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,基因的研究簡史,孟德爾（Mendel）的顆粒因子：一個因子決定一個性狀(1865年)。約翰森（Johannsen）：首先提出基因一詞（1909年）摩爾根（Morgan）的基因論：一個基因控制一個性狀（1926年），明確了基因存在于染色體上。Beadle 和T

4、atum：一個基因一個酶學(xué)說（1941年）。Avery肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗：證實了遺傳物質(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驗，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、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或為RNA分子，目前未見報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,病毒的基因組很小：與細(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。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個蛋白質(zhì)分子，總分子量為25萬左右，相當(dāng)于6078個核苷酸所容納的信息量。而ΦX174病毒DNA本身卻只有5375個核苷酸，最多只能編碼總分子量為20萬的蛋白質(zhì)分子。,Zhejiang Prov

20、incial Key Lab of Medical Genetics,基因重疊的方式,（1）一個基因完全在另一個基因里面。（2）幾個基因部分重疊。（3）兩個基因之間只有一個堿基重疊。,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）一個基

21、因完全在另一個基因里面。（2）幾個基因部分重疊。（3）兩個基因之間只有一個堿基重疊。,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或幾個特定的部位，形成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。它們可被一起轉(zhuǎn)錄成含有多個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， 因此它們在功能上是相關(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單，其基因組大小在106bp～107bp之間，所包含的基因數(shù)目幾百個到數(shù)

25、千個之間。,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個基因，平均編碼長度為950bp，基因之間的間隔區(qū)長度為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?？梢杂泄?/p>

29、價閉合環(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：能在宿主細(xì)胞內(nèi)獨立自主復(fù)制；帶有某些遺傳信息, 會賦予宿主細(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。,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，每個細(xì)胞中只有1個到十幾個拷貝。松弛控制（relaxed control）型質(zhì)粒：其復(fù)制與宿主不偶聯(lián)，每個細(xì)胞中有幾十到幾百個拷貝。,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)胞分配的過程中會發(fā)生競爭，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個堿基編碼一種蛋白質(zhì)計算，理論上可有300萬個基因。但實際上，人類基因組中僅含有25 000～30 000個基因。這

34、些與表達(dá)無關(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,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或幾個拷貝，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的酶切位點而得名。 Alu序列每個成員的長度約300bp，由兩個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(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上的單個堿基的變異引起的DNA序列多態(tài)性。是人群中個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體的表型差異、對疾病的易感性或抵抗能力、對藥物的反應(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,由幾個堿基對作為核心單位，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。分布于人類整個基因組，平均每15kb就存在一個STR基因座。人類基因組已發(fā)現(xiàn)了七千個以上的STR位點。具有分布廣泛，易于檢測，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。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，倒位或點突變等，使這一基因失去活性，成為無功能基因。 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,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。通常每個細(xì)胞內(nèi)有許多細(xì)胞器，每個細(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,高等動物線粒體基因組具有獨特的特點：,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)合時一

49、般不能進(jìn)入卵細(xì)胞。因此，在子代個體發(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）：以基因組為研究對象的一門科學(xué)，包括基因組作圖、核苷酸序列測定、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 人類基因組計劃,人類基因組計劃（The Human Genome Project， HGP）是二十世紀(jì)九十年代處開始啟動的多國科學(xué)合作計劃，對

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）的測序和拼接，繪制出人類基因的譜圖 。我國于1999年9月積極參加到這項研究計劃中的，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號染色體上約3000萬個堿基對的測序任務(wù)。,基因組計劃（ 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、要包括全基因組測序和序列信息的結(jié)構(gòu)分析。基因組研究的中心內(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，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)識一個新基因的功能?；蛲蛔兪Щ钣行У姆椒ㄓ卸c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象,