有遺傳信息的DNA或RNA序列，也稱為遺傳因子。,基因（gene）：是合成有功能的蛋白質(zhì)或RNA所必需的全

3、部DNA，包括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核酸序列及為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因的研究簡(jiǎn)史,孟德爾（Mendel）的顆粒因子：一個(gè)因子決定一個(gè)性狀(1865年)。約翰森（Johannsen）：首先提出基因一詞（1909年）摩爾根（Morgan）的基因論：一個(gè)基因控制一個(gè)性狀（1926年），明確了基因存在于染色體上。Beadle 和T

4、atum：一個(gè)基因一個(gè)酶學(xué)說（1941年）。Avery肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是DNA（1944年）。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,,赫爾希和蔡斯：噬菌體大腸桿菌感染實(shí)驗(yàn)，只有DNA能進(jìn)入大腸桿菌（1952年）。Watson 和Crick：提出DNA右手雙螺旋理論（1953年）。Crick：提出中心法則（1957年）。Benzer：提出一

5、個(gè)順反子，一條多肽鏈的概念（1957年）。Jacob和Monod：提出了操縱子模型（1961年）。尼倫伯格：三聯(lián)密碼子學(xué)說將DNA結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來（1966年） 。Sharp等：真核生物基因中的斷裂現(xiàn)象（1977年）。 噬菌體中發(fā)現(xiàn)了重疊基因（1978年）。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.1.1 基因的分類,基因根據(jù)其是否具有轉(zhuǎn)

6、錄和翻譯功能可分為：結(jié)構(gòu)基因(structural genes)：可被轉(zhuǎn)錄形成mRNA，并轉(zhuǎn)譯成多肽鏈，構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，催化各種生化反應(yīng)的酶和激素等。調(diào)節(jié)基因(regulatory genes)：指某些可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。核糖體RNA基因(ribosomal RNA genes，rRNA基因)與轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因(transfer RNA genes， tRNA基因) ：這類基因只轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生相應(yīng)的RNA而不翻譯成多肽

7、鏈。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.1.2 基因的結(jié)構(gòu),人類基因按照功能的不同分為3個(gè)區(qū)域：編碼區(qū)：能夠編碼產(chǎn)生蛋白質(zhì)的序列，包括外顯子與內(nèi)含子前導(dǎo)區(qū)：位于編碼區(qū)上游，相當(dāng)于mRNA 5’端非編碼區(qū)（非翻譯區(qū)）調(diào)節(jié)區(qū)：包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子等基因編碼區(qū)的兩側(cè)也稱為側(cè)翼序列,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genet

8、ics,,基因的一般結(jié)構(gòu),Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.1.2 基因的結(jié)構(gòu),病毒到高等生物的細(xì)胞核均共用一套遺傳密碼。牛，酵母線粒體和植物葉綠體基因序列結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，其密碼有異于細(xì)胞核的遺傳密碼 。密碼子有可能重復(fù)利用?；虻拇笮≈饕Q于其內(nèi)含子的有無(wú)、大小以及數(shù)量。,開放閱讀框架（ open reading frame，ORF ）：是指DNA鏈上，由蛋

9、白質(zhì)合成的起始密碼開始，到終止密碼為止的一個(gè)連續(xù)編碼。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.1.3 基因的功能,基因有控制遺傳性狀和活性調(diào)節(jié)的功能?；虻谋磉_(dá)活性有嚴(yán)格的時(shí)間和空間特異性?；蛑饕ㄟ^兩條途徑控制生物的性狀：一是通過控制酶的合成來控制生物的性狀。二是通過控制結(jié)構(gòu)蛋白的成分直接控制生物的形狀。,Zhejiang Provincial Key Lab

10、 of Medical Genetics,2.2 基因組的結(jié)構(gòu)與功能,2.2.1 病毒基因組的結(jié)構(gòu)和功能 2.2.2原核生物基因組的結(jié)構(gòu)和功能 2.2.3真核生物基因組的結(jié)構(gòu)和功能,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因組（genome）：是指生物體全套遺傳信息，包括所有基因和基因間的區(qū)域,原核生物（prokaryote）和真核生物（eukaryote）的基因組都是DNA

11、 病毒基因組有的是DNA，有的是RNA,基因組（原核生物和真核生物）,2.2 基因組的結(jié)構(gòu)與功能,染色體基因組（chromosomal genome） 染色體外基因組（extrachromosomal genome） 如：細(xì)菌的質(zhì)粒（plasmid）DNA 真核生物的線粒體（mitochondria）DNA 葉綠體（chloroplast）DNA,Z

12、hejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,,基因組的大小通常以其DNA的含量來表示。進(jìn)化程度越高的生物其基因組越大DNA含量越高，結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。存在反?，F(xiàn)象： 許多復(fù)雜性相近的生物體其基因組大小卻顯著不同：果蠅的基因組大約是蝗蟲基因組的1/25。,C值（C value）：是指一種生物體單倍體基因組DNA的總量。,Zhejiang Provincial Key Lab

13、 of Medical Genetics,表2-1 不同生物體基因組中基因的比較,待續(xù),Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1 病毒基因組的結(jié)構(gòu)和功能,,Zhejiang Prov

14、incial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1.1病毒基因組可以由DNA或RNA組成,病毒的核酸通常是DNA或?yàn)镽NA分子，目前未見報(bào)道在同一病毒顆粒中共存在兩種核酸的情況。病毒基因組的DNA或RNA可以是單鏈的，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)的，也可以是線性的。,,,基因組 形狀 乳頭瘤病毒 DNA 雙

15、鏈閉環(huán) 腺病毒 DNA 雙鏈線狀 脊髓灰質(zhì)炎病毒 RNA 單鏈 呼腸弧病毒 RNA 雙鏈,,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,

16、2.2.1.2 病毒基因組的大小相差較大,病毒的基因組很?。号c細(xì)菌或真核細(xì)胞相比。不同的病毒之間其基因組大小相差很大。 乙肝病毒DNA：3kb，信息量較小，編碼4種蛋白質(zhì) 痘病毒的基因組：300kb，編碼幾百種蛋白質(zhì)（病毒復(fù)制所涉及 的酶類編碼，核苷酸代謝的酶類）病毒基因組的大小通常與其對(duì)宿主的依賴程度有關(guān)，基因組越大，依賴性越小。,Zhejiang Provi

17、ncial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1. 3 部分RNA病毒基因組編碼序列具有節(jié)段性,多數(shù)RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成： 流感病毒的基因組RNA分子是節(jié)段性的，由八條RNA分子構(gòu)成，每條RNA分子都含有編碼蛋白質(zhì)分子的信息 輪狀病毒的基因組由10個(gè)節(jié)段性的線性雙鏈RNA分子構(gòu)成，每段RNA分子都編碼一種

18、蛋白質(zhì)。 分段基因組的病毒一般感染效率較低 分段基因組容易發(fā)生重組，故病毒容易變異,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1. 4 病毒基因存在基因重疊,這種現(xiàn)象在其它的生物細(xì)胞中僅見于線粒體和質(zhì)粒DNA，是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的意義在于使較小的基因組能夠攜帶較多的遺傳信息。 重疊基因是1977年Sanger在研究ΦX174時(shí)發(fā)現(xiàn)的。,基因重疊：是

19、指同一段DNA片段能夠參與編碼兩種甚至兩種以上的蛋白質(zhì)分子。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因重疊,ΦX174是一種單鏈DNA病毒，宿主為大腸桿菌。它感染大腸桿菌后可合成11個(gè)蛋白質(zhì)分子，總分子量為25萬(wàn)左右，相當(dāng)于6078個(gè)核苷酸所容納的信息量。而ΦX174病毒DNA本身卻只有5375個(gè)核苷酸，最多只能編碼總分子量為20萬(wàn)的蛋白質(zhì)分子。,Zhejiang Prov

20、incial Key Lab of Medical Genetics,基因重疊的方式,（1）一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因里面。（2）幾個(gè)基因部分重疊。（3）兩個(gè)基因之間只有一個(gè)堿基重疊。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,噬菌體ΦX174的重疊基因,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,基因重疊的方式,（1）一個(gè)基

21、因完全在另一個(gè)基因里面。（2）幾個(gè)基因部分重疊。（3）兩個(gè)基因之間只有一個(gè)堿基重疊。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1. 5 病毒基因組的大部分序列具有編碼功能,病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有非常小的一部份沒有編碼功能翻譯，這與真核細(xì)胞基因組截然不同。ΦX174基因組中不編碼的序列只占217/5375乳頭瘤病毒基因組約8.0Kb，其中不

22、編碼的部分約為1.0kb。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1. 6 病毒基因組的轉(zhuǎn)錄單元是多順反子,多順反子mRNA（polycistronie mRNA） ：是指病毒基因組DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定的部位，形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。它們可被一起轉(zhuǎn)錄成含有多個(gè)mRNA的分子。,Zhejiang Prov

23、incial Key Lab of Medical Genetics,噬菌體ΦX174,ΦX174 基因組中的D-E-J-F-G-H基因也轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)mRNA中，然后再翻譯成各種蛋白質(zhì)，其中Ｊ、F、G及H都是編碼外殼蛋白的，D 蛋白與病毒的裝配有關(guān)，E 蛋白負(fù)責(zé)細(xì)菌的裂解， 因此它們?cè)诠δ苌鲜窍嚓P(guān)的,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1.7 病毒基因組都是單倍體，

24、 反轉(zhuǎn)錄病毒例外，是二倍體,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.1.8 噬菌體基因具有連續(xù)性，而真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.2原核生物基因組的結(jié)構(gòu)和功能,原核生物基因組通常比較簡(jiǎn)單，其基因組大小在106bp～107bp之間，所包含的基因數(shù)目幾百個(gè)到數(shù)

25、千個(gè)之間。,類核（nucleoid）：是指原核生物基因組通常由一條環(huán)狀的雙鏈DNA分子組成，在細(xì)胞中與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色體的形式，在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)致密的區(qū)域。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 大腸桿菌的類核結(jié)構(gòu)模型,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.2.1 大腸桿菌染色體基因組的結(jié)構(gòu)和功能,大腸桿菌基

26、因組序列中的基因密度非常高，編碼區(qū)所占的比例較大。大腸桿菌中總共有4288個(gè)基因，平均編碼長(zhǎng)度為950bp，基因之間的間隔區(qū)長(zhǎng)度為118bp，而且這些結(jié)構(gòu)基因沒有內(nèi)含子。大腸桿菌DNA分子中的重復(fù)序列很少，但在大腸桿菌基因組中不同部位可以有稱為轉(zhuǎn)座子的50kb的重復(fù)片段。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,大腸桿菌染色體基因組,,Zhejiang Provincial K

27、ey Lab of Medical Genetics,轉(zhuǎn)座因子,最初是在大腸桿菌半乳糖操縱子的研究中發(fā)現(xiàn)的。原核生物轉(zhuǎn)座因子主要有二類：一類是插入序列(insertion sequence，IS) ：2 000bp以內(nèi)，兩端正向重復(fù)序列（direct repeats，DR）、反向重復(fù)序列（inverted repeats，IR），中間1kb左右的編碼序列，僅編碼和轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶。另一類是復(fù)合型轉(zhuǎn)座子( composite t

28、ransposon) ：2 000～20 000bp之間，兩端由一對(duì)IS元件組成，帶有與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因和其他基因。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 Tn的基本結(jié)構(gòu),Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.2.2大腸桿菌染色體外基因組的結(jié)構(gòu)和功能,大腸桿菌質(zhì)粒是雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)的DNA分子。可以有共

29、價(jià)閉合環(huán)狀DNA、缺口的環(huán)狀、DNA線性DNA 三種結(jié)構(gòu)狀態(tài)。,質(zhì)粒（plasmid）：是指一類染色體外具有自主復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子，屬染色體外基因組。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,質(zhì)粒 (plasmid),特點(diǎn)：能在宿主細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立自主復(fù)制；帶有某些遺傳信息, 會(huì)賦予宿主細(xì)胞一些遺傳性狀。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medic

30、al Genetics,質(zhì)粒的功能,質(zhì)粒對(duì)宿主細(xì)胞的生存一般不是必需的，但質(zhì)粒帶有某些特殊的不同于宿主細(xì)胞的遺傳信息，其存在賦予宿主細(xì)胞一些新的遺傳性狀，某些情況下有利于細(xì)胞的生長(zhǎng)。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,表2-2 細(xì)菌質(zhì)粒所控制的一些性狀。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,質(zhì)粒的復(fù)制,質(zhì)粒能自主復(fù)制

31、，是能獨(dú)立復(fù)制的復(fù)制子（autonomous replicon）。嚴(yán)緊控制（stringent control）型質(zhì)粒：其復(fù)制常與宿主的繁殖偶聯(lián)，拷貝數(shù)較少，每個(gè)細(xì)胞中只有1個(gè)到十幾個(gè)拷貝。松弛控制（relaxed control）型質(zhì)粒：其復(fù)制與宿主不偶聯(lián)，每個(gè)細(xì)胞中有幾十到幾百個(gè)拷貝。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,質(zhì)粒的穩(wěn)定性與不相容性,影響質(zhì)粒穩(wěn)定性的因素

32、有兩種：①宿主細(xì)胞分裂時(shí)質(zhì)粒能否均衡地分配到子代細(xì)胞。②質(zhì)粒分子自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。,質(zhì)粒的不相容性（incompatibility）：是指兩個(gè)不同的質(zhì)粒因利用同一復(fù)制和維持機(jī)制，在復(fù)制和隨后向子代細(xì)胞分配的過程中會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，從而不能在同一宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在，其中一種質(zhì)粒將被丟失的現(xiàn)象。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3 真核生物基因組的結(jié)構(gòu)和功能,真核生物的

33、遺傳物質(zhì)絕大部分存在于細(xì)胞核染色體，少部分存在于線粒體或葉綠體中，因此真核生物基因組可分為細(xì)胞核基因組和細(xì)胞器基因組。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,,真核生物的染色體基因組一般比較龐大，例如人的單倍體基因組由3×109bp堿基組成，按1000個(gè)堿基編碼一種蛋白質(zhì)計(jì)算，理論上可有300萬(wàn)個(gè)基因。但實(shí)際上，人類基因組中僅含有25 000～30 000個(gè)基因。這

34、些與表達(dá)無(wú)關(guān)的DNA大部分是基因間隔區(qū)序列，基因間隔區(qū)序列主要由重復(fù)DNA構(gòu)成。 只有很少一部份（約占2-3％）的DNA序列用以編碼蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)RNA。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1 真核生物染色體基因組特點(diǎn),2.2.3.1.1真核生物基因組存在大量的重復(fù)序列 2.2.3.1.2 真核基因組的另一特點(diǎn)是存在多基 因家族與假基因,Z

35、hejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1.1真核生物基因組存在大量的重復(fù)序列,單拷貝序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1.1.1單拷貝序列（低度重復(fù)序列）,在單倍體基因組中，單拷貝序列只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，占DNA總量的40-80％： 果蠅中占79％，小鼠中

36、占70％。結(jié)構(gòu)基因基本上屬于單拷貝序列，儲(chǔ)存的巨大遺傳信息，用來編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)，體現(xiàn)了生物的各種功能。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1.1.2 中度重復(fù)序列,中度重復(fù)序列在真核基因組中重復(fù)次數(shù)為10～105，占DNA總量的10-40％： 果蠅中占15％，小鼠中占20％。編碼rRNA、tRNA、組蛋白以及免疫球蛋白的機(jī)構(gòu)基因等都屬

37、于這一類，另有部分可能與基因的調(diào)控有關(guān)。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,Alu家族,是中度重復(fù)序列研究較多的一種散在重復(fù)序列，因序列內(nèi)部有限制性內(nèi)切酶AluI的酶切位點(diǎn)而得名。 Alu序列每個(gè)成員的長(zhǎng)度約300bp，由兩個(gè)130bp的正向重復(fù)序列組成，二者之間有31bp的間隔序列，Alu序列的重復(fù)次數(shù)為30-50萬(wàn)次。,Zhejiang Provinci

38、al Key Lab of Medical Genetics,rRNA基因,rRNA基因通常集中成簇存在，而不是分散于基因組中，這樣的區(qū)域稱為rDNA，如染色體的核仁組織區(qū)（nucleolus organizer region）即為rDNA區(qū)。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 非洲爪蟾的rRNA基因結(jié)構(gòu),Zhejiang Provincial Key Lab of

39、Medical Genetics,2.2.3.1.1.3高度重復(fù)序列,高度重復(fù)序列在真核基因組中重復(fù)次數(shù)可高達(dá)百萬(wàn)(106)以上，在基因組中所占比例隨種屬而異，約占DNA總量10-60％，可以集中串聯(lián)排列在某一區(qū)域。典型的高度重復(fù)序列DNA有反向重復(fù)序列(inverted repeats)和衛(wèi)星DNA(satellite DNA)。,反向重復(fù)序列 ：是指兩個(gè)相同順序的互補(bǔ)拷貝在同一DNA鏈上的反向排列。,衛(wèi)星DNA 是另一類高度重

40、復(fù)序列，這類重復(fù)序列的重復(fù)單位一般由2-10bp組成，成串排列。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 反向重復(fù)序列－發(fā)夾式結(jié)構(gòu),Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,衛(wèi)星DNA(satellite DNA),重復(fù)順序：由2-10bp組成重復(fù)單位，重復(fù)單位成串排列而成由于這類序列的堿基組成不同于其他部份，可用等密

41、度梯度離心法將其與主體DNA 分開，因而稱為衛(wèi)星DNA （或隨體DNA）在人細(xì)胞組中，衛(wèi)星 DNA約占 5-6％,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1.1.4 重復(fù)序列的多態(tài)性,DNA多態(tài)性是指DNA序列發(fā)生變異從而導(dǎo)致的個(gè)體間核苷酸序列的差異，主要包括： 單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）

42、 SNP是由基因組DNA上的單個(gè)堿基的變異引起的DNA序列多態(tài)性。是人群中個(gè)體差異最具代表性的DNA多態(tài)性，相當(dāng)一部分還直接或間接與個(gè)體的表型差異、對(duì)疾病的易感性或抵抗能力、對(duì)藥物的反應(yīng)性等相關(guān)。SNP被認(rèn)為是一種能穩(wěn)定遺傳的早期突變 串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性（tandem repeats polymorphism）,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics

43、,短串聯(lián)重復(fù)序列,由幾個(gè)堿基對(duì)作為核心單位，串聯(lián)重復(fù)形成的一類DNA序列，由于核心單位重復(fù)數(shù)目的變化，構(gòu)成了STR基因座的遺傳多態(tài)性。分布于人類整個(gè)基因組，平均每15kb就存在一個(gè)STR基因座。人類基因組已發(fā)現(xiàn)了七千個(gè)以上的STR位點(diǎn)。具有分布廣泛，易于檢測(cè)，信息量大，有高度多態(tài)性并遵循孟德爾共顯性遺傳等優(yōu)點(diǎn)。目前STR分析已廣泛應(yīng)用于遺傳制圖、連鎖性分析、親子鑒定、疾病基因定位和物種多態(tài)性研究等領(lǐng)域 。,Zhejiang Pro

44、vincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.1.2 真核基因組的另一特點(diǎn)是存在多基因家族與假基因,珠蛋白基因家族：家族的不同成員成簇地分布在不同染色體上，但核酸序列高度同源，編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)。 組蛋白基因家族：基因家族成簇地分布在某一條染色體上，它們可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。,多基因家族（multi gene family） ：是指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基

45、因。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 人珠蛋白多基因家族,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,,假基因與有功能的基因同源，原來可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點(diǎn)突變等，使這一基因失去活性，成為無(wú)功能基因。 傳統(tǒng)假基因（conventional pseudogene） 加工的假基因（proces

46、sed pseudogenes）,假基因（pseudo gene）：是指與某些有功能的基因結(jié)構(gòu)相似，但不能表達(dá)有功能的基因產(chǎn)物的某些基因。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,圖 加工的假基因,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.2.3.2 真核生物細(xì)胞器基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn),真核生物有兩類細(xì)胞器能攜帶遺傳物質(zhì)

47、：線粒體和葉綠體。這些遺傳物質(zhì)獨(dú)立于細(xì)胞核基因組外，能夠自行復(fù)制和表達(dá)，又稱為染色體外基因組。大多數(shù)細(xì)胞器基因組是環(huán)狀DNA，某些低等真核生物（如草履蟲、衣滴蟲和幾種酵母）的線粒體DNA是線狀分子。通常每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有許多細(xì)胞器，每個(gè)細(xì)胞器基因組又有許多拷貝。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,,線粒體基因組編碼其自身蛋白質(zhì)合成體系的某些成員，如rRNA和tRNA等，以及呼吸

48、鏈中的某些成員，如ATP酶、NADH還原酶、細(xì)胞色素氧化酶復(fù)合體中的某些組分。線粒體蛋白質(zhì)合成體系及呼吸鏈中的其它成員由細(xì)胞核基因組編碼。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,高等動(dòng)物線粒體基因組具有獨(dú)特的特點(diǎn)：,①母系遺傳。子代線粒體基因組來自母親，父系的線粒體基因組在精卵結(jié)合時(shí)一

49、般不能進(jìn)入卵細(xì)胞。因此，在子代個(gè)體發(fā)育過程中沒有父母雙方線粒體DNA的重組發(fā)生。②線粒體DNA損傷后不易修復(fù)，突變率較高，可能與衰老及某些疾病有關(guān)。③遺傳密碼與通用遺傳密碼存在差別，如UGA（終止密碼子）編碼Trp，AGA/AGG（Arg）為終止密碼子，AUA（Ile）為起始密碼子并編碼Met。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3 基因組學(xué),基因組學(xué)（Genom

50、ics）是一門對(duì)生命有機(jī)體全基因組進(jìn)行序列分析和功能研究的新興學(xué)科。隨著人類基因組測(cè)序工作的初步完成，基因組學(xué)的研究由最初的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)向功能基因組學(xué)轉(zhuǎn)移。研究目標(biāo)從單純的基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)發(fā)展為整體水平上的基因組分析。,基因組學(xué)（genomics）：以基因組為研究對(duì)象的一門科學(xué)，包括基因組作圖、核苷酸序列測(cè)定、基因定位及基因功能分析等。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetic

51、s,2.3 基因組學(xué),2.3.1 人類基因組計(jì)劃2.3.2 結(jié)構(gòu)基因組學(xué) 2.3.3 基因定位克隆 2.3.4 基因組功能研究 2.3.5 基因組學(xué)與進(jìn)化 2.3.6 宏基因組學(xué),Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.1 人類基因組計(jì)劃,人類基因組計(jì)劃（The Human Genome Project， HGP）是二十世紀(jì)九十年代處開始啟動(dòng)的多國(guó)科學(xué)合作計(jì)劃，對(duì)

52、由少數(shù)人進(jìn)行全基因組（即24條非同源染色體，共30億堿基）的測(cè)序和拼接，繪制出人類基因的譜圖 。我國(guó)于1999年9月積極參加到這項(xiàng)研究計(jì)劃中的，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號(hào)染色體上約3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的測(cè)序任務(wù)。,基因組計(jì)劃（ genome project）：以獲得某物種基因組全序列為主要目標(biāo)的科學(xué)計(jì)劃,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.2 結(jié)構(gòu)基因組學(xué),主

53、要包括全基因組測(cè)序和序列信息的結(jié)構(gòu)分析?；蚪M研究的中心內(nèi)容之一。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.3 基因定位克隆,,基因定位克?。菏侵咐梦⑿l(wèi)星和SNP全基因組掃描來搜索與疾病性狀緊密相關(guān)的位點(diǎn)，從而確定疾病相關(guān)基因的位置并進(jìn)一步獲得克隆。,隨著基因組序列信息的積累，基因的定位克隆成果豐富，并且在多基因疾病的數(shù)量性狀等基因的克隆方面也有很大進(jìn)展。,Zhejia

54、ng Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.4 基因組功能研究,根據(jù)已有基因的功能推測(cè)基因組中具有相似結(jié)構(gòu)的基因的功能，借助這種同源性分析認(rèn)識(shí)一個(gè)新基因的功能?；蛲蛔兪Щ钣行У姆椒ㄓ卸c(diǎn)突變、基因敲除（knock-out）和RNA干擾技術(shù)等。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.5 基因組學(xué)與進(jìn)化,生物進(jìn)化的研究表明

55、，所有生命都來自一個(gè)共同的祖先?；蚪M信息數(shù)學(xué)分析可獲得的最重要的直接結(jié)果之一就是物種之間的進(jìn)化距離 。比較基因組學(xué)：是一門新興的交叉學(xué)科，在基因組學(xué)水平上研究不同物種在基因組結(jié)構(gòu)與功能方面親緣關(guān)系、內(nèi)在的聯(lián)系，以及進(jìn)化地位。,Zhejiang Provincial Key Lab of Medical Genetics,2.3.6 宏基因組學(xué)（Metagenomics）,宏基因組學(xué)就是以環(huán)境樣品中的微生物群體基因組為研究對(duì)象,