基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)

1、編輯編輯pptppt1 1 Genomics and Proteomics 編輯編輯pptppt2 2 1971 1971年，美國前總統(tǒng)尼克松簽署了年，美國前總統(tǒng)尼克松簽署了癌癥法案癌癥法案，美，美 國國家癌癥研究所啟動(dòng)了國國家癌癥研究所啟動(dòng)了“向癌癥開戰(zhàn)向癌癥開戰(zhàn)”計(jì)劃，投入計(jì)劃，投入 數(shù)十億美元，期望在五年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)治愈癌癥的目標(biāo)。數(shù)十億美元，期望在五年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)治愈癌癥的目標(biāo)。 （1 1）癌癥和許多疾病與基因之間都存在著緊密聯(lián)系；）癌癥和許多疾病與基因之間都存在著緊密聯(lián)系； （2 2）征服這些疾病的前題條件就是解開基因的秘密。）征服這些疾病的前題條件就是解開基因的秘密。 1986 198

2、6年，病毒學(xué)家、諾貝爾生理年，病毒學(xué)家、諾貝爾生理- -醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者 雷那托雷那托杜爾貝克杜爾貝克在在科學(xué)科學(xué)上發(fā)表了題為上發(fā)表了題為“癌癥癌癥 研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：人類基因組測序研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：人類基因組測序”的短文。的短文。 編輯編輯pptppt3 3 19901990年由美國能源部和國家衛(wèi)生研究院投資年由美國能源部和國家衛(wèi)生研究院投資3030億美元正億美元正 式啟動(dòng)式啟動(dòng)，包括中國在內(nèi)的，包括中國在內(nèi)的6 6個(gè)成員國、個(gè)成員國、1616個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與。 人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃 編輯編輯pptppt4 4 日本：日本：RIKENRIKEN等等2 2家家研究中心，貢獻(xiàn)率為

3、研究中心，貢獻(xiàn)率為7 7。 德國：德國：IMBIMB等等3 3家家研究中心，貢獻(xiàn)率為研究中心，貢獻(xiàn)率為2.22.2。 編輯編輯pptppt5 5 2000 2000年年6 6月月2626日克林頓宣布：人類基因組草圖繪日克林頓宣布：人類基因組草圖繪 制完成；制完成；所有人類基因組數(shù)據(jù)不允許專利保護(hù)所有人類基因組數(shù)據(jù)不允許專利保護(hù)。 NCBI: National Center for Biotechnology Information 編輯編輯pptppt6 6 n含含3030億堿基對(duì)億堿基對(duì)( (bp)bp)的的DNADNA序列。序列。 n編

4、碼序列約編碼序列約占占1.51.5% %，非編碼序列約占，非編碼序列約占9 98.58.5% %。 n包括約包括約2 2 2.5 2.5 萬個(gè)基因，分布于萬個(gè)基因，分布于2222條常染色體和條常染色體和X X、Y Y 性染色體。性染色體。 人類單倍體基因組人類單倍體基因組 1999 1999年年1212月月完成首個(gè)完成首個(gè)染色體染色體（2222號(hào)號(hào)）測序測序， 20062006年年5 5月月最后一個(gè)染色體（最后一個(gè)染色體（1 1號(hào)號(hào)）完成測序。完成測序。 編輯編輯pptppt7 7 Types of sequences in the human genome. Gene sequences:

5、included in genes for proteins, but only a small fraction of this DNA is in exons (coding sequences). Four main classes of transposons: Long interspersed elements (LINEs), 6 to 8 kbp long. Short interspersed elements (SINEs), 100 to 300 bp long. Of the 1.5 million in the human genome more than 1 mil

6、lion are Alu elements. Retrovirus-like transposons, 1.5 to 11 kbp long. 450,000 copies in the human genome are evolutionarily related to the retroviruses included HIV. A final class of transposons (3%) consists of a variety of transposon remnants that differ greatly in length. Miscellaneous sequence

7、: include simple-sequence repeats (SSR) and large segmental duplications (SD), the latter being segments that appear more than once in different locations. 編輯編輯pptppt8 8 擬南芥擬南芥 ( (Arabidopsis thalianaArabidopsis thaliana) ),2000,2000 大大鼠鼠( (Rattus norregicus),2002),2002 玉米玉米（Zea maysZea mays），），2009

8、2009 多種多種基因組計(jì)劃相繼完成基因組計(jì)劃相繼完成 編輯編輯pptppt9 9 進(jìn)入后基因組時(shí)代：進(jìn)入后基因組時(shí)代： 并誕生了：并誕生了： 蛋白質(zhì)組學(xué)（蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomicsproteomics） 轉(zhuǎn)錄組學(xué)（轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomicstranscriptomics） 生物信息學(xué)（生物信息學(xué)（bioinformaticsbioinformatics） 代謝組學(xué)（代謝組學(xué)（metabonomicsmetabonomics） 系統(tǒng)生物學(xué)（系統(tǒng)生物學(xué)（system biologysystem biology） 基因組學(xué)（基因組學(xué)（genomicsgenomics） 編輯編輯

9、pptppt1010 (structural genomics) (structural genomics) 基因組學(xué)基因組學(xué)(genomics)(genomics) 基因組基因組(genome)(genome) 第一節(jié)第一節(jié) 基因組學(xué)基因組學(xué) 指來自一個(gè)遺傳體系（如一個(gè)生命個(gè)體、細(xì)胞指來自一個(gè)遺傳體系（如一個(gè)生命個(gè)體、細(xì)胞 或病毒）所攜帶的全部遺傳信息?；虿《荆┧鶖y帶的全部遺傳信息。 是研究生物體是研究生物體基因組的結(jié)構(gòu)基因組的結(jié)構(gòu)( (基因的組成和定基因的組成和定 位位) )、基因組功能注釋基因組功能注釋( (基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因的基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因的 表達(dá)與調(diào)控表達(dá)與調(diào)控) )、基

10、因和基因組結(jié)構(gòu)比較基因和基因組結(jié)構(gòu)比較( (基因之間相基因之間相 互作用和聯(lián)系互作用和聯(lián)系) )的科學(xué)。的科學(xué)。 (functional genomics)(functional genomics) (comparative genomics)(comparative genomics) 編輯編輯pptppt1111 是研究生物基因組是研究生物基因組 的結(jié)構(gòu)，包括基因的組的結(jié)構(gòu)，包括基因的組 成和定位的科學(xué)。成和定位的科學(xué)。 繪制生物體的繪制生物體的4 4張圖張圖 譜，即譜，即遺傳圖譜遺傳圖譜、物理物理 圖譜圖譜、序列圖譜序列圖譜和和轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 圖譜圖譜。 EST mapEST map 編輯編輯

11、pptppt1212 第一代：第一代：限制性片段長度多態(tài)性（限制性片段長度多態(tài)性（RFLPRFLP）等等 第二代：短串聯(lián)重復(fù)序列（第二代：短串聯(lián)重復(fù)序列（STRSTR，又稱微衛(wèi)星，又稱微衛(wèi)星標(biāo)記標(biāo)記） 第三代：單核苷酸多態(tài)性（第三代：單核苷酸多態(tài)性（SNPSNP） 即通過遺傳重組所得的即通過遺傳重組所得的基因或基因或DNADNA標(biāo)記標(biāo)記在染色體在染色體 上的線性排列圖譜，亦稱上的線性排列圖譜，亦稱連鎖圖譜連鎖圖譜(linkage map)(linkage map)。 圖距單位：圖距單位：cMcM（厘摩，即每次減數(shù)分裂的重組（厘摩，即每次減數(shù)分裂的重組 頻率為頻率為1%1%），約相當(dāng)于），約相當(dāng)

12、于1000 kb1000 kb。 編輯編輯pptppt1313 是以是以序列標(biāo)志位點(diǎn)（序列標(biāo)志位點(diǎn)（STSSTS* *）為作圖標(biāo)志，通過為作圖標(biāo)志，通過 對(duì)基因組構(gòu)成對(duì)基因組構(gòu)成DNADNA分子的系統(tǒng)測定，將構(gòu)成基因組的分子的系統(tǒng)測定，將構(gòu)成基因組的 全部基因的排列和間距的信息繪制而成。全部基因的排列和間距的信息繪制而成。 圖距單位：圖距單位：bpbp、kbkb、MbMb 通常是利用限制性核酸內(nèi)切酶將染色體通常是利用限制性核酸內(nèi)切酶將染色體DNADNA切切 成片段，將其按次序排列連接繪制而成。成片段，將其按次序排列連接繪制而成。 是指染色體定位明確且可用是指染色體定位明確且可用PCRPCR擴(kuò)增

13、的單考貝序列。擴(kuò)增的單考貝序列。 編輯編輯pptppt1414 是物理圖譜的延伸，是最詳細(xì)、最準(zhǔn)確的物理是物理圖譜的延伸，是最詳細(xì)、最準(zhǔn)確的物理 圖譜。圖譜。 構(gòu)建大片段連續(xù)克隆系，對(duì)連續(xù)克隆構(gòu)建大片段連續(xù)克隆系，對(duì)連續(xù)克隆 系中排定的大片段克隆逐個(gè)進(jìn)行亞克隆測序，逆向逐級(jí)系中排定的大片段克隆逐個(gè)進(jìn)行亞克隆測序，逆向逐級(jí) 組裝組裝。（美國美國國家人類基因組研究中心：國家人類基因組研究中心：詹姆斯詹姆斯沃森沃森； 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯柯林斯） 在一定作圖信息基礎(chǔ)上，直接將在一定作圖信息基礎(chǔ)上，直接將 基因組分解成小片段隨機(jī)測序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組基因組分解成小片段隨機(jī)測序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行

14、組 裝裝。（美國。（美國CeleraCelera公司：公司：，19981998年年5 5月，月， 3.33.3億美元投資）億美元投資） 編輯編輯pptppt1515 即即基因圖譜基因圖譜，是在識(shí)別基因組所含的蛋白質(zhì)編，是在識(shí)別基因組所含的蛋白質(zhì)編 碼序列基礎(chǔ)上繪制的，標(biāo)有基因序列、位置及表達(dá)碼序列基礎(chǔ)上繪制的，標(biāo)有基因序列、位置及表達(dá) 模式等信息的圖譜，亦稱模式等信息的圖譜，亦稱cDNAcDNA圖譜圖譜或或ESTEST* *圖譜圖譜。 對(duì)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)產(chǎn)物對(duì)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)產(chǎn)物mRNAmRNA互補(bǔ)的互補(bǔ)的cDNAcDNA進(jìn)行大規(guī)模進(jìn)行大規(guī)模 測序是序列標(biāo)簽位點(diǎn)的主要來源，并以此構(gòu)建人類測序是序列標(biāo)簽

15、位點(diǎn)的主要來源，并以此構(gòu)建人類 基因組轉(zhuǎn)錄圖譜?；蚪M轉(zhuǎn)錄圖譜。 ESTEST：表達(dá)序列標(biāo)簽，即與基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：表達(dá)序列標(biāo)簽，即與基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNAmRNA互補(bǔ)的互補(bǔ)的 cDNA cDNA片段。片段。 編輯編輯pptppt1616 在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究基礎(chǔ)上，利用高通量、大在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究基礎(chǔ)上，利用高通量、大 規(guī)模實(shí)驗(yàn)，與計(jì)算機(jī)科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合的手段，進(jìn)規(guī)模實(shí)驗(yàn)，與計(jì)算機(jī)科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合的手段，進(jìn) 行行基因組功能注釋基因組功能注釋。 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容: : 編輯編輯pptppt1717 是基于基因組圖譜和測序基礎(chǔ)上，對(duì)已知的基是基于基因組圖譜和測序基礎(chǔ)上，對(duì)已知的基 因和基因組的結(jié)

16、構(gòu)進(jìn)行比較，以了解基因的功能和因和基因組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，以了解基因的功能和 物種進(jìn)化的學(xué)科。物種進(jìn)化的學(xué)科。 在基因組水平對(duì)不同生物體進(jìn)行對(duì)照比較，可在基因組水平對(duì)不同生物體進(jìn)行對(duì)照比較，可 加深對(duì)人類基因組結(jié)構(gòu)和功能的了解，同時(shí)也可以加深對(duì)人類基因組結(jié)構(gòu)和功能的了解，同時(shí)也可以 揭示生命的起源和進(jìn)化。揭示生命的起源和進(jìn)化。 編輯編輯pptppt1818 所有疾病或健康狀態(tài)都與基因直接或間接相關(guān)；所有疾病或健康狀態(tài)都與基因直接或間接相關(guān)； 每種疾病都有其相應(yīng)的每種疾病都有其相應(yīng)的致病基因致病基因或或易感基因易感基因存在；存在；已已 知至少有知至少有40004000多種基因多種基因與人類疾病直接

17、相關(guān)與人類疾病直接相關(guān)。 研究研究DNADNA損傷修復(fù)、毒物代謝、對(duì)各種環(huán)境因素?fù)p傷修復(fù)、毒物代謝、對(duì)各種環(huán)境因素 作出響應(yīng)的蛋白編碼基因，及其等位片段多態(tài)性。作出響應(yīng)的蛋白編碼基因，及其等位片段多態(tài)性。 疾病相關(guān)基因鑒定多采用，疾病相關(guān)基因鑒定多采用，定位克隆定位克隆與與定位候選定位候選 基因基因，或，或功能性克隆功能性克隆與與非定位候選基因非定位候選基因的策略。的策略。 編輯編輯pptppt1919 研究研究維護(hù)健康維護(hù)健康，或使健康人群能，或使健康人群能避免患上糖尿避免患上糖尿 病、心臟病、癌癥等疾病病、心臟病、癌癥等疾病的基因或基因變異。的基因或基因變異。 對(duì)具對(duì)具有高發(fā)病率風(fēng)險(xiǎn)但卻不

18、染病的人，有高發(fā)病率風(fēng)險(xiǎn)但卻不染病的人，進(jìn)行嚴(yán)進(jìn)行嚴(yán) 格的遺傳變異檢測，尋找差異。格的遺傳變異檢測，尋找差異。 研究與傳染病感染相關(guān)的人類研究與傳染病感染相關(guān)的人類易感基因易感基因、及免、及免 疫難易程度不同人群間的疫難易程度不同人群間的差異基因或基因變異差異基因或基因變異。 決定不同病人對(duì)藥物的反應(yīng)不同的決定不同病人對(duì)藥物的反應(yīng)不同的基因多態(tài)性基因多態(tài)性， 特別是藥物代謝相關(guān)基因的特別是藥物代謝相關(guān)基因的SNPSNP的研究。的研究。 編輯編輯pptppt2020 是從整體水平研究在不同時(shí)間和空間發(fā)揮功能是從整體水平研究在不同時(shí)間和空間發(fā)揮功能 的，特定蛋白質(zhì)群體的，組成、表達(dá)水平、結(jié)構(gòu)及的，

19、特定蛋白質(zhì)群體的，組成、表達(dá)水平、結(jié)構(gòu)及 其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。 核心內(nèi)容包括：核心內(nèi)容包括： 蛋白質(zhì)組研究體系的建立、完善；蛋白質(zhì)組研究體系的建立、完善； 生物學(xué)問題相關(guān)功能蛋白質(zhì)組的研究。生物學(xué)問題相關(guān)功能蛋白質(zhì)組的研究。 指一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。是一個(gè)在指一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。是一個(gè)在 時(shí)間和空間上動(dòng)態(tài)變化著的整體。時(shí)間和空間上動(dòng)態(tài)變化著的整體。 編輯編輯pptppt2121 （1 1）對(duì)生命活動(dòng)或疾病發(fā)生、發(fā)展中幾個(gè)相繼的）對(duì)生命活動(dòng)或疾病發(fā)生、發(fā)展中幾個(gè)相繼的 重要階段，分別進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)譜分析；重要階段，分別進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)譜分析； （2 2）篩選出有差

20、異表達(dá)的關(guān)鍵或標(biāo)志性蛋白質(zhì)；）篩選出有差異表達(dá)的關(guān)鍵或標(biāo)志性蛋白質(zhì)； （3 3）研究蛋白質(zhì)組成員間的相互作用、相互協(xié)調(diào)；）研究蛋白質(zhì)組成員間的相互作用、相互協(xié)調(diào)； （4 4）了解蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，以及基因結(jié)構(gòu)與蛋）了解蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，以及基因結(jié)構(gòu)與蛋 白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能的關(guān)系。白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能的關(guān)系。 采用高通量研究技術(shù)，建立采用高通量研究技術(shù)，建立蛋白質(zhì)表達(dá)譜蛋白質(zhì)表達(dá)譜，盡，盡 可能分析可能分析生物所有蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)生物所有蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 編輯編輯pptppt2222 包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、新型蛋白質(zhì)的包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、新型蛋白質(zhì)的 發(fā)現(xiàn)、同源蛋白質(zhì)比較等。發(fā)現(xiàn)、同源蛋白質(zhì)比較等

21、。 ：包括酶原激活、糖：包括酶原激活、糖 基化、磷酸化等?；?、磷酸化等。 包括基因功能、基因表達(dá)調(diào)包括基因功能、基因表達(dá)調(diào) 控機(jī)制、細(xì)胞因子與受體的研究，蛋白質(zhì)表達(dá)后在控機(jī)制、細(xì)胞因子與受體的研究，蛋白質(zhì)表達(dá)后在 細(xì)胞內(nèi)的定位，酶活性分析和底物的確定。細(xì)胞內(nèi)的定位，酶活性分析和底物的確定。 如蛋白質(zhì)在細(xì)如蛋白質(zhì)在細(xì) 胞分化與發(fā)育不同環(huán)境下的差異表達(dá)、調(diào)控等。胞分化與發(fā)育不同環(huán)境下的差異表達(dá)、調(diào)控等。 如尋找新藥靶分子、腫瘤標(biāo)如尋找新藥靶分子、腫瘤標(biāo) 志分子等。志分子等。 一、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容一、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究內(nèi)容 編輯編輯pptppt2323 二、蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)體系二、蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)體系 固相化固相化pHpH梯度凝膠梯度凝膠的發(fā)明和完善；的發(fā)明和完善； 電噴霧電離飛行時(shí)間質(zhì)譜電噴霧電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(ESI-MS)(ESI-MS)和和基質(zhì)輔基質(zhì)輔 助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-T