人類(lèi)基因組計(jì)劃現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組化學(xué)生物學(xué)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三本章內(nèi)容提要1.基因組的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容2.基因組注釋3.比較基因組學(xué)4.基因/蛋白質(zhì)的功能預(yù)測(cè)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三1.基因組的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容(1)基因的結(jié)構(gòu)(2)mRNA：可變剪切(3)蛋白質(zhì)：翻譯后修飾(4)相互作用網(wǎng)絡(luò)：基因、蛋白質(zhì)、小分子之間的相互作用(5)非編碼區(qū)a.功能元件:轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)；啟動(dòng)子…b.Non-codingRNA:MicroRNAc.轉(zhuǎn)座子d.重復(fù)片段e.偽基因(Pseudogene)現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(1)基因的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三基因組大小&基因數(shù)現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三基因數(shù)量->生物復(fù)雜性？1.基因數(shù)量的變化，無(wú)法解釋生物學(xué)功能、調(diào)控機(jī)理以及物種多樣性和復(fù)雜性的巨大變化2.當(dāng)前解釋?zhuān)旱鞍踪|(zhì)組的多樣性和復(fù)雜性->物種的多樣性和復(fù)雜性；~10,000,000種蛋白質(zhì)分子3.兩種觀點(diǎn)：a.

轉(zhuǎn)錄后層面，mRNA剪切，產(chǎn)生拼接異構(gòu)體b.

蛋白質(zhì)層面，蛋白質(zhì)序列上一個(gè)或多個(gè)位點(diǎn)上發(fā)生的翻譯后修飾現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三GenotypetoPhenotype現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三isoform1isoform2isoform3mRNASplicing轉(zhuǎn)錄后層面：mRNASplicing現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三PhosphorylationSumoylationPalmitoylationAcetylationUbiquitination蛋白質(zhì)層面：翻譯后修飾現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(4)相互作用網(wǎng)絡(luò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三細(xì)胞信號(hào)通路G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：有調(diào)控方向現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(5)非編碼區(qū)a.功能元件:轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)；啟動(dòng)子…b.Non-codingRNA:MicroRNAc.轉(zhuǎn)座子d.重復(fù)片段e.偽基因(Pseudogene)現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Functionalelements:Promotor現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三TranscriptionFactorBindingSiteCRM:cis-regulatorymodules現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Gal4pandKruppelGal4pKruppel現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三其他功能元件Exonsplicingenhancer(ESE)andsilencer(ESS)Intronsplicingenhancer(ISE)andsilencer(ISS)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Non-codingRNA1.不翻譯成蛋白質(zhì)，具有重要的調(diào)控功能2.分類(lèi)：a.transferRNA(tRNA)b.ribosomalRNA(rRNA)c.snoRNAs,d.microRNAs,e.siRNAsf.piRNAs:與piwi相互作用的RNAg.longncRNAs:Xist…現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三tRNA&rRNA現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三snoRNAssnoRNAs:SmallnucleolarRNAs;介導(dǎo)其他RNA分子的化學(xué)修飾，例如甲基化現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三microRNA/miRNA1.長(zhǎng)度21-23bp2.調(diào)控基因的表達(dá)3.pre-miRNA:~70bp現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Transposon轉(zhuǎn)座子：在基因組中能夠移動(dòng)位置的DNA序列現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三2.基因組注釋(1)基因組序列的拼裝(2)基因預(yù)測(cè)(3)可變剪切的預(yù)測(cè)(4)非編碼的功能元件的預(yù)測(cè)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(1)基因組測(cè)序：鳥(niǎo)槍法現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三基因組的拼裝現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三重復(fù)序列帶來(lái)干擾現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(2)基因預(yù)測(cè)直接的，序列高度匹配同一或近緣物種中，與EST，cDNA,蛋白質(zhì)等序列完美或近似完美的匹配間接的，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的序列比對(duì)(Homology)從頭預(yù)測(cè)(abinitio)以上兩種方法的結(jié)合現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三真核生物的基因結(jié)構(gòu)5’3’3’5’

~1-100Mbp5’3’3’5’…………

~1-1000kbpexons(cds

&

utr)/introns(~102-103bp)(~102-105bp)Polyadenylationsitepromoter(~103bp)enhancers(~101-102bp)otherregulatorysequences(~101-102bp)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三基因的其他特征1.ORF(OpenReadingFrame):從AUG開(kāi)始，至stopcodon終止2.CodonUsage:CAI…現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三HMMmodelforGenePrediction(Genie)Kulp,D.,PhDThesis,UCSC2003現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(3)可變剪切的預(yù)測(cè)將EST,cDNA序列比對(duì)到基因組上現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三部分有向圖算法現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三3.比較基因組學(xué)(1)有功能的通常保守(2)例：SUMO底物的預(yù)測(cè)：a.SUMO化位點(diǎn)存在ψ-K-X-E模體b.核定位信號(hào)(NLS)c.人和小鼠中，SUMO化位點(diǎn)應(yīng)當(dāng)保守d.功能分析：GeneOntology(3)分析結(jié)果：a.2,683個(gè)人-小鼠保守的SUMO化底物b.SUMO化的功能：參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三GeneOntology：基因本體論1.描述基因/蛋白質(zhì)的功能2.三類(lèi)術(shù)語(yǔ)(Term):a.Cellularcomponent:在哪里？b.Biologicalprocess:干什么？c.Molecularfunction：我是誰(shuí)？現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三GeneOntology：基因本體論現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三功能顯著性分析：超幾何分布現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三轉(zhuǎn)錄因子Inhumanproteome:

DNAbinding(GO:0003677):2,255Transcriptionfactoractivity(GO:0003700):1,102regulationoftranscription,DNA-dependent(GO:0006355):2,174InSUMOSubstrates:DNAbinding(GO:0003677):530Transcriptionfactoractivity(GO:0003700):304regulationoftranscription,DNA-dependent(GO:0006355):510因此，可以估計(jì)1/4~1/3的轉(zhuǎn)錄因子受到SUMO化的調(diào)控現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三4.基因/蛋白質(zhì)的功能預(yù)測(cè)(1)一級(jí)序列的比較：相似的序列具有相似的功能(2)保守的功能結(jié)構(gòu)域：保守的功能(3)三級(jí)結(jié)構(gòu)的比較：相似的結(jié)構(gòu)具有相似的功能(4)蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測(cè)現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(1)一級(jí)序列的比較1.同源物的鑒定：不同物種中的直系、旁系同源物的預(yù)測(cè)2.主要工具：BLAST現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(2)保守的功能結(jié)構(gòu)域1.保守的功能結(jié)構(gòu)域：保守的功能2.常用工具：工具網(wǎng)址Interprohttp://www.ebi.ac.uk/interpro/Pfamhttp://pfam.sanger.ac.uk/SMARThttp://smart.embl.de/PROSITE/prosite/ProDomhttp://prodom.prabi.fr/prodom/current/html/home.phpCDD/Structure/cdd/wrpsb.cgi現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三例：Nek2現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(3)三級(jí)結(jié)構(gòu)的比較1.Ubiquitin:泛素，主要負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的降解2.SUMO：小的類(lèi)泛素蛋白質(zhì)，基因轉(zhuǎn)錄&信號(hào)通路3.催化反應(yīng)通路的分子機(jī)制相似4.序列相似性：不顯著！現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Ubiquitinvs.SUMO現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三序列相似性：~20%現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三結(jié)構(gòu)相似性SUMOUbiquitin現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三(4)蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測(cè)1.基因組信息(Genomicinformation)A.GenefusionandfissionB.Conservationofgeneorder/bidirectionalpairsC.Phylogeneticprofile2.關(guān)聯(lián)的序列特征(Correlatedsequencesignatures)3.mRNAco-expression4.Literaturemining現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Genefusion/fission:RosettaStoneABABQueryproteinLinkedproteinRosettaproteinMarcotteEMetal.,Science1999,285:751-753;EnrightAJetal.,Nature,1999,402:86-90GenomeAGenomeB現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三Conservationofgeneorder/bidirectionalpairsGeneorderpairsBidirectionaltranscribedgenepairsDandekarTetal.,TIBS,1998,23:324-328;OverbeekRetal.,PNAS,1999,96:2896-2901;KorbelJOetal.,NBT,2004,22:911-917現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三PhylogeneticprofilesPellegriniMetal.,PNAS,1999,96:4285-4288;HuynenMAetal.,PNAS,1998,95:5849-5856現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三CorrelatedsequencesignaturesA.B.ThismodeliscomputationallyfasterandmoreconvenientPIDmodelPIDCmodel現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期三P