基因組學(xué)研究在功能基因組中的應(yīng)用.doc

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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)生了很大的變革，從單個基因或蛋白質(zhì)研究轉(zhuǎn)向大規(guī)模研究基因，從而產(chǎn)生了基因組學(xué)、功能基因組學(xué)等新學(xué)科。功能基因組學(xué)是在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)豐富信息資源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用先進的基因表達技術(shù)、生物功能檢測技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)分析研究基因的表達、調(diào)控和功能；探討生物的生長、發(fā)育規(guī)律的新型交叉學(xué)科。目前功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容和方法，主要包括應(yīng)用微點陣、基因表達系列分析（SAGE）、蛋白質(zhì)組、生物信息學(xué)等方法來研究基因組表達概況、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)人類基因組計劃的完成意味著從結(jié)構(gòu)基因組學(xué)到功能基因組學(xué)的跨越，把我們帶進了后基因組時代，基因組學(xué)的研究發(fā)生了翻天覆地的變化已從結(jié)構(gòu)基因組學(xué)過渡到功能基因組學(xué)。功能基因組學(xué)以揭示基因組的功能及調(diào)控機制為目標(biāo)功能基因組學(xué)的研究是21世紀(jì)國際研究的前沿也是最熱門的研究領(lǐng)域之一。本文簡要介紹功能基因組學(xué)的研究進展尤其是功能基因組學(xué)的主要研究內(nèi)容和研究方法，。1功能基因組的含義基因組(genome)這一概念于1924年提出用于描述生物的全部基因和染色體組成?；蚪M學(xué)(genomics)由美國科學(xué)家ThomasRoderick于1986年提出

3、是指對所有基因進行基因組作圖(包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄本圖譜)核苷酸序列分析基因定位和基因功能分析的一門科學(xué)。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(Structuralgenomics)是基因組學(xué)的一個重要組成部分和研究領(lǐng)域它是通過基因作圖，核苷酸序列分析以確定基因組成、基因定位的一門科學(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高分辨率遺傳、物理和轉(zhuǎn)錄圖譜為主。比較功能基因組學(xué)(comparativegenomics)是在基因組圖譜及序列測定的基礎(chǔ)上對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進行比較以了解基因的功能、表達機理及物種進化的學(xué)科。功能基因組學(xué)(function

4、algenomics)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)用新的實驗手段通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能使得生物學(xué)研究從對單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究的一門科學(xué)，功能基因組學(xué)代表基因組分析的新階段以高通量、大規(guī)模試驗方法、統(tǒng)計與計算機分析為主要特征。功能基因組學(xué)的近期目標(biāo)是采用高通量、大規(guī)模、自動化的方法加速遺傳分析進程；長遠目標(biāo)是避開傳統(tǒng)遺傳分析的局限采用系統(tǒng)化的途徑及數(shù)據(jù)采集方法闡明復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象。2功能基因組學(xué)的研究方法基因的時空差異表達是植物發(fā)

5、育、分化、衰老和抗逆等生命現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)?；蛟诓煌M織、不同器官以及不同環(huán)境條件下的差異表達特征，為基因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)錄的所有基因及其表達豐度稱為轉(zhuǎn)錄組(transcriptome)，因此在轉(zhuǎn)錄水上進行的基因表達差異分析實際上就是進行轉(zhuǎn)錄組研究。經(jīng)典的減法雜交(subtractivehybridization)，差示篩選(differentialscreening)，cDNA代表差異分析(representativedifferenceanalysis，RDA)以及mRNA差異

6、顯示(differentialdisplay)等技術(shù)已被廣泛用于鑒定和克隆差異表達的基因，但是這些技術(shù)不能勝任對大量的植物基因進行全面、系統(tǒng)的分析，于是，基因表達的系統(tǒng)分析(serialanalysisofgeneexpression，SAGE)、cDNA微陣列(cDNAmicroarray)和DNA芯片(DNAchip)等能夠大規(guī)模地進行基因差異表達分析的技術(shù)應(yīng)運而生。2.1基因表達的系統(tǒng)分析(SAGE)SAGE技術(shù)的主要理論依據(jù)是:來自cDNA3′端特定位置的一段9～11bp長的序列能夠區(qū)分基因組中95%的基因。這一段基因特異的序列被稱為S

7、AGE標(biāo)簽(SAGEtag)。通過對cDNA制備SAGE標(biāo)簽并將這些標(biāo)簽串聯(lián)起來，然后對上述串聯(lián)起來的SAGE標(biāo)簽進行測序不僅可以顯示各SAGE標(biāo)簽所代表的基因在特定組織中是否表達，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豐度的指標(biāo)。應(yīng)用SAGE技術(shù)的一個必要前提是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。目前該技術(shù)在人類和酵母基因組研究中已得以應(yīng)用，但是尚未用于植物基因組研究。SAGE技術(shù)的不足是不能夠檢測出稀有轉(zhuǎn)錄物。2.2cDNA微陣列和DNA芯片技術(shù)cDNA微陣列和DNA芯片都是基于r

8、everseNorthern雜交以檢測基因表達差異的技術(shù)。二者的基本思路都是首先把cDNA，或EST，或基因特異的寡聚核苷酸固定在固相支持物上，并與來