代谢组学关注的是各种代谢路径底物和产物的小分子代谢 物，反映细胞或组织在外界刺激或是遗传修饰下代谢应答 的变化，包括糖、脂质、氨基酸、维生素等。
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比较基因组学
1988年，发现番茄和马铃薯的遗传图谱很相似。 基于结构基因组学，对基因和基因组进行比较，以了解基
因的表达、功能和进化。 对同一物种不同个体以及不同物种的基因组进行比较，分
❖ 借助这些标记利用比较作图可以将遗传图和物 理图整合起来
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（三）基因组测序
利用现有DNA测序方法，每个测序反应通常 只能得到800个核苷酸的序列。
小基因组物种常用鸟枪法。
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鸟枪射击法
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大基因组测序存在两个问题： 片段数庞大，片段间连接和装配非常复杂 基因组中相同或相似的重复序列在连接和装 配时容易出错
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（3）研究目的 找出所有人类基因，破译出人类全部遗传信息， 使得人类在分子水平上全面认识自我 将基因用于改善人类的生活质量 解决人类疾病、健康的问题
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（4）研究意义
➢ 确定人类基因的序列、物理位置、产物及功能 ➢ 理解基因转录与转录后调节 ➢ 研究空间结构对基因调节的作用 ➢ 发现与DNA复制、重组等有关的序列 ➢ 研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分
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五、基因组学的研究方法
（一）遗传图谱的构建 （二）物理图谱的构建 （三）基因组测序 （四）基因鉴定 （五）基因功能研究
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（二）物理图谱的构建
为什么要构建基因组图谱？ ➢ 基因组计划的主要任务是获得全基因组序列 ➢ 但是，现在的测序方法每次只能测800～1000bp ➢ 大量的测序片段要拼接 ➢ 要知道序列在染色体上的位置才能正确拼接 ➢ 基因组计划的第一个环节：构建基因组图谱
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蛋白组学
一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质（在空间 和时间上动态变化着的整体）。
提供各种活性蛋白质的翻译时间、基因产物相对浓度、修 饰作用、细胞定位等信息。
功能蛋白质组学以在特定时间、特定环境条件下的蛋白质 为研究对象（与某一生理现象有关），是个别蛋白的传统 研究和全体蛋白质的蛋白质组研究的中间层次。.Fra bibliotek限制酶作图
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限制酶作图
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（2）荧光原位杂交：通过荧光标记的探针与 DNA分子杂交，杂交信号即探针DNA在染色体 上的图谱位点。
取处于有丝分裂中期的细胞制片，将染色体变 性成单链（染色体拉丝），在将标记的DNA探 针变性后杂交到染色体上，保温处理后，显微 镜下直接观察。
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荧光原位杂交原理
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大基因组测序方法 克隆连续序列法 定向鸟枪射击法
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克隆连续序列法：DNA切割成长度为0.1-1Mb的 大片段→克隆到YAC或BAC载体上→分别测定单 个克隆序列→再装配连接成连续的DNA分子。
定向鸟枪射击法：以基因组图谱中标记为依据→ 测序装配和构建不同DNA片段的序列。
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（四）基因鉴定
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酵
母
A 遗传图
遗
B 物理图
传
图
与
物
理
图
比
较
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人类基因组物理图
❖ 1987年，RFLP图谱，403个标记，10Mb ❖ 1994年，5800个标记，0.7Mb ❖ 1996年，17000多个标记，100kb ❖ 完全适应全基因组测序的要求
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构建物理图谱的3条途径
（1）限制性酶切图谱：使用酶切位点在基因组中出 现频率低的内切酶 Sma I，每78kb只有1个切点 BssH Ⅱ，每390kb只有1个切点 Not I，每10Mb 只有一个切点
终止密码子。 ❖ 从ATG开始，然后向下游寻找终止密码子。 ❖ 起始密码子和终止密码子之间的碱基数目要能够
被3整除 ❖ 每一条链都有3种可能的阅读框，2条连共计有6
种可能的阅读框. ❖ 计算机可以很快给出结果。
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同源查询的依据
有亲缘关系的物种，基因组可能存在某 种程度的相似性： ❖ 存在某些完全相同的序列； ❖ ORF的排列相似，如等长的外显子； ❖ ORF指令的氨基酸序列相似； ❖ 模拟的多肽链的高级结构相似，等。
物种遗传信息的“总词典”、控制发育的“总程序”、 生物进化历史的“总档案”
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基因组学研究的最终目标
获得生物体全部基因组序列 鉴定所有基因的功能 明确基因之间的相互作用关系 阐明基因组的进化规律
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Fishing in a More Effective Way!
钓鱼
竭泽而渔
CREDIT: JOE SUTLIFF Science, Vol 291: 1221.
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三、基因组学的研究内容
利用EST作为 标记所构建的 分子遗传图谱
结构
基因定位 遗传图谱
基因组学 基因组作图 物理图谱
基因组学
基因组测序 转录本图谱
功能
基因识别/鉴定/克隆
基因组学 基因结构/功能及其相互关系
(后基因组学
)
基因表达调控
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功能基因组学：利用结构基因组学提供的信息系统 地研究基因功能，从对单一基因或蛋白质的研究转 向对多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。
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（3）序列标签位点 利用某一已知序列为标签的位点（sequence
tagged sites，STS）作探针，与DNA杂交，绘 制物理图谱。 STS的要求： 已知序列，便于PCR检测 基因组中仅一个位点，无重复
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遗传图与物理图的整合
❖ 有些标记既是遗传标记，又是物理标记的分子 标记如RFLP标记、SSR标记等
子机制 ➢ 确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列 ➢ 研究染色体和个体之间的多态性
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（5）研究进展 ➢ 1996年，完成标记密度为0.6cM的人类基因组遗 传图谱，100kb的物理图谱 ➢ 2000年，人类基因组框架草图绘制完成 ➢ 2001年2月，人类基因组精细图谱的完成 ➢ 2002年，完成测序工作
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二、人类基因组计划
1990年，国际人类基因组计划启动 （1）提出背景
族群间的通婚增多，人类基因资源需要保护。 “基因相关论”：所有的疾病都是人类基因组
与病原基因组中的直接或间接作用的结果。 “全基因组”信息记录着一个人有关生、老、
病、死的重要信息，如能否秃顶、发胖等。
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（2）主要内容： 构建基因组的遗传图谱； 构建基因组的物理图谱； 测定基因组DNA的全部序列； 绘制基因组的转录本图谱； 分析基因组的功能。
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❖ 物理图谱：DNA标记在染色体上的实际位置。 ❖ 有遗传图谱为什么还要构建物理图谱？
❖ 遗传图谱分别率有限，测序要求标记间隔小于 100kb，遗传图谱的标记间隔远大于100kb
❖ 精确性不够，经典遗传学认为，交换是随机发生 的，但基因组中有些区域是重组热点，而且倒位、 重复等染色体结构变异会限制交换重组
功能基因组学就是对基因组序列进行诠释。
功能基因组学的衍生学科 转录组学、蛋白质组学、代谢组学 比较基因组学
糖组学、药物基因组学、疾病基因组学、环境基因组 学、营养基因组学、表基因组学
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转录组学 比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病
状态，以及体外培养的细胞中等基因表达模式的 差异, 通过如RT-PCR、EST、SAGE、DNA芯片 等分析方法，描绘特定细胞或组织在特定状态下 的基因表达的种类和丰度的信息，编制成基因表 达的数据。
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（五）基因功能研究
（1）计算机预测 ❖ 依据仍然是同源性比较。 （2）试验确认 ❖ 基因的超表达 ❖ 反义RNA技术 ❖ RNAi ❖ 转座子插入突变
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基因功能研究
1、计算机预测基因功能 ❖ 依据仍然是同源性比较。同源基因拥有
一个共同的祖先基因，它们之间有许多 相似的序列。 ❖ 种间同源基因 ❖ 种内同源基因
研究各活性蛋白之间的相互作用，蛋白质与DNA、RNA 之间的相互作用等，揭示蛋白质表面相互作用特征的能力， 构建全细胞的蛋白网络。
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代谢组学
代谢组指的是“一个细胞、组织或器官中，所有代谢组分 的集合，尤其指小分子物质”
代谢组学是 “在新陈代谢的动态进程中，系统研究代谢 产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质”的科学。
基因组学基本知识
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一、基因组学概述 二、人类基因组计划 三、基因组学的研究内容 四、基因组学的应用 五、基因组学的研究方法
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一、基因组学概述
基因组学（Genomics）：1986年提出，指对生物体 所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因 定位和基因功能分析的一门科学。
基因组（Genome）：生物体配子中所包含的全部 染色体及其基因，包括细胞质基因组，为物种全部 遗传信息的总和。也指某一生物的所有DNA。
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基因功能研究
2、实验确认基因功能 基因克隆 基因敲除（knock-out） 基因的超表达 反义RNA技术 RNAi 转座子插入突变
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析基因的大小、数量，基因排列顺序，编码序列与非编码 序列的特征等，以揭示物种进化关系，克隆重要性状基因 和进行遗传研究和性状改良。
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四、基因组学的应用
确定物种特有的序列 研究物种的遗传多样性 研究物种的起源及系统进化 进行新基因的克隆（染色体步移） 进行基因功能的预测 获得功能分子标记
根据序列分析搜寻基因 查找开放阅读框（open reading frame, ORF）
同源查询 利用数据库的基因序列与待查基因组序列比对。 同源查询可以部分弥补ORF扫描的不足。
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根据序列分析搜寻基因
❖ 查找开放阅读框（open reading frame, ORF） ❖ 开放阅读框都有一个起始密码子，ATG，还要有
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几个代表物种的基因组大小