第10章 基因组-比较基因组学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 基因组与比较基因组学研究,第一节 人类基因组计划,第二节 人工染色体构建,第三节 全基因组鸟枪法测序,第四节 比较基因组学,第一节 人类基因组计划,该计划是美国科学家,1985,年率先提出，,1990,年正式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，,1999,年我国成为,HGP,的第六个成员国。,HGP,旨在阐明人类基因组,DNA,所具有的,3,10,9,核苷酸的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。其研究内容还包括创建计算机分析管理系统，检验相关的伦理、法律及社会问题。,2000,年完成了人类基因组,“,工作框架图,”,。,2001,年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。,HGP,的实施，揭开了生命科学新的一页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。,1985,年：,5,月，,R.Sinsheimer,在加州 大学,Santa Cruz,分校主 持会议，讨论将人类基因组全部测序的可行性；,12,月，西特斯公司（,Cetus,Corp.,）的,K.Mulli,s,和他的同事们发明了,PCR,技术，利用这项技术，科学家们能够在短时间内精确复制 成百万的,DNA,片段，从而不再为遗传物质的用量而担忧,.,1986,年：,3,月，美国能源部（,Department of Energy,DO E,）在新墨西哥州召开会议，讨论人类基因组测序计划；,6,月，科学家们齐聚纽约州冷泉港实 验室，以“人类的分子生物学”为题讨论人类基因组计划可能带来的利益和前景；同月，加 州理工学院的,L.Hood,和,L.Smith,共同发明了第一台,DNA,自动测序仪；,9,月，,DOE,从,1987,年的财政预算中拨款,530,万美元，资助,C.DeLisi,开始基因组研究,.,1987,年：,2,月，,W.Gibert,从美国国家 研究委员会（,Nation al Research Council,NRC,）辞职，组建,Genome,公司，同时宣称该公司将参与人类基因组测 序工作，并将为测序结果申请专利；,4,月，一个专家小组建议,DOE,在未来,7,年内拨款,10,亿美元，用以进行人类基因图谱测定和基因组测序，,DOE,主持的人类基因组计划开始实施；,5,月，华 盛顿大学的,D.Burke,M.Olson,和,G.Carle,发明,酵母人工染色体,（,YAC,）克隆技术，使插入片段 的长度扩大了,10,倍；,10,月，,H.Donis,-Keller,发表了第一张带有,403,个遗传标 记的遗传图谱，由此在全世界范围内引发了测序竞争；同月，杜邦公司将,荧光链终止双脱氧技术,引入到,DNA,快速测序中；这一年Applied,Biosystems,公司将第一台,自动测序仪,推上市场,.,1988,年：,2,月，在一份至关重要的报告中，,NRC,批准 了人 类基因组计划，并提出分阶段实施和每年,2,亿美元的拨款申请；,3,月，在许多专家的提议下，,J.Wyngaarden,在弗吉尼亚州,Reston,召开的会议上宣布，美国国立卫生研究院（,National Ins,titutes,of Health,NIH,）应代替,DOE,成为人类基因组计划中的主要负责机构,.,在这之后，,W,yngaarden,被任命为,NIH,主席；,6,月，第一届基因组年会在冷泉港召开；,9,月，,NIH,宣布成立人 类基因组研究办公室，并任命发现,DNA,双螺旋结构的,J.Watson,为主任；,10,月，,NIH,与,DOE,达成谅解备忘录，双方同意在人类基因组计划中团结协作,.,1989,年：,1,月，洛克菲勒大学的,N.Zinder,主持了第一次,H GP,顾问委员会会议；,9,月，,Olson,Hood,Botstein,和,Cantor,共同描绘了基因图谱测定的新战 略；同月，,DOE,与,NIH,共同组建了一个委员会，以解决基因组计划可能带来的伦理、法律和 社会问题；,10,月，,NIH,的人类基因组研究办公室升级为人类基因组研究国家中心（,National Center of Human Genome Research,NCHGR,），并被授予拨款权,.,1990,年：,L.Smith,B.Karger,和,N.Dovichi,分别领导的,3,个 小组各自独立地发展了毛细管电泳技术，这项技术后来被广泛应用于大规模测序中；,4,月，,N IH,和,DOE,一起发表了一个五年计划，内容包括测定完整的遗传图谱和物理图谱（每,100 k b,含一个标记），并在,2005,年之前完成模式生物的基因组测序；,8,月，,NIH,决定对四种模 式生物开 始大规模测序尝试,.,这四种模式生物是：支原体（,Mycoplasma,capricolum,）、大肠杆菌（,Escheriachia,coli,线虫（,Caenorhabditis,elegans,）和酿酒酵母（,Sacch,aromyces,cerevisiae,）；,10,月，,NIH,和,DOE,宣布这一年的,10,月,1,日为人类基因组计划 的正式 启动时间,.,同月，生物技术信息中心（,National Center of Biotechnology Information,N CBI,）的,D.Lipman,与,E.Myers,发表了用于进行同源序列比较的,BLAST,算法,.,1991,年：,6,月，,NIH,的生物学家,J.C.Venter,发表了一种发 现表达基因的新战略，即使用表达序列标签（,Expressed Sequence Tag,EST,）；一个月之 后，,Venter,在国会听证会上披露，,NIH,堆积了上千份表达基因的专利申请，由此引发了一场 关于基因能否获得专利的大争论；,10,月，日本开始对水稻基因组测序；,12,月，用于基因查找 的第一个程序,GRAIL,开发成功,.,1992,年：,4,月，就基因申请专利的问题，,Watson,在与,B.Healy,争论之后辞去了,NCHGR,主任的职位，后者随后被任命为,NIH,主席；,6,月，,Venter,离开,NIH,组 建了基因组研究所（,The Institute of Genome Research,TIGR,），这是一个位于马里兰州,Rockville,的非盈利机构；,7,月，英国慈善机构,Wellcome,Trust,投资,9 500,万美元，加入人类 基 因组计划；,9,月，加州理工学院的,M.Simon,和他的同事们发明,细菌人工染色体,（,BAC,）克隆的 新技术，使大规模克隆成为可能，,BAC,后来成为基因组研究中的“硬通货”；,10,月，美国和 法国的两支研究队伍分别完成了人类,Y,染色体和第,21,条染色体的第一张物理图谱；,12,月，经 过长时间讨论，,NIH,和,DOE,为鼓励资源共享放宽了对数据资源的限制，规定研究人员必须在,6,个月之内将新的数据传送到公共数据库中；同月，美国和法国的上述两个研究机构又分别完 成了鼠和人的遗传图谱,.,1993,年：,4,月，密歇根大学的,F.Collins,被任命为,NCHGR,的 领导人；,10,月，,NIH,和,DOE,发布了新的五年计划，按照这个计划，到,1998,年底，将有,80 Mb,的,D NA,被测序，而人类基因组将在,2005,年被全部测序,.,与此同时，位于英国剑桥的,Sanger,中心在,J.Sulston,的领导下加入人类基因组计划，并成为一个重要的测序中心,.,1994,年：,9,月，爱荷华大学的,J.Murray,与 法国,Gnthon,的,Cohen,及他们的同事们完成了人类基因组中的第一个完整遗传连接图谱,.,1995,年5,8,月，测序染色新技术和热稳定聚合酶 开发 成功；,7,月，第一个基因组,流感嗜血杆菌（,Haemophilus,influenzae,）的全序列发 表，大小为,1.8 Mb,；,9,月，日本政府拨款,1 590,万美元，用以资助,3,个研究机构从事基因组测 序工作；,10,月，斯坦福大学的,P.Brown,和他的同事们发表了第一篇关于完整,cD,NA,探针芯片的论文,.,1996,年：,2,月，各国科学家聚集在百慕大群岛召开会 议，讨论并通过了数据资源共享的问题，规定此后的测序结果必须在,24,小时内传送到公共数据库 中，这就是著名的百慕大原则；,4,月，,NIH,资助,6,个研究小组尝试人类基因组的大规模测序；同月，,Affymetrix,将,DNA,芯片商品化；,10,月，酿酒酵母（,Saccharomyces,cerevisiae,）的基因组全部测序完成；,11,月，,RIKEN,的,Y.Hayashizaki,小组完成了第一套小 鼠全长,cDNA,的测序,.,1997,年：,1,月，,NCHGR,升级为美国国家基因组研究所（,Na,tional,Human Genome Research Institute,，,NHGRI,），,DOE,也成立了相应的联合基因组研究 所（,Joint Genome Institute,）；,9,月，大肠杆菌（,Escherichia coli,）基因组全部测 序完成，全长,5 Mb,；同月，,毛细管测序仪出现,.,1998,年：,1,月，,NIH,公布了一项新计划，其目的是在 浩如 烟海的,DNA,碱基序列中寻找单核苷酸多态性（,single nucleotide polymorphisms,SNPs,）；,5,月，,PE,Biosystems,公司开发成功,PE Prism 3700,毛细管测序仪；同月，,Venter,宣布成立一 个新公司，取名,Celera,，并宣称将在,3,年内，投资,3,亿美元，采用“全基因组鸟枪法”（,who le genome shotgun,）完成人类基因组的全部测序,同时,Ventor宣布,Celera,公司的数据将不遵 从百慕大原则,.,与此同时，,Wellcome,Trust,将它对人类基因组计划的投资加倍，达到了,3,亿,3,千万美元，以此作为对,Celera,公司的回应,.,从此，人类基因组测序在“公”（,HGP,）与“私”（,Celera,）之间展开了激烈竞争,；,10,月，,NIH,和,DOE,宣布将在,2001,年完成人类基因组工作框架 图，并将全部测序的最后期限从,2005,年提前到,2003,年；,12,月，线虫（,Caenorhabditis,ele,gans,）基因组测序完成,.,1999,年：,3,月，作为对,Celera,公司的应战，,NIH,再次 宣布 将人类基因组工作框架图的完成时间提前到,2000,年春季，大规模的测序工作主要集中在以下 五个测序中心：,.,麻萨诸塞州的,Whitehead,生物医学研究所、位于圣路易斯的华盛顿大学、位 于休斯敦的,Baylor,医学院、英国剑桥的,Sanger,中心和位于加利福尼亚州,DOE,下属的联合基因 组研 究所；,4,月，,10,家公司与,Wellcome,Trust,签署协议，合作开展,SNP,研究，并计划将公共数据库 中的,SNP,数据每季度更新一次；,9,月，,NIH,宣布将在,3,年内投资,1,亿,3,千万美元，完成小鼠基因组 的测序；,12,月，英国、日本和美国的科学家们共同完成了第一条人染色体,第,22,条染色体 的全部测序工作,.,2000,年：,3,月，,Celera,公司完成果蝇（,Drosophila me,lanogaster,）基因组（,180 Mb,）的全部测序工作，在当时所有已测序的基因组中是最大的，同时这也证明了“全基因组鸟枪法”的可行性；,3,月，由于对数据资源共享的政策持不同 观点，,HGP,与,Celera,公司的合作计划破产；,5,月，德国和日本的科学家公布了人类第,21,条染色 体的测序结果；,6,月,26,日，这是一个值得纪念的日子，,HGP,与,Celera,公司的领导人在白宫的庆 祝仪式上共同宣布了人类基因组工作框架图的完成，并约定将双方的研究成果同时发表；,12,月，第一个植物基因组,拟南芥（,Arabidopsis thaliana,）基因组被全部测序，大小为,125 Mb.,2001,年：,2,月，,HGP,将自己测定的人类基因组工作框 架图 发表在,Nature,（,2001,409(6822),）上；,Celera,公司则 将它们的成果发 表在,Science,（,2001,291(5507),）上,.,发表的“工作框 架图”已能覆盖人类基因组的,97%,，其中至少,92%,的序列 已组装得准确无误，并显示其中只有,3,万到,4,万个编码蛋白质的基因，这是人类基因组研究的 一个重要里程碑,.,HGP,取得的成就,完成了人类基因组工作草图绘制,揭示了人类基因组若干细节,基本上测定了人类基因组上的碱基序列,一些,模式生物,(,果蝇、拟南介等,),和作物（如水稻）基因草图绘制成功，测序基本完成,促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛发展,人类基因组草图绘就，,中国科学家功不可没,华大基因测序实验室,National Center for Human Genome Research(NCHGR),杨焕明，基因组学家。中国科学院北京基因组研究所研究员。,1952,年,10,月生于浙江温州乐清市，籍贯浙江乐清。,1978,年毕业于原杭州大学,(,现浙江大学,),，,1982,年于原南京铁道医学院,(,现东南大学,),获硕士学位，,1988,年获丹麦哥本哈根大学博士学位，,2007,年,12,月,27,日，当选为中国科学院院士。曾任中国科学院北京基因组研究所所长。,第一节 人类基因组计划,人类基因组计划主要内容包括绘制人类基因组的,4,张图，即遗传,(,连锁,),图、物理图、,DNA,序列图和转录图。,1.,遗传图,(genetic map),遗传图又称连锁图,(linkage map),是指基因或,DNA,标记,(,如多态性遗传标记,),在染色体上以,遗传距离,表示相对位置的图。遗传距离通常以基因或,DNA,片段在染色体交换过程中分离的频率,-,厘摩,(,cM,),来表示。,分子生物学技术在遗传标记上的应用：,RFLP,：,限制性片段长度多态性。,DNA,序列上的微小变化，甚至,1,个核苷酸的变化，也能引起限制性内切酶切位点的丢失或产生，导致酶切片段长度的变化。,多态性限制性位点,DNA,(,等位基因,1),DNA,(,等位基因,2),加入限制性内切酶,4,个片段,3,个片段,*,小卫星标记和微卫星标,:,有大量的重复序列存在于人类基因组中，包括重复单位长度在,15-65,个核苷酸的小卫星,DNA(,minisatellite,DNA label),，重复单位长度在,2-6,个核苷酸的微卫星,DNA(microsatellite DNA label),，后者又称为简短串连重复,(shot tandem repeat polymorphism,STR),。,SNP,：,单核苷酸的多态性。,DNA,遗传标记，可能也是最好的遗传标记，是分散于基因组中的单个碱基的差异。这种差异包括单个碱基的缺失和插入，但更常见到是单个核苷酸的替换，即单核苷酸的多态性,(single nucleotide polymorphism,，,SNP),。,2.,物理图,(physical map),物理图指表示,DNA,序列上,DNA,标记之间实际距离的图。通常由,DNA,的限制酶片段或克隆的,DNA,片段有序排列而成。标记之间的物理距离以,DNA,上核苷酸数目的多少,(kb,，表示千碱基对，或,Mb1 Mb=1 000 kb),来表示。,遗传图所表现的，是通过连锁分析确定的各基因间的,相对位置,；物理图则表现染色体上每个,DNA,片段的,实际顺序,。物理图,是指以已知核苷酸序列的,DNA,片段（序列标签位点，,sequence-tagged site,，,STS,）,为“路标”，以碱基对（,bp,，,kb,，,Mb,）,作为基本测量单位（图距）的基因组图。,PCR,现在的测序技术还不能对整个,DNA,分子进行序列测定，因此须先将它切成一个个大小不同的片段，然后将这些片段连起来，构成连续的序列。切割的工具，是一类限制性内切核酸酶，它能识别,DNA,中的特定序列，并在该位点对,DNA,链进行切割。有一类稀有的限制性内切核酸酶，由于,DNA,中这样的序列比较少，所以用它可将,DNA,分子切割成约,100,万碱基大小的大片断。这样的片段有利于排序，不过必须用脉冲场凝胶电泳法，才能将它们分开。,2.,物理图,（,Physical Map,）,基 因 组 测 序,一次测序一般只能测定,1000,碱基对，然后用已知序列的下游部分合成引物，进行另一次测序，如此一步步地“步行”，逐步完成较大片段的测序。因此，需先用质粒建立许多克隆，构成质粒文库，再对这些质粒克隆进行测序，然后用电脑搭配成邻接克隆群。由于自动化和电脑的应用，现在一天已可进行,10,万个测序反应。华盛顿大学、贝勒医学院等机构均已完成几百万到几千万碱基对的测序，错误率仅万分之一，测序速度和准确性已大大提高。,2.,物理图,（,Physical Map,）,3.,转录图,(expression profiling),在整个人类基因组中，只有,1%,5%,的,DNA,序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有,10%,的基因是表达的。如果能把某段,DNA,序列相应的,mRNA,确定下来，就抓住了基因的主要部分，即可转录部分。所以，一张人类基因组的转录图，即,cDNA,图或表达序列图，,EST),才是人类基因图的雏形。,用已在染色体定位的,YAC DNA,或,BAC DNA,为探针，与所有可能相关的各组织,cDNA,文库杂交，寻找其同源克隆并做进一步分析。,4.,序列图,(human genome sequence),序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。测定的总长度约为,1 m,。由,30,亿个核苷酸对组成的序列图就是人类基因组计划。因此，这一“代表性人类个体”的基因与序列，在理论上可以代表全人类的基因组信息，在实际意义上可用于任何个体的基因诊断、基因分析。既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的总和。,第二节 人工染色体构建,酵母人工染色体,(Yeast Artificial Chromosome,YAC),为创制基因组物理图谱提供了极大的方便。,YAC,是迄今容量最大的克隆载体，插入片段平均长度为,500-1000kb,，最大可以达到,2Mb,。,自主复制序列,：,ARS,序列,(autonomous replication sequence),着丝粒序列,:,CEN,序列,(,centromeric,sequences),端粒序列：,TEL,序列,(,telomere sequence),第二节 人工染色体构建,人工染色体含有三种必需成分：,着丝粒,(CEN),：位于染色体中央，呈纽扣状结构，在有丝分裂时结合微管并调控染色体的运动，也是姐妹染色单体配对时的最后位点，接收细胞信号而使姐妹染色体分开。,端粒（,TEL,）：主要功能是防止染色体融合、降解、确保其完整复制。端粒酶以其自身,RNA,为模板，在染色体端部添加上端粒重复序列，并参与端粒长度和细胞增殖的调控。,第二节 人工染色体构建,复制起点：,DNA,复制通常由起始蛋白与特定的,DNA,序列相互作用开始。,DNA,合成的起始位点和,DNA,复制起点,(,遗传位点,),所需的,Cis,靶区常位于同一段长约,100bp,的,DNA,上。,第二节 人工染色体构建,第二节 人工染色体构建,第二节 人工染色体构建,YAC,的主要缺点,1,存在高比例的嵌合体，即一个,YAC,克隆含有两个本来不相连的独立片段；,2,部分克隆子不稳定，在转代培养中可能会发生缺失或重排；,3,难与酵母染色体区分开，因为,YAC,与酵母染色体具有相似的结构。,4,操作时容易发生染色体机械切割。,第二节 人工染色体构建,以细菌寄主系统,(BAC),为基础的克隆载体形成嵌合体的频率较低，转化效率高，又易于分离。科学家用,染色体建造,法用,F,质粒及其调控基因构建细菌载体，克隆大片段,DNA,。该质粒主要包括,oriS,，,repE,（控制,F,质粒复制）和,parA,、,parB,（控制拷贝数）等成分。,第二节 人工染色体构建,第二节 人工染色体构建,细菌人工染色体的构建,riS,和,repE,控制,F,质粒的复制,parA,和,parB,控制质粒拷贝数,BAC,的优点,1,易于用电击法转化,E.coli,（转化效率比转化酵母高,10-100,倍）；,2,超螺旋环状载体，易于操作；,3,F,质粒本身所带的基因控制了质粒的复制；,4,很少发生体内重排。,第二节 人工染色体构建,此外，有人把人类染色体端粒,DNA,上单个,-,卫星,DNA,单元多聚化形成,1Mb,左右的大片段并与人类基因组,DNA,混合，产生了能被复制、能正常分裂并得到长期稳定保存的人工合成的染色体，长度约为,6-10Mb,，称为,MAC,（哺乳类人工染色体）。,第二节 人工染色体构建,第三节 全基因组鸟枪法测序,第三节,全基因组鸟枪法测序,全基因组鸟枪法测序的主要步骤：,第一、,建立高度随机、插入片段大小为,2kb,左右的基因组文库。,第二、,高效、大规模的末端测序。对文库中每一个克隆，进行两端测序。,第三、,序列集合。开发软件，尽量排除错误的连锁匹配。,第四、,填补缺口。有两种待填补的缺口，一是没有相应模板,DNA,的物理缺口，二是有模板,DNA,但未测序的序列缺口。,第三节 全基因组鸟枪法测序,鸟枪法测序的缺点,随着所测基因组总量增大，所需测序的片段大量增加，各个片段重叠或一个连续体的概率是,2n,2,-2n,；高等真核生物（如人类）基因组中有大量重复序列，导致判断失误。,第三节 全基因组鸟枪法测序,鸟枪法测序不能鉴别高等真核生物基因组中的重复序列,第三节 全基因组鸟枪法测序,对鸟枪法的改进,(1)Clone,contig,法。首先用稀有内切酶把待测基因组降解为数百,kb,以上的片段，再分别测序。,(2),靶标鸟枪法,(,direted,shotgun),。首先根据染色体上已知基因和标记的位置来确定部分,DNA,片段的相对位置，再逐步缩小各片段之间的缺口。,改进后的鸟枪法测序原理图,基因组的序列主要分为,3,类,通过比较确知其生理功能的；,在数据库中有匹配的蛋白质序列，但不知道功能的；,在现有数据库中没有匹配的蛋白质序列的新基因。,第四节 比较基因组学,比较基因组学（,comparative genomics,）是通过对一种生物相关基因的认识来理解、诠释甚至克隆分离另一种生物的基因,第四节 比较基因组学,1.,通过基因组数据进行,全局性分析,数据存放。,碱基百分含量分析。无论是,GC,富含区还是,AT,富含区，都可能是一些特殊功能的区域。,ORF,分析。首先要用多个不同的软件来要找到并估测基因组中的每一个,ORF,。,开放阅读框,（,ORF,，,Open reading frame,）是基因序列的一部分，包含一段可以编码蛋白的碱基序列，一个起始和终止密码子之间的序列。,部分典型真核和原核生物基因组成成分分析,人基因组片段分析,人基因组数据库中蛋白质编码基因的部分重要参数比较,性 质,平均值,外显子（内源性）长度,/,bp,外显子（内源性）个数,内含子长度,/,bp,3,非翻译区（,UTR,）,5,非翻译区（,UTR,）,开放阅读框（,ORF,）长度,/,bp,核基因长度,/kb,145,8.8,3365,770,300,1340,27,物种,完成年份,总长度,/Mp,已完成总长的百分数,/%,占常染色质百分数,/Mb,基因数,/Mb,酵母,1996,12,93,100,483,线虫,1998,96,99,100,197,果蝇,2000,116,64,97,117,拟南芥,2000,115,92,100,221,人类第,21,染色体,2000,34,75,100,7,人类第,22,染色体,1999,34,70,97,16,人类全基因组,(Public Sequence),2001,2693,84,90,12,人类全基因组,(Celera Sequence),2001,2654,83,99-93,15,基本完成,DNA,序列分析的真核生物基因组比较,不同物种中单拷贝基因的数量及占基因总数比较,物种,单拷贝基因个数,单拷贝基因占基因总量的,%,流感嗜血杆菌,酵母,果蝇,线虫,拟南芥,1587,5105,10736,14177,11601,88.8,71.4,72.5,55.2,35.0,第四节 比较基因组学,2.,通过基因组数据进行,比较基因组研究,尿殖道支原体与流感嗜血杆菌的比较基因组学研究,基因组尺度减小并不引起基因密度的增加和基因本身尺寸的减小。,通过对这两个亲缘关系较远的生物基因组的比较,选取其共同的基因（共,240,个），再加上一些其他基因，最后组成一套含,256,个基因的最小基因组。,E.coli,Haemophilus,influenzae,和,Mycoplasma,genitalium,基因组中的基因分类,分 类,基 因 数,E.coli,H.,influenzae,M.,genitalium,总,ORF,数,4288,1727,470,氨基酸合成,131,68,1,辅基等的合成,103,54,5,核苷酸合成,58,53,19,细胞膜合成与装配,237,84,17,能量代谢,243,112,31,中合物代谢,188,30,6,脂肪代谢,48,25,6,DNA,复制、重组和修复,115,87,32,蛋白质结构,9,6,7,调控蛋白,178,64,7,转录,55,27,12,翻译,182,141,101,吸收与转运,427,123,34,第四节 比较基因组学,2.,通过基因组数据进行比较基因组研究,古细菌、细菌和真核生物的比较基因组学研究,结果表明，在进化系统上，古细菌与真核生物亲缘关系比原核生物更近。在自养生物的三个分支，细菌、古细菌和真核生物中，细菌的分化较早。,第四节 比较基因组学,2.,通过基因组数据进行比较基因组研究,酿酒酵母与原核生物的比较基因组研究,酿酒酵母是最小的真核基因组，裂殖酵母其次，其密度是,1/2.3kb,，简单多细胞生物线虫的基因密度为,1/30kb,。第二、酿酒酵母只有,4%,的编码基因有内含子，而裂殖酵母则有,40%,编码基因有内含子。,3.,功能基因组学研究,基因敲除（,knock out of gene,）,：,利用基因打靶技术，用无功能的外源基因转入细胞与基因组中同源序列进行同源重组，把具有功能的同源序列置换出来，造成功能基因的缺失或失活，这一技术叫基因敲除。,基因敲入（,knock in of gene,）,：,利用基因同源重组，将外源有功能的基因转入基因组中不存在或已失活的细胞中与其基因组中同源序列进行同源重组，在细胞内获得表达，这一技术称为基因敲入。,第四节 比较基因组学,研究意义：,研究基因功能,转基因动物的制备,用于药物筛选的动物模型,转基因动物可作为“生物反应器”生产药物,Enrichment of,E.coli,cells with CMNPs,+,=,