2.韓斌老師基因組學本文檔由孫雯整理,希望各位同學都能取得好成績!基因組學Genomics韓斌基因組(Genome：Gene+chromosome)細胞或生物體中一套完整的單倍體遺傳物,質基因組學(Genomics)最早ThomasRoderick在1986年提出,包括基因組作圖、測序和分析。可分為結構基因組學和功能基因組學。、結構基因組學基因組、基因、轉錄組、蛋白質組抗病基因 處性雌點遺傳圖 RFLP STSSNPSSR行版 I III序列及序列組裝基因組序列基因結構轉錄譜蛋白質組基因表達芯片聯分析,罔hi?七??dJ鑒定軸、強分化相關基因ズ、?序列及序列組裝基因組序列基因結構轉錄譜蛋白質組基因表達芯片聯分析,罔hi?七??dJ鑒定軸、強分化相關基因ズ、?二?1RNA-seqGATCGTCAGATCAGCATCAGCATCAGCGACTCAGCATCATATCATCAGCACGATCACGACGACTACTACGACTACAG(基因預測さ!遺傳圖譜基于重組自交系丨軸、糧稻?組群體質位質位用性量定作白子互蛋分細功組相■-M表達序列標簽や遺傳圖譜基于自然群體□遺傳圖譜基于自然群體聚類組裝二匸コ單個基因ノ.遺傳圖(GeneticMappingGenomes):Basedonthecalculationofrecombinationfrequencybylinkageanalysis.通過親本的雜交,分析后代的基因間重組率,并用重組率來表示兩個基因之間距離的線形連鎖圖譜每條染色體組成一個連鎖群,所有染色體的連鎖群組成的圖譜即構成基因組遺傳圖。重組率代表基因位點之間的相對距離。在遺傳作圖中,人們把ー個作圖單位定義為!厘摩(cM),IcM等于1%的重組率。提高遺傳作圖的分辨率:選用不同的雜交群體:增加雜交群體的數目;增加分子標記的數目:擴大分子標記的來源分子標記:繪制基因組遺傳圖需要的坐標點。

分子標記的主要來源是染色體上存在的大量等位基因。在DNA水平上,兩個基因間ー個堿基的差異就足以形成等位基因。.物理圖_(physicalmap):指DNA序列上兩點的實際距離,它是以DNA的限制酶片段或克隆的大片段的基因組DNA分子為基本單位,以連續的重疊群為基本框架,通過遺傳標記將重疊群或基因組DNA分子有序排列于染色體上。物理圖的繪制:BasedonmolecularhybridizationanalysisandPCRtechniques雜交法;指紋法;熒光原位雜交技術。.基因組序列測定:Sequencingmethods:thechainterminationprocedure;Map-basedclonebyclonestrategy;Wholegenomeshotgun(WGS)strategy;Sequenceassembly;傳統基因組測序的方法:克隆步移法(BAC-by-BACStrategy)和全基因組鳥搶法(WholeGenomeShotgunStrategy)〇基因組測序戰略:基于物理圖的克隆連克隆法、隨機挑選BAC克隆測序、逐步步移法(LeeHood)、全基因組鳥槍法(CraigVenter)DNA測序技術更新DNA測序能夠真實反映生物體基因組DNA上的遺傳信息,因此在生命科學結構基因組學和功能基因組學研究中具有舉足輕重的地位。第一代測げ技術Sanger測序1975年~準確率高第一代測げ技術Sanger測序1975年~準確率高讀取長(lOOObp)成本髙人類基因組計劃13年?30億美元?L/師ナ及冰

高通量測序(NGS)2005年1人類基因組計劃13年?30億美元?L/師ナ及冰

高通量測序(NGS)2005年1一454刑字SOUD測序J$olexa測序 優點成イ:低速度快Jlflぜさ缺點準確率低讀長短(75-150bp)第三代測序技術

單分子測序

2009年~I--HeliscopePacBioSMRT技術」Nanopore 優點’成本低讀長長速履快(3000bp)Jlfigさミ點錯誤率.基因組序列解析(AnnotatingGenomeSequence)：其目標是建立高密度的遺傳圖、高分辨率的物理圖和轉錄圖,最終完成全基因組序列測定和注解,是功能基因組學的基礎基因組注解異常復雜,它是ー個繁雜的復合體,既包含了進化歷史上原封未動的部分,也有大量的進化史上重要歷史事件的遺跡。基因組有它自身的規律,但是一些"不和諧的韻律”，如從病毒或者原核生物感染或寄生得到的基因組片段、轉座元件、假基因以及重復序列的存在，構成了理解基因組結構的四大陷阱。.基因組序列注釋的三個層次:“Where",即在基因組序列中,基因在哪里?它是何轉錄我拼接的?每個外顯子的具體邊界在哪里?IWhat",即這個基因編碼的蛋白質是什么?它有什祥的ー級、二級甚至是三級結構?代謝調控過程層次“How",即這個蛋嗎!如㈣行使功能?它參與了什么樣的代謝或調控過程?［ぎ心法則在真核生物中,遺傳信息從基因組DNA轉錄成pre-rnRNA,后者經過拼接、戴帽、加尾等加工變成成熟的mRNA,mRNA從細胞核進入細胞質中,在這里被翻譯成蛋白質,然后該蛋白質到達它的靶位點行使相應的生物學功能。?核件險水平上的分析:基因預測軟件以及全長cDNA和E5T數據的分析;重復序列、假基因及其他;?蛋門質水水平的分析:核昔酸水平的序列分析給出了每ー個基因的準確結構,隨后的工作就是命名每個基因所編碼的蛋白質,并預測每種蛋白質的可能功能,最終得到一張明確的基因組成清單。?求因家族的分析：Orthologous（直向同源）基因,指共同祖先的I工接后代（沒有發生基因復制事件）之間的同源基因,具有相近甚至相同的功能,由相似的途徑調控,在不同的物種中扮演相似甚至相同的角色;Paralogous（共生同源）基因,指兩個物種的同源基因分ュゆ?同祖冼基因組中由復制事件?生的丕同拷貝的后基因家族的基因通常屬f共生同源基因的范疇〇AnnotatingaGenomeSequence.Genepredictionbysoftware;RiDB

!

EMBL(Genbank)Genefiding:FindgenesandgenestructuresfromgenomicsequencesProblemsFindingtheparts:收集可靠的信息,并識別信號或傳感器作為整個基因的一部分。可能是ー些程序的端點,例如SplicePredictor,MZEF用于找尋外顯子。Pudingpartstogether:使用適當和有效的算法將部分組合在ー起,產生完整的基因模型。許多程序目前可用于全基因預測(GenScan,GeneMark.hmm,Grail,Glimmer等),這些程序基于動態規劃和基于HMM(隱馬爾可夫算法),將部分組合成整體。Threetypesofinformation:Signals(signalsensors):短子序列例如剪接位點,polyA信號和其他基序。信號傳感器可以表示為模式或權重矩陣。它們可以通過序列比對,統計方法或神經網絡獲得。.Contentstatistics(contentsensors):描述了編碼區的非隨機性質，例如密碼子偏好和反密碼子偏好性。Similarity：與已知基因的相似性可有助于提高signalsensor和contenststatistics的準確性。.Geneidentification:expressedsequencetags(ESTs),homologyanalysis,mutations,直系同源物:由共同的祖先基因進化而來的不同生物的同源基因旁系同源物:ー個物種中通過基因復制而演化形成的同源基因(類似基因:非來自相同祖先的基因,但通過會聚進化而具有相似的功能特征的ー個實例是糜蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶的類似催化位點)geneduplication-TamaZVSpeciesIraT14an—geneduplication-TamaZVSpeciesIraT14an—SpeciesIIalanda2areparalogywhilealinspeciesIandalinspeciesIIareortholoes(soarea2inspeciesIands2inspeciesII)homologsparalogsfrogachickOtmouseOtmousepchickBfrog|3\XXXa-chaingene p-chaingenegeneduplication/earlyglobingeneHowtomeasuresimilarityIdentity:Twoproteinsthathaveacertainnumberofamino-acidsincommonatalignedpositionsaresaidtobeidenticaltothatdegree,(i.e.iftheyhave43residuesoutofatotalof100incommontheyare43%identical).Similarity:Oftenanumberofresidueswillbereplacedbyonesofsimilarphysico-chemicalproperties.Suchmutationsmaybetermedconservativeandonemaydefinevariousscoringmatricestoquantifyhowsimilarthetwosequencesare,takingintoaccountconservativemutations.Suchscoreswillbemeasuresofsimilarity.Homology:Ifandon/y/ftwoproteinsareevolutionarilyrelatedanddescendfromacommonancestor,theyarecalledhomologous.Sparativeanalysisbetweengenomes;Pair-wisesequencealignmentisafoundationaloperationunitformuchofthebioinformaticsanalysis.Transcriptome&Proteome;

SyntheticbiologyBiologicalsystems

(organisms)Reductionisticapproach(Experimental)DatagenerationReductionisticapproach(Experimental)DatagenerationDataanalysis▼Syntheticapproach(In-silicobioinformatics)Analysisofmolecules,interactions.andnetworksBuildknowledgePairsofmoleculesPathwaysCellularprocessesBrainReconstructionoforganismBuildingblocks

(genes,molecules)二、功能基因組學1、定義:利用結構基因組提供的信息,在基因組或系統水平上全面分析基因的功能,使生物學研究從對單ー基因或蛋白質研究轉向對多個基因或蛋白質同時進行的系統研究，是在基因組靜態(堿基序列)清楚后轉入對基因組動態(生物學功能)的研究。應用高通量的方法來平行研究大量基因。2、任務:進行基因組功能注釋(Genomeannotation),了解基因的功能，掌握基因的產物及其在生命活動中的作用。從基因組的整體水平上來理解基因的功能與進化。3、功能基因組研究內容:突變體庫的構建、全長cDNA克隆與測序、獲得DNA芯片等基因轉錄圖譜、高通量測序(NGS)轉錄組、植物全基因組關聯分析(GWAS)、高通量的遺傳轉化鑒定系統、生物信息技術平臺與相應數據庫的構建(1)突變體庫的構建變異是功能分析的基礎。突變體是功能基因組學研究的重要材料。植物突變可在分子、細胞、組織、器官和個體等不同的水平上表現。一般分3種方法:.按突變方法分自然突變、物理化學誘變、DNA插入突變:.按遺傳背景分為普通突變體庫、近等基因系突變體庫和等基因系突變體庫;.按引起突變的分子機制分功能喪失突變和功能獲得性突變(2)基因克隆的一般方法植物的生長發育是在多個代謝和生理過程基礎上所發生的基因在時空上表達的綜合現象，分離潛在的各種有價值的基因，對植物特別是作物品種改良具有重要意義。因此,對基因的克隆并發展與之相關的技術非常重要。(3)高通量測序轉錄組技術轉錄組測序亦稱RNA-Seq(RNASequencing),是指利用第二代高通量測序技術進行

cDNA測序,全面快速地獲取某一物種特定器官或組織在某ー狀態下的幾乎所有轉錄本RNA-seqI雙鏈均能被隨機測序以致不能確定轉錄本方向1STJッ1STJッATOLCBaTOWMCTOOW3THTBCOMOCAOユJCAiUMZMAS4HBA7<UUkACATTAAAGTCAAACAATA7UAAssRNA-seq：通過消除雙鏈中的反向鏈來特異識別轉錄本方向Y-adaotorligationSecond-strandeyntt-iosisw?ttidTTR亠dUTRドY-adaotorligationSecond-strandeyntt-iosisw?ttidTTR亠dUTRド?rwtstrand“ルハnormaIP*reampttf?cationand,oqo?ハUr?gfrom*Ad1ssRNA-seq:通過給5’末端脫磷酸ー>3’末端加adapter->5,復磷酸—>5'加adapter來識別轉錄本方向RNANGS在轉錄組學研究中應用:轉錄組學:在整體水平上研究細胞中基因轉錄的情況及轉錄調控規律的學科,研究已知基因的SNP、Indel等,研究體內蛋白質與DNA相互作用的有力エ具，通常用于轉錄因子結合位點或組蛋白特異性修飾位點的研究。將ChIP與第二代測序技術相結合的ChlP-Seq技術，能夠高效地在全基因組范圍內檢測與組蛋白、轉錄因子等互作的DNA區段。測量基因表達水平,檢測部分轉錄本的表達水平,發現新的基因和轉錄本，檢測發生在外顯子部分的基因突變，發現基因融合等。綜合mRNA-IncRNA共表達分析以及microRNA靶基因分析，可以有效的解析!ncRNA參與生物過程的分子機制方法:功能克隆法，同源序列法,轉座子或T-DNA標簽法,表達序列標簽法(EST)或全長CDNA文庫構建法，差異表達基因分離技術以及最新的高通量測序轉錄組(4)基因的圖位克隆圖位克隆(map-basedcloning)：又稱定位克隆(positionalcloning),1986年由劍橋大學的AlanCoulcon提出。該方法分離基因是根據目的基因在染色體上的位置進行基因克隆的ー種方法。在利用分子標記技術對目的基因進行精確定位的基礎上，使用與目的基因緊密連鎖的分子標記篩選DNA文庫，從而構建目的基因區域的物理圖譜，再利用此物理圖譜通過染色體步行逼近目的基因最終找到包含該目的基因的克隆,最后通過遺傳轉化和功能互補驗證最終確定目的基因的堿基序列。圖位克隆的特點：無需預先知道基因的DNA序列,也無需預先知道其表達產物的有關信息。但應有以下兩方面的基本情況:.有一個根據目的基因的有無建立起來的遺傳分離群體,如F2、DH等。.開展以下幾項工作：找到與目的基因緊密連鎖的分子標記:遺傳作圖和物理作圖將目標基因定位在染色體;構建含有大插入片斷的基因組文庫:特定連鎖探針篩選基因組文庫;用獲得陽性克隆構建目的基因區域的重疊群:通過染色體步行、登陸或跳躍獲得帶有目標基因的大片段克隆;亞克隆小片段克隆:通過遺傳轉化和功能互補驗證目的基因的堿基序列。(5)植物遺傳轉化技術的發展定義;應用DNA重組技術,將外源基因通過生物、物理或化學手段導入植物基因組,以獲得外源基因穩定遺傳和表達的植物遺傳改良體。技術方法;基因槍轟擊法;農桿菌介導法；PEG轉化法;電激法(目前很少應用)；低能離子束介導法(該技術不成熟)。4、在植物功能基因組研究中發揮重要作用的技術;植物轉化(PlantTransformation)增強子捕獲(Enhancertrapping)插入突變(Transposon/T-DNAInsertion)基因敲除(GeneKnockout)基因沉默(GeneSilencing)異位表達(EctopicExpression)5、水稻基因組學目標1:鑒定水稻基因組結構、變異和群體遺傳學分析目標2:基因組變異與表型變異關聯(開發基因組學研究的新方法,系統鑒定和挖掘水稻品種的遺傳多樣性，開展高效的水稻功能基因組研究)目標3:闡明水稻的馴化和遺傳育種改良史具體研究工作;1、水稻4號染色體精細測序、水稻高通量轉錄組分析和高通量基因型鑒定2、建立水稻重要農藝性狀的全基因組關聯分析研究體系和分析方法3、運用基因組學研究手段開展水稻馴化起源和相關性狀基因的克隆和功能研究4、其它植物基因組相關研究水稻全基因組關聯分析分析框架

推導候推導候選基因區I驗證候選基因尋找單核口?多態性(SKIP)值點.構建單倍體型圖讖尋找表率與單因庫之間的相關忖選拄育度相關位點.』傳傳化打ーDZA突変體最后一張ppt老師留的思考題:1,什么叫基因組學?基因組學最早由ThomasRoderick在1986年提出,是研究生物基因組和如何利用基因的ー門學問,包括基因組作圖、測序和分析。可分為結構基因組學和功能基因組學,該學科提供基因組信息以及相關數據系統利用，試圖解決生物,醫學，和エ業領域的重大問題。2、基因組的研究內容?基因組研究應該包括兩方面的內容:以全基因組測序為目標的結構基因組學(structuralgenomics)和以基因功能鑒定為目標的功能基因組學(functionalgenomics),又被稱為后基因組(postgenome)研究，成為系統生物學的重要方法。功能基因組學的研究內容:人類基因組DNA序列變異性研究、基因組表達調控的研究、模式生物體的研究和生物信息學的研究等。結構基因組學：其目標是建立高密度的遺傳圖、高分辨率的物理圖和轉錄圖，最終完成全基因組序列測定和注解,是功能基因組學的基礎。3、基因組學有哪些研究手段和方法?通過建立高密度的遺傳圖、高分辨率的物理圖和轉錄圖,最終完成全基因組序列測定和注解(包括DNA層次、蛋白質層次和代謝調控過程層次)。測序技術有：全基因組鳥搶法、基于物理圖的克隆連克隆法、生物芯片技術、第二代測序技術(454高通量測序、川uminaSolexa測序技術、Solid測序技術)、第三代測序技術(單分子測序)4、水稻基因組學研究的主要進展？開發基于測序的基因分型技術及對重組群體的遺傳分析建立水稻重要農藝性狀的全基因組關聯分析研究體系和分析方法水稻單倍體圖譜構建&品質、產量和抗性等復雜性狀關聯分析水稻開花期等重要農藝性狀的關聯分析及候選基因的精確定位水稻基因鑒定和功能研究文獻概括:目標1:鑒定水稻基因組結構、變異和群體遺傳學分析目標2：基因組變異與表型變異關聯（開發基因組學研究的新方法,系統鑒定和挖掘水稻品種的遺傳多樣性,開展高效的水稻功能基因組研究）目標3:闡明水稻的馴化和遺傳育種改良史具體研究工作:⑴水稻4號染色體精細物理圖的構建及水稻基因組精確測序;⑵通過比較基因組和功能基因組,發現了一系列在水稻抗熱,抗旱和抗鹽生理過程中起重要作用的基因;⑶以第二代測序儀為基礎的高通量功能基因組研究平臺為大規模發現和利用水稻遺傳資源開辟了有效的新途徑;⑷利用基因組學和群體遺傳學的方法來揭示水稻馴化過程和栽培稻的起源。.周金秋chromosome>chromatinandtelomeres本文檔由周遠揚和吳文湧整理,希望各位同學都能取得好成績!I.ChromosomeandChromatin染色體和染色質的功能:.儲存基因信息.把復制的DNA精確復制到兩個后代染色體中.轉錄,復制,重組和修復的平臺如何從染色體中獲得遺傳信息?染色質的兩種形式:常染色質&異染色質染色質活性態/沉默態結構域形成與維持,幾乎涉及所有組成分子：DNA序列：異染色質區含大量重復序列板塊;常染色質順式元件對相鄰異染色質沉默高度敏感組蛋白和非組蛋白：組蛋白變體;組蛋白尾區各種修飾位點;非組蛋白RNA:ncRNA常染色質：易脆;活躍;在核內異染色質：染色深;折疊致密;基因不活躍;在核邊緣Constitutive異染色質：固定的不可逆的異染色質(例如著絲粒和端粒)兼性異染色質：能夠變成常染色質(例如不活躍的X染色體)染色體組成：DNA、組蛋白、非組蛋白、RNA和脂質染色質的基本重復單位 nucleosome核小體定位(nucleosomepositioning)核心組蛋白/DNA特異序列經相互識別與誘導契合,確定八聚體在DNA超螺旋中的結合部位以及兩者空間結構關系。核小體定位影響因素：1.偏好：基因上游啟動子區;2.DNA構象;3.ハ聚體堿性氨基酸正電荷側鏈與DNA負電荷磷酸基靜電引力;4.非組蛋白，核酸酶,轉錄調節因子的影響;5.八聚體各亞基間和組蛋白/DNA間界面中,水分子和離子的影響。核小體由5種組蛋白構成：H2A,H2B,H3,H4作為核心組蛋白,H1起連接作用;核小體提供了核內最低等級的DNA壓縮方式;核小體通常伴隨轉錄Nucleosome:anucleosomecoreparticle+linkerDNA(180-200bp)+alinkerhistoneNucleosomecoreparticle:histoneoctamer(2xhza.H2B,H3,H4)

染色質的高級結構——染色質組裝DNA(2nM) 核小體(10nm) 螺旋管solenoid(30nm) 染色質樣纖維chromonemafiber(60-100nm) loop 玫瑰花結rosette 染色質 有絲分裂時壓縮為染色體20AI00AJOOA^10-nmfiber*Interphase Mphase注:.組蛋白尾區和接頭Hl,是壓縮陣列形成與穩定的必需要素.染色體結構維持蛋白(SMCproteins)是ー組高度保守的染色體ATPases,在染色體組裝及動態變化中發揮著基本作用:SMC1andSMC3actasthecoreofthecohesincomplexesthatmediatesisterchromatidcohesion.SMC2andSMC4functionasthecoreofthecondensincomplexesthatareessentialforchromosomeassemblyandsegregation.SMC5andSMC6isimplicatedinDNArepairandcheckpointresponses.CellcycleregulationofcondensinsIandII?CondensmI?CondensmIiscytoplasniKmnterphase,associateswithchromosomesonlyattheonsetofprometaphase,andrsneededfornormaltimingofprometaphaseandmetaphaseprogression?CondenseIIisnuclearthroughoutinterphaseandrmtoticprophaseandisrequiredforchromosomecondensationneartyprophaseActionModelsofCohesinandCondensinActionModelsofCohesinandCondensinformchromosomeloopsforhighorderstructure三種核酸內切酶敏感位點指示染色質高轉錄活性DNaseI,DNase三種核酸內切酶敏感位點指示染色質高轉錄活性DNaseI,DNaseII,微球菌核酸酶Epigenetic?Greek,epi=above,upon;Epigenetics^abovegeneticsThestudyofheritablechangesingenefunctionthatoccurwithoutachangeintheDNAsequence.GenotypeEpigeneticregulationCellfateDevelopmenDiseaseGenotypeEpigeneticregulationCellfateDevelopmenDisease表觀遺傳標志:核定位,DNA甲基化,組蛋白修飾,非編碼RNA各表觀遺傳機制共同調節基因的表達或沉默:1.DNA甲基化:DNAmcthyltransferase去甲基化:兩種途徑：Tet酶orBERpathwayN”、 0NHDNA甲基イ匕DNA去甲基化CpGIsland:aclusterofCpGresiduesoftenfoundneargenepromoters;~60%ofallgenesareassociatedwithCpGislands;MostCpGislandsareunmethylatedinnormalcells;Itsmethylationisassociatedwithcancer（在基因啟動子附近經常發現ー組CpG殘留物;60%的基因與CpG島有關;大多數CpG島在正常細胞中沒有甲基化;它的甲基化與癌癥有關）CpGIslandsCpGisland:aclusterofCpGresiduesoftenfoundneargenepromoters(atleast200bpandwithaGCpercentagethatisgreaterthan50%andwithanobserved/expectedCpGratiothatisgreaterthan0.6).*29,000CpGislandsinhumangenome(*60%ofallgenesareassociatedwithCpGislands)MostCpGislandsareunmethylatedinnormalcells.ProgressiveAlterationsinDNA

MethylationinCancerGlobal.Region-SpecificHypomethylationHypermethylationK.ノNormal CancerAccumulation叫EpigeneticAbnormohties.組蛋白尾修飾ChromatinmodificationsMark「ranscriptionallyrelevantsitesBiologicalRoleMethylatedcytosine(m?C)CpGislandsFranscriptionalRepressionAeetylatedlysine(3H3(9,14,18.56),H4(5,8,13,16),M24,M2BTranscriptionalActivationPhosphorylatedsarin?/thr?onin<(S/Tph)MS(3,10,28),H2A,M2BTranscriptionalActivationMathylatedar^ina(Rma)H3(17,23),M4(3)TranscriptionalActivationM?thylat?dlysina(Km?)M3(4,36,79)H3(9,27),H4(20)Tr?nscription?lActivationTranscription?lRepressionUbiquitylatadlysineも心)H2B(123/120)M2A(119)TranscriptionalActivationFranscriptionalRepression5umoylat?dlysin?(匕u)H2B(6/7),M2A(126)TranscriptionalRaprassion.沉默染色質 個和異染色質類似的概念?基因沉默:genesilencingactsinaregionalmanner(ratherthanpromoter-orsequence-specific)togeneratelargedomainsorDNAthatareusuallyinaccessibletoDNAbindingproteins(RNApolymerase,cellularrecombinationmachinary,exogenousenzymes(dammethyltransfcrascandrestrictionendonuclease)(基因沉默行為在ー個地區的方式(而不是啟動子或sequence-specific)生成大域或DNA通常無法進入DNA結合蛋白（RNA聚合酶、細胞重組機械,外源性酶（大壩甲基轉移酶和限制性內切核酸酶））Silentchromatindomain:Itispersistentthroughmitoticandmcioticcelldivisionssuchthataparticularchromatinstructure（DNAanditsassociatedproteins）isreplicatedduringtheprocessofchromosomeduplication.Thismodeofinheritance,commonlyreferredtoasepigeneticinheritance,isbelievedtounderliecellularmemorymechanismsthatmaintaincellidentityandstablepatternsofgeneexpressionineukaryotes.（沉默染色質域:在染色體復制過程中,通過有絲分裂和減數分裂的細胞分裂,使ー種特殊的染色質結構（DNA及其相關蛋白）復制。這種遺傳模式,通常被稱為表觀遺傳,被認為是細胞記憶機制的基礎,這種機制在真核生物中維持細胞的身份和穩定的基因表達模式。）序列特征:重復DNA序列以及可能于穩定這樣的結構有關。沉默染色質/異染色質的生化特征:H3K9甲基化的普遍性;賴氨酸殘基的低乙酰化;DNA胞喀唸甲基化常染色質和異染色質的比較（染色、形態特征,序列，基因密度,減數分裂重組頻率,復制時期，HSsite,核小體分布,核酸酶可接進性,活性狀態,特征性修飾）FeatureEuchromatlnConstitutiveHeterochromatinStaining/packagingInInterphaseDispersedAppearscondensed,heteropycnoticDNAsequencePredominantlyuniquePredominantlyrepetitive(satellites；derivativesofviruses,transposons,etc.)PresenceofgenesHlgh/variabledensityLowdensityMeiotic(reciprocal)recombinationNormalfrequencyLowfrequencyReplicationtimingThroughoutSphaseLateSphaseChromatinstructureHSsites.Irregularnucleosomes；LossofHSsites,regularnucleosomearray：ActivitystateaccessibletonucleaseslessaccessibletonucleasesEuchromaticgenesGenesinducibleGenessilenced(variegated)HeterochromaticgenesGenessilenced(variegated)GenesinducibleCharacteristicmodificationsHistonehyperacetyiationHistonehypoacetytatk>nHistoneH3>mLys4presentHistoneH3>mLys9presentCytosinehypomethylationCytosinehypermethylationII.Centromere著絲粒著絲粒：著絲粒是存在于真核生物染色體上,動粒裝配的區域;是有絲分裂過程中,紡錘體發出的紡錘絲附著于染色體的部位;是細胞分裂過程中,姐妹染色單體相互黏著的部位;是保證經復制的染色體精確分配的一段染色質區域。

FunctionsofcentromereRequiredforchromosomestabilitySisterchromatidpairingMitoticandmeioticspindleattachmentChromosomemovementCellcyclecheckpointcontrol著絲粒的結構:1個著絲粒,結構復合體,動粒ー紡錘絲,一系列著絲粒特異相關蛋白（CENP）著絲粒序列:在多數真核生物中,著絲粒沒有明確的序列;典型的著絲粒由大片范圍的重復DNA序列構成,這些重復序列相似卻不完全相同。酵母著絲粒相對簡單;人類著絲粒:高度重復的、隨機排布的衛星DNA,長達3OO-5OOOkb動粒Kinetochore動粒是是真核細胞染色體中位于著絲粒兩側的兩層盤狀特化結構,其化學本質為蛋白質,是非染色體性質物質附加物。動粒與染色體的移動有關。在細胞分裂的前、中、后期等幾個階段,紡錘體的紡錘絲（或星射線）需附著在染色體的動粒上,牽引染色體移動、將染色體拉向細胞兩極。 ChromosomeTerritory染色體領域 解釋了染色質纖維纏繞成染色體時為何不會相互打結,andmoresignificanceChro(noso<neterritorymoddRandomorganizationmodelChro(noso<neterritorymoddRandomorganizationmodelConcept:Thenaturalhabitatofeukaryoticgenomesisthecellnucleus,whereeachchromosomeisconfinedtoadiscreteregion,referredtoasachromosometerritory.定位FISHanalysisofchromosome(greenorredorblue),熒光原位雜交技術。TotalDNAisstainedwithDAPI(blue)Highlights:Eachchromosomeoccupiesadistinctnuclearsubvolumeintheformofachromosometerritory.染色體領域。Thespatialpositioningofchromosomeswithintheinterphasenucleusisoftennonrandom.染色體的空間定位通常是非隨機的。Chromosomesexhibittissue-specificorganization.Chromosomesaredistributedtissue-specifically(relativetothecenterofthenucleusandalsorelativetoeachother).組織特異キ生。Subsetsofchromosomesformdistincttypesofspatialclustersindifferenttissuesandtherelativedistancebetweenchromosomepairsvariesamongtissues.空間簇。Nonrandomspatialproximityisfunctionallyrelevant(genesilence/activation,translocationin),非隨機空間鄰近性在功能上是相關的(基因沉默/激活,轉位)。現存問題及未來方向:到目前為止,這個領域的大部分工作都是描述性和相關的。確定核空間內單個基因、基因組區域和全染色體重新定位的分子機制。確定這些機制如何反應,并通過信號通路促進生理信號,如刺激。充分理解ー維DNA序列是如何引起基因轉錄網絡的多維復雜性的，它決定了生命的所有方面。Telomere1、端粒和端粒酶?概述:端粒是存在于真核生物線性染色體末端的特化的功能復合體,是由重復的DNA序列及端粒相關蛋白構成,對于維持真核基因組完整性和穩定性至關重要。(端粒、著絲粒和復制原點是染色體保持完整和穩定的三大要素。)?功能:1.防止DNA修復系統錯誤地將染色體末端識別為染色體斷口而將染色體粘接起來;2.促進末端染色體的復制;3.抑制端粒附近的基因轉錄。即是保持線性染色體的穩定,即不環化、不粘合、不被降解。?端粒結構(1著絲粒、2亞端粒區域，3端粒重復區)。Centromere SubtelomericregionTelomericrepeats...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG八CTTAGGGTTAGGGTTAGGGrrAGGG3...AATCCCAATCCCAATCCCyHumanTTAGGG2-20kb150ntPlantsTTTAGGG0.5-150kb30ntS.CerevisiaeT⑹J350bp16ntOxytrichanovaTTTT&GGG36nt16nt

哺乳動物端粒示意圖:注意到哺乳動物端粒并不是過去認為的線性結構,而是形成DNA環(T環)MRX?端粒的延伸 端粒酶歷史:最早提出了端粒延伸的兩種可能途徑:同源重組?酶?Greider和Blackburn證實了后者的正確性人類端粒酶結構:hTERT(humantelomerasereversetrancriptase)+hTR(humantelomerasetemplateRNA)端粒延伸的機制：G鏈由端粒酶合成,hTR是端粒合成的模板;C鏈通過常規的RNA引發DNA復制的方式進行合成。parentalstrand]TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG3AACCCCヽTELOMERASEBINDS5'incomplete,newlysynthesizedlaggingstrandJTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGJAACCOCTELOMERASEEXTENDSTEND(RNA-templatedDNAsynthesis)5'directionof■telomeresynthesistelomerasewithboundRNAtemplateCOMPLETIONOFLAGGINGSTRANDBYDNAPOLYMERASE(DNA-templatedDNAsynthesis)JTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGJAACCCC5]TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG3AACCCCヽTELOMERASEBINDS5'incomplete,newlysynthesizedlaggingstrandJTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGJAACCOCTELOMERASEEXTENDSTEND(RNA-templatedDNAsynthesis)5'directionof■telomeresynthesistelomerasewithboundRNAtemplateCOMPLETIONOFLAGGINGSTRANDBYDNAPOLYMERASE(DNA-templatedDNAsynthesis)JTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGJAACCCC5，1TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGJAXCCCCCCCAACCCCpolymerase注:應當注意到,端粒酶不是孤立作用的,它在染色體末端受到相關蛋白的調節。以酵母為例:2、端粒位置效應:TelomerePositionEffect(TPE)概述:端粒是基因調控的特殊位點,常可抑制位于端粒附近基因的轉錄活性,這樣的效應稱端粒的位置效應。TPE涉及眾多端粒結合蛋白的參與,如:酵母中的Sir2/3/4等Assemblyofsilentchromatininbuddingyeast(exampleofbiochemicalstudy)protectivenucleosomes telosome cap〇Rap1 Sir2/3/4complex““ ぐニッCdcl3端粒在細胞核中的定位亦受到ー些蛋白的影響,如：yKu70/80復合物和

Sir2/3/4特異影響端粒在分裂間期的核定位。3、端粒和衰老幾個易混淆的重要概念:Aging（老化）：theprogressivelossoffunctionaccompaniedbydecreasingfertilityandincreasemortalitywithadvancingageSenescence（衰老）:thestateorprocessofagingReplicativeSenescence（Cellularsenescence）（復制/細胞衰老）:astatethatcellsarrestaftertheyundergoalimitednumberofcelldivisionLifespan（壽命）:atimeperiodcells（ororganism）canlive衰老表型（senescentphenotypes）:.不可逆的細胞分裂阻滯（DNA含量保持G1期狀態,不能重新啟動有絲分裂）.對凋亡的抵抗（例如:人的成纖維細胞和T淋巴細胞）.細胞形態和代謝的改變,分化功能的重排（例如:細胞變大,溶酶體活性增強,B一半乳糖甘酶表達）衰老表型的誘導因素:端粒縮短,抑癌基因的活性,DNA損傷,癌基因/有絲分裂刺激,染色質重構……不可逆生長捕獲,細胞凋亡抵抗,改變分化的功能,其他……CharacteristicsandInducersoftheSenescentPhenotypesTelomereshortingTumorsuppressor-activityDNAdamageChromatinremodelingOncogenic/

MitogenicStimuliChromatinremodeling培養正常的人類體細胞,在ー定數量的分裂（50代）后,表現出有限的生命期并進入衰老。在人體細胞中,端粒縮短了5-20次,每個細胞分裂一次。大多數體細胞都沒有可檢測的端粒酶活性。端粒長度隨著細胞的年齡而縮短，當端粒變得太短時，細胞最終死亡。端粒丟失的衰老學說（端粒長度ーー有絲分裂鐘）在沒有端粒酶的情況下，端粒會隨著細胞分裂而縮短。當端粒達到極短的長度時,正常細胞不可逆轉地阻止增殖,并獲得一個特征放大的形態和多種改變的功能。這種反應被稱為復制性或細胞衰老。

總結:端粒