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生命体存在的 3 个要素 2
遗传信息是生命最根本的信息 3
基因组的概念 基因组 : 单倍体染色体保护的全部遗传信息 4
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性状与性状的遗传 性状遗传的分子基础 : 基因 性状组和基因组 基因组学研究的主要思路 6
什么是遗传学? 遗传学 : 解释性状遗传的规律和机制的科学 性状 : 群体中的个体在某个性质上有别于其他个体的特征 遗传性状 : 可以从上一代遗传给下一代的性状 性质 : 群体 ( 物种 ) 所具有的特征 ; 性状的集合 7
性状 性质 遗传性状 95/160 130 75 110 8
解释性状的遗传规律和机制具有重大意义 遗传 发育和进化是生命体的基本性质 ; 疾病是生命体的特殊性状 9
解释性状的遗传规律和机制具有重大意义 对于群体来说 : 群体性质来自何方? 如何 形成? 对于个体来说 : 个体性状 ( 如疾病 ) 为何 与群体中的其他个体不同? 10
性状遗传的基本规律 分离律 : 生殖细胞形成过程中, 同源染色体分离, 分别进入不同的生殖细胞, 使每个生殖细胞只有亲代成对的同源染色体中的一条 位于同源染色体上的等位基因也随之分离 ( 性状的分离 ) 自由组合律 : 生殖细胞形成过程中, 非同源染色体在进入子代细胞时互相独立, 随机组合成新的单倍体型 连锁和交换律 : 同一条染色体上的基因彼此连锁 (linkage ), 构成一个连锁群 (linkage group), 细胞分裂时共同进入子代细胞 ; 减数分裂时, 同源染色体之间可以进行遗传物质交换 (crossing over), 使连锁群发生重新组合 11
复杂性状的遗传 复杂性状的形成涉及多个因素 多个基因之间的相互作用 基因与环境之间的相互作用 生物统计学 (biometry) 是探索复杂性状遗传规律的基本工具 生物统计学 : 探讨如何从不完整的信息中获取科学可靠的结论从而进一步进行生物学实验研究的设计, 取样, 分析, 资料整理与推论 12
群体 ( 种群,population): 在一定空间范围内同时生活着的同种生物个体的集群 群体之间有性状差异 : 生理参数 疾病易感性 药物反应性 群体之间存在基因差异 : 基因库 (gene pool), 一个群体在特定位点所具有的全部等位基因 13
群体遗传学 : 定量研究群体中的基因行为的科学 基因频率 基因型频率的维持和变化 遗传病的发生概率 基因频率 遗传方式和变化规律 14
遗传信息的化学本质 :DNA 中的碱基排列顺序 15
贮存功能 : 贮存遗传信息并随着细胞活 动传递给子代 表达功能 : 表达所贮存的遗传信息 变异功能 : 改变遗传信息以适应环境, 并提供进化机会 16
DNA 发挥遗传学功能需要二级结构 (1) 两股 DNA 链围绕一共同轴心形成右手双螺旋结构, 螺距 3.4nm, 直径 2.0nm 两股链反向平行 : 一股是 5 3, 另一股是 3 5 (2) 双螺旋骨架由交替出现的 亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成, 位于双螺旋的外侧 (3) 碱基位于双螺旋的内侧, 两股链中的嘌呤和嘧啶碱基以其疏水的 近于平面的环形结构彼此密切接近, 平面与双螺旋的长轴相垂直 一股链中的嘌呤碱基与另一股链中位于同一平面的嘧啶碱基之间以氢链相连, 形成碱基配对 : A=T(2 个氢键 );G=C (3 个氢键 ) 碱基对层间距离为 0.34nm (4) 两链间在空间上形成一条大沟和一条小沟, 用于结合蛋白等分子 17
高级结构参与 DNA 发挥遗传学功能 高级结构 : 二级结构以上层次的 DNA 结构 DNA 的高级结构及其在基因的复制传递 基因表达和基因稳定性中的作用是目前的研究热点 形成染色体, 有丝分裂时进入子代细胞 形成染色体, 减数分裂时进行同源染色体之间的遗传物质交换 参与基因表达调控 18
染色体结构调控基因表达 19
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-ome: 两种含义的后缀 接近于 -oma: 在医学中, 组成有 swelling, tumour 含义的名词, 如中胚层发育中的 sclerome( 皮节 ) 在植物学和动物学中, 组成有 a part of an animal or plant with a specified structure 含义的名词, 如 rhizome( 根状茎 ) 表示 wholeness or completion, 整体, 完整 在细胞和分子生物学中, 组成有 all constituents considered collectively 含义的名词, 如 genome 21
Genomics: study of the genomes of organisms structural genomics, RNA 22
functional genomics, Cognitive genomics: examines the changes in cognitive processes associated with genetic profiles / 23
comparative genomics: Metagenomics: study of metagenomes, i.e., genetic material recovered directly from environmental samples Personal genomics: sequencing and analysis of the genome of an individual, to determine likelihood of trait expression and disease risk 24
1 基因组学的重要性 bb BB,Bb 25
基因组学的重要性 ( + ) 26
2 基因组学的重要性 (1) (2) 27
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genomic engineering RNA - 29
高通量技术是基因组研究条件,, 30
生物信息学是基本分析手段 31
生物信息学 (bioinformatics) DNA 32
生物信息学的研究内容 DNA RNA ORF EST cdna EST EST EST cdna PCR 33
第一代测序技术 : 链终止法测序 dntp/ddntp DNA 34
第二代测序技术 : 边合成边测序 DNA DNA DNA 1 DNA DNA 96 1 DNA / dntp 35
第二代测序技术 : 边合成边测序 DNA DNA DNA Bst DNA cluster DNA DNA dntp 36
第三代测序技术 : 单分子测序 PCR DNA DNA (Helicos) SMS DNA (Pacific Bioscience) DNA DNA DNA SMRT DNA DNA DNA 37
第三代测序技术 : 单分子测序 PCR (nanopore sequencing) DNA DNA ATCG 38
单分子测序技术优点 1. DNA 10 2. DNA 2 3. 99.9999% 4. RNA DNA RNA DNA RNA 5. DNA DNA A T C G C C DNA C 39
高通量分子杂交 : 基因芯片 40
基因在染色体上的定位 : (1) 连锁分析 ( ) + 1cM 1% DNA 41
基因在染色体上的定位 : (2) 关联分析 + genome-wide association study DNA GWAS 42
转基因小鼠的构建 43
同源重组介导的基因组修饰 44
定点切割介导的基因组改造 45
定点切割 1: 锌指核酸酶 锌指核酸酶 (zinc finger nuclease, ZFN) 是一种人工改造的核酸内切酶, 由一个 DNA 识别域和一个非特异性核酸内切酶构成 DNA 识别域在 DNA 特定位点结合, 而非特异性核酸内切酶赋剪切功能, 两者结合可在 DNA 特定位点定点切割
定点切割 2: Talen 核酸酶 Talen: 转录激活因子样效应物核酸酶 Tale:Tal effector, 即激活因子样效应物, 植物病原菌 Xanthomonas 产生的分泌蛋白, 能够识别特异性 DNA 序列 对 TAL 效应子附加一个核酸酶就生成了 TALENs TALEN: 可在特异位点结合并切割 DNA 链, 以导入新的遗传物质 47
Talen 介导的基因组编辑原理 48
定点切割 3: Crispr-CAS9 49
基于基因组学的生命科学研究 正向遗传学研究 : 通过性状遗传特征的分析, 发现控制性状的基因, 确定基因 - 性状关系 反向遗传学研究 : 通过基因功能研究, 确定基因 - 性状关系 基因组水平的精确突变 : 单位点 / 多位点 ; 单个氨基酸 ;LOF/GOF 基因组水平的表达分析 : 表达谱分析 全基因组表达谱对比 : 细胞类型判断 ; 信号分子 / 途径效应分析 环境基因组学研究 : 肠道菌群整体变化 基因组水平的表达调控分析 :3C 4C 技术 基因组复制 传递机制研究 基因组水平的突变和修复机制分析 50
临床基因组学 基于基因组的预防 依据个体基因型采取的有针对性的预防 基于基因组的诊断 感染性疾病 基因突变疾病 表观遗传疾病 组织退变 自身免疫 代谢性疾病 组织损伤 基于基因组的治疗 个体化用药 精准医疗 基于基因组的药物研发 药物基因组学 51
教学内容 1 52
医学遗传学与发育生物学专业网站 方式一 : 直接输入网址 ( 网络教学 - 研究生教育 ) 方式二 : 学校主页进入 http://genetics.fmmu.edu.cn 53