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1、报告人报告人报告人报告人: : : :马马马马 云云云云信阳师范学院生命科学学院信阳师范学院生命科学学院信阳师范学院生命科学学院信阳师范学院生命科学学院 2008200820082008年年年年5 5 5 5月月月月 Summary on （Functional ）Genomics（功能）基因组学研究概述（功能）基因组学研究概述基因组学相关概念基因组学相关概念基因组学相关概念基因组学相关概念牛基因组学研究进展牛基因组学研究进展牛基因组学研究进展牛基因组学研究进展功能基因组学研究的内容及方法功能基因组学研究的内容及方法功能基因组学研究的内容及方法功能基因组学研究的内容及方法 本人在牛基因组研究方
2、面做的一点工作本人在牛基因组研究方面做的一点工作本人在牛基因组研究方面做的一点工作本人在牛基因组研究方面做的一点工作目目 录录1.基因组学相基因组学相关概念关概念 1.基因组学相基因组学相关概念关概念 1.基因组学相基因组学相关概念关概念w牛基因组计划始于牛基因组计划始于20032003年年1212月，内容包括月，内容包括绘制遗传绘制遗传图谱、物理图谱图谱、物理图谱，获得全面的转录图谱，并对基因，获得全面的转录图谱，并对基因进行识别，鉴定其功能。进行识别，鉴定其功能。w牛的基因组据估计由大约牛的基因组据估计由大约3030亿个碱基对组成，与人亿个碱基对组成，与人和其他哺乳动物基因组规模相当。绘制
3、牛的基因组和其他哺乳动物基因组规模相当。绘制牛的基因组图谱，不仅在改进乳品和肉制品质量等领域有潜在图谱，不仅在改进乳品和肉制品质量等领域有潜在用途，也有助于加深对人类基因组的理解。用途，也有助于加深对人类基因组的理解。2.牛基因组学牛基因组学研研 究究 进进 展展2.1牛基因组遗传图谱 遗传图谱(Genetic map)又称遗传连锁图谱(Genetich linkage map)，是指通过遗传重组所得到的基因在具体染色体上的线性排列图。通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，一般用厘摩(cM)确定标记基因或者位点间的相对距离，即每次减数分裂的重组频率来表示。 2.2牛基因组物理图谱 物理图谱是在
4、DNA分子水平上描述染色体中标记位点间顺序和物理距离的图谱。常用的物理图谱构建方法有三种，分别基于辐射杂交、限制性酶切指纹图谱和大量的BAC的末段测序。2.牛基因组学牛基因组学研研 究究 进进 展展2.3 牛基因组转录图谱w转录图谱转录图谱(Transcript map)是用基因表达的各种是用基因表达的各种RNA产物做路标，将各器官中表达的产物做路标，将各器官中表达的mRNA转化转化成成cDNA，利用其，利用其3或或5非翻译区构建短的，具有非翻译区构建短的，具有代表性的代表性的cDNA片段，也即表达序列标签片段，也即表达序列标签(Expressed sequenceTag， EST)。 2.4
5、2.4牛基因组牛基因组DNADNA的全序列测定的全序列测定2.52.5基因功能的鉴定研究基因功能的鉴定研究2.牛基因组学牛基因组学研研 究究 进进 展展w1.最新的牛遗传连锁图谱由4585个标记组成，平均图距精确到1.2cM，是研究牛数量性状位点、定位并克隆生产性状相关基因，进行分子辅助育种的蓝图。w2.基于限制性酶切指纹图与末端测序技术对294651个BAC克隆分析拼接成的物理图谱，覆盖约15.8倍的基因组，为牛全基因组测序和组装提供了框架。w3.融合了全基因组鸟枪法和逐步克隆法绘制的牛基因组草图，包含了26052388个可用测序读长，覆盖约7.0倍基因组，拼接成2.87Gb的基因组序列。2
6、.牛基因组学牛基因组学研研 究究 进进 展展w截止到截止到 2006年年 6月月 15日为止，日为止，GenBank中牛的中牛的mRNA、EST等序列数目达到等序列数目达到 914 944条，这些序列拼接得到条，这些序列拼接得到 37 225 个个clusters，是转录水平获得序列最多的家，是转录水平获得序列最多的家养动物。目前已经建成了牛的各类组织器养动物。目前已经建成了牛的各类组织器官的特异性官的特异性 cDNA 文库有文库有100个。这些文个。这些文库的建立为研究特定组织细胞的基因表达库的建立为研究特定组织细胞的基因表达情况奠定了基础。情况奠定了基础。 2.牛基因组学牛基因组学研研 究
7、究 进进 展展3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略 基因的功能主要包括:生物化学功能，细胞学功能及发育的功能。目前， 基因功能的研究方法主要包括:w新基因的生物信息学分析w体内表达规律分析（转录和翻译水平）、w功能获得（基因转染和转基因）研究、w功能失活（基因沉默和基因敲除）研究、w基因编码产物相互作用蛋白的研究（免疫共沉淀和酵母双杂交）w基因多样性研究（SNPs分析）等。3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.1新基因的生物信息学分析（基因结构及编码产物功能预测)w3.1.13.1.1新基因的电子克隆新基因的电子克隆: : 利用表达序列标
8、签 (EST) 数据库发现新基因也被称为基因的电子克隆。从数据库或从数据库或 PubMedPubMed寻找感兴趣的寻找感兴趣的 cDNAcDNA或氨基酸序列或氨基酸序列; ; 相同相同 UnigeneUnigene或或clustercluster的的 ESTEST片段归类在一起片段归类在一起 , , 并初步拼接和校对并初步拼接和校对; ;基于基于 GenBankGenBank完整完整 ESTEST数据库的数据库的 ESTEST拼接、校对并尽可能延长获得的大片段或拼接、校对并尽可能延长获得的大片段或全长全长 cDNA, cDNA, 称为称为 Contig; Contig; Contig Cont
9、ig输入输入 nrnr数据库通过数据库通过BLASTBLAST查新选留新颖查新选留新颖 Contig; Contig; 再通过再通过 GenBankGenBank完整完整 ESTEST数据库比对确定最终数据库比对确定最终 cDNA Contig; cDNA Contig; 分析开放阅读码框分析开放阅读码框 (ORF)(ORF)、KozakKozak规则、加尾信号、多聚腺苷酸规则、加尾信号、多聚腺苷酸 (PolyA) (PolyA) 等等; ;获得新基因全序列获得新基因全序列 包括内含子包括内含子 ( intron)( intron)和外显子和外显子 (exon) (exon) 序列序列 , ,
10、 定位于定位于染色体上并作图。染色体上并作图。3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.1新基因的生物信息学分析（基因结构及编码产物功能预测)w3.1.23.1.2新基因的结构区域预测新基因的结构区域预测: :对编码区进行统计特性分析启动子分析 启动子是基因表达所必需的重要序列信号 , 识别出启动子对认识基因组功能、基因表达调控机制以及人类疾病与启动子多态性或突变有很大的帮助。内含子 /外显子剪接位点(GT/AG规则)翻译起始位点（“Kozak规则 ”）翻译终止信号3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.1新基因的生物信息学分析（基因结构及
11、编码产物功能预测)w3.1.33.1.3新基因的功能预测新基因的功能预测: :序列同源比较序列同源比较: :主要方法有主要方法有同源检索同源检索(NCBI(NCBI数据库的数据库的 Blastn)Blastn)和和多序列对齐多序列对齐 (multiple sequence (multiple sequence alignment,MSA)alignment,MSA)w3.1.43.1.4蛋白质结构与功能预测蛋白质结构与功能预测：从氨基酸组成辨识蛋白质从氨基酸组成辨识蛋白质、蛋蛋白质物理性质预测白质物理性质预测( (如等电点、分子量、酶切特性、疏水性等如等电点、分子量、酶切特性、疏水性等) )。
12、蛋白质结构预测蛋白质结构预测（蛋白质二、三级结构及特殊结构预测）、（蛋白质二、三级结构及特殊结构预测）、蛋白质功能的预测蛋白质功能的预测（通过相似序列的数据库比对确定功能、（通过相似序列的数据库比对确定功能、确定序列特性、通过序列模体数据库等的比对确定功能）确定序列特性、通过序列模体数据库等的比对确定功能）3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略 3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内
13、容及策略的内容及策略w 3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略蛋白质功能的预测及方法：蛋白质功能的预测及方法：.通过相似序列的数据库比对确定功能通过相似序列的数据库比对确定功能w 3. 功能基因组学研功能基因组学研究的内容及策略究的内容及策略蛋白质功能的预测及方法：蛋白质功能的预测及方法：.确定序列特性确定序列特性w 3. 功能基因组学研功能基因组学研究的内容及策略究的内容及策略蛋白质功能的预测及方法：蛋白质功能的预测及方法：.通过序列模体数据库等的比对确定功能通过序列模体数据库等的比对确定功能新基因功能的实验室研究新基因功能的实验室研究: :3.23.2新基因的体内表
14、达规律分析新基因的体内表达规律分析3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略 要开展新基因功能的研究工作，首要的研究任务要开展新基因功能的研究工作，首要的研究任务就是摸清新基因在体内的表达规律，这包括从就是摸清新基因在体内的表达规律，这包括从 mRNA mRNA 和和蛋白质蛋白质两个水平上来对其基因表达谱进行分析，即两个水平上来对其基因表达谱进行分析，即看其在各种不同的正常或病态组织细胞中是否表达以看其在各种不同的正常或病态组织细胞中是否表达以及表达的水平高低等及表达的水平高低等 。新基因在某一特定的正常组织。新基因在某一特定的正常组织细胞中的表达水平高往往提示其在其中发挥
15、着重要作细胞中的表达水平高往往提示其在其中发挥着重要作用用。3.23.2新基因的体内表达规律分析新基因的体内表达规律分析3. 功能基因组学研功能基因组学研究的内容及策略究的内容及策略 3.23.2新基因的体内表达规律分析新基因的体内表达规律分析3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略 3. 功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.3新基因的功能获得分析3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.33.3新基因的功能获得分析新基因的功能获得分析3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.33.3新基因的功能获得
16、分析新基因的功能获得分析3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.4新基因功能失活分析3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.4新基因功能失活分析w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技术基于核酸的基因沉默技术3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.4新基因功能失活分析w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技术基于核酸的基因沉默技术3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.4新基因功能失活分析w3.4.13.4.1基于核酸的基因沉默技术基于核酸的基因沉默技术3.功能基因组学研究功能基因组学研
17、究的内容及策略的内容及策略w3.4新基因功能失活分析w3.4.23.4.2基因敲除技术基因敲除技术3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.5新基因编码产物相互作用蛋白的研究3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.6新基因多样性的研究随着人类和动植物基因组序列测定的纵深发展，基因组变异已成为研究热点，随着人类和动植物基因组序列测定的纵深发展，基因组变异已成为研究热点，尤其是尤其是SNPsSNPs的筛选及其检测倍受关注，己成为继限制性酶切片段长度多态的筛选及其检测倍受关注，己成为继限制性酶切片段长度多态性和微卫星之后的第三代性和微卫星之后的第三代
18、DNADNA遗传标记，正在医学、农学等众多领域发挥遗传标记，正在医学、农学等众多领域发挥着巨大作用。着巨大作用。SNP (Single Nucleotide Polymorphism)SNP (Single Nucleotide Polymorphism)即单核苷酸多态性，即单核苷酸多态性，是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态性。是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态性。SNPSNP数量大，分布广，数量大，分布广，在任何已知或未知基因附近都可能找到众多的在任何已知或未知基因附近都可能找到众多的SNPSNP，随着新的，随着新的SNPSNP标记的发标记的发现和定位，生物遗传连锁图谱标记密度将
19、日益增加，能够将数量性状位点现和定位，生物遗传连锁图谱标记密度将日益增加，能够将数量性状位点(QTL)(QTL)定位在更小的染色体区域内，也为更多的主基因的发现和定位打下定位在更小的染色体区域内，也为更多的主基因的发现和定位打下良好的墓础；而且，高密度良好的墓础；而且，高密度SNPSNP遗传图谱的出现使我们可以更精确的进行遗传图谱的出现使我们可以更精确的进行标记辅助选择标记辅助选择(MAS)(MAS)和标记辅助导入和标记辅助导入(MAI)(MAI)，降低或消除目的基因之外的，降低或消除目的基因之外的遗传背景的干扰，这将为基因育种提供前所未有的便利工具。遗传背景的干扰，这将为基因育种提供前所未有
20、的便利工具。3.功能基因组学研究功能基因组学研究的内容及策略的内容及策略w3.63.6新基因多样性的研究新基因多样性的研究 由于部分位于基因内部的由于部分位于基因内部的SNPSNP可能会直接影可能会直接影响产物蛋白质的结构或基因表达水平，因此，响产物蛋白质的结构或基因表达水平，因此，侯选基因侯选基因SNPsSNPs的检测与基因功能的鉴定密切相的检测与基因功能的鉴定密切相关，属于基因功能鉴定的一个非常重要内容。关，属于基因功能鉴定的一个非常重要内容。另外，由于另外，由于SNPsSNPs在基因组中的相对高频分布，在基因组中的相对高频分布，使得其非常适合用于关联分析。基因使得其非常适合用于关联分析。
21、基因SNPsSNPs与经与经济性状关联分析的结果又可进一步印证基因的济性状关联分析的结果又可进一步印证基因的生物学功能。生物学功能。4本人在牛功能基因组学本人在牛功能基因组学研究领域所做的工作研究领域所做的工作w4.14.1牛牛ANGPTL4ANGPTL4基因的分离、定位及其与牛经济性状基因的分离、定位及其与牛经济性状 的关联研究的关联研究w4.24.2牛牛ANGPTL4ANGPTL4基因的表达与功能定位研究（下一步基因的表达与功能定位研究（下一步 要开展的工作）要开展的工作）牛ANGPTL4基因的表达与功能定位研究4本人在牛功能基因组学本人在牛功能基因组学研究领域所做的工作研究领域所做的工作4.2牛牛ANGPTL4基因的表达与功能定位研究基因的表达与功能定位研究牛牛ANGPTL4ANGPTL4基因的表达与功能定位研究基因的表达与功能定位研究谢谢 谢！谢！The End
