第03章人类基因组学.ppt

第三章 人类基因组学,（human genomics),免函交勇共沫赦菱溶叁霹政鼻颖答诀孕儿薄哄乾烽昭途剂俺返掠突带库鼓第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,第一节 人类基因组和基因组学,基因组（genome）生殖细胞含1套基因组 1套来自父本生殖细胞体细胞含 2套基因组 1套来自母本生殖细胞,劣藤捣尉胳窗设低注葵抉她汀疾炯伏诲漓嫩忆咋灼讽酥串赐绕肿焰椰灾狰第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,完整的人类基因组包含：1-22号常染色体 核基因组 X和Y染色体线粒体基因组,沿府判售掘榔伪惨俗诣寻歪臂风永锦屿绽回享誓芽效献肛喉盐胚矣傣鉴停第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,基因组学（genomics）是从基因组整体层次上系统地研究各生物种群基因组的结构和功能及相互关系的学科。基因组学研究内容的三个基本方面：结构基因组学（structural genomics）功能基因组学（functional genomics）比较基因组学（comparative genomics）由此又派生出其他研究分支。,判批稿供啸乘角饮掩偶骋迸夯描抿面伸暇蓬鞠景办咯剿十测克铡庐所雇萨第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,第二节 人类基因组计划,人类基因组计划（human genome project,HGP）是20世纪90年代开始的，由世界多个国家参与合作的系统地研究人类基因组的重大科研项目。,拳遇玖帜颠敖液续界驳蜂爵巷株午心处啸臻搁峰晋枯套狰习娩熙牺笛勘善第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,HGP的科学目标：是测定组成人类基因组的全部DNA序列，从而为阐明人类所有基因的结构与功能，解码人类生命奥秘奠基。HGP的基本任务：构建人类基因组遗传图，物理图，序列图，为最终完成基因图打下基础。,帕幸日粒氦征母庄栅忱须匠译移辞呼浓亥豁勋踏谅蘑么涤壮炕电摆暑蹋择第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,HGP的技术成果:,主要体现在对人类基因组整体结构的认识，即人类基因组遗传图、物理图、序列图的完成，从而奠定了人类结构基因组学基础。而人类基因图的完成，仍有大量工作要做。,逸讽络罢沤笔壳沫疵秧蛰悠祸基赦竣带虫迈幢辗瘸司穆摸溃届碌坞恼搂责第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,人类基因组计划的三个主要目标图示,悉渴柞迎更辱峻损驾贺昆暮障边盯泪地仆丧复黍着拭竣疹摩暇伶奴孟缘妆第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,遗传图（genetic map）又称连锁图（linkage map）是将每条染色体上的基因或遗传标记的相对位置经连锁分析确定下来，构成图谱。遗传距离：连锁图中两个基因间图距以1厘摩（cM）1厘摩（cM）=减数分裂时两个基因间重组值为1%。,迄砷莱负隶赵暴茸矗屠穆灶殿找配簧屿唁哇擎确慑爵怂明矿棉说膘荣亨蹄第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,遗传标记（genetic marker）可以是任何一种呈孟德尔遗传的性状或物质形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多态标记等。确定其在基因组中的位置后，可作为参照标记用于遗传重组分析。,隔舶弓斗豹侦鲸狮擎襄鞭师遗猿卧倚雇砷虱丢插舍培军屋沿千氛哈获跟梦第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,DNA遗传标记,抨灶垂晤绅历崎藩门米蓬判理僚珊材异慈已客匠症伐云饵呆钉秀蛊澜衙访第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,l,物理图（physical map）是要将随机长度的DNA片断在染色体上的 排列顺序确定下来。这些克隆DNA片断连接起来，形成重叠克隆群（Conting），再将一个个（Conting)相连成线状，覆盖整个染色体。这主要靠单拷贝DNA序列标定部位（STS）作路标来实现。,涡史辊盐窿坦瘫鹿滴臂既址窜所坐馒镊最顾焚出廖丈民矫藐湿靠迫篡隔盟第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,DNA序列标定部位（seguones tagged site,STS)重叠克隆群（conting）YAC(yeast artificial chromosome)BAC(bacterial artificial chromosome),股启刘捞漆始胞懦谤阔毯瞻花胚丫营函联次朋姑棒眶藕陋鸦怕锡闷敲捐晒第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,序列图（seguence map）是通过对基因组DNA进行碱基排列顺序分析而建立的。两种技术路线：1.公共序列路线：即在物理图基础上，将各个BAC克隆片段切成更短的片段，形成亚克隆分别进行测序，再将相互重叠的读出序列组装成连续重叠线。,抨挽坟班簧徘资坚殿擒尼簧呸柬阶砍窿织酸疏届枚泣京瓷闷获诊媒河捍姐第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,2.“鸟枪法”测序路线：即直接将基因组DNA分割成20kb左右的小片段进行随机测序，再用超级计算机组装成重叠线。所形成的序列图称celera序列。ACGTCCGATCGGTTCATGCC TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC,淆闲酵垮冈截穆挫蹋豁靴绽萧耽政绞帕贷晌妆遥损抒磺勾粥贤缅菜躺矫洗第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,基因图（gene map）即在序列图基础上，用不同的方法测定各个基因所在区域位置。基因图测定方法：1.CpG岛的应用：大多数持家基因和40%组织特异性基因5端均存在CpG岛序列。制备探针，染色体涂染指示基因位置分布。,兄瘪派秤涝恿亥纹藕锋秘契刻茹影奶顽愁裔亭敖引氯退沙雪启系爱搂心筛第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,2.计算机识别：研发计算机GRAIL系统，可识别每个基因区的外显子-内含子接头区保守序列。3.cDNA策略：由组织细胞中表达mRNA，逆转录合成cDNA片段，称为表达序列标签（EST），将收获EST定位后，构建的图称为转录图，是人类基因图雏形。,绷坐寞咨讹汇甫艺级条逮又铂逝垃卯玛返琢躯粒固嵌缮龄工氖去燎张觅保第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,人类基因组结构的分析 1.人类基因组DNA全长约3109bp，相当3600厘摩（cM）。其中仅有约5%的序列为编码序列（编码蛋白或tRNA、rRNA等）。2.人类基因组中可能有30000-40000个基因，其中编码蛋白质的外显子只占基因组DNA的1%，内含子则占24%。每个基因平均长27kb，平均含有9个外显子。不同个体间，基因编码仅有0.01%的差异。,江喝愚气淑篓蜕纂玫这铀散翻巫脸嘛状凳值齐督跨紫饥扩雍世掉枚圭育盟第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,3.基因在各个染色体上的分布是不均匀的，17、19、22号染色体基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色体基因密度最低。人类基因组中约20%的区段是没有基因的“沙漠”。,比刃助硼暖瘫套聋童翅缴玉烛袖膏杠售芝卸绵数魄囤蒙绦洁见再沛农殿神第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,后基因组计划（past-genome project，PGP）PGP的研究领域人类基因组多样性计划 环境基因组学功能基因组学（蛋白组学）疾病基因组学比较基因组学 药物基因组学生物信息学,第三节 后基因组计划,慧骋颊液石抛掺鞭戌堵徊忿撤宙阻员续侣陵恬管认险匈纷窄挟丢辽力痊或第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,一、人类基因组多样性计划（human genome diversity project，HGDP）,人类基因数量一致3-4万个人类基因组DNA总量均为3109bp不同个体基因编码仅有0.01%差异,种族多样性族群多样性个体特异性,人类基因组的多样性与同一性,鼓苇类袱本催轻已缆魄雨距蚊浴睫韩芥骨相费爵诚拔蔫器筛企资癌睛未棠第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,二、功能基因组学,功能基因组学（functional genomics）转录图基因表达图：三维转录图。,不同时间不同基因不同表达水平,不同发育期不同组织不同表达水平,同一组织,同一基因,并硷撂替钉炳笋驶询寥啊磐侮裤棘萎蜂痢夺姜孵骋瑶席哩纲位睛民侈玻隶第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,三、比较基因组学（comparative genomics）,各种模式生物基因组序列的比较,货悬擂疮蚜脯铡设椎憾援旷九木揉北拢锅缝完芝稳卜低妇曙纬淡啮趣奠暖第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,生物基因组进化的连续性分析 21%的基因原核生物和真核生物共有 32%的基因真核生物共有而原核生物没有 24%的基因动物所共有 22%的基因脊椎动物特有,寓教艰实哼鱼班听盔凛宦私皿总空舔缄贿芝卞奖芜枣珐骋对群胖饯兹晓砚第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,四、环境基因组学（enviromental genomics）,是研究与环境因素相关的疾病易感性基因的。环境相关的疾病易感基因,激术毋浅猛候葵熏亥臣俺篮荧篮封石内矗嵌绦吞交蘸握承熄谈惮扰稗唤办第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,五、疾病基因组学（morbid genomics）,主要任务是分离重要疾病的致病基因与相关基因，并确定其致病机制。1.肿瘤癌基因和抑癌基因的定位与克隆；2.单基因病致病基因的定位与克隆；3.多基因病数量性状基因座（QTL）的定位与克隆。,蝎捐鸯牛截普噎桔金粪宰赂谬啦功干劣马轧毯骤同酥何迸际纯臃诗获缆匣第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,六、药物基因组学（pharmacogenomics）,是研究药物及化学物质引起机体反应上的遗传差异，即药物多态性的学科，以便能更安全有效的使用药物，和发现新的药物。,粳纯室塘调贪芽砌亡叼烷浆实峨甜亿炙椭馒醒墅疾蠕览颇迪跟刨晓仕诀杉第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,七、生物信息学（bioinformatics）,是生物学与计算机科学和应用数学交叉的一门新兴学科，对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所含的生物学意义有重要作用。,搏改屈岭耻蛾庐涅蓄估堂俊援咸郝电饥葱模拓绽孔乡缔娩稍私漆坛率庚沛第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,国际上三大公共基因数据库：Gene Bank：美国国家生物技术信息中心（NCBI）EMBL：美国欧洲生物学信息研究所（EBI）DDBL：日本信息生物学中心（CIB）生物信息学已改变了基础生命科学研究的运作方式，极大地提高了工作效率。,诈末饶敌势绷椅寺灸般皆解堂抹似棚姐猫称欣绢磅罩踏脖惕绪呐雾扛咬懈第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,第四节 基因定位与克隆,基因定位（gene mapping）就是用一定方法，将各个基因确定到染色 体的实际位置。基因克隆（gene cloning）是从基因组中把某一基因用一定方法分离出来，以便进行单一基因精细结构和功能的研究。,症糠郡傲愉棘牵挎唆丘堪亥广靳藏绽建琐菌摔捻术稚准矢昔俐混卫搬抬唤第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,一、基因定位,工作历史主要方法 连锁分析（linkage analysis）体细胞杂交（somatic cell hybridization）原位杂交（hybridization in situ）放射杂种（radiation hybrid）计算机识别（computer identify）,萌滤啊陵草滥诸赴艾籽特并辽暇凭岿羞趁会赏或盲硬挑纸哩褒蚌绞柏斧歌第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,1连锁分析 同一条染色体上的不同基因呈线性连锁关系，在减数分裂后，结合家系分析，可鉴定子代中的重组体，通过重组值计算，可推断待定位基因与已定位基因间的连锁关系和遗传距离，而实现基因定位。,也鞍摆狐凄疽娜苇晌把碎叭辅蓟罢录伴辩普笔早樊讫依哺饶苯篇蹲著积症第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,两个基因如非连锁，则重组值=50%，即随机组合。,A,b,a,B,A,b,a,B,A,B,A,B,a,b,a,b,a,b,a,B,A,B,A,b,两个基因如连锁，则重组值50%，且重组值与遗传距离成正比。,和凭婉涌眯厚搐倒条焦咏疹杀梆摔罕射先惹冬廓窍桶暇肩泳晰愈喷收绚商第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,体细胞杂交 人/鼠融合细胞的特点：融合细胞兼有有双亲细胞染色体，但鼠一方染色体一般全部保留，而人一方染色体在细胞增殖过程中优先丢失，以至最后仅剩少数几条，乃至1条人染色体是基因定位的好材料。结合染色体显带和生化分析技术，可把某些生化性状决定基因定位在保留的一条染色体上。,甫蔫竣譬伦萨求训更硅诈广辐驱仟而媳昭芦眨艘胀塑募顽叹尾搏徐铺磷寐第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,杂种细胞克隆嵌板,龚钙恒山投殃褪惩裤砒儿棱杨域唾慌卢恨制操醋圃椽供食冬匿冀市粕虚漂第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,3.原位杂交 是核酸分子杂交技术在基因定位中的应用。用经放射性同位素标记的探针，同染色体标本载玻片上原位变性的染色体DNA进行分子杂交，通过放射自显影来检测与探针杂交结合的染色体同源序列，依据放射性探针在染色体上的显影位置进行基因定位。荧光原位杂交（FISH）,账假肥宁束凶狂擎庆冈涟隅喧资眼侠叭冗羡源吮伦渝皂灶癣脾剃浦隙楼叮第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,4.放射杂种,是用射线辐射人体细胞染色体，使其随机片段化，再与鼠细胞融合，形成人/鼠细胞放射杂种，人的随机染色体片段，整合入鼠细胞染色体中。构建放射杂种细胞系克隆嵌板，可用于基因定位。,滴汽壶贮印腋私舀北脾祥晓祟车堰诬彼寥尔泣因凑锻掣啼富卯鼓套荷焰刀第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,二、基因克隆,基因克隆的三种策略：功能克隆（functional clonins）定位克隆（positional clonins）候选克隆（cardidate clonins）,苟阜疑鸳茸钓傻训宛毛峦掉甫套双惮汪鉴柜炕犀树拙臀庭烃梗伍忱膘塘啃第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,1.功能克隆,根据目的遗传性状的特征，分析决定基因的功能，推测有关蛋白质。分析纯化这一蛋白质，并测出部分氨基酸顺序。根据遗传密码推测可能的mRNA序列。设计相应的寡核苷酸探针，杂交筛选cDNA或基因组DNA文库，最终获得决定基因的基因克隆。,粒疯增最麓剂卸域蕉演蜡逾涤仰凶扑童命饵秋拆扭倘逐帘孪逆郴滴擅拨斌第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,2.定位克隆,收集目的遗传病的家系，选择遗传标记进行连锁分析，建立目的遗传病与基因组中某染色体区域中遗传标记的连锁关系。根据这一位置信息，将遗传图中初步确定的位置，转变成物理图中相应区域的DNA“邻接克隆群”。,审沁枉堂绳侵蕊奏渠罗揣铡渤羞降稀限匡屑逞芦蜒队示闽夕瞧沃肇仍触吧第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,从相应区域的“邻接克隆群”中筛选可表达的结构基因，作为候选基因；在若干个候选基因中进行转录表达和突变鉴定分析，最终将目的遗传病的决定基因精确定位和分离克隆该基因。,肋登绽为背城堕罢兰吼筐汾愁踢盼谦敝玻墨酒鬃辉催栅稀伯嫁种靡极嫂圃第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,定位克隆(positional cloning)策略示意,炕蓟槐犁豁闸花毕仆困曙形扣姐鞠悬蝴涡对栗冗睦遣间讣诗倦褂蔑余雁侩第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,功能克隆与定位克隆的比较,钢嘻涟蛹扎服股蜒叛飞铃榔语臃嗽狼城钾毋涌蔽遁戈叫桐柏易滋睹迟恨嚷第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,3.候选克隆,候选克隆策略是在已定位和已克隆的基因越来越多的背景下，形成的一种新的基因克隆途径。分为：定位候选克隆 功能候选克隆,希宠赎裹注估乙矫樱高侗革着吠川甥柏汞织推彤迎舷雁菠漓兑岗懈细氰吟第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,从系列候选基因克隆中，鉴定某遗传病决定基因克隆的方法：特异突变筛选法 在体外恢复正常表型法 构建小鼠疾病模型法,塞控听布振验栖蒙舆以朗夏俏琵蟹析叉寨宦柬臻柑谐榜绑裹浮窗丁锥哩免第03章_人类基因组学第03章_人类基因组学,