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1、比较基因组学,1,比较基因组学的研究内容,比较基因组学的研究方法,比较基因组学的研究应用,2,相关的概念,1.基因组(genome) 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。 2.基因组学(genomics) 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。,3,3. 比较基因组学(Comparative Genomics)是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。 利用模式生物基因组与人类基因组之间编码顺序上和结构上的同源性
2、，克隆人类疾病基因，揭示基因功能和疾病分子机制，阐明物种进化关系，及基因组的内在结构。,4,5,比较基因组学,种内,种间,单核苷酸多态性,拷贝数多态性,.全基因组的比较研究,.系统发生的进化关系分析,.基因预测,基因组中非编码区域的结构与功能研究,6,一、种内的比较基因组学 同种群体内基因组存在大量的变异和多态性,正是这种基组序列的差异构成了不同个体与群体对疾病的易感性和对药物与环境因子不同反应的遗传学基础。,7,研究内容：,单核苷酸多态性 拷贝数多态性,8,种内比较基因组学 单核苷酸多态性,单核苷酸多态性(singlenucleotide polymorphism, SNP)是指在基因组水平
3、上由于单个核苷酸位置上存在转换或颠换等变异所引起的DNA 序列多态性。,9,2005年2月17日公布的第一份人类基因多态性图谱是依据基因“连锁不平衡原理”，利用基因芯片在71个欧洲裔美国人(白色人种)、非洲裔美国人(黑色人种)和汉族华裔美国人(黄色人种)中鉴别出了158万个单一核苷酸变异的DNA位点,这个图谱将有助于预测某些疾病发生的可能性以及施以最佳治疗方案，在实现基于基因的个体化医疗目标的征途上走出了重要的一步。,10,种内比较基因组学 拷贝数多态性,“人类基因组计划”研究基地发现, 表型正常的人群中,不同的个体间在某些基因的拷贝数上存在差异,一些人丢失了大量的基因拷贝, 而另一些人则拥有
4、额外、延长的基因拷贝, 这种现象称为“基因拷贝数多态性”。 基因拷贝数：是指某一种基因或某一段特定的DNA序列在单倍体基因组出现的数目。,11,二、种间的比较基因组学 通过对不同亲缘关系物种的基因组序列进行比较，能够鉴定出编码序列、非编码调控序列及给定物种独有的序列。,12,研究内容：,.全基因组的比较研究.系统发生的进化关系分析.基因预测基因组中非编码区域的结构与功能研究,13,种间比较基因组学 .全基因组的比较研究,比较基因组学的基础是相关生物基因组的相似性。两种具有较近共同祖先的生物, 它们之间具有种属差别的基因组是由祖先基因组进化而来, 两种生物在进化的阶段上越接近, 它们的基因组相关
5、性就越高。 如亲缘关系很近, 那么它们的基因组就会表现出同线性(synteny)（即基因序列的部分或全部保守）,模基因组之间编码顺序上和结构上的同源性,揭示：,基因潜在的功能、阐明物种进化关系及基因组的内在结构,利用：,14,种间比较基因组学 .系统发生的进化关系分析,当在两种以上的基因组间进行序列比较时, 就得到了序列在系统发生树中的进化关系。 通过对多种生物基因组数据及其垂直进化、水平演化过程进行研究, 就可以对与生命至关重要的基因的结构及其调控作用有所了解。,15,垂直进化:垂直进化应该是指生物体通过从上代到下代的遗传变异这个角度来阐述生物进化的一个方式， 水平演化：比如很多微生物可以通
6、过自身来影响其他生物的遗传物质，使得其他生物在保持原有遗传物质的基础上获得了另一生物的遗传物质，从而影响了该物种下一代的遗传物质，,16,种间比较基因组学 .基因预测,电子克隆(in silicon cloning)是近年来伴随基因组计划和EST 计划发展起来的基因克隆新方法。它是利用生物信息学技术, 借助电子计算机强大的运算能力, 通过EST 或基因组序列的组装和拼接获得相关序列, 进而利用RT-PCR快速克隆功能基因的一种方法。,17,种间比较基因组学 基因组中非编码区域的结构与功能研究,基因组中存在大量不编码的“基因荒漠”，现在有关的研究结果显示处于基因荒漠区的部分DNA 序列实际上能提
7、高100 万个碱基对以外的基因的活性。基因荒漠至少具有调控其他基因表达的功能。,18,例如：,以酵母基因组的基因荒漠中的SRG1 为例。 SRG1 虽然不直接编码蛋白质, 但它在开启状态下将调控邻近的SER3 基因表达。 SRG1 能够利用转录获得RNA 屏蔽或者压制酵母基因组中SER3 基因的功能。而Ovcharenko 等 通过人与鸡的基因荒漠的比较（利用了比较基因组学），利用保守性将人的基因荒漠分为了功能稳定型和可变型。,19,比较基因组学的研究内容,比较基因组学的研究方法,比较基因组学的研究应用,20,比较基因组学研究方法,1. 通过基因组数据进行全局性分析2. 通过基因组数据进行比较
8、基因组学研究,21,1 通过基因组数据进行全局性分析,到2001年为止已经基本完成DNA序列分析的各种真核生物基因组数据的比较发现，低等真核生物如酵母、线虫以及高等植物拟南芥，基因组比较小，基因密度比较高，百万碱基对中含有200个或更多的基因。,22,2 通过基因组数据进行比较基因组学研究,尿殖道支原体是最小的基因组（ 058Mb ），可依此确定、能自我复制的细胞必需的一套最少的核心基因。流感嗜血杆菌的基因组为1.83Mb。流感嗜血杆菌基因大小平均900bp，尿殖道文原体的基因为1040bp。流感嗜血杆菌中平均1042bp有1个基因，尿殖道支原体中平均1235bp有1个基因。二者的差别在于基因
9、数量上，流感嗜血杆菌有1743个ORF，尿殖道支原体有470个ORF。,23,通过流感嗜血杆菌能量代谢类群的ORF分析，了解到它缺乏三羧酸循环(TCA)中必需的3个酶，即柠檬酸合成酶基因、异柠檬酸脱氢酶基因和顺乌头酸酶基因。由此推断流感嗜血杆菌TCA缺失，不能合成谷氨酸，因为谷氨酸的供体是TCA的中间产生物-酮戊二酸。,24,比较基因组学的研究内容,比较基因组学的研究方法,比较基因组学的研究应用,25,比较基因组学的应用,1.揭示非编码功能序列2.发现新基因3.发现功能性SNP4.阐述物种间的进化史5.阐明人类疾病过程的分子机制,26,Open Mike,资料来源：生命的化学2006 年26 卷5 期 比较基因组学技术手册 制作人：姜通,27,
