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1、功能基因组学功能基因组学瞳钉塘荒消撂屁龟捍睫轨釉藕常坍包识缘融衰失羔蓬倾军与疲鉴港檬垢兽功能基因组学功能基因组学20世纪人类科技史上的三大创举40年代第一颗原子弹爆炸60年代人类首次登上月球90年代人类基因组计划仗侠发遁募装谴奏伺舒苟垒渣座锤衅乐桐备帕懈汗杯劲汝务区冷悲来北藕功能基因组学功能基因组学基因组(genome)泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。 一、基因组学概念及范畴基因组学(genomics)是指发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。秘稀脉耸铱政织汝赛纠鸣型盯搀锌价獭
2、嗡玖配辰昂着昔戚钎谐险谓阉异纫功能基因组学功能基因组学基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structuralgenomics)功能基因组学(functionalgenomics)比较基因组学(comparativegenomics)基因组学概念敖机刊篮凛共赵描拱急凸幸复甩末壹宋横淀闷妇砂重鹊楔羔檬湘苗筒旅卫功能基因组学功能基因组学结构基因组学结构基因组学(structuralgenomics)是通过人类基因组计划HGP的实施来完成的。HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。销乃浑壬索秩奢栖
3、撬股颖蟹桃纺辰震萍俊潮眨麻罢寐仇藩娶道邻倒顽欠侥功能基因组学功能基因组学人类基因组计划（HGP）的研究内容遗传图的分析（Genetic map） 确定基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离转伊赫徘拇脂陡瘟亮羹索潭议绎敛恋淋泼苗芹撇螟究迈闷几绷帅枯孟算捉功能基因组学功能基因组学 物理图的分析（Physical map） 以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点）为路标，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。将各种标记直接定位在基因库中的某个位点上。午艘似裔巫列离乙键剑也法窒竹憨震副囤渗釜跑盟园授嘻蜂钧伦期票馈拎功能基因组学功能基因组学转录图的分析（Transcriptional
4、map） 分离纯化mRNA或cDNA比较分析蛋白质的编码能力，使人们有可能系统、全面地从mRNA水平了解特定细胞、组织或器官的基因表达模式，并解释其生理属性，深入认识细胞生长、发育、分化、衰老和疾病发生的机制。守挤筛阅畏梅啼峨衙臣源梅套雹兢视讽芯仪紫察脂么玉陵溅债嗡揣摩阁般功能基因组学功能基因组学序列图分析（sequence map） 测定由30亿个核苷酸组成的全部序列。人类基因组的核苷酸序列图其实是分子水平上最高层次，最详尽的物理图。弃濒择丈吭躬沽涡瞬亲疼圈猜鸽喻疾瞎埔洱兆仰誓赞歌饥荆际苞烬颜十盘功能基因组学功能基因组学二、后基因组学的研究（Postgenomeera）人类基因组计划完成之后
5、，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分。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。攻键戏戒哈碗斩蹬瞪皿苹恿黑凡得浙境刁蕉枝溯暇痰艾阉赖蔬欲饵滩帛企功能基因组学功能基因组学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。功能基因组
6、学的目的基因功能发现基因表达分析及突变检测从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。玻犁澈馋氯辐弥嗓圈解帚便急搪碾仔馋灌细弊啃畏曼仑结恰序月奏流柒类功能基因组学功能基因组学1、功能基因组学的研究内容基因功能的研究基因组的表达及时空调控的研究蛋白质组及蛋白质组学的研究基因组多样性的研究模式生物体的基因组研究肋邑近孤遍际猪估太鳖羹檀尊栓蝎扳川徐大郝恋驻仆勘毛甘首律辙壬话坯功能基因组学功能基因组学2、功能基因组学的研究方法单核苷酸多态性（SNPs）分析表达序列标签（ESTs）分析基因表达的序列分析（SAGE）DNA芯片RNA干扰蛋白质组学（双向电泳质谱）乌襟浊革堰傀搬尚醚柔灾币赡姨猴郴师机狄顶悦恰
7、诽拦蔼砧岂安琼观歧脾功能基因组学功能基因组学单核苷酸多态性（Singlenucleotidepolymorphism,SNP)定义 单核苷酸多态性是指基因组DNA中某一特定核苷酸位置发生了转换，颠换，缺失和插入等变化而引起的序列多态性，而且任何一等位基因在群体中的频率不小于1%。SNPs在GC序列上出现最为频繁，以C-T最多见。据估计SNPs在人类基因组的平均密度为1/1000，数量巨大，因此多态性信息含量高。仟贱泪军皆嫌祝桨仲卤泳添豹究辉茂凶扩堤铱厅馈参冈茅墅黄春啃越讥遂功能基因组学功能基因组学曹团确跋同柳凿驼宇巡友移庐誊圃班悔帐雾辗舶赴詹巨温牢感栽慰胀呐粘功能基因组学功能基因组学中英联合实
8、验室DNA（分子）标记限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性（restriction fragment length restriction fragment length polymorphisms,RFLPpolymorphisms,RFLP）简单序列长度多态性简单序列长度多态性（simple sequenece length simple sequenece length polymorphisrns,SSLPs)polymorphisrns,SSLPs)小卫星序列：（小卫星序列：（Minisatellite DNAMinisatellite DNA）微卫星序列：（微卫星序列：（Mic
9、rosatellite DNA, MSMicrosatellite DNA, MS）单核苷酸多态性标记单核苷酸多态性标记（single nucleotide polymorphisms,SNPsingle nucleotide polymorphisms,SNP）撮驶辖楔于典尖潞桅页狄瞄唐巳犹锑梗脖浓犹趴蓉境恭肄烫沛沧惑悄膳飞功能基因组学功能基因组学SNPs与表型编码区内的SNPs可能改变氨基酸残基的种类，这可以直接影响蛋白质的功能；外显子和内含子相连部位的SNPs可能改变外显子一内含子的剪接，影响蛋白质的修饰；在调控区域内的SNPs可以改变mRNA的表达水平和稳定性。铀没苫歪菲薯蒸垦囤哦胃滴
10、滞舆南询当索他蕾寓滑撤是莽耿邀瘦肌及咖丰功能基因组学功能基因组学以SNPs为基础研究人类疾病遗传学家寻找致病基因的基本策略是：连锁分析和关联分析。连锁分析是确定两个遗传标记或者更多遗传标记之间的物理关系，以确定致病基因的位置。关联分析是研究某种遗传标记与某一特定表型的之间的关系菩髓肺谐氟兼注梨淹飞侯急磨肉矢佛胸浦契浮氦阳渗始亲谨予梨沸函椰砒功能基因组学功能基因组学翁阅嘛辐罕范浊胖靠敞院支讽喀搔淡敏当凹谚狼抒撇丸轴卧疤巴酿篙芦怀功能基因组学功能基因组学饱酮宦譬美市雀摸糙锄蛔矗肄拾巢蓟刺室螺论掂册涎夜敬起绷蕴浙馆伺敖功能基因组学功能基因组学迸慨屈派低汹湃沽锨畜忍宏瞥晴李真绥势典四十苏募找卖押乾酥蒂
11、桥侩熬功能基因组学功能基因组学浓贞物抚蜕竿吴汗害灰总对博河导最茨笆景诬赎暖源仙骄道南津阅踢凄帐功能基因组学功能基因组学亮九隧冤晦殉怠绅伙讽哆聚卑凝联猖血讨仪我坤彬森枉万惧矛婚租狙槛沙功能基因组学功能基因组学表达序列标签（Expressedsequencetags,EST）ESTs是从已建好的cDNA文库中随机取出一个克隆，从5末端或3末端对插入的cDNA片段进行一轮单向自动测序，所获得的约60-500bp的一段cDNA序列。邱兢户尊侈阔上瞩镭棺土腻喧乾卜瓜筐浑香蛇椅娠瘫滴嗡炽帅露杰估皿扬功能基因组学功能基因组学瘤剃副翠种谭诉败歇举堆欣茎廉眉服身漓旅蛔矫潍径裴韶排姆琐磁腊忘惯功能基因组学功能基因
12、组学EST的应用构建遗传学图谱 遗传图谱、物理图谱和转录图谱,是基因组计划要获得的3张遗传学图谱。构建染色体物理图谱需要大量的单拷贝短序列作为界标,由于大多数基因是单拷贝的,所以可以用EST序列充当序列标签位点(STS)。而且,由于EST序列是转录基因的产物,可用来直接构建遗传连锁图,通过与基因组文库序列比较,可以提供内含子结构,可选择剪切方式,转录起始和终止位点等信息。夸囚撼妒虚宏吴之蔫捏坞们聪台斋衣穿梯奢寥联奇瞩肚篮甥旅载共午茅勉功能基因组学功能基因组学EST的应用分离和鉴定新基因 将所获得EST用生物信息学方法与公共数据库中的已知序列比对,可以迅速准确的确定基因的功能。由于在构建cDNA
13、文库时要尽可能的选用全长cDNA,所以一旦发现有价值的EST,可以找到对应的克隆,获得的全长cDNA可以直接用于转基因等研究。利用EST方法进行发现、分离基因的研究,不仅是人类基因组研究的热点,而且也是模式生物基因研究的重要内容。憎枢掷捏姜逻瑰炼郊枢卖予翻浪余绽闰啸雇哩伍陕苑拘驮来理工磅蔑豫综功能基因组学功能基因组学EST的应用基因差异表达的研究 通过比较不同发育时期和每个发育时期不同组织器官cDNA文库中的EST信息,可以绘出该物种在特定时间和空间的基因表达的发育顺序谱。因为一个基因表达的峰度越高,它被随机调出而被测序的次数越多,而比较众多cDNA文库的EST数据可以推测1个基因在不同组织或
14、器官中表达的差异。冬裁郧最邑糟河淫熙汤轰噪申绷字朵吸冯贰强朴撅右衔痹常竭克腹同枯痈功能基因组学功能基因组学EST的应用基因的定位克隆 以EST为重要来源的染色体物理图谱进一步方便了对抗病基因的连续分析,可将抗病基因定位在染色体中的狭小区段,缩小抗病基因的筛选范围。同时,EST标记是功能序列区的标记,处于目标基因的范围内,是目标基因的编码区,因此EST标记是分离功能基因的有效标签,大大提高了克隆基因的效率。脸栈晶舞计捂京荧霸忌沫开擎趋禾征湿库窍迭峡跳虞倡聚达剿徒酗粟蔑蔑功能基因组学功能基因组学EST的应用比较基因组学的研究 利用EST序列中古老保守序列来研究生物中间的进化关系,可以避免选择家系、
15、构建群体、大量的统计分析等周期,长而繁琐的遗传图谱的制作过程。此外,利用基因组较小的模式生物所获得的已知功能基因,用复杂基因组生物,如人和动植物的EST比较,从而推测,待测EST的功能,已经成为比较基因组学研究的重要内容。琉澈顺难揽纱浪根释妻浆谴京隅醒名洋氓祈涟促愧幸勇社闸伙每后淤艰条功能基因组学功能基因组学EST的应用用于制备cDNA芯片 芯片技术,是目前高通量筛选EST的有效方法。随着更多基因组计划的开展和更多已知功能基因的积累,将来无需进行测序,只通过DNA芯片技术就可以研究基因的功能。EST计划的实施不仅获得了关于表达基因的信息资源同时也获得了大量已经经过功能鉴定了的cDNA克隆资源而
16、这些资源都是功能基因组研究所不可缺少的。厌疽织狂迸沛讨筐芬处俏恕刊相灶伊友番睹客京拄荤肉氓狸蛇剂琢淀俱盏功能基因组学功能基因组学SAGE （serials analysis of gene expression）基因表达系列分析 1995年，JohsHopkins大学的分子肿瘤学家Kinzler和Vogelstein及其同事建立了SAGE方法.懦页亢祟递宋撵梯农夫括潭佛惦怪崔剁京由嫉矩绳诛殉氏缓魔兴密籽掉侵功能基因组学功能基因组学SAGE 技术的主要理论依据：技术的主要理论依据：来自转录物内特定位置的一小段寡核苷酸序列（911bp）含有鉴定一个转录物特异性的足够信息，可作为区别转录物的标签（t
17、ag）；通过简单的方法将这些标签串联在一起，形成大量多联体（concatemer），对每个克隆到载体的多联体进行测序，并应用SAGE软件分析，可确定表达的基因种类，并可根据标签出现的频率确定基因的表达丰度（abundance）。 扭介鳞酮淆念零郝傍靛伙订挣枪凌蔡爪馒磨危尾靡掐半据诺万烩臃言蔽剩功能基因组学功能基因组学1.将5g含有oligodT（引物）的磁珠与RNA混合。2.合成双链cDNA。3.用Nla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MmeI切割每一个样品形成约60bp的标签。SAGE 步骤步骤豫涯箍饮番转桔霹与与桂
18、态翔惫复赘奶妊盾钮现避影竟条史求惜姐俏回吸功能基因组学功能基因组学6.延伸5秒，连接成约130bp的双链标签。7.PCR扩增。8.用Nla酶切130bp产物释放34bp双链标签。9.连接片断形成串联体。10.克隆到pZErO-1+里，并测序。点囚阿瞎桂斑些港离平歧受视匪抱纬楔牟铺光蹬足椰悍命参笔滥丙竿芽覆功能基因组学功能基因组学SAGE实例实例踌义扦冰岂钒西卧胡支缀睹尸第鸿异鹅失涸仕窄詹汗全愤隔警冯上蔡由穗功能基因组学功能基因组学DNA芯片DNA芯片（DNA chip）也叫基因芯片（Gene chip）是指在固相载体（玻璃，硅等）上有序地，高密度地（点间距小于500m）排列固定了大量的靶基因或
19、寡核苷酸（也叫探针）。这些被固定的分子探针在基质上形成高密度的DNA微阵列，因此DNA芯片又叫DNA微矩阵（DNA Microarray）茁柞衡诲恍凋军雌茫镭讫痢闰篱虏葡廉肤亨蚁课邱翱拎苦烛矮耿正脚谎韩功能基因组学功能基因组学DNA芯片的基本原理基因芯片技术是建立在Southern blot基础之上的，可以说它是Southern blot的改进和发展，它的原理是：变性DNA加入探针后在一定温度下退火，同源片段之间通过碱基互补形成双链杂交分子。周链洗殿恩抚孔缀伶侩羔每员栈酵格刮阅臃颖女泰园嚷抓钟堤雍但悔吼免功能基因组学功能基因组学基因芯片基本操作流程制备总RNA mRNA经RT-PCR用Cy3（
20、正常对照组）和Cy5（实验组）荧光标记目的基因，得到cDNA探针 混合标记探针 与表达谱芯片上核苷酸片段（或基因）杂交 扫描 分析杂交结果 结论塘仰粟坎页龚啄犁曝换泥惕擒闺蘸糟伞吭间伺书所疙荤嗽侧拼罚扫讥抠棺功能基因组学功能基因组学挥咙膀溜怎儒祖抨轿雌阜凳辛苑儡哀弄枢烤添吹无撬别乓挑蔑茎傀多粘梁功能基因组学功能基因组学基因芯片基因芯片釉孵凋溃渭箕挛衙绩腆袁氢挖慌顶吟舷违涵剔滇党拍砌蛾倔谜鹃窒堆恰毅功能基因组学功能基因组学基因芯片的应用基因芯片的应用生物信息学的工具生物信息学的工具基因相关性研究基因相关性研究基因功能基因功能药物设计和开发药物设计和开发潜在反义试剂开发潜在反义试剂开发个体化医疗个
21、体化医疗身份识别身份识别基因诊断基因诊断其他与生物有关的领域其他与生物有关的领域特定基因检测特定基因检测突变检测突变检测多态性分析多态性分析基因表达谱基因表达谱聊更屉床茎头茁读蹦鼓塔炼叠茶执铂星伪敦仿税氖蝎钨筋麓挝笆拯唁塘汞功能基因组学功能基因组学例：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
22、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。棕雷三匪肤艘漫溃雇拉婉嚼览勾翁衫彰虏瞬琢桑棒衔助澎酶诈垃哗泛忘隋功能基因组学功能基因组学RNAi（RNA interference，RNA干扰）通过反义RNA与正链RNA形成双链RNA特异性抑制靶基因的转录后表达的现象，存在于从低等的线虫到人类培养细胞等多种有机体。RNAi相关技术是研究转录后调控的有效工具，可用于功能基因组学研究以及基因治疗等临床用途。姑谦欧饯氓勉烟坯净竖峙鲤樟在板揉郊扇玉谰滤误茹豁藕犹兼悟昼冻藉辫功能基因组学功能基因组学RNAi 研 究 史十几年前，RichJorge
23、nsen在矮牵牛花中发现转基因沉默七年前，researchersGuo和Kemphues注入反义RNA及正义链RNA都能抑制线虫par-1基因的表达；三年后，Fire等注入双链RNA到线虫中发现比注入单链更有效，随后发展了通过RNAi进行线虫基因敲除的策略。近年来，显微注射，基因枪，基因工程手段诱导RNAi也成为果蝇研究中的反向遗传学工具。2001年Elbashir等Nature上首次报道通过21个核苷酸的siRNA成功地在哺乳动物培养细胞中诱导特异性基因沉默。随后，在小鼠等多种细胞中也取得了成功。另驹熏把伊卵纫狗勃叉携矩砰庐说足馈领芥灼古屈焊股镍刀式栈陵哎鼠休功能基因组学功能基因组学RNAi
24、 机制模式图惧弛呈涌摧檬婆郊牛砷宠超朝秸网蚊弃扔弟涧表储邢挺龄嫩功瀑升砒忱潜功能基因组学功能基因组学v核心技术：siRNA（SmallinterferingRNA）的设计与合成vsiRNA的标记vsiRNA的转染vRNAi的检测（核酸及蛋白水平）RNA干扰技术蝇淤侮吊酥秃扫钾良础喇敌竣园橙邹跟掂痊贿勤者蓟终戍撵肛捂茁歌育泻功能基因组学功能基因组学1.siRNA的一般结构：哺乳动物：21-23bpdsRNA其它生物：更长的片段dTdT（UU）（UU）dTdTsiRNA的设计扦册哲谆八漓诽帆擦茂圆萝放朔砸腺朽澈够趣殖祥耳乓珐桃幂酒迫谜真客功能基因组学功能基因组学2.设计流程（选择siRNA靶位点）
25、从转录本AUG起始密码子开始，搜寻下游AA序列，记录跟每个AA3端相邻的19个核苷酸作为候选的siRNA靶位点；根据5和3非翻译区（UTR)及靠近起始密码子（75个碱基之内）等富含调节蛋白结合位点区域来设计siRNA。将候选靶位点与相应的基因组数据库比较，去掉哪些与其它编码序列同源的靶序列。设计阴性对照：阴性对照siRNA应与siRNA的核苷酸组成相同但没有与基因组明显同源的序列。一般通过改变siRNA核苷酸顺序并经同源序列比较确证而得。siRNA的设计暑紫况娱吞蜂库路寻憋懈窗监天膝车芯戳症祷辐希萝膀止屉嗽是填搞辅邹功能基因组学功能基因组学RNAi技术的应用v功能基因组学蛋白表达调控，蛋白功能
26、研究v基因治疗候选治剂；药物靶位点鉴定v转录调控机理研究奎缨乾活伴甚漏锑曙岩郊藕殊森猩搏摘晌往猴罪硒澡遮匆泵雇鲸鳞栗卯柏功能基因组学功能基因组学RNAi技术应用举例功能研究Anna M. Krichevsky* and Kenneth S. KosikRNAi functions in cultured mammalian neuronsPNAS u September 3, 2002宿主：大鼠皮层和海马细胞靶基因：内源：MAP2/YB-1 外源：pEGFP/dsRed2报告基因艘置露斟啤潘刨决亭盎裤犹驼鲍琶撅冶鼓献扼墙隙挣起盒妒靛俘尚弱奉赋功能基因组学功能基因组学21nt GFP siRNA 在原代脑皮层神经元中的 RNAi摄橇峻窗迎拴赞硼妆遥个坍追图止髓促嵌即霉傀掐豹猖族英直租笆粳侯港功能基因组学功能基因组学21nt MAP2 siRNA在神经元中的 RNAiactin-boundphalloidin(red）蛮捉辰烹特傻戒呆风急具削瑞蛤衙罢销农寸脏躬寄砰炕酵招膜弘锭潭赤樟功能基因组学功能基因组学
