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基因组学-比较基因组学的思维导图,内容有:比较基因组学的概念和研究内容、比较基因组学的研究方法和常用工具、从各基因组的比较中学到的知识、单核细胞基因组,一起来看看。
编辑于2023-04-02 20:04:26生物化学——核苷酸代谢的思维导图,知识点如下: 一、知道嘌呤在人体内的分解代谢产物(尿酸)以及嘌呤代谢异常引起的疾病(痛风) 二、能简要说明核苷酸从头合成过程的主要特点 三、能分析核苷酸代谢与糖、脂、蛋白质(氨基酸)代谢的联系
生物化学——氨基酸合成代谢的思维导图,知识点如下: 一、能说明氨的同化及N掺入氨基酸的方式 二、能描述Glu、Asp、Ala的生物合成途径 三、能说明糖、脂、蛋白质的代谢联系
生物化学——氨基酸分解的思维导图,知识点如下: 一、能说明氨基酸的脱氨基作用 二、能描述尿素循环,包括尿素中C/N的来源、尿素循环与TCA循环的联系、生理意义等内容 三、能说明生糖、生酮氨基酸的概念 四、能说明一碳单位的常见载体 五、名词解释
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生物化学——核苷酸代谢的思维导图,知识点如下: 一、知道嘌呤在人体内的分解代谢产物(尿酸)以及嘌呤代谢异常引起的疾病(痛风) 二、能简要说明核苷酸从头合成过程的主要特点 三、能分析核苷酸代谢与糖、脂、蛋白质(氨基酸)代谢的联系
生物化学——氨基酸合成代谢的思维导图,知识点如下: 一、能说明氨的同化及N掺入氨基酸的方式 二、能描述Glu、Asp、Ala的生物合成途径 三、能说明糖、脂、蛋白质的代谢联系
生物化学——氨基酸分解的思维导图,知识点如下: 一、能说明氨基酸的脱氨基作用 二、能描述尿素循环,包括尿素中C/N的来源、尿素循环与TCA循环的联系、生理意义等内容 三、能说明生糖、生酮氨基酸的概念 四、能说明一碳单位的常见载体 五、名词解释
基因组学-比较基因组学
比较基因组学的概念和研究内容
概念
对不同物种的基因组特征进行比较的学科
原理
两个物种的共同特征是由进化保守的DNA或基因序列决定的
研究内容
在基因组测序图谱和序列分析的基础上,对已知基因和基因结构进行比较,研究基因的功能,表达调控和物种进化过程
比较基因组学的研究方法和常用工具
研究方法
序列比对
两个或多个DNA、mRNA序列、氨基酸序列进行比对,发现相似性和同源性
直系同源基因鉴定
同源基因homology:遗传上来自共同祖先的基因
直系同源基因ortholog:不同物种,进化中源自共同祖先
旁系同源基因paralog:位于同一个基因组中有基因复制产生
基因组变异分析
基因组结构变异:缺失、插入、重复、倒位、易位、重排、DNa拷贝数变异
基因组位点变异:SNP、单个位点InDel(插入或缺失)
数据可视化
直观地查看和展示序列比对结构
常用工具
序列比对
BLAST、BLAT、MUSCLE
直系同源基因鉴定
OrthoMCL、eggNOG
基因共线性分析
MCScanX、SyMAP
比较基因组数据可视化
Evolview、Circos、Mauve
从各基因组的比较中学到的知识
物种复杂性与基因组大小、基因数关系
基因组大小和组织
生物体的复杂性与每个细胞的DNA数量和基因数量之间存在一般相关性
原核生物每个细胞的DNA数量和基因数量比真核细胞少
酵母的每个细胞的DNA数量和基因数量都比哺乳动物少。但是阿米巴变形虫的基因组比人类基因组大200倍。最大的已知基因组大小的物种——阿米巴变形虫
在包括脊椎动物在内的相关生物群体中,生物体的复杂性,甚至基因组的大小和基因的数量之间没有简单的相关性
什么使得人类独一无二
人类基因组的特征
基因数量约有30000个
男性的突变率比女性的高2倍
223个人类基因仅在脊椎动物中发现,在细菌中似乎是同源基因。这些基因被认为是通过基因"水平转移"进入人类基因组的
基因的GC含量高于基因间的DNA
有5个重复序列:转座子、假基因、简单重复序列、片段重复序列、端粒、着丝粒和核糖体基因附近区域
使人类独一无二的原因
1%的人类基因在其他物种中没有被发现
我们与其他所有生物体共享20%的基因,包括细菌
剪接或可变剪接的变化可能会使每个基因产生多种蛋白质,从而造成生物体的复杂性
基因组大小和数量本身并不代表人类,人类有较少的编码序列和较低的基因密度
更多的非编码序列可能有更多的调控序列,并编码更多的非编码RNA,如microRNA、lncRNA等
比较基因组学研究常用工具:BLAST
用于比较一个蛋白质或DNA序列与数据库中的其他序列,揭示在同一生物体和其他生物体中存在哪些相关序列
应用包括
识别直系亲属和旁系亲属
发现新的基因或蛋白质
发现基因或蛋白质的变体
调查表达序列标签
探讨蛋白质的结构和功能
BLAST的项目
BLASTP:protein→protein
BLASTN:DNA→DNA
BLASTX:DNA→protein
TBLASTN:protein→DNA
TBLASTX:DNA→DNA
基于DNA序列的物种分类16s RNA
种群可以通过DNA序列来表征
DNA条形码: 对于高等动物,细胞色素c氧化酶亚基I线粒体区(COI,细胞色素c氧化酶亚基I,648bp)的序列可用于物种鉴定
原核生物物种可以根据16S核糖体RNA(rRNA)和其他序列的变化来分类。
16S rRNA序列不同超过2.5%-3%的细菌被认为是不同的物种。
在16S rRNAs的基础上,C.Woese将生物最基本地分为三个领域:细菌(细菌)、古菌(古菌)和真核生物
单核细胞基因组
7个单核细胞基因组特征
粉刺丙酸杆菌
革兰氏阳性菌;造成粉刺;刺激炎症的免疫反应;白细胞与血清一起进入;毛囊开口被封闭;死亡的细胞积累形成脓液
8.7倍覆盖率(倍覆盖率=测序的碱基总数➗基因组的大小)
复制起点和终点的识别(考点)
位于GC极度倾斜(GC偏移)的区域,即Gs和Cs在DNA两条链上的不均匀分布
复制起点往往具有最低的GC偏移,而终点具有更高的GC偏移。如大肠杆菌中,前导链有更多的Gs,而滞后链有更多的Cs
DnaA基因位于复制起点附近
外源基因的鉴定
外源基因=起源于其他物种的基因
外源基因不是同源基因,但基因组通过一种未知的机制出现在基因组中,称为“水平转移”(基因在生物体之间以一种不同于传统繁殖的方式转移)
通过滑动窗口扫描DNA来识别GC含量异常或密码子使用异常的片段
许多外源基因提供代谢能力或免疫性刺激并且靠近tRNA基因
多形拟杆菌
特征
是人类肠道中数量最大的细菌之一,它能够分解人体本身无法消化的多糖如纤维素等,在向宿主提供营养的同时也为自己和肠道中的其他细菌获得食物
当宿主的食谱变化时,多形拟杆菌能迅速调节自己的基因组,更好地消化新食物,这样维持了整个肠道菌群的健康
在糖的吸收和消化、细胞壁的合成、环境感应和信号传递以及移动DNA元件(转座子)方面有大量同源基因
编码能力=基因密度=89%(即11%非编码)
基因大小:1170bp,是所有细菌序列中最大的
支原体
特征
支原体,介于细菌和病毒之间的一种微生物
没有细胞壁的原核生物
目前发现的最小的最简单的原核生物。支原体细胞中唯一可见的细胞器是核糖体(支原体是原核细胞,原核细胞的细胞器只有核糖体)。
M.genitalium=生殖器支原体,会引起泌尿生殖道感染
580kb,自复制物种中第二小的细菌基因组,古菌域为490kb
只有470个ORFs,96个新基因
优先失去涉及氨基酸、辅助因子、细胞包膜和调节因子的合成的基因 保留了能量代谢、核苷酸生产、复制、转录和蛋白质运输的基因
支原体的代谢潜力受到严重限制,依赖人类宿主获得氨基酸,只限于葡萄糖代谢获得能量和碳源
可能的最小基因数量是多少
M. genitalium支原体的微小基因组的发现促使一些人确定原核生物所需的最少基因
人类试图利用合成生物学构建一个具有尽可能少的基因的生物体,即最小基因组研究
要从头合成一个具有尽可能少的基因的功能基因组
最小基因组中基因数接近200个
巨型病毒
并不是所有病毒基因组都比细菌基因组要小
特征
基因组大小为1181kb
大多数病毒依靠宿主提供复制、转录和翻译机器 但是,巨型病毒有许多翻译、翻译后修饰和氨基酸运输和代谢的基因
一个基因编码一个自我剪接的RNA内含子、唯一一个可以编码拓扑异构酶的病毒
病毒不能合成自己的蛋白质,但Mimivirus有翻译的能力
仍然缺乏一些定义生命的能力,不能利用底物产生能量
蓝藻
基因组是否反应生物体的生态位
浮游植物(Phytoplankton): 微小的光合浮游生物,能消耗的二氧化碳比世界上所有的雨林还要多
蓝藻:是生产力最高的浮游植物;
盐浓度和温度可将海水分为不同的区域,其营养物质、光照和生命形式的数量各不相同
Pcb基因:编码叶绿素结合、光收集天线复合物蛋白
蓝藻的生态型占据了不同的海洋层(生态型) ① MED4(原绿球菌):最小基因组,1个Pcb基因 ② MIT9313(原绿球菌):低光照度 ,2个Pcb基因 ③ SS120(原绿球菌):更低光照度,8个Pcb基因 ④ WH8102(新绿球菌):比MED4面积更大,但也喜欢近海的强光
因此、 较深的生态型有较少的光照进行光合作用,所以进化出更多的基因
酵母
第一个被测序的大型多染色体基因组,有16条染色体
大量的基因被发现有重复的拷贝(paralogs),因此,酵母基因组是大规模复制的产物
各种名词解释