基因组与蛋白质组学.ppt
第八章第八章 基因组学与蛋白质组学基因组学与蛋白质组学美科学评出美科学评出2010年十大科学突破年十大科学突破l下一代基因组学：更快速更廉价的测序技术使下一代基因组学：更快速更廉价的测序技术使人们能够以极大的规模研究古代和现代核糖核人们能够以极大的规模研究古代和现代核糖核酸。以酸。以“千人基因组计划千人基因组计划”为例，其发现了众为例，其发现了众多导致我们人类独一无二的基因组变异。多导致我们人类独一无二的基因组变异。一、基因组学（一、基因组学（genomics)定义定义 指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱），核苷酸序列分析，谱、物理图谱、转录图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门学科。基因定位和基因功能分析的一门学科。基因组学包括三个不同的亚领域：基因组学包括三个不同的亚领域：l1.以全基因组测序为目标的结构基因组学。以全基因组测序为目标的结构基因组学。l2.以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又被称为后基因组学。又被称为后基因组学。l3.3.比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)涉涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的理解每个基因组的功能和进化功能和进化关系。关系。定义定义 是一门通过基因作图、核苷酸序列分析确定基是一门通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。因组成、基因定位的科学。（一）结构基因组学（一）结构基因组学（structural genomics）基因作图的类型（人类基因组计划）基因作图的类型（人类基因组计划）根据使用的标志和手段不同，作图根据使用的标志和手段不同，作图有三种类型，即构建生物体基因组高分有三种类型，即构建生物体基因组高分辨率的遗传图、物理图、转录图。辨率的遗传图、物理图、转录图。1.遗传图遗传图 2.物理图物理图 3.转录图转录图 4.序列图序列图（一）（一）遗传图谱遗传图谱 1.定义定义 又称连锁图谱，指基因或又称连锁图谱，指基因或DNA标志在染色体上标志在染色体上的相对位置与遗传距离。的相对位置与遗传距离。通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定他们的相对距离。他们的相对距离。2.DNA遗传标记遗传标记 第一代第一代DNA遗传标记：遗传标记：以以Southern杂交技术为杂交技术为核心的分子标记核心的分子标记如如RFLPRFLP（restriction fragment length restriction fragment length polymorphismpolymorphism，限制性片段长度多态性），限制性片段长度多态性），限制性片段长度多态性），限制性片段长度多态性）在不同物种间同源在不同物种间同源DNA序列上的限制性内序列上的限制性内切酶识别位点出现差异切酶识别位点出现差异,经适当限制性内切酶切经适当限制性内切酶切割形成长度不同的片段割形成长度不同的片段,通过分子杂交技术通过分子杂交技术,便便能得到能得到DNA的限制性片段长度多态性图谱。的限制性片段长度多态性图谱。l l第二代分子标记：第二代分子标记：以以PCR技术为核心的技术为核心的分子标记分子标记l l如如 RAPDl AFLPl SSLP RAPD RAPD（random amplified polymorphism DNA random amplified polymorphism DNA，随机扩增多态性）随机扩增多态性）随机扩增多态性）随机扩增多态性）用单一引物做随机引物，则单一引物会结合用单一引物做随机引物，则单一引物会结合在基因组的反向重复序列上，若在其之间在基因组的反向重复序列上，若在其之间的的DNA遗传特性发生变化，遗传特性发生变化，PCR产物表现其差异产物表现其差异性，经电泳分离后，就可检测出被扩增的性，经电泳分离后，就可检测出被扩增的多态性。多态性。AFLP（amplified fragment length polymorphism，扩增片段长度多态性），扩增片段长度多态性）将用两种限制性内切酶酶切，然后进将用两种限制性内切酶酶切，然后进行特异性扩增，如果片段遗传特性行特异性扩增，如果片段遗传特性发生改变，则酶切片段数目、长短发生变化，其发生改变，则酶切片段数目、长短发生变化，其扩增结果可以通过凝胶电泳显示其多态性。扩增结果可以通过凝胶电泳显示其多态性。SSLP（simple sequence length polymorphism，简单序列长度多态性），简单序列长度多态性）即微卫星即微卫星DNA（microsatellite DNA）重复单位长度为重复单位长度为2-6nt 由于重复单位的序列差异和数目变化由于重复单位的序列差异和数目变化,可形成丰富的多态性。可形成丰富的多态性。第三代分子标记第三代分子标记：SNPsingle nucleotide polymorphism，单核苷酸多态性单核苷酸多态性l指指基基因因组组DNA序序列列中中由由于于单单个个核核苷苷酸酸的的突突变变而而引引起的多态性。起的多态性。l简简单单说说即即在在基基因因组组内内特特定定核核苷苷酸酸位位置置上上存存在在两两种种不同碱基。不同碱基。（二）物理图谱（二）物理图谱(physical map)l以已知核苷酸序列的以已知核苷酸序列的DNA片段片段(序列标签位序列标签位点点，sequence tagged site，STS)为路标，为路标，以碱基对作为基本测量单位以碱基对作为基本测量单位(图距图距)的基因组的基因组图图.序列标签位点序列标签位点（sequnce-tagged site,STS)序列已知、染色体定位明确的单拷贝序列已知、染色体定位明确的单拷贝短短DNA序列，长度在序列，长度在100-500bp。（三）转录图谱（三）转录图谱（transcription map）l又称又称cDNA图或表达序列标签图（图或表达序列标签图（expressed sequence tag，EST）l根据转录序列的位置和距离绘制的图谱，它根据转录序列的位置和距离绘制的图谱，它是染色体是染色体DNA某一区域内所有可转录序列的某一区域内所有可转录序列的分布图分布图.表达序列标签表达序列标签(expressed sequence tag,EST)l是一组短的是一组短的cDNA部分序列，由大量随机部分序列，由大量随机取出的取出的cDNA克隆一次测序得到的组织或克隆一次测序得到的组织或细胞基因组的表达序列标签。细胞基因组的表达序列标签。（四）序列图（四）序列图l以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱谱.l分子水平的物理图谱，是最高层次的、最详尽分子水平的物理图谱，是最高层次的、最详尽的物理图。的物理图。二、二、比较基因组学（比较基因组学（Comparative GenomicsComparative Genomics）（一）含义（一）含义 是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种的进化的学科。表达机理和物种的进化的学科。三、三、蛋白质组学蛋白质组学（一）蛋白质组（一）蛋白质组（proteome）指一个基因组表达的全部蛋白质及其存在方指一个基因组表达的全部蛋白质及其存在方式式（二）功能蛋白质组（二）功能蛋白质组（Functional proteomeFunctional proteome）在特定时间、特定环境和实验条件下基在特定时间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质为功能蛋白质组因组活跃表达的蛋白质为功能蛋白质组,是细是细胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白质。质。（三）蛋白质组学（三）蛋白质组学（protemics）是对在不同时间和空间发挥功能的特定蛋是对在不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体的研究。旨在阐明生物体全部蛋白质白质群体的研究。旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。的表达模式及功能模式。
