《基因組測序與分析》PPT課件

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1、第八章基因組測序與分析西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院遺傳教研組主講人：胡銀崗第一節(jié)基因組計劃1、人類基因組計劃簡介人類基因組計劃準(zhǔn)備用15年時間，投入30億美元，完成人類全部24條染色體的3×109脫氧核苷酸對(bp)的序列測定，主要任務(wù)包括作圖(遺傳圖譜、物理圖譜的建立及轉(zhuǎn)錄圖譜的繪制)、測序和基因識別。其中還包括模式生物(如大腸桿菌、酵母、線蟲、小鼠等)基因組的作圖和測序，以及信息系統(tǒng)的建立。作圖和測序是基本的任務(wù)，在此基礎(chǔ)上解讀和破譯生物體生老病死以及和疾病相關(guān)的遺傳信息基因組——一個物種中所有基因的整體組成2.人類基因組測序策略采集5個自愿者的DNA樣品構(gòu)建3種

2、不同插入子大小的基因組文庫2Kb,10Kb和50Kb完成約2700萬次插入子末端測序,總長14800MbGeneBank下載104018個BAC末端順序PFP發(fā)表的公開數(shù)據(jù)主要為BAC克隆的順序,共4443.3Mb隨機(jī)測序與序列組裝方法指導(dǎo)測序與序列組裝方法相結(jié)合進(jìn)行序列組裝A.CeleraGenomics人類基因組的測序策略B國際人類基因組測序策略構(gòu)建BAC克隆↓限制性酶處理獲得指紋↓根據(jù)指紋重疊方法組建BAC克隆重疊群↓根據(jù)STS標(biāo)記,將BAC克隆重疊群標(biāo)定在物理圖上↓每個BAC克隆內(nèi)部采用鳥槍法測序,組裝↓將BAC插入順序與BAC克隆指紋極重疊群對比,將已

3、閱讀的順序錨定到物理圖上兩種策略的比較鳥槍法策略指導(dǎo)測序策略不需背景信息構(gòu)建克隆群(遺傳、物理圖譜)時間短需要幾年的時間需要大型計算機(jī)得到的是草圖(Draft)得到精細(xì)圖譜3.人類基因組研究的驚人發(fā)現(xiàn)?19號染色體是含基因最豐富的染色體，而13號染色體含基因量最少?目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能?人類基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”。在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無用DNA”——不包含或含有極少基因的成分?；蚪M上大約有1／4的區(qū)域沒有基因的片段。?35．3％的基因包含重復(fù)的序列。這說明那

4、些原來被認(rèn)為是“垃圾”的DNA也起重要作用，應(yīng)該被進(jìn)一步研究。4.單核苷酸多態(tài)性人類99．9％的基因密碼是相同的，而差異不到0．1％，不同人群僅有140萬個核苷酸差異。這些差異是由“單一核苷酸多樣性”（SNP）產(chǎn)生的，它構(gòu)成了不同個體的遺傳基礎(chǔ)，個體的多樣性被認(rèn)為是產(chǎn)生遺傳疾病的原因。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。5.Shotgun測序及分析DNA的提取和純化載體預(yù)備：和DNA片斷結(jié)合，從而能夠在細(xì)菌中擴(kuò)增。DNA片段的制備：將DNA用超聲波切成能夠測序的小片斷轉(zhuǎn)化培養(yǎng)：小片斷和載體結(jié)合，植入細(xì)

5、菌中進(jìn)行擴(kuò)增。提質(zhì)粒：從細(xì)菌中提取出繁殖好的質(zhì)粒電泳檢測：檢測質(zhì)量的好壞測序：上測序儀測序DNA整體切成小段小段和載體結(jié)合結(jié)合后進(jìn)行測序還沒有完！拼接?。?！因?yàn)檎麄€基因組太長（上M),而每次只能測得一個500的小片斷(read)問題：如何根據(jù)read恢復(fù)原始順序？類比：10本圣經(jīng)，都從隨機(jī)點(diǎn)起始剪成500個字母左右的小紙條，問：給你這么一堆小紙條，你能讀出圣經(jīng)來嗎？但是都會拼錯！Shotgun法序列拼接ConsensusSequenceGapLowBaseQualitySingleStrandedRegionMis-Assembly(Inverted)拼接錯誤：

6、Repeat的存在實(shí)例:流感嗜血桿菌基因組的測序及順序組裝超聲波打斷純化的基因組DNA↓瓊脂糖電泳收集1.6～2.0Kb的區(qū)段、純化↓構(gòu)建到質(zhì)粒載體中↓隨機(jī)挑選19687個克隆,進(jìn)行28643次測序,得到可讀順序?yàn)?1631485bp↓組裝成140個覆蓋全基因組范圍的獨(dú)立的順序重疊群,↓各重疊群間仍有間隙順序間隙物理間隙↓↓載體或宿主菌選用不當(dāng)而被丟失的序列測序時遺漏的測序解決辦法:通過相鄰已知順序作為探針篩選已有的基因組文庫解決辦法:利用其它宿主菌與載體重新構(gòu)建文庫運(yùn)用計算機(jī)軟件進(jìn)行序列拼接FrancisCollinsVS.J.CraigVenter6.基因識

7、別基因識別（geneidentification）是HGP的重要內(nèi)容之一，其目的是識別全部人類的基因?；蜃R別包括：識別基因組編碼區(qū)識別基因結(jié)構(gòu)基因識別目前常采用的有二種方法：從基因組序列中識別轉(zhuǎn)錄表達(dá)的DNA片段從cDNA文庫中挑取并克隆。7.模式生物的基因組測序酵母大腸桿菌果蠅線蟲老鼠水稻基因組測序水稻是全球半數(shù)以上人口的主食，對解決全球糧食問題具有重要意義。2002年我國科學(xué)家完成了水稻基因組定序和初步分析。出人意料的是，水稻的基因竟比人類基因還要多得多。人類基因大約有3萬多個，水稻有4萬多個基因。水稻基因組可說是繼人類基因組之后，完成定序的最大基因組，也

8、是至今已知最大的植物基因