遗传学第十三章基因组学

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1、第十三章基因组学一、基因图谱的构建二、基因图谱的应用三、后基因组学7/26/20211基因组学（genomics）是遗传学研究进入分子水平后发展起来的一个分支，只要研究生物体全基因组（genome）的分子特征。一个物种的单倍体的染色体数目称为该物种的基因组或染色体组，它包含了该物种自身的所有基因。不同物种的基因组大小差异极大，表9-2列举了几种生物的基因组大小。7/26/20212基因组学强调的是以基因组为单位，而不是以单个基因为单位作为研究对象，因此，基因组学的研究目标是认识基因组的结构、功能及进化，弄清基因组包含的遗传物质的全

2、部信息及相互关系，为最终充分合理地利用各种有效资源，为预防和治疗人类遗传疾病提供科学依据。7/26/20213基因组学的重要组成部分是基因组计划（genomeproject），大体上可以分为：①构建基因组的遗传图谱（geneticmap）；②构建基因组的物理图谱（physicalmap）；③测定基因组DNA的全部序列；④构建基因组的转录本图谱；⑤分析基因组的功能。7/26/20214基因组计划研究开始于1990年，美国国立卫生研究院（NationalInstitutesofHealth,NIH）和能源部(DepartmentofE

3、nergy,DOE)联合启动了被誉为“人体阿波罗计划”的“人类基因组计划”（humangenomeproject,HGP），预计投资30亿美元，历时15年，将测定构成人类基因组的30亿个核苷酸对的排列次序，构建高分辨率的人类基因组遗传图谱、人类基因组物理图谱，发展新实验技术、研究系统和仪器设备，发展生物信息学。7/26/202151996年，构建了每个标记的密度为0.6Mb(1Mb=1×106bp)的人类基因组遗传图谱，0.1Mb的物理图谱。2000年完成了人类基因组草图的构建，并已测定基因组的大量核苷酸序列，这些研究成果使人们深

4、信，人类将在不远的将来会彻底揭示人类自身的全部遗传信息。7/26/20216在美国提出人类基因组计划后，英、法、日、俄罗斯和一些发展中国家不甘落后，也相继启动了类似的研究项目。如日本于1991年4月提出了与HGP同等重要的“水稻基因组计划”（ricegenomeproject,RGP），1991年10月正式实施。通过该计划，将绘制出水稻所有12条染色体的遗传图谱，并对全部cDNA进行序列分析、组织特异性表达和基因功能研究。7/26/20217该计划正开展着广泛的国内国际合作研究，已构建成较为饱和的遗传图谱，构建了YAC和cosmi

5、d克隆的染色体物理图谱，完成了数组不同组织器官的cDNA文库。又如1992年8月，中国根据国情正式宣布实施自己的“水稻基因组研究计划”，并于2001年完成了水稻基因组物理图谱的构建。7/26/20218由于以人类为对象的研究实际上受到诸多限制，也受伦理学的约束，所以人类基因组计划还将对有关的模式生物如酵母、线虫、果蝇、小鼠、家猪、拟南芥等进行相应的研究，为研究人类基因组的战略提供了重要的依据。7/26/20219目前已有多种模式生物的基因组序列已全部测定。在真核生物中，有酵母、线虫、果蝇、拟南芥。还有水稻基因组全序列已接近完成。在

6、原核生物中，有大肠杆菌等10多种生物的基因组序列也已经测定。人们预计，随着新技术和系统的不断发展，人类将测定更多基因组的全部序列。7/26/202110一、基因组图谱的构建人类基因组计划中，最终要测定人的基因组中核苷酸的全部排列顺序。而利用现有的DNA测序方法，每个测序反应通常只能得到800个核苷酸的序列，这就意味着要用很多DNA小片段的序列，才能装配、连接构成完整的连续DNA分子。]7/26/202111鸟枪射击法（shotgun）是许多小基因组序列测定中通常采用的途径（图9-25），利用构建的基因库直接测序，根据片段之间的重复

7、序列，就可以连接成完整的基因组DNA。但是随着DNA片段数的增加，最后对各片段序列的分析连接会变得越来越复杂。7/26/202112例如当DNA片段数为n时，各片段之间可能的重复数将达到2n2-2n。。另外，若基因组中含有相同或相似的重复序列，在构建、装配连续DNA分子时就容易出现错误，会将来源不同区段的DNA片段连接在一起。因此，仅用鸟枪射击法不适用于大基因组序列测定。7/26/202113在进行大规模序列测定之前，构建基因组图谱是测定但是基因组全部核苷酸序列的重要一环。基因组图谱可作为序列测定中制定测序方案的依据，以便先重后轻

8、地分析基因，锚定测知的核酸序列在染色体上的位置。因此，在人类基因组计划实施过程中，首先用了6年时间构建高密度的基因组图谱，然后才进入测序工作。有了基因组图谱之后，基因组序列测定可用下列两种方法结合进行：7/26/202114A:克隆连续序列法（cl