2014基因组学复习（预测答案）(3)

相应的给出了不同GC content下的不同类型密码子（GC-rich,AU-rich,GCp1,GCp2）的使用频率，由下图可以看到，随着DNA GC content的增加，GC-rich密码子（上图中的右下象限的黄色区域）的使用频率逐渐增高，而AU-rich密码子（上图中的左上象限的蓝色区域）的使用频率逐渐减小。

下图给出了不同类型密码子所编码的氨基酸的多样性（diversity）和鲁棒性(robustness)，可以看到，随着GC-rich的密码子其鲁棒性也强（多数为4-fold简并密码子：三联密码的最后一个字母是N）；而AU-rich的密码子鲁棒性若（多样性强）。

下图是根据密码子所编码氨基酸的物理化学性质（基本AA、酸性AA、极性AA、非极性AA）来编排的密码子表，可以看出，3个6-fold煎饼的密码子（Leu, Arg, Ser），它们都可以分为一个2-fold 简并和一个4-fold简并。

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GC突变偏好性：钟摆模型：几乎一半的密码子都是嘌呤敏感purine-sensitive的。 为什么会出现6-fold简并密码子？如下图： 平衡作用引入Arg (reduced Lys(K) when GC increases) 引入Ser

Reducing C pressure Reducing purine pressure Leu: U to C to reduce GC pressure Arg: A to C to reduce GC pressure

Ser: AG to UC to reduce both GC and purine pressures

所有这些都有C的参与！C在作为最后加入的碱基起到重塑遗传密码的作用。有利于减轻G (purine) pressure。 GC敏感性与氨基酸的大小有关GC-sensitivity：It is a matter of size： 对于疏水性AA而言，密码子GC的增加预示着其体积的减小，如下图

对于带正电以及某些极性AA而言，密码子GC的增加预示着其体积的增加小，如下图

微创理论：The Minimal Damage Theory：突然的变化sudden changes虽然好坏未知，但大部分是不利的。所以有机体为了抵抗环境的变化会进化出一定的鲁棒性。 码学中纯文本解密与遗传密码破译的关系，如下图：

RNA编辑的种类Types of RNA Editing：

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A process that alters the RNA sequence Nt insertion, deletion, or conversion

Uridine-indel editing (kinetoplastid mitochondria)

C-insertion and dinucleotide insertion editing (Physarum mitochondria) C to U editing (U to C also; in plant mitochondria and chloroplasts, apoB, etc.) tRNA editing (Acanthamoeba mitochondria, marsupial mitochondria, etc.) A to I editing (glutamate receptor, hepatitis delta virus, etc.) Sno RNA-mediated nucleotide modification of rRNAs

总结

Step 1：首先高清遗传密码、RNA世界，高清R嘌呤A或G；Y代表嘧啶C或U。

最初的密码子是不编码小的或者酸性AA的

Step2：G 的加入扩增了密码子表。此外增加了A to I edit machinery

Step 3：GU and AG作为剪切信号。

Step 4：C加入，DNA-protein-RNA world形成

Genetic Code and the Rules of Life:

遗传密码与生命一样，起源都是简单的。生命变得鲁棒，多样，复杂，遗传密码也要变得鲁棒，多样，复杂。生命随着遗传密码的完善而进化。

12、为什么要开展人类基因组和RNA组计划 人类基因组计划：

于20世纪80年代提出的，由国际合作组织包括有美、英、日、中、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体23对染色体由3×109核苷酸组成的全部DNA序列，于2000年完成了人类基因组“工作框架图”。2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。

HGP的目标:（1） 人类DNA测序（2） 发展测序技术（3） 鉴定人类基因组变异（4）发展有效的基因组学技术（5）比较基因组学（6）ELSI: ethical, legal, and social issues（7） 生物信息学和计算生物学（8）Training and manpower

在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。

必要性：

（１）DNA测序技术和相关分子生物学技术日趋成熟。包括DNA测序、寡聚核苷酸合成、DNA杂交、分

子克隆、聚合酶链式反应（PCR）等。尤其是80年代初荧光标记法DNA测序仪的研发和接近问世

（２）生物医学发展的迫切需求。未知基因序列的不断解读，遗传疾病相关变异的定位克隆（Positional cloning），新转录因子和信号传导通路的不断发现，都使DNA测序技术和需求被推到了科学界关注的焦点。

（３）启动国际合作，调动全球各方资源的必要性。比如，人类基因组研究会涉及到世界各国的人类遗传资源，与其说在美国集中收集，不如让这些国家直接参加一个共同的合作项目，同时他们所代表的国家还可以给与资金的支持。

（４）当时遗传学和基因组学等学科的发展也遇到了新的瓶颈。比如对全基因组遗传图谱和物理图谱的迫切需求，对打片段DNA克隆的迫切需求

人类RNA组计划（HRP）

（１）必要性：

RNA是三大生命生物分子中的一个

我们必须知道如何每个人细胞内RNA分子在给定的条件下如何被调节和发挥功能的

我们要知道有多少RNA与人类疾病有关，从而为提供药物靶标，疾病诊断和药物开发和了解人类生物学信息提供帮助

人类基因组计划完成10年之后，我们下一步要做什么，谁将会带头？ （２）研究的范围：

获取所有人类细胞类型中细胞RNA（从人细胞类型>百万RNAomes生理和病理条件下）中的上下文信息的完整

早期胚胎和组织/器官的发展 分化，细胞凋亡，和恶性肿瘤

代表性的病理状况（例如不同类型的肿瘤） 解密的角色

在调节染色体构象和基因表达的lncRNAs 小RNA，如miRNA的，在调节基因表达和功能 在调节基因表达和功能RNA修饰

定义和可视化功能模块，途径和RNAomes在细胞空间的调控网络 （３）RNAome研究的历史视角：

通过人类基因组计划，EST概念（表达序列标签）和未知领域;EST序列都是有用的，但有局限性。 发现基于全长cDNA转录的基因组注释 微阵列和测序技术都用于基因表达研究 调控RNA的发现（如miRNAs与lncRNAs） RNA的修饰和RNA编辑调控作用的发现 ENCODE项目（2003年） （４）挑战与机遇：

基因组测序已经完成，但不是在所有的细胞类型都存在所有RNA元件，在不同细胞中变化很大和对环境的变化也非常敏感；百万人的基因组测序的重点是基因表达的遗传变异；表达水平并不意味着离和 - 对所有基因；人组织和细胞新鲜来源；个人和群体中存在不同；实现单细胞和单分子分辨率

我们可能有更多的工作要做，来发现所有的RNA，特别是operational RNA（不是高度保守的，低表达，隐藏在重复和冗余副本等）；全基因组复制（植物和低等脊椎动物）产生更多的信息RNA和候选的operational RNA ；低表达的基因是高度可变的，这样成为定量研究一大挑战

（５）概念论证： RNA分为：催化和信息

RNA与表观遗传学，转录和翻译机制直接相关

转录组或转录本：mRNA有催化和信息传递功能 RNA参与的细胞功能的许多方面 RNA加工：编辑和修改

该项目的目的也是为了研究RNA相关的机制，而不是仅仅转录本自己 人类RNA组项目，HRP HRP只专注于RNA （６）期望成就：

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