第十章　基因组与比较基因组学.ppt

* 基因组成的相似性 基因共线性synteny：基因排列顺序的一致性 宏观共线性：遗传连锁图上锚定标记排列次序的一致性 微观共线性：物理图上基因序列的一致排列 进化距离非常近的物种间保持很好的微观共线性 在进化过程中，基因共线性被各种因素所破坏，进化距离越远的物种之间基因共线性越差， 两个物种之间的共线性程度可以作为衡量它们之间进化距离的尺度 * 高度保守和高度变异 X染色体极为保守，人类和猫的X染色体具有纵贯全条的共线性 在保守性较低的区段，基因进化速率快于整个基因组的平均进化速率 它们在种间基因组中很少表现共线性，甚至在同一物种的不同生态型之间这些区段也会发生较大变异 当用基因共线性程度估算物种分化年代时，应当注意避免高度保守和高度变异的区段 * * 破坏基因组共线性的因素 转座 插入 染色体重排 区段加倍和缺失 * 跨物种基因克隆--图位克隆 在基因组较小的模式植物中，分离被精确定位在大基因组中的基因 避免大量重复序列的干扰，减少染色体步移的次数 * 基因岛和基因协同进化 基因岛：区段基因密度远远高于全基因组的平均密度。 基因岛中的基因群通常具有功能上的相关性 协同丢失和协同进化 * 直系同源基因簇 由1个共同的祖先基因衍生的1组基因，包括不同基因组中执行同一生物学功能的种间同源物，也包括同一基因组中因基因加倍产生的种内同源物（平行基因） 预测新基因功能 * 比较基因组学研究举例 原核模式生物比较基因组学 酿酒酵母基因组 人类基因组 * 模式生物比较基因组研究特点 模式生物基因组一般都比较小，但编码基因的比例较高，重复序列和非编码序列较少，是 “压缩”的基因组。 模式生物基因组中G+ C%含量高，同时CpG岛的比例也比较高。 一些模式生物，特别在人的基因组中发现了重复( duplication)。 各种不同的物种中，大多数重要生物学功能是由相当数量的同源序列基因( Orthologous) 蛋白承担。 * 模式生物比较基因组研究特点 同线( synteny) 连锁的同源基因在不同物种基因组中有相同连锁关系。 生物体的复杂性一般表现在“生物学”的复杂性，与基因组的C 值大小及基因数量未必一定呈线性关系。 * 模式生物基因组的研究 尿殖道支原体是已知最小的基因组0.58Mb ，由此可能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 基因组大小影响了基因数目还是基因尺度？ * 模式生物基因组的研究 流感嗜血杆菌基因大小平均900 bp，尿殖道支原体的基因为1040bp，基因大小差不多； 流感嗜血杆菌中平均1042 bp 有1个基因，尿殖道支原体中平均1235 bp 有1个基因。 可见基因组尺度减小并不引起基因密度的增加和基因尺寸的减小。 二者差别在于基因数量上，流感嗜血杆菌基因组有1743个ORF，尿殖道支原体只有470个ORF。 * 模式生物基因组的研究 通过对尿殖道支原体与流感嗜血杆菌这两个亲缘关系较远的生物基因组的比较，选取其共同的基因（共240个），再加上一些其他基因，最后组成一套含256个基因的最小基因组。 * 最简单的真核生物--酿酒酵母基因组 基因组为12,068 kb，比单细胞的原核生物和古细菌大一个数量级。 共有5887个ORF，比原核生物和古细菌要多很多。 酿酒酵母的基因密度为1个基因/2kb，密度小于流感嗜血杆菌和尿殖道支原体。 酿酒酵母--最小的真核基因组，裂殖酵母其次（密度是1/2.3kb），简单多细胞生物线虫的基因密度为1/30kb。 酿酒酵母只有4%的编码基因有内含子，而裂殖酵母有40%编码基因有内含子。 * 人类基因组的一个片段 * * 人类染色体组型 上图显示的是经姬母萨染色后的G带模式图，染色体号在染色体结构下面标注，带号在左边。 * * 　模式生物基因组研究对人类基因组研究的促进作用 1 利用基因序列上的同源性克隆人类疾病基因 当人类cDNA 与已知功能的模式生物基因高度相关，当该表型的候选基因定位于与cDNA 相同的位置上，就有助于识别该基因。 * 模式生物基因组研究对人类基因组研究的促进作用 2 模式生物基因组研究揭示了人类疾病基因的功能。 由于某些模式生物基因的功能已知,这就对人类疾病基因的功能研究有很大的促进作用。这一跨种关系使模式生物基因的有效功能数据立刻用于研究它的高等生物的同源体。 * 模式生物基因组研究对人类基因组研究的促进作用 3 充分利用模式生物实验系统上的优越性 模式生物实验上的优越性成为人类疾病状态下分子机制的阐明和基因功能分析的有效手段。 以酵母为例，它就是一个很好的实验系统。 * 以酵母为例 首先它是一个