《基因和基因组》课件.ppt

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1、第一章 基因组概论,细胞内的遗传物质,1.染色体（chromosome）和染色质（chromatin）：,细胞内的一种形态结构，易被碱性染料染成深色，由核酸和蛋白质组成。,2.基因组（genome）：,细胞中一套完整单体遗传物质的总和。,3.基因（gene）基因组的功能单位。,基因（gene）的分子生物学定义,合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列（除部分病毒RNA），即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列（编码序列），还应包括为保证转录所必需的调控序列（非编码序列）。,&本质：DNA或RNA,&产物：蛋白质或RNA,转录单位（transcription unit）,蛋白基因

2、鉴别标准,1 开放阅读框架（open reading frame,ORF)始于起始密码子并终于终止密码子的一串密码子组成的核苷酸序列2 密码子偏爱3 序列保守性4 转录产物5 基因失活,总结：1、DNA与染色体的关系：2、DNA分子的特点：3、DNA与基因的关系：4、DNA是,DNA是组成染色体的主要物质,相对分子质量很大，分子由两条长链组成，盘成螺旋状(双螺旋),基因是DNA分子上起遗传作用的一些片段（相当于火车与车厢的关系）,一种遗传物质，但不是唯一的一种。,染色体 DNA 基因,基因组（genome）（P10）,是指生物体全套单倍体遗传信息，包括所有基因和基因间的区域。,对人类而言：22

3、+X+Y+mtDNA,46,XY,细胞中一套完整单体遗传物质的总和。,基因总数 基因组中基因数目与生物进化程度和复杂程度的不对称性N值矛盾（N value paradox)基因大小 基因组中基因大小（bp）与生物进化程度和复杂程度的不对称性C值矛盾（C value paradox),基因组计划,以获得某物种基因组全序列为主要目标的科学计划基因组计划基本原理：人类基因组DNA 打碎 拼接,基因组测序计划 海量DNA序列数据,DNA序列是生命的真谛，这个世界上发生的一切事情都与这一序列息息相关。人类基因组计划（HGP）1990年启动目标：测定人类基因组的全部DNA序 列,了解基因及其功能国际大合作

4、：美国、英国、日国、法国、德国、中国投入：30亿美元结果：2003年完成精细图，产生约32亿个数据(碱基),人类基因组计划（human genome project,HGP)遗传图谱(genetic map)（连锁图 linkage map）用遗传标签确定基因排列顺序 物理图谱（physical map)：确定排列距离 序列图谱(sequence map)：碱基排列顺序,2023/9/20,复旦大学图书馆文献检索教研室,检索字段限制,分子类型选择,基因位置限定,序列片段限定,数据更新，日期限定,功能栏,核酸序列检索,2023/9/20,复旦大学图书馆文献检索教研室,序列存取号,基因定义,数据库

5、标识符,2023/9/20,复旦大学图书馆文献检索教研室,代码,物种来源,参考文献,特性,2023/9/20,复旦大学图书馆文献检索教研室,原序列复制后，可到BLAST中进行相似性 对本,AGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCT

6、AGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGC

7、AAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGAC

8、CTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAG

9、CAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGC

10、ATGACGATGCATGACCTAGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACTGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGTTGCATGACGATTGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGCAAGA

11、AGTTGCATGACGATGCATGACCTAATGCATGACCTAGCAGCATCGCGATGCATGACCTAGCAAGAAGTTGCATGACGATGCATGACCTAGTGCATGACGATGCATGACCTAGCAGCATCGAAGTTGCATA,A C G T,相当于3200本每本1000页每页1000字的“天书”,基因组学(genomics),对所有基因进行基因组作图，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。结构基因组学（structural genomics)以全基因组测序为目标功能基因组学（functional genomics)以基因功能鉴定为目标,功能基因组

12、学后基因组计划,1.功能基因组学,2.蛋白质组学,3.比较基因组学,4.环境基因组学,5.药物基因组学,6.基因组多态性的研究,7.模式生物体基因组研究,掌握下列概念,基因结构基因基因组基因组学开放阅读框架HGP,第二章 原核生物基因组特征,原核生物（prokaryote）是细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细胞生物体。,原核生物基因组特点,基因组较小，通常由一条环状双链DNA（double stranded DNA，dsDNA）分子组成。,大肠杆菌基因组DNA分子量为2.64109 Da，由4.2106 bp组成，是人类基因组的1，且基因数目也

13、较少，大约含3500个基因。,类核结构,操纵子结构是原核生物基因组的功能单位,多顺反子mRNA（polycistronic mRNA）在共同的启动子作用下，转录出的一个mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息，可编码几种不同的，但多为功能相关的蛋白质。,结构基因通常以单拷贝形式存在 rRNA及tRNA基因多拷贝,基因连续，基因内没有内含子（古细菌除外）,非编码的DNA序列所占比例较真核生物少得 多，通常包含调控基因表达的序列。,重复序列很少,具有可移动序列,1.什么是质粒,2.质粒命名的原则,3.质粒的分类,4.质粒的结构,质粒(plasmid),5.质粒的生物学特征,二、质粒,1.什么是质粒(p

14、lasmid)?细菌细胞染色体以外，能独立复制并稳定遗传的共价闭合环状DNA分子。,染色体DNA,质粒DNA,二、质粒,质粒的结构 三种构型:共价闭环DNA分子 半开环DNA分子 线性DNA分子,二、质粒,质粒的理化性质具有核酸分子的一般理化特性：可嵌入某些染料（溴化乙锭,EB）(Syber Green)具有较强的抗切割和抗变性的能力,二、质粒,二、质粒,2.质粒命名的原则 用小写字母p代表质粒，在p字母后面用两个大写字母代表发现这一质粒的作者或实验室名称。,pUC118,plasmid,编号,发现者名字,质粒的特征(p79),1.结构为环状超螺旋DNA分子2.自主复制性3.不相容性4.可扩增

15、性5.可转移性6.带有选择性标记,二、质粒,质粒的不相容性 同一类群的不同质粒通常不能在同一菌株内稳定共存，当细胞分裂时就会分别进入不同的子代细胞，这种现象叫做质粒的不相容性。不同群的质粒（如F和ColE）可以在同一菌株内稳定共存，这些质粒具有相容性。,二、质粒,3、质粒的分类复制机制 严紧型 松弛型 功能 F质粒（性质粒）R质粒（耐药性质粒）Col质粒（大肠埃希菌质粒）转移方式 接合型 可移动型 自传递型 大小 小型(1.5kb15kb)大型(60kb120kb)宿主范围 窄宿主谱型 广宿主谱型,质粒的转移 分子量在2.5107Da以上的质粒可以从供体细胞将 一个复本转移给受体细胞，如F质粒

16、和R质粒。分子量在1107Da以下的质粒一般无自我转移能力。,二、质粒,转化-将质粒或以质粒为载体的重组DNA分子导入细菌，使其在细菌体内扩增及表达的过程称为转化(transformation),重组质粒,细 菌(CaCl2处理）,细 菌(CaCl2处理）,质粒导入未成功,质粒导入成功,质粒导入不成功,感受态细胞(competent cell),细胞膜结构改变、通透性增加并具有摄取外源DNA能力的细胞称谓感受态细胞(competent cell)。常用低渗的(0.1%)CaCl2洗涤受体细胞制作成感受态细胞。,当细菌处于0、二价阳离子低渗溶液中时，细 菌细胞膨胀成球形，处于感受态 转化混合物中

17、的DNA形成抗DNA酶的羟基-钙磷酸 复合物粘附于细胞表面，在42短时间热冲击 后DNA进入细胞。转化效率为每微克DNA可获得105106转化子,CaCl2法,转化的方法可分为CaCl2法和电穿孔法,二、质粒,质粒的选择性标记 抗药性基因、酶基因标记等。最常见的选择性标记是抗药性基因，即带有一种 或多种抗生素的抗性基因，可赋予宿主菌抵抗某种抗 生素的能力。,抗生素抗性标记筛选 因大多数质粒载体带有抗生素抗性标记的特征（如Ampr、Tetr等），当带有完整抗性基因的载体转化无抗性细菌后，被转化的阳性菌获得抗生素抗性基因而存活,未转化菌不能存活。,酶基因标记,载体中装入一个来自大肠杆菌乳糖操纵子的DNA片段（lacZ基因），该基因编码-半乳糖苷酶氨基端的一个片段，异丙基-D-硫代半乳糖苷（IPTG）可诱导此片段合成，而此片段能与宿主细胞所编码的缺陷型-半乳糖苷酶实现基因内互补（-互补），形成完整的-半乳糖苷酶。-半乳糖苷酶能催化指示剂底物5-溴-4-氯-3-吲哚-D-半乳糖苷（X-gal）形成蓝色菌落。如lacZ基因中含有MCS，当外源基因插入MCS，lac-肽基因阅读框架被破坏，细菌内将无-半乳糖苷酶活性，菌落呈白色。半乳糖苷酶的蓝白斑筛选实验：,阳性克隆,阴性克隆,-半乳糖苷酶基因失活筛选 蓝白斑筛选,