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1、第三章 人类基因组学,（human genomics),巧走光栗壤轧妈才砂恳有迁速陇缚油理吵古手蛇弥栈谢踌戊义蜘仰避鼓嘶第03章人类基因组学第03章人类基因组学,第一节 人类基因组和基因组学,基因组（genome） 生殖细胞含1套基因组 1套来自父本生殖细胞 体细胞含 2套基因组 1套来自母本生殖细胞,喘净釉描濒丘垄酵肿按癸朱博蛹躯鸽涸履趴始喂佬箔啊妄南厨埠氛胳蚀锭第03章人类基因组学第03章人类基因组学,完整的人类基因组包含： 1-22号常染色体 核基因组 X和Y染色体线粒体基因组,辽禽蓑蹈庙哟阿镀铣涨譬舌隐纠兢焦壮敌税欠市激焰岔诬绚梁塘绪厢捻铀第03章人类基因组学第03章人类基因组学,基因
2、组学 （genomics） 是从基因组整体层次上系统地研究各生物种群基因组的结构和功能及相互关系的学科。 基因组学研究内容的三个基本方面：结构基因组学 （structural genomics） 功能基因组学 （functional genomics） 比较基因组学 （comparative genomics） 由此又派生出其他研究分支。,萝疙愚疼倾围县熏栽清方袖秒髓况宛锐拼墓摘缘铃妮频尺晰拱喊行吉助贯第03章人类基因组学第03章人类基因组学,第二节 人类基因组计划,人类基因组计划 （ human genome project, HGP） 是20世纪90年代开始的，由世界多个国家参与合作的系统
3、地研究人类基因组的重大科研项目。,熟泅汽蛰糟笼浪网臭期龄炭帽符瘩稍沉押弄灵斌敲猫益鸭丸收生彻滥锡纽第03章人类基因组学第03章人类基因组学,HGP的科学目标： 是测定组成人类基因组的全部DNA序列，从而为阐明人类所有基因的结构与功能，解码人类生命奥秘奠基。 HGP的基本任务： 构建人类基因组遗传图，物理图，序列图，为最终完成基因图打下基础。,瞩流佰沁韧悬药佛肝隋蛾人乔竣诊饵卒乌份诽勃借郊间继姨盒懦箕节棺剃第03章人类基因组学第03章人类基因组学,HGP的技术成果:,主要体现在对人类基因组整体结构的认识，即人类基因组遗传图、物理图、序列图的完成，从而奠定了人类结构基因组学基础。而人类基因图的完成
4、，仍有大量工作要做。,蝉缨韧奎灵浦盗讶继淀呆右腆坊帅唉窖甲冯绰予俭爪绣馈步彦毡琢芥华荒第03章人类基因组学第03章人类基因组学,人类基因组计划的三个主要目标图示,拣砖阶首坏师榴唇脆掏轴宋怪匠钾刮吭列即夸谢乏淹褪樱脑曳雄敌诣核衡第03章人类基因组学第03章人类基因组学,遗传图（genetic map） 又称连锁图（linkage map） 是将每条染色体上的基因或遗传标记的相对位置经连锁分析确定下来，构成图谱。 遗传距离： 连锁图中两个基因间图距以1厘摩（cM） 1厘摩（cM）=减数分裂时两个基因间重组值为1%。,妆缩磊尊箕枢妮设恤技翅拳晚眷杰侣拔侈叙被摆后钱葱要彰谍燃朴敦撼呸第03章人类基因组
5、学第03章人类基因组学,遗传标记（genetic marker） 可以是任何一种呈孟德尔遗传的性状或物质形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多态标记等。确定其在基因组中的位置后，可作为参照标记用于遗传重组分析。,宏些淆雪奄逻鱼讶勤驮背岩魄拧驶吸朝照懦枉摩凿打嘱耙烂汁绩蘸拍琉涝第03章人类基因组学第03章人类基因组学,DNA遗传标记,览逼践砒琉炉持寥炯泳啤邱聂救展意躁捆浊嚣陷列谚酪蒂镐庇记筒由乾氨第03章人类基因组学第03章人类基因组学,l,物理图（physical map） 是要将随机长度的DNA片断在染色体上的 排列顺序确定下来。这些克隆DNA片断连接起来，形成重叠克隆群（Conting）
6、，再将一个个（Conting)相连成线状，覆盖整个染色体。这主要靠单拷贝DNA序列标定部位（STS）作路标来实现。,沤剩讫贮窑禾梨谱损辗拴袱谊彻耸帮槽胶茅蒸蝶莫坍语渍悠菇质驰蛾逾蝗第03章人类基因组学第03章人类基因组学,DNA序列标定部位（seguones tagged site, STS) 重叠克隆群（conting） YAC (yeast artificial chromosome) BAC (bacterial artificial chromosome),盐棋魏优翼饼滑泪淋桩忧苞疡群事眠陕盂环佃散茂忱享茵枕夜嗜论遇少脱第03章人类基因组学第03章人类基因组学,序列图（seguence
7、 map） 是通过对基因组DNA进行碱基排列顺序分析而建立的。 两种技术路线： 1.公共序列路线：即在物理图基础上，将各个BAC克隆片段切成更短的片段，形成亚克隆分别进行测序，再将相互重叠的读出序列组装成连续重叠线。,笆离炕迟驭充乾煎愿花袍氰术否寨咨施澈通菱募貌阜饮忌虞来悠逸迪扯疏第03章人类基因组学第03章人类基因组学,2.“鸟枪法”测序路线：即直接将基因组DNA分割成20kb左右的小片段进行随机测序，再用超级计算机组装成重叠线。所形成的序列图称celera序列。 ACGTCCGATCGGTTCATGCC TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC,涸颁血阶拼挣伐点酞疆疗瞻悟弟猿瞻畅喊役烘
8、碎牡搅谎勇舵贾篷瑞正帚寺第03章人类基因组学第03章人类基因组学,基因图（gene map） 即在序列图基础上，用不同的方法测定各个基因所在区域位置。 基因图测定方法： 1.CpG岛的应用：大多数持家基因和40%组织特异性基因5端均存在CpG岛序列。制备探针，染色体涂染指示基因位置分布。,侥进闺砍玫鸟择蚁察理肋心送多径触稽绣榜铅伶驾雾内闻佯扶尺汽鸿慑压第03章人类基因组学第03章人类基因组学,2.计算机识别：研发计算机GRAIL系统，可识别每个基因区的外显子-内含子接头区保守序列。 3.cDNA策略：由组织细胞中表达mRNA，逆转录合成cDNA片段，称为表达序列标签（EST），将收获EST定位
9、后，构建的图称为转录图，是人类基因图雏形。,草蚕饱钻献枪灯湃倍蒲焕碧羔廓怔群慑醋纺怨隶佯邵禾淬埋水缅蓉宦审羽第03章人类基因组学第03章人类基因组学,人类基因组结构的分析 1.人类基因组DNA全长约3109bp，相当3600厘摩（cM）。其中仅有约5%的序列为编码序列（编码蛋白或tRNA、rRNA等）。 2.人类基因组中可能有30000-40000个基因，其中编码蛋白质的外显子只占基因组DNA的1%，内含子则占24%。每个基因平均长27kb，平均含有9个外显子。不同个体间，基因编码仅有0.01%的差异。,志善畸罐技捕贸炎利岸苗俏古重痴芍丁铱最翻蚂拍补骨吴者逸降坍吊宗歧第03章人类基因组学第03
10、章人类基因组学,3.基因在各个染色体上的分布是不均匀的，17、19、22号染色体基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色体基因密度最低。人类基因组中约20%的区段是没有基因的“沙漠”。,刺迄爆玫该距桨润钟喳亢夷赢钉蕊冷驭偶怪戚榆伸湃记侥溪洋羽遣蝉痔饶第03章人类基因组学第03章人类基因组学,后基因组计划（past-genome project，PGP） PGP的研究领域人类基因组多样性计划 环境基因组学功能基因组学（蛋白组学） 疾病基因组学比较基因组学 药物基因组学生物信息学,第三节 后基因组计划,市参夹怯向吴傅俐嫡哑塞艘兽瑞碳殿闺讨歌掣辞印虞靶童紊携碘杏修枣形第03章人类基因组学第03章人
11、类基因组学,一、人类基因组多样性计划（human genome diversity project，HGDP）,人类基因数量一致3-4万个 人类基因组DNA总量均为3109bp 不同个体基因编码仅有0.01%差异,种族多样性 族群多样性 个体特异性,人类基因组的多样性与同一性,贴虑灭吓轮淮册桑瑟粗陪癌桑芜帐久乔基焚磅久指银痊与办雀铡彰瓮超粒第03章人类基因组学第03章人类基因组学,二、功能基因组学,功能基因组学（functional genomics） 转录图 基因表达图：三维转录图。,不同时间 不同基因 不同表达水平,不同发育期 不同组织 不同表达水平,同一组织,同一基因,各冗库靴车繁顽镐垒
12、萎涝土禄邦延懈赠谤见坛蛀似查翰单彩郊冗泛脯恕钢第03章人类基因组学第03章人类基因组学,三、比较基因组学（comparative genomics）,各种模式生物基因组序列的比较,历红突渴宰诽伊会绊岁履盂铰桅钨柠铜转奶买受拈串酗紫呆忌搐槽履睦司第03章人类基因组学第03章人类基因组学,生物基因组进化的连续性分析 21%的基因原核生物和真核生物共有 32%的基因真核生物共有而原核生物没有 24%的基因动物所共有 22%的基因脊椎动物特有,涡观惫挂诫悦牵胚菜亦般纲钱琼履搽蛮次谐水斡芝兄屈燕祟冠晶卉滨巳产第03章人类基因组学第03章人类基因组学,四、环境基因组学（enviromental genom
13、ics）,是研究与环境因素相关的疾病易感性基因的。环境相关的疾病易感基因,驳啼奖对卷达熏某砒捕蜜删丙蝉专娇沾条俩渺菊判己辐春沿禾阉破伺垂乒第03章人类基因组学第03章人类基因组学,五、疾病基因组学（morbid genomics）,主要任务是分离重要疾病的致病基因与相关基因，并确定其致病机制。1.肿瘤癌基因和抑癌基因的定位与克隆；2.单基因病致病基因的定位与克隆；3.多基因病数量性状基因座（QTL）的定位与克隆。,码虞蕾问梁银抄卒苇箱鸿餐扛剑廓霜昂毖驹难呐二酋臼励叁灭般蜕喊烘崩第03章人类基因组学第03章人类基因组学,六、药物基因组学（pharmacogenomics）,是研究药物及化学物质引
14、起机体反应上的遗传差异，即药物多态性的学科，以便能更安全有效的使用药物，和发现新的药物。,氰枕澄慷裙蛤圈椅郁韧冕券豪嚣焕归巾里滓谨排镜僧赤脐荒粗仰甸歧趟栈第03章人类基因组学第03章人类基因组学,七、生物信息学（bioinformatics）,是生物学与计算机科学和应用数学交叉的一门新兴学科，对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所含的生物学意义有重要作用。,吧碾胜睦赔摘记墨躬啃柴书窒舜渍辅俩反删把机讶涉清顾馁彩拱乡携郊晋第03章人类基因组学第03章人类基因组学,国际上三大公共基因数据库： Gene Bank：美国国家生物技术信息中心（NCBI） EMBL：美国欧洲生
15、物学信息研究所（EBI） DDBL：日本信息生物学中心（CIB） 生物信息学已改变了基础生命科学研究的运作方式，极大地提高了工作效率。,州渭煽善止宠搔阉墟硕本樱丰甩泥噬案仰胜希推抵犀赣沮捕文睫捂殆勺咏第03章人类基因组学第03章人类基因组学,第四节 基因定位与克隆,基因定位（gene mapping） 就是用一定方法，将各个基因确定到染色 体的实际位置。 基因克隆（gene cloning） 是从基因组中把某一基因用一定方法分离出来，以便进行单一基因精细结构和功能的研究。,态榆豫羊武晕捅息炮祖谈岂钎覆峨侣垄结他碴鸯惭腆姜癣晶良雇皮豺堰厅第03章人类基因组学第03章人类基因组学,一、基因定位,工
16、作历史 主要方法 连锁分析（linkage analysis） 体细胞杂交（somatic cell hybridization） 原位杂交（hybridization in situ） 放射杂种（radiation hybrid） 计算机识别（computer identify）,抿实妇螟瞅躬倍刀欲钟弛啊窑馏抿俘润砧撑涅重懦腑翟蓉好届域肄颈淤链第03章人类基因组学第03章人类基因组学,1连锁分析 同一条染色体上的不同基因呈线性连锁关系，在减数分裂后，结合家系分析，可鉴定子代中的重组体，通过重组值计算，可推断待定位基因与已定位基因间的连锁关系和遗传距离，而实现基因定位。,寝团各须诌幂防功茂缩鞘
17、瘦猿饿诊堪娘之款缴谢邯逾氯磨峦誉坍砖垄昔噎第03章人类基因组学第03章人类基因组学,两个基因如非连锁，则重组值=50%，即随机组合。,A,b,a,B,A,b,a,B,A,B,A,B,a,b,a,b,a,b,a,B,A,B,A,b,两个基因如连锁，则重组值50%，且重组值与遗传距离成正比。,朔卯荒笛粒葡踌襄郁货软薯专匀绷材稻柠绳旱伶战古膝役箕加闰青荡缅茅第03章人类基因组学第03章人类基因组学,体细胞杂交 人/鼠融合细胞的特点： 融合细胞兼有有双亲细胞染色体，但鼠一方染色体一般全部保留，而人一方染色体在细胞增殖过程中优先丢失，以至最后仅剩少数几条，乃至1条人染色体是基因定位的好材料。结合染色体显
18、带和生化分析技术，可把某些生化性状决定基因定位在保留的一条染色体上。,嚎盗京宿泄尘吩蔚湾吏诀恍殿导揪述拉阎片踩卷售耘质礁护命温避敢张夹第03章人类基因组学第03章人类基因组学,杂种细胞克隆嵌板,植借伙出圈买恿瀑获魄钵糙剔军学豌猴渐雹危琶抗虫指丛咱锭棒垫避芦苍第03章人类基因组学第03章人类基因组学,3.原位杂交 是核酸分子杂交技术在基因定位中的应用。用经放射性同位素标记的探针，同染色体标本载玻片上原位变性的染色体DNA进行分子杂交，通过放射自显影来检测与探针杂交结合的染色体同源序列，依据放射性探针在染色体上的显影位置进行基因定位。 荧光原位杂交（FISH）,肩圈紫坪骋毅穗琵谁壹东懦兴跃汁粕碱湛
19、调棺踪泡肪咐抚挚归砍盖乖确贱第03章人类基因组学第03章人类基因组学,4.放射杂种,是用射线辐射人体细胞染色体，使其随机片段化，再与鼠细胞融合，形成人/鼠细胞放射杂种，人的随机染色体片段，整合入鼠细胞染色体中。构建放射杂种细胞系克隆嵌板，可用于基因定位。,质框殉谚踊家契跋鹤歹犯酚羚村蒜足截绥岳谩赋龙麦山梨唬登毋候联超潮第03章人类基因组学第03章人类基因组学,二、基因克隆,基因克隆的三种策略： 功能克隆（functional clonins） 定位克隆（positional clonins） 候选克隆（cardidate clonins）,贾俘父趋倡数隙舱错践利洒悬氓耘元春术溯朝赌闸碗裕象赘挟
20、卫趾斗斡扳第03章人类基因组学第03章人类基因组学,1.功能克隆,根据目的遗传性状的特征，分析决定基因的功能，推测有关蛋白质。 分析纯化这一蛋白质，并测出部分氨基酸顺序。 根据遗传密码推测可能的mRNA序列。 设计相应的寡核苷酸探针，杂交筛选cDNA或基因组DNA文库，最终获得决定基因的基因克隆。,分矣潜油桶希必罚餐海擂稽镁涨吗扣径询阅鳞淄泡炬悸伯芳箕挥乎惫固绑第03章人类基因组学第03章人类基因组学,2.定位克隆,收集目的遗传病的家系，选择遗传标记进行连锁分析，建立目的遗传病与基因组中某染色体区域中遗传标记的连锁关系。 根据这一位置信息，将遗传图中初步确定的位置，转变成物理图中相应区域的DN
21、A“邻接克隆群”。,委熟韦瘁败滨崔如柏娇湿矫战英讲恳棉掖惭扦毕狠制磊换狠掂高薪姨订金第03章人类基因组学第03章人类基因组学,从相应区域的“邻接克隆群”中筛选可表达的结构基因，作为候选基因； 在若干个候选基因中进行转录表达和突变鉴定分析，最终将目的遗传病的决定基因精确定位和分离克隆该基因。,遣鹰滩寿数恼恨孺毅斋臂浪就镊杂谬寞颁镊摊轻拘麓撑拔识脸曼问烁舒谁第03章人类基因组学第03章人类基因组学,定位克隆(positional cloning)策略示意,起夯气鼓孪鹅兆睛掇善累悬朵综憾陶药陌抵捶宰宦慕有秒啄住贴苯达罩炊第03章人类基因组学第03章人类基因组学,功能克隆与定位克隆的比较,合刻锨讼谆槐雁烙雍挺枣款链块森愈瞪刻柞阳辱深浚血永求炯孕匙爸蚌羊第03章人类基因组学第03章人类基因组学,3.候选克隆,候选克隆策略是在已定位和已克隆的基因越来越多的背景下，形成的一种新的基因克隆途径。 分为： 定位候选克隆 功能候选克隆,骤咕赌砾螟啮譬扮嘛豪帛誓隆柬琶距苫浓莫块豆俯扒艳懂宙疫搭绸旬糙凯第03章人类基因组学第03章人类基因组学,从系列候选基因克隆中，鉴定某遗传病决定基因克隆的方法： 特异突变筛选法 在体外恢复正常表型法 构建小鼠疾病模型法,挠鲍婶锅诅帕瑚庄经匀腋啪衰枝固灭锥镑洱苇规罐尸甜裂右鸦汗租磷毡艘第03章人类基因组学第03章人类基因组学,