基因组作图资料共75页
基因组学复习资料整理
基因组学1. 简述基因组的概念和其对生命科学的影响。
基因组：指一个物种的全套染色体和基因。
广义的基因组：核基因组，线粒体基因组，叶绿体基因组等。
基因组计划对生命科学的影响：①研究策略的高通量，彻底认识生命规律：基因组研究高通量，研究手段和研究策略的更新，加强了生命科学研究的分工与协作，从不同层次深入研究生命现象。
②促进了相关学科的发展：分子生物学遗传学生物信息学生物化学细胞生物学生理学表观遗传学等③物种的起源与进化：Ⅰ.重要基因的发掘、分离和利用：遗传疾病相关基因，控制衰老的基因，工业价值的细菌基因，重要农艺性状基因等。
Ⅱ.充分认识生命现象：基因的表达、调控，基因间的相互作用，不同物种基因组的比较研究，揭示基因组序列的共性，探讨物种的起源和进化。
④伦理学法律问题：伦理问题，知识产权问题，法律问题，社会保险问题。
2. Ac/Ds转座因子Ac因子有4563bp，它的大部分序列编码了一个由5个外显子组成的转座酶基因，成熟的mRNA有3500bp。
该因子本身的两边为11bp的反向重复末端（IR），发生错位酶切的靶序列长度8bp。
Ds因子较Ac因子短，它是由Ac因子转座酶基因发生缺失而形成的。
不同的Ds因子的长度差异由Ac因子发生不同缺失所致。
Ac/Ds因子转座引起的插入突变方式：玉米Bz基因是使糊粉层表现古铜色的基因，当Ac/Ds转座插入到Bz基因座后，糊粉层无色。
当Ac/Ds因子在籽粒发育过程，部分细胞发生转座，使Bz靶基因发生回复突变，从而形成斑点。
Ac/Ds两因子系统遗传特点：1）Ac具有活化周期效应，有活性的Ac+因子被甲基化修饰后会形成无活性的ac-因子，反之无活性的ac-因子去甲基化成有活性的Ac+因子。
2）Ac与Ds因子有时表现连锁遗传但更多表现独立遗传。
3）Ac对Ds的控制具有负剂量效应。
4）Ac/Ds可引发靶基因表现为插入钝化、活性改变、表达水平改变和缺失突变等。
5）Ds的结构不同，插入同一靶基因的位点可能不同，形成的易变基因的表型也不同。
第 2 章 遗传图绘制.
如何寻找RFLP标记
1) 随机克隆筛选; 2) 将其它方法获得的DNA标记, 如RAPD
(random amplified polymorphism DNA) 标记转换为RFLP标记; 3) 从cDNA 中寻找RFLP. 4) 计算机筛选, 即电子杂交.
AFLP(amplified fragment lenth polymorphism, 放大的片段长度多态性)
RFLP多态性的产生与检测(1)
子代两个亲本基因型, 两个重组基因型.
RFLP多态性的产生与检测(2)
亲子 代
RFLP
多 态 性 的 检 测
RFLP的特点
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. 4) 需要用Southern杂交检测显示.
2）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（radiation hybrid）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)。
如何检测SSR
第三代分子标记---SNP
SNP的一些特点
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顺序差异的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.
通过遗传学方法, 以遗传图距(cM) 为单位绘 制的染色体上基因或标记之间相对位置的 连锁图.
26-第10章 基因组表观遗传-组蛋白乙酰化
人类 基因 组组 蛋白 修饰 作图
上图图示为Chr.21染色质的部分作图结果，下面为染色质免疫沉淀抗体： H3K4me1, H3K4me2, H3K4me3; H3K9me1, H3K9me2, H3K9me3; H3K27me1, H3K27me1, H3K27me3; H3K36me1, H3K36me3; H3K79me1，H3K79me2, H3K79me3; H4K20me1, H4K20me3; H3R2me2 (as), H2A+H4R3me2, H2BK5me1, H2A.Z, Pol II, CTCF
HAT功能域有四个保守的基序（A,B,C和D）。 染色质又被去乙酰化。
组蛋白去乙酰化酶家族
根据功能与DNA序列相似性,将组 蛋白去乙酰化酶分为四大类: HDACI (histone deacetylase 1): HDAC1, HDAC2, HDAC3和 HDAC8. HDAC1, HDAC2和 HDAC8主要分布于细胞核, HDAC3主要分布于细胞质; HDACII (histone deacetylase 2): HDAC4, HDAC5, HDA6C, HDAC7, HDAC8，HDAC9 和HDAC10, 类同于HDACI. HDACII可在细胞核和细胞 质之间穿梭分布. HDACIII(histone deacetylase 3): SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6 和 SIRT7. HDACIV (histone deacetylase 4): HDAC11, 非典型去乙酰化酶.
-
组蛋白乙酰化酶
根据在细胞中的分布特点， 传统上将HA T 分为两大类。 A 型：位于细胞核，通过 核小体组蛋白的乙酰化调 控基因表达，可识别并乙 酰化组蛋白赖氨酸, Gcn5 p300/CBP和TAF11 250属 于此类，含bromodomain 结构域。B型：位于细胞 质，在组装为核小体前将 组蛋白乙酰化。B型HA T 缺少bromodomain结构域， 其功能是将新生的核心组 蛋白乙酰化。这些乙酰化 组蛋白一旦进入核内渗入
组学研究技术PPT课件
在此基础上构建覆盖每条染色体的大片 段DNA克隆
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如： CHENLI
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● 酵母人工染色体
（yeast artificial chromosome,YAC）
● 细菌人工染色体
（bacterial artificial chromosome,BAC）
● 人工附加染色体
（human artificial episomal chromosome,HAEC）
Chapter 10
基因组学研究技术
Capter 1
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CHENLI
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主要内容
物理图谱 基因转录图谱 基因组功能分析技术 生物信息学技术
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CHENLI
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CHENLI
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物理图谱（physical map）
测定DNA分子，
绘制构成基因组的全部基因的排列和间距。
主要是把含有STS对应序列的DNA的克隆片段 连接成相互重叠的“片段重叠群（contig）
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1.1 限制酶作图(Restriction Mapping)基本原理
H
待检的DNA
H
EcoR I
H
E
B
E 6Kb
E 9Kb
H
BamHI
H
B 5Kb
B 10Kb
H
E
6Kb
E+B
B
比较
排出酶切片段
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完整的物理图谱应包括
基因组的不同载体DNA克隆片段重叠群图
大片段限制性内切酶切点图
3 physical map
限制性作图的基本原理
最简单的构建限制图的方法 是比较不同限制酶产生的 DNA 片 段的大小。 首先用一种限制酶处理样品， 经琼脂糖凝胶电泳分离染色后 可见大小确定的DNA片段。 然后用第二种限制酶处理获得 第二组片段。 后用 2 种酶混合处理，获得第 三组片段。 收集所有上述资料进行对比组 装，对于 2 种酶切位点交替出现 的区段，利用加减法既可确定 酶切位点的相对位置。
交变电场
脉冲凝胶电泳(pulsed-field gel electrophoresis, PFGE) 在不改变其它如凝胶浓度、 电场强度和缓冲液的条件 下，脉冲凝胶电泳使大分 子DNA的分辨力提高了2 个数量级，达到10 Mb。 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，达到分离的 目的
指纹作图
克隆指纹主 要用于重叠 群构建，其 原理是，如 果2个克隆 彼此重叠， 它们一定含 有相同的顺 序
限制性带型指纹 （Restriction patterns）
用不同限制性酶处 理样品，经凝胶分 离产生DNA条带。 如果二个克隆产生 的DNA条带有部分 是相同的，说明它 们含有重叠的顺序。
CHEF (contour clamped homogeneous electric field， 夹角等值均一电场)和FIGE （field inversion gel electrophoresis，电场逆转凝 胶电泳）
交变电场分辩大分 子DNA的范围远远 超出常规电泳，可 将酵母14条染色体 彼此分开
4）基因组DNA的甲基化状态。
限制性作图的潜力随使用的稀有切点限制酶种类而增 加，在低等生物基因组以及大分子DNA克隆片段的物理 图绘制中被广泛采用。
基因组学-Genomics-知识考点汇总
基因组学-Genomics-知识考点汇总•基因组（Genome：Gene＋chromosome）细胞或生物体中一套完整的单倍体遗传物质•基因组学（Genomics）最早Thomas Roderick在1986年提出，包括基因组作图、测序和分析。
可分为结构基因组学和功能基因组学。
一、结构基因组学1.遗传图(Genetic Mapping Genomes) : Based on the calculation of recombination frequencyby linkage analysis .通过亲本的杂交，分析后代的基因间重组率，并用重组率来表示两个基因之间距离的线形连锁图谱每条染色体组成一个连锁群，所有染色体的连锁群组成的图谱即构成基因组遗传图。
重组率代表基因位点之间的相对距离。
在遗传作图中，人们把一个作图单位定义为1厘摩（cM），1cM等于1%的重组率。
提高遗传作图的分辨率：选用不同的杂交群体；增加杂交群体的数目；增加分子标记的数目；扩大分子标记的来源分子标记：绘制基因组遗传图需要的坐标点。
分子标记的主要来源是染色体上存在的大量等位基因。
在DNA水平上，两个基因间一个碱基的差异就足以形成等位基因。
2.物理图（physical map）：指DNA序列上两点的实际距离，它是以DNA的限制酶片段或克隆的大片段的基因组DNA分子为基本单位，以连续的重叠群为基本框架，通过遗传标记将重叠群或基因组DNA分子有序排列于染色体上。
物理图的绘制: Based on molecular hybridization analysis and PCR techniques杂交法；指纹法；荧光原位杂交技术。
3.基因组序列测定: Sequencing methods: the chain termination procedure;Map-based clone by clone strategy;Whole genome shotgun (WGS) strategy;Sequence assembly;•传统基因组测序的方法：克隆步移法（BAC-by-BAC Strategy）和全基因组鸟抢法（Whole Genome Shotgun Strategy）。
基因组学基本知识
克隆连续序列法：DNA切割成长度为0.1-1Mb的 大片段→克隆到YAC或BAC载体上→分别测定单 个克隆序列→再装配连接成连续的DNA分子。
定向鸟枪射击法：以基因组图谱中标记为依据→ 测序装配和构建不同DNA片段的序列。
（四）基因鉴定
根据序列分析搜寻基因 查找开放阅读框（open reading frame, ORF）
功能基因组学就是对基因组序列进行诠释。
功能基因组学的衍生学科 转录组学、蛋白质组学、代谢组学 比较基因组学
糖组学、药物基因组学、疾病基因组学、环境基因组 学、营养基因组学、表基因组学
转录组学 比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病
状态，以及体外培养的细胞中等基因表达模式的 差异, 通过如RT-PCR、EST、SAGE、DNA芯片 等分析方法，描绘特定细胞或组织在特定状态下 的基因表达的种类和丰度的信息，编制成基因表 达的数据。
研究各活性蛋白之间的相互作用，蛋白质与DNA、RNA 之间的相互作用等，揭示蛋白质表面相互作用特征的能力， 构建全细胞的蛋白网络。
代谢组学
代谢组指的是“一个细胞、组织或器官中，所有代谢组分 的集合，尤其指小分子物质”
代谢组学是 “在新陈代谢的动态进程中，系统研究代谢 产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质”的科学。
被3整除 ❖ 每一条链都有3种可能的阅读框，2条连共计有6
种可能的阅读框. ❖ 计算机可以很快给出结果。
同源查询的依据
有亲缘关系的物种，基因组可能存在某 种程度的相似性： ❖ 存在某些完全相同的序列； ❖ ORF的排列相似，如等长的外显子； ❖ ORF指令的氨基酸序列相似； ❖ 模拟的多肽链的高级结构相似，等。
几个代表物种的基因组大小
物种 T4噬菌体 大肠杆菌 酵母 拟南芥 果蝇 桃 水稻 小白鼠 人类 玉米 普通小麦
生物信息学 第七章 基因组信息学
刻胶保护合成法、微流体模板固相合成技术、分子印章多次压印原位合成的方法、
喷印合成法。
实现高密度芯片的标准化和规模化生产。
在片合成法可以发挥微细加工技术的优势，很适合制作大规模DNA探针阵列芯片，
在片(原位)合成法
探针手臂阵列
杂交后发出荧光信号区域
荧光标记靶基因
2、点样法：首先按常规方法制备cDNA（或寡核苷酸）探针库，然后通过特殊的针头和微 喷头, 分别把不同的探针溶液，逐点分配在玻璃、尼龙或者其它固相基底表面上不同位点, 并通过物理和化学的结合使探针被固定于芯片的相应位点。这种方式较灵活，探针片段可
在片合成法制备，用于RNA表达或序列分析 ~30万点/cm2 (光刻法可达百万)，~3万基因
基因芯片制备方法
1、在片(原位)合成法：它通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶
联位点和次序。 在片合成法制备DNA芯片的关键是高空间分辨率的模板定位技术和固相合成化学
技术的精巧结合。
目前，已有多种模板技术用于基因芯片的在片合成，如光去保护并行合成法、光
contig 1
contig 2
装配软件
▪ 商业软件
1、sequencher, ATGC (PC) 2、TraceTuner/PGA (workstation) 3、SeqMan [Pro] (DNAStar/Lasergene) ▪ 学术免费软件 1、phred/phrap/consed 2、CAP3
▪ 从实验设计到结果分析都离不开生物信息学
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基因芯片的作用和意义
1. 可研究生命体系中不同部位、不同生长发育阶段的基因表达,比较不同个体或
物种之间的基因表达,比较正常和疾病状态下基因及其表达的差异 2. 有助于研究不同层次的多基因协同作用的生命过程,发现新的基因功能,研究生
绵羊基因组信息总结
六、绵羊基因组物理图
绵羊的基因组物理图进展速度始终落后于连
锁图的主要原因来自对绵羊基因组单个染色 体鉴定存在的难度较大，而且作图技术单一。 例如，开始制作物理图时仅能用体细胞杂交 方法将I型基因确定到同源染色体上(Fries等 1993)。自荧光原位杂交(FISH)技术和放射自 显杂交(RH)作图技术应用于直接进行基因物 理定位开始，到现在已能较容易地将 I 型基 因和II型标记位点从连锁图上转移定位到绵 羊的物理图上。
四、绵羊基因组标记系统
绵羊基因组图制作使用的主要分子遗传多态标记体
系为： 微卫星标记(MS or STR)，估计绵羊基因组中的MS 数量在44000左右(Stone等1995)； 单位点DNA小卫星(SLM)， 限制性片段长度多态(RFLP)， 单链一致性多态(SSCP)， 红细胞抗体EA(erythrocyte antigen) 和蛋白质多态(PROT)等。
1cM 遗传距离等于 1 百万碱基对 (bp) 的物理
距离。 1cM定义为在同源姐妹染色体在形成单倍体 配子减数分裂期间发生 1%染色体重组。换 句话说，当两个遗传位点在同一染色体片 段上的物理距离相隔 1百万bp时，它们在减 数分裂过程中发生重组的概率为1%。
– 通常两个位点的物理距离越远，它们发生重组 的概率就越大，在未发生重组前的遗传距离也 就越大，在连锁分析中发现它们的可能性也就 越大，这样的两个遗传位点称为非紧密连锁遗 传位点。反之称为紧密连锁遗传位点。
FISH
Womack(1997) 报道定位到绵羊物理图上的 I 型基因
位点数400个，大部分使用体细胞杂交(SCH)技术确 证，只有 50 个 I 型基因是用 FISH 方法进行定位的。 现在已经证实并定位到绵羊物理图上的基因位点有 458个。如绵羊的主要BoLA-A(MHC-class I)编码基 因 (16 个 ) 已定位到绵羊的物理图 23 号染色体上。对 奶 绵 羊 业 极 为 重 要 的 酪 蛋 白 基 因 中 的 CSN1(casein,alpha) ， CSN2(casein, beta) 等 9个基因 或基因束 (cluster) 已分别被精确地定位到了绵羊的 基因组物理图 5(1) 、 6(6) 、 13(1) 和 23(1) 号染色体上。 还有几个重要的绵羊遗传病基因也被在物理图上确 定了位置。例如奶绵羊中 WEAWER 疾病基因已经 被定 位 到绵 羊 基因 组 第 13 号 染色 体 上 (George基因组图对于
26-第10章 基因组表观遗传-组蛋白乙酰化
C h I P 技 术
实验流程：1）甲醛交联剂处理整个细胞系（组织），将目标蛋白与染色质DNA 连结起来；2）分离基因组DNA，并用超声波将其打断成一定长度的小片段；3） 添加与目标蛋白质特异的抗体，该抗体与目标蛋白形成免疫沉淀免疫结合复合体
；4）去交联，纯化DNA的即是染色质免疫沉淀的目标DNA样本；5）将获得的 DNA样本进行深度测序；6）基因组作图与分析。
染色 质重 建复 合物 的组 成
SWI/SNF复合物的组成与进化 染色质重建复合物具有保守的组成，个 组分的位置和颜色表示对应的直系基因。亚基中与DNA和组蛋白互作的结 构域由注释中所列的符号标示表示。除酵母的SWI/SNF为单一功能外，果 蝇和小鼠的SWI/SNF具有转录激活或抑制作用。PHD: plant homeodomain , 结合K3H4me2/3。 Nature 463, 474-484, 2010.
亲和性，使RNA聚合酶以及 转录因子能够接触启动子区。 大多数情况下，组蛋白乙酰 化可增强转录，而去乙酰化 则抑制转录。
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组蛋白乙酰化酶
根据在细胞中的分布特点， 传统上将HA T 分为两大类。 A 型：位于细胞核，通过 核小体组蛋白的乙酰化调 控基因表达，可识别并乙 酰化组蛋白赖氨酸, Gcn5 p300/CBP和TAF11 250属 于此类，含bromodomain 结构域。B型：位于细胞 质，在组装为核小体前将 组蛋白乙酰化。B型HA T 缺少bromodomain结构域， 其功能是将新生的核心组 蛋白乙酰化。这些乙酰化 组蛋白一旦进入核内渗入
依赖ATP的染色质
重建过程
依赖ATP的 染色质重建 复合物SWI/ SNF在激活 基因的介导 下（1）与 染色质核小 体结合（2） ，利用ATP 提供的能量 （3）促使核 小体侧移或 转移（4）。