4.结构基因组学
生物信息-名词解释
逐个克隆法：对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装（公共领域测序计划）。
全基因组鸟枪法：在一定作图信息基础上，绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序，利用超级计算机进行组装。
单核苷酸多态性(SNP),主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。
遗传图谱又称连锁图谱，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM）为图距的基因组图。
遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。
物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。
绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。
转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。
比较基因组学：全基因组核苷酸序列的整体比较的研究。
特点是在整个基因组的层次上比较基因组的大小及基因数目、位置、顺序、特定基因的缺失等。
环境基因组学：研究基因多态性与环境之间的关系，建立环境反应基因多态性的目录，确定引起人类疾病的环境因素的科学。
宏基因组是特定环境全部生物遗传物质总和，决定生物群体生命现象。
转录组即一个活细胞所能转录出来的所有mRNA。
研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。
而研究生物细胞中转录组的发生和变化规律的科学就称为转录组学。
蛋白质组学：研究不同时相细胞内蛋白质的变化，揭示正常和疾病状态下，蛋白质表达的规律，从而研究疾病发生机理并发现新药。
蛋白组：基因组表达的全部蛋白质，是一个动态的概念，指的是某种细胞或组织中，基因组表达的所有蛋白质。
代谢组是指是指某个时间点上一个细胞所有代谢物的集合，尤其指在不同代谢过程中充当底物和产物的小分子物质，如脂质，糖，氨基酸等，可以揭示取样时该细胞的生理状态。
基因芯片名词解释
基因芯片名词解释基因芯片是一种可以同时测量几千到数百万个基因在一个特定生物样本中表达水平的大规模平行检测技术。
基因芯片通常由玻璃片或硅片制成，上面带有数千至数百万个微小的探针，每个探针与一个特定的基因序列或基因组区域相关联。
通过将待测样本中的RNA转录成cDNA，然后与芯片上的探针杂交，基因芯片可以快速、高通量地测量每个基因的表达水平。
基因芯片有许多不同的应用，包括基因表达分析、基因型检测、突变检测和DNA甲基化等。
基因芯片可以帮助科学家们揭示基因与疾病之间的关系，理解生物体内基因的功能和相互作用。
以下是基因芯片中一些常用的名词解释：1. 探针（Probe）：探针是芯片上的小片段DNA或RNA序列，用于与待测样本中的RNA或DNA杂交。
通过测量探针与待测样本中的RNA或DNA的配对程度，可以确定基因的表达水平或基因型。
2. 表达水平（Expression Level）：基因芯片可以测量基因在生物样本中的表达水平，即该基因的mRNA的相对或绝对数量。
表达水平的高低可以表明该基因在特定生物过程中的重要性。
3. 杂交（Hybridization）：基因芯片上的探针与待测样本中的RNA或DNA发生互补配对的过程。
通过杂交，可以测量样本中的RNA或DNA与探针的亲和性，从而确定基因的表达水平或基因型。
4. 基因组学（Genomics）：基因组学研究生物体内所有基因的组成、结构和功能。
基因芯片是基因组学研究中最重要的工具之一，可以帮助科学家们理解基因组的组成和调控。
5. 转录组学（Transcriptomics）：转录组学研究生物体内所有基因的转录产物，即mRNA的组成、结构和功能。
基因芯片可以帮助科学家们测量转录组的表达水平，从而理解基因在特定生物过程中的调控。
6. 基因型（Genotype）：基因型指的是一个生物体内某个基因的具体变种或突变形式。
基因芯片可以通过检测基因组中的多个SNP（单核苷酸多态性）位点，帮助科学家们确定个体的基因型。
基因组学
基因表达调控的研究
蛋白质组学（proteomics） • 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和 相互作用方式
2 基因组图谱的构建
基因组计划的主 要任务是获得全 基因组序列 但是，现在的测 序方法每次只能 测800～1000bp 小基因组物种常 用鸟枪射击法
（restriction fragment length polymorphism，RFLP）
如有两个 DNA 分子（一对染色体），一 个具有某一种酶的酶切位点，而另一个 没有这个位点，酶切后形成的DNA片段长 度就有差异，即多态性。
• 利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大小 不等、数量不同的分子片段， • 经电泳分离， • 通过Southern印迹将DNA片段转移至支持膜 (尼 龙膜或硝酸纤维素膜)上， • 然后用放射性同位素(32P)或非同位素 (如地高 辛，荧光素)标记的探针与支持膜上的DNA片 段进行杂交。 • 不同基因组DNA酶切位点的改变，会使得 RFLP谱带表现出不同程度的多态性.
中英联合实验室
双脱氧终止法测序反应体系包括：
DNA polymerase
Template:(单链DNA模板)
Primer:（带有3-OH末端的单链寡核苷酸引物)
Mg2+ dNTP(dATP,dGTP,dCTP和dTTP) ddNTP(ddATP,ddGTP,ddCTP和ddTTP)
DNA自动测序
形态标记
能够用肉眼识别和观察、明确显示遗传多样性 的外观性状。 形态性状：株高、颜色、白化症等 又称表型标记 简单直观 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
基因组学分类
基因组学分类
基因组学可以分为多个分支学科，根据研究重点的不同，可以分为结构基因组学和功能基因组学。
结构基因组学主要关注基因组的组成和结构，而功能基因组学则更注重基因的功能和表达。
此外，根据研究对象的不同，基因组学还可以分为疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学和环境基因组学等。
这些分支学科分别关注不同方面的基因组研究，如疾病与健康、物种间的比较、药物作用机制以及环境因素对基因表达的影响等。
总之，基因组学作为一门新兴学科，其分支学科众多，研究领域广泛。
随着科技的不断进步和研究的深入，基因组学将继续发挥重要作用，为人类健康和生活质量的提高做出贡献。
基因组学考试资料 整理版
基因组学考试资料整理版第一章一、基因组1、基因组：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和,是指生物细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。
2、基因组学：指以分子生物学技术、计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探索生命活动的内在规律及其内外环境影响机制的科学。
基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structural genomics) ：以全基因组测序为目标功能基因组学(functional genomics)：以基因功能鉴定为目标比较基因组学(xxparative genomics)二、基因组序列复杂性1、C值是指一个单倍体基因组中DNA的总量，以基因组的碱基对来表示。
每个细胞中以皮克(pg，10-12g)水平表示。
C 值悖理：指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。
3、异常结构基因分类重叠基因：编码序列彼此重叠的基因，含有不同蛋白质的编码序列。
基因内基因:一个基因的内含子中包含其他基因。
反义基因: 与已知基因编码序列互补的的负链编码基因，参与基因的表达调控，可以干扰靶基因mRNA转录与翻译。
4、假基因：功能基因但已失去活性或者改变原来活性功能的DNA序列. 四、基因组特征比较真核生物基因组的特征：复杂性较高的生物基因组结构松弛，在整个基因组范围内分布大量重复顺序；含有大量数目不等的线性DNA分子，并且，每个长链DNA都与蛋白质组成染色体结构；含有细胞器基因组原核生物基因组的特征 :原核生物基因数目比真核生物少，大小在5 Mb以下; 原核生物基因组结构更紧凑;第二章一、为何要绘制遗传图与物理图？1)基因组太大,必需分散测序,然后将分散的顺序按原来位置组装,需要图谱进行指导。
2)基因组存在大量重复顺序,会干扰排序,因此要高密度基因组图。
3)遗传图和物理图各有优缺点,必须相互整合校正。
二、基因组测序方法、原理及特点：1. 克隆重叠群法：先构建遗传图，再利用几套高度覆盖的大片段基因组文库获得精细的物理图，选择合适的BAC 或PAC克隆测序，利用计算机拼装。
生物化学 4-基因和基因组的结构与功能
4. 结构基因中无内含子，边转录边翻译。
5. 无基因重叠结构。
6. DNA分子中有多种功能区。这些区域往往具有特殊的结构，并且含 有反向重复序列。
8、基因组中也存在一些可移动的遗传因素，这些DNA顺 序并无明显生物学功能，似乎为自己的目的而组织， 故有自私DNA之称，其移动多被RNA介导（如在哺乳 动物及人类基因组中发现的逆转座子），也有被DNA 介导的（如在果蝇及谷类中发现的DNA转座子）
单一序列 中度重复序列
高度重复序列
重复序列
将真核生物基因组的DNA进行复性动力学测 定，显示3个不同的时相。
• 一个假基因常常有多个有害的突变，可能因为作为一种活 性基因一旦停止，就再没有适当机制阻止进一步突变的聚 积。假基因数目一般较少，往往只占基因总数的一小部分。
假基因主要有两种类型
• （1）由于一种基因的加倍而失活。这种类型假基因保留原 来亲本基因的外显子及内含子组织并常与亲本基因密切联 系，如α、β球蛋白基因簇的假基因。它们可能是由于失去 起始转录信号，或外显子—内含子连接处不能剪接或翻译 不能终止。
蛋白D 蛋白E
E.coli
细菌基因组
1. 一条双链DNA ，具有类核结构。
2. 具有操纵子结构。几个功能相关的结构基因串联在一起受同一个调控区调 节。 E.coli基因组含3500个基因，有260个已查明具有操纵子结构，定位于75个 操纵子中。
3. 蛋白质基因单拷贝，rRNA基因多拷贝，这可能有利于核糖体的组装。 E.coli中rRNA基因（rDNA）具有多拷贝，而且都以转录单位的形
分子生物学试题_完整版(Felisa)
05级分子生物学真题一、选择题1、激活子的两个功能域，一个是转录激活结构域，另一个是（DNA结合域）2、转录因子包括通用转录因子和（基因特异转录因子）3、G-protein 激活needs ( GTP ) as energy.4、Promoters and (enhancers) are cis-acting elements.5、噬菌体通过（位点专一重组）整合到宿主中6、在细菌中，色氨酸操纵子的前导区转录后，（翻译）就开始7、mRNA的剪切跟(II)类内含子相似8、UCE是（I）类启动子的识别序列9、TATA box binding protein 在下列哪个启动子里面存在（三类都有）10、（5S rRNA)是基因内部启动子转录的11、人体全基因组大小(3200000000 bp)12、与分枝位点周围序列碱基配对的剪接体（U2 snRNP）13、tRNA基因是RNA聚合酶（III）启动的14、在细菌中，色氨酸操纵子的前导区转录后，（翻译）就开始15、乳糖操纵子与阻遏蛋白结合的物质是（异构乳糖）。
16、核mRNA的内含子剪接和（II类内含子剪接）的过程相似17、基因在转录时的特点（启动子上无核小体）18、RNA干涉又叫（转录后的基因沉默，PTGS）19、内含子主要存在于（真核生物）20、snRNA在下列哪种反应中起催化酶的作用（mRNA的剪接）二、判断题1、原核生物有三种RNA聚合酶。
2、抗终止转录蛋白的机制是使RNA聚合酶忽略终止子。
3、RNA聚合酶II结合到启动子上时，其亚基的羧基末端域（CTD）是磷酸化的。
4、Operon is a group of contiguous, coordinately controlled genes.5、RNA聚合酶全酶这个概念只应用于原核生物。
6、聚腺苷酸尾是在mRNA剪接作用前发生的。
7、σ在转录起始复合复合物中使得open到closed状态（closed转变成open）8、剪接复合体作用的机制：组装、作用、去组装，是一个循环三、简答题1、原核生物转录终止的两种方式。
烟草基因组知识篇：4.结构基因组学
２ 物 理 图谱
遗传 图谱 的分 辨率 和精 确度 都非 常有 限 ， 于大 多数 真核 生物 来说 ， 对 在进 行大 规模 ＤＮ 测序 前 ， Ａ
需要 用其 它作 图方 法来 补充 遗传 图谱 。 理 图谱 是 Ｄ 物 ＮＡ序 列上 可 以识别 的标 记位 置和 相互之 间的距 离 （ 以碱 基对 的数 目为衡 量单 位 ）的信 息 。这些 标记 包括 限制性 内切 核酸 酶 的酶切位 点、基 因等 。 物 理作 图方法 很 多， 要为 以下 三类 ： 主 限制 性酶 作 图， 荧光 原位 杂交 （ ＩＨ） ＦＳ 和序列 标记 位 点 （Ｔ ） ＳＳ 。 限制 性 图谱是 指 Ｄ Ａ 链 的限制性 酶切 片段 的排 列顺序 ，即酶 切片 段在 Ｄ Ｎ ＮＡ链 上 的定位 ，用于对 如
中 国烟 草 科 学
文 库 中随机 挑选 克 隆进行 测序 所 获得 的部 分 ｃ ＮＡ 的 ５ 或 ３ 端序 列称 为表 达序 列 标签 ， Ｄ 一般 长 为 ３０ ５０ｂ 。Ｅ Ｔ在 基 因 的鉴定 、基 因图谱 的构 建 以及基 因表 达 水平 分析 等 方面起 着 重要 的 作用 。 ０ ０ ｐ Ｓ 目前 公共数 据库 ＮＣ Ｉ Ｂ 中人类 的 Ｅ Ｔ数量 超 过 ８０万 条 。Ｅ Ｔ数 据 的不 足之 处在 于其 不 能获 得基 因 Ｓ ３ Ｓ
４ 序 列 图 谱
基 因组 计划 的最 终 目标 是 为 了获 得生 物 的全基 因组序 列 ，通 过测 序 来得 到基 因组 的序列 图谱 。 基 因组测序 的基本 策 略主 要有 两种 ：逐步 克 隆法 和全 基 因组 鸟枪 法 。前 者 是对连 续 克 隆系 中排 定 的 Ｂ Ｃ 克隆逐 个进 行 亚克 隆测 序 并进行 组装 。后 者是 在获 得 一定 的遗 传及 物 理 图谱 信 息 的基 础 上 ，绕 Ａ
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小是十分必要的。合适群体大小的确定与作图的内容有
关。 从作图效率考虑，作图群体所需样本容量的大小取决于以下 两个方面： ① 是从随机分离结果可以辨别的最大图距。 ② 是两个标记间可以检测到重组的最小图距。
3、图谱构建的理论基础
基因重组和连锁理论
遗传图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组
基因的连锁是位于同一染色体上的基因在遗传过程
（1）形态标记
形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表 型标记 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质 上就是基因标记。 态标记的特征： 数量少 很多突变是致死的 受环境、生育期等因素的影响
（2）细胞学标记
明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数
量特征：
染色体的核型
染色体的带型
基因组学之结构基因组学 part2
重点
• 基因组学的基本概念、基因组作图与测序 的原理和方法。
结构基因组学
1、概念和目的
2、基因组作图
遗传图谱 物理图谱 转录图谱 序列图谱
3、基因图谱
概念和目的
• 以全基因组测序为目标的基因结构研究弄清基因 组中全部基因的位置和结构，为基因功能的研究 奠定基础。 • 其目的是建立高分辨的遗传图谱、物理图谱、转 录图谱和序列图谱。
等或越简单，1cM图距平均对应的碱基对数量就越
少
遗传图的偏离
大量的细胞遗传学研究表明，染色体的各个区段交换 频率有很大的差别： ⑴ 近端粒区和远着丝粒区有较高的重组率，染色体 的某些位点之间比其他位点之间有更高的交换频率， 被称为重组热点（recombination hot point） ⑵ 性别也能引起重组率的差异：一般而言，由女性 减数分裂事件绘制的遗传图比男性的要长的多
要构建构建遗传图谱，需要寻找基因组不同
位置上的特征标记（遗传标记）。包括： （1）形态标记 （2）细胞学标记 （3）生化标记
（4）DNA分子标记
二、标记的多态性
所有的标记都必须具有多态性 花色：白色、红色 身高：高、矮 血型：A、B、O型 淀粉：糯、非糯
所有多态性都是基因突变的结果！
Pro Val Glu
×MstⅡ酶切位点消失 PCR-RFLP
1
2
3
正常 杂合
异常
2. TRS
• 真核生物基因组中的可变串联重复序列
• （variable number tandem repeated
sequence， VNTR）有两类:小卫星和微卫星，
两者具有高度的变异性。
VNTR示意图
1 1 2 2 3
RFLP的原理
• 利用限制性内切酶消化基因组DNA，形成大
小不等、数量不同的分子片段，
• 酶切位点的改变，会使得RFLP谱带表现出
不同程度的多态性.
PCR－RFLP
• 将PCR产物术用于RFLP分析，即PCR-RFLP。
• 该技术先用1对引物特异性扩增基因组的某一高变
区，然后用限制性内切酶消化PCR产物，电泳检测
指纹图谱。
3.小卫星 DNA
• 小卫星重复单位的核心序列为15-76bp • 近缘物种和个体间的小卫星核心序列有着一定 的同源性，在一定的条件下可以相互杂交。
4.微卫星DNA
• 又称简单序列重复（simple sequence repeat， SSR） • 是高度重复序列，广泛存在于真核生物基因组， 重复单位的核心序列为2-6bp。
染色体的结构变异
染色体的数目变异
优点：不受环境影响
缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生
（3）生化标记
又称蛋白质标记，就是利用蛋白质的多态
性作为遗传标记。如同工酶
优点：数量较多，受环境影响小
缺点：受发育时间的影响、有组织特异性
、只反映基因编码区的信息
夏腊梅同工酶谱照片
（4）DNA分子标记
1、遗传图谱构建原理：基因连锁与互换定律
遗传图谱（基因或标记的排序与遗传距离）
物理图谱（基因或标记的排序与物理距离）
4、重组率的计算
• 重组型配子所占的比例取决于减数分裂细胞中发 生交换的频率。交换频率越高，则重组型配子的 比例越大。 • 重组型配子数 • 重组率=———————— • 总配子数
• MAPMAKER/EXP可通过
ftp:// /distri- bution/software/mapmaker3 获得，该软件可以应用于各种类型的实验群体进行遗传作 图，是目前应用最为广泛的作图软件之一。
7、DNA标记连锁图谱的完善 DNA标记连锁群的染色体定位
• 一个生物体基因组的最终图就是它的全部 DNA 序
列
结构基因组学主要任务
基因组作图
遗传图谱（连锁图谱） 物理图谱 转录图谱 序列图谱（分子水平的物理图谱）
遗传图谱
遗传图谱（连锁图谱）
• 概念：指基因或分子标记在染色体上的相对
位置与遗传距离，用厘摩（cM）表示。 • cM含义：1cM的遗传距离表示在100个配子中
一、遗传图谱与遗传标记
• 遗传图谱
• 采用遗传分析的方法将基因或其他DNA序列标定
在染色体上构建连锁图。
• 什么是遗传标记？
• 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼 此之间的相对位置。
• 遗传图谱：通过遗传重组所得到的基因线性排列 图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标 记之间的重组频率,确定它们的相对距离（cM)。 • 物理图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数 个片段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确 定遗传标记之间物理距离[碱基对(bp)或千碱基 (kb)或兆碱基(Mb)]的图谱。
1、亲本的选配 ① 首先要考虑亲本间的DNA多态性； ② 选择亲本时应尽量选用纯度高的材料；
③ 要考虑杂交后代的可育性；
2、分离群体大小的选择
一般选用F2代分离群体
遗传图谱的分辨率和精度，很大程度上取决于群体大 小。群体越大，则作图精度越高。但群体太大，不仅增 大实验工作量，而且增加费用。因此确定合适的群体大
3
A
VNTR变异的原理示意图
B
C
DNA指纹图谱原理
• 选择在VNTR特异序列上没有酶切位点的限制性内切
酶将动物总基因组DNA切成不同长度的片段；
• 以VNTR中特异序列作为探针，进行Southern杂交；
• 由于不同个体的串联重复序列的数目和位置不同，
形成的杂交谱带具有个体的特异性，人们称为DNA
部分连锁与遗传作图
• 构建遗传图谱的基本原理是真核生物遗传过程中会发生减
数分裂，此过程中染色体要进行重组和交换，这种重组和 交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而 发生相应的变化。 • 根据概率大小，人们就可以推断出同一条染色体上两点间 的相对距离和位置关系。正因为如此，我们得到的这张图 谱也就只能显示标记之间的相对距离。我们称这一距离(
微卫星遗传标记的原理
以微卫星DNA标记两侧特异性序列设计专一引
物，通过PCR技术扩增微卫星片段，扩增产物
经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，不同个体间
因核心序列的重复次数不同而产生DNA多态性
微卫星遗传标记示意图
A
B
PCR扩增 凝胶电泳
AA AB BB 1 2 3
5. SNP
• 是指染色体上的某个存在单个碱基的变化， 包括单碱基的转换、颠换、插入及缺失等。
中一般倾向于维系在一起
基因的重组是通过一对同源染色体的两个非姊妹染
色单体之间的交换来实现的
Sh C Sh C
P1
Sh C Sh C sh c F1
P2
sh c sh c
6%细胞
Sh C sh c Sh C
交换
94％ 细胞 无交 换
sh c Sh C
Sh C sh c
sh c
二 分 体 新 四 分 体
示，1cM的大小大致符合1%的重组率。
分子标记实例1 遗传图绘制-亲本基因型
遗传图绘制-F2基因型分析
5、图谱制作的统计学原理
（一）两点测验 如果两个基因于同一染色体上且相距较近，则在 分离后代中通常表现为连锁遗传。对两个基因座 之间的连锁关系进行检测，称为两点测验 • 了解各等位基因分离是否符合孟德尔分离比例， 这是连锁检验的前提： • 在显性条件下，F2群体中分离比例为3:1
遗传作图的标记
Set the flags on the genomes
染色体上的基因和DNA顺 序均可作为路标, 路标 具有物理属性,他们由特 定的DNA顺序组成. 路标 位于染色体上的位置是 固定的, 不会更改的,因 而提供了作图的依据
三、分子标记类型
• RFLP（第一代）：限制性片段长度多态性 • TRS（第二代）：串联重复序列标记 • SNP（第三代）：单核苷酸多态性 ……
简称分子标记，以DNA序列的多态性作为遗传标记 随着分子生物学的发展，相继建立了RFLP、TRS、SNP 等多种分子遗传标记检测技术，开创了遗传标记研究 的新阶段。 优点： 不受时间和环境的限制 遍布整个基因组，数量无限
不影响性状表达
自然存在的变异丰富，多态性好 共显性，能鉴别纯合体和杂合体
（二）多点测验
• 对多个座位进行联合分析，利用多个座位间的共 分离信息来确定它们的排列顺序，也就是多点测 验。 • 在一条染色体上，经过多次多点测验，就能确定 出最佳的基因排列顺序，并估计出相邻基因间的 遗传图距，从而构建出相应的连锁图。
6、构建DNA标记图谱的计算机软件
• 许多学者为构建遗传图谱设计了专用程序包,通过网址 /soft/list.html可以获得各种专用 程序的相关信息，。应用于植物遗传连锁分析和遗传图谱 构建的常用软件是MAPMAKER/EXP等。
把分子遗传图谱与经典遗传图谱联系起来，并