基因组学研究在功能基因组中的应用.doc

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1、基因组学研究在功能基因组中的应用摘要：20世纪的最后十年，分子生物学研究发生了很大的变革，从单个基因或蛋白质研究转向大规模研究基因，从而产生了基因组学、功能基因组学等新学科。功能基因组学是在结构基因组学丰富信息资源的基础上，应用先进的基因表达技术、生物功能检测技术和生物信息学技术分析研究基因的表达、调控和功能；探讨生物的生长、发育规律的新型交叉学科。目前功能基因组学研究的内容和方法，主要包括应用微点阵、基因表达系列分析（SAGE）、蛋白质组、生物信息学等方法来研究基因组表达概况、基因组多样性、模式生物体等。关键词：基因组学，功能基因组学，SAG

2、E，蛋白质组学人类基因组计划的完成意味着从结构基因组学到功能基因组学的跨越，把我们带进了后基因组时代，基因组学的研究发生了翻天覆地的变化已从结构基因组学过渡到功能基因组学。功能基因组学以揭示基因组的功能及调控机制为目标功能基因组学的研究是21世纪国际研究的前沿也是最热门的研究领域之一。本文简要介绍功能基因组学的研究进展尤其是功能基因组学的主要研究内容和研究方法，。1功能基因组的含义基因组(genome)这一概念于1924年提出用于描述生物的全部基因和染色体组成。基因组学(genomics)由美国科学家ThomasRoderick于1986年提出

3、是指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱)核苷酸序列分析基因定位和基因功能分析的一门科学。结构基因组学(Structuralgenomics)是基因组学的一个重要组成部分和研究领域它是通过基因作图，核苷酸序列分析以确定基因组成、基因定位的一门科学，结构基因组学代表基因组分析的早期阶段以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。比较功能基因组学(comparativegenomics)是在基因组图谱及序列测定的基础上对已知的基因和基因组结构进行比较以了解基因的功能、表达机理及物种进化的学科。功能基因组学(function

4、algenomics)被称为后基因组学(postgenomics)是利用结构基因组学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的一门科学，功能基因组学代表基因组分析的新阶段以高通量、大规模试验方法、统计与计算机分析为主要特征。功能基因组学的近期目标是采用高通量、大规模、自动化的方法加速遗传分析进程；长远目标是避开传统遗传分析的局限采用系统化的途径及数据采集方法阐明复杂的生物学现象。2功能基因组学的研究方法基因的时空差异表达是植物发

5、育、分化、衰老和抗逆等生命现象的分子基础。基因在不同组织、不同器官以及不同环境条件下的差异表达特征，为基因的功能提供了重要的信息。Velculescu等(1997)将在特定组织或细胞内转录的所有基因及其表达丰度称为转录组(transcriptome)，因此在转录水上进行的基因表达差异分析实际上就是进行转录组研究。经典的减法杂交(subtractivehybridization)，差示筛选(differentialscreening)，cDNA代表差异分析(representativedifferenceanalysis，RDA)以及mRNA差异

6、显示(differentialdisplay)等技术已被广泛用于鉴定和克隆差异表达的基因，但是这些技术不能胜任对大量的植物基因进行全面、系统的分析，于是，基因表达的系统分析(serialanalysisofgeneexpression，SAGE)、cDNA微阵列(cDNAmicroarray)和DNA芯片(DNAchip)等能够大规模地进行基因差异表达分析的技术应运而生。2.1基因表达的系统分析(SAGE)SAGE技术的主要理论依据是:来自cDNA3′端特定位置的一段9～11bp长的序列能够区分基因组中95%的基因。这一段基因特异的序列被称为S

7、AGE标签(SAGEtag)。通过对cDNA制备SAGE标签并将这些标签串联起来，然后对上述串联起来的SAGE标签进行测序不仅可以显示各SAGE标签所代表的基因在特定组织中是否表达，还可以根据各SAGE标签所出现的频率作为其所代表的基因表达丰度的指标。应用SAGE技术的一个必要前提是GenBank中必须有足够的某一物种的DNA序列资料，尤其是EST序列资料。目前该技术在人类和酵母基因组研究中已得以应用，但是尚未用于植物基因组研究。SAGE技术的不足是不能够检测出稀有转录物。2.2cDNA微阵列和DNA芯片技术cDNA微阵列和DNA芯片都是基于r

8、everseNorthern杂交以检测基因表达差异的技术。二者的基本思路都是首先把cDNA，或EST，或基因特异的寡聚核苷酸固定在固相支持物上，并与来