功能基因組學(xué)研究概述

1、 1. 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 相相 關(guān)關(guān) 概概 念念 1. 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 相相 關(guān)關(guān) 概概 念念 1. 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 相相 關(guān)關(guān) 概概 念念 w?；蚪M計劃始于牛基因組計劃始于20032003年年1212月，內(nèi)容包括月，內(nèi)容包括繪制遺繪制遺 傳圖譜、物理圖譜傳圖譜、物理圖譜，獲得全面的轉(zhuǎn)錄圖譜，并對，獲得全面的轉(zhuǎn)錄圖譜，并對 基因進(jìn)行識別，鑒定其功能?；蜻M(jìn)行識別，鑒定其功能。 w牛的基因組據(jù)估計由大約牛的基因組據(jù)估計由大約3030億個堿基對組成，與億個堿基對組成，與 人和其他哺乳動物基因組規(guī)模相當(dāng)。繪制牛的基人和其他哺乳動物基因組規(guī)模相當(dāng)。繪制牛的基 因組圖譜，不僅在改

2、進(jìn)乳品和肉制品質(zhì)量等領(lǐng)域因組圖譜，不僅在改進(jìn)乳品和肉制品質(zhì)量等領(lǐng)域 有潛在用途，也有助于加深對人類基因組的理解。有潛在用途，也有助于加深對人類基因組的理解。 2. 牛牛 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 進(jìn)進(jìn) 展展 2.1?；蚪M遺傳圖譜 遺傳圖譜(genetic map)又稱遺傳連鎖圖譜 (genetich linkage map)，是指通過遺傳重組所得到的基因 在具體染色體上的線性排列圖。通過計算連鎖的遺傳標(biāo)記 之間的重組頻率，一般用厘摩(cm)確定標(biāo)記基因或者位點(diǎn) 間的相對距離，即每次減數(shù)分裂的重組頻率來表示。 2.2?；蚪M物理圖譜 物理圖譜是在dna分子水平上描述染色體中標(biāo)記位點(diǎn)

3、間順序和物理距離的圖譜。常用的物理圖譜構(gòu)建方法有三 種，分別基于輻射雜交、限制性酶切指紋圖譜和大量的 bac的末段測序。 2. 牛牛 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 進(jìn)進(jìn) 展展 2.3 ?；蚪M轉(zhuǎn)錄圖譜 w轉(zhuǎn)錄圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜(transcript map)是用基因表達(dá)的各種是用基因表達(dá)的各種 rna產(chǎn)物做路標(biāo)，將各器官中表達(dá)的產(chǎn)物做路標(biāo)，將各器官中表達(dá)的mrna轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 成成cdna，利用其，利用其3或或5非翻譯區(qū)構(gòu)建短的，具有非翻譯區(qū)構(gòu)建短的，具有 代表性的代表性的cdna片段，也即表達(dá)序列標(biāo)簽片段，也即表達(dá)序列標(biāo)簽 (expressed sequencetag， est)。 2.42.4

4、?；蚪M?；蚪Mdnadna的全序列測定的全序列測定 2.52.5基因功能的鑒定研究基因功能的鑒定研究 2. 牛牛 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 進(jìn)進(jìn) 展展 w1.最新的牛遺傳連鎖圖譜由4585個標(biāo)記組成，平均圖距精 確到1.2cm，是研究牛數(shù)量性狀位點(diǎn)、定位并克隆生產(chǎn)性 狀相關(guān)基因，進(jìn)行分子輔助育種的藍(lán)圖。 w2.基于限制性酶切指紋圖與末端測序技術(shù)對294651個bac 克隆分析拼接成的物理圖譜，覆蓋約15.8倍的基因組，為 牛全基因組測序和組裝提供了框架。 w3.融合了全基因組鳥槍法和逐步克隆法繪制的牛基因組草 圖，包含了26052388個可用測序讀長，覆蓋約7.0倍基因 組，拼接成

5、2.87gb的基因組序列。 2. 牛牛 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 進(jìn)進(jìn) 展展 w截止到截止到 2006年年 6月月 15日為止，日為止，genbank 中牛的中牛的mrna、est等序列數(shù)目達(dá)到等序列數(shù)目達(dá)到 914 944條，這些序列拼接得到條，這些序列拼接得到 37 225 個個 clusters，是轉(zhuǎn)錄水平獲得序列最多的家，是轉(zhuǎn)錄水平獲得序列最多的家 養(yǎng)動物。目前已經(jīng)建成了牛的各類組織器養(yǎng)動物。目前已經(jīng)建成了牛的各類組織器 官的特異性官的特異性 cdna 文庫有文庫有100個。這些文個。這些文 庫的建立為研究特定組織細(xì)胞的基因表達(dá)庫的建立為研究特定組織細(xì)胞的基因表達(dá) 情況奠定了

6、基礎(chǔ)。情況奠定了基礎(chǔ)。 2. 牛牛 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 進(jìn)進(jìn) 展展 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 基因的功能主要包括:生物化學(xué)功能，細(xì)胞學(xué)功 能及發(fā)育的功能。目前， 基因功能的研究方法 主要包括: w新基因的生物信息學(xué)分析 w體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析（轉(zhuǎn)錄和翻譯水平）、 w功能獲得（基因轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)基因）研究、 w功能失活（基因沉默和基因敲除）研究、 w基因編碼產(chǎn)物相互作用蛋白的研究（免疫共沉淀 和酵母雙雜交） w基因多樣性研究（snps分析）等。 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策

7、 略略 w3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預(yù)測) w3.1.13.1.1新基因的電子克隆新基因的電子克隆: : 利用表達(dá)序列標(biāo)簽 (est) 數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)新基因也被稱為基因的電子克隆。 從數(shù)據(jù)庫或從數(shù)據(jù)庫或 pubmedpubmed尋找感興趣的尋找感興趣的 cdnacdna或氨基酸序列或氨基酸序列; ; 相同相同 unigeneunigene或或clustercluster的的 estest片段歸類在一起片段歸類在一起 , , 并初步拼接和校對并初步拼接和校對; ; 基于基于 genbankgenbank完整完整 estest數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫的 estest拼接、校對并盡可能延

8、長獲得的大片段或拼接、校對并盡可能延長獲得的大片段或 全長全長 cdna, cdna, 稱為稱為 contig; contig; contig contig輸入輸入 nrnr數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)庫通過blastblast查新選留新穎查新選留新穎 contig; contig; 再通過再通過 genbankgenbank完整完整 estest數(shù)據(jù)庫比對確定最終數(shù)據(jù)庫比對確定最終 cdna contig; cdna contig; 分析開放閱讀碼框分析開放閱讀碼框 (orf)(orf)、kozakkozak規(guī)則、加尾信號、多聚腺苷酸規(guī)則、加尾信號、多聚腺苷酸 (polya) (polya) 等等; ;

9、獲得新基因全序列獲得新基因全序列 包括內(nèi)含子包括內(nèi)含子 ( intron)( intron)和外顯子和外顯子 (exon) (exon) 序列序列 , , 定位于定位于 染色體上并作圖。染色體上并作圖。 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預(yù)測) w3.1.23.1.2新基因的結(jié)構(gòu)區(qū)域預(yù)測新基因的結(jié)構(gòu)區(qū)域預(yù)測: : 對編碼區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計特性分析 啟動子分析 啟動子是基因表達(dá)所必需的重要序列信號 , 識別出啟動子對認(rèn)識基因組功能、基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制以及人 類疾病與啟動子多態(tài)性或突變有很大的幫助。

10、 內(nèi)含子 /外顯子剪接位點(diǎn)(gt/ag規(guī)則) 翻譯起始位點(diǎn)（“kozak規(guī)則 ”） 翻譯終止信號 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物 功能預(yù)測) w3.1.33.1.3新基因的功能預(yù)測新基因的功能預(yù)測: :序列同源比較序列同源比較: :主要方法有主要方法有同源檢索同源檢索 (ncbi(ncbi數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫的 blastn)blastn)和和多序列對齊多序列對齊 (multiple sequence (multiple sequence alignment,msa)alignment,ms

11、a) w3.1.43.1.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測：從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)、蛋蛋 白質(zhì)物理性質(zhì)預(yù)測白質(zhì)物理性質(zhì)預(yù)測( (如等電點(diǎn)、分子量、酶切特性、疏水性如等電點(diǎn)、分子量、酶切特性、疏水性 等等) )。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測（蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)預(yù)（蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)預(yù) 測）、測）、蛋白質(zhì)功能的預(yù)測蛋白質(zhì)功能的預(yù)測（通過相似序列的數(shù)據(jù)庫比對確定（通過相似序列的數(shù)據(jù)庫比對確定 功能、確定序列特性、通過序列模體數(shù)據(jù)庫等的比對確定功功能、確定序列特性、通過序列模體數(shù)據(jù)庫等的比對確定功 能）能） 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué)

12、研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法：蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法： .通過相似序列的數(shù)據(jù)庫比對確定功能通過相似序列的

13、數(shù)據(jù)庫比對確定功能 w 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法：蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法： .確定序列特性確定序列特性 w 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法：蛋白質(zhì)功能的預(yù)測及方法： .通過序列模體數(shù)據(jù)庫等的比對確定功能通過序列模體數(shù)據(jù)庫等的比對確定功能 新基因功能的實(shí)驗(yàn)室研究新基因功能的實(shí)驗(yàn)室研究: : 3.23.2新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及

14、策策 略略 要開展新基因功能的研究工作，首要的研究任務(wù)要開展新基因功能的研究工作，首要的研究任務(wù) 就是摸清新基因在體內(nèi)的表達(dá)規(guī)律，這包括從就是摸清新基因在體內(nèi)的表達(dá)規(guī)律，這包括從 mrna mrna 和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)兩個水平上來對其基因表達(dá)譜進(jìn)行分析，即兩個水平上來對其基因表達(dá)譜進(jìn)行分析，即 看其在各種不同的正?；虿B(tài)組織細(xì)胞中是否表達(dá)以看其在各種不同的正常或病態(tài)組織細(xì)胞中是否表達(dá)以 及表達(dá)的水平高低等及表達(dá)的水平高低等 。新基因在某一特定的正常組。新基因在某一特定的正常組 織細(xì)胞中的表達(dá)水平高往往提示其在其中發(fā)揮著重要織細(xì)胞中的表達(dá)水平高往往提示其在其中發(fā)揮著重要 作用作用。 3.23.2新

15、基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3.23.2新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.3新基因的功能獲得分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.33.3新基因的功能獲得分析新基因的功能獲得分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研

16、研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.33.3新基因的功能獲得分析新基因的功能獲得分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.4新基因功能失活分析 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.4新基因功能失活分析 w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)基于核酸的基因沉默技術(shù) 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.4新基因功能失活分析 w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)基于核酸的基因沉默技術(shù) 3. 功

17、功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.4新基因功能失活分析 w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)基于核酸的基因沉默技術(shù) 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.4新基因功能失活分析 w3.4.23.4.2基因敲除技術(shù)基因敲除技術(shù) 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.5新基因編碼產(chǎn)物相互作用蛋白的研究 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容 及及 策策 略略 w3.6新基因多樣性的研究 隨著人

18、類和動植物基因組序列測定的縱深發(fā)展，基因組變異已成為研究熱點(diǎn)，隨著人類和動植物基因組序列測定的縱深發(fā)展，基因組變異已成為研究熱點(diǎn)， 尤其是尤其是snpssnps的篩選及其檢測倍受關(guān)注，己成為繼限制性酶切片段長度多態(tài)的篩選及其檢測倍受關(guān)注，己成為繼限制性酶切片段長度多態(tài) 性和微衛(wèi)星之后的第三代性和微衛(wèi)星之后的第三代dnadna遺傳標(biāo)記，正在醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮遺傳標(biāo)記，正在醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮 著巨大作用。著巨大作用。snp (single nucleotide polymorphism)snp (single nucleotide polymorphism)即單核苷酸多態(tài)性，即單核苷酸

19、多態(tài)性， 是由于單個核苷酸改變而導(dǎo)致的核酸序列多態(tài)性。是由于單個核苷酸改變而導(dǎo)致的核酸序列多態(tài)性。snpsnp數(shù)量大，分布廣，數(shù)量大，分布廣， 在任何已知或未知基因附近都可能找到眾多的在任何已知或未知基因附近都可能找到眾多的snpsnp，隨著新的，隨著新的snpsnp標(biāo)記的發(fā)標(biāo)記的發(fā) 現(xiàn)和定位，生物遺傳連鎖圖譜標(biāo)記密度將日益增加，能夠?qū)?shù)量性狀位點(diǎn)現(xiàn)和定位，生物遺傳連鎖圖譜標(biāo)記密度將日益增加，能夠?qū)?shù)量性狀位點(diǎn) (qtl)(qtl)定位在更小的染色體區(qū)域內(nèi)，也為更多的主基因的發(fā)現(xiàn)和定位打下定位在更小的染色體區(qū)域內(nèi)，也為更多的主基因的發(fā)現(xiàn)和定位打下 良好的墓礎(chǔ)；而且，高密度良好的墓礎(chǔ)；而且，高密度snpsnp遺傳圖譜的出現(xiàn)使我們可以更精確的進(jìn)行遺傳圖譜的出現(xiàn)使我們可以更精確的進(jìn)行 標(biāo)記輔助選擇標(biāo)記輔助選擇(mas)(mas)和標(biāo)記輔助導(dǎo)入和標(biāo)記輔助導(dǎo)入(mai)(mai)，降低或消除目的基因之外的，降低或消除目的基因之外的 遺傳背景的干擾，這將為基因育種提供前所未有的便利工具。遺傳背景的干擾，這將為基因育種提供前所未有的便利工具。 3. 功功 能能 基基 因因 組組 學(xué)學(xué) 研研 究究 的的 內(nèi)內(nèi) 容容