微生物基因组学.ppt

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1、微生物基因组学一、概述1、微生物基因组学：是在微生物全基因测序的基础上，对单个基因或多个基因的作用、功能以及它们之间的相互关系的一门学科。2、微生物基因组学是人类基因组学的一部分：1994年美国首先发起微生物基因组研究计划，称为MGP计划（microbialgenomicproject,MGP），它是人类基因组计划的一个重要组成部分。3、微生物基因组学的主要研究内容⑴从研究工作的内容而言①结构基因组学②功能基因组学③比较基因组学⑵从工作顺序而言①微生物基因序列的测定②微生物基因组的注释③微生物基因组的功能研究二、微生物基因组的序列测定㈠测序目的研究基因组的前提和基础。㈡测序策略1.应根据待测

2、序列的长度、要求测序的精确度和现有的条件来制定测序策略。2.测序类型分为两类:①确认性测序②从头测序大规模基因组测序的几个支撑技术Sanger双脱氧末端终止法PCR技术1、克隆2、水生栖热菌(Thermusaquaticus)3、罗氏制药DNA自动测序仪的发展AppliedBiosystems美国应用生物系统公司生物信息学分析软硬件设施DNA测序有几种方法，但到目前为止最常用的是20世纪70年代中期发明的链终止（Sanger法）SangeristheonlychemisttohavereceivedtwoNobelPrizesinChemistry,thefirstasthesolereci

3、pientin1958forhisworkoninsulin,andthesecondin1980,sharedwithPaulBergandWalterGilbert,forthesequencingofnucleicacids.“双脱氧末端终止”的含义Sanger双脱氧末端终止法测序原理自动化测序荧光染料标记物的发明：使链终止法用于自动化测序，用不同的荧光色彩标记ddNTP，如ddATP标记红色荧光，ddCTP标记蓝色荧光，ddGTP标记黄色荧光，ddTTP标记绿色荧光。由于每种ddNTP带有各自特定的荧光颜色，而简化为由1个泳道同时判读4种碱基。第一代测序技术：Sanger等发明的双脱

4、氧核苷酸末端终止法和Gilbert等发明的化学降解法。第二代测序技术——循环阵列合成测序法第三代测序技术（单分子测序，直接测序）近期出现的Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、PacificBiosciences公司的SMRT技术和OxfordNanoporeTechnologies公司正在研究的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。测序技术展望非光学显微镜成像：将核苷酸的空间线性排列方式可视化。美国X奖基金会2006年10月4日宣布设立一项金额高达1000万美元的奖金，激励科学家“多快好省”地绘制出人类基因图谱。规则：在30天内以高精确度测序100个百岁老人基因组样本，并

5、覆盖98%的基因组，每个基因组的测序费用控制在1000美元或以下。㈢微生物基因组测序的策略1.随机测序法即不考虑方向性，随机对靶DNA进行测序，最后采用计算机拼装而得到完整的序列信息。该方法又包括两种方法。⑴鸟枪法它包含有三种消化法①限制性内切酶消化法②超声波处理法③胰DNA酶消化法⑵人工转座子法转座子是具有跳跃功能的DNA元件，是细菌或酵母染色体上的特定基因区，利用转座酶可使转座子随机插入靶DNA。优点：①一次体外反应即可形成大量转座子的插入。②可以在其上加入更有利于DNA测序（或制图）的基因元件。③人工合成的转座子两头带有特殊的引物位点，所以插入位点的两侧序列可有效迅速地得以确定。一段D

6、NA顺序可以从原位上单独复制或断裂下来，环化后插入另一位点，并对其后的基因起调控作用，此过程称转座。转座子(transposons)在原核生物与真核生物基因组中存在着可从一个染色体位点转移到另一位点的一些DNA序列。（文献上有时形象地称其为是跳跃基因，jumpinggene）。1951.BarbaraMcClintock提出转作和跳跃基因的概念DNA1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子2.定向测序法是指特定地从目的片段的某一端开始测序，直至把靶片段测完。定向测序法包括引物测序法和定向缺失测序法。⑴引物测序法即在第一次测序结果的基础上，设计新的寡核苷酸，来充当下一次测序反应

7、的引物，并依次类推，从而循序渐进获得靶DNA的全部序列。⑵定向缺失法定向缺失法是将一个靶DNA变成若干套嵌套的缺失突变体，使靶序列中远不可测的区段逐渐落入可用通用引物进行测序的方法。作图法测序与序列组装两种大规模基因组测序策略的比较项目策略全基因组霰弹法逐步克隆法遗传背景不需要需要（需构建精确的物理图谱）速度快慢费用低高计算机性能高（以全基因组为单位进行拼接）低（以BAC为单位进行拼接）适用范围工作框架图精细