分子生物学张尚宏课件分子生物学.ppt

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1、一、基因组与基因组学,3.基因组学（Genomics）把基因组作为研究对象的学科（1）结构基因组学（structural genomics）（2）功能基因组学（functional genomics）（3）进化基因组学（evolutionary genomics）基因组学的三个有代表性“时代”,3.基因组学,（1）结构基因组学（structural genomics）基因组结构（genome structure）种类、结构特点、种属特异性定位基因（gene mapping）遗传图谱（genetic map）与物理图谱（physical map）：遗传距离与物理距离测定基因组全序列（whole-

2、genome sequencing）结构基因组学研究的主要目标 人类基因组计划（the Human Genome Project）之前，只测定过 一些病毒（X174、T4等）的基因组全序列,Phage X174:5375 nt,Sequencing timeline,基因组全序列的测定,1995 流感嗜血菌（Haemophilus influenzae）1,830 kb 枝原体 Mycoplasma genitalium 580,070 bp，预计有500个基因 1996 古细菌 Methanococcus jannaschii 1,660 kb 酿酒酵母（Saccharomyces cere

3、visiae）12,068 kb，近6,000个潜在 的蛋白质编码基因，近150个rRNA基因，近300个tRNA基因，还有几十个 核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子RNA（snoRNA）基因 1997 大肠杆菌（Escherichia coli）4,639 kb（目前已测定数百种细菌的全序列）多细胞生物 1998 秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）97,000 kb 2000 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）180,000 kb 2000 拟南芥（Arabidopsis thaliana）120,000 kb 2000（6月

4、）人类（Homo sapiens）3,120,000 kb,3.基因组学,（1）结构基因组学（structural genomics）结构基因组学的成就大大促进了生物信息学（bioinformatics）的发展,3.基因组学,（2）功能基因组学（functional genomics）大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术 DNA微阵列（DNA microarray），DNA芯片（DNA chip）基因功能的分析 基因剔除（gene knockout），RNAi,DNA microarray,3.基因组学,（2）功能基因组学（functional genomics）对基因组中基因本身的认识（

5、基因的概念）编码蛋白质的基因 编码功能RNA的基因 非编码的DNA也可以是基因？,3.基因组学,（3）进化基因组学（evolutionary genomics）在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化比较基因组学（comparative genomics）进化基因组学的初始阶段通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关,不同生物基因组中基因的平均密度,生物 基因组中基因的平均密度细菌 1个基因/1 kb酵母 1个基因/2 kb线虫 1个基因/5 kb拟南芥 1个基因/5 kb果蝇 1个基因/13 kb人类 1个基因/40 kb 密度的变化与基因

6、组进化中调控元件和“非基因DNA”的扩增有关,2005BREAKTHROUGH OF THE YEAR:,Evolution in Action2005年世界十大科学进展之首进化研究的新突破,人与黑猩猩基因组的比较,Human and chimpanzee differ by only about 1%in the nucleotide bases that can be aligned between our two species,and the average protein differs by less than two amino acids.But a surprisingly

7、large chunk of noncoding material is either inserted or deleted in the chimp as compared to the human,bringing the total difference in DNA between our two species to about 4%.,Science 2005,310:1878-1879,3.基因组学,（3）进化基因组学（evolutionary genomics）基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）最原始的基

8、因和基因组的起源，其后的进化模式与过程,链对称(strand symmetry),双链DNA：A TG CAA TTAC GTAG CT,链对称(strand symmetry),单链DNA：A TG CAA TTAC GTAG CT,二核苷酸在基因组全序列中的链对称性,4.蛋白质组学（proteomics）,（1）蛋白质组（proteome）“一个基因组所表达的蛋白质”“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质（包括修饰后的各种蛋白质）”“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构 与活性”（2）蛋白质组学研究蛋白质组的科学目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能,4.蛋白质组学

9、,（3）蛋白质组学的研究技术二维凝胶电泳（蛋白质的分离）质谱（蛋白质的分析）（4）后基因组学（post-genomics）功能基因组学、蛋白质组学等,5.RNA组学（RNomics）,RNA组与RNA组学（RNomics）转录组（transcriptome）与转录组学（transcriptomics）,ORF(Open Reading Frame),ORFeome,Useful websites for genomics,(Natures Genome Gateway)(Omics Gateway)http:/(NCBI:National Center for Biotechnology Information),课程作业（平时考核）,通过查找一般文献和网络资源，写一篇关于基因组学（或蛋白质组学）研究的某个或某些方面的进展的小综述（3000字左右）要求：概括最新进展列出参考文献或所浏览网址如用英文写，须附500字左右的中文摘要学期结束前交（纸质文件）,