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基因組
生物體所有遺傳物質(zhì)的總和
在分子生物學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域，基因組是指生物體所有遺傳物質(zhì)的總和。這些遺傳物質(zhì)包括DNA或RNA（病毒RNA）。
簡(jiǎn)介
在生物學(xué)中，一個(gè)生物體的基因組是指包含在該生物的DNA（部分病毒是RNA）中的全部遺傳信息，又稱(chēng)基因體（genome）。基因組包括基因和非編碼DNA。1920年，德國(guó)漢堡大學(xué)植物學(xué)教授漢斯·溫克勒（HansWinkler）首次使用基因組這一名詞。
更精確地講，一個(gè)生物體的基因組是指一套染色體中的完整的DNA序列。例如，生物個(gè)體體細(xì)胞中的二倍體由兩套染色體組成，其中一套DNA序列就是一個(gè)基因組。基因組一詞可以特指整套核DNA（例如，核基因組），也可以用于包含自己DNA序列的細(xì)胞器基因組，如線粒體基因組或葉綠體基因組。當(dāng)人們說(shuō)一個(gè)有性生殖物種的基因組正在測(cè)序時(shí)，通常是指測(cè)定一套常染色體和兩種性染色體的序列，這樣來(lái)代表可能的兩種性別。即使在只有一種性別的物種中，“一套基因組序列”可能也綜合了來(lái)自不同個(gè)體的染色體。通常使用中，“遺傳組成”一詞有時(shí)在交流中即指某特定個(gè)體或物種的基因組。對(duì)相關(guān)物種全部基因組性質(zhì)的研究通常被稱(chēng)為基因組學(xué)，該學(xué)科與遺傳學(xué)不同，后者一般研究單個(gè)或一組基因的性質(zhì)。
種類(lèi)
原核
原核生物和真核生物基因組由DNA組成。古細(xì)菌有一個(gè)環(huán)狀染色體組成的DNA基因組。大多數(shù)細(xì)菌也有一個(gè)環(huán)狀染色體，然而，一些細(xì)菌物種含有線性染色體或多個(gè)染色體。大多數(shù)原核生物基因組中不含有重復(fù)DNA。一些共生細(xì)菌基因組種含有高比例的假基因，例如Serratia symbiotica基因組種只有約40%的DNA編碼蛋白質(zhì)。一些細(xì)菌基因組還含有輔助遺傳物質(zhì)，它們?cè)谫|(zhì)粒中存在。為此，基因組這個(gè)詞不應(yīng)該用作染色體的同義詞。
真核
真核基因組由一條或多條線性DNA染色體組成。組成真核生物基因組的染色體的數(shù)量差異很大，杰克跳線螞蟻和無(wú)性線蟲(chóng)的基因組每個(gè)只有一對(duì)染色體，而蕨類(lèi)物種有720對(duì)染色體。人類(lèi)細(xì)胞具有22對(duì)常染色體和1對(duì)性染色體。
除了細(xì)胞核中的染色體外，真核生物的細(xì)胞器如葉綠體和線粒體都有自己的DNA和染色體，因此，也有“線粒體基因組”和“質(zhì)體基因組”的說(shuō)法。與它們來(lái)源的細(xì)菌一樣，線粒體和葉綠體都含有環(huán)狀染色體。
與原核生物不同，真核生物具有蛋白質(zhì)編碼基因的外顯子-內(nèi)含子組織和一定數(shù)量的重復(fù)DNA。哺乳動(dòng)物和植物基因組的大多數(shù)由重復(fù)DNA組成。
攜帶合成蛋白質(zhì)遺傳信息的DNA序列是編碼序列。不同物種中編碼序列占基因組的比例差異很大。較大的基因組不一定含有更多的基因，并且復(fù)雜真核生物中非重復(fù)DNA的比例隨著基因組大小的增加而減少。簡(jiǎn)單的真核生物如秀麗隱桿線蟲(chóng)和果蠅中，編碼DNA比例高于重復(fù)DNA，而更復(fù)雜真核生物基因組則往往主要由重復(fù)DNA組成。一些植物和兩棲動(dòng)物基因組中重復(fù)DNA的比例超過(guò)80%。同樣，人類(lèi)基因組中只有2%編碼DNA。
非編碼序列
非編碼序列包括內(nèi)含子，非編碼RNA的序列，調(diào)控DNA和重復(fù)DNA。人類(lèi)基因組的98%屬于非編碼序列。基因組的重復(fù)DNA有串聯(lián)重復(fù)序列和分散重復(fù)序列。
轉(zhuǎn)座子（TEs）是具有特定結(jié)構(gòu)的DNA序列，它們可以在基因組中跳動(dòng)，位置不固定。I類(lèi)TE通過(guò)復(fù)制和粘貼機(jī)制跳動(dòng)位置，II類(lèi)TE從基因組中切除并插入新位置。
TE的運(yùn)動(dòng)是真核生物基因組進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力，因?yàn)樗鼈兊牟迦肟梢云茐幕蚬δ埽琓E之間的同源重組可以導(dǎo)致基因的復(fù)制，TE還可以將外顯子和調(diào)節(jié)序列改組到新的位置。
反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可以轉(zhuǎn)錄成RNA，然后在另一個(gè)位點(diǎn)被復(fù)制到基因組中。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可分為長(zhǎng)末端重復(fù)序列（LTR）和非長(zhǎng)終端重復(fù)序列（非LTR）兩大類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。
改變
生物體所有細(xì)胞都源自同一個(gè)單細(xì)胞，因此它們應(yīng)該具有相同的基因組。但是，在某些情況下，細(xì)胞間會(huì)出現(xiàn)差異。細(xì)胞分裂期間的DNA復(fù)制和環(huán)境誘變劑的作用都可導(dǎo)致體細(xì)胞發(fā)生突變。在某些情況下，這種突變會(huì)導(dǎo)致癌癥，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致細(xì)胞更快地分裂并侵入周?chē)M織。在減數(shù)分裂期間，二倍體細(xì)胞分裂兩次以產(chǎn)生單倍體生殖細(xì)胞。在此過(guò)程中，重組導(dǎo)致遺傳物質(zhì)從同源染色體重新洗牌，因此每個(gè)配子具有獨(dú)特的基因組。
進(jìn)化
基因組不僅僅是生物體基因的總和，基因組還含有其它可以考慮特定基因及其產(chǎn)物的特征。
復(fù)制在基因組的塑造過(guò)程中起了重要作用。復(fù)制的范圍包括短串聯(lián)重復(fù)序列的延伸、基因簇的復(fù)制、整個(gè)染色體甚至整個(gè)基因組的復(fù)制。這種復(fù)制可能是創(chuàng)造遺傳新性狀的基礎(chǔ)。
遺傳變異
基因組
盡管這個(gè)概念看上去與直覺(jué)相抵觸，其實(shí)這與說(shuō)沒(méi)有任何一個(gè)特定的形狀是印度豹的形狀是相同的概念。印度豹形狀各異，它們的基因組序列也并不相同。然而各動(dòng)物個(gè)體和它們的序列都有共性，因此可以從單一實(shí)例中來(lái)了解印度豹和“豹性”。
最小基因組
基因組計(jì)劃
人類(lèi)基因組計(jì)劃旨在對(duì)人類(lèi)基因組繪制物理圖譜并測(cè)序。其他基因組計(jì)劃包括小鼠，水稻，擬南芥，河豚和細(xì)菌（如大腸桿菌）等。通過(guò)各種基因組計(jì)劃，許多基因組已被測(cè)序。測(cè)序費(fèi)用一直在降低，可能最終測(cè)序單個(gè)基因組只需要幾千美元。
大小的比較
生物 | 基因組大小（堿基對(duì)） |
5387-最早完成測(cè)序的基因組 | |
病毒,噬菌體λ | 5×104 |
細(xì)菌,大腸桿菌 | 4×106 |
67×1010 -2005年12月已知的最大基因組 | |
13×1010 |
展開(kāi)表格
注：一個(gè)人類(lèi)細(xì)胞的DNA長(zhǎng)度約為1.8米。
特點(diǎn)
真核生物、原核生物和病毒的基因組有不同的特點(diǎn)。
真核生物
1.基因組較大。真核生物的基因組由多條線形的染色體構(gòu)成，每條染色體有一個(gè)線形的DNA分子，每個(gè)DNA分子有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；
6.功能相關(guān)基因構(gòu)成各種基因家族。
原核生物
1.基因組較小，通常只有一個(gè)環(huán)形或線形的DNA分子；
4.存在可移動(dòng)的DNA序列；
5.基因密度非常高，基因組中編碼區(qū)大于非編碼區(qū)；
7.重復(fù)序列很少，重復(fù)片段為轉(zhuǎn)座子；
9.基因組的大部分序列是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)的，基因之間的間隔序列很短；
10.功能相關(guān)的序列常串連在一起，由共同的調(diào)控元件調(diào)控，并轉(zhuǎn)錄成同一mRNA分子，可指導(dǎo)多種蛋白質(zhì)的合成，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)操縱子。
研究
2015年3月，中科院昆明動(dòng)物所和深圳華大基因國(guó)家基因庫(kù)的研究人員成功破譯了高山倭蛙基因組，這是迄今為止破譯的全世界首個(gè)現(xiàn)代蛙類(lèi)基因組，也是目前破譯的全世界第二個(gè)兩棲動(dòng)物的基因組。此次研究為兩棲動(dòng)物進(jìn)化研究提供了新線索，相關(guān)研究成果在美國(guó)科學(xué)院院刊(PNAS)雜志在線發(fā)表。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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