目目 录录第二十三章第二十三章 基因组学与蛋白组学基因组学与蛋白组学第二十三章第二十三章基因基因组学与蛋白学与蛋白质组学学1学习资料 基因组基因组在个体水平代表个体所有遗传性状的总和；在个体水平代表个体所有遗传性状的总和；在细胞水平在细胞水平,是一个细胞所有染色体的总和；是一个细胞所有染色体的总和；从分子角度认识从分子角度认识,它代表了一个物种的所有它代表了一个物种的所有DNA分子的总和。分子的总和。人：人： 约约30亿对核苷酸的亿对核苷酸的DNA分子构成，可编码分子构成，可编码 约约3-4万个基因万个基因第第1节节 概概 述述2学习资料 3学习资料一、人一、人类基因基因组计划划(Human Genome Project)（一）（一）HGP的诞生和启动的诞生和启动n1986年，美国学者年，美国学者R. Dulbecco发表表题为癌癌 症研究的症研究的转折点折点测定人定人类基因基因组的短文的短文n 1990年，美国国会批准了一个年，美国国会批准了一个15年的人类基年的人类基 因组研究计划，总资助额为因组研究计划，总资助额为30亿美元亿美元n 1994年，我国启动了相关研究项目年，我国启动了相关研究项目n 1999年，我国获准加入年，我国获准加入HGP4学习资料（二）（二）HGP的的实施和施和进展展n 1999年年- Nature杂志发表了人类第杂志发表了人类第22号染色体号染色体DNA全序列测定的论文全序列测定的论文n 2001年年- 人类基因组人类基因组“中国卷中国卷”的绘的绘制工作宣告完成制工作宣告完成n 2006年年- 人类最后一个染色体、也是人类最后一个染色体、也是破译难度最大的一个染色体破译难度最大的一个染色体1号染号染色体的基因测序图的公布色体的基因测序图的公布5学习资料（三）（三）HGP的研究内容的研究内容1.1.人类基因组的作图和测序人类基因组的作图和测序遗传图谱遗传图谱 物理图谱物理图谱 序列图谱序列图谱 转录图谱转录图谱 2. 对一系列模式生物体基因一系列模式生物体基因组的全序列的全序列测定定3. 发展基因组研究的新技术，发展基因组研究的新技术，研究研究HGP的其他相关学科的其他相关学科, ,培训该领域的科学家培训该领域的科学家6学习资料n 1986年，美国科学家年，美国科学家Thomas Roderick首次提首次提出出基因基因组学学（genomics）n现在的基因在的基因组研究包括研究包括 * 以全基因以全基因组测序序为目目标的的结构基因构基因组学学（structural genomics） *以基因功能以基因功能鉴定定为目目标的的功能基因功能基因组学学（functional genomics） n又被称又被称为后基因后基因组学学。二、基因组学的提出二、基因组学的提出7学习资料三、蛋白质组学的产生三、蛋白质组学的产生n蛋白蛋白质组（proteome） 一个基因一个基因组、一个、一个细胞或胞或组织或或一种生物体所表达的全部蛋白一种生物体所表达的全部蛋白质。n一个生物体的基因一个生物体的基因组是相是相对稳定定的，的，而蛋白而蛋白质组则是一个是一个动态的概念的概念 n蛋白蛋白质组学（学（proteomics）8学习资料第第2节节 基因组学研究基因组学研究一、基因一、基因组学的概念学的概念n基因基因组学是研究生物体基因学是研究生物体基因组的的结构、构、结构与功能的关系、以及基因构与功能的关系、以及基因之之间相互作用的科学。相互作用的科学。n包括基因包括基因组作作图、核苷酸序列分析、核苷酸序列分析、基因定位、基因功能分析及基因定位、基因功能分析及调控研究控研究等。等。n分分为结构基因构基因组学学和和功能基因功能基因组学学9学习资料二、基因组学的研究内容二、基因组学的研究内容（一）（一）结构基因构基因组学学四四张张图图谱谱遗传图谱遗传图谱 物理图谱物理图谱 序列图谱序列图谱 转录图谱转录图谱 10学习资料遗传图谱： 通通过遗传重重组所得到的基因或所得到的基因或DNA标记在在染色体上的染色体上的线性排列性排列图谱。 图距距单位：位：cM（厘摩）（厘摩） 遗传标记： 限制性片段限制性片段长度多度多态性（性（RFLP） 限制性片段限制性片段长度多度多态性（性（ RAPD ） 扩增片段增片段长度多度多态性性 （AFLP） 短串短串联重复序列（重复序列（STR） 单核苷酸多核苷酸多态性性 （SNP）11学习资料图图23-1 人类染色体结构示意图人类染色体结构示意图12学习资料物理物理图谱： *以序列以序列标志位点（志位点（STS）为作作图标志，志，图距以距以bp、kb、Mb为单位位的基因的基因组图谱。 * DNA序列分析和基因序列分析和基因组结构研构研究的基究的基础。 13学习资料图图23-2 构建物理图谱的两种技术线路示意图构建物理图谱的两种技术线路示意图14学习资料序列序列图谱： 是物理是物理图谱的延伸，是最的延伸，是最详细、最、最准确的物理准确的物理图谱。 转录图谱： 即即为基因基因图谱，是在，是在识别基因基因组所所包含的包含的蛋白蛋白质编码序列基序列基础上上绘制制的的结合有关基因序列、位置及表达合有关基因序列、位置及表达模式等信息的模式等信息的图谱，亦称，亦称cDNA图谱或或表达序列表达序列标签（EST）图谱。 15学习资料 功能基因功能基因组学是建立在学是建立在结构基因构基因组学学研究基研究基础上的基因上的基因组分析分析 。 主要包括：主要包括：基因功能发现、基因表达分析、突变检测基因功能发现、基因表达分析、突变检测及模式生物研究及模式生物研究等，并且这几方面都与等，并且这几方面都与生生物信息学物信息学密切相密切相关（二）功能基因（二）功能基因组学学 16学习资料1识别和和鉴定基因信息定基因信息 2注注释基因基因产物的功能物的功能 3研究基因研究基因组的表达的表达调控控 4研究基因研究基因组的多的多样性性 5比比较基因基因组学研究学研究 17学习资料三、基因组学相关学科的诞生三、基因组学相关学科的诞生新生学科：新生学科：n疾病基因疾病基因组学（学（disease genomics）n药物基因物基因组学（学（phamarcogenomics）n营养基因养基因组学（学（nutritional genomics）n环境基因境基因组学（学（environmental genomics）n病理基因病理基因组学（学（pathogenomics）n生殖基因生殖基因组学（学（reproductive genomics）n群体基因群体基因组学（学（population genomics）n生物信息学（生物信息学（bioinformatics） 18学习资料 *蛋白蛋白质组学是学是从整体水平从整体水平研究研究细胞内蛋胞内蛋白白质的的组成、成、结构及其活构及其活动规律的科学。律的科学。 *蛋白蛋白质组学是学是对不同不同时间和空和空间发挥功功能的能的特定蛋白特定蛋白质群体群体的研究的研究 *总体上分体上分为： 对蛋白蛋白质表达模式表达模式的研究的研究 对蛋白蛋白质组功能模式功能模式的研究的研究一、蛋白一、蛋白质组学的概念学的概念第第3节节 蛋白质组学研究蛋白质组学研究19学习资料n蛋白蛋白质组作用、成分作用、成分鉴定、数据定、数据库构构建、新型蛋白建、新型蛋白质的的发现、同源蛋白、同源蛋白质比比较、蛋白、蛋白质加工和修加工和修饰分析分析 n基因基因产物物识别、基因功能、基因功能鉴定、基因定、基因调控机制分析控机制分析 及及对蛋白蛋白质表达后在表达后在细胞内的定位研究胞内的定位研究 n重要生命活重要生命活动的分子机制研究的分子机制研究 n分子医学方面的研究分子医学方面的研究二、蛋白质组学的研究内容二、蛋白质组学的研究内容20学习资料三、蛋白质组学研究技术体系三、蛋白质组学研究技术体系蛋白蛋白质组学研究包括三个主要步学研究包括三个主要步骤：n蛋白蛋白质分离分离n蛋白蛋白质鉴定定n鉴定定结果的存果的存储、处理、理、对比和分析比和分析21学习资料 蛋白蛋白质组学研究技学研究技术体系包括：体系包括： 样品制品制备、双向凝胶、双向凝胶电泳、蛋白泳、蛋白质染染色、凝胶色、凝胶图像分析、蛋白像分析、蛋白质分析、蛋分析、蛋白白质组数据数据库 其中其中双向凝胶双向凝胶电泳技泳技术、质谱技技术、计算机算机图像分析与数据像分析与数据处理技理技术是三大基本支撑技是三大基本支撑技术22学习资料（一）蛋白质分离技术（一）蛋白质分离技术 蛋白蛋白质分离技分离技术主要包括主要包括双向凝胶双向凝胶电泳、双向高效柱泳、双向高效柱层析析等等 1双向凝胶双向凝胶电泳泳 n第一向是基于蛋白第一向是基于蛋白质的的等等电点不同点不同采采用用 等等电聚焦聚焦的方法分离的方法分离n第二向是按第二向是按分子量大小分子量大小的不同采用的不同采用SDS-PAGE分离分离 23学习资料2双向高效柱双向高效柱层析析 n先将蛋白先将蛋白质混合混合样品品进行一次行一次凝胶凝胶过滤（分子（分子筛）层析析n再利用蛋白再利用蛋白质表面疏水性表面疏水性质进行行反反向柱向柱层析分离析分离 24学习资料（二）蛋白质鉴定技术（二）蛋白质鉴定技术 nEdman降解法降解法测定定N-末端序列末端序列 n质谱技技术 n氨基酸氨基酸组成分析成分析 目前目前质谱技术质谱技术已成为蛋白质鉴定的已成为蛋白质鉴定的核心技术核心技术 25学习资料（三）生物信息学（三）生物信息学 生物信息学常由生物信息学常由数据数据库、计算机网算机网络和和应用用软件件三大部分三大部分组成成 能高效地能高效地进行行基因基因组、蛋白、蛋白质组数数据分析，而且可以据分析，而且可以对已知或新的基因已知或新的基因产物物进行全面的功能分析行全面的功能分析 26学习资料（四）蛋白质相互作用的研究方法（四）蛋白质相互作用的研究方法 n常常规技技术：蛋白蛋白质亲和和层析、免疫印析、免疫印迹、免疫共沉淀及蛋白迹、免疫共沉淀及蛋白质交交联 等等n新技新技术：酵母双酵母双杂交交统和反向和反向杂交系交系统、噬菌体展示、生物、噬菌体展示、生物传感芯片感芯片质谱、及蛋白及蛋白质工程中的定点工程中的定点诱变技技术等等 27学习资料基因组学与蛋白质组学基因组学与蛋白质组学研究在医学中的应用研究在医学中的应用 第第4节节 28学习资料一、基因组学研究在医学中的应用一、基因组学研究在医学中的应用（一）用于人（一）用于人类疾病相关基因疾病相关基因鉴定定（二）用于癌症研究（二）用于癌症研究（三）用于基因与（三）用于基因与环境相互作用研究境相互作用研究（四）用于了解（四）用于了解遗传因素在人因素在人类健康和疾健康和疾 病中作用的研究病中作用的研究（五）用于（五）用于传染性疾病研究染性疾病研究（六）用于个体化治（六）用于个体化治疗和新和新药开开发研究研究29学习资料二、蛋白质组学研究在医学中二、蛋白质组学研究在医学中的应用的应用（一）用于疾病（一）用于疾病诊断研究断研究（二）用于（二）用于发病机制研究病机制研究（三）用于（三）用于药物开物开发研究研究30学习资料目目 录录第二十三章第二十三章 基因组学与蛋白组学基因组学与蛋白组学31学习资料预祝同学们期末考试成功！预祝同学们期末考试成功！32学习资料