[科普中國]-基因組學(xué)

基因組學(xué)(genomics)的概念最早于1986年由美國科學(xué)家Thomas Roderick提出，指對所有基因進(jìn)行基因組作圖(包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜)、核苷酸序列分機(jī)、基因定位和基因功能分析的一門科學(xué)?；蚪M學(xué)研究主要包括以全基因組測序為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基I太J組學(xué)兩方面的內(nèi)容。

簡介基因組研究應(yīng)該包括兩方面的內(nèi)容：以全基因組測序為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structural genomics）和以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)（functional genomics)，又被稱為后基因組（postgenome）研究，成為系統(tǒng)生物學(xué)的重要方法。

基因組學(xué)能為一些疾病提供新的診斷，治療方法。例如，對剛診斷為乳腺癌的女性，一個名為“Oncotype DX”的基因組測試，能用來評估病人乳腺癌復(fù)發(fā)的個體危險率以及化療效果，這有助于醫(yī)生獲得更多的治療信息并進(jìn)行個性化醫(yī)療?；蚪M學(xué)還被用于食品與農(nóng)業(yè)部門。基因組學(xué)的主要工具和方法包括： 生物信息學(xué)，遺傳分析，基因表達(dá)測量和基因功能鑒定。

基因組學(xué)出現(xiàn)于1980年代，1990年代隨著幾個物種基因組計劃的啟動，基因組學(xué)取得長足發(fā)展。 相關(guān)領(lǐng)域是遺傳學(xué)，其研究基因以及在遺傳中的功能。

1980年，噬菌體Φ-X174;(5,368 堿基對)完全測序，成為第一個測定的基因組。

1995年，嗜血流感菌（Haemophilus influenzae，1.8Mb）測序完成，是第一個測定的自由生活物種。從這時起，基因組測序工作迅速展開。

2001年，人類基因組計劃公布了人類基因組草圖，為基因組學(xué)研究揭開新的一頁。

基因組學(xué)是研究生物基因組的組成,組內(nèi)各基因的精確結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系及表達(dá)調(diào)控的科學(xué)?；蚪M學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與代謝組學(xué)等一同構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)的組學(xué)（omics）生物技術(shù)基礎(chǔ)。1

功能基因組學(xué)基因組DNA測序是人類對自身基因組認(rèn)識的第一步。隨著測序的完成，功能基因組學(xué)研究成為研究的主流，它從基因組信息與外界環(huán)境相互作用的高度，闡明基因組的功能。功能基因組學(xué)的研究內(nèi)容：人類基因組 DNA 序列變異性研究、基因組表達(dá)調(diào)控的研究、模式生物體的研究和生物信息學(xué)的研究等。2

(1)基因組表達(dá)及調(diào)控的研究。在全細(xì)胞的水平，識別所有基因組表達(dá)產(chǎn)物mRNA和蛋白質(zhì)，以及兩者的相互作用，闡明基因組表達(dá)在發(fā)育過程和不同環(huán)境壓力下的時、空的整體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

(2)人類基因信息的識別和鑒定。要提取基因組功能信息，識別和鑒定基因序列是必不可少的基礎(chǔ)工作?；蜃R別需采用生物信息學(xué)、計算生物學(xué)技術(shù)和生物學(xué)實驗手段，并將理論方法和實驗結(jié)合起來?；诶碚摰姆椒ㄖ饕獜囊呀?jīng)掌握的大量核酸序列數(shù)據(jù)入手，發(fā)展序列比較、基因組比較及基因預(yù)測理論方法。識別基因的生物學(xué)手段主要基于以下的原理和思路：根據(jù)可表達(dá)序列標(biāo)簽(STS)；對染色體特異性cosmid進(jìn)行直接的cDNA選擇；根據(jù)CpG島；差異顯示及相關(guān)原理；外顯子捕獲及相關(guān)原理；基因芯片技術(shù)；基因組掃描；突變檢測體系，等等。

（3）基因功能信息的提取和鑒定。包括：人類基因突變體的系統(tǒng)鑒定；基因表達(dá)譜的繪制；“基因改變-功能改變”的鑒定；蛋白質(zhì)水平、修飾狀態(tài)和相互作用的檢測。

（4）在測序和基因多樣性分析。人類基因組計劃得到的基因組序列雖然具有代表性，但是每個人的基因組并非完全一樣，基因組序列存在著差異?；蚪M的差異反映在表型上就形成個體的差異，如黑人與白人的差異，高個與矮個的差異，健康人與遺傳病人的差異，等等。出現(xiàn)最多基因多態(tài)性就是單核苷酸多態(tài)性(SNPs)。

（5）比較基因組學(xué)。將人類基因組與模式生物基因組進(jìn)行比較，這一方面有助于根據(jù)同源性方法分析人類基因的功能，另一方面有助于發(fā)現(xiàn)人類和其他生物的本質(zhì)差異，探索遺傳語言的奧秘 。1

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)是繼人類基因組之后又一個國際性大科學(xué)熱點，主要目的是試圖在生物體的整體水平上（如全基因組、全細(xì)胞或完整的生物體）測定出（以實驗為主、包括理論預(yù)測）全部蛋白質(zhì)分子、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)－核酸、蛋白質(zhì)－多糖、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)－核酸－多糖、蛋白質(zhì)與其他生物分子復(fù)合體的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)，以獲得一幅完整的、能夠在細(xì)胞中定位以及在各種生物學(xué)代謝途徑、生理途徑、信號傳導(dǎo)途徑中全部蛋白質(zhì)在原子水平的三維結(jié)構(gòu)全息圖。在此基礎(chǔ)上，使人們有可能在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、分子細(xì)胞生物學(xué)以致生物體整體水平上理解生命的原理。

對疾病機(jī)理的闡明、對疾病的防治有重要應(yīng)用意義。3

發(fā)展回顧1998年4月,由美國國家醫(yī)學(xué)科學(xué)院（NIGMS）和Wellcome Trust發(fā)起在英國召開了第一次國際結(jié)構(gòu)基因組會議，美國、法國、英國、德國、加拿大、日本、荷蘭、意大利以及以色列的9國科學(xué)家參加了會議。2000年9月，美國NIGMS決定首批投入1.5億美元，在美國建設(shè)7個研究中心（已經(jīng)發(fā)展成為10個），爭取在未來10年內(nèi)解出1萬個蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，建立蛋白質(zhì)的氨基酸殘基序列、三維結(jié)構(gòu)和生物功能之間的有機(jī)聯(lián)系，同時也支持結(jié)構(gòu)基因組方法學(xué)的研究。2002年，10家大型國際制藥公司宣布啟動結(jié)構(gòu)基因組研究。2000年11月，日本組織召開國際會議討論結(jié)構(gòu)基因組計劃的有關(guān)問題，確定了完成測定3000個蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的“Protein3000計劃”。2001年4月，在美國召開了第二次國際結(jié)構(gòu)基因組會議,表明新一輪大規(guī)模的國際合作研究已經(jīng)開始。

主要進(jìn)展我國在結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方面具有較好的基礎(chǔ)。60年代，我國科學(xué)家在世界上首次人工合成了胰島素；70年代初又測定出1.8 埃; 分辨率的豬胰島素三維結(jié)構(gòu)，成為世界上為數(shù)不多的能夠測定生物大分子三維結(jié)構(gòu)的國家，這些研究工作處于當(dāng)時的世界先進(jìn)水平。在國際結(jié)構(gòu)基因組研究剛露端倪之時，我國科學(xué)家楊煥明就敏感地抓住了這一新動向，2000年我國開展了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的研究。國家863計劃、973計劃、中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程、國家重大攻關(guān)項目、自然科學(xué)基金先后重點資助了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的研究工作和相關(guān)技術(shù)平臺的建設(shè)。相關(guān)研究工作既有分工、又有交叉合作，并充分地考慮到了我國基因組水平研究的特點和我國在結(jié)構(gòu)解析方法研究在國際上的地位。并計劃在參加國際合作的基礎(chǔ)上，在逐步建立基因組研究技術(shù)平臺的同時，五年之中完成200－300個蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的測定。

我國的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究隊伍不斷發(fā)展壯大，中國科學(xué)院生物物理所、中國科技大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)以及中國科學(xué)院物理所、高能所、上海生命科學(xué)院、福州物質(zhì)結(jié)構(gòu)所、上海復(fù)旦大學(xué)等單位均是我國開展結(jié)構(gòu)基因組研究的重要基地。

我國結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究雖然啟動時間較短，但已經(jīng)獲得了不少重要進(jìn)展。 據(jù)初步統(tǒng)計，已經(jīng)完成了近千個克隆，已表達(dá)出210個蛋白質(zhì)，其中有100多個可溶或部分可溶；獲得近30個結(jié)晶和NMR樣品，已經(jīng)測定出5個結(jié)構(gòu)。

相關(guān)書刊書 名: 基因組學(xué)

作 者：宋方洲

出版社： 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社

出版時間： 2011年9月1日

ISBN: 9787802457751

開本： 16開

定價: 48.00元

內(nèi)容簡介

這是在當(dāng)前生命科學(xué)迅猛發(fā)展以及我國研究生教育變革的背景下，為適應(yīng)研究生培養(yǎng)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革的新形勢而編寫的。編者均為長期工作在科研教學(xué)一線的教師。全書內(nèi)容包括十二章，其中第一章至第五章的內(nèi)容主要為基因組學(xué)的理論基礎(chǔ)，第六章至第十二章的內(nèi)容主要為基因組學(xué)研究的相關(guān)技術(shù)與方法?！痘蚪M學(xué)》不僅可以作為高等院校生物醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生的教材使用，而且對于從事生物醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的研究人員、青年教師和學(xué)生也頗具參考價值。

圖書目錄

第1章 基因組學(xué)概論

第2章 基因組多態(tài)性

第3章 基因組作圖

第4章 疾病基因組學(xué)

第5章 基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)

第6章 重組DNA技術(shù)及其應(yīng)用

第7章 分子雜交與印跡技術(shù)

第8章 PCR技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

第9章 轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

第10章 生物芯片的應(yīng)用與發(fā)展

第11章 新基因功能研究的策略與方法

第12章 RNAi技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

賀會強(qiáng) - 博士 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)