基因組與比較基因組學(xué)ppt課件.ppt

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1、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2第九章基因組與比較基因?qū)W人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）20世紀(jì)人類(lèi)科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉之一。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院3第九章基因組與比較基因?qū)W1940年代第一顆原子彈爆炸，1960年代人類(lèi)首次登上月球和1990年代提出并已基本完成的人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）是20世紀(jì)人類(lèi)科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉。對(duì)人類(lèi)以及其他生物體全基因組的測(cè)序是人類(lèi)科學(xué)發(fā)展史上的一項(xiàng)浩大工程。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院4第九章基因組與比較基因?qū)W基因組學(xué)是美國(guó)人T·H·Rodehck在1986年7月造出來(lái)的?；蚪M是生

2、物體內(nèi)遺傳信息的集合，是某個(gè)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(gè)細(xì)胞之中，有時(shí)相對(duì)集中在類(lèi)核體上。類(lèi)核體上的DNA是一條共價(jià)、閉合雙鏈分子，類(lèi)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(gè)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（genome）。例如，人有23對(duì)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。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院5第九章基因組與比較基因?qū)W內(nèi)容：高通量DNA分析技術(shù)人類(lèi)基因組計(jì)劃其他基因組

3、比較基因組學(xué)及相關(guān)研究第一節(jié)高通量DNA序列分析技術(shù)1.DNA序列測(cè)定的基本原理無(wú)論是對(duì)于重組質(zhì)粒、單個(gè)基因還是整個(gè)基因組，分析DNA結(jié)構(gòu)的最基本方法就是測(cè)定出這些DNA分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)——DNA序列。DNA自動(dòng)測(cè)序儀可快速測(cè)定DNA序列，計(jì)算機(jī)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(gè)染色體。高效快捷的DNA測(cè)序方法是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)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。后者因更適應(yīng)序列分析的自動(dòng)化而逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院62021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院7S

4、anger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(shí)，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(zhǎng)，鏈端摻入單脫氧堿基的片段可繼續(xù)延長(zhǎng)。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(zhǎng)度不等的核酸片段。反應(yīng)終止后，分四個(gè)泳道進(jìn)行電泳，以分離長(zhǎng)短不一的核酸片段（長(zhǎng)度相鄰者僅差一個(gè)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。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院8第一節(jié)高通量DNA序列分析技術(shù)2.基因組DNA大片段文庫(kù)的構(gòu)建構(gòu)建基因文庫(kù)是測(cè)序前必

5、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。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院9第一節(jié)高通量DNA序列分析技術(shù)3.鳥(niǎo)槍法基因組序列分析技術(shù)DNA序列分析技術(shù)一次測(cè)序反應(yīng)的長(zhǎng)度不能超過(guò)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(niǎo)槍法測(cè)序技術(shù)——隨機(jī)挑選插入基因組DNA的質(zhì)粒做測(cè)序反應(yīng)，然后用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行序列拼接。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院10第一節(jié)高通量DNA序列分析技術(shù)3.鳥(niǎo)槍法基因組序列分析技

6、術(shù)采用全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序的基本原理：對(duì)某基因組文庫(kù)全部克隆片段進(jìn)行末端序列測(cè)定中未測(cè)到的堿基數(shù)，即缺口(gap)，與已測(cè)定的總堿基數(shù)相關(guān)。隨著已測(cè)定堿基數(shù)的增加，缺口的總堿基數(shù)目會(huì)按照泊松公式的一個(gè)推論（P=e-m）迅速減小。其中P為基因組中某個(gè)堿基未被測(cè)定的概率，m為所測(cè)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(jī)測(cè)定的堿基數(shù)達(dá)到基因組5倍），基因組中未測(cè)定的堿基數(shù)為總堿基數(shù)的0.67%（e-5=0.0067）。對(duì)流感嗜血桿菌基因組（1.83Mb）來(lái)說(shuō)，可能留有128個(gè)平均長(zhǎng)為100bp的缺口。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院11第一節(jié)高通量DNA序列分析

7、技術(shù)3.鳥(niǎo)槍法基因組序列分析技術(shù)鳥(niǎo)槍法測(cè)序的缺點(diǎn)：隨著所測(cè)基因組總量增大，所需測(cè)序的片段大量增加，各個(gè)片段重疊成一個(gè)連續(xù)體的概率是2n2-2n。2021/7/30南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院12第一節(jié)高通量DNA序列分析技術(shù)3.鳥(niǎo)槍法基因組序列分析技術(shù)對(duì)鳥(niǎo)槍法的改進(jìn)：Clonecontig法。首先用稀有內(nèi)切酶把待測(cè)基因組降解為數(shù)百kb以上的片段，再分別測(cè)序。靶標(biāo)鳥(niǎo)槍法(diretedshotgun)。首先根據(jù)染色體上已知基因