gene_families
细菌全基因组测序 ppt课件
基因家族（gene family） 和基因簇（gene cluster）分析
基因组中来源相同，结构和功能相关的基因 聚集在一起形成基因家族。
基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联 重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域
genefamily.xls
基因家族聚类结果
genefamily.stat
各基因家族统计信息
培养条件① 培养条件②
或活性较低
测定转录 组mRNA
细菌全基因组测序
比较 新 差异 基因
其他方面的应用研究
❖ 应用NMR、FTIR、UV， 14C标记的木质 素降解机理方面的研究； ❖农药残留物以及其他一些难降解有机物的 降解； ❖ 重金属有机物化合物的降解。
② 木质素降解过程中涉及到的细胞外酶主要有：木质素过氧化物酶
（LiP）和锰过氧化物酶（MnP），以及漆酶（Lac）。此外，一 些附属酶参与过氧化氢的产生，乙二醛氧化酶（glyoxal oxidase， 缩写作GLOX）和芳基醇氧化酶（aryl alcohol oxidase，缩写作 AAO）属于这类酶。
对4株菌的亲缘关系进行分析，确定菌株之间的相互关 系；
通过对4株菌进行进化分析，判定是否为古菌或新的菌 种。
细菌全基因组测序
基因分离
下一步的实验安排
对已注释出的基因进行验证
载体
酶切
酶切
连接
转化
筛选 表达
细菌全基因组测序
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
DNA 转录 RNA 翻译 Protein
细菌全基因组测序
“一个物种基因组计划的完成， 就意味着这一物种学科和产业 发展的新开端”
向仲怀院士
谢谢！！
细菌全基因组测序
基因家族开题报告研究计划
基因家族开题报告研究计划(中英文实用版)Title: Research Plan for the Study of Gene Families基因家族研究计划旨在深入探索基因家族的演变、功能及调控机制。
本计划将采用多种研究方法，包括生物信息学分析、实验验证和功能研究，力求揭示基因家族在生物体生长发育、疾病发生和进化过程中的重要作用。
The research plan for the study of gene families aims to delve into the evolution, function, and regulatory mechanisms of gene families.This plan will employ a variety of research methods, including bioinformatics analysis, experimental validation, and functional studies, to reveal the crucial roles of gene families in the growth, development, disease occurrence, and evolution of organisms.研究将首先通过生物信息学方法对基因家族进行系统分析，挖掘其成员、结构及进化关系。
随后，我们将对筛选出的关键基因家族进行实验验证，通过基因敲除、过表达等手段研究其功能。
此外，我们还将探讨基因家族在不同生物过程中的调控机制，如信号传导、转录调控等。
The research will first employ bioinformatics methods to systematically analyze gene families, uncovering their members, structures, and evolutionary relationships.Subsequently, we will validate the selected key gene families through experimental methods, such as gene knockout and overexpression, to study their functions.In addition, we will explore the regulatory mechanisms of gene families in variousbiological processes, such as signal transduction and transcriptional regulation.基因家族研究计划将有助于揭示生物体的基因调控网络，为疾病诊断、治疗和预防提供新的靶点。
基因家族、管家基因的概念
基因家族、管家基因的概念
1、基因家族概念：基因家族（gene family），是来源于同一个祖先，由一个基因通过基因重复而产生两个或更多的拷贝而构成的一组基因，它们在结构和功能上具有明显的相似性，编码相似的蛋白质产物，同一家族基因可以紧密排列在一起，形成一个基因簇，但多数时候，它们是分散在同一染色体的不同位置，或者存在于不同的染色体上的，各自具有不同的表达调控模式。
2、管家基因的概念：管家基因是指所有类型组织细胞在任何时候都需要表达的基因。
由于管家基因是生命活动必需的基因,表达相对稳定,差异小。
所以在基因芯片技术中根据各芯片的管家基因可以得出标准化系数进行标准化较正;管家基因在所有的细胞中都有表达,因此有关管家基因的概念有助于分析差异表达基因的表达情况,进而进行差异表达基因的克隆;通过管家基因,能比较不同样本中某种mRNA的水平。
大麦VQ_基因家族鉴定及表达分析
54卷大麦VQ基因家族鉴定及表达分析倪守飞1，母景娇1，耿梓瀚1，王孜逸2，丛钰莹1，王月雪1，刘梦迪1，蔡倩1，赵彦宏1*，王艳芳2*（1鲁东大学农学院，山东烟台264025；2鲁东大学生命与科学学院，山东烟台264025）摘要：【目的】鉴定大麦VQ基因家族成员并进行表达分析，为大麦VQ基因的功能挖掘提供理论依据。
【方法】从大麦基因组中鉴定VQ基因家族成员，利用生物信息学方法对其结构特征及编码蛋白序列进行分析，基于转录组测序数据及实时荧光定量PCR方法进行大麦组织表达模式、盐胁迫和生物胁迫分析。
【结果】在大麦基因组中鉴定出29个HvVQ 基因（HvVQ1~HvVQ29），HvVQ蛋白序列平均长度较短（214aa），多数HvVQ蛋白为碱性或偏中性蛋白，HvVQ基因不均地分布在大麦染色体上，定位于细胞核中。
29个HvVQ蛋白均含有保守基序FxxxVQxhTG，近90%的HvVQ基因不含内含子。
进化分析将大麦、拟南芥与水稻的VQ基因家族成员分为7个亚族（Ⅰ~Ⅶ），HvVQs基因不均地分布在Ⅱ~Ⅶ亚族中。
大麦与水稻的共线性基因对数（17对）远多于与拟南芥的共线性基因对数（1对），种内共线性分析发现1对共线性基因对，非同义替换率/同义替换率（Ka/Ks）计算发现HvVQ蛋白主要处于纯化选择状态。
HvVQ基因启动区富含生长发育作用元件、非生物胁迫反应元件和激素反应元件，种类及分布均呈多样性。
对蛋白网络预测分析推断其与HvWRKY的2类亚族（Ⅱ-c和Ⅲ）存在互作关系。
大多数HvVQ基因在组织中表达，HvVQ19在受到盐胁迫时表达量明显上调，在根尖和根伸长区表达量分别上调1.40和1.10倍；对其中10个HvVQ基因进行实时荧光定量PCR检测，HvVQ2基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量均显著下调（倍数变化<0.5为显著抑制，>2.0为显著诱导），HvVQ7和HvVQ15基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量上调最显著，其他7个HvVQ基因也均表现出差异表达。
名词解释-5道
名词解释5道（基因组（同源……）；基因突变；蛋白质降解；表达调控）基因组（第二章）Genome (基因组)：一种生物细胞内全部遗传物质的总和，包括构成基因和基因之间区域的所有DNA；C值：基因组中的全部DNA量称为C值。
Families of genes（基因家族）：同一物种中结构与功能相似，进化起源上密切相关的一组基因。
多基因家族（multi gene family）指由某一祖先基因经过倍增和变异所产生的一组基因。
假基因（pseudo gene）：在多基因家族中，某些基因并不产生有功能的基因产物，这些基因称为假基因（pseudo gene）（来源：突变或来自RNA的逆转录；重新插入基因组）经典的多基因家族：成员的序列相等或近乎相等，人们认为多基因家族成员来自祖先基因的倍增（e.g.rRNA ）“复合”多基因家族：序列相似，编码产物特性上有差异orthologs直系同源基因: genes in two separate species that derive from the same ancestral gene in the last common ancestor of those two species.paralogs旁系同源基因: related genes that have resulted from a gene duplication event within a single genome — likely to have diverged in their function—Homologs:Genes that are related by descent in either way are called homologs, a general term used to cover both types of relationshipgene superfamily: sometimes it is possible to see relationships not only within a single gene family but also between different families.（e.g.the α- and β-globin families ）Operon:（操纵子）（为原核生物所特有）a group of genes that are located adjacent to one another in the genome, with perhaps just one or two nucleotides between the end of one gene and the start of the next.all the genes in an operon are expressed as a single unit.蛋白质降解（第四章）熔球（molten globule) 包含了二级结构的大部分元件,其结构已接近于蛋白质的最终结构。
基因家族生信分析报告
基因家族生信分析一、什么是基因家族概念：是来源于同一个祖先，有一个基因通过基因重复而产生两个或更多的拷贝而构成的一组基因，他们在结构和功能上具有明显的相似性，编码相似的蛋白质产物。
划分：按功能划分：把一些功能类似的基因聚类，形成一个家族。
按照序列相似程度划分:一般将同源的基因放在一起认为是一个家族。
1.常见基因家族：WRKY基因家族：是植物前十大蛋白质基因家族之一，大量研究表明，WRKY 基因家族的许多成员参与调控植物的生长发育，形态建成与抗病虫。
NBS-LRR抗病基因家族：是植物中最大类抗病基因家族之一。
MADS-BOX基因家族：是植物体的重要转录因子，它们广泛地调控着植物的生长、发育和生殖等过程。
在植物中参与花器官的发育，开花时间的调节，在果实，根，茎，叶的发育中都起着重要的作用。
热激蛋白70家族（HSP70）是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白，在细胞中协助蛋白质正确折叠。
二、基因家族分析流程：●利用蛋白保守域结构提取号在Pfam数据库提取其隐马尔科夫模型矩阵文件（*.hmm）●在数据库（Ensemble 、JGI、NVBI）下载你所需要的物种的基因组数据（*.fa,*.gff）●在虚拟机中Bio-Linux中的hummsearch程序，用隐马尔科夫模型矩阵文件在蛋白序列文件中搜索含有该保守结构域的蛋白●将蛋白序列导入MEGA软件构建进化树（可以阐明成员之间系统进化关系，从进化关系上揭示其多样性）●利用MEME搜索蛋白质的保守结构域利用MEME搜索基因家族成员的motif可以揭示基因家族在物种的多样化及其功能，如果他们都含有相同的motif表明其功能具有相似性，如果部分家族成员含有其他不同的motif,很可能这些成员有其他特异功能，或者可以归分为一个亚族●绘制基因染色体位置图从*.gff文件中抽取我们搜索到的基因位置信息，http://mg2c.iask.in/mg2c_v2.0/在线绘制基因染色体位置图通过染色体位置分布，可以了解基因主要分布字哪条染色体上，及是否能形成基因簇（被认为是通过重组与错配促进基因交流）●基因结构分析从gff文件中抽取基因的结构信息，绘制转录本结构图。
基于基因家族大小的比较研究脊椎动物的适应性进化
Hereditas (Beijing) 2019年2月, 41(2): 158―174收稿日期: 2018-08-06; 修回日期: 2018-12-13作者简介: 孟玉，硕士研究生，专业方向：遗传学。
E-mail: m1994yu@通讯作者:杨若林，教授，博士生导师，研究方向：进化遗传学和生物信息学。
E-mail: desert.ruolin@ DOI: 10.16288/j.yczz.18-225网络出版时间: 2019/1/14 13:15:21URI: /kcms/detail/11.1913.R.20190114.1315.004.html 研究报告基于基因家族大小的比较研究脊椎动物的适应性进化孟玉，杨若林西北农林科技大学生命科学学院，杨凌712100摘要:同源基因家族的拷贝数在不同物种间普遍存在差异，这种差异是由不同的基因得失速率引起。
众所周知，基因拷贝数变异是特定物种表型创新的可能原因。
本研究选取具有代表性的脊椎动物主要类群并跨约6亿年进化时间的64个物种，鉴定了它们的同源基因家族，揭示了脊椎动物基因家族大小的进化模式。
结果表明：在推断的存在于脊椎动物最近共同祖先的6857个基因家族中，有6712个都在至少一个种系中发生了大小的变化，而且基因家族在大多数种系中都是收缩的；其中，霍氏树懒(Choloepus hoffmanni)中有最高的基因家族收缩水平，而在斑马鱼(Danio rerio)中则相反。
基于脊椎动物基因家族大小进化的高度动态性，本研究从基因家族大小变化的角度鉴定了一些可能与特定脊椎动物类群进化有关的基因组信号。
结果观察到在现存真骨鱼类最近共同祖先基因组中出现了可能因全基因组复制所导致的高比例的基因家族扩增现象，随后在后裔物种中发生基因收缩事件。
此外，本研究还发现了硬骨鱼特异性的orphan基因可能对这些鱼类在水生环境中的适应性进化有所贡献的证据，如在有些硬骨鱼中orphan基因与鳍、尾巴、肾脏等发育有关。
2.2 基因组(多基因家族)
Characteristics of globin gene expression
(1) the development stage-specific expression 5’——3’ in order (beginning or closing) (2) the tissue-specific expression
ε-crystallin, found in the eye lenses of some birds and crocodiles, is also the enzyme lactate dehydrogenase (LDH).
• In vertebrates are those in the Hox family. For invertebrates, like Drosophila. • The homeotic (同源异型 ) gene complex (HOM).
• In the mouse, each of its four clusters is located on a different chromosome and extends for over 100kb.
• Amphioxus (文昌鱼 ) has a single cluster of at least 10 Hox gene (spanning 270 kb), each of which is homologous to a different Hox gene in vertebrates, so that the origin of the vertebrates coincided with s series of gene duplications.
Pseudogenes usually have mutations that would produce stop codons within what would normally be the coding region, thus only fragments of the protein they seem to code for would be produced if they were expressed. It is not known if pseudogenes are expressed in any way.
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• gene families typically encode functionally related proteins, and sometimes the term gene families is refer to proteins that the genes encode
其它
乙酰胆碱 6, 8,
(M1, 9)
M2,
M3,
M4,
M5)
·
多巴胺
(D1,
D2,
D3,
D4,
D5)
·
组织胺
(H1,
H2,
H3,
H4)
·
褪黑素
(1A,
1B,
1C)
·
痕量胺相关受体
(1,
2,
3,
5,
花生酸 半胱氨酰白三烯素 (1, 2) · LTB4 (1, 2) · FPRL1 · 酮基花生酸 · 前列腺素 (D型 (1, 2) , E型 (1, 2, 3, 4) , FP) · 前列腺环素 · 血栓素
B2) 2)
· ·
趋化因子 · 胆囊收缩素 生长素 · 转移抑素 ·
(A, B) · 内皮 黄体生成素/绒毛膜促
孤儿受体
G蛋白耦合受体 63, 65, 68,
(1, 75,
3, 4, 6, 12, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 77, 78, 81, 82, 83, 84, 85, 87, 88, 92, 101,
• Storeage and recall tools
https:///info/genome/compara/index.html
G-protein-coupled receptors (GPCR)
• The G protein–coupled receptor is activated by an external signal in the form of a ligand or other signal mediator.
opsin 3 opsin 4
opsin 5 retinal G protein coupled receptor rhodopsin retinal pigment epithelium-derived rhodopsin homolog
Unclassfied families
how to build a family
• get annotated genes from public databases:
o the key words of your interested gene family: (wikipedia, paper) o understand the hierarchy level of your gene families: (HGNC, InterPro) o get gene id or gene names belong to the families: (InterPro, Pfam) o get gene sequences from databases (database tools always contain them) o remove very similar sequences
Gene families main categories
•14-3-3 protein family •Homeobox (Hox gene family) •Achaete-scute complex (Neuroblast formation) •Krüppel-type zinc finger (ZNF) •MADS-box Gene Family
• This creates a conformational change in the receptor, causing activation of a G protein.
• Further effect depends on the type of G protein. • G proteins are subsequently inactivated by GTPase activating
what is gene families
• A gene family is a set of several similar genes, formed by duplication of a single original gene, and generally with similar biochemical functions
类型F:
卷曲 卷曲受体 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
卷曲/平滑受体
平滑 平滑受体
https:///cgi-bin/genefamilies/set/139
opsin receptor family
• The visual sense: The opsins use a photoisomerization reaction to translate electromagnetic radiation into cellular signals. Rhodopsin, for example, uses the conversion of 11-cis-retinal to all-trans-retinal for this purpose
味觉 TAS1R（甜味） (1, 2, 3) · TAS2R（苦味） (1, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 19, 20, 30, 31, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 45, 46, 50, 60)
代谢型谷氨酸受体/信息素 其它 钙敏感受体 · γ-氨基丁酸B (1, 2) · 谷氨酸受体 (代谢型 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)) · G蛋白耦合受体C族6组A型 · GPR (156, 158, 179) · 维甲酸诱导 (1, 2, 3, 4)
Gene families collection
YCC
Contents
• 1. what is gene families • 2. gene families category • 3. source of databases • 4. build self gene families database
•Myosin •Kinesin •Dynein
•G-proteins •MAP Kinase •Olfactory Receptor •Receptor tyrosine kinases
Regulatory protein gene families
Motor proteins
Signal transducing proteins
proteins, known as RGS proteins.
G-protein-coupled receptors (GPCR)
细胞表面受体: G蛋白偶联受体
肾上腺素 α1 (A, B, D) · α2 (A, B, C) · β1 · β2 · β3
类型A: 视紫质类
神经递质
代谢物及
信号分子
类型B: 分泌素受体类 类型C:
孤儿受体 G蛋白耦合受体 (56, 64, 97, 98, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 123, 124, 125, 126, 128, 133, 143, 144, 155, 157)
其它
脑血管生成抑制受体 (1, 2, 3) · 钙粘蛋白 (1, 2, 3) · 降钙素 · 降钙素受体类似受体 · CD97 · 促肾上腺皮质激素释放激素 (1, 2) · 内嵌表皮生长因子粘蛋白类激素 (1, 2, 3) · 胰高血糖激素 (胰高血糖激素, 抑胃多肽, 胰高血糖激素类肽1, 胰高血糖激素类肽2) · 生长激素释放激素 · PACAPR1 · GPR · 蛛毒素 (1, 2, 3, 表皮生长因子/蛛毒素/7跨膜域集
•ABC transporters •Antiporter •Aquaporins
Transporters
•Major histocompatibility complex (MHC) •Immunoglobulin superfamily
Immune system proteins
•Expansin Gene Family •FH2 protein (formin) Gene Family •Ion channels •SNARE (protein) family •Protocadherin Gene Family
5,
6)
·
神经肽 B/W (1, 2) · FF (1, 2) · S · Y (1, 2, 4, 5) · 神经调节肽 (B, U (1, 2)) · 神经降压素 (1, 2)
其它
过敏毒素 素 (A,
(C3a, B) ·
C5a) · 血管紧张素 甲酰肽 (1, 2, 3)
(1, 2) · 爱佩琳 · 铃蟾肽 (BRS3, 胃泌素释素, NMBR) · 缓激肽 (B1, · 促卵泡激素 · 甘丙肽 (1, 2, 3) · γ-羟丁酸 · 促性腺激素释素 (1,
• get unannotated genes from newly published genomes:
o scan multiple genomes in two methods: • tblastn: • hmm scan: TreeFam HMM/InterProscan/Pfamscan