1、 基因組基因組(genome)是指細胞或生物體中一套完是指細胞或生物體中一套完 整單倍體的遺傳物質的總和。整單倍體的遺傳物質的總和。不同生物基因組所含的遺傳信息量有巨大的差別不同生物基因組所含的遺傳信息量有巨大的差別基因組的大小通常以一個基因組的基因組的大小通常以一個基因組的DNA含量來表含量來表示，單倍體基因組中全部示，單倍體基因組中全部DNA的量稱為的量稱為C值（值（C-value)大腸桿菌基因組大腸桿菌基因組 4.6x106 bp 酵母基因組酵母基因組 1.3x107 bp 哺乳動物基因組哺乳動物基因組 109 bp 也有例外，如肺魚也有例外，如肺魚 1011 bp基因組的大小與基因的數

2、目并沒有直接的線性關系基因組的大小與基因的數目并沒有直接的線性關系 基因組學基因組學(Genomics)，指對所有基因進，指對所有基因進行基因組作圖行基因組作圖(包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉錄包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉錄圖譜圖譜)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一門科學。分析的一門科學。 基因組學包括兩方面的內容：以全基因基因組學包括兩方面的內容：以全基因組測序為目標的結構基因組學組測序為目標的結構基因組學(structural genomics)和以基因功能鑒定為目標的功能基因和以基因功能鑒定為目標的功能基因組學組學(functional geno

3、mics)。三、基因作圖的概念三、基因作圖的概念 基因定位的目的是通過將基因定位到染色體的基因座上，以幫助我們理解和開發生物性狀的遺傳性質，特別是通過遺傳連鎖將一種形狀的遺傳與另一種性狀或標記相聯系，或者將表型差異與染色體的改變相聯系，這可用于改良動植物的性狀、定位和克隆人類疾病基因、分析個體間的基因多態性等方面。 將基因組中的基因或遺傳標記分配在各個染色體上，將基因組中的基因或遺傳標記分配在各個染色體上，并確定基因或標記之間距離的線性圖稱為基因組圖譜。并確定基因或標記之間距離的線性圖稱為基因組圖譜。 基因作圖也稱為基因定位，是指將基因定位于某一特定的染色體上，以及測定基因在染色體上線性排列的

4、順序與距離。人類基因定位的基本方法人類基因定位的基本方法 1、家系分析法、家系分析法 通過分析、統計家系中有關形狀的連鎖情況和重組率而進行基因定位的方法稱為家系分通過分析、統計家系中有關形狀的連鎖情況和重組率而進行基因定位的方法稱為家系分析法，其中連鎖分析法是最常用的方法之一。析法，其中連鎖分析法是最常用的方法之一。 如果某一基因特別是致病基因與某個標記非常接近，通過家系的連鎖分析，即可確如果某一基因特別是致病基因與某個標記非常接近，通過家系的連鎖分析，即可確定該基因在某一染色體上甚至某一點。定該基因在某一染色體上甚至某一點。2、體細胞雜交定位、體細胞雜交定位 體細胞雜交定位是運用體細胞遺傳學

5、原理和體細胞雜交技術，在離體條件下，把基因定位在染色體上，研究基因的分離、基因的連鎖和交換等，從而制作遺傳圖譜的方法。 兩個親緣關系較遠的動物體細胞相互融合后，雜種細胞往往會排除一種親本細胞的染色體。細胞經過若干次分裂，丟失了一部分染色體后達到相對穩定的狀態。3、核酸雜交技術（1）克隆基因定位法 用已克隆基因的cDNA探針與保留在雜種細胞內的人染色體DNA進行分子雜交，來確定克隆基因所在的染色體位置的方法。（2）原位雜交法 將待定位基因的DNA片斷或轉錄產物RNA標記為探針，直接同變性后的中期染色體進行原位雜交，確定基因染色體座位的方法。（3）原位PCR 是在單細胞或組織切片上對特異的核苷酸序

6、列進行PCR擴增，再通過分子雜交進行細胞內基因的定位或檢出的技術。 （4）定位克隆 通過疾病表型來觀察致病基因與多態性標記之間的連鎖關系，然后把基因定位并進一步分離和克隆的策略和方法，是目前研究人類遺傳病基因工作中最為常用的方法。 （5）功能克?。┕δ芸寺⊥ㄟ^純化蛋白質的氨基酸序列信息分離鑒定未知基因通過純化蛋白質的氨基酸序列信息分離鑒定未知基因通過蛋白質的抗原抗體反應分離鑒定未知基因通過蛋白質的抗原抗體反應分離鑒定未知基因通過通過mRNAmRNA的差異分離鑒定未知基因的差異分離鑒定未知基因 病毒基因組病毒基因組 病毒基因組結構與功能的特點病毒基因組結構與功能的特點1不同病毒基因組大小相差較大

7、不同病毒基因組大小相差較大2不同病毒基因組可以是不同結構的核酸不同病毒基因組可以是不同結構的核酸3病毒基因組有連續的也有不連續的病毒基因組有連續的也有不連續的4病毒基因組的編碼序列大于病毒基因組的編碼序列大于90%5單倍體基因組單倍體基因組 6基因有連續的和間斷的基因有連續的和間斷的7相關基因叢集相關基因叢集8基因重疊基因重疊DNADNAIPO abc轉錄轉錄 翻譯翻譯 重疊基因重疊基因 (overlapping gene)蛋白蛋白A蛋白蛋白B蛋白蛋白C 原核生物基因組原核生物基因組 原核生物基因組結構與功能的特點原核生物基因組結構與功能的特點1基因組通常僅由環狀雙鏈基因組通常僅由環狀雙鏈DN

8、A分子組成分子組成2基因組中只有一個復制起始點基因組中只有一個復制起始點3具有操縱子結構具有操縱子結構4編碼順序一般不會重疊編碼順序一般不會重疊5基因是連續的基因是連續的,無內含子無內含子6編碼區在基因組中所占比例編碼區在基因組中所占比例(約占約占50%)遠遠大于真核基因組遠遠大于真核基因組,但但遠遠小于病毒基因組遠遠小于病毒基因組7基因組中重復序列很少基因組中重復序列很少8基因組中存在可移動基因組中存在可移動DNA序列序列,包括插入序列和轉座子包括插入序列和轉座子9. 基因組中基因組中GC含量變化很大含量變化很大,其范圍從其范圍從25%75%乳糖操縱子的結構DNAIPOabcDNA轉錄轉錄翻

9、譯翻譯蛋白蛋白A蛋白蛋白B蛋白蛋白C 多順反子多順反子mRNA (polycistronic mRNA)原核生物基因表達原核生物基因表達真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點1真核生物都有一定的染色體數目，除了配子真核生物都有一定的染色體數目，除了配子細胞為單倍體外，體細胞內的基因組是雙份的細胞為單倍體外，體細胞內的基因組是雙份的(即雙倍體，即雙倍體，diploid)，即有兩份同源的基因組。，即有兩份同源的基因組。2. 真核生物基因組遠大于原核生物的基因組，真核生物基因組遠大于原核生物的基因組，結構復雜，基因數龐大，具有許多復制起點，結構復雜，基因數龐大，具有許多復制起點，多是線性雙鏈多是線

10、性雙鏈DNA分子。分子。真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點3 真核生物基因組中非編碼序列占整個基因真核生物基因組中非編碼序列占整個基因組的組的90%。4真核細胞基因轉錄產物為單順反子真核細胞基因轉錄產物為單順反子mRNA，即一個結構基因轉錄生成一個即一個結構基因轉錄生成一個mRNA分子，分子，經翻譯生成一條多肽鏈。經翻譯生成一條多肽鏈。真核生物基因組的特點DNADNA轉錄及加工轉錄及加工 單順反子單順反子mRNA（monocistronic mRNA）翻譯翻譯蛋白質蛋白質真核生物基因表達真核生物基因表達DNAIPOabcDNA 啟動子啟動子 (promoter) 結構基因結構基因(str

11、uctural gene)操縱基因操縱基因(operator)操縱子操縱子(operon) 調節基因調節基因(regulatory gene)原核生物的操縱子結構原核生物的操縱子結構真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點5功能相關的基因構成各種基因家族功能相關的基因構成各種基因家族。6. 真核生物基因組中也有可移動成分真核生物基因組中也有可移動成分真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點7真核生物基因存在大量重復序列，即在整個真核生物基因存在大量重復序列，即在整個基因組中有許多重復出現的核苷酸序列，重復基因組中有許多重復出現的核苷酸序列，重復序列長短不一，短的僅含兩個核苷酸，長的多序列長短不

12、一，短的僅含兩個核苷酸，長的多達數百、乃至上千；重復頻率也不盡相同。根達數百、乃至上千；重復頻率也不盡相同。根據重復頻率的不同，可分為高度重復序列據重復頻率的不同，可分為高度重復序列（106），中度重復序列（），中度重復序列（103104）和單拷貝）和單拷貝或低度重復序列。或低度重復序列。真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點8真核生物的基因是不連續的，即基因內部的真核生物的基因是不連續的，即基因內部的編碼序列（外顯子，編碼序列（外顯子，exon）被非編碼序列（內）被非編碼序列（內含子，含子，intron）所分隔；除真核細胞病毒外，原）所分隔；除真核細胞病毒外，原核生物的基因是連續的，基因內

13、部沒有非編碼核生物的基因是連續的，基因內部沒有非編碼序列。序列。DNADNA 內含子（內含子（intron） 外顯子（外顯子（exon）真核生物斷裂基因真核生物斷裂基因53結構基因結構基因人類基因組計劃人類基因組計劃 （human genome project，HGP） 人類基因組計劃是由美國科學家人類基因組計劃是由美國科學家Renato Dulbecco于于1986年首先提出的。年首先提出的。1990年美國國會批準，人類基因組年美國國會批準，人類基因組計劃正式啟動。其目標是在計劃正式啟動。其目標是在15年時間內至少投入年時間內至少投入30億美億美元，完成人類全部元，完成人類全部基因組基因組核

14、苷酸序列分析。此后，德國，核苷酸序列分析。此后，德國，日本，英國，法國等國家的科學家也先后正式加入該計日本，英國，法國等國家的科學家也先后正式加入該計劃。我國于劃。我國于1999年獲準加入這項計劃。年獲準加入這項計劃。人類基因組計劃的目的 闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發現所有人類基因，并搞清其在染色體上的位置; 破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認識自我; 解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發育的規律; 認識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認識疾病產生的機制以及長壽與衰老等生命現象、為疾病的診治提供科學依據。人類基因組計劃的意義 隨著人類基因組逐漸隨著人類基因

15、組逐漸被破譯，一張生命之圖將被破譯，一張生命之圖將被繪就，人們的生活也將被繪就，人們的生活也將發生巨大變化。人類基因發生巨大變化。人類基因研究的意義在于它可以研究的意義在于它可以支支持和推動生命科學中一系持和推動生命科學中一系列重要的基礎性研究列重要的基礎性研究。如。如基因組遺傳語言的破譯，基因組遺傳語言的破譯，基因的結構與功能關系，基因的結構與功能關系，生命的起源和進化，細胞生命的起源和進化，細胞發育、生長、分化的分子發育、生長、分化的分子機理，疾病發生的機理等。機理，疾病發生的機理等。 人類基因組計劃的人類基因組計劃的4張圖普張圖普 先將染色體打成比較大的片段(幾十-幾百Kb), 利用分子

16、標記將這些大片段排成重疊的克隆群(Contig), 分別測序后拼裝. 這種策略叫基于克隆群(contig-based)的策略.ABCABC大片段contig小片段測序拼裝遺傳圖譜遺傳圖譜 遺傳圖譜（遺傳圖譜（genetic map）又稱連鎖圖）又稱連鎖圖譜（譜（linkage map），是表示基因或），是表示基因或DNA標志在標志在染色體上以遺傳距離表示的相對位置，反映染色染色體上以遺傳距離表示的相對位置，反映染色體上兩點之間的連鎖關系。遺傳距離通常以基因體上兩點之間的連鎖關系。遺傳距離通常以基因或或DNA片段在染色體交換過程中分離的頻率里摩片段在染色體交換過程中分離的頻率里摩（cM）來表示。

17、）來表示。重組值重組值=新組合新組合/（親本組合（親本組合+新組合）新組合）物理圖譜物理圖譜 物理圖譜（物理圖譜（physical map）指）指DNA序列上序列上兩點之間的實際距離。兩點之間的實際距離。 基因或基因或DNA標記之間的標記之間的物理距離以核苷酸數目的多少來表示。物理圖譜物理距離以核苷酸數目的多少來表示。物理圖譜是進行是進行DNA序列分析和基因組織結構研究的基礎。序列分析和基因組織結構研究的基礎。轉錄圖譜轉錄圖譜 轉錄圖譜（轉錄圖譜（transcription map）又稱）又稱cDNA（complementary DNA）計劃或基因圖譜。）計劃或基因圖譜。 在整個人類基因組中，

18、只有不到在整個人類基因組中，只有不到5%的的DNA序列為編碼序列為編碼蛋白質的序列，因此，確定編碼蛋白質的序列及其在基蛋白質的序列，因此，確定編碼蛋白質的序列及其在基因組中的位置，才是真正的人類基因圖譜。利用這份圖因組中的位置，才是真正的人類基因圖譜。利用這份圖譜，我們才能掌握人類基因的準確數目、每一個基因的譜，我們才能掌握人類基因的準確數目、每一個基因的序列及其在基因組中的位置，從而進一步的分析基因產序列及其在基因組中的位置，從而進一步的分析基因產物的功能及其與疾病的關系。物的功能及其與疾病的關系?；蚪M序列分析基因組序列分析 人類基因組計劃最終要測定出由人類基因組計劃最終要測定出由3109

19、 bp核苷酸組成的人基因組核苷酸組成的人基因組DNA的全部序列。隨著的全部序列。隨著全新測序技術與策略的參與，這項工作的進度大全新測序技術與策略的參與，這項工作的進度大大加快，已遠遠超越了原定計劃的時間表。大加快，已遠遠超越了原定計劃的時間表。 DNA分子標記的發展分子標記的發展 1限制性片段長度多態性限制性片段長度多態性 (restriction fragment length polymorphism, RFLP) 第一代第一代DNA標記標記,1980年提出來的年提出來的 用同一個限制性核酸內切酶消化不同個體的用同一個限制性核酸內切酶消化不同個體的同一段同一段DNA時時,會得到長度不同的限

20、制性片段會得到長度不同的限制性片段,稱稱為為RFLP。2. 微衛星微衛星DNA多態性多態性 第二代第二代DNA標記，標記，1989年被發現和建立的年被發現和建立的重復單位長度為重復單位長度為26個核苷酸，被稱為短串聯重復個核苷酸，被稱為短串聯重復STR (short tandem repeat) ，長度為 100200kb 優點： （1）具有高度多態性，（CA)n等簡單重復不受進化上的選擇，因而在同位點中數目變化很大，在人群中因重復次數不同而產生等位片段，可形成多達幾十種的等位片段 （2）在基因組中出現的頻率很高，分布很廣 （3）重復序列兩側的特異性單拷貝序列可作為基因組中定點的標記 3. 3

21、. 單核苷酸多態性單核苷酸多態性 ( SNP)( SNP) SNP SNP是指出現在基因組是指出現在基因組DNADNA分子的特定位置的單核苷分子的特定位置的單核苷酸的置換。酸的置換。 SNP SNP位點必須滿足該位點的變異在人群中出現的頻位點必須滿足該位點的變異在人群中出現的頻率大于率大于1%1%。 在人類任意兩個個體基因組中，平均每在人類任意兩個個體基因組中，平均每1000bp1000bp至少就至少就會有一個常見會有一個常見SNPSNP位點。位點。 人的基因組中可能存在的人的基因組中可能存在的SNPSNP數目數目1010萬個。萬個。 任何兩個個體之間所存在的基因組序列差異僅為任何兩個個體之間所存在的基因組序列差異僅為0.1%0.1%。而人。而人DNADNA變異的變異的90%90%是由是由SNPSNP貢獻的貢獻的 。hppt//SNP/hppt//SNP/DNADNAIPO abc轉錄轉錄 翻譯翻譯 重疊基因重疊基因 (overlapping gene)蛋白蛋白A蛋白蛋白B蛋白蛋白CDNADNAIPO abc轉錄轉錄 翻譯翻譯 重疊基因重疊基因 (overlapping gene)蛋白蛋白A蛋白蛋白B蛋白蛋白C真核生物基因組的特點真核生物基因組的特點8真核生物的基因是不連續的，即