基因组学代谢组学PPT教案课件.pptx

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1、会计学1基因组学代谢组学基因组学代谢组学第1页/共27页n n测测序序技技术术的的进进步步，大大规规模模基基因因组组测测序序成成为为可能可能genomicsn n表表达达序序列列标标签签EST、微微阵阵列列、基基因因表表达达连连续分析续分析 SAGE，转录组学，转录组学transcriptomicsn n生生物物体体系系中中所所有有蛋蛋白白及及其其功功能能的的蛋蛋白白组组学学proteomicsn n研研究究代代谢谢产产物物的的变变化化和和代代谢谢途途径径的的代代谢谢组组学学metabolomics第1页/共27页第2页/共27页第2页/共27页第3页/共27页代谢组学的发展代谢组学的发展n

2、n结构基因组学结构基因组学：研究生物系统的基因结：研究生物系统的基因结构组成，即构组成，即DNA的序列及其表达的序列及其表达。n n蛋白组学：蛋白组学：研究由生物系统表达的蛋白研究由生物系统表达的蛋白质及由外部刺激引起的差异质及由外部刺激引起的差异。n n代谢组学代谢组学：研究生物体系（细胞，组织：研究生物体系（细胞，组织或生物体）受外部刺激所产生的所有代或生物体）受外部刺激所产生的所有代谢产物的变化，是结构基因组学和蛋白谢产物的变化，是结构基因组学和蛋白组学的延伸组学的延伸。第3页/共27页第4页/共27页代谢组学的发展代谢组学的发展n n基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不基因组的变化

3、不一定能够得到表达，从而并不基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不基因组的变化不一定能够得到表达，从而并不一定对系统产生影响；一定对系统产生影响；一定对系统产生影响；一定对系统产生影响；n n某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，某些蛋白的浓度会由于外部条件的变化而升高，但由于这个蛋白可能不具备活性，从而也不对但由于这个蛋白可能不具备活性，从而也不对但由于这个蛋白可能不具备活性，从而也不对但由于这个蛋白可能不具备活性，从而也不对系统产生影响；系统产生影响；系统产生影响；系统产生影响；n n由于基因或蛋白的

4、由于基因或蛋白的由于基因或蛋白的由于基因或蛋白的功能补偿功能补偿功能补偿功能补偿作用，某个基因或作用，某个基因或作用，某个基因或作用，某个基因或蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应的净结果为零；到补偿，最后反应的净结果为零；到补偿，最后反应的净结果为零；到补偿，最后反应的净结果为零；n n小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终小分子的产生和代谢才是这一系列事件的最终结果，它能

5、够结果，它能够结果，它能够结果，它能够更准确的反映生物体系的状态更准确的反映生物体系的状态更准确的反映生物体系的状态更准确的反映生物体系的状态。第4页/共27页第5页/共27页代谢组学的发展历史代谢组学的发展历史n n最早起源于最早起源于最早起源于最早起源于代谢轮廓分析代谢轮廓分析代谢轮廓分析代谢轮廓分析（Metabolic profilingMetabolic profiling）。早在二十世纪）。早在二十世纪）。早在二十世纪）。早在二十世纪七十年代，七十年代，七十年代，七十年代，BaylorBaylor药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的理药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的理药学院就

6、已经提出并发表了代谢轮廓分析的理药学院就已经提出并发表了代谢轮廓分析的理论。论。论。论。n n19751975年，年，年，年，Thompson Thompson 和和和和MarkeyMarkey利用气相色谱和质谱在代谢轮廓分利用气相色谱和质谱在代谢轮廓分利用气相色谱和质谱在代谢轮廓分利用气相色谱和质谱在代谢轮廓分析的定量方面取得了较大进展；二十世纪七十年代末期这种方法析的定量方面取得了较大进展；二十世纪七十年代末期这种方法析的定量方面取得了较大进展；二十世纪七十年代末期这种方法析的定量方面取得了较大进展；二十世纪七十年代末期这种方法得到了广泛认同；八十年代早期应用得到了广泛认同；八十年代早期应

7、用得到了广泛认同；八十年代早期应用得到了广泛认同；八十年代早期应用HPLCHPLC和和和和NMRNMR来对代谢物来对代谢物来对代谢物来对代谢物进行分析。进行分析。进行分析。进行分析。n n19861986年，年，年，年，Joumal of Chromatography AJoumal of Chromatography A出版了一期关于代谢轮廓分出版了一期关于代谢轮廓分出版了一期关于代谢轮廓分出版了一期关于代谢轮廓分析的专辑。析的专辑。析的专辑。析的专辑。n n随着基因组学的提出和迅速发展，随着基因组学的提出和迅速发展，随着基因组学的提出和迅速发展，随着基因组学的提出和迅速发展，OliverO

8、liver于于于于19971997年提出了年提出了年提出了年提出了代谢组学代谢组学代谢组学代谢组学（metabolomicsmetabolomics）的概念，之后很多植物化学家开展了这方面的的概念，之后很多植物化学家开展了这方面的的概念，之后很多植物化学家开展了这方面的的概念，之后很多植物化学家开展了这方面的研究；研究；研究；研究；n n19991999年年年年Jeremy K.NicholsonJeremy K.Nicholson等人提出等人提出等人提出等人提出metabonomicsmetabonomics的概念。的概念。的概念。的概念。第5页/共27页第6页/共27页n nMetabol

9、omicsMetabolomics：通过考察生物体系受刺激后代：通过考察生物体系受刺激后代：通过考察生物体系受刺激后代：通过考察生物体系受刺激后代谢产物的变化，或研究随时间变化，生物体系谢产物的变化，或研究随时间变化，生物体系谢产物的变化，或研究随时间变化，生物体系谢产物的变化，或研究随时间变化，生物体系的代谢途径的一种技术。模式生物和植物的代谢途径的一种技术。模式生物和植物的代谢途径的一种技术。模式生物和植物的代谢途径的一种技术。模式生物和植物n nMetabonomicsMetabonomics：生物体对：生物体对：生物体对：生物体对病理生理病理生理病理生理病理生理刺激或基因刺激或基因刺激

10、或基因刺激或基因修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的研修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的研修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的研修饰产生的代谢物质的质和量的动态变化的研究。评价、监测这种变化的过程。究。评价、监测这种变化的过程。究。评价、监测这种变化的过程。究。评价、监测这种变化的过程。n n代谢组：一个细胞、组织或器官中，所有代谢代谢组：一个细胞、组织或器官中，所有代谢代谢组：一个细胞、组织或器官中，所有代谢代谢组：一个细胞、组织或器官中，所有代谢组分的集合，尤其指小分子物质组分的集合，尤其指小分子物质组分的集合，尤其指小分子物质组分的集合，尤其指小分子物质n n代谢组学：在新陈代谢

11、的动态进程中，系统研代谢组学：在新陈代谢的动态进程中，系统研代谢组学：在新陈代谢的动态进程中，系统研代谢组学：在新陈代谢的动态进程中，系统研究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代究代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质的科学。谢本质的科学。谢本质的科学。谢本质的科学。第6页/共27页第7页/共27页代谢产物的分析层次代谢产物的分析层次Oliver Fiehn Oliver Fiehn 将对生物体系的代谢产物分析分为将对生物体系的代谢产物分析分为将对生物体系的代谢产物分析分为将对生物体系的代谢产物分析分为4

12、4个层次：个层次：个层次：个层次：n n1 1）代谢物靶标分析（）代谢物靶标分析（）代谢物靶标分析（）代谢物靶标分析（Metabolite target analysisMetabolite target analysis）：某）：某）：某）：某个或某几个特定组分的分析；个或某几个特定组分的分析；个或某几个特定组分的分析；个或某几个特定组分的分析；n n2 2）代谢轮廓分析（）代谢轮廓分析（）代谢轮廓分析（）代谢轮廓分析（Metabolic profilingMetabolic profiling）：少数预设的）：少数预设的）：少数预设的）：少数预设的一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质

13、相关一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质相关一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质相关一些代谢产物的定量分析，如某一类结构、性质相关的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢的化合物或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分；途径的标志性组分；途径的标志性组分；途径的标志性组分；n n3 3）代谢组学（）代谢组学（）代谢组学（）代谢组学（MetabolomicsMetabolomics）：限定条件下的特定生）：限定条件下的特定生）：限定条件下的特定生）：限定条件下的特定生物样品

14、中所有代谢组分的定性和定量；物样品中所有代谢组分的定性和定量；物样品中所有代谢组分的定性和定量；物样品中所有代谢组分的定性和定量；n n4 4）代谢物指纹分析（）代谢物指纹分析（）代谢物指纹分析（）代谢物指纹分析（Metabolic fingerprintingMetabolic fingerprinting）：不）：不）：不）：不分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类（如表型的快速鉴定）；（如表型的快速鉴定）；（如表型的快速鉴定）；（如表型的快速鉴定）；第

15、7页/共27页第8页/共27页代谢组学的内容和特点代谢组学的内容和特点n n转录组学和蛋白组学的局限性：转录组学和蛋白组学的局限性：n n转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基因变更时在生化层面的表现型的改变。因变更时在生化层面的表现型的改变。因变更时在生化层面的表现型的改变。因变更时在生化层面的表现型的改变。n n现代技术对于转录组学和蛋白组学中现代技术对于转录组学和蛋白组学中现代技术对于转录组学和蛋白组学中现代技术对于转录组学和蛋白组学中mRNAmRNA以及以及以及以及蛋白质蛋

16、白质蛋白质蛋白质的识别是通过已知的识别是通过已知的识别是通过已知的识别是通过已知数据库数据库数据库数据库进行序进行序进行序进行序列比对的来实现的，因此识别和对比过程是列比对的来实现的，因此识别和对比过程是列比对的来实现的，因此识别和对比过程是列比对的来实现的，因此识别和对比过程是间接间接间接间接的。的。的。的。n n如果在缺乏某如果在缺乏某如果在缺乏某如果在缺乏某mRNAmRNA或蛋白质的数据信息时，或蛋白质的数据信息时，或蛋白质的数据信息时，或蛋白质的数据信息时，以上的两种组学就只能为人们提供少量的信以上的两种组学就只能为人们提供少量的信以上的两种组学就只能为人们提供少量的信以上的两种组学就

17、只能为人们提供少量的信息。息。息。息。第8页/共27页第9页/共27页代谢组学的内容和特点代谢组学的内容和特点代谢组学的优点：代谢组学的优点：代谢组学的优点：代谢组学的优点：n n1 1）基基基基因因因因和和和和蛋蛋蛋蛋白白白白表表表表达达达达的的的的有有有有效效效效的的的的微微微微小小小小变变变变化化化化会会会会在在在在代代代代谢谢谢谢物上得到物上得到物上得到物上得到放大放大放大放大，从而使检测更，从而使检测更，从而使检测更，从而使检测更容易容易容易容易；n n2 2）代代代代谢谢谢谢组组组组学学学学的的的的技技技技术术术术不不不不需需需需建建建建立立立立全全全全基基基基因因因因组组组组测测

18、测测序序序序及及及及大大大大量表达序列标签（量表达序列标签（量表达序列标签（量表达序列标签（ESTEST）的）的）的）的数据库数据库数据库数据库；n n3 3）代代代代谢谢谢谢物物物物的的的的种种种种类类类类要要要要远远远远小小小小于于于于基基基基因因因因和和和和蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的数数数数目目目目，每每每每个个个个生生生生物物物物体体体体中中中中代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物大大大大约约约约在在在在10103 3数数数数量量量量级级级级，细细细细菌菌菌菌基因组中几千个基因；基因组中几千个基因；基因组中几千个基因；基因组中几千个基因；n n4 4）因因因因为为为为代代代代谢谢谢谢产产产产

19、物物物物在在在在各各各各个个个个生生生生物物物物体体体体系系系系中中中中都都都都是是是是类类类类似似似似的的的的，所以代谢组学研究中采用的技术更所以代谢组学研究中采用的技术更所以代谢组学研究中采用的技术更所以代谢组学研究中采用的技术更通用通用通用通用；第9页/共27页第10页/共27页代谢组学的内容和特点代谢组学的内容和特点n n代谢组学的研究技术代谢组学的研究技术代谢组学的研究技术代谢组学的研究技术 核心技术是利用化学方法对不同状态下基因核心技术是利用化学方法对不同状态下基因核心技术是利用化学方法对不同状态下基因核心技术是利用化学方法对不同状态下基因表达的不同代谢产物进行比较表达的不同代谢产

20、物进行比较表达的不同代谢产物进行比较表达的不同代谢产物进行比较n n代谢物群矩阵代谢物群矩阵代谢物群矩阵代谢物群矩阵clique-metabolite matricesclique-metabolite matricesn n单一代谢物单一代谢物单一代谢物单一代谢物首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组首先被鉴定出来，然后在不同的代谢物组中寻找相关性；中寻找相关性；中寻找相关性；中寻找相关性；n n这些既独立又相关的代谢物被用来这些既独立又相关的代谢物被用来这些既独立又相关的代谢物被用来这些既独立又相关的代谢物被用来鉴定代谢

21、途径鉴定代谢途径鉴定代谢途径鉴定代谢途径，寻，寻，寻，寻找在已经受到影响的情况下植物的找在已经受到影响的情况下植物的找在已经受到影响的情况下植物的找在已经受到影响的情况下植物的代谢网络代谢网络代谢网络代谢网络，而这些，而这些，而这些，而这些网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和网络途径则用来测定和研究更加广泛的生物学反应和基因功能。基因功能。基因功能。基因功能。第10页/共27页第11页/共27页代谢组学的内容和特点代谢组学的内容和特点n n局限性：局限性：n n不能将生物体所有的代谢产物全面涵

22、盖，活的不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖，活的不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖，活的不能将生物体所有的代谢产物全面涵盖，活的生物体的内在生物学变化，大多实验仪器存在生物体的内在生物学变化，大多实验仪器存在生物体的内在生物学变化，大多实验仪器存在生物体的内在生物学变化，大多实验仪器存在动力学局限性，导致代谢物的化学复杂性动力学局限性，导致代谢物的化学复杂性动力学局限性，导致代谢物的化学复杂性动力学局限性，导致代谢物的化学复杂性n n技术难题：代谢组学中的主要技术难点在技术难题：代谢组学中的主要技术难点在于分析物浓度的动态范围于分析物浓度的动态范围？第11页/共27页第12页/共27页代谢组学

23、的研究策略代谢组学的研究策略n nA.A.A.A.代谢物靶标分析代谢物靶标分析代谢物靶标分析代谢物靶标分析（Metabolite target analysisMetabolite target analysis）n n直接研究基因变化的初级影响，可对专有的底物或相直接研究基因变化的初级影响，可对专有的底物或相直接研究基因变化的初级影响，可对专有的底物或相直接研究基因变化的初级影响，可对专有的底物或相应编码蛋白进行分析。应编码蛋白进行分析。应编码蛋白进行分析。应编码蛋白进行分析。n n这个程序可以详细而精确的完成某个或某几个特定组这个程序可以详细而精确的完成某个或某几个特定组这个程序可以详细而

24、精确的完成某个或某几个特定组这个程序可以详细而精确的完成某个或某几个特定组分的分析。容易被其他相似的混合物所干扰。分的分析。容易被其他相似的混合物所干扰。分的分析。容易被其他相似的混合物所干扰。分的分析。容易被其他相似的混合物所干扰。n n为使分析准确，应用大量制备方法来清除样品中的杂为使分析准确，应用大量制备方法来清除样品中的杂为使分析准确，应用大量制备方法来清除样品中的杂为使分析准确，应用大量制备方法来清除样品中的杂质，并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测。质，并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测。质，并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测。质，并用灵敏度高的分析方法对样品进行检测。第12页

25、/共27页第13页/共27页代谢组学的研究策略代谢组学的研究策略n n代谢轮廓分析（代谢轮廓分析（代谢轮廓分析（代谢轮廓分析（Metabolic profilingMetabolic profilingMetabolic profilingMetabolic profiling）：）：）：）：n n代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识别代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识别代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识别代谢轮廓分析是少数预设的一些代谢产物的识别和定量分析，如某一类结构、性质相关的化合物和定量分析，如某一类结构、性质相关的化合物和定量分析，如某一类结构、性质相关的化合物和定量

26、分析，如某一类结构、性质相关的化合物（氨基酸、有机酸、顺二醇类）或某一代谢途径（氨基酸、有机酸、顺二醇类）或某一代谢途径（氨基酸、有机酸、顺二醇类）或某一代谢途径（氨基酸、有机酸、顺二醇类）或某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。有时在代谢物分析中，不必分析生物样本中的所有时在代谢物分析中，不必分析生物样本中的所有时在代谢物分析中，不必分析生物样本中的所有时在代谢物分析中，不必分析生物样本中的所有化合物，只要分析所研究的特定生化代谢途径有化合物，只要分析

27、所研究的特定生化代谢途径有化合物，只要分析所研究的特定生化代谢途径有化合物，只要分析所研究的特定生化代谢途径即可。因此，在样品制备过程中某一代谢途径的即可。因此，在样品制备过程中某一代谢途径的即可。因此，在样品制备过程中某一代谢途径的即可。因此，在样品制备过程中某一代谢途径的中间化合物时需要特别留意中间化合物时需要特别留意中间化合物时需要特别留意中间化合物时需要特别留意第13页/共27页第14页/共27页代谢组学的研究策略代谢组学的研究策略n n代谢组学（代谢组学（代谢组学（代谢组学（MetabolomicsMetabolomics）：）：）：）：n n代代代代谢谢谢谢组组组组学学学学分分分分

28、析析析析揭揭揭揭示示示示了了了了研研研研究究究究的的的的生生生生物物物物学学学学系系系系统统统统中中中中对对对对限限限限定定定定条条条条件件件件下下下下的的的的特特特特定定定定生生生生物物物物样样样样品品品品中中中中所所所所有有有有代代代代谢谢谢谢组组组组分分分分的的的的全全全全面面面面的的的的定定定定性性性性和和和和定定定定量量量量变变变变化化化化。外外外外界界界界环环环环境境境境的的的的变变变变化化化化总总总总是是是是诱诱诱诱导导导导植植植植物物物物体体体体产产产产生生生生交交交交互互互互式式式式影影影影响响响响，有有有有时时时时这这这这些些些些影影影影响响响响会会会会导导导导致致致致一一

29、一一些些些些与与与与之之之之不不不不相相相相关关关关的的的的代代代代谢谢谢谢途途途途径径径径发发发发生生生生改改改改变变变变。为为为为了了了了弄弄弄弄清清清清所所所所有有有有的的的的这这这这些些些些影影影影响响响响，代代代代谢谢谢谢组组组组学学学学的的的的分分分分析析析析是是是是必必必必不不不不可可可可少少少少的的的的。在在在在这这这这个个个个分分分分析析析析过过过过程程程程中中中中，精精精精密密密密的的的的分分分分析析析析方方方方法法法法用用用用来来来来对对对对一一一一个个个个样样样样品品品品种种种种所所所所有有有有的的的的化化化化合合合合物物物物进进进进行行行行分分分分析析析析而而而而不不

30、不不需需需需要要要要对对对对样样样样品品品品进进进进行行行行纯纯纯纯化。化。化。化。第14页/共27页第15页/共27页代谢组学的研究策略代谢组学的研究策略n n代谢物指纹分析（代谢物指纹分析（代谢物指纹分析（代谢物指纹分析（Metabolic fingerprintingMetabolic fingerprinting）：）：）：）：n n物图谱有其特质性，类似样品的物图谱有其特质性，类似样品的物图谱有其特质性，类似样品的物图谱有其特质性，类似样品的“指纹指纹指纹指纹”一样；一样；一样；一样；对这种特质性进行区分、鉴定，被称为对这种特质性进行区分、鉴定，被称为对这种特质性进行区分、鉴定，被称

31、为对这种特质性进行区分、鉴定，被称为“代谢指代谢指代谢指代谢指纹分析纹分析纹分析纹分析”，帮助找出机体代谢的共性与个性。代，帮助找出机体代谢的共性与个性。代，帮助找出机体代谢的共性与个性。代，帮助找出机体代谢的共性与个性。代谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学相谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学相谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学相谢物指纹分析的目的在于根据其来源和生物学相关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用上，关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用上，关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用上，关性对样品进行快速分类。在工业和临床应用上，它有时不能在一个样品中测定所有代

32、谢物，也不它有时不能在一个样品中测定所有代谢物，也不它有时不能在一个样品中测定所有代谢物，也不它有时不能在一个样品中测定所有代谢物，也不能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的快速能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的快速能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的快速能分离鉴定具体单一组分，但是对于样品的快速分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。分类是很合适的（如表型的快速鉴定）。第15页/共27页第16页/共27页代谢组学的技术平台代谢组学的技术平台n n红外线光谱技术（红外线光谱技术（红外线光谱技术（红外线光谱技术（IRIR）

33、，），），），n n核磁共振技术（核磁共振技术（核磁共振技术（核磁共振技术（NMRNMR），），），），n n稀薄气液色谱技术（稀薄气液色谱技术（稀薄气液色谱技术（稀薄气液色谱技术（TLCTLC），），），），n n高效液相色谱技术（高效液相色谱技术（高效液相色谱技术（高效液相色谱技术（HPLCHPLC），），），），n n高效毛细管电泳技术（高效毛细管电泳技术（高效毛细管电泳技术（高效毛细管电泳技术（HPCEHPCE），），），），n n毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（毛细管电泳与紫外线吸光率检测连用技术（CE

34、/UVCE/UV），），），），n n毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（毛细管电泳与激光诱导荧光检测连用技术（CE/LIFCE/LIF），），），），n n毛细管电泳与质谱连用技术（毛细管电泳与质谱连用技术（毛细管电泳与质谱连用技术（毛细管电泳与质谱连用技术（CE/MSCE/MS），），），），n n气相色谱与质谱共用技术（气相色谱与质谱共用技术（气相色谱与质谱共用技术（气相色谱与质谱共用技术（GC/MSGC/MS），），），），n n液相色谱与质谱共用技术（液相色谱与质谱共用技术（液相色谱与质谱共用技术（液相色谱

35、与质谱共用技术（LC/MSLC/MS），），），），n n液相色谱与质谱先后使用技术（液相色谱与质谱先后使用技术（液相色谱与质谱先后使用技术（液相色谱与质谱先后使用技术（LC/MS/MSLC/MS/MS），），），），n n高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（高效液相色谱与质谱和核磁共振技术功用（LC/NMR/MSLC/NMR/MS）第16页/共27页第17页/共27页代谢组学的技术平台代谢组学的技术平台n n生物信息学生物信息学生物信息学生物信息学BioinformaticsBioinformatics数学分析平台

36、数学分析平台数学分析平台数学分析平台 n n在代谢组学的研究中，大多数情况是要从检测到在代谢组学的研究中，大多数情况是要从检测到在代谢组学的研究中，大多数情况是要从检测到在代谢组学的研究中，大多数情况是要从检测到的代谢产物信息中进行两类（如基因突变前后的的代谢产物信息中进行两类（如基因突变前后的的代谢产物信息中进行两类（如基因突变前后的的代谢产物信息中进行两类（如基因突变前后的响应）或多类（如杂交后各不同表型间代谢产物）响应）或多类（如杂交后各不同表型间代谢产物）响应）或多类（如杂交后各不同表型间代谢产物）响应）或多类（如杂交后各不同表型间代谢产物）的判别分类。因此在数据分析过程中应用的技术的

37、判别分类。因此在数据分析过程中应用的技术的判别分类。因此在数据分析过程中应用的技术的判别分类。因此在数据分析过程中应用的技术也就集中在模式识别技术上。其中主要方法包括也就集中在模式识别技术上。其中主要方法包括也就集中在模式识别技术上。其中主要方法包括也就集中在模式识别技术上。其中主要方法包括无监督的主成分分析（无监督的主成分分析（无监督的主成分分析（无监督的主成分分析（Principal component Principal component analysis,PCAanalysis,PCA）、簇类分析和）、簇类分析和）、簇类分析和）、簇类分析和K K法簇类分析法簇类分析法簇类分析法簇类分

38、析（Hierarchical cluster analysis,HCA and K-means Hierarchical cluster analysis,HCA and K-means clusteringclustering）。）。）。）。第17页/共27页第18页/共27页代谢组学在植物系统的应用代谢组学在植物系统的应用n n代谢组学的很多研究集中在植物的细胞代谢组学这个相对独立的代谢组学的很多研究集中在植物的细胞代谢组学这个相对独立的代谢组学的很多研究集中在植物的细胞代谢组学这个相对独立的代谢组学的很多研究集中在植物的细胞代谢组学这个相对独立的分支分支分支分支 。在一些实例中，基因改造

39、的突变导致了可测量的表现型的。在一些实例中，基因改造的突变导致了可测量的表现型的。在一些实例中，基因改造的突变导致了可测量的表现型的。在一些实例中，基因改造的突变导致了可测量的表现型的变化，利用代谢组学的方法可以描述生物化学引起的可观察的表变化，利用代谢组学的方法可以描述生物化学引起的可观察的表变化，利用代谢组学的方法可以描述生物化学引起的可观察的表变化，利用代谢组学的方法可以描述生物化学引起的可观察的表现型结果。我们可以通过以下几个领域来获得生物学信息：现型结果。我们可以通过以下几个领域来获得生物学信息：现型结果。我们可以通过以下几个领域来获得生物学信息：现型结果。我们可以通过以下几个领域来

40、获得生物学信息：n n 1 1）物种和基因型的指纹识别（从分类学和生物化学方面分类）物种和基因型的指纹识别（从分类学和生物化学方面分类）物种和基因型的指纹识别（从分类学和生物化学方面分类）物种和基因型的指纹识别（从分类学和生物化学方面分类）n n 2 2）检检检检测测测测特特特特殊殊殊殊代代代代谢谢谢谢物物物物种种种种类类类类的的的的行行行行为为为为（通通通通过过过过植植植植物物物物对对对对外外外外界界界界的的的的物物物物理理理理化化化化学学学学刺刺刺刺激的反应）激的反应）激的反应）激的反应）n n 3 3）研究植物建立共生关系或果实成熟的发展过程）研究植物建立共生关系或果实成熟的发展过程）研

41、究植物建立共生关系或果实成熟的发展过程）研究植物建立共生关系或果实成熟的发展过程n n 4 4）比比比比较较较较基基基基因因因因突突突突变变变变或或或或转转转转基基基基因因因因的的的的植植植植物物物物与与与与它它它它们们们们相相相相对对对对应应应应的的的的野野野野生生生生型型型型的的的的代代代代谢谢谢谢物的异同。物的异同。物的异同。物的异同。n n因因因因此此此此应应应应用用用用代代代代谢谢谢谢轮轮轮轮廓廓廓廓分分分分析析析析我我我我们们们们可可可可以以以以将将将将所所所所有有有有“组组组组学学学学”技技技技术术术术相相相相结结结结合合合合，来来来来相相相相成成成成一一一一个个个个从从从从基基

42、基基因因因因组组组组学学学学到到到到代代代代谢谢谢谢组组组组学学学学再再再再到到到到植植植植物物物物表表表表现现现现型型型型的的的的包包包包含含含含全全全全部部部部方方方方面面面面信息的完整描述。信息的完整描述。信息的完整描述。信息的完整描述。第18页/共27页第19页/共27页代谢组学在植物系统的应用代谢组学在植物系统的应用n n利利利利用用用用基基基基于于于于GC/MSGC/MS的的的的代代代代谢谢谢谢轮轮轮轮廓廓廓廓分分分分析析析析研研研研究究究究了了了了转转转转基基基基因因因因土土土土豆豆豆豆块块块块茎茎茎茎中中中中转转转转化化化化酵酵酵酵素素素素的的的的过过过过量量量量表表表表达达达

43、达。分分分分析析析析数数数数据据据据证证证证明明明明由由由由于于于于糖糖糖糖酵酵酵酵解解解解的的的的作作作作用用用用，碳碳碳碳链链链链被被被被分分分分割割割割，导导导导致致致致了了了了淀淀淀淀粉粉粉粉积积积积聚聚聚聚物物物物的的的的减减减减少少少少。在在在在后后后后续续续续的的的的研研研研究究究究中中中中利利利利用用用用统统统统计计计计学学学学的的的的方方方方法法法法可可可可以以以以将将将将转转转转基基基基因因因因土土土土豆豆豆豆转转转转化化化化酵酵酵酵素素素素的的的的过过过过量量量量表表表表达达达达与与与与葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖激激激激酶和蔗糖磷酸化酶联系起来，酶和蔗糖磷酸化酶联系起来，酶

44、和蔗糖磷酸化酶联系起来，酶和蔗糖磷酸化酶联系起来，n n这这这这是是是是第第第第一一一一个个个个报报报报道道道道代代代代谢谢谢谢轮轮轮轮廓廓廓廓分分分分析析析析与与与与统统统统计计计计学学学学相相相相结结结结合合合合分分分分析植物表现型变化的例子。析植物表现型变化的例子。析植物表现型变化的例子。析植物表现型变化的例子。第19页/共27页第20页/共27页代谢组学的前景代谢组学的前景n n目目前前，代代谢谢组组学学正正日日益益成成为为研研究究的的热热点点，随随着着研研究究的的深深入入，代代谢谢组组学学必必将将在在揭揭示示基基因因功功能能的的功功能能基基因因组组学学中中发发挥挥更更大大的的作作用用，帮帮助助人人们们更更好好更更深深的的了了解解生生物物体体中中各各种种复复杂杂的的相相互互作作用用及及生生物物系系统统对对环环境境和和基基因因变变化化的的响响应应，同同时时也也提提供供了了一一个个了了解解基基因因表表型型的的独独特特途途径径。此此外外，代代谢谢组组学学技技术术还还用用于于植植物物表表型型的的快快速速鉴鉴定定，以以及及知知道道开开发发具具有有重重要应用价值的新兴代谢产物。要应用价值的新兴代谢产物。第20页/共27页第21页/共27页