基因组测序-课程中心-山东大学共49页
基因组测序及功能解析
基因组测序及功能解析基因组测序是指对一个生物体的全部基因组（包括DNA和RNA序列）进行测序的过程。
随着高通量测序技术的发展，基因组测序已经成为当前生命科学研究中的重要手段之一。
本文将介绍基因组测序的原理和流程，并进一步探讨基因组功能解析的方法与应用。
一、基因组测序原理和流程1. 基因组测序的原理基因组测序主要基于DNA的测序技术，早期采用的是Sanger测序方法，而现在广泛应用的则是下一代测序（Next-generation Sequencing，简称NGS）技术。
NGS技术的核心原理是通过将基因组中的DNA进行分段、扩增和测序反应，然后再通过高通量测序仪进行快速并行测序，最终得到DNA序列数据。
2. 基因组测序的流程基因组测序的流程包括样本准备、DNA提取、文库构建、测序和序列数据分析等步骤。
首先，需要从生物体中提取DNA样本，然后对DNA进行文库构建，包括DNA断裂、添加识别引物和文库扩增等步骤。
接下来，将文库进行测序反应，并使用高通量测序仪对测序片段进行测序。
最后，利用生物信息学分析软件对测序数据进行质控、比对、拼接和注释等步骤，得到最终的基因组测序结果。
二、基因组功能解析的方法1. 基因注释基因注释是对基因组测序结果进行分析和解读的过程，主要目的是确定测序数据中的基因组区域以及基因区域中的基因和功能元件的位置。
常用的基因注释方法包括：基因识别、转录本注释、功能注释、非编码RNA注释等。
这些方法的综合应用可以揭示基因组和基因功能的相关信息。
2. 转录组学分析转录组学分析是通过对DNA的模板转录产生RNA，并对转录产物进行分析，从而了解基因的表达水平和调控机制。
常用的转录组学分析方法包括RNA-Seq和微阵列。
RNA-Seq可以全面检测所有转录产物的拷贝数，从而揭示全局基因表达情况；而微阵列则通过测量RNA与DNA的杂交程度来定量检测RNA的表达情况。
3. 蛋白质组学分析蛋白质组学分析是对生物体内蛋白质的组成、结构和功能等进行研究的一门学科。
人类基因组计划与基因测序ppt课件
ppt课件.
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第四代测序技术——纳米孔测序技术
原理：分子在通过纳米孔道时，会对通过纳米孔的电流，或横 穿过纳米孔的电流（隧穿电流）产生影响，而每种不同的分子 通过时，对电流产生的影响具有可区别的差异。于是利用这种 差异，纳米孔测序技术就可以识别基因中碱基（对）的排列顺 序。
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1号染色体——生命。讲生命的诞生，来源。 2号染色体——物种。人类发展和近亲之间的分别。
人
3号染色体——历史。孟德尔以及其他科学家在遗传学上做出的贡献。 4号染色体——命运。你的命运完全在你的基因里。
种
5号染色体——环境。推翻让读者觉得基因是简单的分割开来的。
自
6号染色体——智慧。基因的存在不是为了致病的 7号染色体——本能。解释行为遗传学和进化心理学结论对人类的影响。
对的碱基在原样品DNA分子上
的位置。此后各组反应物通过聚
丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，通
过放射自显影检测末端标记的分
子，并直接读取待测DNA片段
的核苷酸序列。
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第二代测序技术
特点：
大大降低了测序成本的同时，
大幅提高了测序速度，
持了高准确性，
序列读长方面起第一代ppt课测件. 序技术则要短很多。
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人类基因组计划——概述
人类基因组计划(human genome project, HGP)： 是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美 国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预 算达30亿美元的人类基因组计划。 意义： •人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大 科学计划。 •被誉为生命科学的“登月计划”。 中国： 中国于1999年9月积极参加到这项研究计划中的，承担其中1% 的任务，即人类3号染色体短臂上约3000万个碱基对的测序任 务。中国因此成为参加这项研究计划的唯一的发展中国家。
基因组测序与序列PPT课件
也称卫星DNA
➢ 中度重复顺序： 一般分散于整个基因组中； 长度和拷贝数差别很大
➢ 单一顺序： 基因主要位于单一顺序
动物中单一顺序约占50％ 植物中单一顺序约占20％
.
7
顺序复杂性
❖ DNA 的复性 遵循二级反应动力学，可表述为： dCt / dt = -KC02 反应达 t 时，单链DNA浓度 = Ct C0 = 单链 DNA起始浓度 K＝ 复性速度常数
1 ATAC G TTA
2 2GCTGTAT GTAAGT CAT
4 C4GATCTGA GT TAATG A
3 3TA C G T TA G A
5 G TTAG ATC
1 ATAC G TTA
3 TACGTTAG
4 ACGTTAGA
2
C G TTAG AT
5
G TTAG ATC
计算机分析杂交图象 并由探针的重叠情况 推导样品的核酸序列
.
4
什么是C 值？
▪通常是指一种生物单倍体基因组DNA的 总量.
在真核生物中，C值一般随着生物的进化而 增加，高等生物C值一般大于低等生物。
C值悖理：
生物的复杂性与基因组的大小并不完全成比 例增加
.
5
阴影部分为一个门内C-值的范围
动物Leabharlann 真菌 等细菌.
6
重复顺序
➢ 高度重复顺序： 长度：几个——几千个bp 拷贝数：几百个——上百万个 首尾相连，串联排列
↓ 电泳,读取DNA的核苷酸顺序
.
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Maxam-Gilbert 法所用的化学技术
碱基 G
A+G
C+T C
基因组测序的原理与方法ppt课件
大规模基因组测序的 原理与方法
1
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“基因组”----生命科学的“元素周期表 ”
元素周期表
元素周期表的发现奠定了二 十世纪物理、化学研究和发展的 基础
人体解剖图奠定了现 代医学发展的基础
“基因组序列图”将奠定二十一世纪生 命科学研究和生物产业发展的基础！
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ppt课件.
基因组学的基础理论研究
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PCR（聚合酶链式反应）原ppt课理件.
反应所需物质：DNA模板、引物、DNA聚合 酶、dNTP、缓冲液 每个循环包括：变性（90℃）、退火（54 ℃）、延伸（72 ℃）
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ppt课件.
Sanger 双脱氧末端终止法测序原理
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DNA自动测序仪的发展 ppt课件.
自动荧光垂直板凝胶电泳测序仪 代表：ABI公司377型垂直板自动测序仪 96个泳道 读长高达700-800 bp 日分析能力达300个样品
STS图谱是最基本和最为有用的染色体物理图谱之一，STS （Sequence Tagged Site)本身是随机地从人类基因组上选 择出来的长度在200～300bp左右的特异性短序列（每个STS 在基因组中是唯一的，STS图谱就是以STS为路标（平均每 100Kb一个），将DNA克隆片段有序地定位到基因组上。
The genom e D N A
3 ,0 0 0 ,0 0 0 K b p
= 7 .3 7 2 8
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48 superpools
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每 组 个
共 个
48
8
每8个96孔板组成1个superpool，384个96孔板组成48个superpools
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基因组学_课件_4基因组测序与序列组装
• 重要区域的优先测序
– 人类疾病相关基因，功能相关的基因常常聚集 在染色体的特定区域，优先选择基因富集区测 序。
–人类主要组织相容性复合区（human major histocompatibility complex, hMHC ），与 人类免疫系统有关，6号染色体，3.6Mb，平均 每16kb 1个基因，多态性最丰富的区域，有些 座位等位基因成员超过200个
• 基因组计划的最终目标是获得所研究的生物的完 整的DNA顺序。最佳状况是将物理图谱和遗传图谱 进行有机整合，以确定基因以及其他重要的序列 在DNA顺序中的位置。
• 主要内容： • 1.DNA测序的方法 • 2.DNA序列的组装 • 3.基因组测序的其他路线 • 4.人类基因组的测序和组装
测
• DNA测序技术主要有两种方法，都是在20 世纪70年代中期发明的。
• 首先在整个水稻基因组上生成许多已知长度的DNA切片， 然后使它们按DNA序列的重合区域进行排列。这些切片数 量足以覆盖水稻基因组４次。接着，确定每个切片的碱基 对序列，并用计算机程序将其组装成更长的片段，然后将 这些片段排序、装配成１０万多个被称为支架的更大组件。
• 设计出的软件重点是通过支架水平上的接近来进行组装， 并采取了独特的重复序列处理算法，可识别并暂时屏蔽占 水稻基因组约40％的重复序列。这样做的好处是既能减少 计算量，又最大限度降低了错误拼接的可能性。
• 根据克隆插入子两端的DNA序列查找与之连接的克 隆建立重叠群，直到覆盖整个DNA片段，甚至染色 体
• 拟南芥基因组的测序完全依据克隆重叠群，先进 行各个BAC克隆的随机测序，再进行序列组装
• 引导鸟枪法
–构建插入片段为2kb的人类基因组质粒， 每个克隆经双向测序可读500bp
《基因组DNA测序和功能注释入门课件》
2 基因模拟
用计算方法模拟特定环境下 基因的表达情况等生物学现 象。
3 遗传标记分析
发现基因组中的SNP、indel、CNV等变异，推测基因功能和遗传特征。
基因组DNA功能注释的工具和数据库介绍
NCBI数据库
提供丰富的基因组数据和功能注 释工具。
ENSEMBL数据库
提供多个物种的基因组数据和注 释，注重可视化。
基因组DNA测序和功能注 释入门课件
本课程将详细介绍基因组DNA测序技术和功能注释方法，帮助更多人了解这 一领域的知识和技术，让基因科学更深入人心。
什么是基因组DNA测序
基因组
由个体细胞中所有染色体上的基因组成。人类有23 对染色体，基因组大小大约为3亿个碱基对。
基因组测序
将基因组DNA分解成短片段，然后对这些短片段进 行测序。已完成的人类基因组测序计划是一项重大 的科学成就。
将所有高质量序列按照位置拼 接成一个完整的基因组序列。
序列过滤
过滤低质量序列，使用多种软 件进行序列质量控制。
序列组装
将基因组序列装配成连续的 DNA片段，并进行基因注释。
基因组DNA序Biblioteka 比对序列比对将样本序列与已知参考序列进行比对，判断样本 DNA中的SNP、indel、CNV等。
基因表达分析
从样本中提取RNA并对其进行测序，进而分析基因表 达水平。
基因组DNA序列装配
1
对contig进行纠错
2
利用软件对contig进行错误矫正。
3
检查装配结果
4
利用软件检查装配的质量，根据需要进 行重测序和审核。
基于Overlap-layout-consensus原理
将相似的序列“重叠”在一起，构成contig。
生物的基因组测序
生物的基因组测序在现代生物学领域，基因组测序被广泛应用于研究和解读生物的遗传信息。
基因组测序是指对生物体细胞内的DNA进行逐个碱基的测定，以获得生物的全基因组序列。
随着测序技术的不断发展和突破，基因组测序在各个领域中发挥着重要作用，对生物学、医学、农业等方面起到了革命性的影响。
一、基因组测序的概述基因组测序是对生物体DNA序列的确定和测定过程。
通过测序可以了解到基因的位置、DNA的序列以及基因之间的关系。
基因组测序可以分为两种方法：Sanger测序和高通量测序。
1. Sanger测序Sanger测序是一种经典的测序方法，它通过合成可能的碱基链来确定DNA序列。
具体步骤包括DNA模板的分离、引物的连接、聚合酶链反应、聚合酶链终止反应、电泳分离以及序列分析等。
尽管Sanger测序准确可靠，但它耗时费力，且适用于小规模的测序项目。
2. 高通量测序高通量测序技术，也被称为下一代测序技术，是近年来迅速发展的测序方法。
主要包括Illumina测序、Ion Torrent测序、SOLiD测序等。
这些技术都基于并行测序的原理，可以同时对数百万个DNA片段进行测序，大大提高了测序效率和吞吐量。
二、基因组测序的应用基因组测序技术的发展为生物学研究提供了强大工具。
它在以下领域中发挥着重要作用：1. 遗传学研究基因组测序可以揭示生物的遗传信息，包括基因组中的突变、易感基因以及遗传多样性等。
通过对不同个体的基因组测序，可以了解不同物种的遗传变异及其对特定性状的影响，为遗传学研究提供了宝贵的数据。
2. 进化生物学研究通过测序不同物种的基因组，可以追踪和比较它们之间的遗传关系，揭示物种之间的进化历史和亲缘关系。
基因组测序还可以研究物种的适应性进化、基因家族的扩张和收缩等现象，为进化生物学研究提供了重要的依据。
3. 疾病研究和诊断基因组测序在疾病研究和诊断中起着关键作用。
通过测序病人的基因组，可以发现与遗传性疾病相关的突变，并推断它们对疾病的影响。
基因组测序基本原理ppt课件
大纲
I. 核酸DNA的发现以及测序历史简介 II. 双脱氧化(Sanger dideoxy method)测序 III.大片段的DNA测序与基因组测序的大发展 VI.人类基因组 V. 1000美元个体化基因组测序计划(The “$1,000 dollar genome)
On WebCT -- “The $1000 genome” -- review of new sequencing techniques by George Church
Part I.核酸测序原理
核酸发现与测序简史
DNA测序的简史
MC chapter 12
DNA测序的方法
A. 双脱氧法 (Sanger dideoxy) (primer extension/chaintermination) method: 最流行也是最广为接受的方法。
Maxam-Gilbert化学剪切法(chemical cleavage method): DNA is labelled and then chemically cleaved in a sequence-dependent manner. This method is not easily scaled and is rather tedious 焦磷酸测序(Pyrosequencing): measuring chain extension by pyrophosphate monitoring。焦磷酸测序技术是新一代 DNA序列分析技术，该技术无须进行电泳，DNA片段也无 须荧光标记，操作极为简便，可以快速、准确地确定DNA 序列。
测序的趋势
相对而言一般很少实验室会自己做测序，一则自身测序费用比较高，而且荧光试剂容 易粹灭，同时也比较消耗时间，另外可能出现一些其它问题引起结果不成功。所以大 部分的测序都是送到相关的测序中心或者公司完成: