2016.1.12基因功能的常用研究方法

生命科学中的基因功能研究基因功能研究是生命科学中的一个重要领域，旨在了解和解析基因的功能和作用机制。

通过对基因功能的探索，可以更深入地了解细胞内的生物学过程，以及基因与疾病之间的关联，为生物学和医学的发展提供理论和实践基础。

基因是生物体内传递遗传信息的基本单位，是决定个体性状的重要因素。

通过研究基因功能，可以揭示基因在个体发育、生长、代谢以及对环境变化的适应等方面的作用机制。

基因功能的研究方法主要包括遗传学方法、分子生物学方法、生物化学方法和细胞生物学方法等。

遗传学方法是探索基因功能的重要手段之一、遗传学研究中，通过比较野生型与突变型生物体的差异，可以进一步了解基因在个体发育和其他生物学过程中的功能。

例如，透过分析两个种群的遗传相关性，可以发现相关的突变基因，并进一步研究这些基因的功能。

分子生物学方法是研究基因功能的常用手段之一、分子生物学方法可以研究基因在细胞内的表达调控、蛋白质合成过程以及基因在细胞内的相互作用等。

通过克隆和表达基因，可以进一步验证和研究基因的功能。

例如，通过基因敲除技术，可以研究基因在细胞发育和生物学过程中的功能。

生物化学方法也是研究基因功能的重要手段之一、生物化学方法主要通过分析和研究基因编码的蛋白质及其功能，来了解基因在细胞内的作用机制。

例如，通过研究酶的功能和调控机制，可以揭示基因在代谢过程中的作用机制。

细胞生物学方法是研究基因功能的重要手段之一、细胞生物学方法主要通过观察和研究基因在细胞内的表达和调控，来了解基因的功能和作用机制。

例如，通过显微镜观察基因在细胞内的定位和相互作用，可以揭示基因在细胞发育和生物学过程中的作用机制。

基因功能研究的重要意义在于解析基因与生物学过程和疾病之间的关联。

基因在细胞生物学过程中的功能异常可能导致疾病的发生和发展。

通过研究基因功能的异常和调控机制，可以发现和诊断遗传疾病，并为疾病防治提供新思路和新方法。

此外，基因功能研究还可以为开发新药物和治疗方法提供理论和实践基础，对药物研发和治疗效果进行评估和改进。

基因功能鉴定方法基因功能鉴定是生物学研究中的重要工具。

通过对基因进行功能鉴定，我们可以了解其编码蛋白质的生物学作用，探索其与疾病发生发展的关系，以及发现治疗疾病的新靶点等。

在本文中，我们将概括介绍几种常用的基因功能鉴定方法。

1. 敲除基因敲除基因是指通过基因编辑技术将目标基因从细胞或生物中彻底剔除。

目前常用的敲除方法是CRISPR/Cas9技术。

这种方法通过将一条RNA单链接在Cas9蛋白上，使它能够精准地结合到目标基因序列上，再利用Cas9酶活性的内切酶活性切割目标基因。

通过敲除基因，我们可以了解这个基因对于生物体的重要性，以及对生物学过程的影响。

在研究基因与疾病相关性方面，敲除基因可以帮助我们确定疾病相关基因，发现新型治疗的潜在靶点，还可以使细胞模型和动物模型显示疾病和疾病相关基因的发展过程。

2. 过表达基因过表达基因是指通过载体或转录本增强自然表达的基因依靠人为的方法将该基因的表达量提高。

目前，利用质粒或病毒载体来过表达基因是最常用的方法之一。

过表达基因需要具备特定的表达载体，质粒或病毒载体通常包含了基因序列和控制基因表达的转录因子等等。

使用过表达基因可以帮助我们理解这个基因的作用，以及过量表达后对生物结构和功能的影响。

3. RNAiRNA干扰（RNAi）是一种利用短小的RNA片段切断或降低目标RNA复制的方法。

RNAi技术可以将特异性siRNA 瘤切寡核苷酸至特定mRNA的靶标上并引发靶标的降解，以达到有效抑制基因表达的效果。

RNAi技术比敲除和过表达技术更快速，更普及。

RNAi 技术广泛应用于疾病研究，可以为基因治疗提供依据。

4. 蛋白质催化反应通过制备相应的结构变化、催化活性的突变蛋白，可以表征基因改变对与酶的活性和反应性质的调节关系。

基于此原理，进行蛋白质酶催化验证往往会让我们了解想要研究的那个基因的具体功能。

此方法虽然技术成本高，分析过程也比较复杂且麻烦，但针对和酶活性相关的蛋白质功能的研究非常有效。

基因功能分析的方法和原理基因功能分析是研究基因在细胞内所起作用的一种方法。

它探究基因是如何影响生物的生理活动、发育过程和疾病表现的。

通过基因功能分析，科学家可以深入了解基因的调控机制，揭示基因在不同生物体系中的功能，并且有助于识别和理解疾病的基因变异。

基因功能分析的方法主要包括基因沉默、基因过表达和基因敲除等。

其中，基因沉默是指抑制基因的表达，减少或消除基因的功能。

常用的基因沉默技术有RNA 干扰（RNAi）和使用反义寡核苷酸技术。

RNAi 是一种通过介导mRNA的降解来抑制特定基因表达的机制。

通过合成双链小干扰RNA (siRNA) 或构建操纵RNAi的表达载体，可以选择性地降低目标基因的表达水平。

反义寡核苷酸技术则是设计成与目标基因的mRNA序列互补的寡核苷酸，以阻断其翻译或增加其降解，从而靶向抑制特定基因。

基因过表达是指增加特定基因的表达水平，以增加或改变基因的功能。

基因过表达的方法主要包括转基因技术、CRISPR/Cas9技术和表达载体介导的过表达等。

转基因技术通过把目标基因导入到特定生物体系中，使其在细胞内产生高表达。

CRISPR/Cas9技术则是一种高效且精准的基因编辑工具，可以实现基因的过表达。

表达载体介导的过表达则是通过构建含有目标基因的表达载体，并将其转染至细胞中，使细胞能够大量产生目标基因。

基因敲除是指在生物体内删除目标基因，观察敲除后生物体发生的变化。

常用的基因敲除技术有CRISPR/Cas9技术和选择性基因敲除技术。

CRISPR/Cas9技术通过设计合成特定的RNA与Cas9蛋白结合，形成RNA-Cas9复合物并导入到细胞中，从而切割目标基因的DNA序列，导致基因敲除。

选择性基因敲除技术则是通过设计引物，在细胞内产生剪切效应，并从整个基因组中获得目标基因的敲除。

基因功能分析的原理是基于对基因组、转录组和蛋白质组进行系统性的分析。

通过利用不同的技术手段，如DNA测序、RNA测序和质谱仪等，研究人员可以获得大量的基因和蛋白质的信息，进而了解它们的表达模式、功能等。

几种常用的基因功能分析方法和工具（转自新浪博客）一、GO分类法最先出现的芯片数据基因功能分析法是GO分类法。

Gene Ontology（GO，即基因本体论）数据库是一个较大的公开的生物分类学网络资源的一部分，它包含38675 个Entrez Gene 注释基因中的17348个，并把它们的功能分为三类：分子功能，生物学过程和细胞组分。

在每一个分类中，都提供一个描述功能信息的分级结构。

这样，GO中每一个分类术语都以一种被称为定向非循环图表（DAGs）的结构组织起来。

研究者可以通过GO分类号和各种GO 数据库相关分析工具将分类与具体基因联系起来，从而对这个基因的功能进行描述。

在芯片的数据分析中，研究者可以找出哪些变化基因属于一个共同的GO功能分支，并用统计学方法检定结果是否具有统计学意义，从而得出变化基因主要参与了哪些生物功能。

EASE（Expressing Analysis Systematic Explorer）是比较早的用于芯片功能分析的网络平台。

由美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员开发。

研究者可以用多种不同的格式将芯片中得到的基因导入EASE 进行分析，EASE会找出这一系列的基因都存在于哪些GO分类中。

其最主要特点是提供了一些统计学选项以判断得到的GO分类是否符合统计学标准。

EASE能进行的统计学检验主要包括Fisher 精确概率检验，或是对Fisher精确概率检验进行了修饰的EASE 得分（EASE score）。

由于进行统计学检验的GO分类的数量很多，所以EASE采取了一系列方法对“多重检验”的结果进行校正。

这些方法包括弗朗尼校正法（Bonferroni），本杰明假阳性率法（Benjamini falsediscovery rate）和靴带法（bootstraping）。

同年出现的基于GO分类的芯片基因功能分析平台还有底特律韦恩大学开发的Onto-Express。

2002年，挪威大学和乌普萨拉大学联合推出的Rosetta 系统将GO分类与基因表达数据相联系，引入了“最小决定法则”（minimal decision rules）的概念。

微生物基因功能研究的常用方法我搞微生物基因功能研究也有段时间了，一开始真是瞎摸索。

我就像在一个黑屋子里找东西似的，啥也看不见，全靠乱撞。

先说说基因敲除这方法吧。

我刚开始做这个的时候，那错误犯的，真是不忍直视。

就像搭积木一样，这基因敲除就像是小心地拿掉一块特定的积木，可我老是找错积木或者不小心把旁边的也弄倒了。

我得先选好合适的工具，比如可以用同源重组的方法，这就像是找个形状差不多的东西来替换掉原来的那块积木。

然后呢，设计引物什么的特别关键，有一次我引物设计错了，那就像拿错了开门的钥匙，怎么都打不开那扇通往正确结果的门，结果就是实验做了半天一点反应都没有。

等我调整好了引物，这一步做好了就像打好了地基，后面的实验才慢慢有了起色。

还有基因过表达的方法。

这就好比不是拿掉积木，而是再额外加一块更厉害的积木。

我用载体构建来做这个，载体就像是个小卡车，能把我们想要过表达的基因送到微生物细胞里。

我尝试了不少载体，就像试各种不同型号的卡车，看哪个开得又稳又能装得多。

有一回我没选对载体，就像小卡车太小了，基因运进去没起到啥作用，细胞里面还是没啥变化。

后来多方打听，选了个大家都用得比较好的载体，实验才顺利了些。

另外一个方法就是转录组测序。

这个我觉得就像是给微生物细胞做个全面检查。

要提取RNA啊，我一开始提取的时候老不纯净，就像一杯水里有沙子一样，不好分析。

后来我就多试了几种提取RNA的试剂盒，才找到了比较合适的那种。

把RNA提取好，送去测序，然后根据数据就可以来推测基因在细胞里面的功能，是当大老板指挥别的零件干活呢，还是就当个小喽啰做些基础工作。

这做微生物基因功能研究真不是个简单事儿，就跟在迷宫里走路一样，只能一边走一边摸索，有时候还得走回头路呢，不过要是做成功了那也挺有成就感的，就像挖出了宝藏一样。

关于这些方法，我还在不断学习呢，也不敢说就完全掌握了。

就像在这个领域探索的道路上，我还只是刚开始学会走路的小娃娃。

但是这些方法多做几次就会熟练一些。

如何研究基因功能？这两⼤策略你要懂基因功能研究常⽤⽅法简介基因功能研究⼀般先⽤⽣物信息学分析对基因的结构和功能做预测，然后就要对我们的推测进⾏验证，如何验证⼀个基因的功能，⽬前最常⽤的基因功能研究策略为功能获得与功能失活。

功能获得策略是指将基因直接导⼊某⼀细胞或个体中，通过该基因在机体内的表达，观察细胞⽣物学⾏为或个体表型遗传性状的变化，从⽽鉴定基因的功能。

常⽤的功能获得的具体⽅法有基因过表达技术以及CRISPR-SAM技术等。

基因的过表达技术：基因过表达技术是指将⽬的基因构建到组成型启动⼦或组织特异性启动⼦的下游，通过载体转⼊某⼀特定细胞中，实现基因的表达量增加的⽬的，可以使⽤的载体类型有慢病毒载体，腺病毒载体，腺相关病毒载体等多种类型。

当基因表达产物超过正常⽔平时，观察该细胞的⽣物学⾏为变化，从⽽了解该基因的功能。

基因过表达技术可⽤于在体外研究⽬的基因在DNA、RNA和蛋⽩质⽔平上的变化以及对细胞增殖、细胞凋亡等⽣物学过程的影响。

可使⽤产品：过表达慢病毒、cDNA克隆（可⽤作ORF克隆）CRISPR-SAM技术：CRISPR-SAM系统由三部分组成：第⼀个部分是dCas9与VP64融合蛋⽩；第⼆个部分是含2个MS2RNAadapter的sgRNA；第三个是MS2-P65-HSF1激活辅助蛋⽩。

CRISPR-SAM系统借助dCas9-sgRNA的识别能⼒，通过MS2与MS2adapter的结合作⽤，将P65/HSF1/VP64等转录激活因⼦拉拢到⽬的基因的启动⼦区域，成为⼀种强效的选择性基因活化剂，从⽽达到增强基因表达的作⽤。

可使⽤产品：全基因Cas9SAM-慢病毒⽂库功能获得两种⽅法的⽐较：基因的过表达技术与CRISPR-SAM技术都能达到基因表达的上调，但是由于基因的过表达技术使⽤的载体容量的限制，导致基因的过表达技术只能⽤于研究⼀定长度内的基因。

⽽CRISPR-SAM技术是通过增强⽬的基因启动⼦的转录⽽实现基因的过表达，可以不受基因⼤⼩的限制。