功能基因组学研究概述

报告人报告人 :马马 云云信阳师范学院生命科学学院信阳师范学院生命科学学院2008年年 5月月Summary on （ Functional ） Genomics（功能）基因组学研究概述（功能）基因组学研究概述基因组学相关概念基因组学相关概念牛基因组学研究进展牛基因组学研究进展功能基因组学研究的内容及方法功能基因组学研究的内容及方法 本人在牛基因组研究方面做的一点工作本人在牛基因组研究方面做的一点工作目目 录录1.基因组学相关概念1.基因组学相关概念1.基因组学相关概念w 牛基因组计划始于 2003年 12月，内容包括 绘制遗传图谱、物理图谱 ，获得全面的转录图谱，并对基因进行识别，鉴定其功能。w 牛的基因组据估计由大约 30亿个碱基对组成，与人和其他哺乳动物基因组规模相当。绘制牛的基因组图谱，不仅在改进乳品和肉制品质量等领域有潜在用途，也有助于加深对人类基因组的理解。2.牛基因组学研 究 进 展w 2.1牛基因组遗传图谱遗传图谱 (Genetic map)又称遗传连锁图谱(Genetich linkage map)，是指通过遗传重组所得到的基因在具体染色体上的线性排列图。通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，一般用厘摩 (cM)确定标记基因或者位点间的相对距离，即每次减数分裂的重组频率来表示。w 2.2牛基因组物理图谱物理图谱是在 DNA分子水平上描述染色体中标记位点间顺序和物理距离的图谱。常用的物理图谱构建方法有三种，分别基于辐射杂交、限制性酶切指纹图谱和大量的BAC的末段测序。2.牛基因组学研 究 进 展w 2.3 牛基因组转录图谱w 转录图谱 (Transcript map)是用基因表达的各种RNA产物做路标，将各器官中表达的 mRNA转化成 cDNA，利用其 3或 5非翻译区构建短的，具有代表性的 cDNA片段，也即表达序列标签(Expressed sequence Tag， EST)。 w 2.4牛基因组 DNA的全序列测定w 2.5基因功能的鉴定研究2.牛基因组学研 究 进 展w 1.最新的牛遗传连锁图谱由 4585个标记组成，平均图距精确到 1.2cM，是研究牛数量性状位点、定位并克隆生产性状相关基因，进行分子辅助育种的蓝图。w 2.基于限制性酶切指纹图与末端测序技术对 294651个 BAC克隆分析拼接成的物理图谱，覆盖约 15.8倍的基因组，为牛全基因组测序和组装提供了框架。w 3.融合了全基因组鸟枪法和逐步克隆法绘制的牛基因组草图，包含了 26052388个可用测序读长，覆盖约 7.0倍基因组，拼接成 2.87Gb的基因组序列。2.牛基因组学研 究 进 展w 截止到 2006年 6月 15日为止， GenBank中牛的 mRNA、 EST等序列数目达到 914 944条，这些序列拼接得到 37 225 个clusters，是转录水平获得序列最多的家养动物。目前已经建成了牛的各类组织器官的特异性 cDNA 文库有 100个。这些文库的建立为研究特定组织细胞的基因表达情况奠定了基础。 2.牛基因组学研 究 进 展3. 功能基因组学研究的内容及策略基因的功能主要包括 :生物化学功能 ， 细胞学功能及发育的功能 。目前， 基因功能的研究方法主要包括 :w 新基因的生物信息学分析w 体内表达规律分析 （转录和翻译水平）、w 功能获得 （基因转染和转基因）研究、w 功能失活 （基因沉默和基因敲除）研究、w 基因编码产物相互作用蛋白的研究 （免疫共沉淀和酵母双杂交）w 基因多样性研究 （ SNPs分析）等。3. 功能基因组学研究的内容及策略w 3.1新基因的生物信息学分析 （基因结构及编码产物功能预测 )w 3.1.1新基因的电子克隆 :利用表达序列标签 (EST) 数据库发现新基因也被称为基因的电子克隆。 从数据库或 PubMed寻找感兴趣的 cDNA或氨基酸序列 ; 相同 Unigene或 cluster的 EST片段归类在一起 , 并初步拼接和校对 ; 基于 GenBank完整 EST数据库的 EST拼接、校对并尽可能延长获得的大片段或全长 cDNA, 称为 Contig; Contig 输入 nr数据库通过 BLAST查新选留新颖 Contig; 再通过 GenBank完整 EST数据库比对确定最终 cDNA Contig; 分析开放阅读码框 (ORF)、 Kozak规则、加尾信号、多聚腺苷酸 (PolyA) 等 ; 获得新基因全序列 包括内含子 ( intron)和外显子 (exon) 序列 , 定位于染色体上并作图。3. 功能基因组学研究的内容及策略w 3.1新基因的生物信息学分析 （基因结构及编码产物功能预测 )w 3.1.2新基因的结构区域预测 : 对编码区进行统计特性分析 启动子分析 启动子是基因表达所必需的重要序列信号 , 识别出启动子对认识基因组功能、基因表达调控机制以及人类疾病与启动子多态性或突变有很大的帮助。 内含子 /外显子剪接位点 (GT/AG规则 ) 翻译起始位点（ “ Kozak规则 ” ） 翻译终止信号3. 功能基因组学研究的内容及策略w 3.1新基因的生物信息学分析 （基因结构及编码产物功能预测 )w 3.1.3新基因的功能预测 :序列同源比较 :主要方法有 同源检索(NCBI数据库的 Blastn)和 多序列对齐 (multiple sequence alignment,MSA)w 3.1.4蛋白质结构与功能预测 ： 从氨基酸组成辨识蛋白质 、 蛋白质物理性质预测 (如等电点、分子量、酶切特性、疏水性等)。 蛋白质结构预测 （蛋白质二、三级结构及特殊结构预测）、 蛋白质功能的预测 （通过相似序列的数据库比对确定功能、确定序列特性、通过序列模体数据库等的比对确定功能）3. 功能基因组学研究的内容及策略3. 功能基因组学研究的内容及策略3. 功能基因组学研究的内容及策略3. 功能基因组学研究的内容及策略3. 功能基因组学研究的内容及策略w 3. 功能基因组学研究的内容及策略蛋白质功能的预测及方法： .通过相似序列的数据库比对确定功能w 3. 功能基因组学研究的内容及策略蛋白质功能的预测及方法： .确定序列特性w 3. 功能基因组学研究的内容及策略蛋白质功能的预测及方法： .通过序列模体数据库等的比对确定功能新基因功能的实验室研究 :3.2新基因的体内表达规律分析3. 功能基因组学研究的内容及策略要开展新基因功能的研究工作，首要的研究任务就是摸清新基因在体内的表达规律，这包括从 mRNA 和 蛋白质 两个水平上来对其基因表达谱进行分析，即看其在各种不同的正常或病态组织细胞中是否表达以及表达的水平高低等 。新基因在某一特定的正常组织细胞中的表达水平高往往提示其在其中发挥着重要作用 。3.2新基因的体内表达规律分析3. 功能基因组学研究的内容及策略3.2新基因的