5功能基因组学

第五章功能基因组学基因组学•基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学•对基因组物理结构的作图和测序的研究称为结构基因组学；•结构基因组学功能基因组学后基因组时代(Postgenomeera)*人类基因组计划完成之后，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分。*科学研究已开始进入“后基因组时代”。主要是开展蛋白质组的研究。*有科学家形象地说道：即使基因测序全部完成，也只好像是一本没有姓名、只有号码的电话簿。“后基因组时代”的最终目标，是要把深奥的DNA语言变成一本基因大百科全书。后基因组学时代•做什么？•怎么做？后基因组学时代要做的工作：1、如何将人类基因组计划所获知的人类基因序列转变为对人类自身奥秘的认识？2、如何对这些基因加以利用？做什么？达到什么目的？功能基因组学将成为新世纪最大战略资源—人类基因资源夺战的重要“战场”。功能基因组学目标：基因的识别、鉴定、克隆基因功能及其相互关系基因表达调控的研究•功能基因组学•后基因组学(Postgenomics)：利用结构基因组学提供的信息和产物，通过在基因组系统水平上全面分析基因组表达与调控研究、基因功能功能基因组学•任务：•是对成千上万的基因表达进行分析和比较，从基因组整体水平上阐述基因活动的规律。怎么做？基因组测序之前：一个一个地研究，“零敲碎打”基因组测序之后：成千上万个基因同时研究，还要横向比较分析（互作）CREDIT:JOESUTLIFFScience,Vol291:1221.FishinginaMoreEffectiveWay!功能基因组学优势：1）使得生物学研究从对单一基因与蛋白质的研究转向对基因组与蛋白质组的系统研究2）对成千上万的基因表达进行分析和比较，从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述•特别是对家族基因和家族蛋白的研究基因功能研究的四轮1.下载基因组序列2.分析基因结构生物信息学方法3.预测基因功能4.验证基因功能转基因技术1.下载基因序列•登陆NCBI（上网演示）大的Contig可以切成更小的Contig2、分析基因结构•（1）生物信息学预测基因结构•（2）预测结构与该基因的EST比较•（3）获知该基因的结构生物信息学预测基因的机构•用Fgenesh在线预测基因（上网演示）•获知该基因的CDS•再结合该基因cDNA•得出基因的结构分析基因结构-生物信息学分析查找开放阅读框（openreadingframe,ORF）开放阅读框都有一个起始密码子ATG，还要有终止密码子。从ATG开始，然后向下游寻找终止密码子。起始密码子和终止密码子之间的碱基数目要能够被3整除•在进行基因结构分析之后应该明确：•一个基因的基因组DNA的各部分序列•一个基因的CDS•一个基因的cDNA序列基因组序列的诠释人们研究基因组的最终目的不是为了得到基因组的全部序列，而是诠释基因组所包含的信息和基因组功能。在这一部分中，我们主要探讨利用什么方法来获得基因组的功能。策略：先进行功能预测再进行实验验证3.基因功能预测1、计算机预测基因功能依据仍然是同源性比较。同源基因拥有一个共同的祖先基因，它们之间有许多相似的序列。序列的相似性决定了功能的相似性•NCBI基因功能预测（上网预测）•BLAST：BasicLocalAlignmentSearchTool•NucleotideBLAST•ProteinBLAST•BLAST预测该基因的功能后，需要进行转基因实验证基因功能研究策略•传统的遗传学手段大致可以分为“正向遗传法（Forwardgenetics）”“反向遗传法（Reversegenetics)”正向遗传法：从表型变化找基因变化反向遗传法：从基因变化找表型变化在基因的研究上，有两种方法：一、正向遗传法:由表型基因该技术的目的是为了确定突变，产生一定的表型。经常用诱变剂来促进这个过程。分离后，突变基因可以确定。二、反向遗传法：由基因表型根据不同生物的特点，选择不同的研究方法：植物和微生物：正向和反向遗传法哺乳动物和人类：多采用反向遗传法为什么？•基因组计划中研究基因功能则是从基因出发，最终到达表型（反向遗传学）。•因此必须寻找一系列的实验方法来鉴别与目标基因相关的表型。•功能失活策略•功能获得策略4.基因功能研究（验证）•怎么才能让转基因生物原有的功能失活？•怎么才能让转基因生物获得新的功能或功能增强？•功能就是我们所研究的表型。•原有的表型消失或减弱，称为功能消失•出现了新的功能或功能增强，称为功能获得•功能失活≠基因失活•如果一个基因是正向调控表型，基因失活会导致功能失活；但一个基因如果是负向调控表型，基因失活反而会导致功能获得正向调控的基因•例如对骨骼生长这种表型（功能）来说，•BTG1基因正向调控骨细胞生长，BTG1基因失活，则猪骨骼生长这种表型（功能）失活（变矮）；鱼类在获得BTG1后，会导致鱼骨发育明显增大。•BTG1基因对于骨骼生长是正向调控负向调控的基因•例如，我们研究的表型是癌症，如果出现癌症，是功能获得；•对于癌症这种症状（功能）来说•P53基因的失活，反而会导致癌症的获得；•P53基因对于癌症（表型）是负向调控怎么才能让基因失活（减弱）？•基因敲除(geneknockout)•基因敲减(geneknockdown)•RNAi(RNAinteference)基因敲除•将细胞基因组中某基因去除或使基因失去活性的技术。•广义的基因敲除包括某个或某些基因的完全敲除、部分敲除、基因调控序列的敲除以及成段基因组序列的敲除。2007诺贝尔生理学医学奖获得者英国人马丁·埃文斯、美国人马里奥·卡佩基、奥利弗·史密斯他们在改造活体内特定基因的“基因靶向”技术等方面做出的奠基性贡献，而共同获此殊荣。利用基因同源重组进行基因敲除a.基因载体的构建把目的基因和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA分子都重组到带有标记基因的载体上，成为重组载体。利用基因敲除获得的转基因小鼠f．得到纯合体：由于同源重组常常发生在一对染色体上中一条染色体中,所以如果要得到稳定遗传的纯合体基因敲除模型，需要进行至少两代遗传。RNAi•基因沉默技术：获得诺贝尔奖•放在下面一节课讲授基因增强表达•在正常情况下，基因产物的数量是有限制的，必须与其它基因的产物平衡，某一基因产物的过量和不足都会破坏这种平衡，造成生长和发育的异常。有两种技术可以使细胞中某一基因过量表达：增加基因的拷贝数；采用强启动子。•大家如何理解“转基因”？•基因功能的实验验证离不开•PCR技术、DNA重组技术、转基因技术、•印迹杂交技术等。