基因组学5）课件.ppt

华东理工大学生物科学专业核心课程 导论：基因组与基因组学 基因组表达的调控机制 胞外信号分子作用于膜受体后通过蛋白级联激活 影响基因组转录活性： 基因组表达的调控机制 5 B 基因组转录图谱的绘制 c 模式生物的转录组研究 人类的转录组 纵坐标为基因组单位长度内外显子和杂交阳性探针即mRNA密度 5 B 基因组转录图谱的绘制 c 模式生物的转录组研究 人类的转录组 人类转录组中mRNA的种类数五倍于基因数，这表明大多数人类基因拥有多于一种的转录物。分析整个基因组后发现，大约有一万种mRNA是在先前认为不存在任何基因的DNA区域内被发现的。这充分说明了转录 组研究的必要性。 5 C 基因组差异表达的研究 转录组图谱相对于基因组图谱的一个显著优势是其具有动态性。随着细胞生长周期和个体发育阶段的不断推进，基因组的表达谱（即转录谱）将会发生程度不同的差异，这些随时间、空间、物种不同而表现出来的基因转录差异往往能真实地揭示生命运动的规律与本质。 因此，基因组差异表达的研究具有重要价值。 5 C 基因组差异表达的研究 a 不同物种来源的转录组差异检测 物种A转录组 物种B转录组 将来自两种不同物种的cDNA样品分别用两种荧光基团的胞嘧啶核苷酸C3和C5标记，同时杂交同一DNA芯片，洗去非杂交样品后，用两种不同波长的激光扫描检测芯片，获得两个可比对研究的转录组图 裂殖酵母四个物种的转录组比对 Science 332, 930, 2011 L： 对数期 GD：糖代谢ES：静止期 HS：热休克 5 C 基因组差异表达的研究 b 不同时间或区域的转录组差异检测 将来自同一物种不同时间的cDNA样品分别杂交相同的微列阵，并将杂交信号的相对强弱（即mRNA的转录水平强度）用颜色表示，由此可以比对分析任意两个基因表达水平之间的相关性，并以树状聚类图的形式 表现出来，这种方法称为系统聚类法（Hierarchical clustering）。 5 C 基因组差异表达的研究 b 不同时间或区域的转录组差异检测 另一方面，也可以利用报告基因探测法跟踪基因组中一组特定基因的时空表达（转录）特征。决定基因或基因组时空特异性表达的主要因素是存在于基因编码区上游的启动子-增强子序列（基因表达调控的顺式元件）以及存在于特定细胞特定时间的转录调控因子（基因表达调控的反式元件），而非基因编码区本身。因此，可以选取表达产物易于观察检测的某些已知基因（报告基因）的编码区取代待测基因的编码区， 由此探查待测基因转录表达的时间和空间差异。 5 C 基因组差异表达的研究 b 不同时间或区域的转录组差异检测 待查基因 报告基因 利用同源重组技术 以报告基因取代待查基因 5 C 基因组差异表达的研究 c 基因组与转录组之间的差异检测 Science 333, 53, 2011 转录组测序还能调查mRNA转录的忠实性。依据经典的中心法则，mRNA的序列应该与其基因的外显子序列完全一致，但事实并非绝对如此。来自 27个人B淋巴细胞4741个已知功能基因的10210个外显子中，共检出28766处碱基与mRNA相应位点的碱基不符 AtoG：DNA上为A，mRNA上为G 5 C 基因组差异表达的研究 c 基因组与转录组之间的差异检测 d 基因的转录组差示克隆 多瘤病毒感染的FR3T3细胞 正常的FR3T3细胞 总mRNA 总mRNA cDNA 双链cDNA 单链cDNA 提取mRNA 合成cDNA 合成第二链 克隆 提取mRNA 共价交联 上柱 原位杂交 病毒诱导表达的基因 cDNA克隆 基 因 组 学 张 惠 展 基 因 组 学 5 2 3 4 1 7 结构基因组学：基因组作图 结构基因组学：基因组测序 结构基因组学：基因组解析 功能基因组学：基因组表达 比较基因组学：基因组进化 6 功能基因组学：基因组遗传 功能基因组学：基因组表达 5 A 基因组转录图谱的绘制 基因组差异表达的研究 5 B 5 C 功能基因组学的一大任务是绘制基因组的转录图谱 5 A 基因组表达的调控机制 基因的表达是指基因在细胞内部和外部因子的联合作用下进行转录和翻译，这一过程受到多重机制的严密调控；而基因组表达的关键性调控机制则决定哪些基因表达和那些基因沉默，即基因表达开与关的选择，因此基因组表达的关键调控环节位于转录起始阶段。基因组 处于转录起始的状态称为基因组的表达活性。 5 A 基因组表达的调控机制 a 基因组活性的瞬时可逆变化 基因组表达活性的瞬时变化主要在细胞对胞外环境刺激的应答时发生。 胞外环境刺激因子通过两种方式影响胞内基因组表达活性： 直接作用：信号