功能基因组学研究概述.ppt

1、报告人:马 云 信阳师范学院生命科学学院 2008年5月,Summary on （Functional ）Genomics,（功能）基因组学研究概述,基因组学相关概念 牛基因组学研究进展 功能基因组学研究的内容及方法 本人在牛基因组研究方面做的一点工作,目 录,1.基因组学相关概念,1.基因组学相关概念,1.基因组学相关概念,牛基因组计划始于2003年12月，内容包括绘制遗传图谱、物理图谱，获得全面的转录图谱，并对基因进行识别，鉴定其功能。 牛的基因组据估计由大约30亿个碱基对组成，与人和其他哺乳动物基因组规模相当。绘制牛的基因组图谱，不仅在改进乳品和肉制品质量等领域有潜在用途，也有助于加深对

2、人类基因组的理解。,2.牛基因组学 研 究 进 展,2.1牛基因组遗传图谱 遗传图谱(Genetic map)又称遗传连锁图谱 (Genetich linkage map)，是指通过遗传重组所得到的基因在具体染色体上的线性排列图。通过计算连锁的遗传标记之间的重组频率，一般用厘摩(cM)确定标记基因或者位点间的相对距离，即每次减数分裂的重组频率来表示。 2.2牛基因组物理图谱 物理图谱是在DNA分子水平上描述染色体中标记位点间顺序和物理距离的图谱。常用的物理图谱构建方法有三种，分别基于辐射杂交、限制性酶切指纹图谱和大量的BAC的末段测序。,2.牛基因组学 研 究 进 展,2.3 牛基因组转录图谱

3、 转录图谱(Transcript map)是用基因表达的各种RNA产物做路标，将各器官中表达的mRNA转化成cDNA，利用其3或5非翻译区构建短的，具有代表性的cDNA片段，也即表达序列标签(Expressed sequenceTag， EST)。 2.4牛基因组DNA的全序列测定 2.5基因功能的鉴定研究,2.牛基因组学 研 究 进 展,1.最新的牛遗传连锁图谱由4585个标记组成，平均图距精确到1.2cM，是研究牛数量性状位点、定位并克隆生产性状相关基因，进行分子辅助育种的蓝图。 2.基于限制性酶切指纹图与末端测序技术对294651个BAC克隆分析拼接成的物理图谱，覆盖约15.8倍的基因组

4、，为牛全基因组测序和组装提供了框架。 3.融合了全基因组鸟枪法和逐步克隆法绘制的牛基因组草图，包含了26052388个可用测序读长，覆盖约7.0倍基因组，拼接成2.87Gb的基因组序列。,2.牛基因组学 研 究 进 展,截止到 2006年 6月 15日为止，GenBank中牛的mRNA、EST等序列数目达到 914 944条，这些序列拼接得到 37 225 个clusters，是转录水平获得序列最多的家养动物。目前已经建成了牛的各类组织器官的特异性 cDNA 文库有100个。这些文库的建立为研究特定组织细胞的基因表达情况奠定了基础。,2.牛基因组学 研 究 进 展,3. 功能基因组学研究的内容

5、及策略,基因的功能主要包括:生物化学功能，细胞学功能及发育的功能。目前， 基因功能的研究方法主要包括: 新基因的生物信息学分析 体内表达规律分析（转录和翻译水平）、 功能获得（基因转染和转基因）研究、 功能失活（基因沉默和基因敲除）研究、 基因编码产物相互作用蛋白的研究（免疫共沉淀和酵母双杂交） 基因多样性研究（SNPs分析）等。,3. 功能基因组学研究的内容及策略,3.1新基因的生物信息学分析（基因结构及编码产物功能预测) 3.1.1新基因的电子克隆: 利用表达序列标签 (EST) 数据库发现新基因也被称为基因的电子克隆。 从数据库或 PubMed寻找感兴趣的 cDNA或氨基酸序列; 相同

6、Unigene或cluster的 EST片段归类在一起 , 并初步拼接和校对; 基于 GenBank完整 EST数据库的 EST拼接、校对并尽可能延长获得的大片段或全长 cDNA, 称为 Contig; Contig输入 nr数据库通过BLAST查新选留新颖 Contig; 再通过 GenBank完整 EST数据库比对确定最终 cDNA Contig; 分析开放阅读码框 (ORF)、Kozak规则、加尾信号、多聚腺苷酸 (PolyA) 等; 获得新基因全序列 包括内含子 ( intron)和外显子 (exon) 序列 , 定位于染色体上并作图。,3. 功能基因组学研究的内容及策略,3.1新基因

7、的生物信息学分析（基因结构及编码产物功能预测) 3.1.2新基因的结构区域预测: 对编码区进行统计特性分析 启动子分析 启动子是基因表达所必需的重要序列信号 , 识别出启动子对认识基因组功能、基因表达调控机制以及人类疾病与启动子多态性或突变有很大的帮助。 内含子 /外显子剪接位点(GT/AG规则) 翻译起始位点（“Kozak规则 ”） 翻译终止信号,3. 功能基因组学研究的内容及策略,3.1新基因的生物信息学分析（基因结构及编码产物功能预测) 3.1.3新基因的功能预测:序列同源比较:主要方法有同源检索(NCBI数据库的 Blastn)和多序列对齐 (multiple sequence ali

8、gnment,MSA) 3.1.4蛋白质结构与功能预测：从氨基酸组成辨识蛋白质、蛋白质物理性质预测(如等电点、分子量、酶切特性、疏水性等)。蛋白质结构预测（蛋白质二、三级结构及特殊结构预测）、蛋白质功能的预测（通过相似序列的数据库比对确定功能、确定序列特性、通过序列模体数据库等的比对确定功能）,3. 功能基因组学研究的内容及策略,从氨基酸组成辨识蛋白质,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质物理性质预测,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质二级结构预测,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质三级结构预测,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质其他特殊结构预测,3. 功能基因组

9、学研究的内容及策略,蛋白质功能的预测及方法：,.通过相似序列的数据库比对确定功能,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质功能的预测及方法：,.确定序列特性,3. 功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质功能的预测及方法：,.通过序列模体数据库等的比对确定功能,新基因功能的实验室研究: 3.2新基因的体内表达规律分析,3. 功能基因组学研究的内容及策略,要开展新基因功能的研究工作，首要的研究任务就是摸清新基因在体内的表达规律，这包括从 mRNA 和蛋白质两个水平上来对其基因表达谱进行分析，即看其在各种不同的正常或病态组织细胞中是否表达以及表达的水平高低等 。新基因在某一特定的正常组织细胞中的表达

10、水平高往往提示其在其中发挥着重要作用。,3.2新基因的体内表达规律分析,3. 功能基因组学研究的内容及策略,mRNA水平的表达分析,3.2新基因的体内表达规律分析,3.功能基因组学研究的内容及策略,蛋白质水平的表达分析,3. 功能基因组学研究的内容及策略,3.3新基因的功能获得分析,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.3新基因的功能获得分析,基因转染技术,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.3新基因的功能获得分析,转基因技术,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.4新基因功能失活分析,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.4新基因功能失活分析 3.4.1基于核酸的基因沉默技术,3.功能基因

11、组学研究的内容及策略,3.4新基因功能失活分析 3.4.1基于核酸的基因沉默技术,核酶技术,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.4新基因功能失活分析 3.4.1基于核酸的基因沉默技术,RNA干扰技术,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.4新基因功能失活分析 3.4.2基因敲除技术,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.5新基因编码产物相互作用蛋白的研究,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.6新基因多样性的研究,随着人类和动植物基因组序列测定的纵深发展，基因组变异已成为研究热点， 尤其是SNPs的筛选及其检测倍受关注，己成为继限制性酶切片段长度多态 性和微卫星之后的第三代DNA遗传标记，正

12、在医学、农学等众多领域发挥 着巨大作用。SNP (Single Nucleotide Polymorphism)即单核苷酸多态性， 是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态性。SNP数量大，分布广， 在任何已知或未知基因附近都可能找到众多的SNP，随着新的SNP标记的发 现和定位，生物遗传连锁图谱标记密度将日益增加，能够将数量性状位点 (QTL)定位在更小的染色体区域内，也为更多的主基因的发现和定位打下 良好的墓础；而且，高密度SNP遗传图谱的出现使我们可以更精确的进行 标记辅助选择(MAS)和标记辅助导入(MAI)，降低或消除目的基因之外的 遗传背景的干扰，这将为基因育种提供前所未有的便利工具。,SNP研究的意义,3.功能基因组学研究的内容及策略,3.6新基因多样性的研究,由于部分位于基因内部的SNP可能会直接影响产物蛋白质的结构或基因表达水平，因此，侯选基因SNPs的检测与基因功能的鉴定密切相关，属于基因功能鉴定的一个非常重要内容。另外，由于SNPs在基因组中的相对高频分布，使得其非常适合用于关联分析。基因SNPs与经济性状关联分析的结果又可进一步印证基因的生物学功能。,SNP研究与基因功能的关系,4本人在牛功能基因组学