功能基因組學研究概述.ppt

1、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,基因組學相關概念 ?；蚪M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,1.基因組學相關概念,1.基因組學相關概念,1.基因組學相關概念,?；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量等領域有潛在用途，也有助于加深對

2、人類基因組的理解。,2.?；蚪M學 研 究 進 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,2.3 ?；蚪M轉錄圖譜

3、 轉錄圖譜(Transcript map)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轉化成cDNA，利用其3或5非翻譯區(qū)構建短的，具有代表性的cDNA片段，也即表達序列標簽(Expressed sequenceTag， 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,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

4、，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,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 914 944條，這些序列拼接得到 37 225 個clusters，是轉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。,2.牛基因組學 研 究 進 展,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容

5、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（轉錄和翻譯水平）、 功能獲得（基因轉染和轉基因）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。,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（基因結構及編碼產(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。 從數(shù)據(jù)庫或 PubMed尋找感興趣的 cDNA或氨基酸序列; 相同

6、Unigene或cluster的 EST片段歸類在一起 , 并初步拼接和校對; 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; Contig輸入 nr數(shù)據(jù)庫通過BLAST查新選留新穎 Contig; 再通過 GenBank完整 EST數(shù)據(jù)庫比對確定最終 cDNA Contig; 分析開放閱讀碼框 (ORF)、Kozak規(guī)則、加尾信號、多聚腺苷酸 (PolyA) 等; 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。,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,3.1新基因

7、的生物信息學分析（基因結構及編碼產(chǎn)物功能預測) 3.1.2新基因的結構區(qū)域預測: 對編碼區(qū)進行統(tǒng)計特性分析 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。 內(nèi)含子 /外顯子剪接位點(GT/AG規(guī)則) 翻譯起始位點（“Kozak規(guī)則 ”） 翻譯終止信號,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（基因結構及編碼產(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 (multiple sequence ali

8、gnment,MSA) 3.1.4蛋白質結構與功能預測：從氨基酸組成辨識蛋白質、蛋白質物理性質預測(如等電點、分子量、酶切特性、疏水性等)。蛋白質結構預測（蛋白質二、三級結構及特殊結構預測）、蛋白質功能的預測（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）,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,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質物理性質預測,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質二級結構預測,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質三級結構預測,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質其他特殊結構預測,3. 功能基因組

9、學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質功能的預測及方法：,.通過相似序列的數(shù)據(jù)庫比對確定功能,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質功能的預測及方法：,.確定序列特性,3. 功能基因組學研究的內(nèi)容及策略,蛋白質功能的預測及方法：,.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?；虿B(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

10、水平高往往提示其在其中發(fā)揮著重要作用。,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,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,蛋白質水平的表達分析,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,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,基因轉染技術,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,轉基因技術,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.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,3.功能基因

11、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,核酶技術,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,RNA干擾技術,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,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,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

12、在醫(yī)學、農(nóng)學等眾多領域發(fā)揮 著巨大作用。SNP (Single Nucleotide Polymorphism)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，能夠將數(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；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,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)物蛋白質的結構或基因表達水平，因此，侯選基因SNPs的檢測與基因功能的鑒定密切相關，屬于基因功能鑒定的一個非常重要內(nèi)容。另外，由于SNPs在基因組中的相對高頻分布，使得其非常適合用于關聯(lián)分析?；騍NPs與經(jīng)濟性狀關聯(lián)分析的結果又可進一步印證基因的生物學功能。,SNP研究與基因功能的關系,4本人在牛功能基因組學