第06章-基因組學(xué)、功能基因

基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)

第六章10/27/20241第一節(jié)基因組學(xué)第二節(jié)功能基因組學(xué)第三節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)

10/27/20242第一節(jié)基因組學(xué)

一、人類基因組計(jì)劃的研究內(nèi)容二、人類基因組學(xué)計(jì)劃在醫(yī)學(xué)中的意義三、人類基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)的利用10/27/20243基因組、基因組學(xué)的概念

◆基因組(genome)

在個(gè)體水平代表個(gè)體所有遺傳性狀的總和；在細(xì)胞水平是一個(gè)細(xì)胞所有染色體的總和；從分子角度認(rèn)識(shí)，基因組代表了一個(gè)物種的所有DNA分子的總和10/27/20244◆

基因組學(xué)(genomics)

是闡明整個(gè)基因組的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及基因之間相互作用的科學(xué)10/27/20245一、人類基因組計(jì)劃的研究內(nèi)容遺傳圖譜(geneticmap)物理圖譜(physicalmap)序列圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜10/27/20246◆遺傳圖譜

利用人類基因組中的一些特殊位點(diǎn)作為遺傳標(biāo)志而進(jìn)行的基因組分區(qū)

遺傳標(biāo)志基因組中具有遺傳多態(tài)性的位點(diǎn)遺傳圖采用遺傳學(xué)距離(geneticdistance)作為圖距，單位為cM（分摩爾根）。人類基因組的遺傳大小已經(jīng)確定為3600cM10/27/20247◆物理圖譜

一種對人類基因組進(jìn)行分區(qū)的圖譜作圖標(biāo)志各種已知序列的DNA片段，這種標(biāo)志稱為STS（sequencetaggedsite）

物理圖譜與遺傳圖譜可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換

10/27/20248◆序列圖譜

◆2000年6月

人類基因組工作草圖完成

◆

2003年4月14日

人類基因組計(jì)劃序列測定已經(jīng)較原計(jì)劃提前2年完成是物理圖譜的延伸，是最詳細(xì)和最準(zhǔn)確的物理圖譜10/27/20249◆轉(zhuǎn)錄圖譜

即基因圖譜，是編碼蛋白質(zhì)的序列在基因組中的位置?？商峁┤祟惢蚧蚧蚣易宓臏?zhǔn)確數(shù)目、每一基因的序列和在基因組中的位置，并且提供基因表達(dá)的時(shí)間和空間關(guān)系10/27/202410二、人類基因組計(jì)劃在醫(yī)學(xué)中的意義1．基因結(jié)構(gòu)與功能的研究2．基因組信息與疾病易感性的研究3．基因組與癌癥研究4．疾病的遺傳學(xué)背景5．藥物基因組學(xué)10/27/202411三、人類基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)的利用◆

NCBI基因組站點(diǎn)http:///gemome/◆

日本DNA數(shù)據(jù)庫DDBJhttp://www.ddbj.nig.ac.jp

◆

EMBL（TheEuropeanMolecularBiologyLaboratory）DNA數(shù)據(jù)庫1．主要相關(guān)數(shù)據(jù)庫10/27/2024122．NCBI基因組數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

◆

人的22條常染色體、X和Y染色體目前序列分析的詳細(xì)資料

◆疾病和基因關(guān)系的教學(xué)用選擇性病例

◆其它生物基因組序列

提供的信息10/27/202413與醫(yī)學(xué)有關(guān)的基因組數(shù)據(jù)（1）OMIM

該數(shù)據(jù)庫收集和更新人類基因和遺傳病中的變異信息（2）SAGEmap

是專門設(shè)計(jì)的一項(xiàng)獲得基因表達(dá)定量資料的技術(shù)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)本身包括了分子生物學(xué)、DNA序列分析和生物信息學(xué)等技術(shù)

10/27/202414（3）GenesandDisease

一個(gè)面向?qū)W生和公眾的網(wǎng)站，提供一些疾病與基因關(guān)系的實(shí)例

（4）CGAP癌癥基因組解剖計(jì)劃

其目標(biāo)是確定正常、癌前和癌細(xì)胞的基因表達(dá)譜，以指導(dǎo)癌癥的早期診斷和治療10/27/202415（5）GenBank

是NIH的基因序列數(shù)據(jù)庫，包含所有已知的核苷酸及蛋白質(zhì)序列、以及與之相關(guān)的生物學(xué)信息和參考文獻(xiàn)

GenBank可查詢的信息和應(yīng)用

◆

基因

◆登錄基因

◆

利用基因組數(shù)據(jù)信息發(fā)現(xiàn)新基因

10/27/2024163.其它檢索系統(tǒng)（1）日內(nèi)瓦分子生物學(xué)服務(wù)網(wǎng)站（ExPASy）（2）Entrez檢索系統(tǒng)

由NCBI主持的一個(gè)數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)它包括核酸、蛋白以及Medline文摘等數(shù)據(jù)（3）SWISS-PROT數(shù)據(jù)庫

是目前最齊全的蛋白序列庫

10/27/202417第二節(jié)功能基因組學(xué)一、基因表達(dá)譜的研究二、基因產(chǎn)物-蛋白質(zhì)的功能的研究三、基因組多樣性的研究四、疾病相關(guān)基因的再測序五、尋找人類基因的共同變異型（單核苷酸多態(tài)性研究）六、基因組功能注釋

10/27/202418功能基因組學(xué)的基本概念研究內(nèi)容

◆

功能基因組學(xué)（functionalgenomics）

研究基因組中所有基因的功能的科學(xué)

◆

研究內(nèi)容

主要包括基因組的表達(dá)、蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能、基因組多樣性的研究、基因組功能注釋10/27/202419一、基因表達(dá)譜的研究

◆基因表達(dá)譜

細(xì)胞在特定條件下（不同分化階段，疾病、應(yīng)激等）所表達(dá)的基因種類和數(shù)量的特定模式10/27/202420基因表達(dá)譜研究方法將大量已知序列的核酸探針分子固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品cDNA雜交，雜交信號(hào)陽性的探針分子就是在組織或細(xì)胞中表達(dá)的分子片段。可以一次性對細(xì)胞內(nèi)多種核酸分子進(jìn)行檢測和分析1．基因芯片技術(shù)2．基因表達(dá)序列分析可以快速和詳細(xì)地分析成千上萬個(gè)基因。此方法可以全面提供生物體基因表達(dá)譜信息,并具有可定量的優(yōu)勢10/27/2024214.消減雜交法3.差異顯示PCR方法

利用可以擴(kuò)增細(xì)胞內(nèi)mRNA的幾條5′端引物和3′端錨定引物隨機(jī)組合，將cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增將實(shí)驗(yàn)組mRNA與對照組（也叫驅(qū)動(dòng)組或扣除組）cDNA雜交，或?qū)?shí)驗(yàn)組cDNA與對照組mRNA雜交，去除雜交體和未雜交上的對照組成分后得到的即為實(shí)驗(yàn)組獨(dú)有的mRNA或cDNA10/27/202422二、基因產(chǎn)物-蛋白質(zhì)的功能的研究

研究蛋白質(zhì)的功能才能最終定義基因的功能。蛋白質(zhì)的功能可通體外過表達(dá)純化后來進(jìn)行三、基因組多樣性的研究在全基因組測序的基礎(chǔ)上分析不同人群基因組的多樣性，解釋和說明人類的歷史和身份、遺傳病產(chǎn)生的起因等10/27/202423四、疾病相關(guān)基因的再測序

在基因組測序的基礎(chǔ)上，對已知疾病基因進(jìn)行再測序，就可以識(shí)別其中的變異型，從而深入探討疾病相關(guān)基因的作用機(jī)理五、尋找人類基因的共同變異型即單核苷酸多態(tài)性研究（SNP）研究，可以發(fā)現(xiàn)不同個(gè)體在某種生物學(xué)性狀的差異，其中包括疾病的易感性

10/27/202424六、基因組功能注釋

指利用生物信息學(xué)手段，高通量地注釋基因組所有編碼產(chǎn)物的生物學(xué)功能研究內(nèi)容◆基因組組成元素的識(shí)別◆預(yù)測蛋白產(chǎn)物的功能◆基因之間相互作用及比較基因組學(xué)研究

10/27/202425第三節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)

一、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法二、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫三、蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用10/27/202426蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念和研究內(nèi)容◆

蛋白質(zhì)組（proteome）

指一個(gè)細(xì)胞或一個(gè)組織的基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)◆

蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）

是在整體水平上研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成及其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)10/27/202427蛋白質(zhì)組學(xué)研究內(nèi)容

細(xì)胞或機(jī)體全部蛋白質(zhì)的表達(dá)及其活動(dòng)方式，包括翻譯后修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)定位、結(jié)構(gòu)變化、蛋白質(zhì)間相互作用及其與其他分子的相互作用等10/27/202428一、蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法1.雙向電泳根據(jù)蛋白質(zhì)的兩個(gè)一級(jí)屬性：等電點(diǎn)和分子量的特異性，將蛋白質(zhì)混合物在電荷（等電聚焦）和分子量（變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，SDS）兩個(gè)水平上進(jìn)行分離。能同時(shí)分辨上千個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)10/27/2024292.生物質(zhì)譜與蛋白質(zhì)鑒定◆

質(zhì)譜分析法是通過測定樣品離子的質(zhì)荷比(m/z)來進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析的分析方法可用于◆

肽質(zhì)量指紋譜鑒定技術(shù)(PMF)蛋白質(zhì)被識(shí)別特異蛋白酶水解后得到的肽片段質(zhì)量圖譜◆

肽序列標(biāo)簽串聯(lián)質(zhì)譜鑒定技術(shù)(PST)串聯(lián)質(zhì)譜儀可直接測定肽段的序列

◆

翻譯后修飾蛋白質(zhì)的鑒定質(zhì)譜可以進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后修飾鑒定10/27/202430二、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫蛋白序列數(shù)據(jù)庫（SWISS-PROT,TrEMBL）基因序列數(shù)據(jù)庫（Genbank,EMBL）蛋白模式數(shù)據(jù)庫（Prosite）蛋白二維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫蛋白三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（PDB,FSSP）蛋白翻譯后修飾數(shù)據(jù)庫（O-GL