功能基因组学主要研究技术共110页
功能基因组学及其研究方法
第29卷第2期作 物 学 报V o l.29,N o.2 2003年3月 194～201页A CTA A GRONOM I CA S I N I CA pp.194～201 M ar.,2003功能基因组学及其研究方法α张祖新 张方东 郑用琏(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室,湖北武汉430070)摘 要 功能基因组学是在结构基因组学丰富信息资源的基础上,应用大通量的实验分析方法并结合统计和计算机分析研究基因的表达、调控与功能以及生物的生长、发育规律的新型交叉学科。
基因功能研究采用从基因到表型和从表型到基因两种策略,使用多种方法创造大量变异及大通量识别并克隆基因和研究基因表达模式的技术。
如基因陷阱、基于差异杂交的基因表达差异研究技术、DNA芯片和蛋白质芯片等。
随着研究技术不断改进和创新,功能基因组研究将成为生命科学研究的重点和热点。
关键词 功能基因组;蛋白质组;从表型到基因;从基因到表型;差异杂交;DNA芯片中图分类号:Q753 文献标识码:AFuncti ona l Geno m i cs and It′sM ethodologyZHAN G Zu2X in ZHAN G Fang2Dong ZH EN G Yong2L ian(N ational K ey L ab of C rop Genetic Im p rove m ent,H uazhong A g ricultural U niversity,W uhan430070,China)Abstract Functi onal genom ics refers to the devel opm en t and app licati on of gl obal experi m en tal app roaches to assess gene functi on,gene exp ressi on p rofile,o rgan is m grow th,devel opm en t and m etabo lic regulati on by m ak ing use of the info r m ati on and reagen ts p rovided by structural genom ics.It is characterized by h igh th roughput experi m en talm ethodo l ogies com bined w ith statistical and computati onal analysis of the results.T he funda m en tal strategies in investigati on of gene functi on are from pheno type to gene and from gene to pheno type.M any large2scale experi m en tal m ethods are used to induce m utati on,iden tify and cl one gene.Fo r exa mp le:gene trap,studying m ethods of differen tial hybidrizati on2based gene exp ressi on,DNA ch i p s,p ro tein ch i p s,etc.W ith advance of i m p rove m en t and innovati on of m ethodo l ogy,w e believe that functi onal genom ics w ill becom e the ho t s po t in the field of life science.Key words Functi onal genom ics;P ro teom ics;F rom pheno type to gene;F rom gene to pheno type;D ifferen tial hybridizati on;DNA ch i p s 基因组(Genom e)的提出已有近80年的历史,它是指生物染色体的全套基因。
分子生物学学习指南汇总
Introduction一、分子生物学的概念广义：分子生物学是一门在分子水平上研究生命现象、阐明生命本质的学科。
狭义：分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐述核酸与蛋白质、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系的学科。
二、分子生物学的发展简史历届诺贝尔生理、医学、化学奖，及分子生物学发展的里程碑事件。
三、分子生物学的研究内容1、生物大分子结构与功能2、基因的表达调控3、细胞信号转导4、DNA重组技术四、分子生物学的发展趋势1、功能基因组学研究2、转录组学研究3、蛋白质组学研究4、代谢组学研究5、生物信息学研究问答题：1. 2012诺贝尔的医学与化学奖分别授予了多能干细胞以及G蛋白偶联受体工作，就你目前所学的扩展知识对其中一种进行论述。
2.分子生物学主要研究哪4个方面？Section C：核酸的性质本章基本内容重点、难点：核酸的结构、性质一、核酸结构核酸是由核糖、碱基（嘌呤和嘧啶）、磷酸构成。
碱基与核糖构成核苷，核苷与磷酸形成5’-核苷酸。
碱基是含有N原子的嘌呤或嘧啶的衍生物。
核酸有两类：⑴DNA（脱氧核糖核酸）：由脱氧核糖、碱基（A、G、C、T）、磷酸形成的5’-脱氧核苷酸构成。
⑵RNA（核糖核酸）：由核糖、碱基（A、G、C、U）、磷酸形成的5’-核苷酸构成。
自然界的核苷酸多为核苷-5’-磷酸。
核苷酸有核苷单磷酸、核苷二磷酸和核苷三磷酸，分别用NMP（rNMP）、NDP（rNDP）和NTP（rNTP）表示；脱氧核苷单磷酸、脱氧核苷二磷酸和脱氧核苷三磷酸分别用dNMP、dNDP、dNTP 表示。
在DNA和RNA分子中，核苷酸之间以3’，5’-磷酸二酯键连接形成长链大分子。
核酸分子都有游离的5’端和游离3’端。
核酸序列从左到右按5’端向3’端方向书写核酸的碱基序列，其中的核苷酸用单个碱基字母A、G、C、T或U代表。
DNA双螺旋：1.1953年沃森和克里克提出两条DNA分子相互缠绕形成右手双螺旋，螺旋有大沟和小沟2.戊糖-磷酸骨架位于分子外侧，双链间对应碱基靠氢键形成碱基对，其中A 与T配对（2个氢键），G与C配对（3个氢键）。
生物技术学科的学习计划
生物技术学科的学习计划一、学科介绍生物技术学科是一门综合性学科，主要研究如何利用生物学和技术手段解决生物领域的问题，涉及生物学、生物化学、分子生物学、微生物学、生物信息学等多个学科的内容。
生物技术已成为当今世界生物科学研究的重要手段，广泛应用于医学、农业、环境保护等领域，对人类社会的发展产生了深远的影响。
二、学习目标1. 熟练掌握生物学、生物化学、分子生物学等基础学科的理论知识；2. 掌握生物技术的基本原理和技术方法；3. 具备运用生物技术解决实际问题的能力；4. 获得相关实验室操作技能，具备科学研究和实验设计能力；5. 学习掌握生物技术的最新进展和科研动态。
三、学习内容1. 基础课程（1）生物学主要学习生物的结构、功能、分类、进化等内容，了解生物的基本特征和生命活动规律。
（2）生物化学主要学习生物大分子的结构、功能、代谢途径等内容，了解生物分子的基本特性和代谢过程。
（3）分子生物学主要学习DNA、RNA的结构、功能、复制、转录、翻译等内容，了解基因表达调控和遗传信息传递的机制。
2. 专业课程（1）生物技术原理与方法主要学习生物技术的基本原理和常用方法，包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程等内容。
（2）生物信息学主要学习生物信息学的基本原理和技术方法，包括基因组学、蛋白质组学、比较基因组学、功能基因组学等内容。
（3）生物制药技术主要学习生物制药技术的原理和方法，包括常见生物药的生产工艺、质量控制、新型药物研发等内容。
3. 实践课程（1）实验室技能学习和熟练运用分子生物学、细胞生物学、生物化学等实验技术操作方法；（2）科研实训参与科研实验项目，进行科学研究实践，积累科研经验，提高科研能力；（3）实习实训参与相关企业、研究机构的实习实训，了解生物技术在实际生产和应用中的情况。
四、学习方法1. 注重理论学习要认真学习生物学、生物化学、分子生物学等基础学科的理论知识，掌握相关概念、原理和方法，增强基础知识储备。
营养基因组学
同时, Jim和Rodriguez认为, 在进行营养基因组学研究时, 应注 意以下5个方面：产生适当的代谢反应需要多少营养素, 特别是需要 多少宏量营养素; 对于遗传背景不同的人, 在复杂的膳食成分下如何 获得适量的营养素; 如何将膳食成分同机体代谢的精细和长期调控 联系起来; 在现有的分子和基因组技术条件下, 如何获得不同人自出 生到死亡期间的营养需要的变化量; 如何确保以一种对社会负责的 态度正确利用基因组学信息, 特别是当它与健康状况不同的人群, 如 不同种族、贫富不一和未投保的人。
营养基因组学：人类健康的 新“钥匙”
人类基因与食物营养作用 今后可 看基因定食谱
• 个性营养成为可能。目前的营养需要量均系针对群体而言， 而未能考虑个体之间的基因差异。如人的基因上约有 140～200万个单核苷酸多态性（SNPs），其中6万多个 存在于外显子中，这可能是人体对营养素需求及产生反应 差异的重要分子基础。因此，未来将有可能应用基因组学 技术阐明与营养有关的SNPs，并用来研究动物对营养素 需求的个体差异，通过基因组成以及代谢型的鉴定，确定 个体的营养需要量，使个体营养成为可能，即根据动物的 遗传潜力进行个体饲养，这就是“基因饲养”。此外，应 用基因组技术也将有助于开发出针对一些针对性强、功效 明显的动物源性功能食品。 • 某种特定的食物不见得对每个人都“有好处”或“有坏 处”，自身的DNA也并非一定就能决定你的健康，关键是 看它们二者如何相互作用
为了确定这些食物与人体健康之间的关系，科学家 决定针对许多被认为有益身体健康的营养素进行基因 方面的研究。首先名列美国联邦政府研究名单首要目 标的就是硒元素。之前已经有研究指出每天吃200毫克 的硒，大约是国际标准的2倍，可以降低罹患前列腺癌、 肺癌、结肠直肠癌的机率。茄红素也是另一个研究目 标，曾经有研究指出它可以降低罹患前列腺癌的机率 达35%，因此NCI的研究人员已经开始着手进行小型临 床研究，试着找出它的安全剂量以及观察它是否能帮 助前列腺癌患者对抗癌细胞。此外被认为能奖励女性 罹患乳癌机率的大豆也是该研究的重点项目之一， Milner博士预测：“在未来5年内，我们将会得到许多 关于基因如何影响个人对不同食物所产生的反应的资 料。”不过这项研究可能会耗费数年之久，因此美国 癌症协会的建议是多吃各类的食物，包括每天至少5份 的蔬果并且减肥。
遗传病与人类基因组计划
• 2019年10月国际人类基因组计划合 作组织在《Nature》杂志上宣布误 差小于10万分之一的人类基因组完 成图已成功绘就。已将原来15万个 “缺隙”减少到341个。完成图显 示人类基因组只含有2～2.5万个基 因，比原来的估计要少。
X-染色体连锁的遗传病
血友病
患者表现为血凝过程受阻，常常 在有伤口时，出血不止。
血凝机制包括一系列蛋白水解酶 活化过程的级联反应。涉及十个左右 凝血因子。其中凝血因子 Ⅷ和 Ⅸ 位于 Ⅹ－染色体上。血友病正是因为这两 个因子之一的基因发生突变，所以血 友病是基因位于 X－染色体的隐性基 因遗传病。
DNA测序峰形图
人类基因组计划发展过程:
• 1986 [美] Dulbecco首次提出了“ 人类基因 组工程”。原计划约10-15年完成，耗资30 亿美元，其宏伟的程度堪与Manhatto原子弹 计划和Appolo登月计划相提并论。
• 1990 4月美国宣布开始实施人类基因组测序 工作。
• 2019 破译出人类第22号染色体的遗传密码。
2、限制性内切酶图谱多态性技术 （RFLP）
基因突变后，使限制性内切酶切 点改变，导致电泳条带的改变。
在 RFLP 实际操作中，还是要使用 放射性探针。
DNA电泳与限制性酶切图谱
基因突变使得内切酶图谱改变
酶切 电泳
放射性探针杂交 图谱多态性
RFLP 用于 镰刀状贫血 症基因检查
－珠蛋白基因
February 2019,The HGP consortium publishes its working draft in Nature (15 February), and Celera publishes its draft in Science ( 16 February).
功能基因组研究内容
功能基因组研究内容
功能基因组学（也称为后基因组学）是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。
其研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。
基因的功能包括生物学功能、细胞学功能和发育上功能。
生物学功能是指基因作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能是指基因参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能是指基因参与形态建成等。
功能基因组学利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。
以上内容仅供参考，如需更专业、更详细的解释，建议查阅相关的学术文献或咨询相关专家。
第三章中西医结合导论研究方法演示文稿
三、生物化学研究方法
• 是运用化学的理论和技术研究生命物质的边缘学科。
早期生物整体研究——运用光谱分析、同位素标记 、X射线衍射及物理化学技术等对各种组织和细胞
成分进行精确分析。
第16页，共39页。
三、生物化学研究方法 （一）生物大分子的吸收光谱分析
• 分光光度技术是利用紫外光、可见光、红外光以及激 光等测定物质的吸收光谱，并对物质进行定性、定量 以及结构分析的技术。使用仪器是分光光度仪。
• 电泳与层析分离技术是对组织细胞与体液中的氨基酸、多肽 、蛋白质、脂类、核苷、核苷酸及核酸等分离的主要研究方
法，用于分析物质纯度和分子量的测定等。
• 在中医药研究中，电泳技术用于中药材鉴别及中医药对 氨基酸、多肽、蛋白质、脂类、核苷、核苷酸及核酸等 生物大分子调控效应的研究。
第19页，共39页。
三、生物化学研究方法 （三）透析技术研究方法
2、在中医药研究中的应用：比较同病异证和异病同证 建立了“证候-基因表达谱”。 蛋白质组学技术应用分两类：
一是中医药对某一已知蛋白表达调控作用； 二是通过用药前后组织或细胞的差异蛋白质组展开来评
价中药的疗效。
第10页，共39页。
一、分子生物学研究方法 （四）生物芯片
生物芯片：
是缩小了的生物化学
分析器。
及中医药干预循环系统功能评价不可或缺的指标。
第25页，共39页。
五、功能学研究方法
• （二）血液系统功能学研究方法 主要包括血液的流动性和凝固性，血液有形成分等检 测。在止血药研究和血瘀、血虚模型相关基础及药效 学研究中，观察这些指标均已成为干预后血液系统功 能评价必不可少的指标。
第26页，共39页。
第12页，共39页。
基因组
（二） 基因的类型
管家基因(house-keeping genes)：是指所有细胞中均要
表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所 必需的。
奢侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特
异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态 结构特征与特异的功能。
结构基因（structural gene）是指某些能决定某种多肽链
（4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调
控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若 从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位置， 因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表达调控 规律。
（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制
保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的
遗传连锁图：通过遗传重组所得到的基因线性排列图
称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标志之间
的重组频率,确定它们的相对距离。
物理图谱：是利用限制性内切酶将染色体切成数个片
段，根据重叠序列把片段连接成染色体，确定遗传标 志之间物理距离（碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆碱基 (Mb)）的图谱。 转录本图谱两个以上基因的组成部分。
（三） 基因的表达
基因表达(gene expression)：是指细胞在生命过程中，把储
存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物
活性的蛋的概念
基因组，Genome，一般是指单倍体细胞中的全套染色体为 一个基因组，或是单倍体细胞中的全部DNA分子。
美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯· 柯林 斯在介绍情况。
人类基因组草图基本信息
人类基因组
由31.65亿bp组成 含3~3.5万基因 与蛋白质合成有关