 |
Геномные проекты. Иерархический и шот-ган подходы. Фазы геномного проекта.
|
|
|
|
Зинович Д. Серокрылый А.
Белорусский государственный
Университет
Геномика
Ответы на экзамен
Минск, 2013
Содержание:
История развития геномных исследований. Геномная революция конца ХХ века
Геномные проекты. Иерархический и шот-ган подходы. Фазы геномного проекта.
Современные методы картирования геномов
Библиотеки ДНК используемые при секвенировании геномов: их разновидности и способы создания.
Сложности расшифровки генома эукариот и пути их преодоления
6. Синтез ДНК in vitro: компонетны и продукты реакции, свойства ДНК-полимераз. Способы использования реакции полимеризации ДНК для определения нуклеотидных последовательностей.
Секвенирование ДНК по методу Сэнгера: возможности и ограничения
Принцип действия, достоинства и недостатки геномных секвенаторов 2 поколения использующих реакцию пиросеквенирования
Принцип действия, достоинства и недостатки геномных секвенаторов 2 поколения использующих ДНК полимеразную реакцию (секвенирование путём синтеза illumina)
Принцип действия, достоинства и недостатки геномных секвенаторов 2 поколения использующих детекцию протонов (ion torrent)
Принцип действия, достоинства и недостатки геномных секвенаторов 3 поколения
Аннотация геномных последовательностей: основные задачи и подходы к их решению.
Молекулярные базы данных. Специализация, структура и методы поиска информации
Функциональная геномика. Подходы к идентификации генов в геномных последовательностях и определение их функций
Возможности и ограничения компьютерного анализа при идентификации кодирующих и регуляторных последовательностей, а также для предсказания их возможных функций.
|
|
|
Транскриптомные и протеомные подходы к идентификации генов в геномных последовательностях и генома.
Эволюция геномов. Механизмы геномных перестроек, уменьшение и увеличение размеров геномов. Семейства гомологичных генов. Ортологи и паралоги. Псевдогены.
Повторяющиеся последовательности в геномах про- и эукариот. Их роль в эволюции генома.
Классификация, строение, основные свойства и распространение мобильных генетических элементов эукариот.
Классификация, строение, основные свойства и распространение мобильных генетических элементов прокариот.
Вклад горизонтального переноса генов в эволюцию геномов про- и эукариот. Острова патогенности. Концепция пангенома.
Хромосомы про- и эукариот: форма, количество, структурные элементы, обеспечивающие стабильность и репликацию.
Структура генов у различных организмов: прерывистые и не прерывистые кодирующие последовательности, размеры и расположение регуляторных элементов.
Организация оперонов у про- и эукариот. Проблема экспрессии внутренних генов оперонов эукариот и молекулярный механизм её решения.
Концепция минимального генома. Природные минимальные геномы бактерий, архей, эукариот – их размер, число генов и особенности организации.
Характерные черты геномов прокариот.
Характерные черты геномов факультативных и облигатных патогенов. Взаимная адаптация геномов патогенна и его хозяина.
Разнообразие и характерные особенности геномов одноклеточных эукариот
Основные характеристики геномов грибов
Организация геномов нематод
31. Организация генома Drosophila melanogaster
Особенности организации геномов позвоночных животных
Сравнительная характеристика геномов Ноmо sарiепs и Рап troglodytes.
|
|
|
Отличительные черты геномов растений.
35. Синтетическая геномика. Методы синтеза, клонирования и трансплантации полных геномных последовательностей. Достижения и перспективы синтетической геномики.
Метагеномика. Геномные подходы к исследованию сообществ некультивируемых микроорганизмов.
Палеогеномика. Технические трудности, достижения и перспективы палеогеномных проектов.
История развития геномных исследований. Геномная революция конца ХХ века
Геномика – раздел биологии, посвящённый исследованию структуры, а также механизмов функционирования и изменчивости геномов.
Геном – совокупность всех молекул ДНК организма.
Открытие ДНК Иоганном Фридрихом Мишером в 1868.
Первое представление о геномах сложилось в начале ХХ века с открытием законов генетики, формулировкой хромосомной теории наследственности и построением первых генетических карт (построение генетических карт 1913).
Выяснение роли ДНК, как носителя наследственной информации, создание модели её структуры и формулировка основных принципов молекулярной биологии заложили теоретическую основу для исследования геномов (структура ДНК 1953).
Первые методы исследования геномов, включая секвенирование ДНК, были разработаны в 60-70-е годы ХХ века. (Первое секвенирование 1977, появление базы данных PDB 1965).
Автоматическое секвенирование значительно повысило скорость расшифровки геномных последовательностей и позволило инициировать первые геномные проекты (Автоматическое секвенирование 1986 г., появление GenBank 1982, первый ПЦР 1983).
Геномная эра началась с расшифровкой первого генома бактерии группой под руководством Крейга Вентера в 1995.
К концу ХХ века были полностью расшифрованы последовательности геномов двух десятков бактерий и четырёх эукариот, опубликован «черновик» генома человека(геном дрожжей 1996, геном нематоды 1998, геном мухи 1999, геном растения 2000, геном человека 2003).
С начала ХХl века ведётся интенсивная разработка более производительных и менее дорогих технологий секвенирования, что привело к появлению геномных секвенаторов 2004.
В последние несколько лет опубликованы первые результаты работы в направлении синтетической геномики: химический синтез бактериального генома, его клонирование в дрожжевой клетке, трансплантации в бактериальную клетку другого вида и создание первого «синтетического» организма 2010.
|
|
|
Геномные проекты. Иерархический и шот-ган подходы. Фазы геномного проекта.
Ограниченные возможности методов секвенирования ДНК предопределяют дополнительные шаги необходимые для определения последовательностей генома.
· Конструирование геномных библиотек – источников фрагментов ДНК для секвенирования.
· Картирование генома – составление подробной карты генома и определение позиций фрагментов из библиотеки на этой карте.
· Секвенирование отобранных из библиотеки клонов.
· Компьютерная сборка последовательности генома из полученных коротких фрагментов последовательностей ДНК.
· Финиширование – секвенирование остающихся пробелов.
· Аннотация геномной последовательности
Два подхода к секвенированию геномов предполагают разную последовательность необходимых стадий.
Иерархический (клон за клоном):
1. Конструирование геномных библиотек
2,3 Отбор коллекции перекрывающихся клонов и физическое картирование генома
4. Секвенирование отобранных клонов
5. Аннотация генома
Шот-ган подход (метод дробовика):
1. Конструирование геномных библиотек
2. Массовое секвенирование случайных клонов
3. Компьютерная сборка перекрывающихся участков секвенированных фрагментов
4. Финиширование
5. Аннотация генома
Иерархический и шот-ган подходы к секвенированию имеют свои достоинства и недостатки:
· Качество получаемой последовательности значительно выше при иерархическом подходе
· Трудоёмкость и стоимость ниже при шот-ган подходе
· Секвенаторы 2 поколения автоматически предполагают использование шот-ган подхода (и более низкое качество получаемой последовательности)
|
|
|
