Comparative Genomics - Empirical and Analytical Approaches to Gene Order Dynamics, Map Alignment and pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:David Sankoff

出品人:

页数:572

译者:

出版时间:2000-09-01

价格:USD 139.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780792365846

丛书系列:

图书标签:

• Comparative Genomics
• Gene Order
• Genome Evolution
• Gene Families
• Computational Biology
• Map Alignment
• Bioinformatics
• Genomics
• Evolutionary Biology
• Systems Biology

基因组的动态演变：探索基因组结构、功能与演化 在生命科学的宏大画卷中，基因组如同承载着生命蓝图的古老文本，其内部结构的复杂性、功能的精妙设计以及漫长演化过程中发生的深刻变革，一直是科学家们孜孜不求的探索目标。本书《基因组的动态演变：探索基因组结构、功能与演化》旨在深入剖析基因组在不同尺度下的动态变化，揭示基因顺序变动、基因组图谱比对的奥秘，并追溯基因家族在演化长河中的壮丽图景。 第一部分：基因组结构与基因顺序的演化 基因组的排列并非一成不变，而是经历着持续的重组、缺失、插入和倒位等复杂过程。理解这些基因顺序的动态变化，对于阐明物种形成、适应性演化以及疾病发生机制至关重要。 基因组重排机制的解析： 本部分将首先聚焦于驱动基因组结构变动的基本机制。我们将探讨同源重组、非同源末端连接、转座子的插入与跳跃等分子层面的过程，以及它们如何导致染色体片段的易位、缺失、插入和倒位。例如，我们将深入分析在不同物种中，染色体断裂和修复过程中可能产生的复杂重排，以及这些重排如何影响基因的定位和表达。我们将考察同源染色体在减数分裂过程中配对与交换的精细调控，以及非同源染色体之间发生易位可能带来的后果，如癌症的发生。此外，我们还将审视基因组中活跃的转座子元件，它们如同“跳跃的基因”，其移动和插入如何改变基因组的结构和大小，并可能激活或沉默邻近基因。 基因顺序动力学的定量分析： 仅仅理解机制是不够的，更重要的是能够定量地描述和分析基因顺序的演变。本部分将介绍一系列先进的计算方法和统计模型，用于量化不同物种之间基因顺序的相似性与差异性。我们将详细讲解如何利用基因组序列比对技术，识别并量化染色体倒位、易位、插入和缺失的范围与数量。例如，对于两个相关物种，我们可以通过比对它们的基因组序列，构建“基因组图谱”，并在此图谱上标记出发生重排的区域。我们会介绍不同类型的基因组重排（如中心区倒位、片段易位等），并讨论如何通过比较不同物种的染色体带型，来推断它们在演化过程中发生的基因组重排事件。此外，我们还将探讨如何利用系统发生树来推断基因组重排事件的发生顺序和频率，从而构建物种演化过程中基因组结构变化的“演化历史”。 基因顺序变动与表型演化的关联： 基因顺序的改变并非随机的，它们往往与生物体的表型演化紧密相连。本部分将探讨基因组结构变动如何影响基因的表达调控、功能获取或丧失，以及最终驱动物种的适应性演化。例如，一段染色体的倒位可能将一个基因从其原有的增强子调控区域移动到另一个区域，从而改变其表达水平，进而影响生物体的性状。我们将通过具体的案例分析，例如植物开花时间的演化、昆虫翅膀形态的多样性等，来展示基因组结构变动在这些表型变化中所扮演的关键角色。我们还将审视基因组复制事件，探讨全基因组复制或局部基因组复制如何为新基因的产生提供“原材料”，并可能导致新功能的出现，从而推动生物体的复杂化。 第二部分：基因组图谱比对与物种间比较 将不同物种的基因组进行比对，如同 comparing different versions of a grand architectural blueprint，能够揭示生命演化过程中保存下来的保守区域，以及在不同谱系中独立出现的创新性特征。 多基因组比对的算法与挑战： 随着测序技术的飞速发展，我们能够以前所未有的精度获得大量物种的基因组数据。本部分将深入探讨多基因组比对（multiple genome alignment）的算法原理和技术挑战。我们将介绍基于“共识序列”（consensus sequence）构建、块状比对（block alignment）以及动态规划等经典比对算法，并讨论它们在处理大规模、高变异度基因组数据时的优缺点。例如，我们可能会介绍“Progressive Alignment”和“Iterative Refinement”等策略，以及如何通过局部比对和全局比对相结合的方式，提高比对的准确性。我们还将讨论在比对过程中，如何有效处理基因组的重复序列、插入片段以及不同程度的序列变异。 基因组图谱可视化与信息解读： 基因组图谱的直观呈现对于理解基因组结构和演化模式至关重要。本部分将介绍各种基因组图谱可视化工具和技术，并指导读者如何从这些图谱中提取有价值的生物学信息。我们将展示如何利用染色体带型比对、基因共线性（synteny）分析、基因组结构变异（SV）检测等手段，直观地展示不同物种基因组的结构相似性和差异性。例如，通过绘制“基因组特征图”（genome feature maps），我们可以清晰地看到在不同物种中，特定基因家族、调控元件或非编码区域的保守性。我们还将讨论如何利用这些可视化工具，识别在特定谱系中发生的基因组扩张或收缩，以及这些变化与物种特定适应性之间的潜在联系。 从基因组比对中推断演化历史： 基因组图谱的比对结果，为我们重建物种的演化历史提供了丰富的线索。本部分将详细阐述如何利用基因组比对信息，推断物种的系统发生关系，并识别在演化过程中发生的重要事件。例如，通过分析不同物种基因组中保守的基因顺序块，我们可以构建反映亲缘关系的系统发生树。我们还将探讨如何利用基因组比对，识别并追踪基因复制、基因丢失、基因组融合或分裂等事件，并推断这些事件发生的时间和在演化树上的位置。例如，我们可以利用“基于基因组重排的系统发生学”（rearrangement-based phylogenetics）方法，通过分析不同物种之间发生的染色体倒位、易位等事件，来推断它们的亲缘关系。 第三部分：基因家族的演化与功能重塑 基因家族是指由共同祖先基因通过复制和分化而形成的一组基因。它们在生物体的发育、生理调控以及对环境的适应中发挥着至关重要的作用，其演化历程也是生命多样性产生的重要驱动力。 基因家族的识别与分类： 准确识别和分类基因家族是研究其演化的基础。本部分将介绍用于基因家族识别的生物信息学方法，包括基于序列相似性、结构域保守性以及基因组定位等策略。我们将详细讲解如何利用数据库（如Pfam、SMART等）以及聚类算法，从海量的基因组数据中提取基因家族成员。例如，对于一个已知的蛋白质结构域，我们可以利用搜索工具（如BLAST）在其他物种的基因组中寻找具有相似结构域的基因，从而识别出潜在的基因家族成员。我们还将讨论如何根据基因的同源性、功能保守性以及在基因组中的排列方式，对基因家族进行更精细的分类。 基因复制与基因分化的演化动力学： 基因复制是基因家族扩张和功能创新的主要驱动力。本部分将深入探讨基因复制的机制（包括全基因组复制、局部复制和单基因复制），以及复制后基因的分化过程。我们将分析复制基因在序列、结构和表达调控上的差异如何导致新功能的产生，以及这些新功能如何为物种带来新的适应性。例如，我们可能会分析血红蛋白基因家族的演化，探讨在脊椎动物演化过程中，由于基因复制和分化，产生了具有不同氧结合特性的不同亚基，从而适应了不同的生理需求。我们还将考察假基因（pseudogene）的产生，它们是基因复制后失去功能的“死亡基因”，但它们的存在也可能为研究基因丢失和退化提供有价值的线索。 基因家族在适应性演化中的作用： 基因家族的演化并非孤立进行，它们与生物体的环境适应和物种形成紧密相关。本部分将通过具体案例，展示基因家族的扩张、收缩和功能重塑如何在特定环境压力下驱动物种的适应性演化。例如，我们将考察昆虫对农药的抗性演化，其中涉及到解毒酶基因家族的扩张和功能改变。我们还将探讨植物对不同光照条件或水分胁迫的适应，以及相关的基因家族（如光合作用相关基因、渗透调节相关基因）的演化。通过对不同物种基因家族的比较分析，我们可以推断出在演化过程中，哪些基因家族对特定环境因素最为敏感，并可能在适应性演化中发挥了关键作用。 结论： 《基因组的动态演变：探索基因组结构、功能与演化》将为读者提供一个全面而深入的视角，去理解生命在基因组层面的动态变化。通过整合经验性观察和分析性方法，本书旨在揭示基因组结构的复杂性、基因顺序变化的规律性，以及基因家族演化的驱动力。我们期望本书能激发更多研究者对基因组演化这一核心领域的兴趣，并为理解生命多样性的起源和发展提供坚实的理论基础和创新的研究思路。

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