《第11章 基因组学与比较基因组学》.ppt

第11章　 基因组与比较基因组学 什么是基因组，基因组学？ 基因组（Genome）：是指生物体的单倍体细胞中所有的DNA，包括细胞核内的DNA和各种细胞器中的DNA，是生物体内遗传信息的集合。 基因组学（genomics）：是研究并解析生物体整个基因组所有遗传信息的一门学科。 结构基因组学 结构基因组学：基因组计划 功能基因组学 功能基因组学：后基因组学（postgenomics) 利用结构基因组学提供的 信息和产物，在基因组系 统水平上全面分析基因的 功能的一门学科。 比较基因组学 比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学科。 基因组计划的主要任务是获得全基因组序列； 现在的测序方法每次只能测800-1000bp，大量的测序片段要拼接； 要知道序列在染色体上的位置才能正确拼接，因此需构建基因组图谱。 教学内容 一、高通量DNA序列分析技术 二、人类基因组计划 三、比较基因组学 （一）DNA序列分析技术 DNA序列测定： 是指DNA一级结构的测定，是在核酸酶学和生物化学的基础上，创立并发展起来的一门重要的DNA技术学。 1、双脱氧链末端终止法 （1）Sanger 双脱氧链末端终止法测定DNA序列的基本原理： 以DNA合成反应为基础，加入ddNTP生成特定末端不同长短的DNA片段； 聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分长度只差一个核苷酸的DNA分子。 利用DNA聚合酶不能够区分dNTP和ddNTP的特性，在DNA合成反应中，加入ddNTP， ddNTP不存在3′-OH末端，故不能与下一个核苷酸的5′-P端形成3′、5′-磷酸二酯键，导致DNA新链的延伸提前终止于ddNTP 。 这样以待测序列的DNA为模板，加入引物和4种dNTP（其中一种为α-32P标记），将此反应物分为4等份，每份内加入一定比例的一种ddNTP，如此形成A、T、C、G四个反应体系，最后在各反应体系中加入DNA聚合酶催化DNA片段合成。这样各反应体系中即可形成以一种ddNTP残基为3’端结尾的一系列长短不一片段。  DNA模板 ATTGCAGTCGAC生成的新链 TAACGTCAGCTG  T管： C管： TAACGTCAGCT TAACGTCAGC  TAACGT TAACGTC T TAAC   G管： A管： TAACGTCAGCTG TAACGTCA TAACGTCAG TAA TAACG TA   （2）双脱氧末端终止法主要步骤 单链DNA模板的制备 DNA模板与测序引物退火 延伸-终止反应 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 放射性自显影 阅读测序结果 2、DNA测序自动化 DNA测序的自动化是在Sanger的双脱氧链末端终止法的基础上在1987年由美国应用生物系统公司进一步发展起来的激光测序法，其基本原理与末端终止法一样，都是通过ddNTP竞争性的终止新合成的DNA链。 DNA测序自动化步骤： 4种带有不同荧光染料标记的终止物ddNTPs Sanger测序反应 反应产物电泳分离 激光激发不同大小DNA片段上的荧光分子，发射出 四种不同波长的荧光 荧光信号采集、计算机分析与DNA自动排序 （二）鸟枪法测序技术及其改良 基因组的每条染色体长度可达数百万碱基对以上，将链终止法测定的小片段DNA组装成真实的排列顺序是一项浩繁而精细的工作。 DNA顺序的组装主要方法： 全基因组鸟枪法测序 改良鸟枪法：大片段克隆法、靶标鸟枪法 1、全基因组鸟枪法测序 鸟枪法的顺序组装是直接从已测序的小片段中寻找彼此重叠，然后依次向两侧邻接的序列延伸。 DNA的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。 第三，序列集合。 第四，填补缺口。 鸟枪法的局限： 拼接组装困难：对于结构复杂的大基因