第十一章基因組與比較基因組學(xué)ppt課件.ppt

《第十一章基因組與比較基因組學(xué)ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第十一章　基因組與比較基因組學(xué)20世紀(jì)人類科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉90年代人類基因組計劃40年代第一顆原子彈爆炸60年代人類首次登上月球基因組學(xué)是美國人T·H·Rodehck在1986年7月造出來的?；蚪M是生物體內(nèi)遺傳信息的集合，是某個特定物種細(xì)胞內(nèi)全部DNA分子的總和（細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的DNA屬于該細(xì)胞器的基因組）。原核生物基因組：原核生物DNA分布在整個細(xì)胞之中，有時相對集中在類核體上。類核體上的DNA是一條共價、閉合雙鏈分子，類核體通常也稱為染色體。這條染色體的DNA就是原核細(xì)胞的基因組。真核生物基因組：一個物種的單倍體的各條染色體中的全部DNA為該物種的基因組（genom

2、e）。例如，人有23對染色體，配子——單倍體是23條染色體，這23條染色體中的全部DNA就是人體基因組。一、高通量DNA分析技術(shù)1.DNA序列測定的基本原理無論是對于重組質(zhì)粒、單個基因還是整個基因組，分析DNA結(jié)構(gòu)的最基本方法就是測定出這些DNA分子的一級結(jié)構(gòu)——DNA序列。DNA自動測序儀可快速測定DNA序列，計算機處理能力的快速提高則使得大量DNA小片段很容易拼接成較大的片段甚至整個染色體。高效快捷的DNA測序方法是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的，主要有兩種：Sanger的雙脫氧鏈終止法和Maxam-Gilbert的化學(xué)修飾法。前者因更適應(yīng)序列分析的自動化而逐漸占據(jù)優(yōu)勢。

3、Sanger的雙脫氧鏈終止法基本原理：核酸模板在核酸聚合酶、引物、四種單脫氧堿基存在條件下復(fù)制或轉(zhuǎn)錄時，如果在四管反應(yīng)系統(tǒng)中分別按比例引入四種雙脫氧堿基，只要雙脫氧堿基摻入鏈端，該鏈就停止延長，鏈端摻入單脫氧堿基的片段可繼續(xù)延長。如此每管反應(yīng)體系中便合成以共同引物為5’端，以雙脫氧堿基為3’端的一系列長度不等的核酸片段。反應(yīng)終止后，分四個泳道進行電泳，以分離長短不一的核酸片段（長度相鄰者僅差一個堿基），根據(jù)片段3’端的雙脫氧堿基，便可依次閱讀合成片段的堿基排列順序?；蚪MDNA大片段文庫的構(gòu)建構(gòu)建基因文庫是測序前必須的預(yù)備工作。用細(xì)菌的F質(zhì)粒及其調(diào)控基因構(gòu)建了細(xì)菌染色體克隆載

4、體BAC，其克隆能力在125-150kb左右。以BAC為基礎(chǔ)的克隆載體轉(zhuǎn)化效率高，而且以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在于細(xì)菌體內(nèi)，易于分辨和分離純化。鳥槍法基因組序列分析技術(shù)DNA序列分析技術(shù)一次測序反應(yīng)的長度不能超過1kb，不能直接用BAC等大片段作為序列分析的模板，采用全基因組鳥槍法測序技術(shù)——隨機挑選插入基因組DNA的質(zhì)粒做測序反應(yīng)，然后用計算機程序進行序列拼接。采用全基因組鳥槍法測序的基本原理：對某基因組文庫全部克隆片段進行末端序列測定中未測到的堿基數(shù)，即缺口(gap)，與已測定的總堿基數(shù)相關(guān)。隨著已測定堿基數(shù)的增加，缺口的總堿基數(shù)目會按照泊松公式的一個推論（P=e-m）迅速減小。其中

5、P為基因組中某個堿基未被測定的概率，m為所測定的堿基數(shù)與基因組大小相比的倍數(shù)。m越大P值越小。當(dāng)m=5（即隨機測定的堿基數(shù)達(dá)到基因組5倍），基因組中未測定的堿基數(shù)為總堿基數(shù)的0.67%（e-5=0.0067）。對流感嗜血桿菌基因組（1.83Mb）來說，可能留有128個平均長為100bp的缺口。全基因組鳥槍法測序的主要步驟是：第一，建立高度隨機、插入片段大小為2kb左右的基因組文庫?？寺?shù)要達(dá)到一定數(shù)量，即經(jīng)末端測序的克隆片段的堿基總數(shù)應(yīng)達(dá)到基因組5倍以上。第二，高效、大規(guī)模的末端測序。對文庫中每一個克隆，進行兩端測序，TIGR在完成流感嗜血桿菌的基因組時，使用了14臺測序儀，

6、用三個月時間完成了必需的28,463個測序反應(yīng)，測序總長度達(dá)6倍基因組。第三，序列集合。TIGR發(fā)展了新的軟件，修改了序列集合規(guī)則以最大限度地排除錯誤的連鎖匹配。第四，填補缺口。有兩種待填補的缺口，一是沒有相應(yīng)模板DNA的物理缺口，二是有模板DNA但未測序的序列缺口。他們建立了插入片段為15-20kb的λ文庫以備缺口填補。鳥槍法測序的缺點：隨著所測基因組總量增大，所需測序的片段大量增加，各個片段重疊成一個連續(xù)體的概率是2n2-2n。對鳥槍法的改進：Clonecontig法。首先用稀有內(nèi)切酶把待測基因組降解為數(shù)百kb以上的片段，再分別測序。靶標(biāo)鳥槍法(diretedshotgu

7、n)。首先根據(jù)染色體上已知基因和標(biāo)記的位置來確定部分DNA片段的相對位置，再逐步縮小各片段之間的缺口。改進后的鳥槍測序法原理圖二、人類基因組計劃2003年4月14日，國際人類基因組宣布：人類基因組序列圖--“完成圖”提前繪制成功。人類基因組包括24條染色體，約30億對核苷酸，編碼5萬～6萬個基因，人類基因組中攜帶了有關(guān)人類個體生長發(fā)育、生老病死的全部遺傳信息。從整體上看，不同人類個體的基因是相同的，因此，我們說“人類只有一個基因組”，人生來是平等的。當(dāng)然，不同的人可能擁有不同的等位基因，這一點決定了人與