第十五章 生物化學(xué)與新生物技術(shù)

第十五章

生物化學(xué)與新生物技術(shù)

基因組genome基因組是生物體內(nèi)全部遺傳信息的集合一個(gè)物種單倍體的一套染色體DNA幾個(gè)代表物種的基因組大小基因組學(xué)genomics發(fā)展和應(yīng)用DNA制圖、測(cè)序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，研究生命體（包括人類）全部基因組結(jié)構(gòu)及功能的學(xué)科基因組學(xué)研究的最終目標(biāo)獲得生物體全部基因組序列鑒定所有基因的功能明確基因之間的相互作用關(guān)系闡明基因組的進(jìn)化規(guī)律

人類基因組計(jì)劃的科學(xué)意義在于：（1）確定人類基因組中約5萬個(gè)編碼基因的序列及其在基因組中的物理位置，研究基因的產(chǎn)物及其功能。

（2）了解轉(zhuǎn)錄和剪接調(diào)控元件的結(jié)構(gòu)與位置，從整個(gè)基因組結(jié)構(gòu)的宏觀水平上理解基因轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。

（3）從整體上了解染色體結(jié)構(gòu)，包括各種重復(fù)序列以及非轉(zhuǎn)錄“框架序列”的大小和組織，了解各種不同序列在形成染色體結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)調(diào)控中的影響與作用。

（4）研究空間結(jié)構(gòu)對(duì)基因調(diào)節(jié)的作用。有些基因的表達(dá)調(diào)控序列與被調(diào)節(jié)基因從直線距離上看，似乎相距甚遠(yuǎn)，但若從整個(gè)染色體的空間結(jié)構(gòu)上看則恰恰處于最佳的調(diào)節(jié)位置，因此，有必要從三維空間的角度來研究真核基因的表達(dá)調(diào)控規(guī)律。（5）發(fā)現(xiàn)與DNA復(fù)制、重組等有關(guān)的序列。DNA的忠實(shí)復(fù)制保障了遺傳的穩(wěn)定性，正常的重組提供了變異與進(jìn)化的分子基礎(chǔ)。局部DNA的推遲復(fù)制、異常重組等現(xiàn)象則導(dǎo)致疾病或者胚胎不能正常發(fā)育，因此，了解與人類DNA正常復(fù)制和重組有關(guān)的序列及其變化，將對(duì)研究人類基因組的遺傳與進(jìn)化提供重要的結(jié)構(gòu)上的依據(jù)。（6）研究DNA突變、重排和染色體斷裂等，了解疾病的分子機(jī)制，包括遺傳性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引發(fā)的分子病理學(xué)改變及其進(jìn)程，為這些疾病的診斷、預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。

（7）確定人類基因組中轉(zhuǎn)座子、逆轉(zhuǎn)座子和病毒殘余序列，研究其周圍序列的性質(zhì)。了解有關(guān)病毒基因組侵染人類基因組后的影響，可能指導(dǎo)人類有效地利用病毒載體進(jìn)行基因治療。

（8）研究染色體和個(gè)體之間的多態(tài)性。這些知識(shí)可被廣泛用于基因診斷、個(gè)體識(shí)別、親子鑒定、組織配型、發(fā)育進(jìn)化等許多醫(yī)療、司法和人類學(xué)的研究。此外，這些遺傳信息還有助于研究人類歷史進(jìn)程、人類在地球上的分布與遷移以及人類與其他物種之間的比較。Hi塘st依or歌y與of妹t貸he喚H勵(lì)um詞an肺G舍en集om疏e撥Pr獲oj安ec披t19萬90護(hù)O慣ff棕ic活ia肺l塵st駁ar磚t求of采H諷GP首w每it諸h史3洗bi醋ll底io針n葛$騙an撈d惱a愈15晚y地ea咱r右ho嚇ri滾zo抵n.19損99泳Sa趕ng葡er繁C資en耳tr秘e顆pu封bl煌is裕he融s帥ch陷ro約mo稿so徑me暴2擾220縮慧01決D釘ra踢ft攻G頸en門om芬e黨pu五bl蓋is幅he磁d:剝C楚el不er疲a潮&瞧Pu泄bl樸ic20敘03使C恥om頸pl妻et套io惱n都(a揉l(xiāng)m雁os雄t)余o膝f淹Hu登ma聰n啊Ge屑no避meCe罷le占ra奧:Cr靠ai湯g呢Ve父nt侵erIn戀tl銀.敞Co礦ns驕:Fr娃an川ci準(zhǔn)s漁Co吃ll好in登s人類肥基因錄組計(jì)克劃HG奸P所有徒的標(biāo)秒記都閘必須虛具有走多態(tài)渣性由于牛不能塑對(duì)人萬類進(jìn)消行“得選擇節(jié)性”疫婚配雀，而儀且人茅類子笛代個(gè)兼體數(shù)撿量有喇限、竟世代分壽命襯較長晝，呈突共顯勵(lì)多態(tài)照性的餐蛋白天質(zhì)數(shù)圈量不露多，情等位部基因獵的數(shù)周量不辨多。形態(tài)當(dāng)標(biāo)記細(xì)胞北學(xué)標(biāo)臺(tái)記生化度標(biāo)記DN尺A分子?jì)蓸?biāo)記遺傳異標(biāo)記物理困圖物理吹圖是自指以宿已知謠核苷俱酸序車列的DN錘A片段晃為“菊路標(biāo)怨”，領(lǐng)以堿久基對(duì)船（bp，kb，Mb）作揉為基浙本測(cè)孫量單虎位（鏟圖距騙）的稻基因扁組圖蓄。酵母爆第三愈號(hào)染蝦色體復(fù)遺傳旬圖（杯右）退和物結(jié)理圖蛾（左薯）的既比較策略用機(jī)注器進(jìn)野行自燦動(dòng)測(cè)佩序，床一次秒可讀40默0－80漆0個(gè)堿咽基，晶由于卻測(cè)定銷的序慨列長瀉度有南一定阻限制缺?？寺《芍丿B盟群法鳥槍酬法克隆臘重疊胳群法將基圍因組DN葵A切割柔長度趟為0.顏1M研b－1M性b的大醒片段詠，克尋隆到Y(jié)A怪C或BA贊C載體惑上然后鼠再進(jìn)耍行亞賽克隆紡，分潛別測(cè)范定單款個(gè)亞經(jīng)克隆熔的序槽列再裝勢(shì)配、雅連接單成連侮續(xù)的DN炮A分子描。這是績一種博自上架而下笑（up箏t桂o蹦do彎wn）的測(cè)導(dǎo)序策擴(kuò)略cl茶on模e-若by眨-c嫁lo揮ne算m輸et超ho咐d鳥槍復(fù)法將較做長的遞基因舅片段娃打斷寧，構(gòu)寸建一蘿系列若的隨落機(jī)亞情克隆山，然車后測(cè)恒定每慰個(gè)亞絕克隆姜的序?yàn)沉?，臉用?jì)年算機(jī)動(dòng)分析倡以發(fā)怪現(xiàn)重裙疊區(qū)飲域，詳最終潛對(duì)大疾片段竊的DN嶼A定序抹。全基幫因組凱鳥槍外法測(cè)候序主摟要步檢驟：建立與高度顧隨機(jī)怪、插剃入片豈段大腐小為2k環(huán)b左右罪的基甘因組尤文庫厚。克診隆數(shù)勢(shì)要達(dá)培到一嶼定數(shù)籠量，窗即經(jīng)駛末端提測(cè)序掉的克儀隆片徐段的緒堿基腳總數(shù)眠應(yīng)達(dá)鴨到基堤因組5倍以來上。高效莊、大偶規(guī)模跟的末煉端測(cè)鐘序。們對(duì)文邪庫中政每一突個(gè)克鼓隆，頑進(jìn)行浪兩端處測(cè)序序列哭集合別。填補(bǔ)沾缺口雅。有巧兩種抹待填嶄補(bǔ)的喉缺口急，一國是沒俱有相應(yīng)應(yīng)模萄板DN照A的物偽理缺生口，蹈二是探有模為板DN浸A但未刊測(cè)序剖的序落列缺拍口。測(cè)序拾技術(shù)Sa小ng孔er雙脫毫氧鏈擠終止瓜法Ma舍xa惡m-G窄il瞧be證rt化學(xué)嚷修飾內(nèi)法高通議量測(cè)麗序技底術(shù)高通氏量DN歐A序列裝分析枕技術(shù)人類鋤基因本組計(jì)泥劃的羽成功贊很大虎程度零上得妻益于曾有效憑減少DN專A測(cè)序擱成本點(diǎn)的技羅術(shù)更晃新。振通過折改良編測(cè)序瞧方法管，不用斷提差升其咐自動(dòng)邪化程壇度，DN絨A測(cè)序澆的成桶本降畫低了10誦0倍，再從20世紀(jì)70狼-8余0年代$1鍋0/陸bp降低行到本喚世紀(jì)駁初$0侍.1粱/b付p！如果呈一個(gè)抗熟練外的DN癥A序列衡分析棵人員耐采取余早期80年代鏈方法即每天巖測(cè)定10稀00bp計(jì)算紀(jì)，人浩類基段因組侍（約3×乓10寸9b多p）的票全序秋列分抽析，清至少姨也得貧需要10貴0名這話樣的蹤蝶工人鍵花上10狼0年的覽時(shí)間驅(qū)才能霸完成堵。而20系00年代親的高咬通量原測(cè)序杯儀可朽達(dá)到磁月測(cè)更序1-哨6Mb梯p！第二史代測(cè)半序技絲式術(shù)?揪“N平ex爸t報(bào)Ge渡ne附ra萌ti司on床”–宏Ro公ch紋e翠45原4：Py歐ro左se塞qu劈燕en世ci祝ng–So壓le網(wǎng)xa展/I斜ll孤um害in軌a：cy梢cl哀ic殊al飽b嘆as才e格ad牙di作ti馳on–溝AB異ISO四Li噸D：se喬qu捉en死ci往ng恨b束y孕l(wèi)i字ga奶ti爬onIl畏lu義mi爛na良/逆S攔ol膽ex清aGe寄no濱me晚A破na尖ly更ze劍r20缺00撐M過b羞/見ru逐nAp腰pl租ie駕d次Bi電os恒ys真te為msAB農(nóng)I濫37亮30強(qiáng)XL1悲Mb部/豬d升ayRo躲ch準(zhǔn)e巧/進(jìn)45測(cè)4Ge熟no誼me怒S婦eq勺u(yù)e齒nc朽er快FL風(fēng)X10孟0奇Mb無/沸r委unAp草pl歐ie芝d甚Bi孝os芬ys惕te責(zé)msSO糕Li悶D30賠00燈M倘b座/北ru燃n功能勵(lì)基因嫩組學(xué)在完塊成一須個(gè)生睜物體峰全部踐基因志組測(cè)蘿序的響基礎(chǔ)錄上，牛詳盡你分析剛基因糟組的址序列旗，鑒緞定基宅因組名全部梯基因乖的功衣能，撈描述盯各個(gè)牌基因慶的表糖達(dá)和罩調(diào)控專模式后。轉(zhuǎn)錄粥組學(xué)研究床某一酬特殊歇功能攀狀態(tài)貴的細(xì)貌胞全住套R(shí)N找A的類闊型與距拷貝牲數(shù)；鼓比較嫌不同舞功能滾狀態(tài)膀下RN隙A表達(dá)庫的變病化，淚搜尋霜與功左能狀貸態(tài)變主化緊姨密相鋤關(guān)的鄙重要昆基因邀群。萌此研冰究領(lǐng)播域的些常用己技術(shù)李是生往物芯剃片技零術(shù)。蛋白斯質(zhì)組朵學(xué)指蛋抓白質(zhì)小組研旦究領(lǐng)取域，閣即研贊究某導(dǎo)一特巴定狀踢態(tài)的掩細(xì)胞縣全套號(hào)蛋白逮質(zhì)表爺達(dá)譜脊。此里研究睛領(lǐng)域殲常用田技術(shù)講有蛋翁白質(zhì)菜雙向兆電泳炒、飛菌行質(zhì)跪譜、蛛蛋白倍質(zhì)芯既片技敢術(shù)等售。轉(zhuǎn)錄帝組指一吸個(gè)細(xì)蘭胞內(nèi)蒜的一跌套R(shí)N獲A轉(zhuǎn)錄恰物，闖包含跡了某釘一環(huán)慕境條看件、衣某一共生命伯階段蜂、某殖一生概理或割病理創(chuàng)（功炸能）洋狀態(tài)逼下，迫生命騙體的共細(xì)胞仙或組衡織所漏表達(dá)浴的基濱因種煉類和習(xí)水平河。mR黑NA小RN喇A：mi貸RN續(xù)A、si轟RN稍A蛋白椒質(zhì)組指一耀個(gè)細(xì)搖胞內(nèi)矩的全型套蛋姑白質(zhì)慎，即紅研究稈某一丑特定笑狀態(tài)賴的細(xì)鄭胞全腥套蛋伐白質(zhì)陪表達(dá)蓬譜。宮此研伴究領(lǐng)朵域常鋸用技鵝術(shù)有酷蛋白丘質(zhì)雙么向電贊泳、顏飛行虜質(zhì)譜仁、蛋滲白質(zhì)凳芯片嶄技術(shù)燭等。與基親因組吧不同痕的是鬧，轉(zhuǎn)匹錄組柳、蛋培白質(zhì)魔組的歸定義魄中包懲含了絹時(shí)間律和空糖間的燭限定立。轉(zhuǎn)錄威組學(xué)趴基本豆研究踐方法Re翻al暖-t扣im遺e睜PC葉R基于薪雜交密的轉(zhuǎn)汁錄組百學(xué)方偷法基因杠芯片基于蠢測(cè)序喂的轉(zhuǎn)語錄組俯學(xué)方天法ES需T全長cD裳NA文庫SA意GE第二竟代測(cè)扣序技幟術(shù)生物徑信息押學(xué)分朗析：伐基因扛表達(dá)炎聚類生物炭芯片在載允體材詠料上奸，以抖大規(guī)扇模陣姻列的慰形式蔽排布搜了不倆同的丙蛋白震質(zhì)或心核酸奶等生雷物分割子，杠形成邀可與道目的鏟靶分冒子相務(wù)互作葵用，新并進(jìn)孫行反墨應(yīng)的題固相豈表面證。DN它A芯片通過扎微陣設(shè)列(M穗ic棒ro晶ar賴ra區(qū)y)技術(shù)謠將高但密度DN揪A片段瘋陣列馬通過編高速勞機(jī)器晚人或效原位仰合成晶方式篩以一榮定的稻順序好或排塔列方禮式使穴其附挪著在夾固相章表面文，以本熒光醬標(biāo)記休的DN網(wǎng)A探針濕，借就助堿連基互拍補(bǔ)雜耽交原去理，稈進(jìn)行拾大量罩的DN農(nóng)A檢測(cè)基因巨組芯荒片表達(dá)醒芯片芯片多載體玻璃躬片、墻硅片去、尼康龍膜董、凝撤膠、誼金屬對(duì)載墊體進(jìn)換行化觸學(xué)修助飾，堤活化炎試劑啊通過凳化學(xué)罪反應(yīng)路在載比體表大面鍵畢合上史活性鮮基團(tuán)岔，以租便與界配基雀結(jié)合園，形坡成具灑有生販物活徐性的縮慧親和會(huì)表面吐，用頓于固關(guān)定蛋權(quán)白質(zhì)旋和核娃酸活化企試劑霸：ED訴C、NH系S活性津基團(tuán)駕：氨瘡基、幼環(huán)氧思化物蟲、巰棟基、勉醛基基因煉芯片婚的探沃針寡核香苷酸Ol寨ig巧ocD膚NA：PC鞠R產(chǎn)物Sp顛ot暮te屈d弄Mi恥cr廁oa夫rr顏ay貿(mào)scD策NAAr培ra至ysOl項(xiàng)ig考o(jì)Ar姥ra膨ysIn嗽S投it仔uOl席ig吼oSy對(duì)nt錢he扎si縱sPh獨(dú)ot敲os急yn陽th地es獅isPl墓an脾er肅s叼ur晶fa戒ceMi晌cr奪of之lu叼id榮ic皺sch披ipE-半fi奏el奮d坑sy門nt惱he作si勒sIn隱te偏gr羨at睡ed略C購hi部psIn便te把gr慣at幼eduF,紗mi誤cr猴oa徑rr怕ay畢a尿nd鍋d捷et扒ec廈ti央on黑c芽hi從ps云w吸it斧h塞PC挖R,皂f拿lu調(diào)or靈es動(dòng)ce篇nc暈e螺or貴e棄-d蛋et亦ec者ti孔o(hù)nMi納cr曾of膚lu畫id勺ic杯sPl方as塌ti薯csCe跨ra遼mi炸csSi抓li鞏co闖nOt遠(yuǎn)he賊r諒ma究te磨ri嗚al誘s不同武的生第物芯砍片技煩術(shù)平芽臺(tái)點(diǎn)樣系芯片原位駁合成田芯片微流煎體芯語片整合腸型芯懸片點(diǎn)樣流芯片非接額觸式接觸毯式預(yù)先暢合成襲好的是探針卸通過販類似外于噴租墨打里印機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