Lecture 13 - genomics and DNA sequencing 05-26-11

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Functional genomics: determine the biological function, and regulation of genes Comparative genomics: Compare different genomes for evolutionary and functional relationships 855@7IIJJJ4K$151L"4'$%IJ*5'8MAN8/BOP/@"QRS) ) Structural Genomics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`8")*A"6*2")6"*+);"#258)$T)58")("01"#'")&()OCC)L@)#$J)) ,$)#$5)#""+)5$)';$#")5$)A"'5$6) \*("+)$#),-.)(K#58"(&()*#+)T;1$6"('"#5)'8"%&(56K) a58"6)"%"62&#2)%"58$+() /*#2"6),&+"$XK)/"01"#'&#2) b";&"()$#),-.)6"@;&'*5&$#)) -""+)5"%@;*5"H)@6&%"6H)*#+),-.)@$;K%"6*(") :&58)&#'$6@$6*5&$#)$T),&+"$XK#1';"$5&+")58*5)5"6%&#*5") ,-.)(K#58"(&()6$+1'5()*6")("@*6*5"+)$#)*) @$;K*'6K;*%&+")2";))6$A&+"()(&#2;")L*(") 6"($;15&$#)) ,&TT"6"#'")&#)c1(5)$#") #1';"$5&+");$#2)'*#)L") +&('"6#"+) ?*@516")58")L*#+)&%*2")J&58) T;1$6"('"#5)+K"() 855@7IIL'(4J8T6""%*#4'$%I:"L]1LI\&$;$2KI@&"6'"O"I .#&%*5&$#(d<CE d<C]$+'*(5(I'83GI3GC<P+&+"$XKP("01"#'&#2485%;) !"#$%&'!%!!"#$(% a6&2&#*;)/*#2"6) ("01"#'&#2) b"*+);"#258()$T) a6&2&#*;;KH)58") ("01"#'&#2)6"*'5&$#() J"6")'*66&"+)$15)&#) T$16)("@*6*5")51L"()) <CCE>CC)L*("() e#'$6@$6*5&$#)$T)*) ++-`])5"6%&#*5"() (K#58"(&()L"'*1(") ++-`]) ) /K#58"(&()5"6%&#*5")*5)+&TT"6"#5) ;$'*5&$#)$T)+&TT"6"#5)(56*#+H) 2"#"6*5&#2)*)("5)$T),-.) 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-Sequence annotation Find all the genes that are transcribed into RNA mRNA (protein; open-reading frames) rRNA, tRNA, snRNA. microRNA, snoRNA Find regulators regions promoters (consensus sequences) enhancers (transcriptional activator binding sequences) Find other parts of the genome transposable elements, repetitive sequences (e.g. humans 95% not protein-coding) Sequence Annotation Assign function to all the genes Some known from previous molecular cloning work Most unknown predict the function from sequence Homology searches to find similar genes isolated from other organisms Databases:GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/ BLAST search A powerful computer program for scanning the databases to look for homolog gene or other sequences Homolog: related genes with seminar function from different species Mutagenesis screens -- knock-out the gene and look at the performance of the knockouts Over-expression studies -- let the gene over-express (transcribe RNA at a high level) in the organism and look at the performance Differential gene expression =1#'5&$#)$T)V1%*#)!"#"() _<OHCCC)2"#"()$A"6)>4<)L&;;&$#)L@)2"#$%")(&U") OO4Od)81%*#)2"#$%")&()%*+")1@)$T)&#5"6(@"6("+)6"@"*5() +"6&A"+)T6$%)56*#(@$(*L;")";"%"#5(4) Comparative Genomics Directly compare genomes of organisms Gene discovery from model organisms (human disease) Ortholog: Related genes with seminar function and structure found in different species that evolved from the same gene in a common ancestor Function for a particular gene can provide a clue to the function of its ortholog in different species Colinearity or shared synteny: preserved colocalization of genes on chromosomes of related species)) Many genes are present in the same order in related genomes of different species Example: human and mouse (next slide) Evolutionary history ?$%@*6&#2)W$1(")*#+)V1%*#)!"#$%") W$1(") V1%*#) W$1(") V1%*#) B"#258)$T)L*67) #1%L"6)$T) $658$;$2()&#) 58")(%*;;)L&#) 6"2&$#) http://www.informatics.jax.org/reports/homologymap/mouse_human.shtml ?$%@*6&#2)b&'"H)/$6281%)*#+)\6*'8K@$+&1%)!"#$%"() `8$128)58")+&TT"6"#'") $T)2"#$%")(&U")*#+) '86$%$($%") #1%L"6(H)%*#K)2"#") @$(&5&$#)*#+)$6+"6) J&58&#)58")2"#$%"() *6")'$#("6A"+) Y'$;&#"*6Z)*%$#2) +&TT"6"#5)(@"'&"() ?$%@*6&#2)3<)=61&5)=;&"()!"#$%") /"01"#'")'$%@*6&($#)6"A"*;"+)58")"A$;15&$#*6K)6";*5&$#(8&@) *%$#2)58")3<)T61&5)T;&"() E)`8")(@"'&"()+&A"62"+)T6$%)*)'$%%$#)*#'"(5$6)*L$15)^C) %&;;&$#)K"*6()*2$) ...
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