功能基因組學(xué)研究概述第1頁(yè)/共42頁(yè)基因組學(xué)相關(guān)概念牛基因組學(xué)研究進(jìn)展功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及方法本人在牛基因組研究方面做的一點(diǎn)工作目錄第2頁(yè)/共42頁(yè)1.基因組學(xué)相關(guān)概念第3頁(yè)/共42頁(yè)

1.基因組學(xué)相關(guān)概念第4頁(yè)/共42頁(yè)

1.基因組學(xué)相關(guān)概念第5頁(yè)/共42頁(yè)牛基因組計(jì)劃始于2003年12月，內(nèi)容包括繪制遺傳圖譜、物理圖譜，獲得全面的轉(zhuǎn)錄圖譜，并對(duì)基因進(jìn)行識(shí)別，鑒定其功能。牛的基因組據(jù)估計(jì)由大約30億個(gè)堿基對(duì)組成，與人和其他哺乳動(dòng)物基因組規(guī)模相當(dāng)。繪制牛的基因組圖譜，不僅在改進(jìn)乳品和肉制品質(zhì)量等領(lǐng)域有潛在用途，也有助于加深對(duì)人類基因組的理解。2.牛基因組學(xué)研究進(jìn)展第6頁(yè)/共42頁(yè)2.1牛基因組遺傳圖譜遺傳圖譜(Geneticmap)又稱遺傳連鎖圖譜(Genetichlinkagemap)，是指通過(guò)遺傳重組所得到的基因在具體染色體上的線性排列圖。通過(guò)計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)記之間的重組頻率，一般用厘摩(cM)確定標(biāo)記基因或者位點(diǎn)間的相對(duì)距離，即每次減數(shù)分裂的重組頻率來(lái)表示。

2.2牛基因組物理圖譜物理圖譜是在DNA分子水平上描述染色體中標(biāo)記位點(diǎn)間順序和物理距離的圖譜。常用的物理圖譜構(gòu)建方法有三種，分別基于輻射雜交、限制性酶切指紋圖譜和大量的BAC的末段測(cè)序。2.牛基因組學(xué)研究進(jìn)展第7頁(yè)/共42頁(yè)2.3牛基因組轉(zhuǎn)錄圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜(Transcriptmap)是用基因表達(dá)的各種RNA產(chǎn)物做路標(biāo)，將各器官中表達(dá)的mRNA轉(zhuǎn)化成cDNA，利用其3’或5’非翻譯區(qū)構(gòu)建短的，具有代表性的cDNA片段，也即表達(dá)序列標(biāo)簽(Expressedsequence－Tag，EST)。2.4牛基因組DNA的全序列測(cè)定2.5基因功能的鑒定研究2.牛基因組學(xué)研究進(jìn)展第8頁(yè)/共42頁(yè)第9頁(yè)/共42頁(yè)1.最新的牛遺傳連鎖圖譜由4585個(gè)標(biāo)記組成，平均圖距精確到1.2cM，是研究牛數(shù)量性狀位點(diǎn)、定位并克隆生產(chǎn)性狀相關(guān)基因，進(jìn)行分子輔助育種的藍(lán)圖。2.基于限制性酶切指紋圖與末端測(cè)序技術(shù)對(duì)294651個(gè)BAC克隆分析拼接成的物理圖譜，覆蓋約15.8倍的基因組，為牛全基因組測(cè)序和組裝提供了框架。3.融合了全基因組鳥(niǎo)槍法和逐步克隆法繪制的牛基因組草圖，包含了26052388個(gè)可用測(cè)序讀長(zhǎng)，覆蓋約7.0倍基因組，拼接成2.87Gb的基因組序列。2.牛基因組學(xué)研究進(jìn)展第10頁(yè)/共42頁(yè)截止到2006年6月15日為止，GenBank中牛的mRNA、EST等序列數(shù)目達(dá)到914944條，這些序列拼接得到37225個(gè)clusters，是轉(zhuǎn)錄水平獲得序列最多的家養(yǎng)動(dòng)物。目前已經(jīng)建成了牛的各類組織器官的特異性cDNA文庫(kù)有100個(gè)。這些文庫(kù)的建立為研究特定組織細(xì)胞的基因表達(dá)情況奠定了基礎(chǔ)。2.牛基因組學(xué)研究進(jìn)展第11頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略

基因的功能主要包括:生物化學(xué)功能，細(xì)胞學(xué)功能及發(fā)育的功能。目前，基因功能的研究方法主要包括:新基因的生物信息學(xué)分析體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析（轉(zhuǎn)錄和翻譯水平）、功能獲得（基因轉(zhuǎn)染和轉(zhuǎn)基因）研究、功能失活（基因沉默和基因敲除）研究、基因編碼產(chǎn)物相互作用蛋白的研究（免疫共沉淀和酵母雙雜交）基因多樣性研究（SNPs分析）等。第12頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預(yù)測(cè))3.1.1新基因的電子克隆:

利用表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)新基因也被稱為基因的電子克隆。①?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)或PubMed尋找感興趣的cDNA或氨基酸序列;②相同Unigene或cluster的EST片段歸類在一起,并初步拼接和校對(duì);③基于GenBank完整EST數(shù)據(jù)庫(kù)的EST拼接、校對(duì)并盡可能延長(zhǎng)獲得的大片段或全長(zhǎng)cDNA,稱為Contig;④Contig輸入nr數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)BLAST查新選留新穎Contig;⑤再通過(guò)GenBank完整EST數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)確定最終cDNAContig;⑥分析開(kāi)放閱讀碼框(ORF)、Kozak規(guī)則、加尾信號(hào)、多聚腺苷酸(PolyA)等;⑦獲得新基因全序列[包括內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)序列],定位于染色體上并作圖。第13頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預(yù)測(cè))3.1.2新基因的結(jié)構(gòu)區(qū)域預(yù)測(cè):①對(duì)編碼區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特性分析②啟動(dòng)子分析啟動(dòng)子是基因表達(dá)所必需的重要序列信號(hào),識(shí)別出啟動(dòng)子對(duì)認(rèn)識(shí)基因組功能、基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制以及人類疾病與啟動(dòng)子多態(tài)性或突變有很大的幫助。③內(nèi)含子/外顯子剪接位點(diǎn)(GT/AG規(guī)則)④翻譯起始位點(diǎn)（“Kozak規(guī)則”）⑤翻譯終止信號(hào)第14頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.1新基因的生物信息學(xué)分析（基因結(jié)構(gòu)及編碼產(chǎn)物功能預(yù)測(cè))3.1.3新基因的功能預(yù)測(cè):序列同源比較:主要方法有同源檢索(NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)的Blastn)和多序列對(duì)齊

(multiplesequencealignment,MSA)3.1.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)：從氨基酸組成辨識(shí)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)物理性質(zhì)預(yù)測(cè)(如等電點(diǎn)、分子量、酶切特性、疏水性等)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（蛋白質(zhì)二、三級(jí)結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)）、蛋白質(zhì)功能的預(yù)測(cè)（通過(guò)相似序列的數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)確定功能、確定序列特性、通過(guò)序列模體數(shù)據(jù)庫(kù)等的比對(duì)確定功能）第15頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略

從氨基酸組成辨識(shí)蛋白質(zhì)第16頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)物理性質(zhì)預(yù)測(cè)第17頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第18頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第19頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)其他特殊結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第20頁(yè)/共42頁(yè)

3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預(yù)測(cè)及方法：Ⅰ.通過(guò)相似序列的數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)確定功能第21頁(yè)/共42頁(yè)

3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預(yù)測(cè)及方法：Ⅱ.確定序列特性第22頁(yè)/共42頁(yè)

3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略蛋白質(zhì)功能的預(yù)測(cè)及方法：Ⅲ.通過(guò)序列模體數(shù)據(jù)庫(kù)等的比對(duì)確定功能第23頁(yè)/共42頁(yè)新基因功能的實(shí)驗(yàn)室研究:3.2新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略

要開(kāi)展新基因功能的研究工作，首要的研究任務(wù)就是摸清新基因在體內(nèi)的表達(dá)規(guī)律，這包括從mRNA和蛋白質(zhì)兩個(gè)水平上來(lái)對(duì)其基因表達(dá)譜進(jìn)行分析，即看其在各種不同的正常或病態(tài)組織細(xì)胞中是否表達(dá)以及表達(dá)的水平高低等。新基因在某一特定的正常組織細(xì)胞中的表達(dá)水平高往往提示其在其中發(fā)揮著重要作用。第24頁(yè)/共42頁(yè)3.2新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略

mRNA水平的表達(dá)分析第25頁(yè)/共42頁(yè)3.2新基因的體內(nèi)表達(dá)規(guī)律分析3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略

蛋白質(zhì)水平的表達(dá)分析第26頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析第27頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析基因轉(zhuǎn)染技術(shù)第28頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.3新基因的功能獲得分析轉(zhuǎn)基因技術(shù)第29頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析第30頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)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術(shù)第31頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)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術(shù)核酶技術(shù)第32頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)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術(shù)RNA干擾技術(shù)第33頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.4新基因功能失活分析3.4.2基因敲除技術(shù)第34頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.5新基因編碼產(chǎn)物相互作用蛋白的研究第35頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.6新基因多樣性的研究隨著人類和動(dòng)植物基因組序列測(cè)定的縱深發(fā)展，基因組變異已成為研究熱點(diǎn)，尤其是SNPs的篩選及其檢測(cè)倍受關(guān)注，己成為繼限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性和微衛(wèi)星之后的第三代DNA遺傳標(biāo)記，正在醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。SNP(SingleNucleotidePolymorphism)即單核苷酸多態(tài)性，是由于單個(gè)核苷酸改變而導(dǎo)致的核酸序列多態(tài)性。SNP數(shù)量大，分布廣，在任何已知或未知基因附近都可能找到眾多的SNP，隨著新的SNP標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)和定位，生物遺傳連鎖圖譜標(biāo)記密度將日益增加，能夠?qū)?shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)定位在更小的染色體區(qū)域內(nèi)，也為更多的主基因的發(fā)現(xiàn)和定位打下良好的墓礎(chǔ)；而且，高密度SNP遺傳圖譜的出現(xiàn)使我們可以更精確的進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇(MAS)和標(biāo)記輔助導(dǎo)入(MAI)，降低或消除目的基因之外的遺傳背景的干擾，這將為基因育種提供前所未有的便利工具。SNP研究的意義第36頁(yè)/共42頁(yè)3.功能基因組學(xué)研究的內(nèi)容及策略3.6新基因多樣性的研究

由于部分位于基因內(nèi)部的SNP可能會(huì)直接影響產(chǎn)物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或基因表達(dá)水平，因此，侯選基因SNPs的檢測(cè)與基因功能的鑒定密切相關(guān)，屬于基因功能鑒定的一個(gè)非常重要內(nèi)容。另外，由于SNPs在基因組中的相對(duì)高頻分布，使得其非常適合用于關(guān)聯(lián)分析。基因SNPs與經(jīng)濟(jì)性狀關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果又可進(jìn)一步印證基因的生物學(xué)功能。SNP研究與基因功能的關(guān)系第37頁(yè)/共42頁(yè)4本人在牛功能基因組學(xué)研究領(lǐng)域所做的工作4.1牛ANGPTL4基因的分離、定位及其與牛經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)聯(lián)研究4.2牛A