功能基因组学

基因组学与蛋白质组学GenomicsandProteomics基因组学Genomics第一节基因组(genome)是指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。一、基因组学的概念基因组学(genomics)就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structuralgenomics)功能基因组学(functionalgenomics)比较基因组学(comparativegenomics)基因组学概念亚领域内容结构基因组学整个基因组的遗传制图、物理制图及DNA测序。功能基因组学认识、分析整个基因组所包含的基因、非基因序列及其功能。比较基因组学比较不同物种的整个基因组，增强对各个基因组功能及发育相关性的认识。二、结构基因组学结构基因组学(structuralgenomics)是通过HGP的实施来完成的。HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定及在染色体上的准确定位。（一）物理制图（二）遗传制图（三）基因组DNA序列测定（四）创建计算机分析管理系统HGP包括以下研究内容结构基因组学研究工作程序HGP主要任务及内容主要任务内容物理制图(physicalmapping)确定染色体DNA上诸如限制性内切核酸酶识别位点，或序列标志位点(STSs)等的位置图。遗传制图(geneticmapping)确定标志位点在染色体DNA上的线性排列顺序。标志位点间的图距以遗传学（重组）距离表示，单位为分摩尔根(cM)。基因组DNA序列测定测定人类23条染色体的、有3×109个核苷酸组成的全部DNA序列，绘制人类基因组图谱。•通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病提供“平台”，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。结构基因组学研究常用方法脉冲场琼脂糖凝胶电泳毛细管电泳（capillaryelectrophoresis,CE）基因芯片（genemicroarray）技术全基因组随机测序几种脉冲场凝胶电泳示意图毛细管电泳模式图基因芯片检测原理示意图基因组鸟枪策略三、功能基因组学完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序阶段——详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组学(functionalgenomics)。鉴定DNA序列中的基因同源搜索设计基因功能实验性设计基因功能描述基因表达模式主要具体内容包括以下方面功能基因组学研究策略及主要内容内容主要研究策略鉴定（注释）基因通过“ORF搜索”，发现理论性蛋白质编码序列。分析基因功能利用计算机进行“同源搜索”，根据已知序列、进化相关性，发现重要的蛋白质功能域。也可对DNA序列进行突变或剔除后，结合功能就、表达变化的实验鉴定基因功能。描述基因表达模式采用DNA微点阵进行整体基因表达谱-转录组分析；采用蛋白质或多肽微点阵、改进的双向电泳结合飞行质谱技术分析蛋白表达谱---蛋白质组分析。功能基因组学研究的主要方法基因组表达谱研究基因表达的系列分析cDNA微阵列技术差异显示反转录PCR技术基因组功能研究基因转导（genetransfer）RNAi技术和反义RNA反向遗传学（reversegenetics）基因敲除（geneknock-out）转基因技术（transgenictechnology）蛋白质组学分析生物信息学应用四、比较基因组学比较基因组学(comparativegenomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化关系。第二节基因组学与医学关系RelationbetweenGenomicsandMedicine一、基因病的概念以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因相关，故有“基因病”概念产生。根据这一概念，人类疾病大致分为三类：（一）单基因病（二）多基因病（三）获得性基因病二、疾病相关基因的鉴定（一）检测人类基因变异或突变（二）疾病时基因组差异表达分析（三）染色体制图定位及疾病相关基因克隆寡核苷酸杂交分析SNP和等位基因特异寡核苷酸杂交DNA芯片检测的差异表达谱三、基因组学与肿瘤病因学四、基因组学与流行病病因学五、基因组学与医学伦理、法律和社会问题第三节蛋白质组学proteomics一、蛋白质组学概念蛋白质组（proteome）：是指基因组、细胞或生物的组织器官所表达的全部蛋白质。蛋白质组学（proteomics）：是以蛋白质组为研究对象、研究细胞内各种蛋白质的组成、表达及其规律的学科，包括蛋白质的翻译后修饰、转运、定位、构象形成及蛋白质间的相互作用等。二、蛋白质组学的研究方法双向电泳（twodimensionelectrophoresis，2-DE）生物质谱技术（bio-massspectrometry）酵母双杂交（yeasttwo-hybridsystem）蛋白质芯片蛋白质组生物信息学酵母双杂交系统分析蛋白质相互作用原理示意图问题和答案单选题：1.建立具有高分辨的生物遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱是以下哪项研究的主要内容：A.功能基因组学B.结构基因组学C.比较基因组学D.蛋白质组学E.肿瘤基因组学2.基因组泛指：A.指人的24条染色体的遗传物质总合B.线粒体内遗传物质的总和C.指一套染色体（单倍体）DNAD.一个生物体、细胞器或病毒的全部遗传物质E.细菌内所有遗传物质3.根据不同时期的理论知识和相关技术手段的发展和应用，绘制遗传图谱可分为三个阶段，第三代遗传标志为：A.限制性片段长度多态性（RFLP）B.短串联重复序列（STR）C.微卫星序列（MS)D.单（链）核苷酸多态性（SNP）E.序列标签位点（STS）4.物理图谱是基因组全序列组装的基础，物理图谱的绘制是以遗传图谱为基础，它以哪项作为标记：A.序列标签位点（STS）B.表达序列标签（EST）C.转录体序列D.转录调节序列E.微卫星序列（MS)5.以下那种方法分离较大的DNA分子效果最好：A.聚丙烯酰胺凝胶电泳B.脉冲场琼脂糖凝胶电泳C.毛细管电泳D.液相色谱技术E.双向电泳6.当前全基因组测序最主要的方法是哪种：A.全基因组鸟枪策略B.Sanger双脱氧链终止法C.亚克隆法D.鸟枪法E.cDNA芯片技术多选题1.根据其研究重点，基因组学研究内容主要包括：A.结构基因组学B.肿瘤基因组学C.功能基因组学D.比较基因组学E.药物基因组学2.结构基因学研究常用的方法:A.毛细管电泳B.全基因组随机测序C.基因芯片技术D.脉冲场琼脂糖凝胶电泳E.酵母双杂交技术3.功能基因组研究主要包括：A.cDNA克隆与测序B.DNA芯片等基因转录图谱C.突变体库的构建D.高通量的遗传转化鉴定系统E.生物信息技术平台与相应数据库的构建4.模式生物应具有的特点包括：A.其生物学特征可代表生物界的某一大类群B.一定要是哺乳动物C.较容易获得且易于在实验室内饲养繁殖D.生物的基因组较大E.容易进行实验操作，包括遗传学分析5.以下哪些可以作为蛋白质组学研究的方法：A.双向电泳B.生物质谱技术C.酵母双杂交技术D.蛋白质芯片技术E.RT-PCR技术单选题答案1.B结构基因组学研究的主要内容是通过基因作图、序列分析及基因鉴定，建立具有高分辨的生物遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱2.D基因组是指一个生物体、细胞器或病毒的全部遗传物质。在真核生物，基因是指一套染色体（单倍体）DNA，在人类基因组是指人的24条染色体的遗传物质总和。3.D单个碱基变异作为第三代遗传标志，即单（链）核苷酸多态性（SNP）。4.A物理图谱是基因组全序列组装的基础，物理图谱的绘制是以遗传图谱为基础，以序列标签位点（STS）作为标记，采用分子生物学技术直接将DNA分子标记或基因定位在基因组的实际位置。5.B一般的琼脂糖凝胶电泳不能区分大于60kb的DNA分子，分离大分子DNA应采用脉冲场琼脂糖凝胶电泳技术。6.A全基因组鸟枪策略为当前全基因组测序最主要的方法，该方法最早由CraigVenter和他的同事提出，是一种能提高从大基因组如人类基因组和其它真核生物获得重叠序列资料的方法。多选题答案1.ACD基因组学研究内容主要包括：结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学。2.ABCD毛细管电泳、全基因组随机测序、基因芯片技术和脉冲场琼脂糖凝胶电泳等3.ABCDE功能基因组研究主要包括：cDNA克隆与测序、DNA芯片等基因转录图谱、突变体库的构建、高通量的遗传转化鉴定系统和生物信息技术平台与相应数据库的构建等。4.ACE模式生物应具有如下特点:1、其生物学特征可代表生物界的某一大类群；2、较容易获得且易于在实验室内饲养繁殖；3、容易进行实验操作，包括遗传学分析。5.ABCD蛋白质组学研究的方法包括双向电泳、生物质谱技术、酵母双杂交技术、蛋白质芯片技术等。科学家的故事-11986年，美国著名人类遗传学家和内科学教授McKusick首先提出了基因组学（genomics）一词，最初是泛指致力于揭示细胞和生物体基因组的科学。在2004年1月世界卫生组织第六次会议通过基因组学的定义：基因组学是关于基因、它们的功能以及相关技术的研究。科学家的故事-2查尔斯.达尔文（CharlesDarwin）在他的《物种起源》（OntheOriginofSpecies）一书的末尾推测，所有的动物都来自于一个共同的祖先：大约在6亿年前，一种扁形动物生长在大洋深处的洞穴里，然后经过漫长的进化过程，这种生物孕育出了我们目前世界上的丰富多彩的动物世界。1994年在意大利Siena召开二维电泳会议上由MareWilkins首先提出蛋白质组学的概念，同年Macguarie大学的KeithWilliams向澳大利亚政府提议应对某一种生物的所有蛋白质进行质谱筛选和序列分析。1995年，几个实验室合作对最小的自然界的支原体蛋白进行了大规模的分离、鉴定，并首先使用“proteome”一词，并指出该研究所采用的技术对基因产物的分析、新蛋白质的发现等的重大意义。科学家的故事-32001年2月，在《Nature》杂志公布人基因组框架图的同一版面上发布了人类蛋白质组学组织（humanproteomeorganization，HUPO）成立。《Science》杂志也在当年将蛋白质组学列为6大研究热点之一。