基因组学考试资料整理版

第一章一、基因组1、基因组（genome）：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在规律及其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(comparative 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（矛盾）（C-value paradox)：在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接近的物种之间，它们的C值可以相差数10倍乃至上百倍。

C值反映了总体趋势上，随着生物结构和功能的复杂性的增加，各分类单元中最小基因组的大小随分类地位的提高而递增。

2、序列复杂性单一顺序：基因组中单拷贝的DNA序列重复顺序：基因组中多拷贝的基因序列真核生物基因组DNA组分为非均一性，可分为3种类型：快速复性组分、居间复性组分、缓慢复兴组分三、基因与基因家族1、基因家族：是真核基因组的共同特征，他们来自一个共同的祖先，因基因加倍和趋异，产生了许多在DNA序列上基本一致而略有不同的成员。

包括编码RNA的基因和编码蛋白质的基因2、隔裂基因（split gene）：指基因部被一个或更多不翻译的编码顺序即含子所隔裂。

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。

基因基因:一个基因的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：来源于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，在整个基因组围分布大量重复顺序（小基因组重复序列较少，大基因组重复序列急剧扩增）；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（所有真核生物都具有环状的线粒体DNA，植物细胞还含有环状的叶绿体DNA。

）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;（极少重复序列;重复基因的数量远远低于真核生物；不存在含子，基本都是编码序列，无断裂基因。

）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（clone contig method，作图法测序）：先构建遗传图，再利用几套高度覆盖的大片段基因组文库（BAC、PAC等）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。

BAC的空洞基本上都可以利用设计引物等手段填补，形成一条完整的BAC序列。

然后由相互关联、部分重叠的BAC克隆连成一个大的重叠群（Contig）。

优点：通过这种方法得到的基因组数据是最为准确和精细的数据，也是基因组测序的最终目标。

缺点：该方法的技术难度较高，尤其大片段基因组文库（BAC）和精细物理图构建是技术性极强的工作；此外，费用相对于鸟枪法要稍高一些，完成整个基因组测序周期也要长些。

2. 全基因组鸟枪法（whole-genome shotgun method）：是随机先将整个基因组打碎成小片段进行测序，最终利用计算机根据序列之间的重叠关系进行排序和组装，并确定它们在基因组中的正确位置。

优点：速度快，简单易行，成本较低，可以在较短的时间通过集中机器和人力的方法获得大量的基因片断。

缺点：最终排序结果的拼接组装比较困难，尤其在部分重复序列较高的地方难度较大。

此外有许多序列片段难以定位在确切的染色体上，成为游离片断；同时又会有许多地方由于没有足够的覆盖率而形成空缺。

这些缺陷最终导致整个基因图会留下大量的空洞，也影响其准确度。

三、遗传图与物理图遗传作图（Genetic mapping）：采用遗传学分析方法将基因或其它DNA序列标定在染色体上构建连锁图。

此方法包括杂交实验，家系分析。

遗传图距单位为厘摩(cM), 每单位厘摩定义为1%交换率。

（相对位置）物理作图（Physical mapping）：采用分子生物学技术直接将DNA分子标记、基因或克隆标定在基因组实际位置。

物理图的距离依作图方法而异，如辐射杂种作图的计算单位为厘镭(cR), 限制性片段作图与克隆作图的图距为DNA的分子长度，即碱基对(bp, kb)。

（绝对位置）基因是首先被使用的标记：基因十分有限，大量的基因间隔区DNA标记必须有等位型才是有用的四、遗传图标记及特点：1.限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphisms, RFLP）同一物种的亚种、品系或个体间基因组DNA 受到同一种限制性切酶作用而形成不同的酶切图谱的现象，第一代分子标记。

特点：1) 处于染色体上的位置相对固定;2) 同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变;3) 同一凝胶电泳可显示等位区段不同多态性片段, 表现为共显性(可鉴定纯合子和杂合子);4) 需要用Southern 杂交检测显示。

2. 简单序列长度多态性（simple sequence length polymorphisms, SSLP）第二代分子标记SSR技术的优点是：（1）在基因组中随机分布，检测的多态性频率高；（2）PCR特异引物，重复性好（3）共显性，操作相对简单。

问题是：（1）SSR需要测序和设计引物，因而需要大量的人力、物力和时间；（2）另外其种属特异性强，开发所需的费用高昂，因此一些实验室进行了合作，共同开发微卫星引物。

SSR标记的关键是引物的设计3. 单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNP）是指同一物种不同个体基因组DNA的等位序列上单个核苷酸存在差异的现象。

其中最少一种在群体中的频率不小于1％；根据SNP在基因中的位置，SNP可分为：基因编码区SNP、基因周边SNP、基因间SNP。

SNP特点：（1)SNP由核苷酸代换产生（2)人类基因组平均600bp含一个SNP（3)人类基因组SNP总量大于500万占人类DNA序列差异的10% - 50%（4)基因组中一些紧密连锁的SNP可组成单倍型(Haplotype).单倍型中不同的SNP位点之间不发生重组与交换.五、遗传作图理论基础：采用一组分子标记构建遗传图的方法主要依赖于连锁分析。

基本方法：两点测验法和三点测验法六、不同模式生物连锁分析有性杂交实验、质谱分析、DNA转移七、 Lod值是基因连锁可能性的对数，用于初步判断所研究的2个基因是否位于同一染色体上。

八、细菌的遗传作图：部分二倍体作图法转化（ transformation ）：供体细胞释放的一段DNA（通常小于50kb），经受体细胞摄取后整合到基因组中，可借助抗性培养基筛选重组克隆。

转导（transduction)：通过噬菌体将小片段DNA从供体细胞转移到受体细胞。

接合 (conjugation)：两个细菌形成物理接触，DNA从供体转移到受体。

转移DNA可以是一段也可以是整个染色体，可达1Mb.第三章一、为什么需要物理作图？1、遗传图谱分辨率有限：由于人类及其大多数高等真核生物来说，不可能获得巨大数量的后代，因此可用于研究的减数分裂体就少很多，连锁分析就受限制，导致标记密度的减小，从而影响遗传作图；2、遗传图覆盖面低：由于染色体交换区域的不平衡，有些区段很少发生交换，难以获得高密度连锁图；3、遗传图分子标记的排列有时会出现差错：遗传作图依赖子代的重组及分离比，由于环境及取样误差，有时结果会出现差异，相同的标记在连锁图上位置不一样。

二、物理作图方法及原理（限制性作图、基于克隆的基因组作图、荧光原位杂交（FISH）、序列标签位点（STS)）1、限制性作图：将限制性酶切位点标定在DNA分子的相对位置。

方法及原理：通过比较不同限制性切酶切割所产生DNA片段大小：首先用一种酶处理样品后，电泳确定DNA片段的大小；然后用第二种酶处理，获得第二组片段。

最后用两种酶混合处理，获得第三组片段。

收集上述资料进行对比组装：两种酶切位点交替出现的区段用加减法确定其的相对位置。

连续出现2个或多个相同酶切位点的区段，采用部分酶解法。

切点过多时可以采用末端同位素标记结合部分酶解进行绘图。

限制性作图更适合于小分子。

当需要对大于50kb的基因组进行限制性作图时，通过选择靶DNA分子中的稀有酶切位点酶可以克服限制性酶切作图的局限性。

大分子DNA分离采用特殊电泳：脉冲凝胶电泳（PFGE）、正交交变电场凝胶电泳（OFAGE）2、基于克隆的基因组作图：根据克隆的DNA片段之间的重叠序列构建重叠群(Contig), 绘制物理连锁图。

常用大分子DNA克隆载体：酵母人工染色体YAC、噬菌体P1载体、细菌人工染色体BAC、P1人工染色体PAC、F黏粒。

方法及原理：1、基因克隆2、构建重叠群（染色体步移法、指纹法）3、荧光原位杂交FISH：指在染色体上进行DNA杂交，以便识别荧光标记探针在染色体上位置的方法。

4、序列标签位点作图STS：通过PCR或分子杂交将小段DNA序列定位在基因组的DNA区段中。

三、脉冲电泳PFGE的基本原理:将一个方向不断变换的电场，取代简单的单一电场（单向电场)，使电泳中受阻的DNA分子在电场改变时扭转迁移方向，较小的分子比较大的分子重新排列的快，以此达到分离的目的。

分辨率达到10Mb。

四、重叠群：可以通过末端的重叠序列相互连接形成连续的DNA长片段的一组克隆称为重叠群(contig)五、指纹法：1、分类：限制性带型（Restriction patterns）指纹：用不同限制性酶消化后，经凝胶分离产生的条带。

重复顺序DNA指纹（Repetitive DNA fingerprints）：将不同克隆的限制性片段电泳转膜后，与基因组围分布的重复序列杂交形成的带型。

重复顺序DNA PCR （Repetitive DNA PCR）或分散重复顺序PCR（interspersed repeat element PCR, IRE-PCR）指纹：用基因组围的重复序列的互补序列做引物，扩增两个重复序列之间的单一顺序，得到的产物带型。