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人類基因組計劃（HGP）20世紀(jì)人類科技發(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年代人類首次登上月球和1990年代提出并已基本完成的人類基因組計劃（HGP）是20世紀(jì)人類科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉。對人類以及其他生物體全基因組的測序是人類科學(xué)發(fā)展史上的一項浩大工程。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)是美國人T·H·Rodehck在1986年7月造出來的。基因組是生

2、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（genome）。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。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)人類基因組計劃其他基因組

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(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。后者因更適應(yīng)序列分析的自動化而逐漸占據(jù)優(yōu)勢。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，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(jìn)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。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大片段文庫的構(gòu)建構(gòu)建基因文庫是測序前必

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(jī)挑選插入基因組DNA的質(zhì)粒做測序反應(yīng)，然后用計算機(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.鳥槍法基因組序列分析技

6、術(shù)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(jìn)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(jī)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。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.鳥槍法基因組序列分析技術(shù)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。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.鳥槍法基因組序列分析技術(shù)對鳥槍法的改進(jìn)：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(diretedshotgun)。首先根據(jù)染色體上已知基因