第06章-基因组学、功能基因

基因组学、功能基因组学、蛋白质组学

第六章10/27/20241第一节基因组学第二节功能基因组学第三节蛋白质组学

10/27/20242第一节基因组学

一、人类基因组计划的研究内容二、人类基因组学计划在医学中的意义三、人类基因组计划数据的利用10/27/20243基因组、基因组学的概念

◆基因组(genome)

在个体水平代表个体所有遗传性状的总和；在细胞水平是一个细胞所有染色体的总和；从分子角度认识，基因组代表了一个物种的所有DNA分子的总和10/27/20244◆

基因组学(genomics)

是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系以及基因之间相互作用的科学10/27/20245一、人类基因组计划的研究内容遗传图谱(geneticmap)物理图谱(physicalmap)序列图谱转录图谱10/27/20246◆遗传图谱

利用人类基因组中的一些特殊位点作为遗传标志而进行的基因组分区

遗传标志基因组中具有遗传多态性的位点遗传图采用遗传学距离(geneticdistance)作为图距，单位为cM（分摩尔根）。人类基因组的遗传大小已经确定为3600cM10/27/20247◆物理图谱

一种对人类基因组进行分区的图谱作图标志各种已知序列的DNA片段，这种标志称为STS（sequencetaggedsite）

物理图谱与遗传图谱可以进行转换

10/27/20248◆序列图谱

◆2000年6月

人类基因组工作草图完成

◆

2003年4月14日

人类基因组计划序列测定已经较原计划提前2年完成是物理图谱的延伸，是最详细和最准确的物理图谱10/27/20249◆转录图谱

即基因图谱，是编码蛋白质的序列在基因组中的位置。可提供人类基因或基因家族的准确数目、每一基因的序列和在基因组中的位置，并且提供基因表达的时间和空间关系10/27/202410二、人类基因组计划在医学中的意义1．基因结构与功能的研究2．基因组信息与疾病易感性的研究3．基因组与癌症研究4．疾病的遗传学背景5．药物基因组学10/27/202411三、人类基因组计划数据的利用◆

NCBI基因组站点http:///gemome/◆

日本DNA数据库DDBJhttp://www.ddbj.nig.ac.jp

◆

EMBL（TheEuropeanMolecularBiologyLaboratory）DNA数据库1．主要相关数据库10/27/2024122．NCBI基因组数据库的应用

◆

人的22条常染色体、X和Y染色体目前序列分析的详细资料

◆疾病和基因关系的教学用选择性病例

◆其它生物基因组序列

提供的信息10/27/202413与医学有关的基因组数据（1）OMIM

该数据库收集和更新人类基因和遗传病中的变异信息（2）SAGEmap

是专门设计的一项获得基因表达定量资料的技术，实验技术本身包括了分子生物学、DNA序列分析和生物信息学等技术

10/27/202414（3）GenesandDisease

一个面向学生和公众的网站，提供一些疾病与基因关系的实例

（4）CGAP癌症基因组解剖计划

其目标是确定正常、癌前和癌细胞的基因表达谱，以指导癌症的早期诊断和治疗10/27/202415（5）GenBank

是NIH的基因序列数据库，包含所有已知的核苷酸及蛋白质序列、以及与之相关的生物学信息和参考文献

GenBank可查询的信息和应用

◆

基因

◆登录基因

◆

利用基因组数据信息发现新基因

10/27/2024163.其它检索系统（1）日内瓦分子生物学服务网站（ExPASy）（2）Entrez检索系统

由NCBI主持的一个数据库检索系统它包括核酸、蛋白以及Medline文摘等数据（3）SWISS-PROT数据库

是目前最齐全的蛋白序列库

10/27/202417第二节功能基因组学一、基因表达谱的研究二、基因产物-蛋白质的功能的研究三、基因组多样性的研究四、疾病相关基因的再测序五、寻找人类基因的共同变异型（单核苷酸多态性研究）六、基因组功能注释

10/27/202418功能基因组学的基本概念研究内容

◆

功能基因组学（functionalgenomics）

研究基因组中所有基因的功能的科学

◆

研究内容

主要包括基因组的表达、蛋白质产物的功能、基因组多样性的研究、基因组功能注释10/27/202419一、基因表达谱的研究

◆基因表达谱

细胞在特定条件下（不同分化阶段，疾病、应激等）所表达的基因种类和数量的特定模式10/27/202420基因表达谱研究方法将大量已知序列的核酸探针分子固定于支持物上后与标记的样品cDNA杂交，杂交信号阳性的探针分子就是在组织或细胞中表达的分子片段。可以一次性对细胞内多种核酸分子进行检测和分析1．基因芯片技术2．基因表达序列分析可以快速和详细地分析成千上万个基因。此方法可以全面提供生物体基因表达谱信息,并具有可定量的优势10/27/2024214.消减杂交法3.差异显示PCR方法

利用可以扩增细胞内mRNA的几条5′端引物和3′端锚定引物随机组合，将cDNA进行PCR扩增将实验组mRNA与对照组（也叫驱动组或扣除组）cDNA杂交，或将实验组cDNA与对照组mRNA杂交，去除杂交体和未杂交上的对照组成分后得到的即为实验组独有的mRNA或cDNA10/27/202422二、基因产物-蛋白质的功能的研究

研究蛋白质的功能才能最终定义基因的功能。蛋白质的功能可通体外过表达纯化后来进行三、基因组多样性的研究在全基因组测序的基础上分析不同人群基因组的多样性，解释和说明人类的历史和身份、遗传病产生的起因等10/27/202423四、疾病相关基因的再测序

在基因组测序的基础上，对已知疾病基因进行再测序，就可以识别其中的变异型，从而深入探讨疾病相关基因的作用机理五、寻找人类基因的共同变异型即单核苷酸多态性研究（SNP）研究，可以发现不同个体在某种生物学性状的差异，其中包括疾病的易感性

10/27/202424六、基因组功能注释

指利用生物信息学手段，高通量地注释基因组所有编码产物的生物学功能研究内容◆基因组组成元素的识别◆预测蛋白产物的功能◆基因之间相互作用及比较基因组学研究

10/27/202425第三节蛋白质组学

一、蛋白质组学的研究方法二、蛋白质组数据库三、蛋白质组学的应用10/27/202426蛋白质组、蛋白质组学的概念和研究内容◆

蛋白质组（proteome）

指一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部蛋白质◆

蛋白质组学（proteomics）

是在整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的科学10/27/202427蛋白质组学研究内容

细胞或机体全部蛋白质的表达及其活动方式，包括翻译后修饰、转运定位、结构变化、蛋白质间相互作用及其与其他分子的相互作用等10/27/202428一、蛋白质组学研究方法1.双向电泳根据蛋白质的两个一级属性：等电点和分子量的特异性，将蛋白质混合物在电荷（等电聚焦）和分子量（变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，SDS）两个水平上进行分离。能同时分辨上千个蛋白质点10/27/2024292.生物质谱与蛋白质鉴定◆

质谱分析法是通过测定样品离子的质荷比(m/z)来进行成分和结构分析的分析方法可用于◆

肽质量指纹谱鉴定技术(PMF)蛋白质被识别特异蛋白酶水解后得到的肽片段质量图谱◆

肽序列标签串联质谱鉴定技术(PST)串联质谱仪可直接测定肽段的序列

◆

翻译后修饰蛋白质的鉴定质谱可以进行蛋白质翻译后修饰鉴定10/27/202430二、蛋白质组数据库蛋白序列数据库（SWISS-PROT,TrEMBL）基因序列数据库（Genbank,EMBL）蛋白模式数据库（Prosite）蛋白二维凝胶电泳数据库蛋白三维结构数据库（PDB,FSSP）蛋白翻译后修饰数据库（O-GL