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第1章 基因组1

1.1遗传的分子基础1

1.1.1 DNA的化学与生物学2

1.1.2 RNA的化学与生物学6

1.1.3蛋白质的结构与生物学10

1.2基因组序列复杂性13

1.2.1 C值与C值悖理13

1.2.2序列复杂性14

1.2.3基因组的序列组成15

1.3基因与基因家族16

1.3.1编码RNA的基因16

1.3.2编码蛋白质的基因17

1.3.3基因家族17

1.3.4异常结构基因19

1.3.5假基因20

1.4染色体21

1.4.1真核生物染色体21

1.4.2原核生物染色体22

1.5基因组22

1.5.1人类基因组22

1.5.2其他生物基因组23

第2章 遗传图绘制26

2.1遗传图与物理图27

2.2遗传作图标记27

2.2.1基因标记28

2.2.2 DNA标记28

2.3遗传作图的方法31

2.3.1孟德尔遗传学简介31

2.3.2连锁分析32

2.3.3不同模式生物的连锁分析36

2.4遗传图绘制42

2.4.1人类遗传图42

2.4.2水稻遗传图43

第3章 物理图绘制45

3.1限制性作图46

3.1.1限制性作图的基本方法46

3.1.2限制性作图的局限47

3.2基于克隆的基因组作图50

3.2.1大分子DNA的克隆载体51

3.2.2重叠群组建53

3.2.3指纹作图54

3.3原位染色体连锁图55

3.3.1同位素或荧光标记探针的原位杂交55

3.3.2原位杂交56

3.4辐射杂种作图56

3.4.1序列标签位点57

3.4.2辐射杂种作图的程序与方法58

3.5基因组整合图61

3.5.1人类基因组整合图61

3.5.2水稻基因组整合图62

第4章 基因组测序与序列组装66

4.1 DNA测序的方法66

4.1.1第一代DNA测序66

4.1.2第二代DNA测序71

4.1.3第三代DNA测序73

4.2基因组测序78

4.2.1基因组测序的策略78

4.2.2基因组测序的覆盖面79

4.2.3序列间隙与物理间隙79

4.2.4插入片段的两端测序81

4.3序列组装81

4.3.1作图法测序与序列组装81

4.3.2鸟枪法测序与序列组装82

4.3.3不同测序路线与序列组装策略的比较84

4.4基因组测序的其他路线87

4.4.1重要区域的优先测序88

4.4.2 EST测序88

4.4.3环境共栖生物基因组测序88

4.5人类基因组测序与组装89

4.5.1人类基因组的测序策略89

4.5.2人类基因组测序的伦理学问题90

4.5.3人类基因组测序计划相关的重大事件92

第5章 基因组序列注释96

5.1搜寻基因96

5.1.1根据基因结构特征搜寻基因97

5.1.2同源基因查询98

5.1.3实验确认基因101

5.1.4基因的命名与分类105

5.2基因注释107

5.2.1计算机预测基因功能107

5.2.2蛋白质结构域在功能预测中的意义107

5.2.3根据协同进化注释基因功能109

5.3基因功能检测110

5.3.1基因失活是基因功能分析的主要手段110

5.3.2基因的过量表达用于基因功能检测114

5.4高通量基因功能的研究方法114

5.4.1突变库构建115

5.4.2 RNA干扰与基因功能检测116

5.4.3蛋白质互作117

5.5功能基因组学118

5.5.1组学简介119

5.5.2转录物组120

5.5.3蛋白质组121

5.5.4基因本体123

第6章 基因组解剖132

6.1原核生物基因组解剖132

6.1.1原核生物基因组的物理结构132

6.1.2原核生物基因组的遗传组成135

6.2真核生物基因组解剖138

6.2.1真核生物核基因组138

6.2.2真核生物细胞器基因组145

6.3转座因子与分散重复序列149

6.3.1 DNA转座子150

6.3.2逆转录因子与分散重复序列家族150

6.3.3真核生物分散重复序列的比较153

6.4串联重复序列及其分布155

6.5人类基因组的结构与组成155

6.5.1人类基因组编码基因155

6.5.2人类基因组非编码基因158

6.6拟南芥基因组的结构与组成159

6.6.1蛋白质编码基因159

6.6.2 RNA编码基因161

第7章 基因的转录调控164

7.1原核生物基因的转录164

7.1.1转录起始调控164

7.1.2转录延伸与终止调控166

7.2真核生物基因的转录170

7.2.1 RNA聚合酶与转录因子170

7.2.2真核生物Pol Ⅰ基因的转录起始与终止171

7.2.3真核生物Pol Ⅱ基因的转录起始与终止174

7.2.4真核生物Pol Ⅲ基因的转录起始与终止178

7.2.5细胞器基因的转录179

7.3古细菌基因的表达调控181

7.4基因的转录调控182

7.4.1转录调控的顺式元件182

7.4.2转录调控的反式因子183

7.4.3转录因子与调控序列的互作184

7.4.4转录因子家族187

第8章 转录物组193

8.1细胞中的RNA组分193

8.1.1 mRNA194

8.1.2非编码RNA194

8.1.3前体RNA及其修饰195

8.2 mRNA的修饰与加工195

8.2.1 mRNA的5’加帽196

8.2.2 mRNA的3’端多聚腺苷酸化197

8.2.3前体mRNA的剪接加工201

8.2.4 mRNA的定位与降解209

8.3基因组非编码RNA213

8.3.1小RNA及其分子生物学213

8.3.2长非编码RNA218

8.3.3非编码RNA的生物学意义221

第9章 蛋白质组228

9.1蛋白质的合成228

9.1.1 tRNA与氨酰化228

9.1.2密码子与反密码子的互作230

9.1.3蛋白质合成中核糖体的作用232

9.2蛋白质翻译调控233

9.2.1翻译的起始234

9.2.2翻译的整体调控236

9.2.3翻译的专一性调控236

9.3蛋白质翻译后加工240

9.3.1蛋白质的剪切加工240

9.3.2蛋白质折叠241

9.3.3化学修饰243

9.4蛋白质降解245

9.4.1蛋白质降解标记——泛素化245

9.4.2蛋白酶体246

9.4.3蛋白质降解是调控细胞活性的重要环节247

第10章 基因组表观遗传251

10.1什么是表观遗传251

10.1.1表观遗传定义251

10.1.2表观遗传现象252

10.1.3表观遗传机制252

10.2位置效应与表观遗传254

10.2.1座位控制区255

10.2.2绝缘子256

10.2.3副突变258

10.2.4单等位基因表达259

10.3 DNA甲基化与表观遗传260

10.3.1 DNA甲基化260

10.3.2 DNA甲基化与基因调控261

10.3.3 DNA甲基化与转座子沉默262

10.3.4基因组印记263

10.4染色质重建与表观遗传265

10.4.1核小体与基因表达265

10.4.2先入模型268

10.4.3动态模型270

10.5表观遗传通路272

10.5.1表观遗传诱导273

10.5.2表观遗传起始274

10.5.3表观遗传维持275

10.5.4表观遗传密码279

第11章 基因组的复制288

11.1 DNA复制的问题288

11.1.1 DNA复制的拓扑学289

11.1.2 DNA的半保守复制289

11.1.3 DNA拓朴酶及其功能289

11.1.4 DNA复制的特点290

11.2原核生物基因组的复制291

11.2.1复制起始点291

11.2.2复制的起始291

11.2.3复制的延伸292

11.2.4复制的终止297

11.2.5古细菌基因组的复制298

11.3真核生物核基因组的复制299

11.3.1酵母DNA复制起始点299

11.3.2高等真核生物DNA复制起始点300

11.3.3真核生物DNA复制叉上的事件301

11.3.4端粒复制303

11.4细胞器基因组的复制307

11.4.1线粒体基因组的复制307

11.4.2叶绿体基因组的复制308

11.5基因组复制的调控309

11.5.1基因组复制与细胞的分裂309

11.5.2细胞S期的控制311

第12章 基因组进化的分子基础317

12.1突变317

12.1.1突变的机制317

12.1.2突变的效应321

12.1.3超突变与程序性突变323

12.1.4 DNA修复325

12.1.5 DNA单链的非对称性进化330

12.2重组331

12.2.1同源重组332

12.2.2位点专一性重组335

12.2.3双链断裂重组模型337

12.2.4染色体重排338

12.3转座340

12.3.1 DNA转座340

12.3.2逆转录转座341

第13章 基因组进化的模式346

13.1遗传系统的起源346

13.1.1 RNA世界346

13.1.2基因组的起源348

13.1.3生命三域349

13.2新基因的产生350

13.2.1基因与基因组加倍351

13.2.2外显子洗牌与蛋白质创新357

13.2.3 DNA水平转移359

13.2.4重复基因的命运362

13.3非编码序列的扩张364

13.3.1真核生物基因组非编码序列的组成364

13.3.2转座子与基因组进化365

13.3.3内含子的起源367

13.4比较基因组学369

13.4.1基因组同线性369

13.4.2基因岛和基因协同进化371

13.4.3远缘物种中基因与调控序列的保守性372

第14章 基因组与生物进化378

14.1分子系统发生学378

14.1.1表征学和分支系统学378

14.1.2分子系统发生学379

14.1.3 DNA系统发生树379

14.2分子系统发生学与生物进化382

14.2.1生命的起源382

14.2.2人类的起源383

14.2.3现代人的起源389

14.3基因组与生物多样性398

14.3.1生物多样性的遗传基础399

14.3.2生物多样性的分子机制399

14.3.3基因调控的进化与生物多样性400

索引408