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复杂基因组组装软件——NOVOheter系列(高杂合基因组、高重复基因组、超大基因组)

复杂基因组组装软件——NOVOheter系列(高杂合基因组、高重复基因组、超大基因组)

图1 NOVOheter1.0 组装流程图

图2 NOVOheter2.0 组装流程图

表1 诺禾致源部分高复杂基因组项目组装结果

表4 BUSCO 评估结果统计

首页 科技服务 医学检测 科学与技术 市场与支持 加入我们 关于我们

提供领先的基因组学解决方案

Providing Advanced Genomic Solutions

随着高通量测序技术的发展,越来越多的物种被测序,组装质量也因组装技术水平的提高而不断攀升,

但复杂基因组组装仍像一道高耸入云的峻岭横亘在科研工作者面前。

为了支持物种复杂基因组的组装,挑战学术研究和产业发展的最前沿,

诺禾致源开发出 NOVOheter 系列软件,并基于 NOVOheter 建立起一整套针对复杂基因组组装的解决方案,解决了以往复杂基因组项目周期长、费用高的问题,组装指标及质量均获国际学术界高度认可。

Species

某植物

Genome size

4.25 Gb

BUSCO notation assessment results

C:95%[D:16%],F:1.8%,M:2.1%,n:956

高杂合基因组组装

——NOVOheter1.0

杂合率大于0.5%的二倍体或多倍体属于复杂基因组,

涵盖大部分林木类植物、水产类动物以及昆虫等,部分

物种杂合率高达1%,甚至2%~3%,高杂合的基因组

组装给基因组测序研究带来了较大挑战。诺禾致源团队

开发的 NOVOheter1.0 软件,专门针对高杂合基因组

组装,让高杂合不再成为组装难题(具体流程如图1所

示)。表1是使用 NOVOheter1.0 软件完成的高杂合

基因组组装结果。

项目经验

结果 2 BUSCO 评估

BUSCO(Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs)评估,利用单拷贝直系同源基因,评估基因组完整性。[2]

由结果可知,956个直系同源单拷贝基因,组装出来了95%的完整单拷贝基因,说明组装结果完整。

诺禾致源的全基因组测序项目涉及鸟类、哺乳动物、水产生物、珍

稀动物、昆虫、栽培作物、水果植物、药用植物、藻类、林木类、

灌木类等诸多物种,对“二代+三代”组装策略同样具有丰富的经

验。近年来,诺禾致源通过自主研发的软件与技术,革新了数据分

析手段,极大地缩短了客户的项目周期,并助其有效地压缩了研究

成本。

“无限风光在险峰”,诺禾致源以科学的方案设计、严格的质控管

理、专业的分析团队、丰富的项目经验,确保出色完成项目的每一

个环节,助您饱览基因组学制高点的大好风光!

复杂基因组组装软件

NOVOheter系列

各项评估结果表明,NOVOheter2.0 可获得真正高质量组装结果,

组装指标和组装质量毫不逊色于三代测序结果,

是处理高重复基因组、超大基因组的研究利器。

组装难题

高杂合基因组 · 高重复基因组 · 超大基因组

全面攻克

《人类基因组计划及其意义》活动单及答案

《人类基因组计划及其意义》活动单 第1课时共1课时 活动目标: ⒈捕捉文章中的关键信息,对说明对象形成综合理解。 ⒉把握本文总分结构对于表达说明对象与文章内容的意义。 ⒊领会本文为了更好地说明事理所运用的各种说明方法及其效果。 活动方案 一、课前活动 1.作者简介 杨焕明,1952年生于浙江。1978年毕业于杭州大学1988年获丹麦哥本哈根大学博士学位。后为法国INSERE-CRNS马塞免疫中心博士后;1989年~1992年为美国哈佛大学医学院博士后;1992年~1994年美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)博士后。现为博士生导师。现为北京华大基因研究中心暨中国科学院基因组信息中心主任,为争取和主持完成中国参与人类基因组序列的测定定下汗马功劳。国际“人类基因组计划”中国协调人。2003年被《科学美国人》杂志评为年度领袖人物。 2、背景介绍 人类基因组计划最早在1985年由诺贝尔奖获得者、美国的杜尔贝克提出。1990年10月,国际人类基因组计划正式启动。中国于1999年9月获准加入人类基因组计划并承担了l%的测序任务。本文作者杨焕明教授为争取和主持完成中国参与人类基因组1%序列的测定立下汗马功劳。在这篇文章中,作者对这一计划尤其是实施这一计划的意义作了详细的说明。3、给下列加点的字注音 核苷.()酸辜.()负胰.()岛疟.()疾滥.()用衍.()生免疫.()解.读()押解.()解.数() 二、课堂活动: 1、整体感知:通读全文,给文章划分层次。并思考文章这样安排结构有什么好处? 第一部分(第—段): 第二部分(第—段): 第三部分(第—段): 第一层(第—段): 第二层(第—段): 2、结合文章的具体内容,分析文章运用了哪些说明万法、有什么作用。

基因组测序的数学模型

基因组组装 摘要 基因组测序是生物信息学的核心,有着极其重要的应用价值。新的测序技术大量涌现,产生的reads长度更短,数量更多,覆盖率更大,能直接读取的碱基对序列长度远小于基因组长度。所以测序之前DNA分子要经过复制若干份、随机打断成短片段。要获取整个DNA片段,需要把这些片段利用重合部分信息组织连接。如何在保证组装序列的连续性、完整性和准确性的同时设计耗时短、内存小的组装算法是本题的关键。 本文建立改进后OLC算法模型。该模型首先使用了特定的编码规定,通过C++程序对庞大的数据先后进行十进制和二进制的处理,不改变数据准确性的前提下尽可能减小内存和缩短计算机操作时间,并引入解决碱基识别错误问题的一般思路消除初始reads中的碱基错误。然后通过深度优先算法,设定适当的阈值,找出具有重叠关系的碱基片段并形成一有向赋权图,其中点是碱基片段,边代表具有重叠关系,权值代表片段重叠的多少,将问题转化为图论中寻找最大赋权通路的问题,从而对OLC算法进行改进,采用图论的方法更直观和更具操作性的解决DNA的拼接问题,从而对OLC算法进行改进。最后再根据OLC算法对Hamilton 路径进行拼接,生成共有序列,通过多序列比对等方法,获得最终的基因组序列。 关键词:基因组测序 OLC算法深度优先算法Hamilton路径

一问题的重述 1.1 问题背景 快速和准确地获取生物体的遗传信息对于生命科学研究具有重要的意义。对每个生物体来说,基因组包含了整个生物体的遗传信息,这些信息通常由组成基因组的DNA或RNA分子中碱基对的排列顺序所决定。获得目标生物基因组的序列信息,进而比较全面地揭示基因组的复杂性和多样性,成为生命科学领域的重要研究内容。 1.2 问题提出 确定基因组碱基对序列的过程称为测序。目前能直接读取的碱基对序列长度远小于基因组序列长度,因此需要利用一定的方法将测序得到的短片段序列组装成更长的序列。通常的做法是,将基因组复制若干份,无规律地分断成短片段后进行测序,然后寻找测得的不同短片段序列之间的重合部分,并利用这些信息进行组装。例如,若有两个短片段序列分别为 ATACCTT GCTAGCGT GCTAGCGT AGGTCTGA 则有可能基因组序列中包含有ATACCTT GCTAGCGT AGGTCTGA这一段。 由于技术的限制和实际情况的复杂性,最终组装得到的序列与真实基因组序列之间仍可能存在差异,甚至只能得到若干条无法进一步连接起来的序列。对组装效果的评价主要依据组装序列的连续性、完整性和准确性。连续性要求组装得到的(多条)序列长度尽可能长;完整性要求组装序列的总长度占基因组序列长度的比例尽可能大;准确性要求组装序列与真实序列尽可能符合。 利用现有的测序技术,可按一定的测序策略获得长度约为50–100个碱基对的序列,称为读长(reads)。基因组复制份数约为50–100。基因组组装软件可根据得到的所有读长组装成基因组,这些软件的核心是某个组装算法。一个好的算法应具备组装效果好、时间短、内存小等特点。新一代测序技术在高通量、低成本的同时也带来了错误率略有增加、读长较短等缺点,现有算法的性能还有较大的改善空间。具体解决问题如下: (1)建立数学模型,设计算法并编制程序,将读长序列组装成基因组。你的算法和程序应能较好地解决测序中可能出现的个别碱基对识别错误、基因组中存在重复片段等复杂情况。 (2)现有一个全长约为120,000个碱基对的细菌人工染色体,采用Hiseq2000测序仪进行测序,测序策略以及数据格式的简要说明见附录一和附录二,测得的读长数据见附录三,测序深度约为70×,即基因组每个位置平均被测到约70次。试利

人类短串联重复序列

人类短串联重复序列(STR)的研究进展 短串联重复序列( Short tandem repeat ,STR)又称微卫星DNA, STR 是一种可遗传的不稳定的并且具有高度多态性的短的核苷酸重复序列. STR 多态性具有种类多,分布广,高度多态性等特点,并按孟德尔遗传规律[ 1 ]在人群中世代相传. 通过对STR 多态性的认识,极大地推动了人类基因组的研究. 这种多态性标志已广泛用于构建人类遗传连锁图谱、基因定位、遗传病诊断、肿瘤细胞染色体分离与重组以及亲子鉴定等法医学检查. DNA遗传标记的多态性研究发展按时间顺序可分为三代[4 ]。第1代遗传标记:限制性片段长度多态性( restriction fragment length polymorphism, RFLP)是Wyman 和White 于1980年偶然发现的,人类14号染色体上存在DNA片段长度有变化的区域,这些区域的结构特点是DNA由一段序列串联重复、首尾相接而成。重复次数可在几次至数百上千次之间变化。DNA重复单位长度在数bp至数十bp之间,组成串联重复的DNA是小卫星DNA。第2代遗传标记:短串联重复序列是由Holly等发现的重复单位的长度只有2~6 bp、重复次数一般在数次至几十次之间的串联重复DNA 序列,即微卫星DNA。微卫星DNA的等位基因片段的长度一般在400 bp 以下,故又称为短串联重复序列( STR)。第3代遗传标记:单核甘酸多态性( single nucleotide polymorphism, SNP)是单个碱基的置换、插入或缺失而形成的,是美国MIT提出的新一代多态性标记系统[5],近年来成为多种研究的焦点。虽然SNP的多态性位点是最多的,能比STR提供更全面的基因信息,但是STR还是以其独特的优点保存下来,仍被广泛的研究。 1.1 STR 的构成 STR 的核心序列为2~7bp ,呈串联重复排列.重复次数10~60 次左右,其总长度常小于400 bp.常见的有一、二、三、四核苷酸重复序列,约占真核生物基因组的5 %. 人类基因组的STR 单核苷酸重复以polyA ,polyT 多见,双核苷酸重复以(CA) n ,( GT) n , (AA) n , ( GG) n 常见, ( GC/ CG) 少见,其原因是由于3′端为G的C(即CPG) 易于甲基化. 三核苷酸重复以(CXG) n 类型常见,由于三核苷酸具有高度多态性,常用作DNA 的标记物. 每个特定位点的STR 均由两部分构成:中间的核心区和外围的侧翼区. 核心区含有一个以上称为“重复”的短序列,一般该重复单位的碱基对数目不变,而串联在一起的重复单位数目是随机改变的,如果用一种不切重复单位的限制性内切酶把DNA 分子切割成限制性片段,该限制性片段中位于核心区的外围即是侧翼区. 人群中不同个体可表现为侧翼区相同而串联重复单位的数目不同;也可为相同数目的重复单位,但侧翼区大小不同,或

《人类基因组计划及其意义》学案

《人类基因组计划及其意义》导学学案 编写:段素娟 诵读经典 鹊桥仙(北宋)秦观 纤云弄巧,飞星传恨,银汉迢迢暗度。金风玉露一相逢,便胜却、人间无数。 柔情似水,佳期如梦,忍顾鹊桥归路。两情若是久长时,又岂在、朝朝暮暮。 注释:1、金风:秋风。秋,在五行中属金。 2、玉露:晶莹如玉的露珠,指秋露。 3、忍顾:不忍心回头看。 4、朝朝暮暮:日日夜夜。这里指日夜相聚。 赏析:这是一首咏七夕的词,借牛郎织女悲欢离合的故事,讴歌了真挚、细腻、纯洁、坚贞的爱情。词中明写天上双星,暗写人间情侣;其抒情,以乐景写哀,以哀景写乐,倍增其哀乐,读来荡气回肠,感人肺腑。结句“两情若是久长时,又岂在朝朝暮暮”最有境界,这两句既指牛郎、织女的爱情模式的特点,又表述了作者的爱情观,是高度凝练的名言佳句。这首词因而也就具有了跨时代、跨国度的审美价值和艺术品位。 课标点击 1.了解人类基因组计划的基本情况和意义,把握科学的时代前沿性。 2.学习作者在这篇报告中的科学态度与人文关怀融为一体的精神。 相关链接 人类基因组“中国卷”大事记 ?1995年,杨焕明等人呼吁参与国际人类基因组计划。 ?1998年6月,中国科学院遗传所人类基因组中心挂牌成立。 ?1999年4月,遗传所人类基因组中心开始进行人类基因组测序,在中国实现零的突破。 ?1999年9月1日,杨焕明在第五次伦敦国际人类基因组战略讨论会上介绍情况。

?2000年6月26日,包括中国在内的六国科学家共同宣布,人类有史以来第一个基因组“工作框架图”绘制完成,这是人类历史上值得“载入史册的一天。”?2001年4月1日,随着运算速度超千亿次的曙光3000超级计算机正式落户杭州华大基因研究中心,从而标志着一个完整的世界级基因组信息学中心在我国诞生。 ?2001年8月26日,人类基因组计划中国部分测序项目汇报及联合验收会在京召开,标志人类基因组“中国卷”通过国家验收。 一、积累整合 1.给下列词语中加点的字注音。 疟.疾解.读 痢.疾押解. 2.掌握以下词语的辨析。 ①成分:事物构成的部分和要素。如:化学成分、句子成分。 成份:人的出身及经历、职业等。如:地主成份。 ②致病:使得病。如:查明致病原因。 治病:治疗疾病。如:治病救人。 ③估计:可以是对事物发展的时间、可能性、作用的推测,也可以是对事物的质量、数量等的推测。 估量:多用于对事物的轻重、大小、强弱、数量等方面的推测。 二、理解感悟 作者是从那些方面来阐述人类基因组计划对生命科学研究与生物产业发展的巨大导向性意义的? 三、品味鉴赏 品味本文作为一篇学术报告,试简析其写作的方法特色。

植物基因组中微型反向重复转座元件(MITE)研究进展

植物基因组中微型反向重复转座元件(MITE)研究进展1 孙海悦,张志宏* 沈阳农业大学园艺学院,沈阳(110161) E-mail:zhangz@https://www.wendangku.net/doc/132859194.html, 摘要:微型反向重复转座元件(miniature inverted repeat transposable element, MITE)是一类特殊的转座元件,其在结构上与有缺失的DNA转座子相似,但具有反转录转座子高拷贝数的特点。MITE时常与基因相伴,对基因调控可能起重要作用,因此,MITE正逐渐成为基因和基因组进化及生物多样性研究的一种重要工具。本文综述了植物基因组中MITE的研究进展,并对其应用前景进行了展望。 关键词:微型反向重复转座元件,基因,进化 转座元件(transposable elements)是指在生物细胞中能从同一条染色体的一个位点转移到另一个位点或者从一条染色体转移到另一条染色体上的DNA序列。转座元件是真核生物基因组的主要成分,根据转座媒介的不同而分为两类,即类型I和类型II (Casacuberta and Santiago, 2003)。类型I转座元件以RNA为媒介进行转座,即作为DNA的转座元件首先被转录为RNA,再借助反转录酶/RNase H反转录为DNA,插入到新的染色体位点,因此,类型I转座元件也被称为反转录转座子(retrotransposon)。类型II转座元件直接以DNA为媒介进行转座,因此,类型II转座元件也被称为DNA转座子(DNA transposon)。反转录转座子的“复制和粘贴”转座机制使其可以快速地增加拷贝数,所以在真核生物基因组中占很高的比例;而DNA转座子的“剪切和粘贴”转座机制不增加拷贝数,所以其在基因组中仅有少量重复(Bennetzen, 2000)。微型反向重复转座元件(miniature inverted repeat transposable element, MITE)是20世纪90年代发现的一类特殊的DNA 转座子(Bureau and Wessler, 1992;Bureau and Wessler, 1994),其在结构上与非自主DNA转座子相似,但具有反转录转座子的高拷贝数特点 (Feschotte, et al., 2002a)。MITE在植物基因组中广泛存在,时常与基因相伴(Mao et al., 2000),对基因调控可能起重要作用 (Bureau and Wessler,1994; Wessler et al.,1995; Bureau et al., 1996 ),并可能在基因组进化及生物多样性形成中扮演着重要角色。 1. MITE的结构 MITE最早发现于禾本科植物中(Bureau and Wessler, 1992),后来发现MITE也存在于其它显花植物及动物基因组中(Feschotte et al., 2002b)。MITE在结构上与DNA转座子的非自主元件相似(图1),但MITE的高拷贝数、特征靶位点和家族内序列的一致性,使其明显不同于已鉴定出的非自主元件(Wessler et al., 1995),因此,MITE被认为是一类新的DNA转座子。MITE家族是丰富而多样的,但其仍有许多一般特性,如长度短(<500 bp),有靶位点重复(target site duplication,TSD) 和末端反向重复序列(terminal inverted repeat, TIR),缺乏编码能力,一般富含A/T。在有些情况下,TIR可以形成稳定的茎环结构(Wessler et al., 1995)。 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金项目(编号:20050157003)资助 *通讯作者:张志宏,教授、博士,研究方向:果树生物技术。

人类基因组计划及其意义 同步练习

人类基因组计划及其意义同步练习 1.下面是语段空白处的句子,怎样排列它们的顺序才合理() ……虽然地球上的水非常丰富,但是,。,,它们才是被人类直接利用的水资源。 ①淡水大约只占3%②只有极少部分存在于大气、河流、湖泊以及地表浅层③海洋水约占地球全部水量的97%④这大约3%的淡水绝大部分又分布在南极、北极和人迹罕至的高山地区 A、①③②④ B、①④③② C、③②①④ D、③①④② (二)阅读下面一段文字 基因工程(节选) 所谓基因工程是指在其因水平上的操作,并改变生物遗传性状的技术。具体地说,按照人们的需要用类似工程设计的方法将不同生物的基因(目的基因)进行分离、剪切、拼接等操作,并通过分子载体(如质粒、人噬菌、SV40及其它病毒)转入适宜的受体细胞中而获得复制和表达的一种分子生物技术。由该技术构建的且具有新遗传性状的生物称之为“基因工程生物”,一般简称为“工程生物”。1973年基因工程的诞生,标志着新的生物革命的开始。这一年,美国斯坦福大学分子生物学家S?柯恩第一个建成“基因工程菌”,并创立基因工程模式,科学界把这一年定为基因工程元年,而S?柯恩成为基因工程发展史上第一位创始人。然而,基因工程的诞生不是偶然的,1953年,美国生物学家沃森和物理学家克拉克,在前人发现生物遗传物质DNA(脱氧核糖核酸,或者说基因)的基础上,发现了DNA的双螺旋结构,最终揭示了生物遗传之谜;60年代确定遗传信息传递方式以及“工程酶”与分子载体研究取得一系列成就有关系。这些成就为基因工程诞生做了理论和技术方面的充分准备。以基因工程诞生为标志,20多年来,生物技术飞速发展,通过“工程微生物”生产的新药有胰岛素、荷尔蒙、干扰素、乙肝疫苗等等;还有转基因动物生产医药品和优质营养品以及基因农作物抗各种病虫害等等。1990年开始实施、至今已取得重大进展并正在加紧进行的“人体基因组计划”,将为人类创造奇迹。这一计划一旦完成,人体基因组图谱绘制出来,图解整个人体10万种基因,并了解其功能,这将成为遗传病诊治或基因治疗以及寻找医治癌症、艾滋病等药物的指南。我国参与了“人类基因组计划”的进程,如制订了水稻基因组计划;人体基因计划项目在我国南方、北方均已启动,发现了一些新基因及其功能,研究工作取得可喜进展。 2.对“基因工程”理解正确的一项是() A、基因工程是一种改变生物遗传性状的技术。 B、基因工程是按照工程设计的方法,将生物的基因分解后获得一种新分子的生物技术。 C、基因工程是将不同生物的基因进行操作,然后将它转入受体细胞,从而获得一种新的遗传性状的生物技术。 D、基因工程是将不同生物的基因转入受体细胞后,所获得的一种新的遗传性状的分子生物。 3.基因工程的诞生经历了三个阶段,这三个阶段突出的成就是: 50年代成就是: 60年代成就是: 70年代成就是: 4.划线句子是一个长句,这个长句是阐述的主要意思是() A、这个计划将成为指南。 B、这个计划一旦完成,将成为指南。 C、人体基因组图谱图解人体基因将成为指南。 D、人体基因组将成为指南。

遗传标记STR基因座分型

遗传标记STR基因座的高分辨电泳分型 摘要:STR(Short Tandem Repeat,短片段重复序列)广泛存在于人类及哺乳动物的基因组中,具有高度多态性,一般由2~6个碱基构成一个核心序列,核心序列串联重复排列,由核心序列重复数目的变化产生长度多态性。本实验用磁珠法提取人类基因组DNA后,用三对引物(D1S1677、D4S2364和D10S1248)分别对一号染色体、四号染色体和十号染色体的STR序列进行PCR扩增,通过聚丙烯酰氨凝胶电泳技术(PAGE)对PCR产物进行分离,最后用EB染色凝胶后在紫外灯下观察实验结果并进行分析。通过此次实验,我们了解了STR序列的特征和相关应用,掌握了磁珠法提取人类基因组DNA技术、PCR技术,以及聚丙烯酰氨凝胶电泳技术(PAGE)。 关键词:STR磁珠法PCR扩增聚丙烯酰氨凝胶电泳技术(PAGE) 1.引言 DNA指纹技术是一项具有广泛应用价值的技术。它在人类医学中被用于个体鉴别、确定亲缘关系、医学诊断及寻找与疾病连锁的遗传标记;在动物进化学中可用于探明动物种群的起源及进化过程;在物种分类中,可用于区分不同物种,也有区分同一物种不同品系的潜力。在作物的基因定位及育种上也有非常广泛的应用。 DNA指纹技术的发展经历了三代。第一代DNA指纹技术利用了DNA 指纹图谱。1984年英国莱斯特大学的遗传学家Jefferys及其合作者首次将分离的人源小卫星DNA用作基因探针,同人体核DNA的酶切片段杂交,获得了由多个位点上的等位基因组成的长度不等的杂交带图纹,这种图纹极少有两个人完全相同,故称为“DNA指纹”,意思是它同人的指纹一样是每个人所特有的。众多“DNA指纹”组成“DNA指纹图谱”。第二代DNA指纹技术用PCR的方法对STR位点进行PCR扩增可得到不同长度DNA片段,用银染或荧光的方法对扩增后的DNA片段检测得到DNA指纹。第三代DNA指纹技术是用PCR的方法对SNP位点进行PCR扩增。 STR(Short Tandem Repeat,短片段重复序列)广泛存在于人类及哺乳动物的基因组中,具有高度多态性。它们一般由2~6个碱基构成一个核心序列,核心序列串联重复排列,由核心序列重复数目的变化产生长度多态性。对于一个特定的个体,染色体上某个特定位置的重复序列的重复次数是固定的,而对于不同的个体在同一位置处的重复次数可能不同,这就构成了人群中这些重复序列的多态性。由于人类基因组中这种重复序列非常多,通过对这种多态性的检测,就可以明确区分个体与个体的不同,确定父母子的亲缘关系,这就是STR 分型。联合应用16个STR位点的特异性,其个体识别率可达0.999999999998,其父权排除率可达0.99998。 本次实验中人类基因组DNA的提取使用的是磁珠法核酸纯化技术。它采用了纳米级磁珠微珠,这种磁珠微珠的表面标记了一种官能团,能同核酸发生吸附反应。该方法快速简捷,一般可在36分钟内完成。不用多次漂洗磁珠也可确保基因组DNA的高纯度,提取出的基因组DNA OD260/OD280典型的比值达1.7~1.9,长度可达20kb~50kb,可直接用于PCR、Southern-blot和各种酶切反应。 聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是体外核酸扩增技术,由变性、退火、延伸三个基本反应步骤构成。本实验以人类基因组DNA为模板,以dNTP为原料,以含有Mg2+的buffer为缓冲液,在Taq酶催化下,用特定引物(D1S1677、D4S2364和D10S1248)为延伸起点,通过变性、退火、延伸等步骤,获得不同基因座的STR扩增片段。可用于基因分离克隆,序列分析,基因表达调控,基因多态性研究等许多方面。总之,PCR是一项DNA

专题一 人类基因组计划及其意义

开卷有益 你能活多少岁?你想活多少岁?长寿是人类梦寐以求的,但是疾病等因素一直困扰着我们,癌症、糖尿病等大多是基因病。如果能攻克人类基因的奥秘,活到一百五十岁并不是异想天开。我们也能够在超市买到抗感冒的苹果、防肝炎的梨,能吃到治疗艾滋病的大米。如果能攻克人类基因的奥秘,我们的生活将发生翻天覆地的变化,我国正是人类基因组计划的成员国之一,承担着百分之一的任务,而这正是本文作者杨焕明博士争取而来的。今天我们就随他走进基因世界,去领略基因世界的多姿多彩! 话题链接——科学与生活 1.教材赏悟 全文通过介绍人类基因组计划的科学地位及六大导向性的意义,阐明了该计划是人类科学史上的重大工程,可以奠定揭开生命最终奥秘的基础,反映了当前领先于科技前沿的基因组研究的重大突破和广阔前景,体现了人文关怀性和科学严谨性,并呼吁人们要加强国际性合作,走良性发展的科研之路。 2.名句赏记 ◆科学家的成果是全人类的财产,而科学是最无私的领域。——高尔基 ◆数理科学是大自然的语言。——伽利略 ◆科学是我心中的温暖和愉快,你使我无所畏惧,视死如归。入狱者虽难得重见天日,你却能把锁链和铁窗粉碎。——布鲁诺 ◆科学是人类智慧的结晶和硕果……展望科学的未来,人类将高举科学的火炬登上宇宙的天堂。——霍金 ◆科学是人们生活中最重要、最美好和最需要的东西。——契诃夫 ◆没有科学和艺术,就没有人和人的生活。——列夫·托尔斯泰 ◆科学是我们时代的神经系统。——高尔基 ◆科学的真正的、合法的目标说来不外是这样:把新的发现和新的力量惠赠给人类生活。——培根

◆科学、科学知识总是假设的:它是猜想的知识。科学的方法是批评的方法: 寻求和消灭错误并服务于真理的方法。——卡尔·波普尔 ◆科学本身就有诗意。——斯宾塞 3.典例赏析 揭开遗传奥秘 原文:1832年的一天,奥地利西里西亚地区一个名叫海因赞多夫的小村庄,10岁的约翰正忙着帮助父亲嫁接果树。父亲酷爱园艺,是果树栽培嫁接方面的行家,左邻右舍的农民经常来向他请教。约翰从小就在父亲影响下学会了干各种农活,并且对果树嫁接产生了浓厚的兴趣。 一次小约翰问父亲:“爸爸,一枝小小的良种接穗,尽管全部养料都由劣种砧木供给,为什么仍能长成粗大的枝干和香甜的果实?” “孩子,我也不知道为什么!但事实的确如此。比养料力量更大是树木的本性,就是人们称为‘遗传’的那种性质吧!”父亲根据自己掌握的知识回答了约翰的问题。 小约翰默默地听着听着,陷入了沉思:“树木的本性”“遗传”,那是怎么一回事呢?他不断地喃喃自语。 童年的嫁接经验和学校里组织的生物活动,这些生物学的遗传现象在约翰幼小的心灵里扎下了深深的根基,这对他成为举世闻名、发现遗传规律的伟大的生物学家影响极大,他就是发现遗传三大定律的孟德尔。 悟语:伟大的发现常产生于我们普通的生活中,但是如果没有刨根究底的精神,如果没有持之以恒的坚持,没有把好奇心继续到底的决心,这伟大的发现还会是平常的生活现象。 4.时文赏读

人类基因组计划论文

人类基因组计划的重要性 “以破解人类遗传和生老病死之谜,解决人类健康问题为目的的人类基因组计划,对人类自身的生存和发展具有重要的意义。其旨在通过测定人类基因组DNA约3×109对核苷酸的序列,探寻所有人类基因并确定它们在染色体上的位置,明确所有基因的结构和功能,解读人类的全部遗传信息,使得人类第一次在分子水平上全面认识自我。” 基因作为掌控人类自身性状、特征和遗传的根本因子,以其简单的双螺旋结构、复杂的排列方式,使全世界范围内的每一个人类都有着相同的本质和不同的特质。基因的轰动范围极为广泛,我们身上的每一处体态特征几乎都由基因所决定,大到一个人的身高、外貌,小到一颗牙形的状,甚至是一根头发的直径都与基因有着密不可分的联系。众所周知,基因由五种碱基对以庞大的数量按一定顺序排列组合而成,其本质是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。在一个活跃的细胞内,特定的基因通过解旋、转录、翻译等一系列过程,来实现RN A、蛋白质等相应物质的合成,这些数以万计的不同形态不同功能的RN A、蛋白质在细胞内外发挥出他们自身的作用,从而达到控制人类机体、完善结构功能、协调组织器官运作的神奇效果。 由以上的事实我们可以看出,要想解开人类自身的秘密,就要从破解基因的密码做起。 人类基因组计划便应运而生了。该计划是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想,在2005年,要把人体内约10万个基因的密码全部解开,同时绘制出人类基因的谱图。换句话说,就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波1罗计划并称为三大科学计划。 “HDP(人类基因组计划)的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。”

全基因组从头测序(de novo测序)

全基因组从头测序(de novo测序) https://www.wendangku.net/doc/132859194.html,/view/351686f19e3143323968936a.html 从头测序即de novo 测序,不需要任何参考序列资料即可对某个物种进行测序,用生物信息学分析方法进行拼接、组装,从而获得该物种的基因组序列图谱。利用全基因组从头测序技术,可以获得动物、植物、细菌、真菌的全基因组序列,从而推进该物种的研究。一个物种基因组序列图谱的完成,意味着这个物种学科和产业的新开端!这也将带动这个物种下游一系列研究的开展。全基因组序列图谱完成后,可以构建该物种的基因组数据库,为该物种的后基因组学研究搭建一个高效的平台;为后续的基因挖掘、功能验证提供DNA序列信息。华大科技利用新一代高通量测序技术,可以高效、低成本地完成所有物种的基因组序列图谱。包括研究内容、案例、技术流程、技术参数等,摘自深圳华大科技网站 https://www.wendangku.net/doc/132859194.html,/service-solutions/ngs/genomics/de-novo-sequencing/ 技术优势: 高通量测序:效率高,成本低;高深度测序:准确率高;全球领先的基因组组装软件:采用华大基因研究院自主研发的SOAPdenovo软件;经验丰富:华大科技已经成功完成上百个物种的全基因组从头测序。 研究内容: 基因组组装■K-mer分析以及基因组大小估计;■基因组杂合模拟(出现杂合时使用); ■初步组装;■GC-Depth分布分析;■测序深 度分析。基因组注释■Repeat注释; ■基因预测;■基因功能注释;■ ncRNA 注释。动植物进化分析■基因家族鉴定(动物TreeFam;植物OrthoMCL);■物种系统发育树构建; ■物种分歧时间估算(需要标定时间信息);■基因组共线性分析; ■全基因组复制分析(动物WGAC;植物WGD)。微生物高级分析 ■基因组圈图;■共线性分析;■基因家族分析; ■CRISPR预测;■基因岛预测(毒力岛); ■前噬菌体预测;■分泌蛋白预测。 熊猫基因组图谱Nature. 2010.463:311-317. 案例描述 大熊猫有21对染色体,基因组大小2.4 Gb,重复序列含量36%,基因2万多个。熊猫基因组图谱是世界上第一个完全采用新一代测序技术完成的基因组图谱,样品取自北京奥运会吉祥物大熊猫“晶晶”。部分研究成果测序分析结果表明,大熊猫不喜欢吃肉主要是因为T1R1基因失活,无法感觉到肉的鲜味。大熊猫基因组仍然具备很高的杂合率,从而推断具有较高的遗传多态性,不会濒于灭绝。研究人员全面掌握了大熊猫的基因资源,对其在分子水平上的保护具有重要意义。 黄瓜基因组图谱黄三文, 李瑞强, 王俊等. Nature Genetics. 2009. 案例描述国际黄瓜基因组计划是由中国农业科学院蔬菜花卉研究所于2007年初发起并组织,并由深圳华大基因研究院承担基因组测序和组装等技术工作。部分研究成果黄瓜基因组是世界上第一个蔬菜作物的基因组图谱。该项目首次将传

基因组组装 数学建模

基因组组装 摘要 基因组组装是生物信息学的核心,有着极其重要的应用价值。本文针对提高基因组组装问题的不同途径和规模,利用了图论中的De Bruijn图法和欧拉路径问题的思想建立模型,并对传统De Bruijn图模型中存在的一些问题(如overlap 部分判定速度较慢、内存占用大等)建立了相应模型进行改进,利用所建模型对附录中给出的reads进行了组装,并对原文件中错误和低质量的reads进行了筛选,提高了原始数据的质量,对问题进行了拓展。 首先,在模型的建立方面,我们利用了图论中de Bruijn图法和欧拉路径问题的思想并结合实际,建立了基因组序列组装模型,基于de Bruijn图法的模型不仅避免了使用OLC方法组装第二代基因测序技术所产生的高通量、短序列、高覆盖的基因组易产生错误、运行较慢的弊端,并且还可以减少冗余数据量,提高了内存效率。 其次,在模型的优化改进方面,我们通过建立基于De Bruijn sequence的碱基序列替换改进模型和k值选择模型对传统De Bruijn 图模型进行了改进,很好的解决了原有模型存在的overlap比对速度慢、不同k取值导致资源占用不同等问题,提高了基因组组装过程中的时间效率和容错率。 最后,在对于原始reads数据的处理方面,我们利用了Hash算法的思想,对每条k-mer建立Hash值,并建立了基于Phred法的reads记录评分筛选模型,对于低质量和错误的reads记录进行了筛选去除,提高了原始reads数据的质量,使最终得到的contig更加准确。 关键词:De Bruijn图欧拉路径Phred质量评分Hash算法

快速和准确地获取生物体的遗传信息对于生命科学研究具有重要的意义,对每个生物体来说,基因组包含了整个生物体的遗传信息,这些信息通常由组成基因组的DNA或RNA分子中碱基对的排列顺序所决定。获得目标生物基因组的序列信息,进而比较全面地揭示基因组的复杂性和多样性,成为生命科学领域的重要研究内容。 确定基因组碱基对序列的过程称为测序(sequencing)。利用现有的测序技术,按一定的测序策略获得长度约为50–100个碱基对的序列,称为读长(reads)。基因组复制份数约为50–100。基因组组装软件可根据得到的所有读长组装成基因组,这些软件的核心是某个组装算法。常用的组装算法主要基于OLC (Overlap/Layout/Consensus)方法、贪婪图方法、de Bruijn图方法等。一个好的算法应具备组装效果好、时间短、内存小等特点。新一代测序技术在高通量、低成本的同时也带来了错误率略有增加、读长较短等缺点,现有算法的性能还有较大的改善空间。 1.1问题一的重述 问题一要求建立数学模型,设计算法并编制程序,将读长序列组装成基因组。对算法和程序的要求如下: (1)能较好地解决测序中出现的个别碱基对识别错误 (2)能较好地解决基因组中存在重复片段的情况 1.2问题二的重述 问题二要求将一个全长约为120,000个碱基对的细菌人工染色体(BAC),采用Hiseq2000测序仪进行测序,测序深度(sequencing depth)约为70×,即基因组每个位置平均被测到约70次。利用解决问题一建立的算法和程序进行组装,并使之具有良好的组装效果。

人类基因组计划及其意义一概

人类基因组计划及其意义 一、概述人类基因组计划 首先我们看一下百度词条上对于人类基因组计划的解释 人类基因组计划 定义:于20世纪80年代提出,由美、英、日、中、德、法等国参加并于2001年完成的针对人体23对染色体全部DNA的碱基对序列进行排序,对大约25 000个基因进行染色体定位,构建人类基因组遗传图谱和物理图谱的国际合作研究计划。 研究内容 HGP 的主要任务是人类的DNA 测序,同时绘制人类基因图谱(遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱),此外还有测序技术、人类基因组序列变异、功能基因组技术、比较基因组学、社会、法律、伦理研究、生物信息学和计算生物学、教育培训等内容。 遗传图谱 遗传图谱是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”,以遗传学距离为图距的基因组图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。意义:6000 多个遗传标记,能够把人的基因组分成6000 多个区域,可把某一致病基因定位于一定的已知区域,再对基因进行分离和研究。能够提高寻找基因和基因分析的效率,对于疾病而言,找基因和分析基因是个关键。 物理图谱 物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息,它是通过对构成基因组的DNA 分子进行测定而绘制的,主要使用限制性内切酶水解DNA片段,再通过酶切片段在DNA链上的定位将DNA链上的限制性内切酶酶切片段排列起来从而把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来所形成的图谱。DNA物理图谱是DNA分子结构的特征之一。由于首先要解决限制性内切酶在DNA 片段中所处的位置关系才能绘制出物理图谱,所以,在绘制DNA物理图谱的同时也要进行DNA序列的分析。DNA测序从物理图谱制作开始,它是测序工作的第一步。 序列图谱 随着遗传图谱和物理图谱的完成,测序就成为最重要的的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。 通过测序得到基因组的序列图谱。目前普遍使用的DNA测序技术主要有:逐个克隆法、全基因组鸟枪法等方法。 基因图谱 基因图谱是在识别基因组外显子的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。在人类基因组中鉴别全部基因的位置、结构与功能,最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA 反追到染色体的位置。 主要用途 对医学的贡献 基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。 对制药的贡献 筛选药物的靶点:与组合化学和天然化合物分离技术结合,建立高通量的受体、酶结合试验以知识为基础的药物设计:基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟—药物作用“口袋”。 生物技术贡献 对基因工程药物、诊断和研究试剂产业,胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造等都有贡献。 人类基因组计划的意义 人类基因组计划对生命科学的研究和生物产业的发展具有非常重要的意义,它为人类社会带来的巨

人类基因组计划及其意义教学设计(精)

《人类基因组计划及其意义》教学设计教学目标: ⒈捕捉文章中的关键信息,对说明对象形成综合理解。 ⒉把握本文总分结构对于表达说明对象与文章内容的意义。 ⒊领会本文为了更好地说明事理所运用的各种说明方法及其效果。 ⒋认识科学的“双刃剑”性质,培养科学的人文意识。 教学重点: ⒈捕捉文章中的关键信息,对说明对象形成综合理解。 ⒉把握本文总分结构对于表达说明对象与文章内容的意义。 教学难点: 科学的“双刃剑”性质和科学的人文意识。 教学时数:一课时。 教学步骤: 一、导入新课: 20世纪,原子弹的爆炸,“阿波罗”登月计划的实现,网络的广泛应用,使人类的认识从地球扩展到太空,当人们为这些物理学成就而陶醉时,却突然发现人类对于自身的认识太少了。20世纪50年代初,英美科学家提出遗传物质DNA的双螺旋模型,70年代开始的DNA克隆技术和转基因技术,让人类对生命有了进一步的认识。与此同时,人们还发现,几乎人类所有的疾病都与基因有关。在这样的背景下,人类基因组计划诞生了。今天我们一起来学习一篇有关基因的文章。请大家通读课文,了解什么是人类基因计划。 二、研习新课: ⒈把握内涵 ⑴关于“人类基因组计划”的表述是不是定义?为什么? 明确:原文中不是定义:人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称的人类科学史上的重大工程。因为它并没有揭示“人类基因组计划”的本质和内涵,而仅仅表明了它的重要意义。 ⑵结合相关信息给人类基因组计划下一个严格完整的定义。 明确:人类基因组计划是测定组成人类基因组30亿个核苷酸的序列,(从而)(奠定)阐明人类基因组及所有基因的结构和功能,解读人类的全部遗传信息,揭开人体奥秘的(基础)科学工程。 ⒉提炼信息 划出每一段的关键词句,捕捉其中的重要信息,形成对于“人类基因组计划”这一说明对象的综合理解。” 讨论,明确:第一段中“重大工程”“科学计划”,第二段中“具体目标”“基础”,第三段中“意义”,第四段中“规模化”,第五段中“序列化”,第六段中“以序列为基础”“特点”,第七段中“信息化”,第八段中“医学化”,第九段中“产业化”,第十段中“人文化”,第十一段中“冲击”,第十二段中“共同的基因组”“保护”“平等”,第十三段中“共同财富与遗

基因组的特点

基因组的特点 真核生物基因组的特点: 1.基因组较大。真核生物的基因组由多条线形的染色体构成,每条染色体有一个线形的DNA分子,每个DNA分子有多个复制起点; 2.不存在操纵子结构。真核生物的同一个基因簇的基因,不会像原核生物的操纵子结构那样,转录到同一个mRNA上; 3.存在大量的重复序列。真核生物的基因组里存在大量重复序列,通过其重复程度可将其分成高度重复序列、中度重复序列、低度重复序列和单一序列; 4.有断裂基因。大多数真核生物为蛋白质编码的基因都含有“居间序列”,即不为多肽编码,其转录产物在mRNA前体的加工过程中被切除的成分; 5.真核生物基因转录产物为单顺反子; 6.功能相关基因构成各种基因家族。 原核生物基因组的特点: 1.基因组较小,通常只有一个环形或线形的DNA分子; 2.通常只有一个DNA复制起点; 3.非编码区主要是调控序列; 4.存在可移动的DNA序列; 5.基因密度非常高,基因组中编码区大于非编码区; 6.结构基因没有内含子,多为单拷贝,结构基因无重叠现象; 7.重复序列很少,重复片段为转座子; 8.有编码同工酶的等基因; 9.基因组的大部分序列是用来编码蛋白质的,基因之间的间隔序列很短;

10.功能相关的序列常串连在一起,由共同的调控元件调控,并转录成同一mRNA分子,可指导多种蛋白质的合成,这种结构称操纵子。 病毒基因组的特点: 1.不同病毒基因组大小相差较大; 2.不同病毒基因组可以是不同结构的核酸; 3.除逆转录病毒外,通常为单倍体基因组; 4.有的病毒基因组是连续的,有的病毒基因组分节段; 5.有的基因有内含子; 6.病毒基因组大部分为编码序列; 7.基因重叠,即同一段DNA片段能够编码两种或两种以上的蛋白质分子,这种现象在其他生物细胞中仅见于线粒体和质粒DNA。

基因组组装

数学建模暑假培训 论文题目:基因组组装 姓名1:李建平学号:201220370107 专业:物理学姓名1:肖震南学号:201220370115 专业:物理学姓名1:肖丽霞学号:201220300325 专业:应用化学

摘要 快速和准确地获取生物体的遗传信息对于生命科学研究具有重要的意义。伴随着人类基因组计划的实施而突飞猛进。从第一代到现在普遍应用的第二代,以及近年来正在兴起的第三代,测序技术正向着高通量、低成本的方向发展。尽管如此,目前能直接读取的碱基对序列长度远小于基因组序列长度,因此需要利用一定的方法将测序得到的短片段序列组装成更长的序列。 随着测序技术的发展,测序过程中获得DNA片段越来越短,基于Euler路径拼接算法在处理这种短片段拼接时更具优势,在Euler路径算法中,构建de Bruijn图。该算法能够快速地处理海量测序数据,而且能得到质量较高的重叠群。 问题一:首先,构造de Bruijn图,通过Euler路径,确定基因组组装的结果。对于个别碱基对识别错误、基因组中存在重复片段等复杂情况,通过设定一个固定的长度阈值,直接去除和设计一个Tour Bus算法来解决这些问题。 问题二:问题二是把上面的模型具体化,对问题一的模型进行检验。由于问题二的数据庞大,所以先对其进行筛选。筛选出读长为88bp,然后建立Euler路径。 关键词:基因组组装de Bruijn图Euler路径

一.问题的重述 随着测序技术的不断发展,新一代测序技术产生的在高通量、低成本的同时也使得错误率略有增加、读长较短等缺点。本题要求利用数学模型,设计算法要求解决如下几个复杂问题: (1)测序过程中可能出现的个别碱基对识别错误; (2)基因组中存在重复片段; (3)能够处理海量的序列比对; 二.模型的假设 根据题设与模型的要求,作出如下假设: 1)假设所给read的质量值较大的数量足够多; 2)假设所给read的重复片段的数量少; 3)假设所给能够配对read的碱基重复数量大于模型所给的值; 三.符号说明

重复序列

单一序列(unique sequence) 又称非重复序列, 在一个基因组中一般只有一个拷贝。真核生物的绝大多数结构基因在单倍体中是单拷贝或几个拷贝(1~5个拷贝)。 基因组中有10个到几千个拷贝的DNA序列。重复单元的平均长度约300b 中度重复序列(moderately repetitive sequence )一般是非编码序列,有十个到几百个拷贝,如rRNA基因和tRNA基因等。这类重复序列的平均长度大约为300bp ,往往构成序列家族,常以回文序列形式出现在基因组的许多位置上,有些同单一序列间隔排列。大部分中度重复序列与基因表达的调控有关,包括开启或关闭基因的活性,调控DNA 复制的起始,促进或终止转录等,它们 可能是与DNA复制和转录的起始、终止等有关的酶和蛋白质因子的识别位 点。 p。高度重复序列在基因组中重复频率高,可达百万(106)以上,因此复性速度很快。在基因组中所占比例随种属而异,约占10-60%,在人基因组中约占20%。高度重复顺序又按其结构特点分为三种。 (1)倒位(反向)重复序列 这种重复顺序复性速度极快,即使在极稀的DNA浓度下,也能很快复性,因此又称零时复性部分,约占人基因组的5%。反向重复序列由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。变性后再复性时,同一条链内的互补的拷贝可以形成链内碱基配对,形成发夹式或“+”字形结构。倒位重复(即两个互补拷贝)间可有一到几个核苷酸的间隔,也可以没有间隔。没有间隔的又称回文(palimdr-ome),这种结构约占所有倒位重复的三分之一。若以两个互补拷贝组成的倒位重复为一个单位,则倒位重复的单位约长300bp或略少。两个单位之间有一平均1.6kb的片段相隔,两对倒位重复单位之间的平均距离约12kb,亦即它们多数散布非群集于基因组中。 (2)卫星DNA 卫星DNA(satelliteDNA)是另一类高度重复序列,这类重复顺序的重复单位一般由2-10bp组成,成串排列。由于这类序列的碱基组成不同于其他部份,可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开,因而称为卫星DNA或随体DNA。在人细胞组中卫星DNA约占5-6%。按照它们的浮力密度不同,人的卫星DNA可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种。果蝇的卫星DNA顺序已经搞清楚,可分为三类,这三类卫星DNA都是由7bp组成的高度重复顺序:卫星Ⅰ为5'ACAACT3',卫星Ⅱ为5'ACAAATT3'。而蟹的卫星DNA为只有AT两个碱基的重复顺序组成。 (3)较复杂的重复单位组成的重复顺序

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