基因組學(xué)與相關(guān)組學(xué)

1、第七章第七章基因組學(xué)與相關(guān)組學(xué)基因組學(xué)與相關(guān)組學(xué) 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室DNA的質(zhì)粒載體導(dǎo)入宿的質(zhì)粒載體導(dǎo)入宿主細(xì)胞的方法主細(xì)胞的方法 轉(zhuǎn)化，用質(zhì)粒作載體轉(zhuǎn)化，用質(zhì)粒作載體所常用的方法所常用的方法轉(zhuǎn)染，用（無(wú)外殼）轉(zhuǎn)染，用（無(wú)外殼）噬菌體噬菌體DNA作載體作載體所用的方法所用的方法 轉(zhuǎn)導(dǎo)，用（有外殼）轉(zhuǎn)導(dǎo)，用（有外殼）噬菌體作載體所用噬菌體作載體所用的方法的方法 注射，如果宿主是比注射，如果宿主是比較大的動(dòng)植物細(xì)胞較大的動(dòng)植物細(xì)胞用注射方法把重組用注射方法把重組DNA分子導(dǎo)入分子導(dǎo)入 組學(xué)組學(xué) 組學(xué)組學(xué)（omicsomics）是研究生物體內(nèi)某種生物大分子）是研究生物體內(nèi)某種生物大分子（比如

2、（比如DNADNA、RNARNA、蛋白質(zhì)或其他分子）的所有、蛋白質(zhì)或其他分子）的所有 組成的學(xué)科。組成的學(xué)科。 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容包括基因組及基因組產(chǎn)物的系統(tǒng)研究，包括基因組及基因組產(chǎn)物的系統(tǒng)研究，然后上升到細(xì)胞機(jī)制，分子機(jī)制和系統(tǒng)生物學(xué)的然后上升到細(xì)胞機(jī)制，分子機(jī)制和系統(tǒng)生物學(xué)的水平。水平。2020世紀(jì)自然科學(xué)史上的三大計(jì)劃世紀(jì)自然科學(xué)史上的三大計(jì)劃第一節(jié)第一節(jié) 基因組學(xué)基因組學(xué) 基因組基因組：在個(gè)體水平代表生物所有遺傳性狀的總和；在細(xì)：在個(gè)體水平代表生物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)，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)，是一個(gè)物種所有是

3、一個(gè)物種所有DNA分子的總和。一般的定義是單倍體細(xì)胞分子的總和。一般的定義是單倍體細(xì)胞中的全套染色體為一個(gè)基因組，或是單倍體細(xì)胞中的全部中的全套染色體為一個(gè)基因組，或是單倍體細(xì)胞中的全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因組?；?yàn)橐粋€(gè)基因組。 基因組學(xué)基因組學(xué)是研究基因結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)，是對(duì)所有基因進(jìn)是研究基因結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)，是對(duì)所有基因進(jìn)行基因作圖（包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜）、核行基因作圖（包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜）、核苷酸序列分析、基因定位、基因結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及基苷酸序列分析、基因定位、基因結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以及基因間相互作用的一門(mén)科學(xué)。因間相互作用的一門(mén)科學(xué)。人類(lèi)基因組組成人類(lèi)基因組組成

4、二、人類(lèi)基因組計(jì)劃（一）、一）、人類(lèi)基因組計(jì)劃的提出人類(lèi)基因組計(jì)劃的提出 19851985年年6 6月，美國(guó)能源部提出月，美國(guó)能源部提出HGPHGP的初步草案，經(jīng)討論于的初步草案，經(jīng)討論于19861986年年3 3月宣布實(shí)施。月宣布實(shí)施。 參與國(guó)家；美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)、中國(guó)參與國(guó)家；美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)、中國(guó) HGPHGP被譽(yù)為被譽(yù)為2020世紀(jì)自然科學(xué)史上世紀(jì)自然科學(xué)史上“最偉大的三大計(jì)劃最偉大的三大計(jì)劃”之一。之一。( (二）、二）、人類(lèi)基因組計(jì)劃的研究?jī)?nèi)容和任務(wù)人類(lèi)基因組計(jì)劃的研究?jī)?nèi)容和任務(wù) 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容: :遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖和序列圖遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖和序

5、列圖 19931993年，美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組研究中心修改后的年，美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組研究中心修改后的HGPHGP具體研具體研究?jī)?nèi)容包括：人類(lèi)基因組作圖及序列分析；基因的鑒定；基因究?jī)?nèi)容包括：人類(lèi)基因組作圖及序列分析；基因的鑒定；基因組研究技術(shù)的建立、創(chuàng)新與改進(jìn)；模式生物基因組的作圖和測(cè)組研究技術(shù)的建立、創(chuàng)新與改進(jìn)；模式生物基因組的作圖和測(cè)序；信息系統(tǒng)的建立、信息的貯存、處理及相應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)；序；信息系統(tǒng)的建立、信息的貯存、處理及相應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)；與人類(lèi)基因組相關(guān)的倫理學(xué)、法學(xué)和社會(huì)影響與結(jié)果的研究；與人類(lèi)基因組相關(guān)的倫理學(xué)、法學(xué)和社會(huì)影響與結(jié)果的研究；研究人員的培訓(xùn)；技術(shù)轉(zhuǎn)讓及技術(shù)開(kāi)發(fā)；研究計(jì)劃的

6、外延等。研究人員的培訓(xùn)；技術(shù)轉(zhuǎn)讓及技術(shù)開(kāi)發(fā)；研究計(jì)劃的外延等。遺傳圖遺傳圖o 遺傳圖遺傳圖又稱(chēng)為連鎖圖，是利用人類(lèi)基因組中的一些特殊位點(diǎn)作又稱(chēng)為連鎖圖，是利用人類(lèi)基因組中的一些特殊位點(diǎn)作為遺傳標(biāo)記而進(jìn)行的基因組分區(qū)。通過(guò)計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)記之為遺傳標(biāo)記而進(jìn)行的基因組分區(qū)。通過(guò)計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)記之間的重組頻率，確定它們的相對(duì)距離，即以具有間的重組頻率，確定它們的相對(duì)距離，即以具有遺傳多態(tài)性遺傳多態(tài)性的的遺傳標(biāo)記作為遺傳標(biāo)記作為 “ “位標(biāo)位標(biāo)”，遺傳學(xué)距離遺傳學(xué)距離作為作為“圖距圖距”的基因組圖，的基因組圖，圖距一般用厘摩圖距一般用厘摩. . cMcM值越大，兩者之間相對(duì)距離越遠(yuǎn)。值越大，兩者之間

7、相對(duì)距離越遠(yuǎn)。o 遺傳多態(tài)性遺傳多態(tài)性為在某個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基因?yàn)樵谀硞€(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基因, ,且其且其在群體中出現(xiàn)的頻率均高于在群體中出現(xiàn)的頻率均高于1%1%。o 遺傳學(xué)距離則是指在減數(shù)分裂事件中遺傳學(xué)距離則是指在減數(shù)分裂事件中, ,兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率重組的百分率, ,并規(guī)定并規(guī)定1%1%的重組率為的重組率為1cM(1cM(厘摩厘摩) )。o 人基因組全長(zhǎng)約人基因組全長(zhǎng)約3600cM3600cM，如兩個(gè)標(biāo)記之間相距，如兩個(gè)標(biāo)記之間相距1cM1cM，則需，則需3 3003 300個(gè)標(biāo)記，如兩個(gè)標(biāo)記之間相距個(gè)標(biāo)記，如兩個(gè)標(biāo)記之間相

8、距2 25cM5cM，則需，則需6606601 6501 650個(gè)標(biāo)記個(gè)標(biāo)記. .多態(tài)性標(biāo)多態(tài)性標(biāo)記記 第一代：第一代：限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLPRFLP）標(biāo)記）標(biāo)記 是在是在2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代后期建立的年代后期建立的 經(jīng)典的遺傳標(biāo)記，例如經(jīng)典的遺傳標(biāo)記，例如ABOABO血型位點(diǎn)標(biāo)記。血型位點(diǎn)標(biāo)記。利用限制性?xún)?nèi)切酶特異性切割雙鏈利用限制性?xún)?nèi)切酶特異性切割雙鏈DNADNA分子，由于分子，由于DNADNA上的一個(gè)上的一個(gè)點(diǎn)的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的點(diǎn)的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的片段，用凝膠電泳顯示多態(tài)性，利

9、用片段多態(tài)性與表型間的關(guān)片段，用凝膠電泳顯示多態(tài)性，利用片段多態(tài)性與表型間的關(guān)系進(jìn)行連鎖分析，找到致病基因。系進(jìn)行連鎖分析，找到致病基因。 第二代：第二代：可串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性（可串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性（SSLPSSLP）標(biāo)記）標(biāo)記 其可提供長(zhǎng)度不同其可提供長(zhǎng)度不同的片段，其重復(fù)單位長(zhǎng)度為的片段，其重復(fù)單位長(zhǎng)度為6 6至至1212個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸 。 第三代：第三代：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性（單核苷酸多態(tài)性（SNPSNP）標(biāo)記）標(biāo)記 單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性是指是指不同種族之間，或相同種族不同個(gè)體之間相對(duì)應(yīng)基因的不同種族之間，或相同種族不同個(gè)體之間相對(duì)應(yīng)基因的DNADNA序列序列中單核苷酸之間的相同或不同程度，

10、個(gè)體所變現(xiàn)出的表型差異。中單核苷酸之間的相同或不同程度，個(gè)體所變現(xiàn)出的表型差異。物理圖物理圖o 物理圖物理圖(physical map)(physical map)是通過(guò)測(cè)定遺傳標(biāo)志的排列順序與位置是通過(guò)測(cè)定遺傳標(biāo)志的排列順序與位置而繪制成的，即以一段已知核苷酸的而繪制成的，即以一段已知核苷酸的DNADNA片段為片段為“位標(biāo)位標(biāo)”，以，以DNADNA實(shí)際長(zhǎng)度實(shí)際長(zhǎng)度 (Mb (Mb 、kb kb 或或bp)bp)為為“圖距圖距”的基因圖譜。的基因圖譜。o HGPHGP在整個(gè)基因組染色體每隔一定距離標(biāo)上序列標(biāo)簽位點(diǎn)在整個(gè)基因組染色體每隔一定距離標(biāo)上序列標(biāo)簽位點(diǎn) (STS) (STS) 為為“路標(biāo)

11、路標(biāo)”之后，隨機(jī)將每條染色體酶切為大小不等的之后，隨機(jī)將每條染色體酶切為大小不等的DNADNA片段，片段，以以酵母人工染色體酵母人工染色體 (YAC)(YAC)或或細(xì)菌人工染色體細(xì)菌人工染色體 (BAC)(BAC)等作為載體等作為載體構(gòu)建構(gòu)建YACYAC或或BACBAC鄰接克隆系，確定相鄰鄰接克隆系，確定相鄰STSSTS間的物理聯(lián)系，繪制以間的物理聯(lián)系，繪制以MbMb、kbpkbp、bpbp為圖距的人類(lèi)全基因組物理圖譜。為圖距的人類(lèi)全基因組物理圖譜。o 物理圖標(biāo)和遺傳圖標(biāo)可進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。物理圖標(biāo)和遺傳圖標(biāo)可進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。物理圖物理圖o 酵母人工染色體（酵母人工染色體（YACYAC）：是利用釀酒

12、酵母染色體的復(fù)）：是利用釀酒酵母染色體的復(fù)制原件構(gòu)建的載體，其工作環(huán)境也是在釀酒酵母中。制原件構(gòu)建的載體，其工作環(huán)境也是在釀酒酵母中。o 細(xì)菌人工染色體（細(xì)菌人工染色體（BACBAC）：是基于大腸桿菌的）：是基于大腸桿菌的F F質(zhì)粒構(gòu)質(zhì)粒構(gòu)建的高容量低拷貝的質(zhì)粒載體。建的高容量低拷貝的質(zhì)粒載體。物理圖的意義物理圖的意義o 在于在于STSSTS可把經(jīng)典遺傳學(xué)與細(xì)胞遺傳學(xué)的位點(diǎn)信息可把經(jīng)典遺傳學(xué)與細(xì)胞遺傳學(xué)的位點(diǎn)信息轉(zhuǎn)化為基因組位點(diǎn)的物理信息，基于轉(zhuǎn)化為基因組位點(diǎn)的物理信息，基于STSSTS位點(diǎn)信息位點(diǎn)信息的相連片段群又提供了研究區(qū)域的實(shí)驗(yàn)材料，以這的相連片段群又提供了研究區(qū)域的實(shí)驗(yàn)材料，以這些片

13、段的材料可進(jìn)行該區(qū)域的基因組研究或在該區(qū)些片段的材料可進(jìn)行該區(qū)域的基因組研究或在該區(qū)域?qū)ふ倚禄颉Ｓ驅(qū)ふ倚禄?。轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖o 轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖 (transcription map)(transcription map)又稱(chēng)又稱(chēng)cDNAcDNA圖圖或或表達(dá)圖表達(dá)圖(expression (expression map)map)，是一種以表達(dá)序列標(biāo)簽，是一種以表達(dá)序列標(biāo)簽 (expressed sequence tags(expressed sequence tags，EST)EST)為位標(biāo)繪制的基因圖譜，為位標(biāo)繪制的基因圖譜，是編碼蛋白質(zhì)的序列在基因組中是編碼蛋白質(zhì)的序列在基因組中的位置。的位置

14、。o 可提供人類(lèi)基因組或基因家族的準(zhǔn)確數(shù)目，每一基因的序列和可提供人類(lèi)基因組或基因家族的準(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。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。o 通過(guò)從通過(guò)從cDNAcDNA文庫(kù)中隨機(jī)挑取的克隆進(jìn)行測(cè)序所獲得的部分文庫(kù)中隨機(jī)挑取的克隆進(jìn)行測(cè)序所獲得的部分cDNAcDNA的的5 5或或3 3端序列稱(chēng)為表達(dá)序列標(biāo)簽（端序列稱(chēng)為表達(dá)序列標(biāo)簽（ESTEST），一般），一般300300500bp500bp左左右。將右。將mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄的反轉(zhuǎn)錄的cDNAcDNA或表達(dá)序列標(biāo)簽或表達(dá)序列標(biāo)簽ESTEST的部分的部分cDNAc

15、DNA片段作片段作為探針與基因組為探針與基因組DNADNA進(jìn)行雜交，通過(guò)標(biāo)記轉(zhuǎn)錄基因，繪制出可表進(jìn)行雜交，通過(guò)標(biāo)記轉(zhuǎn)錄基因，繪制出可表達(dá)基因轉(zhuǎn)錄圖，最終繪制出人體所有組織、所有細(xì)胞以及所有達(dá)基因轉(zhuǎn)錄圖，最終繪制出人體所有組織、所有細(xì)胞以及所有發(fā)育階段的全基因組轉(zhuǎn)錄圖譜。發(fā)育階段的全基因組轉(zhuǎn)錄圖譜。轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖o cDNAcDNA文庫(kù)的概念文庫(kù)的概念 基因文庫(kù)指將整套基因組片段插入克隆載體獲基因文庫(kù)指將整套基因組片段插入克隆載體獲得的分子克隆的總和。而得的分子克隆的總和。而cDNAcDNA文庫(kù)是指將整套基因組轉(zhuǎn)錄形成文庫(kù)是指將整套基因組轉(zhuǎn)錄形成的所有的所有mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄形成反轉(zhuǎn)錄形成cD

16、NAcDNA，在將，在將cDNAcDNA插入克隆載體形成的分插入克隆載體形成的分子克隆的總和。子克隆的總和。o 反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄PCRPCR又稱(chēng)逆轉(zhuǎn)錄又稱(chēng)逆轉(zhuǎn)錄PCR PCR 是擴(kuò)增是擴(kuò)增mRNAmRNA的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。先將的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。先將mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄成反轉(zhuǎn)錄成cDNAcDNA，然后再以，然后再以cDNAcDNA為模板，用常規(guī)為模板，用常規(guī)PCRPCR方法加以方法加以擴(kuò)增。擴(kuò)增。 o 轉(zhuǎn)錄圖的意義在于由于轉(zhuǎn)錄圖的意義在于由于cDNAcDNA具有組織、生理與發(fā)育階段的具有組織、生理與發(fā)育階段的特異性，因此特異性，因此ESTEST除提供序列信息外，同時(shí)也提供該基因表除提供序列信息外，同時(shí)

17、也提供該基因表達(dá)的組織、生理狀況與發(fā)育階段的信息。達(dá)的組織、生理狀況與發(fā)育階段的信息。序列圖序列圖o 序列圖序列圖(sequence map)(sequence map)即人類(lèi)基因組核苷酸序列圖，是人類(lèi)基即人類(lèi)基因組核苷酸序列圖，是人類(lèi)基因組在分子水平上最高層次、最詳盡的物理圖。因組在分子水平上最高層次、最詳盡的物理圖。o 其繪制方法是在遺傳圖譜和物理圖譜基礎(chǔ)上，精細(xì)分析各克隆其繪制方法是在遺傳圖譜和物理圖譜基礎(chǔ)上，精細(xì)分析各克隆的物理圖譜，將其切割成易于操作的小片段，構(gòu)建的物理圖譜，將其切割成易于操作的小片段，構(gòu)建YACYAC或或BACBAC文文庫(kù)，得到庫(kù)，得到DNADNA測(cè)序模板，測(cè)序得到

18、各片段的堿基序列，再根據(jù)重測(cè)序模板，測(cè)序得到各片段的堿基序列，再根據(jù)重疊的核苷酸順序?qū)⒓簻y(cè)定序列依次排列，獲得人類(lèi)全基因組的疊的核苷酸順序?qū)⒓簻y(cè)定序列依次排列，獲得人類(lèi)全基因組的序列圖譜。序列圖譜。 其測(cè)序方法有兩種；其測(cè)序方法有兩種；鳥(niǎo)槍法測(cè)序鳥(niǎo)槍法測(cè)序和逐個(gè)克隆法。和逐個(gè)克隆法。o 鳥(niǎo)槍法：將目的鳥(niǎo)槍法：將目的DNA隨機(jī)地處理成大小不同的片段，再將這些片隨機(jī)地處理成大小不同的片段，再將這些片段的序列連接起來(lái)的測(cè)序方法。段的序列連接起來(lái)的測(cè)序方法。 鳥(niǎo)槍法核酸序列測(cè)定 三、人類(lèi)基因組計(jì)劃完成情況三、人類(lèi)基因組計(jì)劃完成情況o 20042004年年1010月，國(guó)際人類(lèi)基因組測(cè)序聯(lián)盟在月，國(guó)際人類(lèi)

19、基因組測(cè)序聯(lián)盟在NatureNature公布了公布了“人類(lèi)基因組完成圖人類(lèi)基因組完成圖”，認(rèn)為人類(lèi)只有，認(rèn)為人類(lèi)只有2 2萬(wàn)萬(wàn)2.52.5萬(wàn)個(gè)基因。萬(wàn)個(gè)基因。o 20062006年年5 5月，美英科學(xué)家發(fā)表了人類(lèi)最后一個(gè)染色體月，美英科學(xué)家發(fā)表了人類(lèi)最后一個(gè)染色體-第第1 1號(hào)染號(hào)染色體的基因測(cè)序，標(biāo)志著解讀人體基因密碼的色體的基因測(cè)序，標(biāo)志著解讀人體基因密碼的“生命之書(shū)生命之書(shū)”全全部完成。部完成。o 我國(guó)于我國(guó)于19991999年年1010月月1 1日正式啟動(dòng)日正式啟動(dòng)HGPHGP，20002000年年4 4月完成了月完成了1%1%的人類(lèi)的人類(lèi)基因組框架圖；基因組框架圖；20012001年

20、年8 8月繪制完成中國(guó)卷，提前月繪制完成中國(guó)卷，提前2 2年獲得精確年獲得精確度達(dá)度達(dá)99.99%99.99%的的完成圖完成圖序列。序列。20022002年年2 2月公布了月公布了“精細(xì)圖精細(xì)圖”研究結(jié)果研究結(jié)果o 人類(lèi)基因總數(shù)在人類(lèi)基因總數(shù)在2 2萬(wàn)到萬(wàn)到2.52.5萬(wàn)個(gè)之間，低于原來(lái)估計(jì)數(shù)目的一半，萬(wàn)個(gè)之間，低于原來(lái)估計(jì)數(shù)目的一半，說(shuō)明人類(lèi)在使用基因上比其它物種更為高效；說(shuō)明人類(lèi)在使用基因上比其它物種更為高效；o 基因組中存在著基因密度較高的基因組中存在著基因密度較高的“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”區(qū)域和大片不攜帶人區(qū)域和大片不攜帶人類(lèi)基因的類(lèi)基因的“荒漠荒漠”區(qū)域。研究結(jié)果表明：基因密度在第區(qū)域。研究結(jié)果

21、表明：基因密度在第1717、1919和和2222號(hào)染色體上最高，在號(hào)染色體上最高，在X X、Y Y、第、第4 4號(hào)和第號(hào)和第1818號(hào)染色體上密度較號(hào)染色體上密度較小；?。籵 大約大約1/31/3以上基因組包含重復(fù)序列，這些重復(fù)序列的作用有待進(jìn)以上基因組包含重復(fù)序列，這些重復(fù)序列的作用有待進(jìn)一步研究；一步研究；o 所有人都具有所有人都具有99.99%99.99%的相同基因，任何兩個(gè)不同個(gè)體之間大約的相同基因，任何兩個(gè)不同個(gè)體之間大約每每1 0001 000個(gè)核苷酸序列中會(huì)有一個(gè)不同，這稱(chēng)為個(gè)核苷酸序列中會(huì)有一個(gè)不同，這稱(chēng)為單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性(SNP)(SNP)，每個(gè)人都有自己的一套，

22、每個(gè)人都有自己的一套SNPSNP，它對(duì)，它對(duì)“個(gè)性個(gè)性”起著決定性起著決定性的作用。的作用。 四、人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃(HGP) (HGP) 的意義的意義o 鑒定人類(lèi)的全部基因鑒定人類(lèi)的全部基因o 將人類(lèi)帶入基因醫(yī)學(xué)的新時(shí)代將人類(lèi)帶入基因醫(yī)學(xué)的新時(shí)代o 推動(dòng)了模式生物基因組的研究推動(dòng)了模式生物基因組的研究o 促進(jìn)了學(xué)科的交叉與重組促進(jìn)了學(xué)科的交叉與重組一、鑒定人類(lèi)的全部基因一、鑒定人類(lèi)的全部基因o 人類(lèi)基因組計(jì)劃獲得了人類(lèi)的全基因組序列，對(duì)研人類(lèi)基因組計(jì)劃獲得了人類(lèi)的全基因組序列，對(duì)研究基因組的結(jié)構(gòu)與功能有著巨大的推動(dòng)作用。究基因組的結(jié)構(gòu)與功能有著巨大的推動(dòng)作用。o HGPHGP的大規(guī)

23、模運(yùn)作也將推動(dòng)生物技術(shù)并肩走向操作的大規(guī)模運(yùn)作也將推動(dòng)生物技術(shù)并肩走向操作的規(guī)?；?，自動(dòng)化和系統(tǒng)化。的規(guī)模化，自動(dòng)化和系統(tǒng)化。二、將人類(lèi)帶入基因醫(yī)學(xué)的時(shí)代二、將人類(lèi)帶入基因醫(yī)學(xué)的時(shí)代o 隨著基因組工作框架圖的問(wèn)世，許多致病單基因被確隨著基因組工作框架圖的問(wèn)世，許多致病單基因被確認(rèn)為候選基因，目前已經(jīng)分離到哮喘病乳腺癌等認(rèn)為候選基因，目前已經(jīng)分離到哮喘病乳腺癌等7070多種遺傳病的致病基因，多基因疾病也已經(jīng)成為疾病多種遺傳病的致病基因，多基因疾病也已經(jīng)成為疾病基因組學(xué)研究的重點(diǎn)。遺傳性疾病基因定位，尤其是基因組學(xué)研究的重點(diǎn)。遺傳性疾病基因定位，尤其是多基因復(fù)雜性狀基因定位將可以進(jìn)行全基因組的定位

24、多基因復(fù)雜性狀基因定位將可以進(jìn)行全基因組的定位掃描，使得確認(rèn)致病基因的工作更加容易。同時(shí)掃描，使得確認(rèn)致病基因的工作更加容易。同時(shí)HGPHGP的的完成，為基因藥物的設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)和設(shè)完成，為基因藥物的設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)原則。計(jì)原則。生命科學(xué)技術(shù)系25 人類(lèi)進(jìn)入基因醫(yī)學(xué)的時(shí)代人類(lèi)進(jìn)入基因醫(yī)學(xué)的時(shí)代疾病診斷疾病診斷藥物藥物1 1藥物藥物2 2藥物藥物3 3疾病診斷疾病診斷藥物藥物1 1藥物藥物2 2藥物藥物3 3藥物敏感性測(cè)定藥物敏感性測(cè)定目前的疾病治目前的疾病治療療將來(lái)的疾病治療將來(lái)的疾病治療三、推動(dòng)了模式生物基因組的研究三、推動(dòng)了模式生物基因組的研究o 人類(lèi)基因組框架圖的

25、建立和完成，推動(dòng)了對(duì)模式生人類(lèi)基因組框架圖的建立和完成，推動(dòng)了對(duì)模式生物的全基因組的測(cè)定。目前已經(jīng)完成了酵母、大腸物的全基因組的測(cè)定。目前已經(jīng)完成了酵母、大腸桿菌、小鼠、線蟲(chóng)、果蠅、水稻等桿菌、小鼠、線蟲(chóng)、果蠅、水稻等7070種生物基因組種生物基因組的測(cè)序和作圖。另外有的測(cè)序和作圖。另外有13001300多種生物的基因組測(cè)序多種生物的基因組測(cè)序正在進(jìn)行中。正在進(jìn)行中。四四、促進(jìn)了學(xué)科的交叉與重組促進(jìn)了學(xué)科的交叉與重組o HGPHGP的深入發(fā)展誕生了許多新學(xué)科領(lǐng)域，其中以生的深入發(fā)展誕生了許多新學(xué)科領(lǐng)域，其中以生物信息的收集、貯存、分析、利用、共享、服務(wù)、物信息的收集、貯存、分析、利用、共享、服

26、務(wù)、研究、和開(kāi)發(fā)為核心的生物信息學(xué)。以數(shù)據(jù)處理和研究、和開(kāi)發(fā)為核心的生物信息學(xué)。以數(shù)據(jù)處理和作圖為主的計(jì)算生物學(xué)等等。作圖為主的計(jì)算生物學(xué)等等。人類(lèi)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的利用人類(lèi)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的利用主要相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)主要相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)o NCBI基因組站點(diǎn)：基因組站點(diǎn)： /genbank/o 歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的EMBL（DNA數(shù)據(jù)庫(kù)）站點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫(kù)）站點(diǎn)： http:/www.embl-heidelberg.deo 日本遺傳研究所的日本遺傳研究所的DDBJ站點(diǎn)：站點(diǎn)： http:/www.ddbj.nig.ac.jp/o 三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的

27、數(shù)據(jù)基本一致，僅在數(shù)據(jù)格式上有所差別。三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)基本一致，僅在數(shù)據(jù)格式上有所差別。 是綜合性的是綜合性的DNA和和RNA序列數(shù)據(jù)庫(kù)。序列數(shù)據(jù)庫(kù)。 GenBankGenBanko GenBankGenBank是美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（是美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（NCBI)NCBI)建立的建立的DNADNA序列數(shù)序列數(shù)據(jù)庫(kù)，從公共資源中獲取序列數(shù)據(jù)，主要是科研人員直接提供據(jù)庫(kù)，從公共資源中獲取序列數(shù)據(jù)，主要是科研人員直接提供或來(lái)源于大規(guī)?；蚪M測(cè)序計(jì)劃。為保證數(shù)據(jù)盡可能的完全，或來(lái)源于大規(guī)模基因組測(cè)序計(jì)劃。為保證數(shù)據(jù)盡可能的完全，GenBankGenBank與與EMBLEMBL、DDBJ

28、DDBJ建立了相互交換數(shù)據(jù)的合作關(guān)系。用戶(hù)可建立了相互交換數(shù)據(jù)的合作關(guān)系。用戶(hù)可以通過(guò)以通過(guò)NCBINCBI的主頁(yè)使用的主頁(yè)使用GenBankGenBank。GenBankGenBank的宗旨是鼓勵(lì)科研團(tuán)的宗旨是鼓勵(lì)科研團(tuán)體對(duì)體對(duì)DNADNA序列的獲取，從而促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中序列的獲取，從而促進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中DNADNA序列的豐富和更新，序列的豐富和更新，所以所以NCBINCBI對(duì)對(duì)GenBankGenBank的數(shù)據(jù)使用與發(fā)送沒(méi)有任何限制。的數(shù)據(jù)使用與發(fā)送沒(méi)有任何限制。o GenBankGenBank的利用：人的的利用：人的2222條常染色體、條常染色體、X X、Y Y染色體目前序列分染色體目前序列分析的

29、詳細(xì)資料；疾病和基因關(guān)系的教學(xué)用選擇性病例；其他生析的詳細(xì)資料；疾病和基因關(guān)系的教學(xué)用選擇性病例；其他生物基因組序列等。物基因組序列等。NCBINCBI收集的基因組數(shù)據(jù)量非常大，包括收集的基因組數(shù)據(jù)量非常大，包括20002000多個(gè)病毒基因組、多個(gè)病毒基因組、10001000多個(gè)微生物基因組及部分真核生物基因多個(gè)微生物基因組及部分真核生物基因組。組。與醫(yī)學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)o OMIM OMIM 該數(shù)據(jù)庫(kù)收集和更新人類(lèi)基因和遺傳病中的變異信息。該數(shù)據(jù)庫(kù)收集和更新人類(lèi)基因和遺傳病中的變異信息。o SAGE mapSAGE map 是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)獲得基因表達(dá)定量資料的技術(shù)。是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)獲得基因表達(dá)定

30、量資料的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括分子生物學(xué)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括分子生物學(xué)、DNADNA序列分析和生物信息學(xué)等技術(shù)。序列分析和生物信息學(xué)等技術(shù)。o Genes and DiseaseGenes and Disease 一個(gè)面向?qū)W生和公眾的網(wǎng)站，提供一些一個(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。疾病與基因關(guān)系的實(shí)例。o CGAP 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)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。胞的基因表達(dá)譜，以指導(dǎo)癌癥的早期診斷和治療。第二節(jié)第二節(jié) 后基因組學(xué)后基因組學(xué)一一、功能基因組學(xué)、功能基因組學(xué)o 功能基

31、因組學(xué)功能基因組學(xué)是研究基因組中所有基因的功能的科學(xué)。它是研究基因組中所有基因的功能的科學(xué)。它利用基因組學(xué)提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手利用基因組學(xué)提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因組中所有基因功段，在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因組中所有基因功能。能。o 研究?jī)?nèi)容主要包括基因組的表達(dá)，蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能，基研究?jī)?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，基因組功能注釋及突變檢測(cè)。因組多樣性的研究，基因組功能注釋及突變檢測(cè)?；虮磉_(dá)譜基因表達(dá)譜o 細(xì)胞在特定的條件下細(xì)胞在特定的條件下( (不同分化階段、疾病、應(yīng)激不同分化階段、疾

32、病、應(yīng)激) )所表達(dá)的基所表達(dá)的基因種類(lèi)和數(shù)量的特定模式。因種類(lèi)和數(shù)量的特定模式。o 基因表達(dá)譜的研究方法：基因表達(dá)譜的研究方法：o 基因芯片技術(shù)基因芯片技術(shù)（DNADNA微陣列）微陣列） 將大量已知序列的核酸探針?lè)肿訉⒋罅恳阎蛄械暮怂崽结樂(lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷虾笈c標(biāo)記的樣品固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品cDNAcDNA雜交。雜交信號(hào)陽(yáng)性的探雜交。雜交信號(hào)陽(yáng)性的探針?lè)肿泳褪窃诮M織或細(xì)胞中表達(dá)的分子階段?？梢砸淮涡詫?duì)細(xì)針?lè)肿泳褪窃诮M織或細(xì)胞中表達(dá)的分子階段?？梢砸淮涡詫?duì)細(xì)胞內(nèi)多種核酸分子進(jìn)行檢測(cè)和分析。胞內(nèi)多種核酸分子進(jìn)行檢測(cè)和分析。o 基因表達(dá)序列分析基因表達(dá)序列分析 可以快速和詳細(xì)地分析成千上萬(wàn)

33、個(gè)基因?？梢钥焖俸驮敿?xì)地分析成千上萬(wàn)個(gè)基因。此方法可以全面提供生物體基因表達(dá)譜信息，并且有可定量的此方法可以全面提供生物體基因表達(dá)譜信息，并且有可定量的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)。基因芯片技術(shù)基因芯片技術(shù)o 基因芯片技術(shù)基因芯片技術(shù)主要包括四個(gè)基本要點(diǎn)：芯片方陣的構(gòu)建、樣品主要包括四個(gè)基本要點(diǎn)：芯片方陣的構(gòu)建、樣品的制備、生物分子反應(yīng)和信號(hào)的檢測(cè)。的制備、生物分子反應(yīng)和信號(hào)的檢測(cè)。o 1 1、芯片制備，先將玻璃片或硅片進(jìn)行表面處理，然后使、芯片制備，先將玻璃片或硅片進(jìn)行表面處理，然后使DNADNA片片段按順序排列在片芯上。段按順序排列在片芯上。o 2 2、樣品制備，生物樣品往往是非常復(fù)雜的生物分子混合體，可、

34、樣品制備，生物樣品往往是非常復(fù)雜的生物分子混合體，可將樣品進(jìn)行生物處理，獲取其中的將樣品進(jìn)行生物處理，獲取其中的DNADNA、RNARNA，并且加以標(biāo)記，并且加以標(biāo)記，以提高檢測(cè)的靈敏度。以提高檢測(cè)的靈敏度。o 3 3、生物分子反應(yīng)，芯片上的生物分子之間的反應(yīng)是芯片檢測(cè)的、生物分子反應(yīng)，芯片上的生物分子之間的反應(yīng)是芯片檢測(cè)的關(guān)鍵一步。通過(guò)選擇合適的反應(yīng)條件使生物分子間反應(yīng)處于最關(guān)鍵一步。通過(guò)選擇合適的反應(yīng)條件使生物分子間反應(yīng)處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯(cuò)配比率。佳狀況中，減少生物分子之間的錯(cuò)配比率。o 4 4、芯片信號(hào)檢測(cè)，常用的芯片信號(hào)檢測(cè)方法是將芯片置入芯片、芯片信號(hào)檢測(cè)，常用的芯片

35、信號(hào)檢測(cè)方法是將芯片置入芯片掃描儀中，通過(guò)掃描以獲得有關(guān)生物信息。掃描儀中，通過(guò)掃描以獲得有關(guān)生物信息。 基因芯片的測(cè)序原理基因芯片的測(cè)序原理 在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當(dāng)溶液中帶有熒光在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當(dāng)溶液中帶有熒光標(biāo)記的核酸序列標(biāo)記的核酸序列TATGCAATCTAGTATGCAATCTAG，與基因芯片上對(duì)應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)匹配時(shí)，通過(guò)確定熒光，與基因芯片上對(duì)應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)匹配時(shí)，通過(guò)確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。據(jù)此可

36、重組出靶核酸的序列。 基因芯片及信息收集系統(tǒng)功能基因組的意義功能基因組的意義o 功能基因組內(nèi)容包括識(shí)別和鑒定人類(lèi)基因組，分析功能基因組內(nèi)容包括識(shí)別和鑒定人類(lèi)基因組，分析基因的功能，研究基因表達(dá)譜?；虻墓δ埽芯炕虮磉_(dá)譜。o 功能基因組研究具有巨大的應(yīng)用價(jià)值；功能基因組研究具有巨大的應(yīng)用價(jià)值；o 在醫(yī)療衛(wèi)生方面，研究成果課用于醫(yī)藥的發(fā)現(xiàn)和發(fā)在醫(yī)療衛(wèi)生方面，研究成果課用于醫(yī)藥的發(fā)現(xiàn)和發(fā)生；生；o 致病基因和易感疾病基因的鑒定和克隆，可用于全致病基因和易感疾病基因的鑒定和克隆，可用于全新原理的診斷治療和預(yù)防；新原理的診斷治療和預(yù)防；o 醫(yī)生能根據(jù)患者的個(gè)體遺傳信息，設(shè)計(jì)個(gè)體化的藥醫(yī)生能根據(jù)患者的

37、個(gè)體遺傳信息，設(shè)計(jì)個(gè)體化的藥物療法；物療法；o 科學(xué)家在人體器官和組織重組和再造方面講取得巨科學(xué)家在人體器官和組織重組和再造方面講取得巨大進(jìn)步。大進(jìn)步。二、轉(zhuǎn)錄組學(xué)二、轉(zhuǎn)錄組學(xué)o 轉(zhuǎn)錄組轉(zhuǎn)錄組(transcriptome)是指一種生物基因組表達(dá)的全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)是指一種生物基因組表達(dá)的全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的總稱(chēng)，包括某一環(huán)境條件、某一生命階段、某一生理或病物的總稱(chēng)，包括某一環(huán)境條件、某一生命階段、某一生理或病理理( (功能功能) )狀態(tài)下，生命體的細(xì)胞或組織所表達(dá)的基因種類(lèi)和水狀態(tài)下，生命體的細(xì)胞或組織所表達(dá)的基因種類(lèi)和水平。與基因組不同，轉(zhuǎn)錄組的定義中包含了時(shí)間和空間的限定。平。與基因組不同，轉(zhuǎn)錄組的定義

38、中包含了時(shí)間和空間的限定。同一細(xì)胞在不同的生長(zhǎng)時(shí)期及生長(zhǎng)環(huán)境下，其基因表達(dá)情況是同一細(xì)胞在不同的生長(zhǎng)時(shí)期及生長(zhǎng)環(huán)境下，其基因表達(dá)情況是不完全相同的。而在相同的生長(zhǎng)時(shí)期及生長(zhǎng)環(huán)境下，不同組織不完全相同的。而在相同的生長(zhǎng)時(shí)期及生長(zhǎng)環(huán)境下，不同組織的轉(zhuǎn)錄組也是不同的。的轉(zhuǎn)錄組也是不同的。o 以轉(zhuǎn)錄組分析為研究?jī)?nèi)容的研究領(lǐng)域稱(chēng)為以轉(zhuǎn)錄組分析為研究?jī)?nèi)容的研究領(lǐng)域稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)，即研究細(xì)，即研究細(xì)胞在某一功能狀態(tài)下所含胞在某一功能狀態(tài)下所含mRNAmRNA的類(lèi)型與拷貝數(shù)。的類(lèi)型與拷貝數(shù)。o 轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究方法包括的研究方法包括基因芯片技術(shù)基因芯片技術(shù)、基因表達(dá)系基因表達(dá)系列分析列分析及及大規(guī)

39、模平行測(cè)序系統(tǒng)大規(guī)模平行測(cè)序系統(tǒng)。o 一種以尼龍膜為基質(zhì)的一種以尼龍膜為基質(zhì)的“cDNAcDNA陣列陣列”是至今為止生物是至今為止生物信號(hào)平行分析最成功的形式信號(hào)平行分析最成功的形式 ，用于檢測(cè)生物樣品中基，用于檢測(cè)生物樣品中基因表達(dá)譜的改變因表達(dá)譜的改變 。三三、蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)一、蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念一、蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)的概念o 蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)組(proteome)(proteome)指一個(gè)細(xì)胞或一種組織的基因組所表指一個(gè)細(xì)胞或一種組織的基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。達(dá)的全部蛋白質(zhì)。o 蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)(proteomics)是在整體水平上研究細(xì)胞內(nèi)

40、蛋白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)。質(zhì)組成及其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。二、蛋白質(zhì)組與基因組的比較二、蛋白質(zhì)組與基因組的比較蛋白質(zhì)組與基因組的比較（結(jié)果）蛋白質(zhì)組與基因組的比較（結(jié)果）o蛋白質(zhì)具有多樣性蛋白質(zhì)具有多樣性 在轉(zhuǎn)錄時(shí)，一個(gè)基因可以有多種在轉(zhuǎn)錄時(shí)，一個(gè)基因可以有多種mRNAmRNA選擇性剪接，而且同一蛋白又選擇性剪接，而且同一蛋白又可能進(jìn)行多種形式的翻譯后修飾，故一個(gè)蛋白質(zhì)組不是一個(gè)基因組的直可能進(jìn)行多種形式的翻譯后修飾，故一個(gè)蛋白質(zhì)組不是一個(gè)基因組的直接產(chǎn)物。目前估計(jì)人類(lèi)蛋白質(zhì)數(shù)量種類(lèi)大約在接產(chǎn)物。目前估計(jì)人類(lèi)蛋白質(zhì)數(shù)量種類(lèi)大約在2020萬(wàn)到萬(wàn)到200200萬(wàn)之間，遠(yuǎn)大

41、萬(wàn)之間，遠(yuǎn)大于人類(lèi)基因的數(shù)量（于人類(lèi)基因的數(shù)量（2.42.4萬(wàn)萬(wàn)2.52.5萬(wàn)個(gè)）。萬(wàn)個(gè)）。o蛋白質(zhì)隨時(shí)間和空間而動(dòng)態(tài)變化蛋白質(zhì)隨時(shí)間和空間而動(dòng)態(tài)變化 在個(gè)體的不同發(fā)育階段或者細(xì)胞的不同活動(dòng)時(shí)期，在不同的外環(huán)境在個(gè)體的不同發(fā)育階段或者細(xì)胞的不同活動(dòng)時(shí)期，在不同的外環(huán)境或者應(yīng)激條件下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)種類(lèi)是不一樣的。而個(gè)體或細(xì)胞或者應(yīng)激條件下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)種類(lèi)是不一樣的。而個(gè)體或細(xì)胞的基因組則不發(fā)生變化。的基因組則不發(fā)生變化。o蛋白質(zhì)彼此間有著直接的影響蛋白質(zhì)彼此間有著直接的影響 某一種蛋白質(zhì)功能的實(shí)現(xiàn)，通常離不開(kāi)它與其他蛋白質(zhì)之間的相互某一種蛋白質(zhì)功能的實(shí)現(xiàn)，通常離不開(kāi)它與其他蛋白質(zhì)之

42、間的相互作用。換而言之，不與其他蛋白質(zhì)發(fā)生作用的孤立蛋白質(zhì)根本就不存在。作用。換而言之，不與其他蛋白質(zhì)發(fā)生作用的孤立蛋白質(zhì)根本就不存在。o蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)尚不成熟蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)尚不成熟 目前還沒(méi)有建立起想人類(lèi)基因組測(cè)序那樣高效可行的技術(shù)平臺(tái)。目前還沒(méi)有建立起想人類(lèi)基因組測(cè)序那樣高效可行的技術(shù)平臺(tái)。三三、蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法o 雙向電泳：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)混合物在電荷異性，將蛋白質(zhì)混合物在電荷( (等電聚焦等電聚焦) )和分子量和分子量( (變性聚丙酰變性聚丙酰胺凝膠電泳，胺凝膠電

43、泳，SDS-PAGE)SDS-PAGE)兩個(gè)水平上進(jìn)行分離。能同時(shí)分辨上千兩個(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)。蛋白質(zhì)組研究的發(fā)展以雙向電泳技術(shù)作為核心個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)。蛋白質(zhì)組研究的發(fā)展以雙向電泳技術(shù)作為核心. . o 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片是一種高通量的蛋白功能分析技術(shù)，可用于蛋白質(zhì)是一種高通量的蛋白功能分析技術(shù)，可用于蛋白質(zhì)表達(dá)譜分析，研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，甚至表達(dá)譜分析，研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，甚至DNA蛋白蛋白質(zhì)、質(zhì)、RNA蛋白質(zhì)的相互作用，篩選藥物作用的蛋白靶點(diǎn)等蛋白質(zhì)的相互作用，篩選藥物作用的蛋白靶點(diǎn)等 o 生物質(zhì)譜與蛋白質(zhì)鑒定：生物質(zhì)譜與蛋白質(zhì)鑒定：質(zhì)譜分析是通過(guò)

44、測(cè)定樣品離子的質(zhì)荷質(zhì)譜分析是通過(guò)測(cè)定樣品離子的質(zhì)荷比比(m/z)(m/z)來(lái)進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析的方法?？捎糜冢旱鞍踪|(zhì)被識(shí)來(lái)進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析的方法?？捎糜冢旱鞍踪|(zhì)被識(shí)別特異蛋白酶水解后得到的肽片段質(zhì)量圖譜；串聯(lián)質(zhì)譜儀可別特異蛋白酶水解后得到的肽片段質(zhì)量圖譜；串聯(lián)質(zhì)譜儀可直接測(cè)定肽段的序列；翻譯后修飾蛋白質(zhì)的鑒定：質(zhì)譜可以直接測(cè)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。進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后修飾鑒定。o 雙向電泳是等電聚焦電泳和雙向電泳是等電聚焦電泳和SDS-PAGESDS-PAGE的組合，即先進(jìn)行等電聚的組合，即先進(jìn)行等電聚焦電泳（按照焦電泳（按照pIpI分離），然后再

45、進(jìn)行分離），然后再進(jìn)行SDS-PAGESDS-PAGE（按照分子大（按照分子大?。?jīng)染色得到的電泳圖是個(gè)二維分布的蛋白質(zhì)圖。?。?，經(jīng)染色得到的電泳圖是個(gè)二維分布的蛋白質(zhì)圖。o 等電聚焦電泳是利用特殊的緩沖液在聚丙烯酰胺凝膠內(nèi)制造一等電聚焦電泳是利用特殊的緩沖液在聚丙烯酰胺凝膠內(nèi)制造一個(gè)個(gè)pHpH梯度，電泳時(shí)每種蛋白質(zhì)就將遷移到等于其等電點(diǎn)（梯度，電泳時(shí)每種蛋白質(zhì)就將遷移到等于其等電點(diǎn)（pIpI）處（此時(shí)此蛋白質(zhì)電荷為零），形成一個(gè)很窄的區(qū)帶。處（此時(shí)此蛋白質(zhì)電荷為零），形成一個(gè)很窄的區(qū)帶。四、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)四、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)o 蛋白信息源數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白信息源數(shù)據(jù)庫(kù)(PIR)o 蛋白序列數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白

46、序列數(shù)據(jù)庫(kù)(SWISS-PROT，TrEMBL)o 基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)(Genbank，EMBL)o 蛋白模式數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白模式數(shù)據(jù)庫(kù)(Prosite)o 蛋白二維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白二維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫(kù)o 蛋白三維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白三維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB, FSSP)o 蛋白翻譯后修飾數(shù)據(jù)庫(kù)蛋白翻譯后修飾數(shù)據(jù)庫(kù)(O-GLYCBASE)o 基因組數(shù)據(jù)庫(kù)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)(GDB, OMIM)o 代謝數(shù)據(jù)庫(kù)代謝數(shù)據(jù)庫(kù)(ENZYME)PIRPIR數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)（Protein Information ResourceProtein Information Resource）o PIRPIR數(shù)據(jù)庫(kù)是個(gè)

47、全面的、經(jīng)過(guò)注釋的、非冗余的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)是個(gè)全面的、經(jīng)過(guò)注釋的、非冗余的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)，所有序列數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)整理。幫助研究者識(shí)別和解釋蛋白質(zhì)庫(kù)，所有序列數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)整理。幫助研究者識(shí)別和解釋蛋白質(zhì)的序列信息，研究分子進(jìn)化、功能基因組。的序列信息，研究分子進(jìn)化、功能基因組。o PIRPIR是一個(gè)蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)、相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和輔助工具的集成系是一個(gè)蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)、相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和輔助工具的集成系統(tǒng)，包括統(tǒng)，包括(1) (1) 能快速查詢(xún)、比較蛋白質(zhì)序列能快速查詢(xún)、比較蛋白質(zhì)序列 (2) (2) 查出蛋白質(zhì)的查出蛋白質(zhì)的功能位點(diǎn)功能位點(diǎn)(3) (3) 可進(jìn)行多種方式的序列比較可進(jìn)行多種方式的序列

48、比較o 除了蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)外，除了蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)外，PIRPIR還包含以下信息：還包含以下信息： (1) (1) 蛋白質(zhì)名稱(chēng)、蛋白質(zhì)的分類(lèi)、蛋白質(zhì)的來(lái)源蛋白質(zhì)名稱(chēng)、蛋白質(zhì)的分類(lèi)、蛋白質(zhì)的來(lái)源(2) (2) 關(guān)于原關(guān)于原始數(shù)據(jù)的參考文獻(xiàn)始數(shù)據(jù)的參考文獻(xiàn)(3) (3) 蛋白質(zhì)功能和蛋白質(zhì)的一般特征，包括蛋白質(zhì)功能和蛋白質(zhì)的一般特征，包括基因表達(dá)、翻譯后處理、活化等基因表達(dá)、翻譯后處理、活化等(4) (4) 序列中相關(guān)的位點(diǎn)、功能序列中相關(guān)的位點(diǎn)、功能區(qū)域區(qū)域PIR數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)（Protein Information Resource）五、蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用及進(jìn)展五、蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用及進(jìn)展o 用于尋找

49、疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，如疾病蛋白質(zhì)標(biāo)志物。用于尋找疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，如疾病蛋白質(zhì)標(biāo)志物。o 用于微生物蛋白質(zhì)組研究，徹底闡明病原微生物的致病機(jī)用于微生物蛋白質(zhì)組研究，徹底闡明病原微生物的致病機(jī)制并尋找全新的藥物作用靶點(diǎn)。制并尋找全新的藥物作用靶點(diǎn)。o 蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)將成為藥物設(shè)計(jì)的路標(biāo)。蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)將成為藥物設(shè)計(jì)的路標(biāo)。o 對(duì)不同生物的蛋白質(zhì)組進(jìn)行比較性研究，可以對(duì)生物進(jìn)化對(duì)不同生物的蛋白質(zhì)組進(jìn)行比較性研究，可以對(duì)生物進(jìn)化途徑提供參考，對(duì)多細(xì)胞生物的起源提供線索。途徑提供參考，對(duì)多細(xì)胞生物的起源提供線索。o 追蹤細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的移位，闡明目標(biāo)蛋白質(zhì)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)追蹤細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的移位，闡明目標(biāo)蛋白

50、質(zhì)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的位置。途徑中的位置。第四節(jié)第四節(jié) 后基因組學(xué)時(shí)代生命科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)后基因組學(xué)時(shí)代生命科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)由基因組學(xué)向功能基因組學(xué)轉(zhuǎn)變由基因組學(xué)向功能基因組學(xué)轉(zhuǎn)變由基因組學(xué)向蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)變由基因組學(xué)向蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)變有以基因?yàn)榛A(chǔ)的基因鑒定向以序列為基礎(chǔ)的基因鑒定有以基因?yàn)榛A(chǔ)的基因鑒定向以序列為基礎(chǔ)的基因鑒定轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變由單基因疾病的研究向多基因疾病研究轉(zhuǎn)變由單基因疾病的研究向多基因疾病研究轉(zhuǎn)變由對(duì)疾病的特異性由對(duì)疾病的特異性DNADNA診斷向疾病易感性檢測(cè)轉(zhuǎn)變?cè)\斷向疾病易感性檢測(cè)轉(zhuǎn)變由分析單個(gè)基因想分析基因家族生化通路和系統(tǒng)中多基由分析單個(gè)基因想分析基因家族生化通路和系統(tǒng)中多基因轉(zhuǎn)變因轉(zhuǎn)變由研究基因的作用想研究基因作用的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)變由研究基因的作用想研究基因作用的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)變由研究疾病