基因組學(xué)研究在功能基因組中的應(yīng)用

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1、基因組學(xué)研究在功能基因組中的應(yīng)用摘要：20世紀(jì)的最后十年，分子生物學(xué)研究發(fā)生了很人的變革，從單個(gè)基因或蛋G質(zhì)研究轉(zhuǎn)向人規(guī)模研究蕪因，從而產(chǎn)生了葙因組學(xué)、功能難因組學(xué)等新學(xué)科。功能葙因組學(xué)足在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)豐宮信息資源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用先進(jìn)的基因表達(dá)技術(shù)、生物功能檢測(cè)技術(shù)和生物信總學(xué)技術(shù)分析研究基岡的表達(dá)、調(diào)控和功能；探討生物的生長(zhǎng)、發(fā)育規(guī)律的新型交義學(xué)科。目前功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容和方法，主要乜括應(yīng)用微點(diǎn)陣、基因表達(dá)系列分析(SAGE)、蛋白質(zhì)組、生物信息學(xué)等方法來(lái)研究蕋因組表達(dá)概況、基因組多樣性、模式生物體等。關(guān)鍵詞：基因組學(xué)，功能基因組學(xué)，SAG

2、E,蛋白質(zhì)組學(xué)人類基因組計(jì)劃的完成意味著從結(jié)構(gòu)基因組寧到功能基因組學(xué)的跨越，把我們帶進(jìn)了P基因纟H吋代，基因組學(xué)的研究發(fā)生了翻大覆地的變化己從結(jié)構(gòu)基因纟117過(guò)渡到功能基因飢學(xué)。功能基因組學(xué)以揭示基因組的功能及調(diào)控機(jī)制為目標(biāo)功能基因組學(xué)的研究是21世紀(jì)國(guó)際研究的前沿也是最熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。本文簡(jiǎn)要介紹功能基因組學(xué)的研究進(jìn)展尤其是功能基因組學(xué)的主要研究(Al容和研究方法,。1功能基因組的含義基因組(genome)這一概念干1924年提出用了?描述生物的全部基因和染色體組成。基因組學(xué)(genomics)由美國(guó)科學(xué)家ThomasRoderick于1

3、986年提出足指對(duì)所冇苑因進(jìn)打基因組作閣(包括遺傳閣譜、物理閣譜、轉(zhuǎn)錄木閣譜)核苷酸序列分析基因定位和基因功能分析的一門(mén)科學(xué)。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(Structuralgenomics)是基因組學(xué)的一個(gè)秉要組成部分和研究領(lǐng)域它是通過(guò)某因作圖，核苷酸序列分析以確定基因組成、基因定位的一門(mén)科學(xué)，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)代表基因組分析的早期階段以建立生物體島分辨率遺傳、物理和轉(zhuǎn)錄圖譜為主。比較功能基因組'判comparativegenomics)是在基因組閣譜及序列測(cè)定的基礎(chǔ)上對(duì)已知的基因和基因纟II結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較以了解基閃的功能、表達(dá)機(jī)理及物種進(jìn)化的學(xué)科。功能基因組學(xué)(

4、functionalgenomics)被稱為后基因組學(xué)(postgenomics)是利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)提供的信息和產(chǎn)物發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段通過(guò)4:基因組或系統(tǒng)水平上傘而分析基W的功能使捋生物學(xué)研究從對(duì)單一菽因或蛋內(nèi)質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個(gè)?因或蛋內(nèi)質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究的一門(mén)科學(xué)，功能基w組學(xué)代表基因組分析的新階段以高通景、人規(guī)模試驗(yàn)法、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算機(jī)分析為主要特征。功能基因組學(xué)的近期0標(biāo)足采川高通景、人規(guī)模、￡)動(dòng)化的力*法加速遺傳分析進(jìn)程;長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)足避開(kāi)仏統(tǒng)遺傳分析的局限采用系統(tǒng)化的途徑及數(shù)裾采集方法闡明S雜的生物學(xué)現(xiàn)象。2功能基因組學(xué)的研究方法基因的

5、吋空差異表達(dá)是拉物發(fā)育、分化、袞老和抗逆等生命現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)。基因在不M組織、不M器官以及不M環(huán)境條件卜*的差異表達(dá)特征，為基W的功能提供了重要的信息。Velculescu等(1997)將在特定組織或細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄的所冇菽因及其表達(dá)豐度稱為轉(zhuǎn)錄組(transcriptome),W此在轉(zhuǎn)錄水上進(jìn)行的基W表達(dá)差異分析實(shí)際上就是進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組研究。經(jīng)典的減注雜交(subtractivehybridization),差示篩選(differentialscreening),cDNA代農(nóng)差異分析(representativedifferenceanalysis,R

6、DA｝以及mRNA差昇52>j;(differentialdisplay)等技術(shù)已被廣泛用于鑒定和兌隆差異表達(dá)的基W,但是這些技術(shù)不能勝任對(duì)大量的機(jī)物基W進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，于是，基因表達(dá)的系統(tǒng)分析(serialanalysisofgeneexpression，SAGE｝、cDNA微陳列(cDNAmicroarray｝和DNA芯fHDNAchip)等能夠大規(guī)模地進(jìn)行基因差異表達(dá)分析的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。2.1基因表達(dá)的系統(tǒng)分析(SAGE)SAGE技術(shù)的主耍理論依據(jù)是:來(lái)AcDNA3'端特定位置的一段9?llbpK;的序列能夠區(qū)分菽因組中95%的菽因

7、。這一段ffi因特異的序列被稱為SAGE標(biāo)簽(SAGEtag)。通過(guò)對(duì)cDNA制備SAGE標(biāo)簽丼將這些標(biāo)簽串聯(lián)起來(lái)，然后對(duì)上述串聯(lián)起來(lái)的SAGE標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)序不僅可以顯示各SAGE標(biāo)簽所代表的基因在特定組織屮足否表達(dá)，還可以根據(jù)各SAGE標(biāo)簽所出現(xiàn)的頻率作為其所代表的基因表達(dá)豐度的指標(biāo)。應(yīng)用SAGE技術(shù)的一?個(gè)必要前提是GenBank中必須有足夠的某一物種的DNA序列資料，尤其是EST序列資料。R前該技術(shù)在人類和酵母菽因組研究中已得以應(yīng)用，但是尚未用于梢物難因組研究。SAGE技術(shù)的不足是不能夠檢測(cè)出稀有轉(zhuǎn)錄物。2.2cDNA微陣列和DNA芯片技術(shù)

8、cDNA微陣列和DNA芯片都足基于reverseNorthern雜交以檢測(cè)基因表達(dá)差異的技術(shù)。二者的基本思路都是首先把cDNA，或EST,或基因特異的