遗传学第十三篇基因工程基因组学.ppt

第十二章基因工程与基因组学 一、 基因工程 二、基因组学 基因组学 §1 基因组学概述 §2 基因组图谱的构建 §3 基因组测序 §4 功能基因组学 §1 基因组学概述 基因组（genome），又称染色体组 一个物种单倍体的染色体数目，物种全部遗传信息的总和 物种遗传信息的“总词典” 控制发育的“总程序” 生物进化历史的“总档案” 基因组学（genomics） 1986年提出，至今20年，已经发展成为遗传学中最重要的分支学科。 对物种的所有基因进行定位、作图、测序和功能分析 基因组学研究的最终目标 获得生物体全部基因组序列 鉴定所有基因的功能 明确基因之间的相互作用关系 阐明基因组的进化规律 经典遗传学 在20世纪初，遗传学刚刚诞生的时候，遗传学家的工作主要是鉴别感兴趣的基因，确定这些基因在染色体上的位置。 第一个环节：寻找自发突变体，或者利用物理、化学因素诱发突变。 第二个环节：通过连锁分析确定新基因与已知基因的相互关系，绘制遗传连锁图。 几个代表物种的基因组大小 基因组学的研究内容 结构基因组学 功能基因组学 蛋白质组学 结构基因组学（structural genomics） 基因定位 基因组作图 测定核苷酸序列 功能基因组学（functional genomics） 又称后基因组学（postgenomics) 基因的识别、鉴定、克隆 基因结构、功能及其相互关系 基因表达调控的研究 蛋白质组学（proteomics） 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式 人类基因组计划 1990，美国国立卫生研究所和能源部投资＄30亿，启动了人类基因组计划，预计15年时间完成人类基因组全部序列的测定 1996，完成标记密度为0.6cM的人类基因组遗传图谱，100kb的物理图谱 2000，完成草图 2001年2月，公布人类基因组图谱的修订版 2002，完成测序工作 §2 基因组图谱的构建 基因组计划的主要任务是获得全基因组序列 但是，现在的测序方法每次只能测800～1000bp 大量的测序片段要拼接 要知道序列在Chr上的位置才能正确拼接 基因组计划的第一个环节： 构建基因组图谱 基因组图谱 遗传图谱（genetic map） 物理图谱（physical map） 遗传图谱（genetic map） 采用遗传分析的方法将基因或其它 DNA序列标定在染色体上构建连锁图。 遗传标记 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。 构建遗传图谱就是寻找基因组不同位置上的特征标记。 包括： 形态标记 细胞学标记 生化标记 DNA分子标记 多态性（polymophism） 所有的标记都必须具有多态性！ 花色：白色、红色 株高：高、矮 血型：A、B、O型 淀粉：糯、非糯 所有多态性都是基因突变的结果！ 形态标记 形态性状：株高、颜色、白化症等 又称表型标记 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响 最早建立的果蝇连锁图，就是利用控制果蝇眼睛的形状、颜色，躯体的颜色、翅膀的形状等形态性状作为标记，分析它们连锁关系及遗传距离，绘制而成的。 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。 果蝇连锁图 细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 染色体的核型 染色体的带型 染色体的结构变异 染色体的数目变异 优点：不受环境影响 缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利 生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点：数量较多，受环境影响小 缺点：受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息 DNA分子标记 简称分子标记 以DNA序列的多态性作为遗传标记 优点： 不受时间和环境的限制 遍布整个基因组，数量无限 不影响性状表达 自然存在的变异丰富，多态性好 共显性，能鉴别纯合体和杂合体 限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP） DNA序列能或不能被某一酶酶切，相当于一对等位基因的差异。 如有两个DNA分子（一对染色体），一个具有某一种酶的酶切位点，而另一个没有这个位点，酶切后形成的DNA片段长度就有差异，即多态性。 可将RFLP作为标记，定位在基因组中某一位置上。 人类基因组中有105个RFLP位点，每一位点只有两个等位基因。 RFLP分析 RFLP标记位共显性标记 微卫星（microsatellite）标记 微卫星又