基因组DNA
基因组DNA (Genomic DNA, gDNA) 是生物体细胞内携带全套遗传信息的染色体 DNA 总和。在真核生物中，它主要位于 细胞核 内（核基因组），少量存在于 线粒体（mtDNA）和叶绿体中。与仅包含编码区的 cDNA 不同，基因组 DNA 完整保留了生物体的遗传蓝图，包括编码蛋白质的 外显子、非编码的 内含子、启动子、增强子以及大量的重复序列。它是 全基因组测序 (WGS)、表观遗传学分析以及法医 DNA 鉴定的核心研究对象，其结构的稳定性确保了遗传性状在世代间的精确传递。
结构层级：从双螺旋到染色体
[Image of DNA packaging into chromosomes]
人类细胞核内的 gDNA 总长度约为 2 米，必须经过高度有序的折叠才能容纳在直径仅微米的细胞核中：
- 一级结构： 两条反向平行的多核苷酸链通过碱基互补配对（A-T, C-G）形成 DNA双螺旋。
- 核小体 (Nucleosome)： DNA 缠绕在八聚体 组蛋白 (Histone) 上，形成“串珠状”结构，这是染色质的基本单位。
- 染色质与染色体： 核小体进一步螺旋折叠形成 30nm 纤维，最终在细胞分裂期高度浓缩形成可见的 染色体 (Chromosome)。
核心对比：gDNA vs. cDNA
| 特性 | 基因组 DNA (gDNA) | 互补 DNA (cDNA) |
|---|---|---|
| 内含子 (Introns) | 含有。包括非编码区、启动子等。 | 不含。仅由 mRNA 逆转录而来。 |
| 来源 | 天然存在于细胞核/线粒体中。 | 体外人工合成（逆转录）。 |
| 应用场景 | 全基因组测序、SNP 分析、亲子鉴定、启动子研究。 | RT-qPCR、真核基因的细菌表达、转录组分析。 |
现代应用：精准医疗的基石
随着测序成本的降低，gDNA 的分析已从实验室走向临床：
- 遗传病诊断： 通过 全外显子测序 (WES) 或 WGS，检测 gDNA 中的点突变、插入缺失或拷贝数变异 (CNV)，诊断罕见病。
- 肿瘤基因组学： 对比肿瘤组织与正常组织的 gDNA，鉴定体细胞突变（如 KRAS, EGFR），指导靶向用药。
- 液体活检： 检测血浆中来源于细胞凋亡的 cfDNA（游离 gDNA 片段），用于癌症早筛和无创产前检测 (NIPT)。
关键相关概念
学术参考文献与权威点评 [Academic Review]
[1] Watson JD, Crick FH. (1953). Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature. 171(4356):737-738.
[权威点评]：揭示了 DNA 双螺旋结构的划时代论文，为理解 gDNA 的复制和遗传机制奠定了基础。
[2] Lander ES, et al. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 409(6822):860-921.
[学术点评]：人类基因组计划 (HGP) 的标志性成果，首次向世界展示了人类 gDNA 的完整草图，开启了基因组学时代。
[3] Schwarze K, et al. (2018). Whole-genome sequencing of rare disease patients in a national healthcare system. Nature. 561(7723):1-1.
[学术点评]：展示了 WGS 在临床实践中的巨大潜力，证明分析 gDNA 可显著提高疑难罕见病的诊断率。