基因組學 課件 8.比較基因組學

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1、比較基因組學中英聯(lián)合實驗室2021/6/9比較基因組學的產(chǎn)生伴隨著基因組的研究,相關信息出現(xiàn)了爆炸性增長,迫切需要對大量基因組數(shù)據(jù)進行處理,比較基因組學作為一門重要的工具學科應運而生。比較基因組學是通過對系統(tǒng)發(fā)育中的代表性物種之間的全方位基因和基因家族的比較分析，構建系統(tǒng)發(fā)育的遺傳圖譜,來揭示基因、基因家族的起源和功能及其在進化過程中復雜化和多樣化的機制。2021/6/9果蠅基因組果蠅基因組全長180mb，2/3是euchromatin，1/3是heterochromatin；BlastSearch確定有14113個轉錄產(chǎn)物（功能基因）。Science,287:2185-2195(2000

2、)2021/6/9比較基因組學定義利用不同物種基因組之間功能區(qū)域順序上、組織結構上的同源性克隆新基因揭示基因功能闡明物種進化關系、基因組的內(nèi)在結構2021/6/9比較基因組學的應用揭示非編碼功能序列發(fā)現(xiàn)新基因發(fā)現(xiàn)功能性SNP闡述物種間的進化史闡明人類疾病過程的分子機制2021/6/9比較基因組學與進化古細菌---產(chǎn)甲烷球菌與原核生物共同之處：染色體組織與結構：環(huán)狀基因組、基因的操縱子結構等能量產(chǎn)生和固氮基因與有很高的同源性與細胞分裂有關的蛋白質(zhì)、20多個編碼無機離子運輸?shù)鞍椎腛RF與細菌基因同源調(diào)控模式類似于原核生物與真核生物共同之處：細胞遺傳信息傳遞，尤其是轉錄和翻譯系統(tǒng)分泌系統(tǒng)說明該細

3、菌與真核生物親緣關系較近。2021/6/9比較基因組學與進化比較基因組學提供的結果表明，在進化系統(tǒng)樹上，古細菌與真核生物親緣關系比原核生物更近。自養(yǎng)生物的三個分支，細菌、古細菌和真核生物中，細菌的分化發(fā)生較早。2021/6/9比較基因組學的具體應用方法和策略序列的比對分析確定基因組序列的進化關系基因共線性synteny：染色體片段的分析物種序列的優(yōu)化選擇對DNA序列的信息注釋2021/6/9基因組成的相似性基因共線性synteny：基因排列順序的一致性宏觀共線性：遺傳連鎖圖上錨定標記排列次序的一致性微觀共線性：物理圖上基因序列的一致排列進化距離非常近的物種間保持很好的微觀共線性在進化過程中

4、，基因共線性被各種因素所破壞，進化距離越遠的物種之間基因共線性越差，兩個物種之間的共線性程度可以作為衡量它們之間進化距離的尺度2021/6/9高度保守和高度變異X染色體極為保守，人類和貓的X染色體具有縱貫全條的共線性在保守性較低的區(qū)段，基因進化速率快于整個基因組的平均進化速率它們在種間基因組中很少表現(xiàn)共線性，甚至在同一物種的不同生態(tài)型之間這些區(qū)段也會發(fā)生較大變異當用基因共線性程度估算物種分化年代時，應當注意避免高度保守和高度變異的區(qū)段2021/6/92021/6/9破壞基因組共線性的因素轉座插入染色體重排區(qū)段加倍和缺失2021/6/9跨物種基因克隆--圖位克隆在基因組較小的模式植物中，分離

5、被精確定位在大基因組中的基因避免大量重復序列的干擾，減少染色體步移的次數(shù)2021/6/9基因島和基因協(xié)同進化基因島：區(qū)段基因密度遠遠高于全基因組的平均密度。sh2與A1兩個基因在玉米中的距離大約是水稻或高粱中的7倍基因島中的基因群通常具有功能上的相關性協(xié)同丟失和協(xié)同進化2021/6/9直系同源集簇由1個共同的祖先基因衍生的1組基因，包括不同基因組中執(zhí)行同一生物學功能的種間同源物，也包括同一基因組中因基因加倍產(chǎn)生的種內(nèi)同源物（平行基因）預測新基因功能2021/6/9比較基因組學研究舉例原核模式生物比較基因組學釀酒酵母基因組人類基因組2021/6/9模式生物比較基因組研究特點模式生物基因組一般

6、都比較小，但編碼基因的比例較高，重復序列和非編碼序列較少，是“壓縮”的基因組。模式生物基因組中G+C%含量高，同時CpG島的比例也比較高。一些模式生物，特別在人的基因組中發(fā)現(xiàn)了重復(duplication)。各種不同的物種中，大多數(shù)重要生物學功能是由相當數(shù)量的同源序列基因(Orthologous)蛋白承擔。2021/6/9模式生物比較基因組研究特點同線(synteny)連鎖的同源基因在不同物種基因組中有相同連鎖關系。生物體的復雜性一般表現(xiàn)在“生物學”的復雜性，與基因組的C值大小及基因數(shù)量未必一定呈線性關系。2021/6/9模式生物基因組的研究尿殖道支原體是已知最小的基因組0.58Mb，由此

7、可能確定能自我復制的細胞必需的一套最少的核心基因。流感嗜血桿菌的基因組為1.83Mb基因組大小影響了基因數(shù)目還是基因尺度？2021/6/9模式生物基因組的研究流感嗜血桿菌基因大小平均900bp，尿殖道支原體的基因為1040bp，基因大小差不多；流感嗜血桿菌中平均1042bp有1個基因，尿殖道支原體中平均1235bp有1個基因。可見基因組尺度減小并不引起基因密度的增加和基因尺寸的減小。二者差別在于基因數(shù)量上，流感嗜血桿菌基