4结构基因组学讲述
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基因组结构ppt课件
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32
f. 真核基因为断裂基因：高等真核生物的大部分基因有 内含子，因此基因编码区是不连续的。
g. 存在大量重复序列，重复次数可以是几次、几十次， 甚至高达百万次。
h. 高等真核生物基因组中存在一些可移动的DNA因素，这 些因素的移动多被RNA介导，少数情况下被DNA介导。
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33
蠕虫类 霉菌
藻类 真菌 G+细菌 G-细菌 枝原体
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13
3、基因密度 Gene density:
• 是单位长度基因组DNA上基因的平均 数目。
• 生物体的复杂性与基因的密度之间存在 大致负相关的关系。
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14
不同生物染色体基因密度的比较
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15
导致真核细胞中基因密度降低的原因： ─基因长度和基因间隔区序列的增加。
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38
在已分析的DNA序列中，原核生物基因中几乎没有内含子， 低等真核生物如酵母内含子也不普遍，但在高等真核生物中 则大量存在内含子，且多数情况下，内含子要比外显子长得
多( Exons: 5%, Introns:95%)。
并非所有的高等生物的基因都含有内含子。在 已经分析过的基因中，已知编码组蛋白和干扰 素的基因是不含内含子的。
位于线性染色体的末端。维持染色体稳定及染色体的 末端复制。
它们对于细胞分裂过程中染色体的正确复制和分离是
至关重要的。
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26
DNA Replication and Cell Division
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6、染色质结构的调控
组蛋白八聚体相互作用是一个动态过程
核小体的重塑和修饰共同增加DNA的易接近性：
《基因组学》课程总结
《基因组学》这门课程主要包含基因组和基因组研究两大部分。
基因组部分主要介绍基因组的基础知识，基因组研究重点介绍基因组研究的方法和进展，重点介绍结构基因组、功能基因组和比较基因组的内容。
1 基因组基因组指一种生物所拥有的整套遗传物质，它包含该生物的全部遗传信息。
绝大多数生物都以脱氧核糖核酸（DNA）为遗传物质，仅有一些病毒以核糖核酸（RNA）为遗传物质。
DNA是由4种脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用3′,5′-磷酸二酯键相连构成的长链。
大多数DNA是由两条多聚脱氧核苷酸链以极性相反，反向平行的方式，由氢键连接而成的双螺旋结构。
也有的DNA为单链，如大肠杆菌噬菌体φX174等。
有的DNA为环形，有的DNA 为线形。
RNA一般是单链线形分子，构成RNA的核苷中的核糖为2′位非脱氧的OH基，其碱基中没有胸腺嘧啶，只有尿嘧啶。
生物进化从低等到高等，从简单到复杂，遗传信息量不断增加，因而基因组也相应不断增大。
然而在高等生物进化阶段上述规律不成立，这表明高等生物基因组中存在大量的无用序列。
原核生物基因组通常为一个环状DNA分子，原核生物基因组很小，因而其组织结构十分经济有效，很少含有无用的多余序列。
真核生物基因组由多个DNA分子组成，每个皆为双链线形分子。
真核生物的每个DNA分子皆与蛋白质结合，构成染色体，染色体上有着丝粒结构，可以进行有丝分裂。
真核生物基因组通常比较大，含有内含子序列，有大量重复序列，其表达调控机制较复杂。
真核生物的一个基因在基因组上通常由编码序列外显子和非编码序列内含子组成。
DNA转录为RNA后，内含子序列必须切除。
外显子通常都较短，内含子的长度可以从很短到非常长。
内含子的插入和缺失可造成基因的进化。
随着物种进化程度的提高，不仅间断基因的比例增加，而且每个间断基因所包含的外显子（或内含子）数目也增加。
真核生物基因组中存在基因家族与基因簇。
我们把来源相同、结构相似、功能相关的一组基因称为基因家族。
基因组的结构与功能分子生物学
2
DNA由四种不同的碱基组成，按照一定的顺序排 列，形成基因和染色体的结构基础。
染色体
3
染色体是DNA的组织形式，负责储存和保护遗传 信息。
基因组的复制与表达
复制
基因组的复制是指DNA的复制，是生物 体生长和繁殖的基础。
表达
基因组的表达是指基因转录和翻译的过 程，将DNA中的遗传信息转化为蛋白质 或RNA分子，实现生物体的各种功能。
基因组研究的意义与展望
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基 因 组 概 述
基因组的定义
基因组是生物体生长、发育和维持 生命活动的基础。 基因组：是指一个生物体中所有遗 传信息的总和，包括所有的基因、 DNA序列和染色体。
基因组的组成
基因
1
基因是遗传信息的基本单位，负责编码蛋白质或 RNA分子。
DNA序列
202X
基因组的结构与功能分子 生物学
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汇报人姓名 汇报日期
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目录
基因组概述
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DNA的结构与功能
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RNA的结构与功能
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基因组的表达与调控
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基因组编辑与技术应用
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表观遗传学的调控
DNA甲基化是一种重要的表观遗传学 修饰，可以影响基因的表达水平，参 与多种生物学过程。
DNA甲基化
组蛋白修饰可以改变染色质的结构和 功能，影响基因的表达和沉默。
组蛋白修饰
非编码RNA也可以通过表观遗传学机 制调控基因的表达，如miRNA和 siRNA等。
非编码RNA
基因组学
又称后基因组学（postgenomics) 基因的识别、鉴定、克隆 基因结构、功能及其相互关系
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
生物化学 4-基因和基因组的结构与功能
式组织在一起。1个转录单位通常含3个rDNA，以16S-23S-5S的顺序串联 排列，有的转录单位中间还插有tRNA基因，每个转录单位的长度大于 5Kb。转录后先得到rRNA前体，再剪切成16S、23S和5SrRNA
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
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
第4章基因组、转录组和蛋白组
编码和非编码RNA
• 细胞的RNA含量可以分为两类
– 编码RNA
– 非编码RNA
编码和非编码RNA
– 编码RNA
• mRNA • 4% • 寿命短
– 细菌的mRNA半衰期几分钟，
– 真核细胞大部分mRNA的半衰期也只有几小时 – 转录组的成分不是固定的，可以通过快速的改变 mRNA的合成来改变
编码和非编码RNA
• 生物芯片技术：高通量的杂交技术。
• 生物芯片分类
– 根据芯片上的固定的探针不同，
• 基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，
– 根据原理
• 元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感 芯片等新型生物芯片
基因芯片（genecБайду номын сангаасip）
/degree.html
• 肿瘤组织与正常组织之间蛋白质谱差异， 找到肿瘤特异性的蛋白分子，可能会对揭 示肿瘤发生的机制有帮助，目前已应用于 肝癌、膀胱癌、前列腺癌等研究中。
• 开发新蛋白质、获得新基因
Figure 3.1. The genome, transcriptome and proteome.
• 基因组的表达不仅仅是一个遗传信息由 DNA-RNA-蛋白质的一个过程，这个法则忽 略了信息流由基因组到蛋白质组传递过程 是被调控的，这个过程每一步都是受到调 控，从而使得转录组和蛋白组的成分能够 做出迅速和准确的改变，并能使细胞调整 自己的生化状态能对外界的刺激做出反应，
– 鉴定新的基因
• 利用13bp寡核苷酸（9bp标签加上4bp有3个标签对应的克隆代表了 两个已知的基因，其中一个可能代表新的基因
（三）生物芯片技术
• 生物芯片技术是20世纪90年代生命科学领域中迅 速发展起来的一项新技术，是综合运用生物、微 电子、微加工和计算机等知识制作的高科技杰作。 其本质是固定在玻片等载体上的微型生物化学分 析系统，芯片上每平方厘米可密集排列成千上万 个生物分子，能快速准确地检测细胞、蛋白质、 DNA及其他生物组分，并获得样品的有关信息， 其效率是传统方法的成百上千倍，被美国科学促 进会评为1998年的世界十大科技突破成果之一。
基因的概念和结构4
Rb（人类视网膜细胞瘤）基因是第一个被克隆 的抑癌基因。
Rb患者检测到13号染色体长臂缺失（13q14-）， 在13q14有一抗癌基因RB-1，编码928 aa的核内磷 蛋白，可抑制细胞增殖，当其缺失或突变不仅会 引起Rb的产生，还会导致骨癌和小细胞肺癌的产 生。
RB gene
p53 gene ：
Hela cell
癌细胞的发现
• 1966年Rous因发现鸡肉瘤的病原体Rous’s sarcoma virus, RSV，获诺贝尔奖。
• 1970年Temin 和Batimore证实RSV是反转录 病毒，获1975年诺贝尔奖。
• 1970s H. Varmus和J. M. Bishop发现RSV中 的致瘤基因是src，编码一种胞质酪氨酸激酶， 参与细胞增殖相关的信号转导。
腺病毒（Adenovirus）是一群分布 十分广泛的DNA病毒。能引起人类 呼吸道、胃肠道、泌尿系及眼的疾 病。少数对动物有致癌作用。
腺病毒颗粒直径70～90nm，没有 囊膜，20面体立体对称，衣壳由 252个克微粒组成，其中240个壳微 粒是六邻体(Hexon)。
腺病毒分布很广，但对人类不出现 致癌性。人类细胞是一类允许细胞。
但是，1971年Alfred Knudson提出癌症二次突变结果 的模型。例如：RB等位基因的突变引起的癌症。
二、染色体外基因
1、质粒（plasmid）
双链DNA分子， 几kb～几百kb；位置相对游离；
独立复制（松弛型与严紧型）； 携带致育基因和耐药基因； 质粒的不相容性：在没有选择压力的情
癌基因(oncogene)和原癌基因
癌基因 • 病毒癌基因 • DNA肿瘤病毒的转化基因
(v-onc) • RNA病毒的癌基因（ASV src)
结构基因组学课件讲授
于整个基因组； (6) 选择中性(即无基因多效性)； (7) 检测手段简单、快速(如实验程序易自动化)； (8) 开发成本和使用成本尽量低廉； (9) 在实验室内和实验室间重复性好(便于数据交
换)。
三种类型的DNA分子标记：
1. 限制性片段长度多态性（restriction fragment
1) 简单序列长度多态性是据串联重复
排列微卫星基序两侧的单一序列设 计引物，对微卫星序列进行扩增， 由微卫星基序重复数目的变异而产 生多态性。
2) SSLP的类型: 小卫星序列(minisatellite), 有时又称可
变串联重复（VNTR），重复单位较 长。重复序列为16-100个核苷酸，主 要分布在染色体末端 微卫星序列(micrisatellite), 或称简单 串联重复（STR），重复单位较短。 重复序列只有2-6个核苷酸，分布在整 个基因组。
多态性信息含量（polymorphism information content，PIC）：在连锁分析 中一个遗传标记多态性可提供的信息量的度量。它是一个亲本为杂合子，另一 亲本为不同基因型的概率。
SSR的特点
1) 染色体上的位置相对固定; 2) 操作简单，可以用PCR分型; 3) 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段,
染色体同一区段DNA序列的差异，当用限制酶处理 时，可产生长度不同的限制性片段
RFLP:restriction fragment length polymorphism, 限制性片段长度多态性
RFLP多态性的产生与检测
对RFLP的检测主要是用Southern杂交的方法进行 基本流程：
组织或细胞→基因组DNA→限制性内切酶消化→ 琼脂糖凝胶电泳→印迹转移至滤膜→加入探针→ 杂交→洗膜→放射自显影→获得反映个体特异性 的RFLP图谱。
换)。
三种类型的DNA分子标记：
1. 限制性片段长度多态性（restriction fragment
1) 简单序列长度多态性是据串联重复
排列微卫星基序两侧的单一序列设 计引物，对微卫星序列进行扩增， 由微卫星基序重复数目的变异而产 生多态性。
2) SSLP的类型: 小卫星序列(minisatellite), 有时又称可
变串联重复（VNTR），重复单位较 长。重复序列为16-100个核苷酸，主 要分布在染色体末端 微卫星序列(micrisatellite), 或称简单 串联重复（STR），重复单位较短。 重复序列只有2-6个核苷酸，分布在整 个基因组。
多态性信息含量（polymorphism information content，PIC）：在连锁分析 中一个遗传标记多态性可提供的信息量的度量。它是一个亲本为杂合子，另一 亲本为不同基因型的概率。
SSR的特点
1) 染色体上的位置相对固定; 2) 操作简单，可以用PCR分型; 3) 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段,
染色体同一区段DNA序列的差异，当用限制酶处理 时，可产生长度不同的限制性片段
RFLP:restriction fragment length polymorphism, 限制性片段长度多态性
RFLP多态性的产生与检测
对RFLP的检测主要是用Southern杂交的方法进行 基本流程：
组织或细胞→基因组DNA→限制性内切酶消化→ 琼脂糖凝胶电泳→印迹转移至滤膜→加入探针→ 杂交→洗膜→放射自显影→获得反映个体特异性 的RFLP图谱。
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• 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 有1个重组子。在哺乳动物中，遗传图谱上 1cM的距离大约相当于物理图谱上1000000 bp。
Pro Glu Glu ••• ••• CCT GAG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GTG GAG ••• •••
Pro Val Glu
••• ••• CCT GTG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GTG GAG ••• •••
PCR-RFLP
×MstⅡ酶切位点消失
❖ 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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：
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。
• 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 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
第四章 结构基因组学
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。
（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 染色体的结构变异 染色体的数目变异
• 用途：通过该图谱可分清各基因或分子标记之间 的相对距离与方向，如靠近着丝粒或端粒
• 注意：该图谱的构建是以位于同一染色体相邻的2 个基因或遗传标记的重组率为基础，因而需要有 参考家系和分子遗传标记或基因作为研究基础
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
12
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 2 3
VNTR变异的原理示意图
12
3
A
BC
DNA指纹图谱原理
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 ……
1. 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.
❖ 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
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
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 多态性。
PCR－RFLP的应用
√MstⅡ酶切位点
••• ••• CCT GAG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GAG GAG ••• •••
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！
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。
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
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 有1个重组子。在哺乳动物中，遗传图谱上 1cM的距离大约相当于物理图谱上1000000 bp。
Pro Glu Glu ••• ••• CCT GAG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GTG GAG ••• •••
Pro Val Glu
••• ••• CCT GTG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GTG GAG ••• •••
PCR-RFLP
×MstⅡ酶切位点消失
❖ 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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：
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。
• 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 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
第四章 结构基因组学
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。
（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 染色体的结构变异 染色体的数目变异
• 用途：通过该图谱可分清各基因或分子标记之间 的相对距离与方向，如靠近着丝粒或端粒
• 注意：该图谱的构建是以位于同一染色体相邻的2 个基因或遗传标记的重组率为基础，因而需要有 参考家系和分子遗传标记或基因作为研究基础
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
12
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 2 3
VNTR变异的原理示意图
12
3
A
BC
DNA指纹图谱原理
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 ……
1. 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.
❖ 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
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
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 多态性。
PCR－RFLP的应用
√MstⅡ酶切位点
••• ••• CCT GAG GAG ••• ••• ••• ••• CCT GAG GAG ••• •••
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！
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。
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