基因组学        第一节 基因组结构特征      第二节    DNA分子标记及其应用 第三节 基因组图谱的构建及应用 第四节   后基因组学

由来 1900年孟德尔遗传学被重新发现; 1905年，Bateson定名 “遗传学”（genectics）; 1909年，Johannsen提出了“基因”（gene）一词; 1920年，H. Winkler提出了“基因组”（genome）一词，用以代表一个生物的一组染色体所包含的全部基因;

1953年，DNA双螺旋结构发现后，使基因组的研究从染色体水平进入了分子水平，有力地推动了基因组研究的发展; 1986年，美国的H. Roderick提出了基因组学genomics一词，从此基因组学正式成为一门科学。

The Century of the Gene

1990年，启动人类基因组计划； 1995年，完成第一个原核生物（细菌）基因组的测序； 1996年，完成第一个真核生物（酵母）基因组的测序； 1998年，完成第一个多细胞生物（线虫）基因组的序列；

2000年，完成果蝇和拟南芥的基因组测序以及人类的基因组草图 ； 2002年完成水稻的基因组草图； 2003年完成人类全基因组测序； 2005年完成了水稻基因组全序列测定。

第一节 原核和真核生物基因组结构的特征 一、原核生物基因组结构的特征 二、真核生物基因组结构的特征

第一节 原核和真核生物基因组结构的特征 常识和问题： 1、DNA位于染色体上。 2、基因是一段DNA片段。 3、基因位于染色体上。

4、基因有哪些？基因是怎么排列的（基因组结构）？ 5、位于染色体上的DNA除组成基因外，是否还有非基因成分？如何排列？ 结构基因、调控基因、tRNA基因、 rRNA基因、合成组蛋白的基因、 转座基因、细胞器基因、假基因

什么是基因组和基因组结构？ 基因组（genome，1922）：即基数染色体组。 基因组结构：特定单位DNA在染色体上的排列方式。具体来讲，各种基因和一些特殊序列的DNA片段在染色体上的排列方式。

基因组大小 生物 基因组大小/Mb 人 3000 拟南芥 100 水稻 565 小麦 17000

一、原核生物基因组结构的特征 1. 染色体是由一个核酸分子（DNA或RNA）组成的，DNA（RNA）呈环状或线性。

基因组结构的特征 2. 功能相关的基因大多以操纵子形式出现。如大肠杆菌的乳糖操纵子等。操纵子是细菌的基因表达和调控的一个完整单位，包括结构基因、调控基因和被调控基因产物所识别的DNA调控原件（启动子等）。 启动子 结构基因 操纵子

大肠杆菌基因组中，绝大多数基因都以操纵子（operon）方式组合成表达单位。操纵子含有一组彼此相邻的结构基因，基因间隔可以只有1-2bp。大肠杆菌总共有600个操纵子，每个含2个或更多的基因。

乳糖操纵子（lactose operon） 乳糖 半乳糖 葡萄糖 乳糖操纵子（lactose operon）

国 基因组结构的特征 3. 蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。一般而言，为蛋白编码的核苷酸顺序是连续的，中间不被非编码顺序所打断。 4. 编码tRNA和rRNA的基因通常是多拷贝的。 基因组结构的特征 ：编码tRNA的基因

5. 转座因子

基因组结构的特征 二、真核生物基因组结构的特征 1. 真核生物具有复杂的染色体结构，染色体在细胞间期为染色质，染色质是DNA、组蛋白、非组蛋白以及RNA组成的，基本结构物质是DNA和组蛋白。

2. 真核生物DNA顺序可分为非重复序列（单一序列）、轻度重复序列、中度重复序列和高度重复序列。 基因组结构的特征

基因组结构的特征 ●非重复序列：一个基因组中只有一个拷贝。 ●轻度重复序列：一个基因组中有2-10个拷贝，组成串联重复基因。如组蛋白基因等。 ●中度重复序列：一个基因组中有10-几百个拷贝。如tRNA和rRNA 基因。 ●高度重复序列：一个基因组中有几百到几万个，如卫星DNA。

× × 基因组结构的特征 3. 真核基因具有不连续性。绝大多数真核生物的基因都是不连续基因。 不连续基因是指基因的编码序列在DNA分子上是连续的，为不编码的序列所隔开。不连续基因是通过mRNA与DNA杂交试验而发现的。 就为蛋白质编码的DNA序列而言，那些在成熟mRNA中不存在的序列称为内含子（intron），而指导在成熟mRNA中存在的序列外显子。 基因组结构的特征 外显子 内含子 外显子 内含子 外显子 基因 × × mRNA 前体 成熟mRNA

基因组结构的特征 DNA 转 录 转 录 mRNA片 段 mRNA

4.有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一基因簇或基因家簇，如血红蛋白基因家簇。 基因组结构的特征 4.有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一基因簇或基因家簇，如血红蛋白基因家簇。

基因组结构的特征 5. 细胞器基因 真核生物除具有核基因外，还有细胞器基因，细胞器基因主要存在于线粒体和叶绿体中。动物没有叶绿体，所以动物细胞器基因只存在于线粒体中。

不同生物线粒体和叶绿体基因组的大小 （资料来源：Brown T.A., 1999） 物种 生物类型 基因组大小（kb） A. 线粒体基因组 Chlamydomonas reinhardtii 绿藻 16 Mus musculus 脊椎动物（鼠） 16 Homo sapiens 脊椎动物（人类） 17 Drosophila melanogaater 脊椎动物（果蝇） 19 Chondrus crispus 红藻 26 Saccharomyces cerevisiae 酵母 75 Brassica oleracea 显花植物 （甘蓝） 160 Arabidopsis thaliana 显花植物（拟南芥） 367 Zea mays 显花植物（玉米） 570 Cucumis melo 显花植物（甜瓜） 2500 B. 叶绿体基因组 Pisum sativum 显花植物（豌豆） 120 Oryza sativa 显花植物（水稻） 136 Nicotiana tabacum 显花植物（烟草） 156 Chlamydomonas reinhartii 绿藻 195

6. 转座因子

操纵子 原核生物基因组 结构基因 真核生 物基因 组 ：轻度重复序列 ：内含子 ：高度重复序列 ：基因家族

人类基因组的序列组成 （资料来源：Brown T.A., 1999） 人类基因组（3000 Mb） 基因及基因相关序列 （900 Mb） 基因外DNA （2100 Mb） 编码DNA （90 Mb） 非编码DNA （810 Mb） 重复DNA （420 Mb） 单一和低拷贝DNA （1680 Mb） 假基因 内含子 前导序列 随尾序列 基因断片 分散重复 DNA 串联重复 微卫星 小卫星 卫星 转座子 LINE SINE LTR 因子 人类基因组的序列组成 （资料来源：Brown T.A., 1999）

第二节    DNA分子标记及其应用 一、遗传标记 二、DNA分子标记

分子标记 一、遗传标记 1. 定义 遗传标记（genetic marker），即基因标记，常指突变型。包括： ●形态学标记 ●细胞学标记 ●分子标记 同工酶标记和DNA分子标记

分子标记 2. 类型 ●形态学标记：即用某种基因表达所形成的某种特定稳定外形作为该基因的标记。如wx是控制糯性性状的基因，那么可以用糯性来作为wx基因的标记。

水稻部分形态标记及标记基因 标记性状 标记基因 紫色外稃 pr（4） 雄性不育 rf-3（1）rf-4（10） 紫色果皮 prp-a（1） 巨大胚 ge（7） 褐色果皮 rc（1） 大粒 bk 半矮秆 sd1（1） 披叶 dl（3） 不透明胚乳 du-1（10） 窄叶 nal-1（4）nal-2（11） 糯性胚乳 wx（6） 脆秆 bc-1（3） bc-3 (2) 酚着色 Ph（4） 多柱头 mp-1(1) mp-2(6) 甜性胚乳 sug（8） 抗稻瘟 pi-I(6) pi-k (11) 舌状叶 lg（4） 抗白叶枯 Xa-1(4) Xa-4(11)

细胞学标记: 能明确显示遗传多态性的细胞学特征。最常见的为染色体的结构特征和数量特征。这类遗传标记通常在显微镜下才能观察到。

染色体的结构特征 果蝇唾腺细胞多线染色体带纹 染色体分带显示的带纹

●分子标记：分同工酶标记和DNA分子标记 〇同工酶标记：用某个基因表达所产生某种特定稳定的同工酶酶带作为该基因的标记。 〇DNA分子标记：以特定的DNA片段作为某基因的遗传标记，

这种标记可能包含基因 本身，也可能是与该基 因紧密连锁的附近DNA片段。

遗传图谱构建—克隆基因 DNA分子标记 结构基因 怎么获得特定基因的DNA分子标记？

分子标记 二、DNA分子标记 （一）RFLP分子标记 1. 什么是RFLP？ 组成染色体的成分30-40%是DNA，DNA是一个很大的分子，它是数以万计的脱氧核苷酸对组成的，每个核苷酸上都有特定的碱基，3个碱基组成一个密码子，每个密码子编码一种氨基酸。

分子标记 1个基因由几百个~数千个核苷酸组成，所以1个基因实际上包含核苷酸对数/3个密码子，由这些密码子编码的氨基酸共同组成（合成）某种蛋白质，从而实现基因功能的表达.

如果碱基发生改变，那么密码子的功能就会发生改变，导致基因的功能也随之发生变化。

在基因突变那一章节中，我们已讲了许多因素都会导致碱基的改变，从而使基因发生突变。这些因素有自然因素（温度、射线，自然串粉杂交等）。 分子标记 在基因突变那一章节中，我们已讲了许多因素都会导致碱基的改变，从而使基因发生突变。这些因素有自然因素（温度、射线，自然串粉杂交等）。

分子标记 由于生物的DNA含量很高，而它们长期处于这样一种导致碱基改变的环境中，所以理论上讲是没有2个个体DNA的碱基顺序是完全相同的，这种不同我们也称为DNA的多态性。

那么我们有无办法通过一些方法检测出DNA的多态性（它们之间的不同）呢？答案是有的。

其中方法之一是对DNA分子进行測序，检查它们碱基的排列顺序，然后进行比较，如： A： AUAAGGTTCCUG B： AUAAGGATCCUG 分子标记

但是由于生物体DNA十分巨大，所以这项工作的工作量十分大，要花很长时间才能完成，如果对所有研究对象进行测序，实施起来不大可能。

分子标记 方法之二是用一类特殊的酶，即限制性内切酶，它们是微生物产生的核酸酶。这些酶能识别DNA上的由特定碱基顺序组成的识别位点（限制性位点）。

如果DNA上存在这种碱基顺序，它们就会在识别位点切开DNA，把DNA切断。

如 EcoRⅠ 分子标记 HindⅢ …G C T T A A ….G A A T T C C T T A A G… 粘性未端 + ….A A G C T T T T C G A A…. A G C T T A…. + …..A T T C G A

限制酶的命名： 前3个字母代表首次发现该酶的生物属或种，随后的字母和数字代表该生物的小种和该酶的次序 EcoRⅡ是Escherichia coli de 的小种R245中发现的第二个限制性酶。 分子标记

分子标记 由于DNA分子巨大，可供限制性酶识别的位点是很多的，所以1个DNA分子可以被限制性内切酶切成很多大小不一的片段，而且这些片段是特异的（因为对1个个体来讲，DNA分子上碱基顺序是特异的），它可以作为某一DNA（或含这种DNA的生物）特有的“指纹”。

分子标记 不同DNA分子（来自不同生物种甚至个体）经过限制酶酶切产生DNA片段大小是不同的，这就是所谓限制性片段长度的多态性RFLP（restriction fragment length polymorphism）。

RFLP： 即限制性片段长度多态性，不同样品DNA经限制性酶酶解所产生片段大小的差异。 分子标记

….G A A T T C ….G A A T T C G G A A T T ….G C T T A A G… C T T A A G C C T T A A G C ….G A A T T C ….G G A T T C G G A A T T ….G A B AB两个个体DNA碱基序列示意图

A B EcoRⅠ酶切的结果 ….G A A T T C ….G A A T T C G G A A T T ….G × × × ….G A A T T C ….G A A T T C G G A A T T ….G C T T A A G… C T T A A G C C T T A A G C ….G A A T T C ….G G A T T C G G A A T T ….G A × × × 片段4 片段3 片段2 片段1 × × B × × 片段2+3 片段4 片段1 EcoRⅠ酶切的结果

分子标记 ●怎么检测出RFLP的差异 核DNA 数百个万个DNA片段，这数百万个片段进行凝胶电泳，用溴化乙锭（EB）染色，形成连续一片，无法看到分开的片段，所以这样即使两个个体的DNA片段有差异，也无法检测出。 酶切

分子标记 为了解决这一问题，我们必须选择特定的DNA片段作为标记探针（探针上带有放射性的核苷酸或荧光物质），通过DNA互补杂交检测 所测品种是否具有差异，即多态性。

分子标记 4 2+ 3 1 2 1 4 3 2+3 3 1 1 4 4 2

红花 6 Kb/8 Kb 白花 6 Kb/6 Kb 8 Kb/8 Kb 3：1 1：2：1 亲本： F1： F2：

A．琼脂糖凝胶电泳 DNA片段 琼脂糖凝胶 点样孔 纸芯 凝胶 吸水纸 杂交膜 平台 缓冲液池 B．毛细管印迹 C．DNA杂交 探针与DNA杂交 杂交膜 D．放射自显影 杂交带 X光片

E B E B E B E B Eco RI酶切 Bam HI酶切 样品DNA 酶切产生的 DNA片段 电泳分离 DNA-1 DNA-2 Eco RI 酶切样品 Bam HI

RFLP标记的主要特点有：（1）遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；（2）无表型效应，不受发育阶段及器官特异性限制；（3）共显性，可区分纯合子和杂合子；（4）结果稳定、可靠；（5）DNA需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。

结论 1、检测出多态性。找出两个个体差异的证据，根据差异的程度进行分析，就可以进行分类。 2、如果所用探针是与目的基因紧密连锁，那么，实际上，该探针就成为目的基因的分子标记。这种标记即称为RFLP标记。

问题：探针怎么获得？ 方法之一：将某种总DNA用各种方法切成小的片段，然后标记（同位素或荧光素）作为探针分别与A和B个体的酶切片段杂交。如果检测结果是A和B的酶带有明显的差异，那么所选用的片段即为区分A和B的RFLP分子标记 。 工作量大。

方法之二：用cDNA作为筛选探针。

分子标记 目前RFLP标记很多，单水稻已定位的RFLP标记就有5000多种，这些标记有些发现与某些（个）基因紧密连锁，即可以成为这些（个）基因分子标记，可以用来间接检测生物体内是否具有这些（个）基因。

分子标记 有些（多数）RFLP还不知与哪些基因紧密连锁，那么就需要我们去研究，比如我们已知某种基因的遗传规律，现在需要寻找一种（几种）与基因紧密连锁基因，以便检测，我们可以利用现有的RFLP标记进行广泛杂交筛选找到我们需要的标记。

（二）RAPD分子标记 （依赖于PCR反应的随机扩增多态性DNA） ●什么是PCR？ 1985年，Mullis等人首创了一种称为聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，缩写成PCR）的体外DNA扩增（amplification）技术。

PCR（polymerase chain reaction）即聚合酶链式反应，它是利用特异模板DNA、1对特定引物、DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸（dNTP）、缓冲液和盐在体外合成（扩增）特定DNA片段。

(2) PCR的主要组分 模板DNA, 模板DNA通常是一个复杂的多种不同序列的混合物。 引物, 引物（primer）是寡核苷酸，是通过化学合成的短的单链DNA分子，长度一般为16-24个碱基。 DNA聚合酶（DNA polymerase）, 许多DNA聚合酶都可以用于PCR反应。最常用的是Taq DNA聚合酶。 脱氧核苷三磷酸（deoxynucleotide，dNTP）,4种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP和dTTP），它们与DNA中4种碱基（A、G、C和T）相对应。 

(3) PCR的反应条件 PCR的反应过程由高温变性、低温退火及适温延伸三个阶段组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增。 其主要步骤是： 高温变性：置待扩增DNA于高温下解链成为单链模板。 低温退火：人工合成的两个寡聚核苷酸引物在低温条件下分别与目的片段两侧的两条链互补结合。 适温延伸：DNA聚合酶在72C将单核苷酸从引物3’端开始掺入，沿模板5’3’方向延伸，合成DNA新链。

分子标记

分子标记

分子标记 变性 第一轮合成出的DNA新生链的长度不确定 变性 变性 第二轮开始形成特定产物 变性 变性 特定产物含量倍增 变性 变性 30轮 3‘ 5‘ 分子标记 5‘ 3‘ 变性 第一轮合成出的DNA新生链的长度不确定 3‘ 5‘ 5‘ 3‘ 变性 变性 第二轮开始形成特定产物 变性 变性 特定产物含量倍增 变性 变性 30轮 228(2.7×109倍) PCR反应的基本原理

引物 （a）模板DNA （b）引物与模板DNA 的互补序列结合 （c）DNA链伸延 （d）以新链为模板开 始第二轮扩增 （e）新链伸延至引物 末端终止 （f）以长度相等的DNA 链为模板继续扩增 （g）子链与母链等长 5’ 3’

引物与DNA链结合 (30-65°C, 30 s) 退火，DNA双链分开 (94 °C, 30 s) 聚合酶合成新DNA链(65-75 °C, 2-5 min) (94 °C, 5 min)

由于每一周期所产生的DNA均能成为下一次循环的模板，所以PCR产物以指数方式增加，经过25-30次周期之后，理论上可增加109倍，实际上至少可扩增105，一般可106-107。

如果模板DNA很长(来自某个体)，那么经过PCR扩增，就可能扩增出许多片段，但这些片段是特异的，所以PCR产物也成为一种“指纹”，可以用来识别某个特定个体。 分子标记

分子标记 如果有二个个体用来做PCR模板的DNA是它们全DNA（即分子很大），由于它们DNA顺序不一致，那么给出一对同样的PCR引物，就可能扩增出不同的产物，即存在产物DNA片段的差异，这种差异就组成多态性。所以PCR产物就成为另一种分子标记了，这就是随机扩增多态性（RAPD）

分子标记 随机扩增多态性（RAPD） 一种以单个随机的10个核苷酸为引物的基于PCR的标记。

2.RAPD标记（randomly amplified polymorphic DNA，缩写成 RAPD，读作“rapid”） Williams 等于1990年首创。 RAPD的基本程序是PCR反应，所用的反应条件与常规PCR基本一致。RAPD的每个反应只需要一个引物，引物的长度为10个核苷酸（较短）。 RAPD扩增产物是相同引物在DNA双链结合点之间的片段。多态性通常表现为有带和无带的差异，即显性效应。

特定引物结合区发生DNA片段插入、缺失或碱基突变 特定引物结合位点分布发生变化 PCR产物增加、缺少 显性标记

随机引物BA 2142扩增的RAPD 条带 1. KDNAöE coRÉ + HindË ; 2～ 6. 冬油菜(依次为宁强毕家油菜, 关中油白菜, 太谷油菜, 息县黑油菜, 河南红) ; 7～ 14. 南方油白菜(依次为横峰油菜, 慈利白油菜, 会同甜油菜, 苏州藏菜, 万安油菜, 蒙自黑油菜, 黄冈白油菜, 翁安白油菜) ; 15～ 21. 春油菜(依次为武威小油菜, 显龙油菜, 榆中油菜, 宁交5号, 浩油11号, 门源小油菜, 青海大黄油菜)

（三）其他的DNA分子标记 常见的有AFLP和SSR分子标记等

3.微卫星标记 （1）简单序列重复（simple sequence repeat，缩写成SSR）或简单串联重复（simple tandem repeat，缩写成STR）序列 重复单元为1-6个核苷酸，由10-50个重复单元串联组成的DNA序列。由于其重复单元小，长度短，其GC含量偏离基因组平均值，因此这种重复序列又称为微卫星序列（microsatellite）。 微卫星序列在真核基因组中普遍存在，且密度很高。

Estimated number of SSR in the rice genome 1400 1200 1000 800 600 400 200 在水稻基因组中，最丰富的微卫星是(GA)n和(GT)n。 CATG/GTAC CTTT/GAAA ATC/TAG GATA/CTAT TGG/ACC CAG/GTC TCT/CTC CGG/GCC ATT/TAA TTG/AAC GT/CA GA/CT

反应程序（水稻SSR）： 94℃，5分钟 94℃, 1分钟; 55℃, 1分钟; 72℃, 1分钟（35个循环） 72℃, 5分钟

RM1068 TSA籼稻 CB粳稻 F2 Population TSA CB Marker 重复12次 重复20次 GCTGTACAGTGTCTTCGTTTC 重复12次 TGCCTATTGCCTACTCACTC GCTGTACAGTGTCTTCGTTTC 重复20次 CB粳稻 TGCCTATTGCCTACTCACTC TSA CB Marker F2 Population

分子标记 三、染色体的原位杂交（in situ hybnidization） 1. 定义 指用标记的核苷酸作为探针，与染色体制片进行杂交，通过适当的方法在显微镜下检测特异DNA（或基因）在染色体上位置。这种方法称为染色体的原位杂交。

分子标记

2. 步骤 a. 制备探针 b. 染色体制片 c. 染色体处理与变性 d. 染色体与探针杂交 e. 检测 分子标记

分子标记 3. 应用 a. 用于基因的物理定位 b. 检测转基因结果 c. 用于检测远缘杂交导入的片段 d. 用于检测染色体变异, 特别是相互易位

几种常用DNA分子标记的比较 名称 多态性名称 标记名称 特点 RFLP 限制性片段长度的多态性 RFLP标记（直接来自基因组，cDNA） 稳定、准确，但工作量大 RAPD 随机扩增多态性 RAPD标记(引物, 商品化 ) 假阳性高，简单 SSR (SSLP) 简单序列长度多态性 SSR标记(引物, 人工设计) 稳定、多态性高，工作量适中

几种分子标记特点的比较(续) 标记类型 带型 等位基因数 杂合度 稳定性 技术难度 费用 标记类型 带型 等位基因数 杂合度 稳定性 技术难度 费用 RFLP 共显性 中 (4.8) 0.63 高 难 高 RAPD 显性 少 (2.0) 0.36 低 易 低 AFLP 显性 少 (2.0) 0.34 稍低 难 高 SSLP 共显性 多 (6.8) 0.72 高 易 低 注：表中数字来自Pejic I., etal., TAG (1998) 97: 1248-1255.

分子标记 四、DNA分子标记的应用 1. 用于比较生物的遗传变异性，从而弄清亲缘及进化关系。 2. 构建遗传连锁图,进行分子标记辅助选择。 3. 构建遗传图谱,进行基因克隆。

第三节 基因组图谱的构建及应用 一、遗传图谱的构建 二、物理图谱的构建 三、基因组图谱的应用

序言 1990 人类基因组计划（美国） （human genome project,HGP） ——2000年完成草图的构建 1990       人类基因组计划（美国） （human genome project,HGP） ——2000年完成草图的构建 1991       水稻基因组计划（日本） （rice genome project,RGP） 2000       Monsanto 公布水稻全基因组工作草图 2002 籼稻、粳稻全基因组测序工作完成

一、遗传图谱的构建 （一）定义：是根据等位基因在减数分裂中的重组频率，来确定其在基因组中的顺序和相对距离。

（二）构建方法：根据任一遗传性状（如已知的多型性基因位点，功能未知的DNA标记，可鉴别的表型性状）的分离比例，将其定位在基因组中。

一、遗传图谱的构建 举例: 人类基因组遗传图谱的构建 家系分析法 5264个STR标记绘制而成

一、遗传图谱的构建 水稻RFLP遗传图谱: RGP（1998） 2275分子标记 水稻微卫星标记遗传图谱 美国康乃尔大学 500多个 美国康乃尔大学 500多个 其他植物：小麦.玉米.大豆……

一、遗传图谱的构建--构建的步骤 ——利用杂交分离群体 1、选择亲本：亲缘远近适中 2、产生构图群体 3、遗传标记的染色体定位    ——利用杂交分离群体 1、选择亲本：亲缘远近适中 2、产生构图群体 3、遗传标记的染色体定位 单体分析、三体分析，代换与附加系分析 4、标记间的连锁分析   5、专门的软件Making-map RFLP连锁图、RAPD图谱、AFLP图谱等。

二 物理图谱的构建 （一）构建的原因 1、遗传图谱的分辨率有限 高等生物 2、遗传图谱的精确性不高 二 物理图谱的构建 （一）构建的原因    1、遗传图谱的分辨率有限 高等生物 2、遗传图谱的精确性不高 重组热点（Recombinant hotspot）引起 该点邻近区段遗传图谱的准确性偏差。 遗传图谱与物理图谱的差异.

物理作图: ●基因组 许多较小的DNA片段 ●DNA片段连接起来 DNA片段重叠群

二 物理图谱的构建  （二）构建途径 （3种途径） 1、限制性酶图谱 2、荧光原位杂交 3、序列标签位点

第一步：作图文库 ●步骤 DNA片段分离、克隆和分析 ●文库类型 BAC（细菌人工染色体）：100~200kb YAC（酵母人工染色体）：200~700kb 着丝粒序列、复制、端粒、选择标记和克隆位点（图）

第二步：物理图的构建 重叠群、染色体步移（图）和指纹作图

第三步：物理图与遗传图的整合 ●以遗传图为基础构建物理图 ●基因组图的整合 ●遗传距离与物理距离的关系

三 基因组图谱的应用 （一）基因组序列测定。 （二）基因定位。精细定位 ，如抗病基因等 （三）基因组比较分析：了解物种种间的同源性

（四）分子标记辅助选择（Maker-assisted selection , MAS）。利用与基因紧密连锁的分子标记进行间接选择。 （五）基因的克隆与分离。染色体步行法 （Chromosome walking ）或称图位克隆法（map-based cloning ） 。

基因组测序 ●链终止法测序 ddNTP ●DNA自动测序 用不同颜色的荧光染料ddNTP

基因组的序列分析 ●授寻基因 ○可读(图)(open reading frame,ORF) ○同源查询

●基因功能预测 同源基因:直系基因——种间同源基因，不同物种间 平行基因——种内同源基因，同一种生物

第四节   后基因组学 一 、概念 二、生物信息学 三、DNA微列阵（DNA microarray） 四、蛋白质组学 五、酵母菌双杂交系统

第四节 后基因组学 一、概念 1 定义。基因测序后，进一步弄清各基因的功能，应用有用的基因。 2 后基因组学的研究方法。 第四节   后基因组学 一、概念 1 定义。基因测序后，进一步弄清各基因的功能，应用有用的基因。 2 后基因组学的研究方法。 DNA微列阵、蛋白质组学、酵母菌双杂交系统、生物信息学

一、生物信息学（Bioinformatics） 基本概念 是包含了生物信息的获取、处理、储存、分发、分析和解释的所有方面的一门学科，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具进行研究，目的在于了解大量数据的生物学意义[引自张春霆，1999《中国科学基金》（3）]。

以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析研究重点体观在基因组学和蛋白质组学，具体来说，是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中与表达有关的结构和功能的生物信息。

生物学信息学的内容（基本问题） ○ 序列的比对（Alignment） DNA序列的对比 BLAST和ASTA ○ 基因识别与DNA序列分析 编码区 GRAIL，GenParser和GeneID

○ 蛋白质结构预测 二级、三级结构的预测（第2套生物学密码） ○ 分子进化 DNA结构，蛋白质结构

生物信息学数据库 基本数据库 原始数据：DNA序列、氨基酸序列、蛋白质结构 二级数据库 分析提炼加后形成的

△ 一些重要的数据库 DNA数据库: GenBank（美国）、EMBL（欧 洲）、DDBJ（日本） 氨基酸序列: PIR、SWISS-PROT 蛋白质空间结构 PDB 大肠杆菌基因和蛋白质数据库 GenProEc

后基因组信息学 生物以整个生化网络 物种重建

三、DNA微列阵（DNA microarray） ○ DNA芯片的概念 DNA芯片 生物芯片 组织芯片 蛋白质芯片 生物芯片 组织芯片 蛋白质芯片

DNA芯片(DNA微集阵列,DNA微集芯片; Genechip, a high-density olgonucletide array， DNA microarray chips) 将大量DNA片段,通过一定的方式,显微集成于平方厘米大小的固体支持物表面(硅玻片),然后与标记的待检测样品进行分子杂交,使待测样品中的基因成分得到鉴定.(硅芯片、显微光蚀刻phototithography,计算机) ◎1996年底 Affymatrix→第一块DNA芯片

○ DNA芯片的制作 ◎原位合成法（早期） 表1 两种DNA芯片制备途径的比较 内 容 原位合成 显微打印 内 容 原位合成 显微打印 方式 光引导原位化学合成 显微打印（加样） 最高集成度 10-40万点阵/平方厘米 1-4万点阵/平方厘米 探针长度 短，小于50个碱基 较长，100-500个碱基 杂交过程 条件要求较高 低 其他 专利控制严格 较易于控制 需要制备大量探针 ◎显微打印（近期）（各种已知标记）

用正常材料组织提取的cDNA→DNA芯片 用突变体组织提取的cDNA进行原位杂交→显示突变基因 ◎SNPs（single nucleotide polymorphysms），单个核苷酸的多态性 ◎ 功能克隆基因 用正常材料组织提取的cDNA→DNA芯片 用突变体组织提取的cDNA进行原位杂交→显示突变基因

图 CDA芯片的合成和杂交 DNA克隆 试验 参加 激光1 激光2 反转录 荧光染料标记 PCR扩增纯化 自动点样 靶分子杂交到芯上 激发光 发射光 PCR扩增纯化 自动点样 计算机分析 靶分子杂交到芯上 图 CDA芯片的合成和杂交

四、蛋白质组学 （一）定义。是从蛋白质水平来研究基因组的基因表达，分析基因组的蛋白质类型、数量、空间结构变异以及相互作用的机制。 （二）研究方法据蛋白质的等电点和分子量分析蛋白质双向电泳技术（O’Farrel,1975） 蛋白质测序仪 多肽合成系统

第四节 后基因组学 四 酵母菌双杂交系统（two hybrid system） 第四节       后基因组学 四 酵母菌双杂交系统（two hybrid system） (一)概念 是利用在酵母菌的同一个细胞中共同表达不同蛋白质，以鉴定蛋白质之间互作的一种分析方法。 (二) 基本原理 、

基因组学作业： 1、什么叫遗传标记?遗传标记有哪几种？ 2、什么DNA分子标记？简述其类型和应用。 3、比较原核生物和真核生物基因组的结构特征。