基因组学 课件 9.功能基因组学
功能性基因组学的原理和技术
功能性基因组学的原理和技术功能性基因组学是研究基因与其功能之间的关系的学科。
它不仅研究基因结构和序列，还研究基因表达以及基因间的相互作用。
在生物学研究中，功能性基因组学可以帮助人们更好地了解生命的本质，也可以用于解决医学问题。
功能性基因组学的原理在功能性基因组学中，我们可以利用各种技术以深入地了解基因的结构和功能。
其中，最常用的技术可能是基因芯片技术和转录组技术。
基因芯片是一种技术，可以快速同时检测成千上万个基因的活性状况。
这个技术可以帮助我们了解不同组织和条件下基因的表达量的变化。
使用基因芯片时，我们首先需要在芯片上固定的每个区域上加入DNA序列片段，而这些DNA序列片段与我们感兴趣的基因序列相对应。
然后我们用RNA提取物处理芯片，RNA序列会结合到芯片表面固定的相应的DNA序列上。
最后，我们可以通过分析所接受信号的强度来检测不同基因的表达量。
另外，转录组技术可以帮助我们了解基因表达水平以及基因在细胞和组织中的功能。
它是一种测定RNA表达方式的技术，可以用于了解样品RNA的细胞类型、状态，以及基因表达的变化。
功能性基因组学的技术功能性基因组学的技术包括：基因芯片技术、转录组技术、全基因组测序技术、表观遗传学技术以及蛋白质组学技术等。
全基因组测序技术是一种可以深入了解基因组序列的技术。
使用全基因组测序技术我们可以获取整个基因组的序列信息，并且可以研究基因突变、多态性和进化等问题。
表观遗传学技术是一种可以研究基因表达变化的技术，包括了了解基因组的修饰状态和DNA甲基化等。
表观遗传学技术可以用于研究遗传性疾病和环境因素对表观遗传修饰的影响。
蛋白质组学技术是一种研究基因表达所产生蛋白质的技术。
它可以快速鉴定蛋白质组成分、了解其功能及参与代谢和信号传导等方面的调节。
总之，功能性基因组学技术让我们能够深入了解基因组及其功能以及基因之间的相互作用，帮助人们更好地探究生命科学的本质，甚至可以为医学问题的解决提供支持。
细菌学：第十章 细菌基因组学课件
意外的发现
• 另外，此前科学界一致认为鸡没有嗅觉 ，但是分析结果表明鸡具有大量的嗅觉 基因，味觉基因却很缺乏。
• 分析还发现，鸡缺乏人类所具有的产生 乳汁、唾液和牙齿的基因。
鸡基因组研究的意义
• 鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物 的一种比较理想的中介。
• 将人类基因组与鸡等其他生物的基因组进 行比较，有助于更深入理解人类基因的结 构和功能，进而开发治疗疾病的新手段， 对于培育优质鸡种、改善食品安全、控制 禽流感病毒的蔓延也有重要意义。
1. 原核生物基因组的大小--基因组较大的原
• 1997 年9 月,大肠杆菌的完整基因图谱已绘制成 功, 基因组全序列完成, 全长为5Mb ,共有4 288 个基因,同时也搞清了所有基因产物的氨基酸序 列.
• 人们常说，每个分子生物学家都对两种生物感 兴趣，一种是所研究的物种，另一种就是E. coli。研究人员可以利用实验室中的E. coli菌株 克隆DNA、表达蛋白质、分离目的基因等，如 果没有E. coli，实验室将无法工作。
测序微生物的类别
• 几乎所有类别的病毒 • 模式微生物 • 极端环境微生物 • 病原原核生物 • 环境降解微生物 • 其他
Viruses
微生物基因组的特点
类别
特征
染色体结构 基因组大小 编码序列
多为一条环状闭合双链DNA 从0.16-13Mb 占基因组总长度的90%，平均为1Kb左 右
GC含量
鸡的进化研究
• 鸡是种常见的家禽，长期受到进化生物学家的 青睐。它的基因序列也有助于科学家了解农业 和进化学上重要特性的遗传学基础。
转基因小鸡
• 对鸡和人类的基因组进行比较后发现约 七千万个碱基对是共有的。
• 这暗示着在大约三亿一千万年前二个物 种从共同祖先分化出来的时候，遗传物 质具有守恒性。
基因组学——精选推荐
基因组学1.基因组学包括那些研究内容？（1）结构基因组学：通过基因组作图、核苷酸序列分析，研究基因组结构，确定基因组成、基因定位的科学基因组测序：⾸先将整个基因组的DNA分解为⼀些⼩⽚段，然后将这些分散的⼩⽚段逐个测序，最后将测序的⼩⽚段按序列组装基因组作图：在长链DNA分⼦的不同位置寻找特征性的分⼦标记，绘制基因组图。
根据分⼦标记可以准确⽆误地将已测序的DNA⼩⽚段锚定到染⾊体的位置上。
（2）功能基因组学：利⽤结构基因组学提供的信息和产物，在基因组系统⽔平上全⾯分析基因功能的科学。
功能基因组学的研究内容：(1)进⼀步识别基因以及基因转录调控信息。
(2)弄清所有基因产物的功能，这是⽬前基因组功能分析的主要层次。
(3)研究基因的表达调控机制，分析基因产物之间的相互作⽤关系，绘制基因调控⽹络图。
（3）⽐较基因组学：研究不同物种之间在基因组结构和功能⽅⾯的亲源关系及其内在联系的学科。
⽐较基因组学的研究内容:：（1）绘制系统进化树，显⽰进化过程中最主要的变化所发⽣的时间及特点。
据此可以追踪物种的起源和分⽀路径。
(2)了解同源基因的功能。
(3)对序列差异性的研究有助于认识产⽣⼤⾃然⽣物多样性的基础。
2.基因组学的历史变⾰与发展趋势？（⼀）1900年代以前:前遗传学时代（1）物种进化的⾃然选择学说——达尔⽂进化论。
（2）1865年G.Mendel发表豌⾖杂交实验结果，提出了遗传学的两⼤遗传规律—分离规律和独⽴分配规律，并认为是⽣物体内的遗传因⼦或遗传颗粒控制⽣物性状（⼆）1900—1950年代:经典遗传学时代标志：1900年,孟德尔遗传规律再发现标志着遗传学的诞⽣）⼈们开始把控制⽣物遗传性状的遗传单称为基因。
⽣命科学的研究基本都是围绕着基因来进⾏。
（三）1950—1990年代:分⼦⽣物学时代（前基因组学时代）标志：Watson & Crick 的DNA 双螺旋结构的发现[《Nature》1953.4.25]，标志着分⼦⽣物学时代的开始 F.Crick根据DNA 的X射线衍射图谱，提出了DNA双螺旋结构模型，解释基因复制的机制，从⽽真正开始从分⼦⽔平上研究⽣命活动。
基因组学技术在致病基因发现PPT课件
其最大优点是不需要事先对致病基因相关功能的了解。利用连 锁分析或细胞学定位技术将致病基因定位于染色体的某一特定 区域。
• 位置候选克隆
针对基因组上已定位的候选区域，对其中已注释的基因、表达
序列标签、开放阅读框、cDNA片段等数据信息进行整合分析，
按照功能信息来预测和筛选的致病基因。在此基础上，设计实
直接测序
➢ 精确测定个体基因组序列，可发现细微差别 ➢ 通过比较多个同疾病类型个体的突变数据，寻找共同突变基因 ➢ Sanger测序技术成本高，方法复杂
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单基因病研究策略简要回顾
• 功能克隆
绝大多数遗传病的致病机制是不为人知的，因此致病基因的产 物是不清楚的，也就无法运用功能克隆策略。
• 位置克隆
• 应用二代测序技术寻找易感基因
3.
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遗传病分类
• 单基因遗传病 • 多基因遗传病 • 染色体疾病 • 线粒体疾病 • 体细胞遗传病
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• 权威的在线人类孟德尔遗传数据库（Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM）， 目前已收录的以孟德尔遗传方式为主的遗 传病约6700种，其中常染色体连锁的约 6200中，性染色体连锁的500种。在这 6700多种遗传疾病中，其中已确定其分子 遗传基础的单基因病接近3000种，表型已 知而致病分子基础未知的约有1830多种。 由于单基因病的遗传异质性，还有很多的 亚型未被发现。
分析避开对遗传模式的猜测。
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多基因病研究策略简要回顾
• 关联分析 – HapMap计划的实施和SNP芯片技术的成熟使得 大样本量的关联解析在近10年间迅速流行。加之 收集散发样本较收集大家系样本容易，使得关联 分析的更受推崇。
生物信息学-基因组分析（ＰＤＦ）
in the genomic coordinates. At least one transcript must be expressed outside of the nucleus and one
如果基因组是生命的天书，那么基因就是写成这本书的词汇。生物学家们一直假 设，微生物的故事较短，而人类的故事则是一部巨作，人类拥有8万到10万个基因。但是 UC Berkly的果蝇基因组计划的主任G. Rubin指出，果蝇的基因比我们所认为的最简单的 线虫少了5,000个。他警告说：“生物体的复杂性并不是简单地与基因数量相关联的。”
¾ 基因组的大小和基因的数量在生命进化上可能不具有特别重大的意义；
¾ 人类的基因较其他生物体更“有效” 。
¾ 人类的复杂性更主要的体现在蛋白质的复杂网络中，即蛋白质就是构成 生命的基本构件。Celera公司首席科学家Venter认为：“大部分的生物学行 为发生在蛋白质水平，而不是基因水平。”
目前已完成测序4,000多个基因组
The winner was announced at last week's Homo Sapiens genetics meeting at Cold Spring Harbor Laboratory, New York. The gene champ, Lee Rowen, who directs a sequencing project at the Institute for Systems Biology in Seattle, Washington - beat 460 other hopefuls to take home part of the cash pot.
生命科学中的功能基因组学理论
生命科学中的功能基因组学理论功能基因组学是近年来生命科学领域的研究热点之一，它旨在揭示基因组中的基因和非编码RNA的功能及其相互作用。
随着高通量技术的不断发展，生命科学领域对功能基因组学的研究越来越深入，其中功能基因组学理论是引领该领域重要的理论基础。
1. 基因在细胞中的功能基因是细胞遗传信息的基本单位，它通过转录和翻译将遗传信息转化为蛋白质，从而发挥生物学功能。
基因的表达不仅受到遗传信息的编码，还受到外部环境和内部因素的调控。
因此，了解基因的功能和调控机制对于人类疾病诊断和治疗具有重要意义。
2. 功能基因组学的概念功能基因组学是研究基因组中的基因、非编码RNA和蛋白质之间相互作用以及调控机制的学科，它旨在揭示整个基因组的功能和调控机制，从而深入了解生物的生命过程和变化，为人类的健康和疾病治疗提供新的思路和方法。
3. 功能基因组学的发展历程功能基因组学的发展可以追溯到20世纪早期。
当时，基因的表达调控和信号传导机制的研究得到了推动，直接导致基因表达和转录调控网络的发现。
20世纪80年代，分子生物学新技术的出现大大促进了功能基因组学的发展。
PCR技术、DNA序列技术和细胞分离等技术的出现和发展使得生物学家们能够研究大规模的基因表达和调控网络。
21世纪初期，基因芯片和高通量测序技术的出现，给功能基因组学的发展带来了一次重大突破，如今，各种技术的不断完善，已经可以揭示基因组中的整个调控网络，甚至是调控通路的发生和变化。
4. 功能基因组学研究的应用近年来，功能基因组学的研究有了更多的应用。
例如，它可以在遗传学和基因治疗方面提供帮助，揭示基因编码的遗传信息如何影响健康状态。
同时，也有用于新药研发和营养分析，确定寿命和人口学因素，鉴定致病基因和分析亚型。
功能基因组学的研究可以帮助我们提高疾病诊断的准确性，为精准医疗提供依据。
5. 功能基因组学理论的重要性功能基因组学理论是功能基因组学研究的重要基础。
该理论包括基因本身、基因调控机制、信号通路和基因组结构等方面，以及如何运用高通量技术来揭示基因功能的方法。
精品医学课件-化学基因组学
【本章学习要求】
1.掌握人类基因组计划、化学信息学、生物信息学和化学基因 组学的概念；化学基因组学的两种研究策略； 2.熟悉化学信息库和先导化合物开发和筛选的原则；化学基因 组学的关键技术； 3.了解生物信息学的研究目标和任务。
虚拟化合物库（Virtual Library）是一组并不真正存在的化 合物。如果已发现了活性化合物，从虚拟化合物库中寻找 具有相似或更好生物活性的其它化合物。如果已知靶标的 三维结构，可通过分子对接（docking），根据结合强度的 计算结果来评价小分子与靶分子的相互作用，对那些结果 较好的化合物再进行合成及药理筛选。
3. 蛋白质的结构分析和预测
蛋白质的氨基酸序列（一级结构）可以容易的由它的基因编码序列获 得，目前虽然还不存在一种仅仅从蛋白质序列预测其三维结构的理论方 法。
同源建模(homology modeling) 是目前唯一可靠的预测蛋白质结构 的方法。使用已知结构的蛋白质作为模板来模建另一个蛋白质（靶蛋 白）。这种方法的局限性在于只有靶蛋白和模板蛋白在序列上具有高度 相似性 (超过30%氨基酸相同)才能成功。否则，无法产生一个包括全部 原子坐标的准确的蛋白质模型。
目前的生物信息学是分子生物学与信息技术的结合体。生物 信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据，研究 工具是计算机，研究方法包括对生物学数据的搜索（收集和 筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、 模拟）。
狭义：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、 加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分 子信息的生物学意义的交叉学科。
基因组学
与重要疾病相关的基因序列
高通量基因功能分析基因组学概论
TACATAGATA CCTAACACAA CTGTGCTGCA TTCATGGGGC ACACAGAGAA ACATGCAGGG
CAGGAGGCAA GGTGCAAAAA ACATGGTGGT TTGCGCACAT AATGGAAATG CACGTTACAA GTTGATCCAG
GGACTGgaaa ggcttcagaa gggagttttt gcctttctct ggatcaaata gcagttaggc gggatatata taggcataaa agatggatgt gtatctgctt
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GATTTGCTTT AATACAGTAA CCTATGGCAA TTGGGCATTT GCATCATCGA CTAACCTGCT CTGTTCCAAT
SAGE技术不是研究完整的cDNA，它产生长 度12bp~20bp的短序列，每一条都代表了转录 组中存在的一种mRNA。
该技术的基础是：尽管这些12bp的序列短，但 是却足够用来确认编码这些mRNA的基因。
基因组学概论
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通过序列分析研究转录组