基础分子生物学课件Chapter3基因组概述.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,1,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基础分子生物学课件Chapter3基因组概述,3.1 Introduction,引言,基因组研究的关键问题是它到底含有多少基因,我们可以从4个程度来考察基因的总数:,基因组(genome)是有机体的一组完好的基因;,转录组(transcriptome)是在特定条件下表达的一组完好基因;,蛋白质组(proteome)是一组完好的蛋白质.,3.2 Genomes can be mapped by linkage,restriction cleavage,or DNA sequence.,用连锁,限制酶切或者,DNA,测序绘制基因组图谱.,遗传图谱(genetic map)或连锁图谱(linkage map)是根据重组频率来确定突变点之间的间隔.,连锁图谱(linkage map)也可以通过测定基因组DNA位点间的重组来绘制.,限制图谱(restriction map)是通过用限制性内切酶把DNA切成片段,然后测量切割位点之间的间隔 来构建的.,这是用DNA长度来表示间隔 的,因此,它提供了遗传物质的物理图谱(physical map).,最终的图谱要测定DNA的序列.,3.3 Individual genomes show extensive variation.,个体基因组变化很大,.,当序列影响到基因功能时,我们可以从基因表型上检测出序列多态性;当多态性影响到限制位点时,我们可以在限制片段上将它检测出来;另外通过直接分析DNA序列,我们也可以在序列程度上将它检测出来.,等位基因虽然在序列上是多态性的,但许多序列的变化并不影响基因的功能.,我们把在一个基因座上有多条等位基因的现象称作遗传多态性(Genetic Polymorphism).,当比较等位基因时,其单个核苷酸的改变称为单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP).,两个个体之间的限制图谱的不同称作限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP).,通过检测限制片段的大小可以发现影响酶切位点的点突变.,限制位点多态性的遗传规律符合孟德尔定律.在所有可能的配对重组中,某个限制标记的4条等位基因都能找到,并且它们在每一代中独立地别离.,3.4 RFLPs and SNPs can be used for genetic mapping.RFLP 和SNP 可以用来绘制遗传图谱.,RFLP和SNP 可以作为连锁图谱的根底,它对亲子鉴定是有用的.,DNA指纹(finger printing)技术可以用来分析个体间用限制酶来切割DNA中包含短小重复序列的区域而产生的片段的不同.,限制性多态性可以作为遗传标记用来衡量与性状标记(如眼睛的颜色)间的重组间隔.上图将情况简化到只显示了二倍体基因组内的一条等位基因所对应的DNA条带.,假如一个限制标记与某个表型特征相连锁,那么该限制位点必然定位在决定表型特征的基因附近.将正常人共有条带变成病人共有条带的突变一定与疾病基因联络得很严密.,3.5 Why are genomes so large?,基因组为何如此之大?,基因组大小与遗传复杂性之间没有必然联络.,生物越复杂,它所需要的最小基因组也越大.,有许多在分类上属于一个门的生物,它们的基因组大小却变化很大.,对低等真核生物的单倍体基因组而言,DNA,的量是与形态复杂性相关的,但高等真核生物的基因组变化较大.,一个门类的,DNA,量的变化在图中用阴影图表示.,3.6 Eukaryotic genomes contain both nonrepetitive and repetitive DNA sequences.,真核生物基因组包含非重复,DNA,序列和重复序列.,由于在基因组中,序列的重复程度不同,基因组变性后的DNA复性动力学也是不同的.,基因一般是由非重复的DNA序列编码的.,在同一个生物门类中,较大的基因组并不一定含有更多的基因,但包含有较多DNA重复序列.,大部分DNA重复序列可能是由转座子组成的.,真核生物基因组中不同组成序列的比例变化很大.非重复序列的绝对量随着基因组的增大而增加,但在2X109 bp的规模到达稳定程度.,3.7 Bacterial gene numbers range over an order of magnitude.,细菌基因总数的差异可超过一个数量级.,基因组测序说明寄生细菌的基因组中有500-1200条基因;自由生活的细菌有1500-7500条基因;古细菌中有1500-2700条基因.,细菌和古细菌基因组中的基因数目与基因组的大小成比例.,3.8 Total gene number is known for several eukaryotes.,我们已经知道的几种真核生物的基因总数.,酵母有,6,000,条基因,线虫有,18,500,条基因,果蝇有,13,600,条基因,小型植物拟南芥有,25,000,条基因,小鼠可能有,30,000,条基因,而人类的基因数目小于,40,000,条.,真核生物的基因数目从,6,000-40,000,条,大小变化与基因组大小或生物复杂性没有关系.,3.9 How many different types of genes are there?,有多少不同类型的基因?,只有一部分基因是唯一的;其他的属于一个家族,一个家族中的基因与这个家族的其他成员是相似的(但不一定一样).,随着基因组增大,独特基因减少,家族基因增多.,编码细菌所需要的各种基因家族的总数不少于己于1,000种,酵母不少于4,000种,高等真核生物在11,000-14,000种之间.,由于许多基因是重复的,所有不同基因家族的数目远小于基因总数.,3.10 The conservation of genome organization helps to identify genes.基因组构造的保守性有助于基因的鉴定.,鉴定基因的算法是不完善的,需要对最初的数据做许多工作.,假基因必须从活基因中区分出来.,同线性关系在小鼠和人类基因组之间是广泛存在的,大多数活性基因处于同线性模块中.,蛋白质编码基因的外显子被认为是蛋白质编码序列上适当的信号序列(在两端有非翻译区).一系列的外显子必须产生一个可读框和适当的起始密码子和终止密码子.,小鼠1号染色体有21个大小为1-25Mb的DNA片段,它与人类6条染色体上的部分片段对应.,3.11 The human genome has fewer genes than expected.人类基因组数目比料想的要少.,人类基因组中只有,1%,是编码序列.,外显子只约占每条基因的,5%,因此基因组中只有,25%,的序列是来自基因的外显子加内含子.,人类基因组有,30,000-40,000,条基因.,约,60%,的人类基因组是可变剪接的.,达,80%,的可变剪接改变了蛋白质序列,因此蛋白质组约有,50,000-80,000,个蛋白质成员.,人类基因组只有25%是基因,而蛋白质编码区域只占其中一小部分.,人类基因平均长,27kb,平均有,9,个外显子,通常含有两个长的两端外显子,7,个内部外显子.在两端外显子的,UTR,是基因的非翻译区(非编码).,如两个大圆所示,两套方法鉴定的人类基因只有部分是重叠的.但是,它们包括了以前鉴定的几乎所有基因,这可以从与下方小圆的重叠关系中看出.,3.12 How are genes and other sequences distributed in the genome?,基因和其他序列在基因组上如何分布?,重复序列(以多个拷贝存在)占人类基因组的50%以上.,很大一部分重复序列是由非功能的转座子拷贝组成的.,人类基因组上有许多大的染色体区域的重复.,人类基因组最多的组分由转座子组成.其他重复序列包含大的重复片段和简单重复序列.,3.13 More complex species evolve by adding new gene functions.,较复杂的物种是通过增加基因的功能而进化来的.,不同基因组的比较显示了从真核生物,多细胞生物,动物到脊椎动物,由于参加了另外的基因,基因数目逐渐增加.,大多数脊椎动物独有的基因是与免疫系统或者神经系统相关的.,人类基因可以根据它们的同源基因在其他物种的分布情况进展分类.,3.15 Genes are expressed at widely differing levels.,基因的表达量相差很大.,在任何给定的细胞中,大部分基因是低程度表达的.,只有一小部分基因,因为它们的产物是细胞类型所特有的,所以它们是高程度表达的.,3.16 How many genes are expressed?,有多少基因是表达的?,将不同的细胞类型进展比较时,低表达的RNA存在广泛的重叠.,高丰度表达的RNA通常是细胞类型特异性的.,在高等真核生物的大多数细胞类型中,约有10,000种基因都是普遍表达的.,3.19 Organelles have DNA.,细胞器也含有,DNA,线粒体和叶绿体内含有基因组,它们表现出非孟德尔遗传特性,一般为母性遗传.,在植物中,细胞器基因组可能会发生体细胞别离.,当父方和母方线粒体的等位基因不同时,一个细胞就会含有两套线粒体DNA.有丝分裂产生的子细胞通常具有两套线粒体DNA.假如不均等别离产生的子细胞只有一套线粒体DNA,这时就会出现体细胞的不同.,精子中的,DNA,进入卵母细胞在受精卵中形成雄性原核,但受精卵中所有的线粒体由卵母细胞提供.,3.20,Organelle genomes are circular DNAs that code for organelle proteins.,细胞器基因组是环状,DNA,分子,它们编码细胞器蛋白质.,细胞器基因组通常是(但不总是)环状DNA分子.,细胞器基因组编码部分但不是全部的细胞器蛋白质.,线粒体基因组含有编码蛋白质(主要是,I-IV,复合物),rRNA,和,tRNA,的基因.,3.21 Mitochondrial DNA organization is variable.线粒体DNA的构造是可变的.,动物细胞,mtDNA,非常紧凑,一般编码,13,种蛋白质,2,个,rRNA,和,22,个,tRNA,.,酵母,mtDNA,由于有较长的内含子,所以它比动物细胞的,mtDNA,长,5,倍.,所有人类线粒体,DNA,是表达的,酿酒酵母线粒体基因组包含蛋白质 编码基因,rRNA,基因和,tRNA,基因(既有连续的也有断裂的).,3.21 Mitochondria evolved by endosymbiosis.,线粒体是通过内共生演化而来的,线粒体起源于真核生物细胞捕获细菌时所发生的内共惹事件.,3.23 The chloroplast genome codes for many proteins and RNAs.,叶绿体基因组编码多种蛋白质和,RNA,.,叶绿体基因组大小不一,但都足以编码,50-100,种蛋白质及,rRNA,和,tRNA,.,复习题,什么是基因组?,什么是,RFLP,与,DNA,指纹?,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,