系统生物学 第六讲 表型组学、糖组学、脂质组学
生物学中的脂质组学研究
生物学中的脂质组学研究近年来，生物学中的一项研究领域——脂质组学逐渐受到人们的关注。
随着科技不断发展，生物学的研究重心也在从传统的基因、蛋白质向脂质转移。
本文将从脂质的基本概念、脂质组学的研究方法以及其在生物学中的应用等方面谈谈脂质组学的发展现状。
一、脂质的基本概念脂质是自然界中最广泛存在的一类有机化合物，也是生命体的基本组分之一。
脂质是由一种或多种化合物组成的复杂异构体系，在生物学中有着重要的生理、生化功能。
脂质包括甘油三酯、磷脂、鞘脂、固醇等，不同种类的脂质分布在细胞膜、信号转导、代谢调节等方面都有着不同的作用。
二、脂质组学的研究方法脂质组学是通过对样品的脂质进行质量分析、定量分析以及全谱分析等手段，用来解析生物体内脂质在数量和种类上的变化规律以及其在生物过程中的作用。
脂质组学的研究方法主要有以下几种。
1.质谱分析法质谱分析是脂质组学中最常用的一种方法，可以快速地获得样品中所有脂质的信息，并且对质谱图谱进行分析，以确定脂质分子的结构和种类。
质谱分析法分为两种，一种是质量分析法（MS），一种是二维液相色谱-质谱联用法（2D-LC/MS）。
2.液相色谱法液相色谱法是根据脂质的理化性质，在特定条件下在液相中进行组分分离，并通过检测器得到相应的荧光等信号，以此分析样品中的脂质种类、含量等。
3.核磁共振法核磁共振法可分为核磁共振谱学（NMR）和电子顺磁共振谱（EPR）两种。
核磁共振谱学是一种无损分析生物大分子的方法，它通过检测样品中核自旋转动和电子自旋共振信号来获取结构信息。
三、脂质组学在生物学中的应用脂质组学在生物学中的应用涵盖了许多领域，下面我们就从细胞膜、代谢疾病、神经系统疾病等方面分别进行讨论。
1.细胞膜细胞膜是细胞最外层的一层结构，主要由磷脂和蛋白质构成。
磷脂是构成细胞膜的重要组分，其种类和分布情况直接影响着细胞膜的性质和功能。
脂质组学可以通过对细胞膜脂质的分离和定量以及不同功能的细胞膜的脂质组学分析，进一步解析细胞膜分子机理和组分分布，并为疾病、药物等相关研究提供理论基础。
高中生物必修课件 必修 核酸糖类和脂质
02
核酸
核酸的组成
核酸由核苷酸组成，核苷酸由 五碳糖、磷酸基团和含氮碱基 组成。
核苷酸根据五碳糖的不同分为 脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸 ，分别构成DNA和RNA。
DNA由脱氧核糖核苷酸组成， RNA由核糖核苷酸组成。
核酸的种类
DNA
脱氧核糖核酸，存在于细胞核和 线粒体中，携带遗传信息。
RNA
核糖核酸，存在于细胞质中，参 与蛋白质合成。
总结词
了解脂质的组成和分类是理解其性质和功能的基础。
详细描述
脂质是由脂肪酸和醇通过酯键连接形成的化合物，根据所含脂肪酸的数目，可 以分为单脂和复脂。单脂包括油脂、蜡和磷脂等，复脂指的是胶束酯，它是由 多个单脂分子聚合而成。
脂质的性质和功能
总结词
了解脂质的性质和功能有助于理解其在生物学中的作用。
详细描述
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THANKS
核酸、糖类和脂质是细胞中重要的生 物大分子，是构成细胞的基本物质， 对于理解细胞生命活动和生物体的代 谢具有重要意义。
掌握核酸、糖类和脂质的知识是学习 后续生物课程的基础，对于提高生物 学素养和科学思维能力具有重要作用 。
学习核酸、糖类和脂质有助于深入理 解遗传信息的传递、基因的表达以及 细胞信号转导等核心生物学过程。
05
小结
本章重点回顾
核酸结构与功能
糖类的分类与作用
核酸是细胞内携带遗传信息的物质，分为 DNA和RNA两种类型，每种类型都具有特 定的结构和功能。
糖类是生物体内重要的能源物质，根据其 结构和性质可分为单糖、二糖和多糖，它 们在生物体内分别具有不同的作用。
脂质的组成与功能
生物大分子以碳链为骨架
脂质是生物体内另一类重要的分子，包括 脂肪、磷脂和固醇等，它们在生物体内具 有调节生理功能和提供能量的作用。
糖组学--检测技术
百泰派克生物科技
糖组学
糖类物质与核酸、脂质和蛋白质一样，都是组成生物体的重要成分，对维持机体正常生命活动至关重要。
糖类物质不仅为生命活动提供主要能量，而且在细胞的构建、生物合成以及细胞生命活动过程中也发挥着重要的调控作用。
糖组学是以生物体、组织、细胞或者混合体系中的所有糖类物质为研究对象，分析和破解其所含的信息，研究它们的分子结构、表达水平、生物学功能以及与疾病之间关系等。
由于糖类物质本身结构的复杂性、无规律性以及相关研究技术的局限性，糖组学研究目前还处于起步阶段。
糖组学的研究内容涉及糖蛋白和糖脂上的糖组解析，因此，糖蛋白质组学研究也是糖组学研究的重要内容。
糖蛋白质组学主要对糖基化蛋白—糖蛋白进行表征，包括蛋白质糖基化位点以及每个位点上结合的糖链结构等，通过研究与糖链相互作用的蛋白质，分析糖链和糖结合蛋白相互作用的关联性，从而建立糖组学生物信息数据库。
百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Q ExactiveHF质谱平台结合Nano-LC，
提供糖组学分析服务技术包裹，可用于血浆/血清、细胞、组织或生物体表达的糖
蛋白的定性和定量检测，还可提供定制化的检测方案，欢迎免费咨询。
生命科学中的众多“组学”
１ 基因组学
Ｒ Ａ组学（ Ｎ ｏ ｉ ） Ｎ Ｒ Ａ ｍｅ 这一概念 是于 ２０ 提 出 ｓ ０ ２年 的， 主要任务是对细胞 中全部 Ｒ Ａ分子 的结 构与功能 Ｎ 进行 系统 的研 究 ， 整 体水 平 阐 明 Ｒ Ａ 的生物 学 意 从 Ｎ
多个基因或蛋 白质 同时进行 系统 生物 学研究。后基 因
代谢 组学 （ ｅ ｂｎｍ ｃ） ｍ ｔ ｏｏ ｉ 是在 ２ ａ ｓ ０世纪 ９ ｏ年代 中
期 发展起来 的， 对某一 生物或 细胞 中相 对分 子量 小 是
组学代表着基因组分析 的新阶段 ， 以高通量的实验方法 结合大规模 的统计 计算为 主要特 征。研究 的手段 包括
综上所述 ， 种组学有各 自的针对 性 ， 各 且有层次性 和相对独立性 。同时 ， 物体 内各种 物质 （ 酸 、 白 生 核 蛋 质、 、 、 糖 脂 离子 、 次生代谢 物 ） 之间是 相互关 联相互作 用 的 ， 以， 所 各种组 学 作 为系 统 生物 学研 究 的组 成 部
分， 彼此也 是相互关联 的。
白质功能的了解。对于蛋 白质相互作用的研究 ， 酵母双
杂交和噬菌体展示技术无疑是很好的研究方法 。
３ Ｒ Ａ组学 Ｎ
因组学 （ｐｇｎｍ ｅ） ， 组学（ ｍｅ） 结 尾的新名 ｅｉ ｏ ｉ 等 以“ ｅ ｓ ｏｉ ” ｓ 词不 断出现 。这些组 学 围绕核酸 、 白、 谢物 、 蛋 代 矿物 元素 、 表型 等方 面 的研 究不 断得 到 拓展 ， 现代 生物 在
功能分析的遗传学 分支 。它 出现于 ２ ０世纪 ８ 代 ， ０年 １８ ９ ６年美 国科 学家 Ｔ ｏ ａ ｏｅｉ ｈｍ ｓＲ ｄｒ ｋ正式提 出了基 因 ｅ
系统生物学
系统生物学的定义：系统生物学是系统性地研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成以及在特定条件下这些组分间的相互关系，并通过计算生物学建立一个数学模型来定量描述和预测生物功能、表型和行为的学科。
系统生物学的工作流程①对选定的某一生物系统的所有组分进行研究，构建系统模型。
②系统地改变被研究对象的内部组成成分或外部生长条件，观测系统所发生的相应变化，整合全部信息③把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。
④是根据修正后的模型，设定新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。
系统生物学研究的4个问题：系统结构的阐述；系统行为的分析；控制系统的方法；如何设计系统遗传图谱又称连锁图谱或遗传连锁图谱：指基因组内基因和专一的多态性DNA标记相对位置的图谱。
遗传作图的DNA（分子）标记：第一代：限制性片段长度多态性；第二代：简单序列长度多态性；第三代：单核苷酸多态性标记物理作图：定义：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（限制性酶切位点、序列标签位点等）为标记,以Mb或Kb作为图距绘制的基因组图。
基本要素：路标、单位、顺序、可复制的DNA片段为什么要进行物理作图？遗传学图谱分辨率有限；遗传学图谱精确度有限物理作图的基本原理：物理图谱的本质是路标和克隆测序；单一克隆或重叠克隆都不是图谱，重叠克隆的延续可以制成图谱，克隆末端的数量决定了可排DNA片段的数量文库的概念：含有某种生物体全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体宿主：能容纳外源DNA片段的生物体，常用的有大肠杆菌、酵母等载体：能携带外源DNA进入宿主细胞的工具，常用的载体有质粒载体、噬菌体载体、细菌人工染色体等作为载体的基本要求：能在宿主细胞中进行独立的复制；具有多克隆位点，可插入外源DNA片段；有合适的筛选标记，如抗药性；大小合适，易于分离纯化；拷贝数多序列图谱：以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱。
系统生物学表型组学、糖组学、脂质组学PPT精选文档
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植物表型组学研究技术
• 植物活力 • 根形态 • 叶的形态特性 • 光合效率 • 产量相关性状 • 生物量 • 对非生物胁迫的响应
14
叶片形态测量仪
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麦穗形态测量仪
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夹角测量仪
17
茎秆强度测量仪
18
麦穗数量测量仪
19
全自动考种仪
20
PlantScreen植物表型成像分析系统——高通量植物 表型组学研究平台
Genomics Transcriptomics
Proteins Metabolites
OH O OH
HO
OH
OH
OH O
OH NH2
Proteomics Metabolomics
Traits
Phenomics
7
8
9
表型组学研究的需求
• 人口的急剧增长，城市化进程的加快、人类对生 物燃料的需求、气候变化、病虫害发生使全球粮 食安全受到极大挑战，传统育种已经很难满足三 大主要谷类作物( 水稻、玉米和小麦)的增产需求。
3
• 表型组学( phenomics) 最早由Steven A．Garan 于 1996 年提出。
• 表型组学( phenomics) 是研究生物体表现型特征 的学科。表型组学近年来得到了迅猛发展，其概 念也在逐步完善，但尚未形成定论。
4
• Gjuvsland、Freimer 和Houle等生物学家认为，表 型( Phenotype) 即生物某一特定物理外观或组成， 如植物的株高、花色、产量、酶活力、抗逆性等， 是基因型和环境共同作用的结果。
• 传统的育种转变为分子辅助育种，通过各种组学 手段提高了植物育种效率和水平。
系统生物学导论第七次作业
系统生物学导论第六次课作业李一鑫 1745821、谈谈基因组、蛋白质组和代谢组三者的关系，代谢组学在疾病精准治疗方面有什么优势？基因组是一个细胞或者生物体所携带的一套完整的单倍体序列，包括全套基因和间隔序列，包括单倍体细胞编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子。
基因组可以在一定程度上决定蛋白质组。
基因是遗传信息携带者，生命活动的执行者是蛋白质。
蛋白质组指由一个基因组，一个细胞、组织表达的所有蛋白质，随着组织，环境状态的不同而改变。
一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，其数目可能超过基因组数目。
具体分析某个基因的蛋白质产物要综合基因组水平、转录水平和翻译水平的修饰及调控来确定。
蛋白质组学可以动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定，鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制。
代谢组指某一生物或细胞在特定生理时期内所有的低分子量代谢产物，代谢产物是基因表达的最终产物。
代谢组学效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，通过组群指标分析，进行高通量检测和数据处理，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化。
其与蛋白质组都主要使用质谱来研究。
代谢组对于内源或外源的一点扰动的影响非常大，相比于基因组和蛋白质组学，他研究的对象更为复杂。
疾病的精准医疗是一种基于病人“定制”的医疗模式，在这种模式下，医疗的决策、实施等都是针对每一个病人个体特征而制定的，疾病的诊断和治疗是在合理选择病人自己的遗传、分子或细胞学信息的基础上进行的。
病人个人的基因组是精准医疗的支撑基础。
此外还可以通过基因组检测发现遗传病和预防疾病的发生蛋白质组能为疾病机理和治疗提供依据和途径。
通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，我们可以找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”，它们可成为新药物设计的分子靶点。
此外也会为疾病的早期诊断提供分子标志。
代谢组作为基因表达的终端，可以放大基因组，蛋白质组以及环境的影响，从而提高精准医疗的疗效。
脂质组学鉴定技术
脂质组学鉴定技术脂质组学的概念是随着基因组学和蛋白质组学研究的兴起而提出的，由中国科学家韩贤林在2003年提出。
脂质组学是对与生物体、组织或细胞相互作用的脂质和分子的综合系统分析和鉴定，旨在了解脂质的结构和功能，揭示脂质代谢与细胞、器官甚至机体的关系。
它是一个研究生理和病理过程之间关系的学科。
脂质是自然界中的一大类化合物，不溶于水，易溶于有机溶剂。
它们在化学和结构上是异质的，主要包括脂肪酸及其天然存在的衍生物（如酯或胺），以及与其生物合成和功能相关的化合物。
脂质可以参与多种生物代谢，如能量转换、物质运输、信息识别和传递、细胞发育和分化、细胞凋亡等。
脂质代谢异常可导致各种人类疾病，包括糖尿病、肥胖症、癌症、神经退行性疾病等。
脂质组学已广泛应用于药物发现、分子生理学、分子病理学、功能基因组学、营养学、环境、健康等重要领域。
研究表明，哺乳动物体内大约有1000-2000种脂质，随着脂质研究技术的发展，各种新的脂质分子还在不断被发现。
由于其种类繁多，美国国立卫生研究院（NIH）提出将脂质分为以下八类：脂肪酸、甘油脂、甘油磷脂、鞘脂、固醇脂、异戊烯醇脂、糖脂和聚酮类。
脂质组学鉴定技术脂质代谢物结构复杂，按极性可分为极性脂类（如甘油磷脂、鞘脂）和非极性脂类（如甘油酯、胆固醇）。
根据官能团、碳链长度、双键数等的差异，也可以在色谱图上分离不同的脂质。
常用于鉴定脂质的技术包括Shotgun、GC-MS、LC-MS和HILIC-MS。
Shotgun法基于电喷雾电离质谱ESI-MS的“Shotgun法”是目前研究脂质组学的常用分析方法。
脂质样品纯化后，直接进样，根据脂质分子在不同pH值下的电荷差进行分离，无需色谱柱分离。
不同的脂质分子分别在正离子和负离子模式下检测。
Shotgun法具有样品制备简单、样品消耗小、分析时间短的特点。
缺点是分析低丰度脂质较困难。
GC-MS大多数脂质小分子具有高挥发性。
GC-MS可以有效地将脂质与其他大分子分离，然后通过质谱鉴定脂质小分子。
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利用植物凝集素亲和柱捕获糖蛋白的过程
• • • • • • • • 植物凝集素亲和柱捕获一组糖蛋白； 糖蛋白被蛋白酶彻底水解； 水解产物在经植物凝集素亲和柱捕获到糖肽； 肽链和糖链分别经HPLC/MS分离鉴定； 获得肽序列和糖链分子质量； 分析蛋白质序列并查询数据库获得相关遗传信息； 分析聚糖的结构获得糖基化信息。 使用不同的植物凝集素柱进行第二和第三次循环， 捕获其他类型的糖肽，可以对某个细胞核集体进行 较全面的糖组学研究。
糖组学研究意义
• 1、细胞表面都被各种形式的聚糖所包被,帮助我 们识别细胞类型和状态. 但单从基因组信息无法 预测最终的聚糖结构,因此,迫切需要开发新的糖 组学研究手段和思路以分析糖组结构和功能。 • 2、糖基化是所有真核蛋白质翻译后加工的一种 形式,但糖基化远较单一结构形式的磷酸化复杂 得多,因此聚糖研究存在各种技术困难,蛋白质组 学中的大多数方法不适用糖基化研究。
杂交糖类/糖蛋白芯片
• 杂交糖类/糖蛋白芯片可以快速测定在结合过程 中，蛋白质- 蛋白质相互作用和糖类- 蛋白质相 互作用。通过将糖蛋白和它表面的寡糖都点到点 阵上，就可以迅速证实结合的决定簇。
糖组学的展望
• 糖组学的研究还处于起步阶段。阻碍糖组学迅速 发展的主要是研究技术的限制和糖链本身结构的 复杂性，目前尚没有一种技术可以快速、大量的 测定细胞所有的糖链结构。 • 在期望能有更便捷的测定糖链结构的技术的同时， 如何利用现有技术开展糖组学研究则更应生物学 家需要考虑的问题。 • 糖芯片技术的出现对于研究聚糖的结构和功能起 到了相当大的推动作用，必将在糖组学研究中得 到更为广泛的应用。
• • • • • •
植物凝集素探针
• 植物凝集素（lectin）是一类非免疫来源的，无 酶活性的，能与聚糖特异性结合的蛋白质，作为 探针可以捕获到混合物中的聚糖，为目标细胞、 组织或集体的糖组学研究提供一手资料。 • 最常用的植物凝集素有刀豆素A、半乳糖凝集素、 花生凝集素、橙黄网胞盘菌凝集素等。不同的植 物凝集素用于分离不同类型的糖蛋白和糖肽。 • 在糖捕获操作中植物凝集素的应用还是有一定的 限制的。
• TLC法需要的样品量大, 测定的灵敏度和分辨率
都很低。
• TLC板上的斑点在切除过程中极易发生不饱和脂 类氧化, 因而破坏了部分脂类结构。
• 其他方法 • 高效薄层层析法(high performance thin layer chromatography，HPTLC) • GC-MS • ESI-MS • MALDI-TOF-MS
脂质组学(Lipidomics)
• 脂质组学是对生物体、组织或细胞中的脂质以及 与其相互作用的分子进行系统分析的一门新兴学 科。 • 脂质具有多种重要的生物功能，脂质代谢异常可 引发诸多人类疾病，包括糖尿病、肥胖症、癌症 以及神经退行性疾病等。 • 目前，脂质组学研究已成为一个前景广阔的热门 领域，并广泛地应用到包括药物研发、分子生理 学、分子病理学、功能基因组学、营养学以及环 境与健康等重要领域．
• 由于表型本身的复杂性和动态变化，研究者通常 只专注于少数几个表型，进行静态粗略的研究， 而且传统的表型调查效率很低，不同调查者具有 主观性，导致不同调查人员的调查结果误差很大; 同时由于表型研究技术发展相对滞后，导致表型 研究严重滞后于各种组学研究。传统的表型检测 手段已经成为制约植物基础生物学研究包括遗传、 基因功能研究、生理等的主要限制因素。
高通量植物表型平台
高分辨率多光谱激光三维扫描测量仪
高通量植物叶绿素荧光成像系统
大型植物叶绿素荧光成像系统
多通道植物群体光合气体交换测量系统
糖组学（Glycomics）
• 20 世纪末,继基因组学、蛋白质组学之后,糖组学也 日益受到人们关注。 • 糖组学是对糖链组成及其功能研究的一门新学科,是 基因组学的后续和延伸,具体内容包括研究糖与糖之 间、糖与蛋白质之间、糖与核酸之间的联系和相互 作用,其主要研究对象为聚糖。 • 丰富多样的聚糖覆盖了生物有机体的所有细胞,不仅 体现细胞的类型和状态,也参与了许多生物学行为,如 细胞发育、分化、肿瘤转移、微生物感染、免疫反 应等;聚糖还体现生物和分子的进化作用,如糖酵解、 生物合成的保守性以及核糖的起源等。
功能糖组学研究技术
• 随着糖组学研究的深入，基于芯片的原理人们发 明了用于糖组研究的各类糖芯片，得到了广泛的 应用。由于其具有信息量大、可进行自动化操作 等特点，就如基因芯片对于基因研究和蛋白质芯 片对于蛋白质组研究一样，糖芯片在糖组学的研 究中同样也将扮演重要的角色。
凝集素-糖相互作用的芯片
• 根据凝集素和寡糖之间的特异性相互作用，将寡 糖或糖基复合物固定于芯片上，再用荧光素标记 的凝集素进行杂交，检测阳性信号分析与已知凝 集素相互作用的寡糖结构。这种方法的最大优点 是可以同时检测多个样本，具有批量化、标准化 和自动化的特点。
• 脂质是一类难溶于水而易溶于非极性溶剂的生物 有机分子。 • 细胞中脂质分子大体可以分为3大类：
• 非极性脂质(包括胆固醇、胆固醇酯和甘油三酯)
• 极性脂质(包括磷脂类、鞘脂类和糖脂类) • 脂质代谢物(指脂质合成或水解过程中产生的物 质，它们中许多是具有生理活性的第二信使物质)
脂质组学(Lipidomics)
植物表型组学研究特点
• 检测的性状数据量大，可以动态检测植物的性状， 可以将同一个性状划分成很多小的性状进行检测， 数据采集客观、严格，便于形成统一的采集标准， 有利于高通量自动化的分析，数据采集更加准确 和快速，这必将进一步提高育种效率和作物的栽 培管理。
表型组学研究意义
• 利用目标群体详细的表型信息结合生物的基因型。 • 表型组可以更好的认识和利用基因组、转录组、 蛋白质组等生物信息。
脂质组学数据库
• 由于缺少普遍接受的脂类分类规则，脂质数据库 的建立都是各研究单位根据各自的研究范围建立 的。 • 目前脂质数据库土要有3个，分别是LMSD、 LipidBank和LlPlDAT。
脂质组学的发展前景
• 脂质组学在分析方法和应用方面虽然取得了突破 性进展，但是由于其起步晚，与其它组学相比还 有很大的差距。 • 相对于核酸和蛋白质而言，人们对脂质的了解还 很少，对植物脂质的了解则更少。 • 因此可以预言，在揭示各种生命现象的机制中， 系统研究脂质的功能与作用机理还有很大的发展 潜力。 • 脂质组学的发展将对医学和生命科学一些相关领 域的发展起到一定的推动作用。
糖组学的研究策略
• • • • 研究策略为: (1) 分析物种生物所产生的所有聚糖; (2) 以糖肽为研究对象确认编码糖蛋白的基因; (3) 结合有效的理化和生化性质,研究糖蛋白糖链的性 质。 研究的重点在于: (1) 编码糖蛋白的基因; (2) 实际糖基化的位点; (3) 聚糖结构; (4) 糖基化的作用。 结构糖组学主要包括“糖捕获”技术、前沿亲和层 析技术等,功能糖组学主要包括微阵列技术等。
• Han和Gross首次提出脂质组学(Lipidomics)的概念。 • 脂质组学是研究生物体内所有脂质分子的特性， 以及它们在蛋白质表达和基因调控过程中的作用 的学科。
• 薄层色谱(TLC)法 • 最早应用于脂质分析的色谱法。 • 它将脂类用硅胶板上行法展层, 展开后的板上喷脂质显 色剂。 • 各种脂质在TLC板上展开后, 脂质的定量可采用薄层色谱 扫描仪计算积分值, 或将脂质的斑点刮下来, 然后测定 其含量。
植物表型组学研究技术
• 植物活力 • 根形态 • 叶的形态特性 • 光合效率 • 产量相关性状 • 生物量 • 对非生物胁迫的响应
叶片形态测量仪
麦穗形态测量仪
夹角测量仪
茎秆强度测量仪
麦穗数量测量仪
全自动考种仪
PlantScreen植物表型成像分析系统——高通量植物 表型组学研究平台
田间作物可视化信息采集系统
• 亦有研究者认为表型组学即为研究生物全部物理 外观和化学等表型性状( phenome，表型组) 受环 境影响其变化规律的学科，是一门在基因组水平 上系统研究某一生物或细胞在不同环境条件下所 有表型并结合基因( 基因组) 或蛋白( 蛋白组) 的 研究来探究表型的本质及它们之间相互关系的学 科。 • Robert，Varki 和Tasha等将表型组定义为在遗传 和环境因素的影响下，生物体组成、行为、生长 所有表型的集合。
• 表型组学( phenomics) 最早由Steven A．Garan 于 1996 年提出。 • 表型组学( phenomics) 是研究生物体表现型特征 的学科。表型组学近年来得到了迅猛发展，其概 念也在逐步完善，但尚未形成定论。
• Gjuvsland、Freimer 和Houle等生物学家认为，表 型( Phenotype) 即生物某一特定物理外观或组成， 如植物的株高、花色、产量、酶活力、抗逆性等， 是基因型和环境共同作用的结果。 • 生物的表型组为生物体表现型主要信息的集合， 包括形态、发育、生化、生理和行为等各种特征， 那么研究这些相关内容的学科即为表型组学。
第六讲 其他组学
表型组学（Phenomics）
• 基因型、表型和环境三者构成了遗传学研究的铁 三角。 • 人类在很早之前就根据自己的需要有意识的驯化 动植物，而对于动植物表型的考察历史要远远早 于对基因型的研究。 • 近年来，随着高通量测序技术的快速发展，基因 型的研究更加简单快速。然而由于植物表型本身 的复杂性以及动态变化的特性，表型研究严重滞 后于基因型研究。
Proteomics
Metabolites
Metabolomics
Traits
Phenomics
表型组学研究的需求
• 人口的急剧增长，城市化进程的加快、人类对生 物燃料的需求、气候变化、病虫害发生使全球粮 食安全受到极大挑战，传统育种已经很难满足三 大主要谷类作物( 水稻、玉米和小麦)的增产需求。 • 传统的育种转变为分子辅助育种，通过各种组学 手段提高了植物育种效率和水平。 • 低通量的田间性状调查通常需要对单株单性状逐 一调查，需要投入大量的人力物力，并且调查结 果易受调查员、测量工具及环境条件的影响，传 统的表型研究方法已经无法满足全基因组、转录 组等各种组学的需要。