基因功能分析的基本策略课件PPT(共 71张)

一、计算机预测基因功能
➢ 计算机预测基因功能的依据仍然是同 源性比较。同源基因都有1个共同的祖 先基因，他们之间有许多相似的顺序 。同源基因可以分为2类：
➢ 种间同源基因或直系基因(orthologous gene) 这是指 不同物种之间的同源基因，它们来自物种分隔之
前的同一祖先。 ➢ 种内同源基因或平行基因(paralogous gene) 同一种
关键问题。 至于高等生物，因其某些表型具有难以捉摸的综合性，区分其准确的功能更加棘手。
2 ticRNA transcription inhibitory complementary RNA Ⅲ类：这类反义RNA可直接抑制靶mRNA的转录。
✓ 目前已有多种筛选方法，其中1988年犹它大 已经完成基因组测序的多细胞生物基因注解时遇到的最大困难是，如何鉴别外显子以及可变剪切的类型。
② 改造动物基因型，鉴定新基因和/或
其新功能，研究发育生物学
➢ 深入研究基因敲除小鼠在胚胎发育及生命
各期的表现，可以得到详细的有关该基因 在生长发育中的作用，为研究基因的功能 和生物效应提供模式。
➢ 例如，目前人类基因组研究多由新基因序
列的筛选检测入手，进而用基因敲除法在 小鼠上观察该基因缺失引起的表型变化。 目前已报道了多种学习、记忆以及LTP、 LTD 有缺陷的基因敲除动物，发现多种基 因在学习、记忆的形成过程中必不可少。
反义RNA(anti sense RNA)是指mRNA互补的RNA分子。 这已在不少实验中得到证实。
高等真核细胞内外源DNA与靶细上。
2 基因敲除的技术路线如下：
自然发生同源重组的机率非常低，约为百万 对于能够引发疾病反应的蛋白互作可以采取药物干扰的方法，阻止它们的相互作用以达到治疗疾病的目的。

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SWISS-MODEL • SWISS-MODEL: 网址/ • 非专业人士应用最为广泛的一个在线建模服务器。 • 特点：简单、自动化、对学术团队免费。
Automated mode:自动模式，可以称为是最傻瓜的方式 提交自己的氨基酸序列+邮箱即可 适用：一致性较高时
等电点，分子量预 测工具
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/protscale/
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TGREASE疏水性参数
• 高正值的氨 基酸具有更 大的疏水性 而低负值的 氨基酸具有 更强的亲水 性
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蛋白质跨膜区预测(TMHMM)
http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/
现代生物学实验技术
基因组学研究——功能基因分析
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要求：
1.掌握常用的序列比对工具 2.能构建进化树 3.能够预测蛋白质的二级结构、疏水区、跨膜区等 4.能够进行简单的同源建模分析 5.了解KEGG数据库的检索
2
序列比对——BLAST应用
3
生物序列的同源性
同源性(homology)： 指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具有共
DNA 序列
蛋白质序列
转录&翻译
蛋白质结构
折叠
• 氨基酸序列只有折叠成特定的空间结构 才具有相应的活性和相应的生物学功能
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为什么要研究蛋白质结构? • 生物体中许多重要的功能由蛋白质完成 • 分析蛋白质结构、功能及其关系是蛋白质组计
划中的一个重要组成部分 • 分析蛋白质结构有助于药物设计研究 • 有助于了解蛋白质相互作用，这对于生物学、
医学和药学都是非常重要
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蛋白质二级结构 • α-helix (30-35%)

它旨在揭示基因如何参与生命活动， 以及基因变异如何影响生物体的性状 和疾病易感性。
基因功能分析的重要性
基因功能分析是理解生物学过程和疾病机制的关键，有助于发现新的治疗靶点和发展个性化医疗策略。
通过基因功能分析，可以深入了解基因与表型之间的关系，为遗传性疾病和复杂性疾病的预防、诊断 和治疗提供科学依据。
详细描述：基因变异与药物反应关联分析旨在了解不同基因变异对药物 疗效和副作用的影响。这种分析有助于实现个性化用药，提高治疗效果
并减少副作用。
通过以上三种策略，基因功能分析有助于深入了解基因与疾病的关系， 为疾病的预防、诊断和治疗提供有力支持。
基因功能研究的挑战与展望
基因功能研究的挑 战
技术限制
目前的技术手段在研究基因功能时仍存在局限性，例如难以对所有 基因进行全面研究，难以精确分析基因间的相互作用。
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数据处理与分析
对收集到的数据进行处理、统计分析 和可视化，挖掘基因功能相关的模式 和规律。
基因表达分析
基因表达的检测方法
基因芯片技术
通过微阵列芯片检测基因 表达谱，可同时检测大量 基因的表达水平。
测序技术
利用高通量测序技术，对 特定组织或细胞中的基因 表达进行全面检测。
荧光定量PCR
通过荧光染料或探针，实 时监测PCR扩增过程中荧 光信号的变化，从而确定 基因表达量。
跨学科合作 基因功能研究需要多学科的交叉合作，包括生物 学、医学、化学、物理学等，以更全面地理解基 因的功能。
个性化医疗 随着基因功能研究的深入，将有助于实现基于个 体基因信息的个性化医疗，提高疾病预防和治疗 效果。
未来研究方向
深入研究基因间的相互作用
未来研究将更深入地探索基因间的相互作用， 以更准确地理解基因的功能。

RNAi 是真核生物中广泛存在的现象
植物：干扰因素自叶脉向外扩散，绿色荧光蛋白 线虫：左侧为 转基因线虫；右侧线虫则经 (GFP) GFP dsRNA 基因 Hela 细胞：经GFP ORC6 siRNA 作用后，细胞出现多核现象。 果蝇：右侧果蝇为野生型，左侧为 shRNA 造成的色素缺乏的 被抑制，显露出红色。 处理。部分细胞 RNAi 相关蛋白表达较低，仍有绿色荧光。 绿色为 tubulin， 缺陷型。 红色为 DNA。ORC6 细胞分裂调控蛋白。
检测的提示重组体存在的基因。GFP、 LacZ、AP、 LUC。
融合基因 (fusion gene): 将特定的目的基因与报告
基因拼接成融合基因，并与顺式作用元件拼接成完 整的转录单位。
动物转基因常用的载体
腺病毒载体 逆转录病毒载体 非病毒类载体：如质粒等。
2. 中游—基因转移、胚胎移植与建系
基本原理
转基因动物
基本过程
上游—基因改造和载体构建
中游—基因转移、胚胎移植与建系 下游—基因整合、表达的检测与细胞筛选
1. 上游—基因改造和载体构建
外源基因: 完整的转录单位, 由顺式作用元件、结构
基因和转录终止信号组成。
报告基因 (reporter gene) : 在表达载体中引入易于
第十二章
基因功能分析的基本策略
转基因模型是研究基因功能的主要手段
转基因生物： 外源基因导入生物体表达。 基因打靶： 外源基因替换内源基因。 基因敲除。 基因敲入。 基因沉默： 导入特定基因，抑制内源性基因表达。
第一节 转基因技术
转基因技术(transgenic technology)：将外源 基因导入细胞，随机整合到受体基因组内， 并随细胞分裂而遗传给后代。 细胞模型。 转基因动物。 转基因植物。