基因组与比较基因组学ppt课件.ppt

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1、南京农业大学生命科学学院分子生物学2021/7/30南京农业大学生命科学学院2第九章基因组与比较基因学人类基因组计划（HGP）20世纪人类科技发展史上的三大创举之一。2021/7/30南京农业大学生命科学学院3第九章基因组与比较基因学1940年代第一颗原子弹爆炸，1960年代人类首次登上月球和1990年代提出并已基本完成的人类基因组计划（HGP）是20世纪人类科技发展史上的三大创举。对人类以及其他生物体全基因组的测序是人类科学发展史上的一项浩大工程。2021/7/30南京农业大学生命科学学院4第九章基因组与比较基因学基因组学是美国人T·H·Rodehck在1986年7月造出来的。基因组是生

2、物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和（细胞内细胞器的DNA属于该细胞器的基因组）。原核生物基因组：原核生物DNA分布在整个细胞之中，有时相对集中在类核体上。类核体上的DNA是一条共价、闭合双链分子，类核体通常也称为染色体。这条染色体的DNA就是原核细胞的基因组。真核生物基因组：一个物种的单倍体的各条染色体中的全部DNA为该物种的基因组（genome）。例如，人有23对染色体，配子——单倍体是23条染色体，这23条染色体中的全部DNA就是人体基因组。2021/7/30南京农业大学生命科学学院5第九章基因组与比较基因学内容：高通量DNA分析技术人类基因组计划其他基因组

3、比较基因组学及相关研究第一节高通量DNA序列分析技术1.DNA序列测定的基本原理无论是对于重组质粒、单个基因还是整个基因组，分析DNA结构的最基本方法就是测定出这些DNA分子的一级结构——DNA序列。DNA自动测序仪可快速测定DNA序列，计算机处理能力的快速提高则使得大量DNA小片段很容易拼接成较大的片段甚至整个染色体。高效快捷的DNA测序方法是20世纪70年代中期发展起来的，主要有两种：Sanger的双脱氧链终止法和Maxam-Gilbert的化学修饰法。后者因更适应序列分析的自动化而逐渐占据优势。2021/7/30南京农业大学生命科学学院62021/7/30南京农业大学生命科学学院7S

4、anger的双脱氧链终止法基本原理：核酸模板在核酸聚合酶、引物、四种单脱氧碱基存在条件下复制或转录时，如果在四管反应系统中分别按比例引入四种双脱氧碱基，只要双脱氧碱基掺入链端，该链就停止延长，链端掺入单脱氧碱基的片段可继续延长。如此每管反应体系中便合成以共同引物为5’端，以双脱氧碱基为3’端的一系列长度不等的核酸片段。反应终止后，分四个泳道进行电泳，以分离长短不一的核酸片段（长度相邻者仅差一个碱基），根据片段3’端的双脱氧碱基，便可依次阅读合成片段的碱基排列顺序。2021/7/30南京农业大学生命科学学院8第一节高通量DNA序列分析技术2.基因组DNA大片段文库的构建构建基因文库是测序前必

5、须的预备工作。用细菌的F质粒及其调控基因构建了细菌染色体克隆载体BAC，其克隆能力在125-150kb左右。以BAC为基础的克隆载体转化效率高，而且以环状结构存在于细菌体内，易于分辨和分离纯化。2021/7/30南京农业大学生命科学学院9第一节高通量DNA序列分析技术3.鸟枪法基因组序列分析技术DNA序列分析技术一次测序反应的长度不能超过1kb，不能直接用BAC等大片段作为序列分析的模板，采用全基因组鸟枪法测序技术——随机挑选插入基因组DNA的质粒做测序反应，然后用计算机程序进行序列拼接。2021/7/30南京农业大学生命科学学院10第一节高通量DNA序列分析技术3.鸟枪法基因组序列分析技

6、术采用全基因组鸟枪法测序的基本原理：对某基因组文库全部克隆片段进行末端序列测定中未测到的碱基数，即缺口(gap)，与已测定的总碱基数相关。随着已测定碱基数的增加，缺口的总碱基数目会按照泊松公式的一个推论（P=e-m）迅速减小。其中P为基因组中某个碱基未被测定的概率，m为所测定的碱基数与基因组大小相比的倍数。m越大P值越小。当m=5（即随机测定的碱基数达到基因组5倍），基因组中未测定的碱基数为总碱基数的0.67%（e-5=0.0067）。对流感嗜血杆菌基因组（1.83Mb）来说，可能留有128个平均长为100bp的缺口。2021/7/30南京农业大学生命科学学院11第一节高通量DNA序列分析

7、技术3.鸟枪法基因组序列分析技术鸟枪法测序的缺点：随着所测基因组总量增大，所需测序的片段大量增加，各个片段重叠成一个连续体的概率是2n2-2n。2021/7/30南京农业大学生命科学学院12第一节高通量DNA序列分析技术3.鸟枪法基因组序列分析技术对鸟枪法的改进：Clonecontig法。首先用稀有内切酶把待测基因组降解为数百kb以上的片段，再分别测序。靶标鸟枪法(diretedshotgun)。首先根据染色体上已知基因