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第1章　基因组1

1.1　遗传的分子基础2

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9

1.2　基因组序列复杂性12

1.2.1　C值与C值悖理12

1.2.2　序列复杂性13

1.2.3　基因组的序列组成14

1.3　基因与基因家族15

1.3.1　编码RNA基因15

1.3.2　编码蛋白质基因16

1.3.3　基因家族16

1.3.4　异常结构基因17

1.3.5　假基因17

1.4　染色体18

1.4.1　真核生物染色体18

1.4.2　原核生物染色体19

1.5　基因组19

1.5.1　人类基因组19

1.5.2　其他生物基因组20

复习思考题21

参考文献21

第2章　遗传图绘制23

2.1　遗传图与物理图24

2.2　遗传作图标记25

2.2.1 基因标记25

2.2.2　DNA标记25

2.3　遗传作图的方法28

2.3.1　孟德尔遗传学简介28

2.3.2　连锁分析28

2.3.3　不同模式生物的连锁分析32

2.4　遗传图绘制38

2.4.1　人类遗传图38

2.4.2　水稻遗传图39

复习思考题39

参考文献39

第3章 物理图绘制41

3.1 限制性作图42

3.1.1　限制性作图的基本方法42

3.1.2　限制性作图的局限43

3.2　基于克隆的基因组作图46

3.2.1　大分子DNA的克隆载体46

3.2.2　重叠群组建49

3.2.3　指纹作图49

3.3　染色体细胞图50

3.3.1 同位素或荧光标记探针的原位杂交50

3.3.2　原位杂交51

3.4　辐射杂种作图52

3.4.1 序列标签位点53

3.4.2　辐射杂种作图的程序与方法53

3.5　基因组整合图56

3.5.1　人类基因组整合图56

3.5.2　水稻基因组整合图57

复习思考题59

参考文献59

第4章　基因组测序与序列组装61

4.1　DNA测序的方法61

4.1.1 链终止法62

4.1.2　化学降解法64

4.1.3 自动化测序65

4.1.4　非常规测序67

4.2　基因组测序69

4.2.1　基因组测序的策略69

4.2.2　基因组测序的覆盖面69

4.2.3　序列间隙与物理间隙70

4.2.4　插入片段的两端测序70

4.3　序列组装71

4.3.1　作图法测序与序列组装72

4.3.2　鸟枪法测序与序列组装72

4.3.3　不同测序路线与序列组装策略的比较74

4.4　基因组测序的其他路线77

4.4.1　重要区域的优先测序78

4.4.2　EST测序78

4.4.3　序列浏览78

4.5　人类基因组测序与组装79

4.5.1　人类基因组的测序策略79

4.5.2　人类基因组测序的伦理学问题81

4.5.3　人类基因组测序计划相关的重大事件82

复习思考题83

参考文献83

第5章　基因组序列注释86

5.1 搜寻基因86

5.1.1　根据基因结构特征搜寻基因87

5.1.2　同源基因查询88

5.1.3　实验确认基因91

5.1.4　基因的命名与分类92

5.2　基因功能预测95

5.2.1　计算机预测基因功能96

5.2.2　蛋白质结构域在功能预测中的意义96

5.2.3　根据协同进化注释基因功能98

5.3　基因功能检测98

5.3.1　基因失活是基因功能分析的主要手段99

5.3.2　基因的过表达用于功能检测102

5.4　高通量基因功能的研究方法103

5.4.1　突变体库构建103

5.4.2　RNA干扰与基因功能检测104

5.4.3　蛋白质互作105

5.5　功能基因组学106

5.5.1　组学简介107

5.5.2　转录物组107

5.5.3　蛋白质组109

复习思考题110

参考文献110

第6章　基因组解剖114

6.1　原核生物基因组解剖114

6.1.1 原核生物基因组的物理结构114

6.1.2　原核生物基因组的遗传组成117

6.2　真核生物基因组解剖119

6.2.1　真核生物核基因组119

6.2.2　真核生物细胞器基因组125

6.3　转座因子与分散重复序列130

6.3.1　DNA转座子130

6.3.2　逆转录因子与分散重复序列家族131

6.3.3　真核生物分散重复序列的比较132

6.4　串联重复序列及其分布134

6.5　人类基因组的结构与组成134

6.5.1　人类基因组编码基因134

6.5.2　人类基因组非编码基因137

6.6　拟南芥基因组编码基因138

6.6.1　蛋白质编码基因138

6.6.2　RNA编码基因139

复习思考题140

参考文献140

第7章　基因的转录调控143

7.1　原核生物基因的转录143

7.1.1　转录起始调控143

7.1.2　转录延伸与终止调控145

7.2　真核生物基因的转录149

7.2.1　RNA聚合酶与转录因子149

7.2.2　真核生物Pol Ⅰ基因的转录起始与终止150

7.2.3　真核生物Pol Ⅱ基因的转录起始与终止152

7.2.4　真核生物Pol Ⅲ基因的转录起始与终止155

7.2.5　细胞器基因的转录159

7.3　古细菌基因的表达调控160

7.4　基因的转录调控160

7.4.1　转录调控的顺式元件160

7.4.2　转录调控的反式因子162

7.4.3　转录因子与调控序列的互作163

7.4.4　转录因子家族165

复习思考题168

参考文献168

第8章　RNA的修饰与加工171

8.1　细胞中的RNA组分171

8.1.1　编码RNA172

8.1.2　非编码RNA172

8.1.3　前体RNA174

8.2　mRNA的修饰与加工174

8.2.1　mRNA的5′加帽175

8.2.2　mRNA的3′端多聚腺苷酸化176

8.2.3　前体mRNA的剪接加工179

8.3　非编码RNA的加工与修饰187

8.3.1　rRNA前体和tRNA前体的剪切加工187

8.3.2　rRNA和tRNA的化学修饰与加工189

8.3.3　mRNA的编辑191

8.3.4　干扰RNA与转录后调控193

8.4　细胞中mRNA的定位与降解194

8.4.1　细胞中mRNA的分布与定位194

8.4.2　mRNA的定位机制195

8.4.3　mRNA的降解路线196

复习思考题199

参考文献199

第9章　蛋白质的合成与加工203

9.1　蛋白质的合成203

9.1.1　tRNA与氨酰化203

9.1.2　密码子与反密码子的互作205

9.1.3　蛋白质合成中核糖体的作用207

9.2　蛋白质翻译调控208

9.2.1　翻译的起始208

9.2.2　翻译的整体调控210

9.2.3　翻译的专一性调控211

9.3　蛋白质翻译后加工214

9.3.1　蛋白质的剪切加工215

9.3.2　蛋白质折叠216

9.3.3　化学修饰218

9.4　蛋白质降解219

9.4.1　蛋白质降解标记——泛素化220

9.4.2　蛋白酶体221

9.4.3 蛋白质降解是调控细胞活性的重要环节221

复习思考题223

参考文献223

第10章　基因组表观遗传226

10.1　什么是表观遗传226

10.1.1　表观遗传定义226

10.1.2　表观遗传现象227

10.1.3　表观遗传机制227

10.2　位置效应与表观遗传229

10.2.1　座位控制区230

10.2.2　绝缘子231

10.2.3　副突变233

10.3　DNA甲基化与表观遗传235

10.3.1　DNA甲基化235

10.3.2 甲基化与基因调控236

10.3.3　DNA甲基化与转座子沉默238

10.3.4　基因组印记240

10.3.5 甲基化组241

10.4　染色质重建与表观遗传242

10.4.1　核小体与基因表达243

10.4.2　先入模型246

10.4.3　动态模型248

10.4.4　非编码RNA与染色质结构的动态变化249

复习思考题250

参考文献250

第11章 基因组的复制254

11.1　DNA复制的问题254

11.1.1　DNA复制的拓扑学255

11.1.2　DNA的半保守复制255

11.1.3　DNA拓扑酶及其功能256

11.1.4　DNA复制的特点256

11.2　原核生物基因组的复制257

11.2.1　原核生物DNA复制起始点257

11.2.2　复制的起始258

11.2.3　复制的延伸258

11.2.4　复制的终止262

11.2.5　古细菌基因组的复制263

11.3　真核生物核基因组的复制263

11.3.1　酵母DNA复制起始点263

11.3.2　高等真核生物DNA复制起始点264

11.3.3　真核生物DNA复制叉上的事件266

11.3.4　端粒复制268

11.4　细胞器基因组的复制273

11.4.1　线粒体基因组的复制273

11.4.2　叶绿体基因组的复制275

11.5　基因组复制的调控276

11.5.1　基因组复制与细胞的分裂276

11.5.2　细胞S期的控制279

复习思考题280

参考文献280

第12章　基因组进化的分子基础283

12.1 突变283

12.1.1　突变的机制283

12.1.2　突变的效应286

12.1.3　超突变和程序性突变288

12.1.4　DNA修复290

12.1.5　DNA单链的非对称性进化294

12.2　重组295

12.2.1 同源重组296

12.2.2　位点专一性重组299

12.2.3　双链断裂重组模型301

12.2.4　染色体重排302

12.3　转座304

12.3.1　DNA转座304

12.3.2　逆转录转座304

复习思考题307

参考文献307

第13章　基因组进化的模式309

13.1　遗传系统的起源309

13.1.1　RNA世界309

13.1.2　基因组的起源311

13.1.3　生命三界312

13.2　新基因的产生313

13.2.1　基因与基因组加倍314

13.2.2　外显子洗牌与蛋白质创新319

13.2.3　DNA水平转移321

13.2.4　重复基因的命运323

13.3　非编码序列的扩张325

13.3.1　真核生物基因组非编码序列的组成325

13.3.2　转座子与基因组进化326

13.3.3　内含子的起源328

13.4　比较基因组学330

13.4.1　基因组同线性330

13.4.2　基因岛和基因协同进化332

13.4.3　远缘物种中基因与调控序列的保守性332

复习思考题334

参考文献334

第14章　基因组与生物进化339

14.1 分子系统发生学339

14.1.1　表征学和分支系统学340

14.1.2　分子系统发生学340

14.1.3　DNA系统发生树340

14.2　分子系统发生学与生物进化343

14.2.1　生命的起源343

14.2.2　人类的起源344

14.2.3　现代人的起源348

14.3　基因组与生物多样性357

14.3.1　生物多样性的遗传基础358

14.3.2　生物多样性的分子机制358

14.3.3　基因调控的进化与生物多样性359

复习思考题362

参考文献362

名词解释366