功能基因組學研究概述

報告人:馬云信陽師范學院生命科學學院2008年5月

Summary

on（Functional）Genomics（功能）基因組學研究概述功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!基因組學相關(guān)概念牛基因組學研究進展功能基因組學研究的內(nèi)容及方法本人在?；蚪M研究方面做的一點工作目錄功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!1.基因組學相關(guān)概念功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!

1.基因組學相關(guān)概念功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!?；蚪M計劃始于2003年12月，內(nèi)容包括繪制遺傳圖譜、物理圖譜，獲得全面的轉(zhuǎn)錄圖譜，并對基因進行識別，鑒定其功能。牛的基因組據(jù)估計由大約30億個堿基對組成，與人和其他哺乳動物基因組規(guī)模相當。繪制牛的基因組圖譜，不僅在改進乳品和肉制品質(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。2.牛基因組學研究進展功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2.3?；蚪M轉(zhuǎn)錄圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜(Transcriptmap)是用基因表達的各種RNA產(chǎn)物做路標，將各器官中表達的mRNA轉(zhuǎn)化成cDNA，利用其3’或5’非翻譯區(qū)構(gòu)建短的，具有代表性的cDNA片段，也即表達序列標簽(Expressedsequence－Tag，EST)。2.4牛基因組DNA的全序列測定2.5基因功能的鑒定研究2.?；蚪M學研究進展功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!1.最新的牛遺傳連鎖圖譜由4585個標記組成，平均圖距精確到1.2cM，是研究牛數(shù)量性狀位點、定位并克隆生產(chǎn)性狀相關(guān)基因，進行分子輔助育種的藍圖。2.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。3.融合了全基因組鳥槍法和逐步克隆法繪制的?；蚪M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2.87Gb的基因組序列。2.牛基因組學研究進展功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略基因的功能主要包括:生物化學功能，細胞學功能及發(fā)育的功能。目前，基因功能的研究方法主要包括:新基因的生物信息學分析體內(nèi)表達規(guī)律分析（轉(zhuǎn)錄和翻譯水平）、功能獲得（基因轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)基因）研究、功能失活（基因沉默和基因敲除）研究、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）基因多樣性研究（SNPs分析）等。功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預測)3.1.2新基因的結(jié)構(gòu)區(qū)域預測:①對編碼區(qū)進行統(tǒng)計特性分析②啟動子分析啟動子是基因表達所必需的重要序列信號,識別出啟動子對認識基因組功能、基因表達調(diào)控機制以及人類疾病與啟動子多態(tài)性或突變有很大的幫助。③內(nèi)含子/外顯子剪接位點(GT/AG規(guī)則)④翻譯起始位點（“Kozak規(guī)則”）⑤翻譯終止信號功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略

從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預測功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)其他特殊結(jié)構(gòu)預測功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!

3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預測及方法：Ⅱ.確定序列特性功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!新基因功能的實驗室研究:3.2新基因的體內(nèi)表達規(guī)律分析3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略

要開展新基因功能的研究工作，首要的研究任務就是摸清新基因在體內(nèi)的表達規(guī)律，這包括從mRNA和蛋白質(zhì)兩個水平上來對其基因表達譜進行分析，即看其在各種不同的正常或病態(tài)組織細胞中是否表達以及表達的水平高低等。新基因在某一特定的正常組織細胞中的表達水平高往往提示其在其中發(fā)揮著重要作用。功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!3.2新基因的體內(nèi)表達規(guī)律分析3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略

蛋白質(zhì)水平的表達分析功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析基因轉(zhuǎn)染技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析3.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)核酶技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析3.4.2基因敲除技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.6新基因多樣性的研究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，尤其是SNPs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DNA遺傳標記，正在醫(yī)學、農(nóng)學等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。SNP(SingleNucleotidePolymorphism)即單核苷酸多態(tài)性，是由于單個核苷酸改變而導致的核酸序列多態(tài)性。SNP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SNP，隨著新的SNP標記的發(fā)現(xiàn)和定位，生物遺傳連鎖圖譜標記密度將日益增加，能夠?qū)?shù)量性狀位點(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)和定位打下良好的墓礎(chǔ)；而且，高密度SNP遺傳圖譜的出現(xiàn)使我們可以更精確的進行標記輔助選擇(MAS)和標記輔助導入(MAI)，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。SNP研究的意義功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!4本人在牛功能基因組學研究領(lǐng)域所做的工作4.1牛ANGPTL4基因的分離、定位及其與牛經(jīng)濟性狀的關(guān)聯(lián)研究4.2牛ANGPTL4基因的表達與功能定位研究（下一步要開展的工作）功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!牛ANGPTL4基因的表達與功能定位研究功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!

1.基因組學相關(guān)概念功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!2.1?；蚪M遺傳圖譜遺傳圖譜(Geneticmap)又稱遺傳連鎖圖譜(Genetichlinkagemap)，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記之間的重組頻率，一般用厘摩(cM)確定標記基因或者位點間的相對距離，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記位點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.?；蚪M學研究進展功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!截止到2006年6月15日為止，GenBank中牛的mRNA、EST等序列數(shù)目達到914944條，這些序列拼接得到37225個clusters，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官的特異性cDNA文庫有100個。這些文庫的建立為研究特定組織細胞的基因表達情況奠定了基礎(chǔ)。2.?；蚪M學研究進展功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預測)3.1.1新基因的電子克隆:

利用表達序列標簽(EST)數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)新基因也被稱為基因的電子克隆。①從數(shù)據(jù)庫或PubMed尋找感興趣的cDNA或氨基酸序列;②相同Unigene或cluster的EST片段歸類在一起,并初步拼接和校對;③基于GenBank完整EST數(shù)據(jù)庫的EST拼接、校對并盡可能延長獲得的大片段或全長cDNA,稱為Contig;④Contig輸入nr數(shù)據(jù)庫通過BLAST查新選留新穎Contig;⑤再通過GenBank完整EST數(shù)據(jù)庫比對確定最終cDNAContig;⑥分析開放閱讀碼框(ORF)、Kozak規(guī)則、加尾信號、多聚腺苷酸(PolyA)等;⑦獲得新基因全序列[包括內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)序列],定位于染色體上并作圖。功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預測)3.1.3新基因的功能預測:序列同源比較:主要方法有同源檢索(NCBI數(shù)據(jù)庫的Blastn)和多序列對齊(multiplesequencealignment,MSA)3.1.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預測：從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)物理性質(zhì)預測(如等電點、分子量、酶切特性、疏水性等)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測（蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)預測）、蛋白質(zhì)功能的預測（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)庫等的比對確定功能）功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)物理性質(zhì)預測功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預測功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!

3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預測及方法：Ⅰ.通過相似序列的數(shù)據(jù)庫比對確定功能功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!

3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預測及方法：Ⅲ.通過序列模體數(shù)據(jù)庫等的比對確定功能功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!3.2新基因的體內(nèi)表達規(guī)律分析3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略

mRNA水平的表達分析功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析轉(zhuǎn)基因技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析3.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析3.4.1基于核酸的基因沉默技術(shù)RNA干擾技術(shù)功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.5新基因編碼產(chǎn)物相互作用蛋白的研究功能基因組學研究概述共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!3.功能基因組學研究的內(nèi)容及策略3.6新基因多樣性的研究

由于部分位于基因內(nèi)部的SNP可能會直接影響產(chǎn)物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或基因表達水平，因此，侯選基因SNPs的檢測與基因功能的鑒定密切相關(guān)，屬于基因功能鑒定的一個非常重要內(nèi)容。另外，