基因组序列的功能解析.ppt
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1、第一第一节 在基因在基因组中中识别基因基因一、一、一、一、识别识别候候候候选选基因基因基因基因1.1.生物信息分析基因的序列特征生物信息分析基因的序列特征生物信息分析基因的序列特征生物信息分析基因的序列特征双双双双链链DNADNA有有有有6 6个个个个 ORFsORFs阅读阅读方式方式方式方式(1 1)开放开放开放开放阅读阅读框架框架框架框架 (ORF(ORF,o openpen r readingeading f framerame)从起始密从起始密从起始密从起始密码码至至至至终终止密止密止密止密码码1-(2 2)ORFORF的平均的平均的平均的平均长长度度度度大大大大肠肠杆菌:杆菌:杆菌:
2、杆菌:317 317 个密个密个密个密码码,酵母菌:酵母菌:酵母菌:酵母菌:483483个密个密个密个密码码,人:人:人:人:约约 450450个密个密个密个密码码.在原核生物中直接在原核生物中直接在原核生物中直接在原核生物中直接寻寻找找找找ORFORF有效。有效。有效。有效。在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接寻寻找找找找ORFORF。2-在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接在真核生物中不能直接寻寻找找找找ORFORF的原因:的原因:的原因:的原因:62%62%的人的人的人的人类类基因被基因被基因被基因被间间隔开隔开隔开隔开
3、 有内含子,有内含子,有内含子,有内含子,断裂基因断裂基因断裂基因断裂基因 许许多外多外多外多外显显子短于子短于子短于子短于100 100 个密个密个密个密码码,甚至有些少,甚至有些少,甚至有些少,甚至有些少于于于于5050个密个密个密个密码码 3-(3 3)对对 ORFORF扫扫描描描描软软件的修正件的修正件的修正件的修正1 1)密)密)密)密码码偏偏偏偏爱爱在某种生物中并不是所有密在某种生物中并不是所有密在某种生物中并不是所有密在某种生物中并不是所有密码码都被均等使用。都被均等使用。都被均等使用。都被均等使用。2 2)外)外)外)外显显子子子子-内含子内含子内含子内含子边边界界界界 3 3
4、)上游)上游)上游)上游调调控序列控序列控序列控序列:CpG CpG 岛岛:4050%:4050%的人的人的人的人类类基因和脊椎基因和脊椎基因和脊椎基因和脊椎动动物基因物基因物基因物基因中,中,中,中,55上游的上游的上游的上游的GCGC含量高含量高含量高含量高 4-4 4)寻寻找同源序列找同源序列找同源序列找同源序列 到其他模式生物中到其他模式生物中到其他模式生物中到其他模式生物中寻寻找同源序列。找同源序列。找同源序列。找同源序列。如果模式生物的同源序列已如果模式生物的同源序列已如果模式生物的同源序列已如果模式生物的同源序列已经经被被被被鉴鉴定定定定为为某个功某个功某个功某个功能基因的能基因
5、的能基因的能基因的话话.主要用途是主要用途是主要用途是主要用途是对对新序列新序列新序列新序列进进行功能分析行功能分析行功能分析行功能分析.5-2.2.通通通通过实验过实验技技技技术识别术识别基因基因基因基因 检测检测是否是否是否是否转录转录RNARNA分子分子分子分子 .起始密起始密起始密起始密码码上游的数上游的数上游的数上游的数1010个碱基,个碱基,个碱基,个碱基,终终止密止密止密止密码码下游的上百个碱基下游的上百个碱基下游的上百个碱基下游的上百个碱基.包括:包括:包括:包括:6-(1 1)核酸)核酸)核酸)核酸杂杂交交交交实验实验 1 1)Northern blottingNorther
6、n blotting选择选择性剪接或者多基因性剪接或者多基因性剪接或者多基因性剪接或者多基因家族都能家族都能家族都能家族都能产产生多个生多个生多个生多个RNARNA转录转录物物物物mRNA mRNA 一般都是从一个一般都是从一个一般都是从一个一般都是从一个组织组织或器官中得到的或器官中得到的或器官中得到的或器官中得到的7-2 2)zoo-blot(garden blotzoo-blot(garden blot)用用用用Southern blot Southern blot 把一个物种的把一个物种的把一个物种的把一个物种的DNADNA片断与相关片断与相关片断与相关片断与相关的其他物种的的其他物种
7、的的其他物种的的其他物种的编码编码基因基因基因基因DNADNA杂杂交交交交Probe Probe samplesample8-(2 2)cDNA cDNA 测测序序序序(3 3)PCRPCR技技技技术术从从从从cDNAcDNA文文文文库库(cDNA librarycDNA library)中)中)中)中筛选筛选。1 1)RT-PCR(RT-PCR(r reverse everse t transcriptase PCR)ranscriptase PCR)2 2)RACE(RACE(r rapid apid a amplification of mplification of c cDNA DN
8、A e ends nds)9-RACERACE10-(3 3)寻寻找外找外找外找外显显子子子子-内含子内含子内含子内含子边边界界界界.1 1)mRNA-DNAmRNA-DNA杂杂交交交交2 2)外)外)外)外显显子捕子捕子捕子捕获获需要特殊的需要特殊的需要特殊的需要特殊的载载体体体体11-二、确定某个基因的功能二、确定某个基因的功能二、确定某个基因的功能二、确定某个基因的功能1.1.生物信息学分析生物信息学分析生物信息学分析生物信息学分析预测预测基因功能基因功能基因功能基因功能通通通通过过生物信息学分析和生物信息学分析和生物信息学分析和生物信息学分析和实验实验研究研究研究研究 .同源性同源性同
9、源性同源性查询查询:原理:原理:原理:原理:功能相似的基因具有相似的序列功能相似的基因具有相似的序列功能相似的基因具有相似的序列功能相似的基因具有相似的序列(1 1)序列同源性反映了共同祖先的)序列同源性反映了共同祖先的)序列同源性反映了共同祖先的)序列同源性反映了共同祖先的进进化关系化关系化关系化关系直系同源体直系同源体直系同源体直系同源体 (OrthologousOrthologous):来自不同的物种的同源基因来自不同的物种的同源基因来自不同的物种的同源基因来自不同的物种的同源基因 旁系同源体(旁系同源体(旁系同源体(旁系同源体(ParaloguosParaloguos):来自同一个生物
10、的同源基因来自同一个生物的同源基因来自同一个生物的同源基因来自同一个生物的同源基因 12-(2 2)同源性分析揭示基因或片断的功能同源性分析揭示基因或片断的功能同源性分析揭示基因或片断的功能同源性分析揭示基因或片断的功能可以分析可以分析可以分析可以分析DNADNA序列,但一般需要把序列,但一般需要把序列,但一般需要把序列,但一般需要把DNADNA转转化成化成化成化成氨基酸序列氨基酸序列氨基酸序列氨基酸序列进进行分析。行分析。行分析。行分析。核酸序列核酸序列核酸序列核酸序列 76%76%相同相同相同相同 (偶然事件偶然事件偶然事件偶然事件 )氨基酸序列只有氨基酸序列只有氨基酸序列只有氨基酸序列只
11、有 28%28%相同!相同!相同!相同!1 1)完整序列比)完整序列比)完整序列比)完整序列比对对13-2 2)部分序列分析)部分序列分析)部分序列分析)部分序列分析寻找共同找共同拥有的有的结构域构域(domain).如如如如 tudor domaintudor domain 结结构域是序列功能的核心。构域是序列功能的核心。构域是序列功能的核心。构域是序列功能的核心。14-(3 3)同源性分析在酵母基因)同源性分析在酵母基因)同源性分析在酵母基因)同源性分析在酵母基因组计组计划中的划中的划中的划中的应应用用用用 30%30%是通是通是通是通过过同源性同源性同源性同源性分析分析分析分析预测预测的
12、的的的 酵母基因酵母基因酵母基因酵母基因组组含有含有含有含有约约 6000 6000 个基因个基因个基因个基因,其中其中其中其中30%30%是是是是通通通通过过常常常常规规的的的的遗传实验遗传实验确定的确定的确定的确定的.15-2.2.用用用用实验实验确定基因功能确定基因功能确定基因功能确定基因功能(1 1)通通通通过过基因失活分析基因功能基因失活分析基因功能基因失活分析基因功能基因失活分析基因功能将基因突将基因突将基因突将基因突变变,观观察由此引起的表型察由此引起的表型察由此引起的表型察由此引起的表型变变化。化。化。化。1 1)同源重)同源重)同源重)同源重组组失活失活失活失活“Loss o
13、f function”“Loss of function”16-酵母的酵母的酵母的酵母的删删除盒除盒除盒除盒用抗生素抗性基因用抗生素抗性基因用抗生素抗性基因用抗生素抗性基因替替替替换换酵母的某一酵母的某一酵母的某一酵母的某一处处基因基因基因基因组组序列序列序列序列17-基因敲除(基因敲除(基因敲除(基因敲除(knock outknock out)小鼠)小鼠)小鼠)小鼠胚胎干胚胎干胚胎干胚胎干细细胞(胞(胞(胞(ES cellsES cells)注射到小鼠胚胎注射到小鼠胚胎注射到小鼠胚胎注射到小鼠胚胎 嵌合体嵌合体嵌合体嵌合体互相交配互相交配互相交配互相交配 纯纯合体敲除小鼠合体敲除小鼠合体敲除
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