功能基因组学

基因组(GENOME)一词是1920年Winkles从GENes和chromosOEs铸成的，用

于描述生物的全部基因和染色体组成的概念。

1986年美国科学家ThomasRoderick提出了基因组学(Genomics),指对全部基因

进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱)，核甘酸序列分析，基因定位和

基因功能分析的一门科学。因此，基因组讨论应当包括两方面的内容：以全基因组测序为

目标的结构基囚组学(structuralgenomics)和以基囚功能鉴定为目标的功能基囚组学

(functionalgenomics),又被称为后基因组(postgenome)讨论。

功能基因组学(Functuionalgenomics)又往往被称为后基因组学(Postgencmics),

它采用结构基因组所供应的信息和产物，进展和应用新的试验手段，通过在基因组或系统

水平上全面分析基因的功能，使得生物学讨论从对单一基因或蛋白质得讨论转向多个基因

或蛋白质同时进行系统的讨论。这是在基囚组静态的碱基序列弄清晰之后转入对基囚组动

态的生物学功能学讨论。讨论内容包括基因功能发觉、基因表达分析及突变检测。基因的

功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，

如参加细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参加形态建成等。采纳的手段包括

经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不

能对基因进行全面系统的分析，新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析(serial

analysisofgeneexpression,SAGE),cDNA微阵歹1」(cDNAmicroarray),DNA芯'片

(DNAchip)等。

基因组DNA测序是人类对自身基因组熟悉的第一步。随着测序的完成，功能基因组

学讨论成为讨论的主流，它从基因组信息与外界环境相互作用的高度，阐明基因组的功能。

功能基因组学的讨论内容：人类基因组DNA序列变异性讨论、基因组表达调控的讨论、

模式生物体的讨论和生物信息学的讨论等。

4生物信息学在功能基因组学中的应用

生物信息学(bioinformatics)是用数理和信息科学的观点、理论和

方法去讨论生命的现象，组织和分析呈指数增长的生物学数据的一门学科t它是

以计算机为主要工具，讨论DNA和蛋白质，运用各种软件，对13益增长的

DNA和蛋白质序列和结构进行收集、整理、储存、发布、提取、加工、分析

等。生物信息学由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组成。结构基因组学供应了

巨大的DNA

和蛋白质数据，功能基因组学的一个重要任务就是如何充分采用数据库去破译

密码、猜测蛋白质空间结构及其功能。综上所述，在HGP完成以后，关于

基因组学的

讨论必定会转向功能基因组学，将来的工作就是要进一步完善和创造各种大规

模获得基因功能线索和确认基因功能的新技术和新方法，想方法读懂这些序列。基

因组功能的研究必将会显示出一个美妙的前景。

功能基因组学研究进展高锐，臧春龙，张传东

(中国农业科学院哈尔滨兽医讨论所，哈尔滨150001)

1功能基因组学概况

基因组这一概念于1924年提出，用于描述一种生物的全部基因和染色体组成。基

因组学(genomics)由美国科学家lllomaSRoderick于1986年提

出，是指对基因组进行作图、序列分析、基因定位及功能分析的科学，并将其作为一个新

创刊的杂志名。结构基因组学(structuralgenomics)代表基因组分析的早

期阶段，是基因组学的一个重要组成部分和讨论领域，它是通过基因作图、核甘酸序列

分析以确定基因组成、基因定位的科学。比较基因组学(comparativege-n

omics)是仕基因组图谱及测序的基础上，对已知的基因和基因组结构进行b瞰，以

了解基因的功能、表达机理及物种进化的学科。功能基因组学以揭示基因组功能及调控机

制为目标，相对于检测基因组的碱基对排序而言前进了一大步，因此又被称为“后基

因组学"。在医学上，它包括致病基因、疾病相关基因以及具有重要生物功能基因的

分别、克隆和功能讨论。二十世纪九十年月,生命科学的进展进入到结构生物学时代。结

构与功能的结合即结构生物学，而结构与基因组学相结合，称之为"结构基因组学"(S

tructuralgenomicso随着人类基因组计划(HGP)的顺利进行，

后基因组时代(P。stgen。meera)已经到来。面对数据库中大量的未知功能

的基因序列，系统分析这些基因的功能将成为后基因组时代的主要任务。因此，基

因组学的讨论也相应地从结构基因组学转向功能基因组学(functionalgenomi

cso功能基因组学代表基因分析的新阶段，它是采用结构基因组学供应的信息，系统

地、大规模地讨论基因的表达以及这些基因如何协同调整整个生物体的活动。它以高通

量、大规模试验方法及统计与计算机分析为特征。

2功能基因组学的主要讨论内容

2.1基因功能的讨论包括生化功能、细胞功能及发育功能等。

2.2基因组的表述准时空调控的研究一个细胞的转录表达水平能精确而特异地

反映其类型、发育阶段以及反应状态。因此，功能基因组学的一个主要讨论内容就是比

较不同

组织和不同发育阶段、正常状态和疾病状态，以及体外培育的细胞中基因表达的差

异。

2.3蛋白质组及蛋白质组学大部分细胞生命活动发生在蛋白质水平而不是RNA

水平,转录不是基因表达的最终结果，基因在生物体整体的功能最终是由其编码的蛋白

质

在细胞水平上体现的。因此，功能基因组学也重视对蛋白质表达及其功能的讨论。蛋

白质组(proteome)是由澳大利亚学者Wasinger等于1995年提出的，是

指由基因组编码的全部蛋白质。蛋白质组学(proteomics)就是指讨论细胞内全部

蛋白质及其动态变化规律的科学，讨论不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体，

从蛋白质水平为探究蛋白质作用模式、功能机理、调整掌握、药物开发、新陈代谢

途径等供应理论依据和基础。蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模

式，内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用方式

等是在生物体或其细胞的整体蛋白质水平上进行的,从一个机体或一个细胞的蛋白质整体

活动来揭示生命规律。功能蛋白质组及功能蛋白质组学(functionalprote

omeandfunctionalpro—teomics):基因组基本上是固定不变

的，而蛋白质组是动态的，具有时空性和可调整性，能反映基因的表达时间、表达量

以及蛋白质翻译后的加工修饰和亚细胞分布等。功能蛋白质组就是指在特定时间、特定环

境和试验条件下基因组活跃表达的蛋白质，那么讨论这些蛋白质及其功能的学科即为功能

蛋白质组学。很明显，功能蛋白质组只是总蛋白质组的一部分。

2.4基因组多样性的讨论生物多样性是普遍存在的自然现象，人和动植物是具

有多态性的生物群体，不同群体和个体在对疾病的易感性、抗性及其他生物学性状(如

对同一药物的反应性)方面的差异，反映了进化过程中基因组与内、外环境相互作用

的结果。因此，基因组多样性的讨论不仅对了解人和动植物的起源、进化、人和动物

的迁徒等具有重要意义，而且对整个生物医学都将产生重要的影响。

3基囚功能讨论生物模型

尽管生物信息学(Bioinformatics)和基因芯片技术迅猛进展，加快了功

能基因讨论的进程。但它们只能依据f已知功能基因序列推想另一个基因与其重迭的功

能.由于基因片段尚有不同折迭等简单的二级结构，其功能最终需要在有关生物模型中才

能得到确定。所构建的生物模型有①微生物模型：主要是细菌和酵母菌(Bacteria

andYeast);②口甫乳动物细胞模型(MammaIiancellculture);

③转基因和基因敲除小鼠模型(Transgenicandknockoutmic

e);④非洲爪蟾模型(Xeno—pusleavis);⑤秀丽新杆线虫。此外，还

有其他生物模型，假如4t(DrosophiIa)及斑马鱼(Zebrafish)等，他们

都有各自特定的优点和缺陷，在动物基因的讨论中发挥重要作用。秀丽新杆线虫是功能基

因组学讨论的优模型。它是一种个体细小(成虫仅Imm左右)、完全营自由生活的线

虫，全身透亮，其两性体由959个体细胞组成。秀丽新杆线虫本身不具有医学

或经济价值，但它却是讨论众多生物学过程、生命现象的特别优秀的模型生物。1998

年,秀丽新杆线虫的基因组全序列在Science杂志上发表。该线虫的基因组大小为9

7mb,猜测有编码基因19717个。其中，大约35%在人体具有同系物，大约5

8%是线虫特有的。因此，秀丽新杆线虫不仅可作为讨论寄生虫的优秀模型,而且也可

作为讨论其他生命活动、生命现象及其特别的优秀模型。秀丽新杆线虫的基因组全序列不

仅是功能基因组学讨论的丰富资源，而且其本身也是功能基因组学讨论的优秀模型。4功

能基因组的讨论方法基因的时空差异表达是有机体发育、分化、年轻和抗逆等生命现象

的分子基础。基因在不同组织、不同器官以及不同环境条件下的差异表达特征为讨论基

因的功能供应了重要的信息。velculescu等将在特定组织或细胞内转录的全部

基因及其表达丰度称为转录组(在转录水平上进行的基因表

transcriptome)e

达差异分析实际上就是进行转录组讨论。经典的减法杂交(substractivehyb

差式筛选替

ridization)x(differentialscreening)xcDNA

异分析(representa—fivedifferenceanalysis,RDA)

以及mRNA差异显示(differ—entialdispIay)等技术已被广泛用于

鉴定和克隆差异表达的基因，但是这些技术不能胜任对大量的基因进行全面、系统的

分析。因此,基因表达序列分析(serialanalysisofgeneexpr

ession,SAGE)、cDNA微阵列(cDNAmicroarray)和DNA芯

片(DNAchip)等能够大规模进行基因差异表达分析的技术应运而生。

4.1微点阵微点阵是指用硅、玻璃、聚丙器或尼龙膜等材料作承载基片，经

化学方法在其上"挂"满密集的寡核吉酸阵列。用这种阵列作为基因探针，将标记后

的靶DNA与微点阵进行杂交，再经合适的检测系统进行检测，即可确定靶DNA的

表达状况及突变和多态性的存在o如DNA芯片(DNAchip)、高密度cDNA

滤膜分析

(highdensitycDNAfilteranalysis,HDCFA)x

微^列微点阵技术的应用突破了采用杂交方法

cDNA(cDNAmicroarray)o

实现基因表达大规模分析

的局面，在短期内操作大量基因并系统地分析大量基因的表达模式上具有很大的潜

力。

4.2基因表达系列分析为了大规模测定基因的表达，1992年，Okubo

等提出了基因表达的物理图谱的概念。其主要内容为：测定cDNA3末端的部分序

列，比较各种不同组织类型细胞中cDNA的种类和数量即构成基因表达的人体图谱(b

odymap)eSAGE是同时、定量分析大量转录本的另一种方法。其基本原理是

用锚定酶和位标酶两种限制性内切酶切割DNA分子的特定位置(靠近3端)，分

别出短核苗酸序列(9~10bp),它包含了该转录本的足够信息。将一个体系的全

部转录本中这一短序列分别并连接到一个克隆载体中进行测序，便可以得到该体系的全部

转录本的表达状况。采用SAGE可以任短期内得到丰富的表达信息，与直接测定cDN

A克隆序列方法相比，削减了大量的重复测序，从而大大节约了讨论时间和费用。这种

方法对正常、癌基因旁、

癌组织中基因的差异表达讨论方面还有独到的优点，有助于发觉肿瘤特异基因。

4.3蛋白纽分析基囚组的讨论供应了大量的、未知功能的基囚，估il2002

年完成果蝇、2003年完成人类、2005年完成小鼠的全基因组测序。然而，大部

分的细胞生命活动是发生在蛋白质水平，仅从核酸序列并不能完全描述一个完整的蛋白质

结构，基因在生物体整体的功能最终是由其编码的强白质在细胞水平上的体现。蛋白质组

分析主要涉及两个步骤：蛋白质的分别和蛋白质的鉴定。用于蛋白质分别的核心鼓术是双

向凝胶电泳(2—diemensionalgeIelectrophoresis,2—

DEo其主要原理是依据细胞内蛋白质所带电荷和分子质量通过两次电泳而得到分别,

一般在双向电泳图谱上一次可以得到几千个代表单一蛋白质的斑点，依据不同组织中的差

异表达可以得到相关蛋白的功能信息。用于蛋自质鉴定的技术近年来普遍采纳质谱技术

(massspectrometry,MS),可精确、快速地测定蛋白质的

分子质量、分析多肽序列、揭示蛋白质的空间结构。由此可见，蛋白质组的讨论为已测

序的基因供应了大量的亚细胞定位、细胞和组织的分布，产物的修饰等相关的表达信

息，有助于对基因组的进一步了解，进一步阐明白基因的功能。

4.4基因剔除基因剔除(geneknockouI)是基因打靶(geneI

argeting)的一种方法。鉴定基因功能最有效的方法可能就是采用基因剔除技术在模

型生物如小鼠或秀丽新杆线虫进行功能丢失(lossoffuncti。n)分析，即

观看基因表达被阻断后在细胞和整体水平所产生的表型变化。应用同源重组技术，国

际上已实现对酵母全部基因缺失突变体的构建。同理，应用近年来进展的条件化基因剔除

技术，已达到对任何

基因在不同发育阶段和不同器官、组织的选择性剔除(selec-tiveknock

但这一技术亦存在一些问题，如费用太高、周期较长，而且很多基因在剔除后

out)e

并未产生明显的表型转变，可能是这些基因的功能为其他基因代偿所致。近年来还有人

采用组合化学的方法尝试针对蛋白质的化学"剔除"试剂，用来激活或失活各种蛋白

质。

4.5转基因研究转基因讨论(transgenicstudv)始于20世纪8

。年月初，包括转基因动物及转基因植物技术，并形成了--f］新的学科即转基因学(t

ransgenicso通过在模型生物高效表达某一基因，以观看对调控网络的影响，也

是讨论基因功能的重要手段之一。

4.6基因诱变及突变体的PCR筛选基因诱变技术是遗传学讨论中最重要

的手段之一，亦是讨论基因功能的方法之一。用于功能基因组学讨论的基因诱变技术包括

定向诱变(targetedanddirectedmutagenesis)、表型诱变(p

henotypedrivenmutagenesis)及克隆DNA的体夕卜定点诱变。定

向诱变(ta~emdmutagenesis):定向诱变是采用同源重组技术，使胚

胎干细胞(embryonicstemcell,EScell)内目的基因产生定点

突变。这些突变可进一步田于基因敲除、转基因动物、显性负突变等讨论。定向诱变技

术是反向遗传学(revuisegenetics)讨论最常用的方法。所谓反向遗传学是在

已知基因序列的基础上讨论基因的生物学功能，一般是通过制造功能丢失突变体并讨论突

变所造成的表型效应来讨论基因的功能。定向诱变方法用于讨论已知基因的功能，它是

采用同源重组技术。亦可以采用克隆DNA的体外定点诱变制造缺失、插入、碱基置换

等不同类型的突变体。这一方法又称寡聚核甘酸定点诱变技术，其创造者MichaelS

mith博士与PCR的发明者KaryB.Mu口is博士共同荣获1993年诺贝

尔化学奖。对黑腹果蝇及秀丽新杆线虫筛选突变体，最常用的方法是采用PCR技术。

其原理是依据目的基因序列设计1个引物，再依捱插入元件的序列设计另1个引物，

用这1对引物对突变体群体进行PCR,扩增目的基因片段，消失PCR产物时说明

目的基因已胜利地插入元件。最近两年还进展了很多构建靶结构的新方法。如酿酒酵母中

微同源重组(micro—homologousrecombination),通过PCR

的方法产生一个特定的靶DNA片段，这个片段含有一个两侧带有与酵母基因同源的3

550bp作为选择性标记，就足以促进酵母的同源重组，而在小鼠ES细胞中，至

少需要119kb的连续基因组DNA才能产生有效的同源重组.以往这种方法只用在酵

母中，现在也用到小鼠上。表型诱变主要用于未知基因，其主要优点是无需知道哪个基

因的何种突变导致特定的表型或疾病。用表型诱变剂进彳亍诱变后，可以用筛查整个基因

组的方法来查找新的显性或隐性突变。很明显，这一技术的工作量较大，比较费时、费

事。近来有人报道了一种新的基因剔除技术，取名为基于PCR的剔除技术(PCRba

该技术是除涉外的另一种在基

sedknockouttechnology)oRNA

因组水平阐明基因功能的有效方法即用PCR来分别在某一特定基因含有缺失的突变体。

如鉴

别带有缺失突变的秀丽新杆线虫虫体时，在设计PCR引物时应使2个引物在某一基

因上分得较开，才能在特定的PCR条件’F不产生野生型产物，然后将经过化学诱变

的秀丽新杆线虫群体用PCR筛选，鉴定带有缺失突变的个体。这样的个体使2个PC

R引物之间的距离缩短，而消失1个短的缺失带PCR产物。然后将阳性群体再分为不

同的组，重复进行PCR筛选，直到鉴定出在某一特定基因上带有缺失突变的单个虫体

为止。目前由3个试验室成立了1个秀丽新杆线虫基因剔除协作组，该协作组用这一方

法，每年可产生数百个秀丽新杆线虫等位基因突变体。4.7RNA干涉是双链RN

A介导的干涉(doubIestrandedRNAmediatedinterferenc

e,RNAi)的简称，这一现象是1998年由美国学者Fire等在秀丽新杆线虫中发

觉的，现已进展为一种讨论基因功能的新方法。它通过导入的双链RNA的介导，特

异性地降解内源相应序列的mRNA,从而导致转录后水平的基因缄默(posttr

anscriptionalgenesilencing),迄今已在继在植物、真菌、线虫、

锥虫、涡虫、果蝇、水嵋、小鼠和哺乳动物细胞(如人胚肾细胞等)中都发觉存在

这一基因缄默机制。讨论发觉，RNAi作用机制中存在一个正反馈的过程，该过程与

一种叫RNA依靠性RNA聚合酶有关。RNA干涉具有以下几个重要特征：①RN

A干涉是转录后水平的基因缄默机制。讨论发觉，只有导入基因外显子序列的相应双链R

NA才能特异性地降解内源相应基因的mRNA,从而抑制该基因的表达；而导入相应基

因内含子或启动子序列的双链RNA却不产生干涉效应。@)RNA干涉具有很高的特

异性，只特异地降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA。③RNA干涉抑制基

因表达具有很高的效率，对秀丽新杆线虫的表型可达到基因剔除后功能几乎完全丢失的程

度；对于内源mRNA,很少量的双链RNA分子即能完全抑制相应基因的表达。@RN

A干涉抑制基因表达的效应可以穿过细胞界限,在不

同细胞间长距离传递和维持，在秀丽新杆线虫其干涉效应甚至可以传递给后代。⑤与

传统的讨论基因功能的方法如基因剔除、基因诱变技术相比，RNA干涉技术具有简便、

快速、高效的优点，在秀丽新杆线虫，可通过显微注射、浸泡或饲喂转基因大肠埃希

氏菌的方法将双链RNA导入虫体。除显微注射技术要求较高外，其他2种将双链RN

A导入虫体的方法都特别简洁。正由于RNA干涉技术具有上述特征及优点，在功能基

因组学讨论中的应用越来越广泛。4.8生物信息学在功能基因组学中的应用生

物信息学(bioinformatics)是用数理和信息科学的观点、理论和方法去讨论生

命的现象，组织和分析呈指数增长的生物学数据的一门学科。它是以计算机为主要工具，

讨论DNA和蛋白质，运用各种软件，对日益增长的DNA和蛋白质序列和结构进行

收集、整理、储存、发布、提取、加工、分析等。生物信息学由数据库、计

算机网络和应用软件三大部分组成。结构基因组学供应了巨大的DNA和蛋白质数据，功

能基因组学的一个重要任务就是如何充分采用数据库去破译密码、猜测蛋白质空

间结构及其功能。

5展望

功能基因组的讨论还处于进展的初期，虽然很多高效率、大通量的基因功能平行分析

技术不断提出和进展，但很多技术手段及其配套应用还不太成熟。因此，功能基因组讨

论的技术体系的建立、优化、改进和创新成为功能基因组学目前讨论的主要内容之一。

自人类基因组工作框架图完成以来,科学家都开头把讨论重点转向基因功能剖析及应用，

许多生物的功能基因组方案也开头启动，我们信任，随着讨论的不断深化，在揭示诸

如生物生长、生育、代谢调控等生命活动规律，在对人类重大疾病的发生气理、疾

病防治和新药开发等讨论方面将会有新突破；重要农作物功能基因组的讨论,在鉴定并

克隆重要的产量、品质、抗性相关的基因，阐述作物杂种优势形成的机理以及生长、发

育等规律方面，也将取得重大的进展；同时也必将大大推动植物发育生物学、植物生理

学和植物遗传学等学科的进展。(参考文献从略)

1功能基因组学概况

基因组这一概念于1924年提出，用于描述一种生物的全部基因和染色体组成。基

因组学(genomics)由美国矛4^家lllomaSRoderick于1986年提

出，是指对基因组进行作图、序列分析、基因定位及功能分析的科学，并将其作为一个新

创刊的杂志名。结构基因组学(structuralgenomics)代表基因组分析的早

期阶段，是基因组学的一个重要组成部分和讨论领域，它是通过基因作图、核甘酸序列

分析以确定基因组成、基因定位的科学。比较基因组学(comparativege-n

omics)是仕基因组图谱及测序的基础上，对已知的基因和基因组结构进行匕徽，以

了解基因的功能、表达机理及物种进化的学科。功能基因组学以揭示基因组功能及调控机

制为目标，相对于检测基因组的碱基对排序而言前进了一大步，因此又被称为“后基

因组学"。在医学上，它包括致病基因、疾病相关基因以及具有重要生物功能基因的

分别、克隆和功能讨论。二十世纪九十年月,生命科学的进展进入到结构生物学时代。结

构与功能的结合即结构生物学，而结构与基因组学相结合，称之为"结构基因组学"(S

tructuralgenomicso随着人类基因组计划(HGP)的顺利进行，

后基因组时代(P。stgen。meera)已经到来。面对数据库中大量的未知功能

的基因序列，系统分析这些基因的功能将成为后基因组时代的主要任务。因此，基

因组学的讨论也相应地从结构基因组学转向功能基因组学(functionalgenomi

cso功能基因组学代表基因分析的新阶段，它是采用结构基因组学供应的信息，系统

地、大规模地讨论基因的表达以及这些基因如何协同调整整个生物体的活动。它以高通

量、大规模试验方法及统计与计算机分析为特征。

1功能基因组学相关概念

基因组(genome)这一概念于1924年提出，用于描述生物的全部基因和染色

体组成[基因组学(由美国科学家

5]0genomics)ThomasRod—erie

k于1986年提出，是指对全部基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转

录本图谱)，核甘酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学［63,并将其

作为一个新创刊的杂志名。结构基因组学(structuralgenomies)是基因

组学的一

个重要组成部分和讨论领域，它是通过基因作图、核昔酸序列分析以确定基因组成、

基因定位的一门科学。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高辨别率

遗传、物理和转录图谱为主。比较功能基囚组学(comparativegenomics)是

在基

因组图谱及序列测定的基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，以了解

基因的功能、表达机理及物种进化的学科口3。功能基因组学(functionalge

nomies)被称为后基因组学(postgenomics)x是采用结构基因组学供应的

信息和产物，进展和应用新的试验手段，通过在基囚组或系统水平上全面分析基囚的

功能，使得生物学讨论从对单一基因或蛋白质的讨论转向多个基因或蛋白质同时进行系

统的讨论的一门科学。功能基因组学代表基因组分析的新阶段，以高通量、大规模试验方

法、统计与计算机分析为主要特征［63。功能基因组学的近期目标是采纳高通量、大

规模、自动化的方法，加速遗传分析进程；长远目标是避开传统遗传分析的局限，采

纳系统化的途径及采集方法阐明简单的生物学现象。

功能基因组学的讨论内容主要包括基因功能发觉、基因表达分析及其突变检测等。它

主要采纳匕俄基因序列和测定基因组序列2大类方法,力图从基因组整体水平上对基因

的活动规律进行阐述。目前，大规模、高通量分析基因功能主要借助微阵列或

DNA芯片、表达序列标签(expressedsequenceTag,ES

T)法、基因表达系列分析(serialanalysisofgeneexpressio

n,SAGE)法、蛋白质组学分析法、反向遗传学技术以及生物信息学等方法来实现。

通过这些方法将有可能在短时间内获得大量与基因功能相关的信息。

二十世纪九十年月，生命科学的进展进入到结构生物学时代。结构与功能的结合

即结构生物学，而结构与基因组学相结合，称之为"结构基因组学”(Structu

ralgenomics)III。随着人类基因组计划(HGP)的顺利进行，后

基囚组时代(Postgenomeera)已经到来［。面对数据库中大量的未知功

能的基因序列，系统分析这些基因的功能将成为后基因组时代的主要任务。因此，基

因组学的讨论也相应地从结构基因组学转向功能基因组学(functionalgen

。mics)。功能基因组学代表基因分析的新阶段，它是采用结构基因组学供应的

信息，系统地、大规模地讨论基因的表达以及这些基因如何协同调整整个生物体的

活动。它以高通量、大规模试验方法及统计与计算机分析为特征Jo目前，大规

模、高通量分析基因功能主要借助一些新技术一一微点阵(micr。array)和基因

表达系列分析(serialanalysisofgeneexpression,SAG

E)、蛋白组(pr。te。me)分析等方法来实现。通过这些方法将有可能在短时间

内获得大量与基因功能相关的信息。

2.2基因组的表达及时空调控的研究

细胞的转录表达水平能精确而特异地反映其类型、发育阶段以及反应状态。因此，

功能基因组学的一个主要讨论内容，就是全方位的讨论生物体的基因在不同条件、不

同状态下的表达水平及形成这种特定的表达状况的调控机理。近年来进展起来的DNA

芯片和cDNA微阵列技术能够在细胞水平上检测基因组的表达状况，通过比较不同生

理条件下、不同发育阶段的基因组表达水平，可以从宏观上讨论基因组的表达和调

控规律。随着检测技术的不断进展，不久的将来，有望达到检测1个拷贝/细胞的

表达水平，区分基因的不同剪接方式，甚至检测单个细胞的基因组表达特征的力量。

2.2基因组的表述准时空调控的讨论

一个细胞的转录表达水平能精确而特异地反映其类型、发育阶段以及反应状态。因

此，功能基因组学的一个主要讨论内容就是比较不同组织和不同发育阶段、正常状态和

疾病状态，以及体外培育的细胞中基因表达的差异。(1)

2.3蛋白质组及蛋白质组学大部分细胞生命活动发生在蛋白质水平而不是RN

A水平，转录不是基因表达的最终结果，基因在生物体整体的功能最终是由其编码的蛋

白质在细胞水平上体现的。因此，功能基因组学也重视对蛋白质表达及其功能的由论。蛋

白质组(prote。me)是由澳大利亚学者Wasinger等于1995年提出的，是

指由基因组编码的全部蛋白质。蛋白质组学(proteomics)就是指讨论细胞内全部

蛋白质及其动态变化规律的科学，讨论不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体，

从蛋白质水平为探究蛋白质作用模式、功能机理、调整掌握、药物开发、新陈代谢

途径等供应理论依据和基础。蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能

模式，内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用

方式等是在生物体或其细胞的整体蛋白质水平上进行的，从一个机体或一个细胞的蛋白

质整体活动来揭示生命规律。功能蛋白质组及功能蛋白质组学(functi。naIp

roteomeandfunctionalpro—teomics):基因组基本上是固

定不变的，而蛋白质组是动态的，具有时空性和可调整性，能反映基因的表达时间、

表达量以及蛋白质翻译后的加工修饰和亚细胞分布等。功能蛋白质组就是指在特定时间、

特定环境和试验条件下基因组活跃表达的蛋白质，那么讨论这些蛋白质及其功能的学科

即为功能蛋白质组学。很明显，功能蛋白质组只是总蛋白质组的一部分。

2.3蛋白质组(proleome)及蛋白质组学(pro—Ieome

ndproteomics）研究

蛋白质组（pr。te。me）是由澳大利亚学者Wasinger等［1妇于1995

年提出的，是指全部基因表达的全部蛋白质及其存在方式，是一个基因、一个细胞

或组织所表达

的全部蛋白质成分。蛋白质组学讨论不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群

体，从蛋白质水平为探究蛋白质作用模式、功能机理、调整掌握、药物开发、新陈

代谢途径等供应理论依据和基础［1。蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达

模式及功能模式，内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式（修饰形式）、结构、功

能和相互作用方式等是在生物体或其细胞的整体蛋白质水平上进行的，从一个机体或一

个细胞的生白质整体活动来揭示生命规律［1。由于蛋白质具有多样性、可变性和

简单性，而且低表达蛋白质难以检测等因素，导致其讨论的困难性。总体上，蛋白

质组等的讨论可以分为两个方面，即蛋白质表达模式（或蛋白质组成）讨论，蛋白

质功能模式（目前集中在蛋白质相互作用网络关系）讨论。对蛋白质组讨论可以供应

如下信息：①从基因序列猜测的基因产物是否以及何时被翻译；②基因产物

的相对浓度；⑨翻译后被修饰的程度引。从雷白质组的定义看，蛋白质组

内蛋白质的数目应

该等于基因组内编码蛋白质的基因数目（精确地说是ORF的数目）。但

在生物体内这样的蛋白质组是不存在的，从