功能基因组学

《功能基因组学》PPT课件
SAGE 步骤
1. 将5μg含有oligo dT（引物）的磁珠与 RNA混合。
2. 合成双链cDNA。
3. 用NlaⅢ酶消化形成一条链末端有标签 的产物。
4. 将样品分成两份，连接成含有识别序 列的产物，以备用BsmF1消化。
5. 用Mme I切割每一个样品形成约60bp 的标签。
➢ 科学研究已开始进入“后基因组时代”。主要是开展 功能基因组学和蛋白质组学的研究。
➢ 有科学家形象地说道：即使基因测序全部完成，也只 好像是一本没有姓名，只有号码的电话簿。“后基因 组时代”的最终目标，是要把深奥的DNA语言变成一 本大基因百科全书。
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功能基因组学
功能基因组学，后基因组学(Post genomics)： 利用结构基因组学提供的信息和产物 通过在基因组或系统水平上全面分析基因的 功能 生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转 向对多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。
特定基因检测 突变检测 多态性分析 基因表达谱
• 生物信息学的工具 • 基因相关性研究 • 基因功能 • 药物设计和开发 • 潜在反义试剂开发 • 个体化医疗 • 身份识别 • 基因诊断 • 其他与生物有关的领域
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例：肿瘤诊断
国外有一临床病人表现出典型的白血病症状，但形态 学检测不典型，根据相关检查，诊断为AML（acute myeloid leukaemia, 急性骨髓白血病），治疗几个月后未见 好转。后来用DNA芯片与病人骨髓的mRNA杂交，结果显示 AML和ALL(acute lymphoblastic leukaemia 急性成淋巴细胞白 血病)基因都表达较低，而在数据分析中发现，编码原肌球 蛋白的基因表达极高，从而确诊为肺泡弹状肌肉瘤，改变 治疗方案，病情出现缓解。

估计基因的功能 ----以小麦基因组为例
确定基因的功能毫无疑问仍然是小 麦基因组学最大的挑战 ，许多假设的方 法正在被用来推测基因功能。
估计基因的功能（以小麦基因组为例）
第一步，确立小麦EST 或基因组克隆与其它植 物假定的定向进化同源基因的同源性。如果在其它 植物中一个基因的功能已知，那就表示小麦EST 具 有相似的功能。 第二步，在作图群体中EST 与相关表型的连锁， 高密度图谱可以用来提高连锁假设的力度，然而小 麦基因组中重组频率高的区域和重组频率低的区域 呈非随机分布，且小麦单一位点上存在多基因家族， 限制了通过连锁进行候选基因的分析。
基因产物———蛋白质功能的研究
• 蛋白质组学(proteomics) 在后基因组时代研究重心将从揭示生命的所有遗 传信息转移到整体水平上对功能的研究。 核心内容: 1. 蛋白质组研究体系的建立、完善 蛋白质组技术体系和蛋白质组信息学技术体 系包括：蛋白质样品制备、鉴定蛋白质相互作用 网络 2. 与重要的生物学问题有关的功能蛋白质组研究
SAGE特点：
• 进行转录物组研究，即转录水平的研究；
• 通过快速和详细分析大量EST，寻找出表达丰度不同的 SAGE标签序列，近乎完整地获得基因组的表达信息； • SAGE区别于差异显示、消减杂交等其它技术的主要特点 是可用于寻找那些较低丰度的转录物，最大限度地收集基 因组的基因表达信息，成为从总体上全面研究基因表达、 构建基因表达图谱的首选策略；
EST应用
• 主要用于寻找新基因和了解基因的表达概进行自动测序，
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将所得的EST数据与dbEST等数据库的数据比较， 分辨已知基因和未知基因 进一步分析全部EST以获得生物或组织的基因表 达概况，并深入研究未知基因 用EST和cDNA序列与己知的DNA序列进行序列 相似性比较，确定基因的内含子位置 用以确定编码区边界，分析基因组的转录图谱 结合酵母双杂交系统，进行蛋白质互作研究

功能基因组学的研究和应用功能基因组学是一门基于分子生物学和基因组学的研究领域，通过研究基因的表达和调控机制以及基因和其他生物分子之间的相互作用，来探究生物体内的生物学功能。

近年来，随着高通量测序和生物信息学的发展，功能基因组学的研究和应用领域越来越广泛。

基因表达调控在功能基因组学的实践中，科学家们通常会关注哪些基因会被调控，如何被调控，以及这种调控是如何影响生物学过程的。

在这方面，最常用的技术是RNA测序，通常称为转录组学。

该技术可以用来检测细胞或组织中所有基因的mRNA水平，从而了解这些基因在不同状态下的表达情况和调控机制。

通过对转录组数据的分析和挖掘，科学家可以识别转录因子（TF）的定向结合位置，理解哪些蛋白质和RNA相互作用，并发现新的基因，以及基因表达调控过程中可能的驱动力和障碍等。

蛋白质互作网络在细胞中，蛋白质之间通过不同的方式相互作用，从而形成了一个复杂的交互网络。

功能基因组学可以通过高通量的生物分子互作数据，形成互作网络，进而研究蛋白质在信号传递、细胞周期、蛋白质组成等方面的功能。

对于复杂疾病的研究，这种方法更是可以帮助科学家探索网络模块和亚网络等信息，精细具体化疾病的模式，预测关键靶向蛋白，从而设计药物治疗方案。

表观遗传学表观遗传学是对体细胞记忆的研究，它通常被理解为对基因的表达变异或调控机制的研究。

这种变异可能是在基因水平上的变异，如DNA甲基化和组蛋白修饰，也可能是转录后的变异，如异剪切和RNA修饰等。

这种变异可以通过下游的转录后调控机制和累计效应来运作，进而影响细胞功能和表型。

诊断和治疗在现代医学中，功能基因组学为疾病预防和治疗，以及对患者进行精准医学指导提供了新的可能。

例如，对肿瘤细胞转录组测序数据的分析，可以用于对患者做更好的疾病预测、辅助诊断和治疗方案设计。

通过对患者的基因组信息和转录组信息的分析，科学家们可以确定最佳的治疗方案，从而提高患者的治疗效果和生存率。

结语总而言之，功能基因组学的研究和应用领域从表面已经扩展到了生物界的方方面面。

功能基因组研究方法功能基因组学是一种研究基因产物在特定情况下（如特定发育阶段或疾病）的动态表达，并尝试建立基因型（功能）与表型联系的模型。

以下是功能基因组学的一些常见研究方法：1. 基因敲除（Knockout）：通过随机突变或特定的基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）使细胞或生物体失去一个或多个基因的功能，以研究该基因的功能。

2. 基因过表达（Overexpression）：通过转染或转化技术使细胞或生物体表达更多的特定基因，以研究该基因的功能。

3. RNA干扰（RNAi）：利用RNA干扰技术来抑制或减少特定基因的表达，以研究该基因的功能。

4. 转录组学（Transcriptomics）：研究所有基因的转录产物（mRNA或非编码RNA）的表达和调控。

5. 基因芯片（Gene chips）：用于测定基因表达水平的高通量技术，可在同一实验中同时分析数千个基因的表达水平。

6. 体内或体外分子相互作用研究（In vivo or In vitro molecular interaction studies）：通过分析蛋白质和DNA、RNA等分子之间的相互作用，以了解它们之间的功能和关系。

7. Microarray 微阵列芯片（Microarray）是DNA探针的集合，探针通常是“喷墨印刷”在载玻片（Agilent）上或原位合成（Affymetrix）的挂衣核苷酸链（oligo）。

来自目标样品的标记单链DNA或反义RNA片段在特定调节下与DNA微阵列杂交，随后检测特定探针的杂交量。

杂交量与样品中的核酸片段数量成正比。

Microarray可分为：单色和双色。

以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。