第十三章 基因组学
医学分子生物学复习思考题及答案
医学分子生物学复习思考题及答案第十三章真核基因及基因组1、什么是基因组？答：基因组（genome）是指一个生物体内所有遗传信息的总和。
人类基因组包含了细胞核染色体DNA（常染色体和性染色体）及线粒体DNA所携带的所有遗传信息。
不同生物的基因及基因组的大小及复杂程度各不相同，所贮存的信息的量和质存在着巨大的差异。
2、真核基因的基本结构包括哪些？试述之。
答：真核基因的基本结构包括编码序列及非编码序列编码序列（coding seguence）：包括编码蛋白质及功能RNA（mRNA、rRNA、tRNA、特定小分子RNA）的核苷酸序列。
真核基因的编码序列由外显子及内含子组成，外显子及内含子相间排列，称断裂基因。
内含子数目较外显子数少一个，组蛋白编码基因例外，不含有内含子。
外显子决定表达蛋白多肽及RNA的一级结构。
因此，外显子序列结构通常比较保守，一个碱基的突变常致基因功能的改变，而内含子序列相对变异较大。
每个内含子5’末端与外显子相接处，常为GT，3’末端与外显子相接处常为AG，这一共有序列是mRNA剪接加工时的剪接识别信号。
非编码序列（non-coding sequence）：包括编码序列两侧（上游及下游）的对基因表达具有调控作用的一些调控序列：如启动子、增强子等外显子（exon）；在基因序列中，出现在成熟mRNA分子上的序列。
内含子（intron）：外显子之间、与mRNA剪接过程中被删除部分相对应的间隔序列。
3、什么事顺式作用元件？其化学本质是什么？顺式作用元件主要有哪些？答：非编码序列对基因表达起调控作用，又称调控序列。
位于结构基因（编码序列）的上游及下游，称它们为顺式作用元件（cis-acting element），包括启动子、增强子、沉默子、上游调控元件、加尾信号等。
4、真核基因启动子的功用是什么？其位置如何？答：DNA分子上能介导RNApol与DNA结合并形成转录起始复合物的序列，称之为启动子。
普通遗传学第十三章 基因组学
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Figure XU78-1第一个同源连锁群
二、物理图谱
由于遗传图谱的分辨率有限、精确性不 A 高，所以还要构建物理图谱
chal B glkl chal his4 SUP53 leu2 pgkl pgkl pet18 cryl MAT thr4 SUP61 pet18 Cryl MAT thr4 SUP61
四、基因组图谱的应用
1、基因组序列测定 2、基因定位 3、基因的克隆与分离 4、分子标记辅助选择 5、比较基因组研究
Derivation of genome trees from comparative analyses of complete genomes
第三节 生物信息学
1、生物信息学 (Bioinformatics) 采用计算机技术和信息论方法对蛋 白质及其核酸序列等多种生物信息 采集、加工、储存、传递、检索、 分析和解读，旨在掌握复杂生命现 象的形成模式和演化规律的科学。
植物基因组遗传图谱的构建:
P1 ×P2
选择亲本 P3 ×F1 产生构图群体 遗传标记的染色体定位 F2 三交群体 标记间的连锁分析
生物学中的基因组学
生物学中的基因组学随着科技的不断发展，我们对生命的认知也在不断加深。
基因组学作为一个科学领域，已经成为生物学中不可忽视的一个分支。
本文将介绍什么是基因组学以及它在生物学中的应用。
一、基因组学是什么？基因组学是研究生物个体的遗传基础——基因组的组成和结构、功能以及相互作用的学科。
它是基于DNA的结构、序列及其功能的研究，并将它们应用于研究基因、遗传物质和遗传组成的特性。
遗传信息可以被存储在DNA序列中，这些序列可以用来研究生命的基本单位——细胞和组织的遗传信息。
基因组学研究的对象一般都是非常大量的DNA，这些DNA包含了各种各样的基因、外显子、内含子、反义RNA、微小RNA等不同种类的DNA序列。
精确的DNA测序技术在基因组学的研究过程中起到至关重要的作用，并可以有效地帮助生物学家解析复杂的DNA序列。
二、基因组学对生物学的意义1. 为研究生命提供基础数据基因组学的研究让我们更好地了解细胞、组织和生物个体的遗传信息。
这为研究生命提供了基础数据，并能够详细地解释生命的各种属性及其特性。
2. 促进生物学研究和新技术的诞生基因组学研究对生物学的各个领域都有着重要的影响，包括病理生理学、表观遗传学、进化和分类学等。
基因组学的研究也为新技术、新材料和新产品的诞生提供了技术基础。
3. 开发新的治疗方法和药物基因组学研究也可以深入研究某些疾病及其特点，从而开发出新的治疗方法和药物。
比如，基因组学技术已经被广泛应用于肿瘤治疗领域，并对其他遗传性疾病的治疗提供了有益的工具。
三、基因组测序技术基因组术是基因组学的核心技术之一。
通过测定DNA分子的完整序列，可以揭示有关生物个体遗传学、表观遗传学、生化和结构生物学的重要信息。
现在，我们具有大量不同的基因组测序技术，这些技术为我们揭示DNA分子的结构和功能提供了有效的途径。
1. 全基因测序（WGS）全基因测序指对一个个体的完整基因组进行序列测定。
这是一种完整而深入的测序方法，在研究人类遗传学、疾病诊断和基因组结构与功能变异方面具有显著的价值。
遗传学课件13第十三章基因组学
2、细胞学标记
指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。
（1）染色体结构特征
核型特征：指染色体的长度、着丝点的位置和随体 有无等，由此可以反映染色体的缺失、重复、倒 位和易位等遗传变异；
带型特征：指染色体经特殊染色后，带的颜色深浅、 宽窄和位置顺序等。
（2）染色体数量特征：指细胞中染色体数目的多 少，包括整倍体和非整倍体变异，前者如多倍体， 后者如缺体、单体、三体、端着丝点染色体等。
表13-1 不同生物基因组大小
生物
T4噬菌体 T4 phage 大肠杆菌 Escherichia coli 酵母 Sccharomyces cereviside 拟南芥 Arabidopsis thaliana 线虫 Caenorhbditis elegans
果蝇 Drosophila melanogaster
原核生物细胞的基因数目比真核生物少得多。原核生物基因 组比低等真核生物基因组更为紧凑，基因组中一般不存在 内含子。所有基因的编码顺序都是连续的。除古细菌中的 一些种属外，原核生物基因组中一般都没有断裂基因，而
且基因组中重复顺序极少。
水稻是第一个完成基因组全序列测定的农作物，其基因 组精细物理图于2005年完成，全部核基因组含有12条染 色体，总长约389Mb，比双子叶植物拟南芥基因组约大 260Mb。其中1号染色体最大为43.2Mb，10号染色体最小 仅有22.6Mb（图13-1）。全基因组预测约含有4万个基 因。除核基因组外，水稻还有大小为491kb的双链闭环 线粒体基因组和134.5kb的叶绿体基因组。
（二） 其他生物基因组
1、原核生物基因组 大肠杆菌在原核生物的基因定位、分离、结构和功
能及表达调控等方面曾起到重要作用，是最早启 动基因组测序的原核生物之一。1997年完成了 K12菌株基因组的全序列测定，大肠杆菌基因组 是双链环状DNA，全长4.6×106bp。含有4230个 基因，编码蛋白的序列占基因组的87.7%，非编 码的重复序列占0.7%，剩下的11.6%可能起调控 作用。
表观遗传、基因与基因组学
第十三章表观遗传学第一节概述相同的基因型不同的表型一．表观遗传学(epigenetic)：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种改变可稳定遗传。
二．表观遗传学研究的内容：1.基因选择性转录、表达的调控。
2.基因转录后调控。
(表观遗传通常被定义为DNA的序列不发生变化但是基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖的过程中能稳定的传递下去。
表观遗传学研究内容具体来说主要包括DNA甲基化表观遗传、染色质表观遗传、表观遗传基因表达调控、表观遗传基因沉默、细菌的限制性基因修饰等。
从更加广泛的意义上来说，DNA甲基化、组蛋白甲基化和乙酰化、基因沉默、基因组印记、染色质重塑、RNA剪接、RNA编辑、RNA干扰、x染色体失活等等都可以归入表观遗传学的范畴，而其中任何一个过程的异常都将影响基因结构以及基因表达，导致某些复杂综合症、多因素疾病或癌症。
) 三．表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：1.RNA水平：非编码RNA可通过某些机制实现对基因转录以及转录后的调控，例如microRNA、RNA干扰等2.蛋白质水平：通过对蛋白质的修饰或改变其构象实现对基因表达的调控，例如组蛋白修饰3.染色质水平：通过染色质位置、结构的变化实现对基因表达的调控，例如染色质重塑以上几个水平之间相互关联，任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达。
四．表观遗传学的研究意义：1.表观遗传学补充了“中心法则”所忽略的两个问题，即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。
2.表观遗传信息可以通过控制基因的表达时间、空间和方式来调控各种生理反应。
所以许多用DNA序列不能解释的现象都能够找到答案。
3.与DNA序列的改变不同，许多表观遗传的改变是可逆的，这使表观遗传疾病的治愈成为可能。
第二节表观遗传修饰一.DNA甲基化(DNA methylation)DNA甲基化是目前研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式。
遗传学知识：基因组学
遗传学知识：基因组学随着科技的不断发展与进步，人们对于生命的了解也越来越深入。
基因组学作为一个新兴学科，是研究生物体基因组的科学，已经受到了越来越多人的关注。
本文将从基因组的概念、基因组的组成和结构、基因组的功能和意义以及基因组在生命科学研究中的应用四个方面来阐述基因组学知识。
一、基因组的概念基因组是指生物个体细胞内全部遗传物质的总和，包括DNA和RNA。
它是生命的基础和物质基础，是维持生物体内部稳态的关键因素。
基因组的大小和结构因生物种类而异，小至数百万碱基对的细菌，大至数十亿碱基对的人类，共同构成了生物界广泛的多样性。
二、基因组的组成和结构基因组由DNA分子组成，其中DNA是遗传信息的基本单位。
DNA分子由四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）组成的序列排列，而每个碱基对应的是一段含有三个碱基（即一段密码子）的DNA编码。
在这种编码体系内，从一个位点开始的三个碱基被称为一条肽链的氨基酸编码。
一个基因包含有一个或多个编码密码子的决定蛋白质序列的DNA 片段。
基因组中的这些基因以特定的顺序排列，组成基因组的遗传信息。
此外，基因组还包括很多非编码RNA（如rRNA、tRNA等）、DNA 区域（如非编码区域、卫星DNA等）和功能未明的DNA。
基因组的结构包括染色体、基因组褶皱和染色质。
染色体是基因组的物理载体，是通过染色体的缩合和解缩合，调控基因表达和遗传物质复制的过程。
基因组褶皱是指在非细胞分裂期间，基因组处于三维空间中未定向和持续的动态图像状态。
染色质是指除了染色体以外的剩余区域，包括翻译和非翻译RNA，遗传调节元件和起调控作用的蛋白质。
三、基因组的功能和意义基因组具有多种功能，其中最重要的是编码基因表达和遗传信息的继承和传递，它从上层次上决定了一个生物个体的表型。
基因组还参与细胞分裂，细胞凋亡和细胞分化等过程。
同时，基因组还通过其DNA序列为抗菌药物和疫苗研究提供重要的基础数据。
基因组学概论
基因组学概论一、基因组学定义及研究内容基因组学（genomics）是研究生物基因组和如何利用基因的一门学问，是对所有基因进行基因作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱）、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析的一门学科。
基因组学与传统遗传学或其他学科的差别在于基因组学主要是从整体水平分析基因组如何发挥作用，注重基因在整个基因组中所扮演的角色与功能，而非孤立地考虑基因的结构与表达。
基因组学是针对生物基因组所蕴藏的全部生物性状的遗传信息的解读与研究，因而基因组学涉及有关基因组DNA 的序列组成，全基因组的基因数目、功能和分类，基因组水平的表达调控及不同物种之间的进化关系的大范畴、高通量的收集和分析。
基因组学的概念是由美国科学家Thomas Roderick 于1986 年首次提出的，当时是指对于基因组的作图、测序及分析，随着基因组计划的深入开展，其研究内容也扩展至基因功能的研究。
基因组学是随着人类基因组计划提出的，随着人类基因组图谱及其分析结果的报道，以及多种细菌和酵母微生物，多种昆虫、动物以及水稻、拟南芥植物等模式生物基因全序列的完成，基因组学的研究已经从结构基因组学开始过渡到功能基因组学。
目前，基因组学研究的内容和主要目的有：（1）建立以互联网为平台的数据库；（2）组建基因组的物理图谱和遗传图谱；（3）确定基因及基因组的序列；（4）分析基因组的结构特点；（5）鉴定基因组中的所有基因，并且根据蛋白质序列来确定其功能或大致功能；（6）建立基因表达数据库；（7）建立基因与表现型之间的关系；（8）确定DNA序列的复杂性；（9）为比较不同生物的基因组提供资料，使一种生物的遗传数据可用来分析其他生物的基因和基因组。
二、基因组学发展历程基因组学形成比较完整的学科是近二十年的事，但它的孕育、产生和发展却经历了比较长的时间，大体可以划分为下列五个阶段：1.前遗传学时代（1900年以前）这时期主要的事件是1859 年Darwin 提出了物种进化的自然选择学说——达尔文进化论和1865年Mendel提出了分离定律与自由组合定律。
第十三章 基因组学
四、基因组学研究内容
（三）蛋白质组学(proteomics) 研究细胞内蛋白质组成及其活动规律。旨 在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能 模式,内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式、 结构、功能和相互作用方式等。 基因是遗传信息的携带者,而全部生物功能 的执行者却是蛋白质, 仅仅从基因的角度来研 究是远远不够的。
（一） 人类基因组
1. 人类基因组计划 与曼哈顿原子 计划、阿波罗登月计划并称的人类科学 史上的重大工程。于1990年首先在美国启 动，后有德、 日、英、法、中等国的科学家先后正式加入。
人类基因组计划
▲ 1990年，美国国会批准美国的“人类基因组计划” 在10月1日正式启动。其总体规 划是准备在15年内 （1990－2005）至少投入30亿美元，分析人类的基因 组30 亿个碱基对。 ▲ 2003年，6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成 功，HGP的所有目标全部实现。覆盖人类基因组所含 基因区域的99%，精确率达到99.99%，比原计划提前 两年多，耗资27亿美元。
SSR （simple sequence repeats） 或微卫星（microsatellite )
☆重复序列 ◆串联重复序列（tandem repeated sequence），其重复单位首尾相连，成串排列 （Flavell 1986）。 ◆散布重复序列（interspersed repeated sequence），其重复单位与其它无关序列或单 拷贝序列相间排列。
AFLP反应过程示意图
EST （expressed sequence tags）
☆遗传信息由DNA →mRNA →蛋白质。 ☆一个典型的真核生物mRNA分子：5′- U TR ( 5′端 转录非翻译区) , ORF (开放阅读框架) ,3′- U TR ( 3′端 转录非翻译区) ，polyA
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一、
名词解释（本大题共8小题，共16分）
1. 基因组
2. 后人类基因组计划
3. 蛋白质组学
4. 基因的差异表达
5. 生物信息学
6. 基因组学
7. 人类基因组计划
8. 遗传图谱
二、填空题（本大题共2小题，共2分）
9. 基因组学可分为两部分内容，包括和。
前者主要建立、和等图谱；后者确定并分析基因组的。
10. 构建完整物理图谱的基本要素、、、。
三、
判断题（本大题共2小题，共2分）
11. 物理图谱是按实际的物理位置（真实位置）进行排序所构建的图谱，是在DNA分子水平上描述染色体中界标间顺序和距离的图谱。
12. 在人类基因组多样性计划中研究线粒体DNA(mtDNA)的目的是追溯母系的起源和进化。
四、论述题（本大题共2小题，共14分）
13. 你认为人类基因组计划的重要意义是什么?
14. 遗传图谱与物理图谱的关系是什么？
五、简答题（本大题共2小题，共10分）
15. DNA分子标记与形态标记和同工酶标记相比具有什么样的优点？
16. 依据对DNA多态性的检测手段，DNA分子标记可分为几大类？
一、
名词解释（本大题共8小题，共16分）
1. 基因组：指一个生物体、细胞器或病毒的全部基因总和或全部遗传信息总和。
2. 后人类基因组计划：以构建基因表达图谱，研究基因表达、基因调控和基因功能以及人类基因组计划外延目标为主要内容的人类基因组计划称为后基因组计划。
3. 蛋白质组学：是在整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的新兴学科。
4. 基因的差异表达：生物体在不同发育阶段、不同生理状态下、不同类型细胞或组织中的结构与功能的变化差异，归根结底是基因在时间与空间上的选择性表达差异，即为基因的差异表达。
5. 生物信息学：把基因组DNA序列信息分析作为源头，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言，找到代表蛋白质和RNA基因的编码区，发现蛋白质空间结构,并进行模拟和预测，依据特定的蛋白质功能进行必要的药物设计的交叉学科。
6. 基因组学：以基因组分析为手段，研究基因组的结构组成、时空表达模式和功能，并提供有关生物物种及其细胞功能进化信息的一门学科。
7. 人类基因组计划：是描述人类基因组和其他生物基因组特征，发展基因组学技术，阐明与此相关的伦理、道德和社会影响的一个国际性研究项目。
8. 遗传图谱：采用遗传学分析方法将基因或其它DNA顺序标定在染色体上构建的连锁图。
(或是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离。
)
二、填空题（本大题共2小题，共2分）
9. 基因组学可分为两部分内容，包括结构基因组学和功能基因组学。
前者主要建立遗传、物理和DNA序列等图谱；后者确定并分析基因组的全部功能。
10. 构建完整物理图谱的基本要素界标、作图单位、确定标记顺序、具有DNA 可复制系统。
三、
判断题（本大题共2小题，共2分）
11. √
12. √
四、论述题（本大题共2小题，共14分）
13. 答：（1）鉴定人类基因，从整体上揭示生物各组织器官生长、发育、衰老、死亡的奥秘。
（2）人类DNA序列图谱的建立带动了对小鼠的大肠杆菌、酵母、美丽线虫以及多种微生物全基因组破译和一些其他生物DNA图谱绘制。
（3）随着人类基因组计划研究的进一步深入，有关伦理、法律等社会问题将受到不同程度的影响，人类固有的传统观念将发生变化。
（4）推动生物进化、物种多样性、环境对生物作用等方面理论研究的逐步深入。
（5）作为应用科学将对生命科学、生物技术产业及社会、经济各方面的发展产生重大的推动作用。
（6）诞生了许多新学科、新产业。
使学科交叉成为必然趋势。
14. 答：（1）与遗传图谱相比，物理图谱的分辨率更高，图谱标记更多。
因此，在多数生物中，物理图谱比遗传图谱更重要。
（2）物理图谱是从遗传图谱到序列图谱的中间图谱，在区域性测序、构建较佳克隆时，没有完整及准确的物理图谱不能够准确完成测序。
（3）构建精确的物理图谱，可发现和分析相应区域的基因序列，实现DNA测序，从序列中克隆基因。
五、简答题（本大题共2小题，共10分）
15. 答：①在各个组织、各发育时期均可检测到，不受季节、环境的限制，不存在表达与否的问题。
②遍及整个基因组，数量多。
③表现中性，不影响性状表达，与优良性状无必然的连锁关系。
④自然界存在着许多等位变异，多态性高，不需创造特殊的遗传材料。
⑤有许多标记表现为共显性，能鉴别纯合型与杂合型。
16. 答：第一类为基于DNA—DNA杂交的DNA标记。
第二类为基于PCR的DNA标记。
第三类为基于PCR与限制性酶切技术结合的DNA标记。
第四类为基于单核苷酸多态性的DNA标记。