基因组学 课件 8.比较基因组学

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1、比较基因组学中英联合实验室2021/6/9比较基因组学的产生伴随着基因组的研究,相关信息出现了爆炸性增长,迫切需要对大量基因组数据进行处理,比较基因组学作为一门重要的工具学科应运而生。比较基因组学是通过对系统发育中的代表性物种之间的全方位基因和基因家族的比较分析，构建系统发育的遗传图谱,来揭示基因、基因家族的起源和功能及其在进化过程中复杂化和多样化的机制。2021/6/9果蝇基因组果蝇基因组全长180mb，2/3是euchromatin，1/3是heterochromatin；BlastSearch确定有14113个转录产物（功能基因）。Science,287:2185-2195(2000

2、)2021/6/9比较基因组学定义利用不同物种基因组之间功能区域顺序上、组织结构上的同源性克隆新基因揭示基因功能阐明物种进化关系、基因组的内在结构2021/6/9比较基因组学的应用揭示非编码功能序列发现新基因发现功能性SNP阐述物种间的进化史阐明人类疾病过程的分子机制2021/6/9比较基因组学与进化古细菌---产甲烷球菌与原核生物共同之处：染色体组织与结构：环状基因组、基因的操纵子结构等能量产生和固氮基因与有很高的同源性与细胞分裂有关的蛋白质、20多个编码无机离子运输蛋白的ORF与细菌基因同源调控模式类似于原核生物与真核生物共同之处：细胞遗传信息传递，尤其是转录和翻译系统分泌系统说明该细

3、菌与真核生物亲缘关系较近。2021/6/9比较基因组学与进化比较基因组学提供的结果表明，在进化系统树上，古细菌与真核生物亲缘关系比原核生物更近。自养生物的三个分支，细菌、古细菌和真核生物中，细菌的分化发生较早。2021/6/9比较基因组学的具体应用方法和策略序列的比对分析确定基因组序列的进化关系基因共线性synteny：染色体片段的分析物种序列的优化选择对DNA序列的信息注释2021/6/9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

4、，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2021/6/9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2021/6/92021/6/9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2021/6/9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

5、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2021/6/9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。sh2与A1两个基因在玉米中的距离大约是水稻或高粱中的7倍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2021/6/9直系同源集簇由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2021/6/9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2021/6/9模式生物比较基因组研究特点模式生物基因组一般

6、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。2021/6/9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。2021/6/9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

7、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？2021/6/9模式生物基因组的研究流感嗜血杆菌基因大小平均900bp，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1042bp有1个基因，尿殖道支原体中平均1235bp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