第06章-基因組學、功能基因

基因組學、功能基因組學、蛋白質(zhì)組學

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

10/27/20242第一節(jié)基因組學

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

◆基因組(genome)

在個體水平代表個體所有遺傳性狀的總和；在細胞水平是一個細胞所有染色體的總和；從分子角度認識，基因組代表了一個物種的所有DNA分子的總和10/27/20244◆

基因組學(genomics)

是闡明整個基因組的結(jié)構、結(jié)構與功能的關系以及基因之間相互作用的科學10/27/20245一、人類基因組計劃的研究內(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作為遺傳標志而進行的基因組分區(qū)

遺傳標志基因組中具有遺傳多態(tài)性的位點遺傳圖采用遺傳學距離(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行分區(qū)的圖譜作圖標志各種已知序列的DNA片段，這種標志稱為STS（sequencetaggedsite）

物理圖譜與遺傳圖譜可以進行轉(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

人類基因組計劃序列測定已經(jīng)較原計劃提前2年完成是物理圖譜的延伸，是最詳細和最準確的物理圖譜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蚣易宓臏蚀_數(shù)目、每一基因的序列和在基因組中的位置，并且提供基因表達的時間和空間關系10/27/202410二、人類基因組計劃在醫(yī)學中的意義1．基因結(jié)構與功能的研究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．疾病的遺傳學背景5．藥物基因組學10/27/202411三、人類基因組計劃數(shù)據(jù)的利用◆

NCBI基因組站點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．主要相關數(shù)據(jù)庫10/27/2024122．NCBI基因組數(shù)據(jù)庫的應用

◆

人的22條常染色體、X和Y染色體目前序列分析的詳細資料

◆疾病和基因關系的教學用選擇性病例

◆其它生物基因組序列

提供的信息10/27/202413與醫(yī)學有關的基因組數(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

是專門設計的一項獲得基因表達定量資料的技術，實驗技術本身包括了分子生物學、DNA序列分析和生物信息學等技術

10/27/202414（3）GenesandDisease

一個面向?qū)W生和公眾的網(wǎng)站，提供一些疾病與基因關系的實例

（4）CGAP癌癥基因組解剖計劃

其目標是確定正常、癌前和癌細胞的基因表達譜，以指導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、以及與之相關的生物學信息和參考文獻

GenBank可查詢的信息和應用

◆

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)瓦分子生物學服務網(wǎng)站（ExPASy）（2）Entrez檢索系統(tǒng)

由NCBI主持的一個數(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)功能基因組學一、基因表達譜的研究二、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功能基因組學的基本概念研究內(nèi)容

◆

功能基因組學（functionalgenomics）

研究基因組中所有基因的功能的科學

◆

研究內(nèi)容

主要包括基因組的表達、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、基因表達譜的研究

◆基因表達譜

細胞在特定條件下（不同分化階段，疾病、應激等）所表達的基因種類和數(shù)量的特定模式10/27/202420基因表達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記的樣品cDNA雜交，雜交信號陽性的探針分子就是在組織或細胞中表達的分子片段?？梢砸淮涡詫毎麅?nèi)多種核酸分子進行檢測和分析1．基因芯片技術2．基因表達序列分析可以快速和詳細地分析成千上萬個基因。此方法可以全面提供生物體基因表達譜信息,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

利用可以擴增細胞內(nèi)mRNA的幾條5′端引物和3′端錨定引物隨機組合，將cDNA進行PCR擴增將實驗組mRNA與對照組（也叫驅(qū)動組或扣除組）cDNA雜交，或?qū)嶒灲McDNA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驗組獨有的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純化后來進行三、基因組多樣性的研究在全基因組測序的基礎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、疾病相關基因的再測序

在基因組測序的基礎上，對已知疾病基因進行再測序，就可以識別其中的變異型，從而深入探討疾病相關基因的作用機理五、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)不同個體在某種生物學性狀的差異，其中包括疾病的易感性

10/27/202424六、基因組功能注釋

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

10/27/202425第三節(jié)蛋白質(zhì)組學

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

蛋白質(zhì)組（proteome）

指一個細胞或一個組織的基因組所表達的全部蛋白質(zhì)◆

蛋白質(zhì)組學（proteomics）

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

細胞或機體全部蛋白質(zhì)的表達及其活動方式，包括翻譯后修飾、轉(zhuǎn)運定位、結(jié)構變化、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)組學研究方法1.雙向電泳根據(jù)蛋白質(zhì)的兩個一級屬性：等電點和分子量的特異性，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）兩個水平上進行分離。能同時分辨上千個蛋白質(zhì)點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)來進行成分和結(jié)構分析的分析方法可用于◆

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

肽序列標簽串聯(lián)質(zhì)譜鑒定技術(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)構數(shù)據(jù)庫（PDB,FSSP）蛋白翻譯后修飾數(shù)據(jù)庫（O-GL