武汉大学：《分子遗传学与现代遗传学》课程教学资源（高等遗传学，研究生）第1讲 基因组与基因组学的研究方法和技术

武汉大学wunan University基因组与基因组学的研究方法和技术2016-10-25

基因组与基因组学的研究方法和技术 2016－10－25

武汉大学wunan University主要内容一、遗传学定律与基因组的基本慨念二、遗传图的构建方法三、物理图的构建方法四、基因组与基因组学的研究方法和技术

主要内容 一、遗传学定律与基因组的基本慨念 二、遗传图的构建方法 三、物理图的构建方法 四、基因组与基因组学的研究方法和技术

武汉大学wunan University一、遗传学定律与基因组的基本概念1、遗传学三定律中期1（1）分离定律(principle of segregation)Mendel's First lawThe two后期Imembers of agenepair (alleles)segregate(separate)fromeachother in the formation ofgametes; half the gametes carryone allele,and the other half末期Icarry the other allele对孟德尔的分离定律可以这样理解：在第一次减数分裂时，由于同未期Ⅱ源染色体的分离，使位于同源染色体上的等位基因分离，从而导致性状的分离孟德尔分离定律的染色体基研（以一对同源染色体为例的模式图）

1、遗传学三定律 （1）分离定律 （ principle of segregation） Mendel’s First law The two members of a gene pair (alleles) segregate (separate) from each other in the formation of gametes; half the gametes carry one allele, and the other half carry the other allele. 对孟德尔的分离定律可以这样理 解：在第一次减数分裂时，由于同 源染色体的分离，使位于同源染色 体上的等位基因分离，从而导致性 状的分离。 一、遗传学定律与基因组的基本慨念 孟德尔分离定律的染色体基础 （以一对同源染色体为例的模式图）

武汉大学wunan University（2）自由组合定律／独立分配定律（law of independent中期assortment)IMendel's second law,theprincipleof independentassortmentstates that genes for differenttraitsassort independently of后Ioneanother in theproductionofgametes不同对的遗传因子在形成配子中自由组合X期由于决定不同性状的两对非等位基因分别位于两对非同源染色体上形成配子时同源染色体上的等位H0基因分离，非同源染色体上的非等孟德尔独立分配定律的染色体基础位基因以同等的机会在配子内自由（以两对非同源染色体为例的模式图）组合，从而实现性状的自由组合

（2）自由组合定律/ 独立分配 定律（law of independent assortment ） Mendel’s second law, the principle of independent assortment, states that genes for different traits assort independently of one another in the production of gametes. 不同对的遗传因子在形成配子中自 由组合 由于决定不同性状的两对非等位 基因分别位于两对非同源染色体上 ，形成配子时同源染色体上的等位 基因分离，非同源染色体上的非等 位基因以同等的机会在配子内自由 组合，从而实现性状的自由组合。 孟德尔独立分配定律的染色体基础 （以两对非同源染色体为例的模式图）

武汉大学wunan University(3) :基因的连锁和交换定律在进行减数分裂形成配子时，位于同一条染色体上的不同基因，常常连在一起进入配子：在减数分裂形成四分体时，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，因而产生了基因的重组。或者：在生殖细胞形成过程中，位于同一染色体上的基因是连锁在一起作为一个单位进行传递的；在生殖细胞形成时，一对同源染色体上的不同对等位基因之间可以发生交换。或者：是指位于同一染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新组合的频率，重组体或重组子（recombinant）的产生是由于在配子形成过程中同源染色体的非娣妹染色单体间发生了局部交换

（3）基因的连锁和交换定律 在进行减数分裂形成配子时，位于同一条染色体上的不同基因，常 常连在一起进入配子；在减数分裂形成四分体时，位于同源染色体上的 等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，因而产生了基 因的重组。 或者： 在生殖细胞形成过程中，位于同一染色体上的基因是连锁在一起， 作为一个单位进行传递的；在生殖细胞形成时，一对同源染色体上的不 同对等位基因之间可以发生交换。 或者： 是指位于同一染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新 组合的频率，重组体或重组子（recombinant）的产生是由于在配子形成 过程中同源染色体的非姊妹染色单体间发生了局部交换

减数分裂产物武溪BA(a)(b)W着丝粒Ab非姊妹染色单体3交叉NB2着丝粒ba图514交叉及其产物的模式图（）染色体交叉的模式图（b减数分裂的产物HomologouschromosomesDHEGenesG业IXIA,B,C:UnlinkedgenesD-E-F-G:Genesonthe samelinkagegroupH-I:GenesonthesameReunion:Breakage andlinkagegroupChromatidscrossing overexchange[A],[B],[C],[D-E-F-G],[H-I]:Five linkage groupscomplete

武汉大学wunan University2、基因组基因组（genome）（1922年出现在遗传学的文献中）：一个细胞或病毒所包含的全部基因通常在真核生物中指一个物种的单倍体染色体组所含有的一整套基因，所以，genome被译作染色体组，指的是单倍体细胞中所含的整套染色体，但现在基因组这个名词逐渐替代了染色体组。原核生物一般只有一个环状的DNA分子，其上所含有的基因为一个基因组。真核生物细胞中的细胞器如叶绿体、线粒体中的DNA一般也为环状，构成叶绿体基因组和线粒体基因组

2、基因组 基因组(genome) (1922年出现在遗传学的文献中)： 一个细胞或病毒所包含的全部基因 通常在真核生物中指一个物种的单倍体染色体组所含有的一整套 基因,所以，genome被译作染色体组，指的是单倍体细胞中所含的整 套染色体，但现在基因组这个名词逐渐替代了染色体组。 原核生物一般只有一个环状的DNA分子，其上所含有的基因为一 个基因组。 真核生物细胞中的细胞器如叶绿体、线粒体中的DNA一般也为环 状，构成叶绿体基因组和线粒体基因组

武汉大学wunan University现代基因组的概念：Genome--The complete setof seguences in thegeneticmaterial of an organism.It includes the sequence of eachchromosome plus any DNA in organelles.( genesIX/X/Lewin'sGenes XI)基因组DNA测序的结果表明基因组中不仅包含着整套基因的编码序列，同时还包含着大量非编码序列，即基因之间的序列。这些序列同样包含着遗传指令（geneticinstruction）。因此基因组（应该）是整套染色体所包含的DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令

现代基因组的慨念： Genome - The complete set of sequences in the genetic material of an organism. It includes the sequence of each chromosome plus any DNA in organelles.( genes Ⅸ/X/Lewin’s Genes XI) • 基因组DNA测序的结果表明基因组中不仅包含着整套基因的 编码序列，同时还包含着大量非编码序列，即基因之间的序 列。这些序列同样包含着遗传指令(genetic instruction)。因此 ，基因组（应该）是整套染色体所包含的DNA分子以及DNA 分子所携带的全部遗传指令

武汉大学wunan University3、基因组学genomics)研究基因组的组成、结构和功能的学科结构基因组学（structuralgenomics）是着重研究基因组的结构并构建高分辨的遗传图、物理图、序列图和转录图以及研究蛋白质组成与结构的学科：功能基因组学（functionalgenomics）主要是利用结构基因组学研究所得到的各种信息在基因组水平上研究编码序列及非编码序列生物学功能的学科

3、基因组学（genomics）： 研究基因组的组成、结构和功能的学科. 结构基因组学（structural genomics）： 是着重研究基因组的结构并构建高分辨的遗传图、物理 图、序列图和转录图以及研究蛋白质组成与结构的学科； 功能基因组学（functional genomics） ： 主要是利用结构基因组学研究所得到的各种信息在基因 组水平上研究编码序列及非编码序列生物学功能的学科

武汉大学二、遗传图的构建wunan University1、遗传图：Amapofthepositionoflociorothergenticmarkersonachromosomeobtainedbymeasuringrecombinationfrequenciesbetweenmarkers又称连锁图（linkagemap），是指确定基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。它是通过连锁分析，计算遗传标记（或基因）间的交换频率，将某一染色体上的基因呈直线排列，确定基因之间的相对位置，一般用厘摩（cM）表示。2、经典的遗传学图谱主要用来确定生物体的基因在染色体上的排列，只能标明基因之间的相对位置，无法指明基因在染色体上的具体位置，因此无法按图直接克隆分离基因。在现代基因组计划中利用价值不大。3、现代遗传学图谱：其概念是DavidBotstein等于1980年提出来的，当时由于DNA限制性内切酶和连接酶的应用，RFLP成为一种斩新的DNA多态性标记。他们提出来利用RFLP作为标记去构建多态性基因与这些标记连锁关系，进而确定多态性基因的位置。其精髓在于将单纯的表型研究深入到DNA分子的本质上去

二、遗传图的构建 1、遗传图：A map of the position of loci or other gentic markers on a chromosome obtained by measuring recombination frequencies between markers 又称连锁图（linkage map），是指确定基因或DNA标记在染色体上的相对 位置与遗传距离。它是通过连锁分析，计算遗传标记（或基因）间的交换频率 ，将某一染色体上的基因呈直线排列，确定基因之间的相对位置，一般用厘摩 （cM）表示。 2、经典的遗传学图谱: 主要用来确定生物体的基因在染色体上的排列，只能标明基因之间的相对 位置，无法指明基因在染色体上的具体位置，因此无法按图直接克隆分离基因 。在现代基因组计划中利用价值不大。 3、现代遗传学图谱： 其概念是David Botstein等 于1980年提出来的，当时由于DNA限制性内切酶 和连接酶的应用，RFLP成为一种崭新的DNA多态性标记。他们提出来利用 RFLP作为标记去构建多态性基因与这些标记连锁关系，进而确定多态性基因的 位置。其精髓在于将单纯的表型研究深入到DNA分子的本质上去