國科大 于軍-基因組完整版預(yù)測試題

RNA的種類及功能。RNAworld，為什么說生命起源于RNA，RNA起主導(dǎo)作用。miRNA的作用機制為什么基因組中存在大量的非編碼序列。三代測序的特點及功能。轉(zhuǎn)錄組的定義?；蚪M學(xué)五行說以及之間的聯(lián)系。拉馬克學(xué)說VS達(dá)爾文進(jìn)化論。8、基因表達(dá)調(diào)控的方式（染色體水平、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、翻譯水平、蛋白質(zhì)水平）。

9、表觀遺傳涉及哪些方面。

10、管家基因和奢侈基因，組織特異性基因。

11、GC含量。

12、為什么要開展人類基因組/RNA組計劃13為什么要植物DNA復(fù)制大量的“垃圾”序列，動物RNA轉(zhuǎn)錄大量的內(nèi)含子14CpG島15基因組學(xué)研究的特點16DNA甲基化有哪些層次？有什么手段17植物和動物基因組就轉(zhuǎn)錄的片段不同--內(nèi)含子1RNA的種類及功能RNA由核糖核苷酸經(jīng)磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和堿基構(gòu)成。RNA的堿基主要有4種，即A腺嘌呤，G鳥嘌呤，C胞嘧啶，U尿嘧啶。與DNA不同，RNA一般為單鏈長分子，不形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，但是很多RNA也需要通過堿基配對原則形成一定的二級結(jié)構(gòu)乃至三級結(jié)構(gòu)來行使生物學(xué)功能。在細(xì)胞中，根據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同，RNA主要分三類，即tRNA(轉(zhuǎn)運RNA),rRNA(核糖體RNA),mRNA(信使RNA)。mRNA是合成蛋白質(zhì)的模板，內(nèi)容按照細(xì)胞核中的DNA所轉(zhuǎn)錄;tRNA是mRNA上堿基序列(即遺傳密碼子)的識別者和氨基酸的轉(zhuǎn)運者;rRNA是組成核糖體的組分，是蛋白質(zhì)合成的工作場所。（一）RNA的結(jié)構(gòu)：1、基本單位：核糖核苷酸一般是單鏈結(jié)構(gòu)。3、種類：（1）信使RNA（mRNA）：蛋白質(zhì)合成的模板。（2）轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）：轉(zhuǎn)運氨基酸，形似三葉草的葉。（3）核糖體RNA（rRNA）：核糖體的組成成分。（二）轉(zhuǎn)錄：1、概念：在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板，合成RNA的過程。2、原料：4種游離的核糖核苷酸。3、堿基配對：A—U、C—G、G—C、T—A。二、遺傳信息的翻譯（一）翻譯：1、概念：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。2、場所：細(xì)胞質(zhì)的核糖體中。3、運載工具：tRNA。4、堿基配對：A—U、U—A、C—G、G—C。（二）密碼子：在mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰的堿基。（三）反密碼子：指tRNA上可以與mRNA上的堿基互補配對的3個堿基。RNA的種類及作用1.mRNA信使RNA功能：蛋白質(zhì)合成的直接模板2.tRNA轉(zhuǎn)運RNA功能：氨基酸的運載體3.rRNA核糖體RNA功能：核糖體的組成成分，蛋白質(zhì)的合成場所4.hnRNA核內(nèi)不均一RNA功能：成熟mRNA的前提5.snRNA核內(nèi)小RNA功能：參與hnRNA的剪接與轉(zhuǎn)運6.snoRNA核仁小RNA功能：rRNA的加工與修飾7.scRNA/7SL-RNA胞質(zhì)小RNA功能：蛋白質(zhì)內(nèi)置為定位合成信號識別體組成成分8.siRNA小的干擾RNA功能：siRNA在RNA沉寂通道中起中心作用，是對特定信使RNA（mRNA進(jìn)行降解的指導(dǎo)要素1.hnRNA，核內(nèi)不均一RNA。這個RNA就是基因轉(zhuǎn)錄完的mRNA的前體，包括內(nèi)含子序列，然后在剪接體的作用下5端加帽，3端加polyA，剪切掉內(nèi)含子變成成熟的mRNA以后再轉(zhuǎn)運出核，沒有經(jīng)過完整加工的hnRNA是不會被轉(zhuǎn)運出核外的。2.snRNA，核內(nèi)小分子RNA，參與mRNA加工，剪接和成熟。3.snoRNA，核仁小分子RNA，負(fù)責(zé)rRNA加工（切割和修飾）。4.端粒酶RNA，是染色體端粒的RNA序列，在具有端粒酶活性的細(xì)胞內(nèi)，它的任務(wù)是作為反轉(zhuǎn)錄的模板然后加在端粒的末端以解決染色體因復(fù)制而變短的問題，這種酶在大多數(shù)細(xì)胞里是沒有活性的，在某些腫瘤細(xì)胞，轉(zhuǎn)化細(xì)胞，干細(xì)胞以及生殖細(xì)胞里活性較高。5.SRPRNA信號識別顆粒-RNA：實際上它是和六個多肽結(jié)合在一起行使功能的，這個核糖蛋白主要負(fù)責(zé)終止mRNA的翻譯，同時它還能和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）上的停泊蛋白結(jié)合使結(jié)合了mRNA的定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，這個RNA的功能現(xiàn)在俺也不知道，得去看看文獻(xiàn)呵呵。6.tmRNA，這種RNA比較特殊，兼具了mRNA和tRNA的特點。在細(xì)胞中參與一種特殊的翻譯反應(yīng)，即反式翻譯反應(yīng)。7.scRNA（細(xì)胞質(zhì)小分子RNA），功能目前不知道。8.dsRNA，雙鏈RNA，主要在RNAi中起作用。mRNA生物的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中，但DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成。而在真核細(xì)胞中，DNA主要貯存于細(xì)胞核中的染色體上，而蛋白質(zhì)的合成場所存在于細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上，因此需要有一種中介物質(zhì)，才能把DNA上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體?，F(xiàn)已證明，這種中介物質(zhì)是一種特殊的RNA。這種RNA起著傳遞遺傳信息的作用，因而稱為信使RNA(messageRNA，mRNA)。mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉(zhuǎn)錄下來，然后再由mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，完成基因表達(dá)過程中的遺傳信息傳遞過程。在真核生物中，轉(zhuǎn)錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列，大約只有25%序列經(jīng)加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質(zhì)。因為這種未經(jīng)加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大，所以通常稱為不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA）。tRNA如果說mRNA是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖，則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。但是，合成蛋白質(zhì)的原材料——20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。因此，必須用一種特殊的RNA——轉(zhuǎn)移RNA（transferRNA，tRNA）把氨基酸搬運到核糖體上，tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)起來形成多肽鏈。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結(jié)合，現(xiàn)在已知的tRNA的種類在40種以上。tRNA是分子最小的RNA，其分子量平均約為27000（25000-30000），由70到90個核苷酸組成。而且具有稀有堿基的特點，稀有堿基除假尿嘧啶核苷與次黃嘌呤核苷外，主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。這類稀有堿基一般是在轉(zhuǎn)錄后，經(jīng)過特殊的修飾而成的。特點①5’末端具有G（大部分）或C。②3’末端都以ACC的順序終結(jié)。③有一個富有鳥嘌呤的環(huán)。④有一個反密碼子環(huán)，在這一環(huán)的頂端有三個暴露的堿基，稱為反密碼子（anticodon）.反密碼子可以與mRNA鏈上互補的密碼子配對。⑤有一個胸腺嘧啶環(huán)。rRNA核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是組成核糖體的主要成分。核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。在大腸桿菌中，rRNA量占細(xì)胞總RNA量的75%-85%，tRNA占15%，mRNA僅占3-5%。rRNA一般與核糖體蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成核糖體（ribosome），如果把rRNA從核糖體上除掉，核糖體的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生塌陷。原核生物的核糖體所含的rRNA有5S、16S及23S三種。當(dāng)用超速離心測定一個粒子的沉淀速度時，此速度與粒子的大小直徑成比例。5S含有120個核苷酸，16S含有1540個核苷酸，而23S含有2900個核苷酸。而真核生物有4種rRNA，它們分子大小分別是5S、5.8S、18S和28S，分別具有大約120、160、1900和4700個核苷酸。rRNA是單鏈，它包含不等量的A與U、G與C，但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵相連，表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA3’端有一段核苷酸序列與mRNA的前導(dǎo)序列是互補的，這可能有助于mRNA與核糖體的結(jié)合。snRNA除了上述三種主要的RNA外，細(xì)胞內(nèi)還有小核RNA(smallnuclearRNA，snRNA)。它是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有五種snRNA，其長度在哺乳動物中約為100-215個核苷酸。snRNA一直存在于細(xì)胞核中，與40種左右的核內(nèi)蛋白質(zhì)共同組成RNA剪接體，在RNA轉(zhuǎn)錄后加工中起重要作用。另外，還有端體酶RNA(telomeraseRNA)，它與染色體末端的復(fù)制有關(guān)；以及反義RNA(antisenseRNA)，它參與基因表達(dá)的調(diào)控。RN7SLRNA，又稱為7SRNA。在哺乳動物中，它是由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄形成的，通常為雙鏈核糖核酸，不進(jìn)行翻譯。它的長度為約300核苷酸，沉降系數(shù)為7s。A它是信號識別顆粒的支架。研究證明SRP是一種古老的核糖核蛋白，包含有一條SRPRNA，這一RNA是SRP行使功能必不可少的組成元件，除了傳遞遺傳信息，調(diào)控基因表達(dá)以外，RNA還可以幫助蛋白運動，可見這個特殊結(jié)構(gòu)在生物機體中扮演了可謂豐富多彩的作用功能。編研究證明SRP是一種古老的核糖核蛋白，包含SRNA，一RNA是SRP行使功能必不可少的組成元件，SRP-RNA參snmRNA小非信使RNA，細(xì)胞內(nèi)有一類稱之為非mRNA小RNA，SnmRNAs主要包括核內(nèi)小RNA(snRNA)，核仁小RNAsnoRNA)，胞質(zhì)小RNA(scRNA)，催化性小RNA（核酶），小片段干擾RNA(siRNA)等。這些小RNA在hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工、轉(zhuǎn)運以及基因表達(dá)過程的調(diào)控等方面具有重要的生理作用。許多種snRNA參與了真核細(xì)胞hnRNA的加工剪切過程。研究比較清楚的有U1、U2、U4、U5和U6。他們的作用是識別hnRNA上外顯子和內(nèi)含子的切點，將內(nèi)含子切除。snoRNA則參與了rRNA中核糖C-2'的甲基化修飾。某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，在RNA合成后的剪切修飾中具有重要作用。這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶，或催化性RNA。siRNA是生物宿主對外源侵入的基因所表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的具有特定長度和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘發(fā)這些mRNA的降解。利用這一機制發(fā)展起來的RNA干擾技術(shù)是用來研究基因功能的有力工具。tmRNAtmRNA是存在于細(xì)菌的一類穩(wěn)定的小RNA，tmRNA發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，長期以來不被重視，因其同時具備信使RNA和轉(zhuǎn)錄RNA的功能而在最近5年中引起了研究者的濃厚興趣。目前對它的研究重點放在對其結(jié)構(gòu)和功能上.并認(rèn)為它是細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)合成中起“質(zhì)量控制”的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。tmRNA的生物學(xué)意義主要是同蛋白質(zhì)質(zhì)量控制有關(guān)，表現(xiàn)形式多種多樣。在細(xì)菌的生活周期里,如何保持正確的蛋白質(zhì)翻譯始終是一個大問題,翻譯錯誤可源于基因的轉(zhuǎn)錄階段或翻譯階段.導(dǎo)致的后果是結(jié)合mRNA的核糖體由于不能及時地同mRNA分離而“滯留”在mRNA上,不能加入下一次循環(huán),這對核糖體資源有限的細(xì)菌來說,是十分不利的,而翻譯錯誤的幾率在細(xì)菌應(yīng)激狀態(tài)下明顯升高。tmRNA的功能有(1)：將“滯留”在mRNA上的核糖體解脫下來.(2):將一段信號肽加在有缺陷的蛋白質(zhì)C末端,使其有效的水解。microRNA的基因組學(xué)研究技術(shù)與應(yīng)用microRNA（miRNA)是一類廣泛存在于生物體中的非編碼、小分子、單鏈RNA，大約含有18-25nt，能夠結(jié)合在靶基因3’UTR區(qū)，通過降解mRNA、影響mRNA的穩(wěn)定性或抑制蛋白合成，在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控靶基因的表達(dá).2、RNAworld，為什么說生命起源于RNA，RNA起主導(dǎo)作用。miRNA的作用機制RNA世界：WelookintothestructureofearlylifeRNAasbothfunctionalandinformationalmoleculesPartiallytransmittableasinformationSelectedbyimprovedfunctionNofixedshapeandformFunctional“enrichment”andincreasedstructuralcomplexityProteinsasextendedfunctionofRNADNAasinformationalmoleculewhenlessstructuralcomplexitybutasfunctionalmoleculewhencomplexityincreases生命起源：首先出現(xiàn)RNA，然后是反轉(zhuǎn)錄病毒、DNA病毒和細(xì)菌，至于古細(xì)菌和真核細(xì)胞的出現(xiàn)順序仍存在爭議，最后是多細(xì)胞生物、動物RNA世界”的假說。它指的是“在生命起源的某個時期，生命體僅由一種高分子化合物RNA組成。遺傳信息的傳遞建立于RNA的復(fù)制，其復(fù)制機理與當(dāng)今DNA復(fù)制機理相似，作為生物催化劑的、由基因編碼的蛋白質(zhì)還不存在”。分子生物學(xué)的發(fā)展以及證明：生命活動中的mRNA身世遺傳信息的攜帶者。如RNA病毒中的RNA更是遺傳信息的儲存者及攜帶者；核酶的發(fā)現(xiàn)表明RNA具有生物催化功能，而一些有酶活性的內(nèi)含子可能是生物進(jìn)化過程中殘存的分子“化石”。另外，RNA不僅具有極大的拷貝數(shù)，其變異率也很高，能夠產(chǎn)生各種不同蛋白質(zhì)而迅速積累信息。其次，RNA還是獲得性遺傳的分子基礎(chǔ)，所謂獲得性遺傳指有機體在生長發(fā)育過程中由于環(huán)境的影響而不是由于基因突變所形成的新的遺傳性狀。環(huán)境可以影響和誘導(dǎo)RNA的產(chǎn)生和信息加工，從而使機體表現(xiàn)出新的性狀，這種性狀如果傳遞給子代細(xì)胞和個體，就產(chǎn)生獲得性遺傳。在RNAworld的研究中還形成了分子生物學(xué)上一個重要的新概念——試管內(nèi)進(jìn)化系統(tǒng)（SELEX），即將隨機化學(xué)合成的DNA轉(zhuǎn)錄為RNA后，設(shè)置一個目標(biāo)對這些RNA進(jìn)行篩選，通過的RNA分子在通過反轉(zhuǎn)錄為環(huán)狀DNA分子，并經(jīng)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)系統(tǒng)擴增DNA。通過連續(xù)篩選，即可篩選出具有特定功能的RNA分子。這一系統(tǒng)首先證明了RNA再環(huán)境壓力下的快速進(jìn)化的能力。（RNA由于其五碳糖2′位是羥基，化學(xué)活潑性遠(yuǎn)大于DNA，再加上其他原因，就特別容易發(fā)生突變，因此在攜帶遺傳信息的能力方面，RNA不如DNA；RNA又由于組成沒有蛋白質(zhì)復(fù)雜，不可能形成如蛋白質(zhì)那么多樣的結(jié)構(gòu)，因此在功能分子的作用方面，RNA又不如蛋白質(zhì)。但RNA是唯一的既能攜帶遺傳信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。因此，生命發(fā)生之初，很可能是在原始海洋深處的火山口邊，高溫、高壓的條件下，在可作為催化劑的礦物質(zhì)邊富集了可能是雷電中合成的原始核苷酸。經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，形成了具有自我復(fù)制能力的RNA.在人工條件下，這種進(jìn)化的某些過程已被成功地模擬。原始的具有自我復(fù)制能力的RNA,再在以后的億萬年進(jìn)化過程中，逐漸將其攜帶遺傳信息的功能傳給了DNA，將其功能分子的功能傳給了蛋白質(zhì)。）RNA---“toolsandmachineries”:作為遺傳信息存儲的tool和遺傳信息傳遞的machineries，當(dāng)DNA出現(xiàn)時信息才更忠實地復(fù)制生命一開始就說簡單的所以遺傳密碼也是簡單的，遺傳密碼只有變得更加robust,diversified,versatileandcomplex，生命才得以進(jìn)化。遺傳密碼從最初的A-U進(jìn)化到A-U-G再到A-U-G-C這種進(jìn)化上的多樣性被GCcontent控制而很少被purinecontent控制密碼子的排序是基于20種氨基酸的物理化學(xué)性質(zhì)和其在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的順序信息和功能的關(guān)系是由自然選擇決定的ATGC四種堿基包含4層信息：順序、長度、嘌呤含量（堿基形狀信息：兩個環(huán)/一個環(huán)）、GC含量（密度信息：2個/3個氫鍵）下圖的意思應(yīng)該是左邊方框代表DNA性質(zhì)：堿基順序、長度、嘌呤含量、GC含量，右邊方框代表氨基酸的性質(zhì)：魯棒性、多樣性和復(fù)雜性（猜的）miRNA的作用機制1.miRNA翻譯起始抑制機制目前主要有3種觀點：miRNA可能通過抑制全能性核糖體的組裝而阻斷翻譯起始。miRNA抑制要求靶mRNAm7G帽子的存在,認(rèn)為miRISC可能抑制翻譯起始復(fù)合物的形成miRNA還可能通過阻止polyA結(jié)合蛋白polyAbindingprotein(PABP),與mRNA結(jié)合影響翻譯起始.2.miRNA翻譯起始后抑制?miRNA可能引起新生多肽鏈的翻譯同步降解。?在翻譯延伸過程中,miRNA引發(fā)大量的核糖體脫落及高頻次的翻譯提前終止。3.miRNA介導(dǎo)mRNA降解–Ago蛋白定位于細(xì)胞中降解mRNA的RNA顆粒(RNAgranules),如P小體(processingbodies)中,這些RNA顆粒中包含常規(guī)的mRNA降解酶,如脫腺嘌呤酶、脫帽酶、核酸外切酶等,提示這些mRNA降解酶可能參與miRNA介導(dǎo)的mRNA的降解.4.RNA顆粒扣押、降解或儲存靶mRNA??胞漿的RNA顆粒,如P小體和SG(StressGranules)顆粒,在轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達(dá)調(diào)控中具有重要的作用,它們是細(xì)胞儲存處于翻譯抑制狀態(tài)mRNA的場所。5.miRNA正調(diào)控和去抑制?在靜態(tài)細(xì)胞中(G0期),miRNA活化翻譯和上調(diào)基因表達(dá),而在其他細(xì)胞循環(huán)/增殖期則繼續(xù)發(fā)揮抑制作用。?在一些條件下,miR-10a也正調(diào)控基因表達(dá)。–結(jié)合在5’UTR。?miRNA的抑制作用是可逆的。?mRNA逃避抑制。–3’UTR保守性縮短MiRNA在腫瘤治療中的作用–miRNA相關(guān)的腫瘤發(fā)生通常是由于某些特定的miRNA低表達(dá)或者不表達(dá)，或者某些特定的miRNA高表達(dá)。?MiRNA在抗病毒治療中的應(yīng)用潛力–miRNA與靶mRNA序列不完全互補時也可通過抑制蛋白翻譯起到基因沉默的作用，所以當(dāng)病毒出現(xiàn)變異時也可以干擾病毒的復(fù)制。MiRNA在抗病毒治療中的應(yīng)用潛力–miRNA與靶mRNA序列不完全互補時也可通過抑制蛋白翻譯起到基因沉默的作用，所以當(dāng)病毒出現(xiàn)變異時也可以干擾病毒的復(fù)制。3、為什么基因組中存在大量的非編碼序列/基因組中的非編碼序列有什么作用？DNA非編碼序列可以調(diào)節(jié)基因的活動，如同一道指令一樣，控制著基因。非編碼DNA是指不包含制造蛋白質(zhì)的指令，或是只能制造出無轉(zhuǎn)譯能力RNA的DNA序列。此類DNA在真核生物的基因組中占有大多數(shù)。一些控制基因開和關(guān)的特殊蛋白(轉(zhuǎn)錄因子)能特異識別基因附近的非編碼DNA，通過與它們相互作用參與基因的抑制與激活?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)基因的開啟和關(guān)閉是由附近的非編碼DNA控制的。它們就像是基因的“分子”開關(guān)，調(diào)節(jié)基因的活動。在非編碼DNA家族中，還有一類特殊的群體，稱為假基因。假基因與基因很像，但卻不能產(chǎn)生功能性蛋白，常常被歸類為“垃圾”DNA。科學(xué)家預(yù)計，人類假基因的數(shù)目竟然與正?；虻臄?shù)量相似，大約有2萬個左右，目前鑒定的已超過12000個。研究人員在對小鼠進(jìn)行遺傳改造的時候偶然造成了一個假基因的缺失，該小鼠的后代發(fā)生嚴(yán)重的先天性缺陷，并且壽命急劇縮短，可見這種假基因的作用不可小視，它對健康生命是必須的。該假基因是其對應(yīng)的基因Makorin1的缺陷拷貝，長度不到其一半大，只能產(chǎn)生小分子mRNA(蛋白質(zhì)合成的中介物)，卻不能合成蛋白質(zhì)。盡管很小，但是這種“假RNA”有保護(hù)真基因免受破壞的功能。如果這個假基因在小鼠或者人類細(xì)胞中丟失的話，真基因的功能也不能正常發(fā)揮。研究人員推測，可能是由于假基因RNA看起來像Makorin1，它們掩護(hù)真基因，通過“犧牲”自己將不利因素引開，而保護(hù)真基因免受干擾。這可能是一種新的基因調(diào)節(jié)的方法。非編碼DNA還能通過合成調(diào)節(jié)性RNA發(fā)揮功能。這些RNA并不是為了合成蛋白質(zhì)，但卻在生命的舞臺上扮演著不同的角色。迄今為止，細(xì)胞中的rRNA、tRNA、snRNA、asRNA、snoRNA、miRNA、piRNA都是非編碼“垃圾”DNA合成的。它們參與到基因活化、基因沉默、基因印記、劑量補償、蛋白合成與功能調(diào)節(jié)、代謝調(diào)控等眾多生物學(xué)過程中。此外，“垃圾”DNA中還存在大量的重復(fù)DNA序列，這些DNA看似沒有意義也不能編碼蛋白質(zhì)，卻能形成特殊的DNA高級結(jié)構(gòu)，并以此調(diào)節(jié)附近基因的活性。4、三代測序的特點及功能第三代測序技術(shù)是基于納米孔（nanopore）的單分子讀取技術(shù)，有著更快的數(shù)據(jù)讀取速度，應(yīng)用潛能也勢必超越測序。要實現(xiàn)單分子實時測序，有三個關(guān)鍵的技術(shù)。第一個是熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸。顯微鏡現(xiàn)在再厲害，也不可能真的實時看到“單分子”。但是它可以實時記錄熒光的強度變化。當(dāng)熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸被摻入DNA鏈的時候，它的熒光就同時能在DNA鏈上探測到。當(dāng)它與DNA鏈形成化學(xué)鍵的時候，它的熒光基團就被DNA聚合酶切除，熒光消失。這種熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸不會影響DNA聚合酶的活性，并且在熒光被切除之后，合成的DNA鏈和天然的DNA鏈完全一樣。第二個是納米微孔。因為在顯微鏡實時記錄DNA鏈上的熒光的時候，DNA鏈周圍的眾多的熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸形成了非常強大的熒光背景。這種強大的熒光背景使單分子的熒光探測成為不可能。PacificBiosciences公司發(fā)明了一種直徑只有幾十納米的納米孔[zero-modewaveguides(ZMWs)]，單分子的DNA聚合酶被固定在這個孔內(nèi)。在這么小的孔內(nèi)，DNA鏈周圍的熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸有限，而且由于A，T，C，G這四種熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸非常快速地從外面進(jìn)入到孔內(nèi)又出去，它們形成了非常穩(wěn)定的背景熒光信號。而當(dāng)某一種熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸被摻入到DNA鏈時，這種特定顏色的熒光會持續(xù)一小段時間，直到新的化學(xué)鍵形成，熒光基團被DNA聚合酶切除為止。第三個是共聚焦顯微鏡實時地快速地對集成在板上的無數(shù)的納米小孔同時進(jìn)行記錄。由于我對顯微原理的物理知識匱乏，而PacificBiosciences公司又沒有非常強調(diào)在這方面的發(fā)明，不做進(jìn)一步探討進(jìn)一步的優(yōu)化。第一個是把雙鏈DNA環(huán)化反復(fù)測序。人們可以在雙鏈DNA的兩頭連上發(fā)夾結(jié)構(gòu)的DNAadaptor，從而使DNA環(huán)化。而DNA聚合酶就能夠以環(huán)化的DNA作為模板滾環(huán)復(fù)制，反復(fù)測一段DNA序列。這種反復(fù)測序，糾正了偶爾出現(xiàn)的復(fù)制錯誤，從而使測序精度非常高。第二個是激發(fā)光中斷測序法。DNA聚合酶雖然很穩(wěn)定，但是在強大的激發(fā)光作用下酶也是有一定壽命的。如果把激發(fā)光中斷一段時間，在這段時間內(nèi)DNA聚合酶繼續(xù)復(fù)制DNA，當(dāng)激發(fā)光重新開啟以后，人們就可以測到長DNA鏈后面的序列。三代測序進(jìn)步性：第三代測序技術(shù)非?？膳?。1、它實現(xiàn)了DNA聚合酶內(nèi)在自身的反應(yīng)速度，一秒可以測10個堿基，測序速度是化學(xué)法測序的2萬倍。2、它實現(xiàn)了DNA聚合酶內(nèi)在自身的processivity（延續(xù)性，也就是DNA聚合酶一次可以合成很長的片段），一個反應(yīng)就可以測非常長的序列。二代測序現(xiàn)在可以測到上百個堿基，但是三代測序現(xiàn)在就可以測幾千個堿基。這為基因組的重復(fù)序列的拼接提供了非常好的條件。3、它的精度非常高，達(dá)到99.9999%。此外，它還有兩個應(yīng)用是二代測序所不具備的。第一個是直接測RNA的序列。既然DNA聚合酶能夠?qū)崟r觀測，那么以RNA為模板復(fù)制DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶也同樣可以。RNA的直接測序，將大大降低體外逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。第二個是直接測甲基化的DNA序列。實際上DNA聚合酶復(fù)制A、T、C、G的速度是不一樣的。正常的C或者甲基化的C為模板，DNA聚合酶停頓的時間不同。根據(jù)這個不同的時間，可以判斷模板的C是否甲基化。目前，第三代測序主要有三種技術(shù)平臺。兩種通過摻入并檢測熒光標(biāo)記的核苷酸，來實現(xiàn)單分子測序。Helicos的遺傳分析系統(tǒng)已上市，而PacificBiosciences準(zhǔn)備在明年推出單分子實時（SMRT）技術(shù)。第三種OxfordNanopore的納米孔（nanopore）測序還尚未有推出的時間表，但有可能是這三種當(dāng)中最便宜的。納米孔測序的優(yōu)勢在于它不需要對DNA進(jìn)行標(biāo)記，也就省去了昂貴的熒光試劑和CCD照相機。最近，OxfordNanoporeTechnologies的HaganBayley及他的研究小組正致力于改善納米孔。根據(jù)他們之前的工作，他們以a-溶血素來設(shè)計納米孔，并將環(huán)式糊精共價結(jié)合在孔的內(nèi)側(cè)（下圖）。當(dāng)核酸外切酶消化單鏈DNA后，單個堿基落入孔中，它們瞬間與環(huán)式糊精相互作用，并阻礙了穿過孔中的電流。每個堿基ATGC以及甲基胞嘧啶都有自己特有的電流振幅，因此很容易轉(zhuǎn)化成DNA序列。每個堿基也有特有的平均停留時間，它的解離速率常數(shù)是電壓依賴的，+180mV的電位能確保堿基從孔的另一側(cè)離開。單分子測序優(yōu)勢：Noneedforamplification（不用擴增）、Highinformationdensity（信息密度高）、Theoreticallimitisdiffractionlimitoflight，λ/2（光衍射極限）、Errorratestayflatvs.sequencelength（誤差率不隨鏈的延長增加）、Longerreadlength（讀序長）、（提供修飾堿基檢測新方法）光學(xué)單分子測序面對的問題:（精確性）（單分子檢測）Fluorophoreblinking（熒光間斷）（聚合酶保真度）（讀長）（光損害）（熒光團漂泊）DamagetoDNApolymerase（聚合酶損傷）5、轉(zhuǎn)錄組的定義。廣義轉(zhuǎn)錄組是指生命單元(通常是一種細(xì)胞)中所有按基因信息單元轉(zhuǎn)錄和加工的RNA分子(包括編碼和非編碼RNA功能單元)，或說是一個特定細(xì)胞所有轉(zhuǎn)錄本的總和。它的研究對象就是這些RNA與蛋白質(zhì)分子和它們所組成的基因功能網(wǎng)絡(luò)和它們與細(xì)胞功能的關(guān)系。而狹義轉(zhuǎn)錄組是指可直接參與翻譯蛋白質(zhì)的mRNA總和。不僅狹義轉(zhuǎn)錄組是蛋白質(zhì)組研究的基礎(chǔ)，而且廣義轉(zhuǎn)錄組也與蛋白質(zhì)組和細(xì)胞學(xué)研究密切相關(guān)。這些轉(zhuǎn)錄本和所編碼的蛋白質(zhì)在不同細(xì)胞生理狀態(tài)下(如干細(xì)胞和分化細(xì)胞)和不同病理狀態(tài)下(如癌細(xì)胞和病毒感染細(xì)胞)的分布和功能的關(guān)聯(lián)性是基因調(diào)控和功能研究的重要基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)錄組成為目前生命科學(xué)研究熱點的原因很多，至少包括下列幾個基本方面：(1)蛋白質(zhì)組和基因功能的系統(tǒng)性研究對轉(zhuǎn)錄組信息的需求不斷增加：因為蛋白質(zhì)組可鑒定和研究的基因數(shù)量有限，僅僅在四位數(shù)上，單純蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)不足以給出清楚的基因與功能的基本圖像或結(jié)論。轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)和研究結(jié)果應(yīng)該互為印證。(2)作為廣義轉(zhuǎn)錄組重要組成部分的非編碼轉(zhuǎn)錄單元研究不斷發(fā)展，其概念和分子機制都在不斷更新，使基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的研究進(jìn)一步復(fù)雜化。(3)局限于技術(shù)障礙(主要是DNA測序)，轉(zhuǎn)錄組的深度挖掘進(jìn)展緩慢，過去常用的取樣量(一萬左右)僅僅是期待值(50萬到100萬)的1%－2%(待發(fā)表)，一直沒有形成主流發(fā)展方向和凝練出重要科學(xué)問題。但是，最近兩年崛起的規(guī)?；男翫NA測序技術(shù)將一改目前局面，被價格限制的取樣量將不成為問題。隨之而來的將是更加深入的轉(zhuǎn)錄組研究，科學(xué)命題將會非常之多(4)以細(xì)胞為主體的轉(zhuǎn)錄組研究將取代粗框架的以組織或器官為主體的研究，而且會細(xì)化到不同的生理和病理狀態(tài)。單個細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究的概念和技術(shù)也在不斷地發(fā)展。這里主要是要解決很多技術(shù)問題，比如如何得到較純的細(xì)胞，如何獲取全長cDNA而不改變RNA的原始分布等。(5)轉(zhuǎn)錄組是系統(tǒng)生物學(xué)研究的一個基本部分，它上承基因組，下接蛋白質(zhì)組，最后又與細(xì)胞的功能和代謝過程息息相關(guān)。6．基因組學(xué)五行說以及之間的聯(lián)系。我們至少要在五個分子和細(xì)胞生物學(xué)層面上考慮基因組生物學(xué)的發(fā)展和研究內(nèi)容。第一是“信息流”（InformationalTrack），它延續(xù)“中心法則”的思維框架，主要研究對象是DNA、RNA和蛋白質(zhì)序列信息，由遺傳密碼來解讀。它的相關(guān)研究領(lǐng)域包括分子遺傳學(xué)、分子進(jìn)化和基因組結(jié)構(gòu)等。盡管基因型與表型的關(guān)系從傳承來講是遺傳學(xué)的研究內(nèi)容，但是越來越多的表型被分到可塑性的研究范疇。大樣本量的研究也必然要與生態(tài)學(xué)結(jié)合在一起。簡單地將基因變異（編碼部分）與復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)是不能夠真正解決重要生物學(xué)問題的，其實質(zhì)更不是金-威爾森提出的“兩個調(diào)控水平”假說（簡單的基因調(diào)控區(qū)假說，認(rèn)為基因調(diào)控序列決定基因調(diào)控的不同，從而導(dǎo)致近緣物種間的表型不同）。信息流的研究素材主要是基因組DNA序列和基因組的群體多態(tài)性，這些多態(tài)性的特點是它們的相對有限性和穩(wěn)定性。比如，人類基因組間的序列差異大約是1/500，而這些不同常常是以不同的頻率被同一個群體來共享的。換句話講，如果我們測定了一個群體中一萬個個體的基因組，這個群體的未知多態(tài)性就會所剩無幾了。第二是“操作流”（OperationalTrack），它的研究對象包括生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)研究的主要實驗內(nèi)容和生物學(xué)命題。操作流是個比較復(fù)雜的體系，它包括了以DNA（Epigenomic，表觀基因組學(xué)）、RNA（Ribogenomic，RNA組學(xué)）、蛋白質(zhì)（Proteomic，蛋白質(zhì)組學(xué)）為主體的各種穿插交錯的調(diào)控機制，對應(yīng)的是這三個已經(jīng)建立起來，但是信息流以外的“組學(xué)”。第三是“平衡流”（HomeostaticTrack），主要是藥理學(xué)和生物化學(xué)等學(xué)科的研究精華。平衡流包括三個基本部分：物質(zhì)（Material）流、能量（Energy）流和信導(dǎo)（Signaling）流。重要的物質(zhì)流研究對象包括血紅素（比如，血紅素與生物節(jié)律的關(guān)系）、生物激素（比如，生長激素與發(fā)育的關(guān)系）、神經(jīng)遞質(zhì)（比如，生物遞質(zhì)與神經(jīng)發(fā)育的關(guān)系）等等。重要的能量流物質(zhì)研究對象包括dNTP、NTP、多聚磷酸、各類單糖、各類多糖等。DNA、RNA和蛋白質(zhì)等作為主要細(xì)胞組分也會與能量流和物質(zhì)流密切相關(guān)。我們對能量流的了解其實還是非常有限的，但是從另一個角度來說，其發(fā)展?jié)摿σ彩欠浅＞薮蟮摹１热?，人類的生命周期（發(fā)育、更年、衰老等）和生殖周期的生理學(xué)就是這個“流”所要研究的部分基本內(nèi)容。病理狀態(tài)，比如人群中高發(fā)的代謝和神經(jīng)退行性疾病等也在其中。信導(dǎo)流，也就是信號傳導(dǎo)，顯然已經(jīng)是分子生物學(xué)家?guī)资陙淼难芯繉ο?，勿須贅述。第四是“分室流”（CompartmentalTrack），它涵蓋發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)、生命起源等領(lǐng)域所涉及的核心科學(xué)問題。分室流將以單細(xì)胞和細(xì)胞群為研究對象，揭示細(xì)胞分化、個體發(fā)生和發(fā)育、組織形成等分子機制。由于生命起源是由簡單到復(fù)雜，由單細(xì)胞到多細(xì)胞，所以分室流也將揭示生命起源和細(xì)胞器形成等分子機制。干細(xì)胞研究也是屬于分室流研究的范疇，主要是在分子水平上解釋胚胎、誘導(dǎo)干細(xì)胞、特定組織干細(xì)胞等的差別和如何解釋干細(xì)胞的自然發(fā)生、誘導(dǎo)發(fā)生、定向分化和異常分化。同時，也要建立測定干細(xì)胞分化定向性和定向分化潛能的維持和誘導(dǎo)因素。第五是“可塑流”（PlasticityTrack），主要是研究表型和行為的可塑性。前者囊括生態(tài)學(xué)與環(huán)境生物學(xué)的研究內(nèi)容，后者包括神經(jīng)生理和心理學(xué)等研究內(nèi)容在分子水平的命題。這兩個可塑流的分支有關(guān)系嗎？為什么要將它們放在一起來研究？這里僅舉一個例子，這就是生物節(jié)律之一的休眠，例如哺乳動物常見的冬眠。冬眠其實是一個由中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與的主動行為，也是一個復(fù)雜的生理過程，同時又受環(huán)境因素的嚴(yán)格制約。動物的遷徙和休眠行為在進(jìn)化的框架下，既有趨同進(jìn)化也有趨異進(jìn)化，也具有相當(dāng)強的表型和行為可塑性以及兩者的交織和重疊。揭開表型和行為的可塑性之謎顯然不是簡單的遺傳和遺傳多態(tài)性的問題，是要集成生命科學(xué)各個領(lǐng)域的最新成就和技術(shù)。此外，這個“五流”是否涵蓋了生命科學(xué)的全部呢？答案是肯定的，不能。因為知識在不斷高速積累，科學(xué)要不斷發(fā)展和提高，概念和理論必須不斷更新。但是，就目前科學(xué)界能夠容忍的變量和參數(shù)而言，這“五流”的關(guān)聯(lián)已經(jīng)足具挑戰(zhàn)性了。生命科學(xué)研究基本上有兩個極端：簡單化和復(fù)雜化。簡單化的研究是分子生物學(xué)家最津津樂道的：例如相互作用和信號傳導(dǎo)的研究。復(fù)雜化呢，還沒有先例。“五流合悟”可能就是一個具體嘗試。我們過去對機械式的原理關(guān)注過多，對復(fù)雜而具有可塑性的生命現(xiàn)象的研究卻非常欠缺。過去，這類現(xiàn)象被籠統(tǒng)地歸為“表觀遺傳”和“環(huán)境因素”了。這個定義是非常不“科學(xué)”和可稱經(jīng)典“鴕鳥心態(tài)”。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，我們可以逐漸來面對現(xiàn)實了。再則，無論如何，生命是個整體，生命的最小單元細(xì)胞也是一個整體，就連基因這一生命編碼的最小功能單元也是有不同的序列和相互作用原件組成。因此，“五流合悟”不僅勢在必行，而且是唯一出路。那么，如何將不同的“流下（內(nèi)）要素”關(guān)聯(lián)起來呢？至少五個基本時、空、量、域等參數(shù)要考慮，比如：（1）信息流：等位基因的主次之分和群體傳遞；（2）操作流：可量化的過程、結(jié)果和可傳遞性；（3）平衡流：量化物質(zhì)的基數(shù)、噪音、閾值和能量水平；（4）分室流：量與時間、空間的關(guān)系；（5）可塑流：量、時間、空間、交流、程度和可學(xué)習(xí)性等。最后，生命科學(xué)研究的真正挑戰(zhàn)在于如何將這些基于不同概念界定的，由不同技術(shù)和方法獲取的，被不同領(lǐng)域科學(xué)家們所收集的，停留在各個不同理論和信息層面上的知識編織成一個有機的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。而這恰恰是就是生命的特點，也可以說是揭示生命本質(zhì)的終極途徑。生物醫(yī)學(xué)研究與臨床醫(yī)學(xué)實踐的精準(zhǔn)度也正是由這些研究學(xué)科前沿的進(jìn)步來決定的。7達(dá)爾文理論：適者生存和物競天擇（1）自然中的生物個體與其他個體是不同的。一些變異是遺傳的。（2）自然中的生物體產(chǎn)生的后代要比活下來的后代要多，很多后代不能再產(chǎn)生后代。（3）因為產(chǎn)生的后代比活下來的后代多，每一物種的成員必須爭奪有限的資源（4）由于每個個體是獨一無二的，每一個體都有為生存競爭的不同優(yōu)勢和劣勢。（5）個體與環(huán)境相適應(yīng)而成功地存活和產(chǎn)生后代--把他們的品質(zhì)傳給后代。（6）每一物種隨時間而改變。在長期的時間里，自然選擇引起的變化最終導(dǎo)致了新物種的產(chǎn)生（7）現(xiàn)在存活的物種繼承了來自過去物種的改造（8）地球上的所有生物可以整合到一個單一生命樹、拉馬克主義（1）變化與時間相伴隨。生物體持續(xù)不斷地改善自身（2）大多數(shù)使用的身體結(jié)構(gòu)在發(fā)展而不用的則退化。及用進(jìn)廢退（3）獲得性特征的遺傳。一個結(jié)構(gòu)通過使用或不使用而改變，這種改造是可以遺傳給后代的，即獲得性遺傳。五、WiKiPedia:達(dá)爾文與拉馬克達(dá)爾文:偉大的生物學(xué)家，進(jìn)化論的奠基人──達(dá)爾文于1859年出版了《物種起源》，提出了以自然選擇為基礎(chǔ)的進(jìn)化學(xué)說，成為生物學(xué)史上的一個轉(zhuǎn)折點。恩格斯指出它是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。因此達(dá)爾文的進(jìn)化論已舉世矚目。但拉馬克早于達(dá)爾文誕生之前(1809年)就在《動物學(xué)哲學(xué)》里提出了生物進(jìn)化的學(xué)說，在進(jìn)化學(xué)說史上發(fā)生過重大的影響，為達(dá)爾文的進(jìn)化論的產(chǎn)生提供了一定的理論基礎(chǔ)則鮮為人知。拉馬克（JeanBaptisteLemarck，）法國博物學(xué)家。生物學(xué)偉大的奠基人之一，生物學(xué)一詞是他發(fā)明的，最先提出生物進(jìn)化的學(xué)說，提出了高等動物是由低等動物演變而來的。是進(jìn)化論的倡導(dǎo)者和先驅(qū)。他還是一個分類學(xué)家，林奈的繼承人。主要著作有《法國全境植物志》、《無脊椎動物的系統(tǒng)》等。拉馬克的進(jìn)化論可以總結(jié)為重要的兩點。第一，生物體逐漸地變得更加復(fù)雜是有一個初始的原因；第二，這種進(jìn)步受到外部條件的影響“環(huán)境對動物的活動發(fā)揮了巨大的影響，在這種影響的結(jié)果下，器官增加的或持續(xù)地使用或不用英氣了動物組織和形態(tài)的塑造”。第二種觀念導(dǎo)致了拉馬克著名的觀點即獲得性或溫和性遺傳：“新個體獲得的在他們父母生活史上組織器官獲得的自然法則是如此的真實和刺激”基因表達(dá)調(diào)控的方式（染色體水平、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、翻譯水平、蛋白質(zhì)水平）。1.DNA和染色體水平：基因丟失、基因修飾、基因重排、基因擴增、染色體結(jié)構(gòu)變化。2.轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控(主要調(diào)控方式）：轉(zhuǎn)錄起始、延伸、終止均有影響。原核生物借助于操縱子，真核生物通過順式作用元件和反式作用因子相互作用進(jìn)行調(diào)控。3.轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：主要指真核生物原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過加工成為成熟的mRNA，包括加帽、加尾、甲基化修飾等。4.翻譯水平調(diào)控：對mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控、反義RNA對翻譯水平的調(diào)控等。5.翻譯后水平調(diào)控：蛋白質(zhì)的剪切、化學(xué)修飾（磷酸化、乙?；⑻腔龋?、轉(zhuǎn)運等。6.mRNA降解的調(diào)控。9表觀遺傳學(xué)：幾十年來，DNA一直被認(rèn)為是決定生命遺傳信息的核心物質(zhì)，但是近些年新的研究表明，生命遺傳信息從來就不是基因所能完全決定的，比如科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，可以在不影響DNA序列的情況下改變基因組的修飾，這種改變不僅可以影響個體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。這種在基因組的水平上研究表觀遺傳修飾的領(lǐng)域被稱為“表觀基因組學(xué)(epigenomics）”。表觀基因組學(xué)使人們對基因組的認(rèn)識又增加了一個新視點：對基因組而言，不僅僅是序列包含遺傳信息，而且其修飾也可以記載遺傳信息。表觀基因組（英語：Epigenome）記錄著一生物體的DNA和組蛋白的一系列化學(xué)變化；這些變化可以被傳遞給該生物體的子代。改變表觀基因會導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)以及基因作用發(fā)生變化。[1]表觀基因參與基因表達(dá)、個體發(fā)展、組織分化和轉(zhuǎn)座子的抑制過程。不同于其底層的基因，表觀基因?qū)τ趥€體而言并不是基本靜態(tài)不變的而是可以被環(huán)境因素動態(tài)更改的。表觀基因現(xiàn)在是癌癥研究的熱門話題之一。人類腫瘤由DNA甲基化和組蛋白修改模式的破壞造成。癌細(xì)胞表觀基因異常狀態(tài)的特點是：基因普遍上被低甲基化、但腫瘤抑制基因的CpG島啟動子被超甲基化、關(guān)鍵基因的組單白發(fā)生改變、總體上體現(xiàn)出單乙酰和三甲基組蛋白H4缺失。關(guān)于表觀基因的很多問題現(xiàn)在都還未被弄清。一些人已經(jīng)提議啟動人類表觀基因組計劃。[2]人類表觀基因組先驅(qū)計劃，作為全面人類表觀基因組計劃的先導(dǎo)，旨在識別并分類人類基因中的甲基化異位點(MVP,MethylationVariablePositions)。[3]列序技術(shù)方面的進(jìn)步使得人們現(xiàn)在得以通過一系列分子方法對表觀基因狀態(tài)進(jìn)行基因級別的測序。[4]NIH路線圖表觀基因計劃的目標(biāo)之一是從正常、健康的人類個體的各種細(xì)胞系、原代細(xì)胞、和主要分化中廣泛選取的表觀基因組中生成人類參考表觀基因組。路線圖表觀基因組計劃研究所得的數(shù)據(jù)可從人類表觀基因地圖冊下載、瀏覽，這些數(shù)據(jù)可分為五類，分別是對表觀基因組和表觀基因組各狀態(tài)的影響的不同的方面進(jìn)行測序的結(jié)果：1. 組蛋白修改——染色質(zhì)免疫沉淀測序（ChIP-Seq）使用抗各種組蛋白修飾變體的抗體，從而鑒定出全基因組組蛋白修飾類型。2. DNA甲基化——全基因組亞硫酸氫鹽測序，簡化代表亞硫酸氫鹽測序（RRBS），甲基化DNA免疫沉淀測序（MeDIP-Seq），與甲基化-敏感限制性酶測序（MRE-Seq）3. 染色體可達(dá)性4. 基因表達(dá)-RNA-Seqandexpressionarraysidentifyexpressionlevelsorproteincodinggenes.5. 小RNA表達(dá)-smRNA-SeqidentifiesexpressionofsmallnoncodingRNA,primarilymiRNAs.從健康個體得到的參考表觀基因組為路線圖表觀基因組計劃的第二個目標(biāo)——尋找疾病狀態(tài)下（比如阿茲海默病人的）表觀基因的變化——做下了鋪墊。關(guān)于測定參考表觀基因組的國際合作，近來正通過國際人類表觀基因會啟動（1） 為什么要研究表觀遺傳學(xué)?答：表觀遺傳學(xué)主要通過DNA的甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等方式控制基因表達(dá)。表觀遺傳學(xué)是近幾年興起的而且發(fā)展迅速的一個研究遺傳的分支學(xué)科，其研究和應(yīng)用不僅對基因表達(dá)、調(diào)控、遺傳有重要作用，而且在腫瘤、免疫等許多疾病的發(fā)生和防治以及干細(xì)胞定向分化研究、基因芯片中亦具有十分重要的意義。表觀遺傳學(xué)補充了“中心法則”忽略的兩個問題，即哪些因素決定了基因的正常轉(zhuǎn)錄和翻譯以及核酸并不是存儲遺傳信息的唯一載體；在分子水平上，表觀遺傳學(xué)解釋了DNA序列所不能解釋的諸多奇怪的現(xiàn)象。如:同一等位基因可因親源性別不同而產(chǎn)生不同的基因印記疾病，疾病嚴(yán)重程度也可因親源性別而異。表觀遺傳學(xué)信息還可直接與藥物、飲食、生活習(xí)慣和環(huán)境因素等聯(lián)系起來，營養(yǎng)狀態(tài)能夠通過改變表觀遺傳以導(dǎo)致癌癥發(fā)生，尤其是維生素和必需氨基酸。此外，表觀遺傳學(xué)信息的改變，對包括人體在內(nèi)的哺乳動物基因組有廣泛而重要的效應(yīng)，如轉(zhuǎn)錄抑制、基因組印記、細(xì)胞凋亡、染色體滅活等。DNA甲基化模式的改變，尤其是某些抑癌基因局部甲基化水平的異常增加，在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中起到了不容忽視的作用。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞DNA存在廣泛的低甲基化和局部區(qū)域的高甲基化共存現(xiàn)象，以及總的甲基化能力增高，這3個特征各以不同的機制共同參與甲基化在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用。而表觀遺傳學(xué)改變在本質(zhì)上的可逆性，又為腫瘤的防治提供了新的策略。所以，隨著表觀遺傳學(xué)研究的深入，肯定會對人類生長發(fā)育、腫瘤發(fā)生以及遺傳病的發(fā)病機制及其防治做出新的貢獻(xiàn)，也必將在其他領(lǐng)域中展示其不可估量的作用和廣闊的前景。表觀遺傳學(xué)涉及到哪些方面？答：表觀遺傳學(xué)的研究內(nèi)容主要包括：DNA甲基化、組蛋白的末端修飾和變異體、DNAaseⅠ高敏感位點、非編碼RNA、轉(zhuǎn)錄因子及其輔助因子、順式調(diào)控元件和基因組印記等。（3）什么因素會影響基因表達(dá)水平？基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控(DNA甲基化,基因印記,組蛋白共價修飾,染色質(zhì)重塑)基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控(基因組中非編碼RNA,微小RNA（miRNA）,反義RNA、內(nèi)含子、核糖開關(guān)等)1.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控：包括DNA轉(zhuǎn)錄成RNA時的是否轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄頻率的調(diào)控，DNA的序列決定了DNA的空間構(gòu)型，DNA的空間構(gòu)型決定了轉(zhuǎn)錄因子是否可以順利的結(jié)合到DNA的調(diào)控序列上，比如結(jié)合到TATA等序列上。2.翻譯水平的調(diào)控：翻譯水平的調(diào)控又可以分成翻譯前的調(diào)控和翻譯后的調(diào)控。a、翻譯前的調(diào)控主要是RNA編輯修飾。b、翻譯后調(diào)控主要是蛋白的修飾，蛋白修飾后可以成為有功能的蛋白或者有隱藏功能的蛋白。在真核和原核細(xì)胞中，從基因表達(dá)到蛋白質(zhì)合成，其間有許多地方受到調(diào)控，這些調(diào)控點主要可以分成兩個部分：轉(zhuǎn)錄調(diào)控(transcriptioncontrol)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控(posttranscriptioncontrol)。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是指以DNA為模板合成RNA的調(diào)控，所有的細(xì)胞都具有大量序列特異的DNA結(jié)合蛋白，這些蛋白能準(zhǔn)確地識別并結(jié)合到特異的DNA序列，在轉(zhuǎn)錄水平上起著開關(guān)的作用。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是指在RNA轉(zhuǎn)錄后對基因表達(dá)的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要包括：①RNA加工調(diào)控，它僅在真核細(xì)胞中發(fā)生，由它控制初級轉(zhuǎn)錄物如何及何時進(jìn)行剪接形成可用的mRNA，例如，在不同類型的細(xì)胞中從同一基因產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄物可以通過選擇內(nèi)含子來產(chǎn)生不同的mRNA；②翻譯調(diào)控，通過翻譯調(diào)控確立哪些mRNA翻譯成蛋白質(zhì)及什么時候翻譯，例如通過特異的mRNA結(jié)合蛋白可以抑制翻譯，或者通過位于mRNA末端的特異核苷酸序列加速核糖體的結(jié)合，從而促進(jìn)翻譯；③mRNA降解調(diào)控，這可影響到某些mRNA種類的穩(wěn)定性；④蛋白質(zhì)活性調(diào)控，可選擇性地使某些特異的蛋白分子激活、失活、修改、或區(qū)域化，從而影響到蛋白質(zhì)怎樣或何時起作用，例如，某些蛋白質(zhì)只在某個特殊的發(fā)育階段的某些細(xì)胞中起作用，而這些蛋白質(zhì)對其它的細(xì)胞有很大的影響，因而在這些細(xì)胞中必須將其失活或激活后立即將其定位到特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，否則就會引起不正常的發(fā)育。（4）有哪些研究方法？它們各有什么特點？（4）有哪些研究方法？它們各有什么特點？meDNAanalysisDNaseImappingMNasemappingAlternativeSplicing&Non-codingRNA染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)（ChIP）真核生物的基因組DNA以染色質(zhì)的形式存在。因此，研究蛋白質(zhì)與DNA在染色質(zhì)環(huán)境下的相互作用是闡明真核生物基因表達(dá)機制的基本途徑。染色質(zhì)免疫沉淀技術(shù)（chromatinimmunoprecipitationassay,CHIP）是目前唯一研究體內(nèi)DNA與蛋白質(zhì)相互作用的方法。它的基本原理是在活細(xì)胞狀態(tài)下固定蛋白質(zhì)－DNA復(fù)合物，并將其隨機切斷為一定長度范圍內(nèi)的染色質(zhì)小片段，然后通過免疫學(xué)方法沉淀此復(fù)合體，特異性地富集目的蛋白結(jié)合的DNA片段，通過對目的片斷的純化與檢測，從而獲得蛋白質(zhì)與DNA相互作用的信息。CHIP不僅可以檢測體內(nèi)反式因子與DNA的動態(tài)作用，還可以用來研究組蛋白的各種共價修飾與基因表達(dá)的關(guān)系。而且，CHIP與其他方法的結(jié)合，擴大了其應(yīng)用范圍：CHIP與基因芯片相結(jié)合建立的CHIP-on-chip方法已廣泛用于特定反式因子靶基因的高通量篩選；CHIP與體內(nèi)足跡法相結(jié)合，用于尋找反式因子的體內(nèi)結(jié)合位點；RNA-CHIP用于研究RNA在基因表達(dá)調(diào)控中的作用。由此可見，隨著CHIP的進(jìn)一步完善，它必將會在基因表達(dá)調(diào)控研究中發(fā)揮越來越重要的作用 染色體構(gòu)象捕捉技術(shù)（3C），首先將標(biāo)本用甲醛處理，使染色體交互的部分緊密的連接在一起，然后用特殊的方法是交聯(lián)的兩段序列形成環(huán)狀，最后用定量PCR或者芯片檢測某兩段序列發(fā)生交聯(lián)的頻率。 甲基化特異性PCR(MSP)原理:MSP是一種簡單、特異、敏感的檢測單基因甲基化的方式。其基本原理是用亞硫酸氫鈉處理基因組DNA，未甲基化的胞嘧啶變成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶不變，然后用3對特異性引物對所測基因的同一核苷酸序列進(jìn)行擴增。擴增產(chǎn)物用DNA瓊脂糖凝膠電泳，凝膠掃描觀察分析結(jié)果。 凝膠遷移或電泳遷移率實驗（EMSA-electrophoreticmobilityshiftassay）是一種研究DNA結(jié)合蛋白和其相關(guān)的DNA結(jié)合序列相互作用的技術(shù)，可用于定性和定量分析。這一技術(shù)最初用于研究DNA結(jié)合蛋白，目前已用于研究RNA結(jié)合蛋白和特定的RNA序列的相互作用。通常將純化的蛋白和細(xì)胞粗提液和32P同位素標(biāo)記的DNA或RNA探針一同保溫，在非變性的聚丙烯凝膠電泳上，分離復(fù)合物和非結(jié)合的探針。DNA-復(fù)合物或RNA-復(fù)合物比非結(jié)合的探針移動得慢。同位素標(biāo)記的探針依研究的結(jié)合蛋白的不同，可是雙鏈或者是單鏈。當(dāng)檢測如轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子一類的DNA結(jié)合蛋白，可用純化蛋白，部分純化蛋白，或核細(xì)胞抽提液。在檢測RNA結(jié)合蛋白時，依據(jù)目的RNA結(jié)合蛋白的位置，可用純化或部分純化的蛋白，也可用核或胞質(zhì)細(xì)胞抽提液。競爭實驗中采用含蛋白結(jié)合序列的DNA或RNA片段和寡核苷酸片段（特異），和其它非相關(guān)的片段（非特異），來確定DNA或RNA結(jié)合蛋白的特異性。在競爭的特異和非特異片段的存在下，依據(jù)復(fù)合物的特點和強度來確定特異結(jié)合。 熒光原位雜交(FISH)：,以熒光標(biāo)記取代同位素標(biāo)記而形成的一種新的原位雜交方法,探針首先與某種介導(dǎo)分子(reportermolecule)結(jié)合,雜交后再通過免疫細(xì)胞化學(xué)過程連接上熒光染料.FISH的基本原理是將DNA(或RNA)探針用特殊的核苷酸分子標(biāo)記,然后將探針直接雜交到染色體或DNA纖維切片上,再用與熒光素分子偶聯(lián)的單克隆抗體與探針分子特異性結(jié)合來檢測DNA序列在染色體或DNA纖維切片上的定性、定位、相對定量分析.FISH具有安全、快速、靈敏度高、探針能長期保存、能同時顯示多種顏色等優(yōu)點,不但能顯示中期分裂相,還能顯示于間期核.同時在熒光原位雜交基礎(chǔ)上又發(fā)展了多彩色熒光原位雜交技術(shù)和染色質(zhì)纖維熒光原位雜交技術(shù).10管家基因與奢侈基因以及其基因表達(dá)特點編碼在所有組織細(xì)胞中、在整個生命周期中都需要的RNA或蛋白質(zhì)，為組成型表達(dá)。特別：①不易受環(huán)境變化影響,表達(dá)產(chǎn)物是整個生命過程中都持續(xù)需要的,是細(xì)胞存活所必須的。②表達(dá)水平較恒定。比如編碼rRNA基因House-keepingGenesTendtoHarborLessSNPs(selectiveconstraints持家基因(house-keepinggenes)：又稱管家基因，是指所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是對維持細(xì)胞基本生命活動所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因與核糖體蛋白基因等管家基因是一類始終保持著低水平的甲基化并且一直處于活性轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。管家基因表達(dá)水平受環(huán)境因素影響較小，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)，或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小，因此常存在于生物細(xì)胞核的常染色質(zhì)中。它的表達(dá)只受啟動序列或啟動子與RNA聚合酶相互作用的影響，而不受其他機制調(diào)節(jié)。管家基因高度保守并且在大多數(shù)情況下持續(xù)表達(dá)，因此管家基因常被用于分子技術(shù)--多位點基因分析。一般來說多位點基因分析通常需7個管家基因位點（金黃色葡萄球菌），某些時候可能到10個基因位點（致傷弧菌）。TSGenesHaveNoTrendWhenExpressionLevelChanges（tissue-specificgenes），或稱奢侈基因（luxurygenes），是指不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能。如卵清蛋白基因、上皮細(xì)胞的角質(zhì)蛋白基因和胰島素基因等。(Luxurygene)：在特別細(xì)胞類型中大量(通常)表達(dá)并編碼特殊功能產(chǎn)物的基因。具有相同遺傳信息的同一個體細(xì)胞間其所利用的基因并不相同，有的基因活動是維持細(xì)胞基本代謝所必須的，而有的基因則在一些分化細(xì)胞中活動，這正是細(xì)胞分化、生物發(fā)育的基礎(chǔ)。分子雜交等大量實驗表明，在細(xì)胞的全套基因組中，只有少數(shù)基因（5－10%）表達(dá)?；蚪M中表達(dá)的基因分為兩類：⑴一類是維持細(xì)胞基本生命活動所必須的，稱管家基因（housekeepinggene），如各種組蛋白基因。；⑵另一類是指導(dǎo)合成組織特異性蛋白的基因，對分化有重要影響，稱奢侈基因（luxurygene），即組織特異性(tissue-specificgene)表達(dá)的基因，如表皮的角蛋白基因、肌肉細(xì)胞的肌動蛋白基因和肌球蛋白基因、紅細(xì)胞的血紅蛋白基因等。這類基因與各類細(xì)胞的特殊性有直接的關(guān)系,是在各種組織中進(jìn)行不同的選擇性表達(dá)的基因?？醇一蚴蔷S持細(xì)胞生存不可缺少的，奢侈基因和細(xì)胞分化有關(guān)，是組織特異性表達(dá)有關(guān)的基因，在特定組織中保持非甲基化或低甲基化狀態(tài)，而在其他組織中呈甲基化狀態(tài)。幾乎所有的甲基化均發(fā)生在二核苷序列5'-CG-3'中的C上。使胞嘧啶變?yōu)?'-甲基胞嘧啶。而含有這種甲基化CG的序列，對應(yīng)于染色體上的兼性異染色質(zhì)區(qū)域?？醇一蛞越M成型方式在所有細(xì)胞中表達(dá)，而奢侈基因在特定組細(xì)胞中得到表達(dá)。這些基因的特異表達(dá)與否，決定了生命歷程中細(xì)胞的發(fā)育、分化、細(xì)胞周期的調(diào)控、體內(nèi)平衡、細(xì)胞衰老、甚至于程序化死亡。對不同類型，不同分化時期細(xì)胞的基因或基因表達(dá)情況的研究，可以獲得整個細(xì)胞生命過程的信息。細(xì)胞在不同自然或人工理化因子作用下代謝過程變化甚至于病變，基因也將選擇性表達(dá)。11、GC含量。為什么還要引進(jìn)C？G-C堿基對在RNA中不是必須的但在DNA中是必要的，GC含量的變化對于基因組動力學(xué)和多樣性是很關(guān)鍵的；從R-Y到A-U，提高Purine-sensitivity（嘌呤敏感性）1、Frozeneventshypotheis：“Frozen”fromsome“randomevents”。Therelationshipbetweencodonandproteinare“frozen”atsometimepointofsomelife.Hardtochange。ChallengedbyR.D.Knight,S.J.FreelandandL.F.Landweberinthreefacesofthegeneticcode：Selection、History、chemistry2、Co-evolutionHypothesis：從代謝理論分析遺傳密碼的起源；氨基酸起源、傳密碼的進(jìn)化；氨酰-tRNA的合成；遺傳密碼的進(jìn)化最初的密碼子只保證5種基本氨基酸的合成，Ala,Gly,Ser,AspandGlu.這些氨基酸都是GC豐富的密碼子，其合成途徑是最短、最簡單的。接下來產(chǎn)生的4、5個新的氨基酸（Asn,Thr,Pro,Gln,或許還有Arg類似物）產(chǎn)生于遺傳密碼的下一次擴增階段。在這些氨基酸生物合成途徑中，反應(yīng)的數(shù)目在路徑的復(fù)雜性中占據(jù)中間位置（實在不知所云，就這樣翻譯了。原文是Onthegeneralnetofbiosyntheticpathwaysthecomplexityoftheroutesassignedtotheseaminoacidsoccupiesanintermediatepositionintermsofthenumberofreactionsthatareinvolvedintheirproduction.）密碼子進(jìn)化的最后階段，終于形成了4個堿基GCAU系統(tǒng)！最后出現(xiàn)的氨基酸傾向于走最長的代謝途徑重建密碼子進(jìn)化的主要階段：這些氨基酸的多巨物產(chǎn)生了陰離子多肽鏈，可以將不帶電的氨基酸殘基錨定到帶正電的金屬離子表面；密碼子的擴增減少了突變到不可讀密碼子的風(fēng)險；非極性（疏水性）氨基酸的量也在增加；帶正電荷的氨基酸以及芳香族氨基酸在加入進(jìn)來，合成具在酸性條件下有催化活性的酶成為可能；這種種類的氨酰-tRNA合成酶參與了這些過程最優(yōu)密碼子（Optimalgeneticcode）：有人認(rèn)為三聯(lián)體密碼子起源于2種二聯(lián)體密碼。一種是基于前兩個的'prefix'codons，一種的基于后兩個的'suffix'codons，這種假說解釋了現(xiàn)在密碼子的許多特性，如翻譯錯誤率的降低，為什么只編碼20種氨基酸……successivebinarydecisions（連續(xù)的二分法）可以減少翻譯的錯誤率，具體如下圖：其中R代表嘌呤A或G；Y代表嘧啶C或U：N代表種堿基的任何一個重排密碼表:相應(yīng)的給出了不同GCcontent下的不同類型密碼子（GC-rich,AU-rich,GCp1,GCp2）的使用頻率，由下圖可以看到，隨著DNAGCcontent的增加，GC-rich密碼子（上圖中的右下象限的黃色區(qū)域）的使用頻率逐漸增高，而AU-rich密碼子（上圖中的左上象限的藍(lán)色區(qū)域）的使用頻率逐漸減小。下圖給出了不同類型密碼子所編碼的氨基酸的多樣性（diversity）和魯棒性(robustness)，可以看到，隨著GC-rich的密碼子其魯棒性也強（多數(shù)為4-fold簡并密碼子：三聯(lián)密碼的最后一個字母是N）；而AU-rich的密碼子魯棒性若（多樣性強）。下圖是根據(jù)密碼子所編碼氨基酸的物理化學(xué)性質(zhì)（基本AA、酸性AA、極性AA、非極性AA）來編排的密碼子表，可以看出，3個6-fold煎餅的密碼子（Leu,Arg,Ser），它們都可以分為一個2-fold簡并和一個4-fold簡并。GC突變偏好性：鐘擺模型：幾乎一半的密碼子都是嘌呤敏感purine-sensitive的。為什么會出現(xiàn)6-fold簡并密碼子？如下圖：平衡作用引入Arg(reducedLys(K)whenGCincreases)引入SerReducingCpressureReducingpurinepressureLeu:UtoCtoreduceGCpressureArg:AtoCtoreduceGCpressureSer:AGtoUCtoreducebothGCandpurinepressures所有這些都有C的參與！C在作為最后加入的堿基起到重塑遺傳密碼的作用。有利于減輕G(purine)pressure。GC敏感性與氨基酸的大小有關(guān)GC-sensitivity：Itisamatterofsize：對于疏水性AA而言，密碼子GC的增加預(yù)示著其體積的減小，如下圖對于帶正電以及某些極性AA而言，密碼子GC的增加預(yù)示著其體積的增加小，如下圖微創(chuàng)理論：TheMinimalDamageTheory：突然的變化suddenchanges雖然好壞未知，但大部分是不利的。所以有機體為了抵抗環(huán)境的變化會進(jìn)化出一定的魯棒性。碼學(xué)中純文本解密與遺傳密碼破譯的關(guān)系，如下圖：RNA編輯的種類TypesofRNAEditing：AprocessthatalterstheRNAsequenceNtinsertion,deletion,orconversionUridine-indelediting(kinetoplastidmitochondria)C-insertionanddinucleotideinsertionediting(Physarummitochondria)CtoUediting(UtoCalso;inplantmitochondriaandchloroplasts,apoB,etc.)tRNAediting(Acanthamoebamitochondria,marsupialmitochondria,etc.)AtoIediting(glutamatereceptor,hepatitisdeltavirus,etc.)SnoRNA-mediatednucleotidemodificationofrRNAs總結(jié)Step1：首先高清遺傳密碼、RNA世界，高清R嘌呤A或G；Y代表嘧啶C或U。最初的密碼子是不編碼小的或者酸性AA的Step2：G的加入擴增了密碼子表。此外增加了AtoIeditmachineryStep3：GUandAG作為剪切信號。Step4：C加入，DNA-protein-RNAworld形成GeneticCodeandtheRulesofLife:遺傳密碼與生命一樣，起源都是簡單的。生命變得魯棒，多樣，復(fù)雜，遺傳密碼也要變得魯棒，多樣，復(fù)雜。生命隨著遺傳密碼的完善而進(jìn)化。12、為什么要開展人類基因組/RNA組計劃人類基因組計劃(HGP)于20世紀(jì)80年代提出的，由國際合作組織包括有美、英、日、中、德、法等國參加進(jìn)行了人體基因作圖，測定人體23對染色體由3×109核苷酸組成的全部DNA序列，于2000年完成了人類基因組“工作框架圖”。2001年公布了人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。HGP的目標(biāo):（1）人類DNA測序（2）發(fā)展測序技術(shù)（3）鑒定人類基因組變異（4）發(fā)展有效的基因組學(xué)技術(shù)（5）比較基因組學(xué)（6）ELSI:ethical,legal,andsocialissues（7）生物信息學(xué)和計算生物學(xué)（8）Trainingandmanpower在人類基因組計劃中，還包括對五種生物基因組的研究：大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅和小鼠，稱之為人類的五種“模式生物”。模式生物（modelorganism）：作為實驗?zāi)Ｐ鸵匝芯刻囟ㄉ飳W(xué)現(xiàn)象的動物、植物和微生物。從研究模式生物得到的結(jié)論，通?？蛇m用于其他生物。比如，在揭示生物界遺傳規(guī)律時，孟德爾選用豌豆作為模式生物，而摩根選用果蠅作為模式生物。選擇用于測序的基因組的標(biāo)準(zhǔn)：基因組大??；花費；與人類疾病的關(guān)系；與生物學(xué)基本問題的關(guān)系；與農(nóng)業(yè)的關(guān)系等基因組的大小病毒:1kbto360kbNote:Mimivirus:1.2Mb細(xì)菌:0.5Mbto13Mb;真核生物:8Mbto670Gb;WhyHRP:TheNecessityArgumentRNAsareoneofthethreemajormacro-biomoleculesoflifeWehavetoknowhoweachhumanRNAmoleculeisregulatedandfunctionsinacellunderdefinedconditionquantitativelyWehavetoknowhowmanyRNAsarerelatedtohumandiseases,whichprovidedrugtargets,diagnosticanddrugcandidates,andinformationforhumanbiology10yearafterHGP,whatwedonextandwhowilltakethelead?TheScopeofHRPAcquirescompleteinformationofcellularRNAsforallhumancelltypes(>1,000,000RNAomesfromhumancelltypesunderbothphysiologicalandpathologicalconditions)incontextsofEarlyembryonicandtissue/organdevelopmentsDifferentiation,apoptosis,andmalignancyRepresentativepathologicalconditions(suchasdifferenttypesoftumors)DeciphersrolesoflncRNAsinregulatingchromosomeconformationandgeneexpressionsmallRNAs,suchasmiRNAs,inregulatinggeneexpressionandfunctionRNAmodificationsinregulatinggeneexpressionandfunctionalityDefinesandvisualizesfunctionalmodules,pathways,andregulatorynetworksofRNAomesincellularspaceHistoricPerspectivesofRNAomeStudiesTheconceptofESTs(expressedsequencetags)andignorancebyHGP;ESTsareusefulbuthavelimitationsDiscoveryoftranscriptomesforgenomeannotationbasedonfull-lengthcDNAMicroarrayandsequencingtechnologyarebothusedforgeneexpressionstudyDiscoveryofregulatoryRNAs(suchasmiRNAsandlncRNAs)DiscoveryofregulatoryrolesofRNAmodificationsandRNAeditingTheENCODEProject(2003)ChallengesandOpportunitiesGenomesequenceisdonebutnotallRNAelementsinallcelltypes,whichvarytoomuchindifferentcellsandareverysensitivetoenvironmentalvariablesMillion-persongenomesequencingisfocusedongeneticvariationofgeneexpressionExpressionleveldoesnotmeanoff-and-onforallgenesSourceoffreshhumantissueandcellVariationamongindividualandpopulationAchievingsingle-cellandsingle-moleculeresolutionWhyRNAomeorRnaome:TheConceptualArgumentRNAsareclassifiedinto:operational(catalytic)andinformationalRNAsarerelateddirectlytoepigenomic,transcription,andtranslationmechanismsTranscriptomeort