基因組學和蛋白質(zhì)組學工具

1、基因組學和蛋白質(zhì)組學工具基因組學和蛋白質(zhì)組學工具本科本科0808級通信工程級通信工程1 1班班 況玲況玲2021/8/142主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、序列組裝一、序列組裝二、功能基因組學二、功能基因組學三、蛋白質(zhì)組學三、蛋白質(zhì)組學2021/8/143一、序列組裝一、序列組裝研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 1、怎樣將散的序列拼接起來2、如何去掉序列中重復的部分2021/8/1441 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來 我們知道，使用鳥槍法的DNA測序提供了成千上百萬個小序列，每一個片段長度有400500個堿基對。 當基因組被提取成限制性片段時，它只是被部分提取。用于DNA樣品的限制性酶數(shù)量只能夠

2、切開50%的酶切位點。這就意味著有些片段會跨過某個特殊的限制性位點，而另一些片段會在那個特定位點切開，而跨過其他的限制性位點。因此，這些限制性片段組成的克隆庫會包含重疊片段。這些重疊片段正是序列拼接的基礎(chǔ)。2021/8/1451 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來 在得到了每個片段的序列后，序列拼接(sequence assembly)的任務就利用這些片段間的重疊，將它們拼接成原來的序列。拼接的關(guān)鍵問題是得到每個片段在一個長序列中的位置信息，這種組合的集合稱為contig(contiguous segment)。 序列拼接問題可以抽象為最短超序列問題(Shortest Supe

3、rstring Problem，SSP)。假設(shè)一個序列片段集合A=a1，a2， ，an，我們希望發(fā)現(xiàn)一個最短的序列S，A中所有的片段都是S的子序列。例如有序列集合：000，001，010，011，100，101，110，101，111，包括集合中所有序列的最短超序列是：0001110100。2021/8/1461 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來直接鳥槍法序列拼接：直接鳥槍法序列拼接： 從已測序的小片段中尋找彼此重疊的測序克隆，依次向兩側(cè)鄰接的序列延伸，組裝成一個完整的基因組。不需預先了解任何基因組的情況，即使缺少遺傳圖或物理圖也可完成整個基因組順序組裝。 優(yōu)點優(yōu)點：最大優(yōu)點

4、是經(jīng)濟、快速、高效。 缺點缺點：“鳥槍法”對高性能計算的方法和設(shè)備要求非常高，且無法測到人類基因組中重復出現(xiàn)的DNA片段，這些片段占到基因組的3%至5%，對于理解遺傳性疾病具有重要意義。 2021/8/1471 1、怎樣將散的序列拼接起來、怎樣將散的序列拼接起來Phrap算法序列拼接：算法序列拼接： 1、找出序列片段間的重疊信息。 2、將存在有重疊的片段組合起來，形成一個contig結(jié)構(gòu)。 3、形成Consensus序列(Consensus)。 優(yōu)點優(yōu)點：精確度較高。 缺點缺點：運算時間較長且對存儲空間的需求較大。 2021/8/1482 2、如何去掉序列中重復的部分、如何去掉序列中重復的部分

5、 重復片段是指在目標片段中多次出現(xiàn)的片段。對于小規(guī)模的拼接工作例如細菌的基因組(重復序列約占全序列的15)和果蠅基因組(約占全序列的3)等，問題不明顯，然而，人類基因組中含有50以上的重復序列，這就對基因組測序產(chǎn)生了很大的困難。 目前已經(jīng)出現(xiàn)的很多用于shotgun片段拼接的工具，在處理重復片段時，都是采用對大量的片段數(shù)據(jù)進行反復迭代的方法，此間還需要加入很多人工的經(jīng)驗分析和干預。一定程度上增加了拼接所花費的時間，降低了機器的使用效率。 所以，在使用過程中，我們應該選擇可以屏蔽重復片段的拼所以，在使用過程中，我們應該選擇可以屏蔽重復片段的拼接算法。接算法。2021/8/1492 2、如何去掉序

6、列中重復的部分、如何去掉序列中重復的部分基于特征子串的重復片段屏蔽方法：基于特征子串的重復片段屏蔽方法： DNA 序列和每一個片段序列都可以看做是字符集A，C，T，G上的字符串，每個長為k的字符串稱為k-串；若它是某個片段（或序列）的一部分，則稱它為此片段（或序列）的k-子串. 特征子串：特征子串：當一個k-子串為某個片段的標識性信息時，稱該k-子串為該片段的特征子串。 PLPL條件：條件：兩片段含有至少一個公共的特征子串，稱之滿足可能相鄰（PL）條件。 經(jīng)計算，k需滿足條件： 其中n為要拼接片段的總數(shù)。2021/8/14102 2、如何去掉序列中重復的部分、如何去掉序列中重復的部分 算法原理

7、：算法原理： 即使兩個本不相鄰的片段因為重復片段的原因存在很長的重疊，但只要它們的特征子串均不相同，處理時就不會對它們進行比對，也就不會認為它們是相鄰的。這樣就達到了“屏蔽”重復片段干擾的目的，也為后續(xù)的拼接產(chǎn)生了有用的依據(jù)。2021/8/1411二、功能基因組學（二、功能基因組學（functional genomics）功能基因組學的概念：功能基因組學的概念： 功能基因組學（Functuional genomics）又往往被稱為后基因組學（Postgenomics），它利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使得生物學研究從對單一

8、基因或蛋白質(zhì)得研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究。 功能基因組在評估和檢測新藥時十分有用。 2021/8/1412二、功能基因組學（二、功能基因組學（functional genomics）DNA微陣列微陣列功能基因組中的新興技術(shù)功能基因組中的新興技術(shù) DNA微陣列（DNA microarray）又稱DNA陣列或DNA芯片，比較通俗的名字是基因芯片（gene chip）。是一塊帶有DNA微陣列（micorarray）涂層的特殊玻璃片特殊玻璃片，在數(shù)平方厘米之面積上安裝數(shù)千或數(shù)萬個核酸探針，經(jīng)由一次測驗，即可提供大量基因序列相關(guān)資訊。它是基因組學和遺傳學研究的工具。研究人員應用基因芯片就

9、可以在同一時間定量的分析大量(成千上萬個)的基因達的水平，具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗能力 。其中可以用來檢測基因表現(xiàn)程度之 cDNA 微陣列（cDNA-microarray），已開始商業(yè)化，市場主要以研發(fā)實驗室為主。2021/8/1413二、功能基因組學（二、功能基因組學（functional genomics） DNA 微陣列技術(shù)的基本原理是序列特異性核酸雜交，其核心技術(shù)是逆Southern blot印跡法，即：將基因特異的探針固定在膜上，再與熒光標記的誘變物的基因組或cDNAs靶雜交。不過，點印跡通常制備在膜上，很少能超過700個基因，DNA 微陣列可以制備在玻片或硅片等片基上，

10、點的數(shù)量和密度也高得多。 現(xiàn)在常用的DNA芯片有兩種兩種：cDNA陣列和原位合成的寡核苷酸陣列。 cDNAcDNA陣列陣列是通過機械手將DNA 點樣到涂層的玻片表面，點樣直徑為5O150um，中等尺寸的DNA芯片在3.6平方厘米上有10000個點。2021/8/1414二、功能基因組學（二、功能基因組學（functional genomics） 原位合成的寡核苷酸陣列寡核苷酸陣列，是將寡核苷酸合成和照相平版印刷術(shù)結(jié)合起來，紫外光通過掩罩(mask)的孔照射到玻片上控制合成，產(chǎn)生的DNA芯片在1.6cm 玻片表面可容納65000400000個DNA寡核苷酸。 寡核苷酸陣列用來監(jiān)控基因表達時更優(yōu)越

11、，因為可以避免與未知基因重復或同源的序列。2021/8/1415二、功能基因組學（二、功能基因組學（functional genomics）DNADNA微陣列在實際中的應用：微陣列在實際中的應用： 應用微陣列技術(shù)，比較細胞間基因表達譜差異，可發(fā)現(xiàn)未知疾病相關(guān)基因，獲得病變DNA的信息：DNA突變部位及突變類，進一步針對靶序列設(shè)計基因藥物。 微陣列技術(shù)也可以用于監(jiān)測腫瘤相關(guān)基因的表達，能快速識別并進一步評價基因在腫瘤生物學中的作用。 許多遺傳病基因為隱性基因，多數(shù)人只是攜帶者而不發(fā)病。利用微陣列技術(shù)，可以很方便地找出隱性致病基因攜帶者。2021/8/1416三、蛋白質(zhì)組學（三、蛋白質(zhì)組學（pro

12、teomics） 蛋白質(zhì)組學的概念：蛋白質(zhì)組學的概念： 蛋白質(zhì)組學（Proteomics）一詞，源于蛋白質(zhì)（protein）與 基因組學（genomics）兩個詞的組合，意指“一種基因組所表達的全套蛋白質(zhì)”，即包括一種細胞乃至一種生物所表達的全部蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)組的研究不僅能為生命活動規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也能為眾多種疾病機理的闡明蛋白質(zhì)組學及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。2021/8/1417三、蛋白質(zhì)組學（三、蛋白質(zhì)組學（proteomics） 蛋白質(zhì)組學技術(shù)：蛋白質(zhì)組學技術(shù)： 蛋白質(zhì)組學技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為現(xiàn)代生物技術(shù)快速發(fā)展的重要支撐，并將引領(lǐng)生物技術(shù)取得關(guān)鍵性的突破。本技術(shù)平臺將為客戶提供蛋

13、白組學技術(shù)服務，主要介紹雙向凝膠電泳技術(shù)和等電聚焦技術(shù)。 雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳的原理是基于蛋白質(zhì)的等電點不同用等電聚焦分離，按分子量的不同用SDS-PAGE分離，把復雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開。由于雙向電泳技術(shù)在蛋白質(zhì)組與醫(yī)學研究中所處的重要位置，它可用于致病機制及耐藥機制的研究，療效監(jiān)測，新藥開發(fā)，蛋白純度檢查等許多方面。近年來經(jīng)過多方面改進已成為研究蛋白質(zhì)組的最有使用價值的核心方法。 2021/8/1418三、蛋白質(zhì)組學（三、蛋白質(zhì)組學（proteomics） 我國在蛋白質(zhì)組研究方面的成就：我國在蛋白質(zhì)組研究方面的成就： 雖然我國蛋白質(zhì)組學研究啟動不久，我國科學家已經(jīng)在重大疾?。ㄈ绺伟┍容^蛋白質(zhì)組研究以及一些重要生理和病理體系的蛋白質(zhì)組成分研究方面獲得了重要成就。