第4章 基因组、转录组和蛋白组
分子生物学基因组转录组蛋白组ppt课件
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C. 烟草花叶病毒的感染实验
对病毒的研究逐渐深入以后，发 现一些植物的病毒仅含有RNA没 有DNA。
当用烟草花叶病毒（TMV）的 RNA和蛋白质分别进行感染试验， 发现只有RNA才能诱发感染。
RNA也是遗传物质
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蛋白质
RNA酶 处理
RNA
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2.2 The structure of DNA
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• 基因组表达的最初产物是转录组，即那些含有细胞在 特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来 的RNA分子的集合。
• 转录组中的RNA分子以及其他来自非编码基因的RNA 都由转录过程产生。
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3.1 The structure of RNA
2’, 3’-环磷 酸二酯
A, C, G, U
核糖
1. 稳定性差 2. 主要以单链形式存在
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(1) (2) (3)
(4)
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这表明无毒性的R型活细菌在与被加热杀死的S型细菌混合后， 转化成了有毒性的S型活细菌。这些转化成的S型细菌的后代也是 有毒性的S型细菌，可见这种性状的转化是可以遗传的。 1944年，艾弗里从S型活细菌中提取了DNA，蛋白质和多糖等 物质，然后分别加入到培养R型细菌的培养基中。结果发现只有 加入DNA时， R型细菌才能转化成S型细菌。 通过上述研究表明，DNA是使R型细菌产生转化的物质，所以 DNA是遗传物质。
阐述基因组学转录组学蛋白质组学的概念
阐述基因组学转录组学蛋白质组学的概念基因组学、转录组学、蛋白质组学这三个词听起来是不是有点儿让人头大？一听到“组学”两个字，就觉得像是啥高深的学问似的，怕是咱们这些平常人理解不了。
不过，说真的，这些其实都是些非常酷且有趣的东西，能帮我们了解生命到底是怎么运作的！就像是给我们的身体开了一扇“内幕”的窗，让我们窥视那看不见的世界。
你知道吗？这些学科的诞生，让科学家能一步一步地“拆解”生命的密码，简直就像破译一个超级复杂的密码本，一点点的解锁着隐藏的秘密。
先说说“基因组学”。
咱们的基因其实就像是一本“生命手册”，里面记录了我们所有的遗传信息。
从你眼睛是大是小，到你喜欢吃辣还是不敢碰辣，甚至到你个子高不高、头发是黑是棕，基因都能给你做出详细的“说明书”。
而基因组学呢，就是研究这些“说明书”里的内容。
它通过分析我们所有的基因，帮助我们搞清楚这些基因到底是如何影响我们的健康、性格、甚至寿命的。
想象一下，如果你拿到一本特别厉害的“说明书”，它能告诉你这本书里每一条信息是怎么影响你的一生，那不是太酷了吗？再来说说“转录组学”。
这玩意儿好像听着就有点抽象，是吧？它比你想象的简单多了。
咱们的基因虽然是DNA做的，但它不直接就做事，而是得经过一个“中介”——RNA，才把“信息”传递给身体。
转录组学就是研究这些RNA的内容和功能。
简单来说，基因相当于是一个大老板，而RNA就是它的“助理”，负责把大老板的指令传达出去。
你想啊，这个过程就像是一个公司里老板和员工之间的沟通一样，老板有了好主意，员工得跟着做，才能让公司运作起来。
转录组学帮助我们理解这种信息传递的方式，弄清楚各种RNA是如何协同工作的，能告诉我们这些RNA在不同的生理和病理状态下到底发生了啥变化。
至于“蛋白质组学”，这个就更有意思了！咱们身体里所有的细胞，甚至细胞里的每个小零件，都是靠蛋白质来运作的。
蛋白质不仅是细胞的“构件”，更是维持生命运作的“动力源泉”。
基因组学蛋白质组学转录组学
基因组学蛋白质组学转录组学
基因组学、转录组学和蛋白质组学的研究对象分别为基因组（DNA）、转录组（RNA）和蛋白质组，它们相互关联和影响，一起调控生物体的各项生命活动。
百泰派克生物科技提供多组学整合分析服务。
基因组学是对生物体全基因组（WGS）的研究。
虽然许多因素都会影响健康和疾病
的状况，但是很明显个体的遗传背景（基因组）是一个很重要的决定因素。
因此，检查这种遗传背景对于鉴定区分健康和疾病途径的个体突变和变异非常重要。
转录组是细胞内核糖核酸（RNA）转录本的总补体，由编码和非编码RNA组成。
转
录组学是对生物体全转录组的研究。
转录组学分析可以洞察细胞和组织特异性基因表达特征，帮助更好地了解细胞和组织代谢的动力学等。
蛋白质组学是对生物体全蛋白质组的研究。
蛋白质组是给定细胞、组织或生物学样品中处于精确发育或细胞阶段的整套蛋白质。
蛋白质组学研究相对于基因组学和转录组学，复杂性大幅增加，因为因为DNA和mRNA的4个核苷酸密码被翻译成更复
杂的20个氨基酸的密码，且蛋白质还存在各种构象和化学修饰从而最终实现其功能。
基因组学蛋白质组学转录组学。
生物的遗传信息从DNA经过转录传递给RNA，再由RNA翻译形成各种蛋白质。
它们一一与基因组学、转录组学和蛋白质组学对应，也反应着基因组学、蛋白质组学、转录组学之间的联系。
联合分析这些组学数据可以更好的揭示生物学现象的本质并帮助解决生物学问题。
转录组学与蛋白质组学的关系解析
转录组学与蛋白质组学的关系解析转录组学和蛋白质组学是现代生物学研究中两个重要的分子生物学领域。
转录组学研究基因在特定条件下的转录活动，而蛋白质组学则是研究细胞或组织中所有蛋白质的组成和功能。
虽然它们研究的目标分子不同，但两个领域之间存在紧密的关系。
本文将对转录组学和蛋白质组学的关系进行深入分析和解析。
一、转录组学和蛋白质组学的定义和研究对象1. 转录组学转录组学旨在研究特定生物体在不同条件下产生的所有RNA分子。
转录组学的主要手段是高通量测序技术，通过测定细胞或组织中的RNA 分子数量和种类，可以了解到基因在某个特定条件下的转录活动水平和发生变化的基因。
转录组学的研究对象主要包括mRNA、非编码RNA和转录因子等。
2. 蛋白质组学蛋白质组学研究的是细胞或组织中所有蛋白质的组成、结构和功能。
蛋白质组学的主要手段包括质谱技术和蛋白质芯片技术，通过分析蛋白质的质量、表达水平、修饰和相互作用等信息，可以了解蛋白质在细胞内的功能和相互关系。
蛋白质组学的研究对象主要是蛋白质分子本身及其功能。
二、转录组学与蛋白质组学的关系1. 转录组学为蛋白质组学提供基础数据转录组学研究的是基因在转录水平上的表达情况，即RNA的表达情况。
转录组学的研究结果为蛋白质组学提供了基础数据，因为蛋白质的生成是通过转录和翻译过程完成的。
转录组学可以为蛋白质组学提供预测蛋白质表达水平和功能的线索，并且可以为蛋白质的鉴定和定量提供重要的参考依据。
2. 转录组学与蛋白质组学的一致性和差异性虽然转录组学和蛋白质组学的研究对象不同，但它们之间存在一定程度的一致性和差异性。
一致性体现在转录组学结果和蛋白质组学结果之间应该存在一定的相关性，即基因的转录活动水平和蛋白质的表达水平应该是一致的。
但是由于转录后修饰、蛋白质稳定性和代谢等因素的存在，转录组学结果和蛋白质组学结果之间也存在一定程度的差异。
3. 互补的研究方法转录组学和蛋白质组学是互补的研究方法。
基因组与蛋白质组PPT课件
•原核的mRNA的5 ’端无帽状结构，3’端也无poly（A） 尾，但也有3 ’以及5’非编码区。
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※ 原核生物基因组十大特征
1.仅有一条染色体构成，且为环状双链裸DNA
2.仅有一个DNA复制起点
3.类核结构，也称“拟核”
4.具有操纵子结构
5.结构基因为单拷贝、连续排列、多顺反子结构
6.无重叠基因现象
7.基因组中存在重复序列
8.具有编码同工酶的基因
9.存在可移动序列
10.编码区在基因组中占50%
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LOGO .
第三节
病毒基因组
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第三节 病毒基因组
▪ 病毒 自然界普遍存在的一种结构简单、不能单独繁
殖，只能在宿主细胞内进行复制以保证遗传信息 传递的微生物。完整的病毒颗粒是由核酸和蛋白 质组成。
原核生物基因组
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第二节 原核生物基因组
一、原核生物基因组特征
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一、原核生物基因组特征
什么是原核生物（prokaryote）？
细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、 放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。
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原核细胞与真核细胞的区别
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原核生物基因组
▪ 原核生物基因组DNA较小，一般在106～107bp之 大间肠杆菌4.6×106 bp
（三）基因组中有基因重叠现象 这种结构的意义在于使较小的基因组能携带较多 的遗传信息，使病毒利用有限的基因，编码更多的 蛋白质。
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一、病毒基因组特征
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一、病毒基因组特征
（四）基因组中具有操纵子结构 噬菌体ΦΧ174是单链DNA病毒，含A、A*、B、
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组宏基因组、宏转录组、代谢组和蛋白组是当前生物大数据研究领域中的热门话题，它们分别代表了生物学研究在不同层面上的探索和解析。
本文将围绕这四个主题展开深入探讨，并从简到繁，由浅入深地介绍它们的概念、研究方法和意义，帮助你更全面、深刻地理解这些关键词。
1. 宏基因组宏基因组是一种研究生态系统中不同生物种类基因组的方法。
它通过对不同生物群体中的基因组进行大规模的测序和比较分析，来了解它们在生态系统中的功能和相互作用。
宏基因组的研究范围涵盖了微生物、植物和动物等广泛的生物群体，为我们揭示了整个生态系统的多样性和稳定性。
在实际应用中，宏基因组的研究可以帮助我们更好地理解生态系统中的物种组成、功能特征和生态学意义，为环境保护和资源利用提供科学依据。
2. 宏转录组宏转录组是研究生物体内所有基因的转录活动的方法。
通过宏转录组技术，我们可以全面了解细胞内转录的全貌，包括RNA的种类、丰度和转录调控。
宏转录组的研究不仅可以帮助我们发现新的非编码RNA，还可以解析细胞在不同生理状态下的转录调控网络，为疾病诊断和药物研发提供重要依据。
宏转录组的研究也对生态系统的功能和动态过程有着重要的启示，有助于揭示生物体对外界环境变化的适应机制和调控策略。
3. 代谢组代谢组是针对生物体内所有代谢物的研究。
通过代谢组学技术，可以全面解析生物体内代谢物的种类、丰度和相互关系，从而揭示生物体在不同生理状态下的代谢活动和代谢调控网络。
代谢组的研究对于疾病诊断、药物研发和个体化治疗具有重要意义。
代谢组学也为植物代谢工程和微生物发酵工艺的优化提供了重要的信息和方法支持。
4. 蛋白组蛋白组学是研究生物体内所有蛋白质的研究。
通过蛋白组学技术，我们可以全面了解生物体内蛋白质的种类、结构和功能，从而揭示蛋白质在生物体内的相互作用和调控网络。
蛋白组学的研究对于疾病诊断、药物研发和蛋白质工程具有重要意义。
蛋白组学也为生物体内信号转导通路和代谢途径的解析提供了关键信息和技术手段。
转录组学和蛋白质组学
转录组学和蛋白质组学1. 引言转录组学和蛋白质组学是现代生物学研究中的两个重要领域。
转录组学研究基因在特定条件下的转录活性，而蛋白质组学则关注细胞或生物体内所有蛋白质的表达与功能。
这两个研究领域在揭示生物体的基因调控、信号传导、代谢途径等方面发挥着重要作用。
2. 转录组学2.1 背景转录组学是研究细胞或生物体内所有基因在特定条件下的转录水平的科学。
通过对RNA-seq技术的应用，可以获取到细胞中所有mRNA的序列信息，从而了解基因在不同条件下的表达情况。
2.2 研究方法2.2.1 RNA-seqRNA-seq是一种高通量测序技术，可以直接测定mRNA的序列。
通过将mRNA反转录成cDNA，并进行文库构建和测序，可以得到大量的RNA序列信息。
这些数据可以用于定量分析基因表达水平、寻找新基因、检测可变剪接等。
2.2.2 差异表达分析差异表达分析是转录组学研究中常用的方法之一。
通过比较不同条件下的基因表达水平，可以筛选出在特定条件下显著差异表达的基因。
这些差异表达基因往往与特定生物过程或疾病相关。
2.2.3 功能富集分析功能富集分析是对差异表达基因进行生物学功能注释的方法。
通过将差异表达基因与已知的生物学数据库进行比对，可以确定这些基因所涉及的通路、功能和生物过程。
功能富集分析有助于深入了解转录组数据背后的生物学意义。
2.3 应用领域转录组学在许多领域都有广泛应用，包括： - 生物医学研究：通过比较正常和疾病状态下的转录组数据，可以发现与疾病相关的关键基因和通路，为新药开发提供理论依据。
- 农业科学：通过转录组学研究农作物或家畜在不同环境条件下的响应机制，可以改良作物品种、提高产量和抗逆性。
- 生态学研究：通过转录组学研究不同物种在自然环境中的适应性，可以揭示物种间的相互作用和生态系统的稳定性。
3. 蛋白质组学3.1 背景蛋白质组学是研究细胞或生物体内所有蛋白质的表达与功能的科学。
蛋白质是细胞中最重要的功能分子，其表达水平和功能状态对生物体的生理和病理过程起着至关重要的作用。
药物基因组学-药物转录组学-药物蛋白质组学PPT课件
通过分析个体差异的蛋白质组特征，实现个体化用药，提高药物的疗效和安全性。
药物蛋白质组学在药物研发中的应用
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药物蛋白质组学的研究方法和技术
蛋白质分离和鉴定技术
利用色谱、质谱等分离和鉴定技术，分离和鉴定生物体中的蛋白质。
蛋白质相互作用研究
利用酵母双杂交、免疫共沉淀等技术研究蛋白质之间的相互作用，揭示药物的作用机制。
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药物基因组学在药物研发中的应用
药物基因组学的研究方法主要包括基因表达谱分析、基因突变检测、基因组关联分析和表型组学等。
药物基因组学的研究技术包括高通量测序、微阵列分析、质谱分析和生物信息学等。
这些技术为药物基因组学的研究提供了强大的工具，有助于揭示药物的基因组学奥秘。
这些方法和技术有助于深入了解药物的基因组学基础，揭示药物的疗效和安全性机制。
研究蛋白质与药物的相互作用，深入了解药物的作用机制。
在药物作用机制研究中的应用
药物基因组学
根据个体的基因型差异，预测患者对特定药物的反应，实现个体化用药。
药物转录组学
分析疾病状态下基因表达的改变，为个体化治疗提供依据。
药物蛋白质组学
研究蛋白质与药物的相互作用，发现新的药物作用靶点或潜在的药物副作用，有助于个体化用药的优化。
药物基因组学
分析药物对基因表达的影响，发现新的药物靶点和作用机制。
药物转录组学
研究蛋白质与药物的相互作用，发现新的药物作用靶点或潜在的药物副作用。
药物蛋白质组学
在新药发现中的应用
确定基因变异如何影响药物的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程。
药物基因组学
药物转录组学
第4章基因组、转录组和蛋白组
Figure 7.22. SAGE. See the text for details. In this example, the first restriction enzyme to be used is Alu I, which recognizes the 4-bp target site 5 AGCT-3 (see Table 4.3 ). The oligonucleotide that is ligated to the cDNA contains the recognition sequence for Bsm FI, which cuts 10 14 nucleotides downstream, and so cleaves off a fragment of the cDNA. Fragments of different cDNAs are ligated to produce the concatamer that is sequenced. Using this method, the concatamer that is formed is made up partly of sequences derived from the Bsm FI oligonucleotides. To avoid this, and so obtain a concatamer made up entirely of cDNA fragments, the oligonucleotide can be designed so that the end that ligates to the cDNA contains the recognition sequence for a third restriction enzyme. Treatment with this enzyme cleaves the oligonucleotide from the cDNA fragment.
转录组学与蛋白质组学的研究
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（ ）
质组与
质组学
LOGO
蛋白质组(Proteome)：细胞 ： 蛋白质组 内那些决定细胞所能进行生化反应 性质的所有蛋白质组成成分。（这 性质的所有蛋白质组成成分。（这 。（ 些蛋白质是通过翻译那些组成转录 组的mRNA分子而合成的。） 分子而合成的。） 组的 分子而合成的 蛋白质组学(proteomics)： ： 蛋白质组学 是在蛋白质水平上定量、动态、 是在蛋白质水平上定量、动态、整 体性地研究生物体。 体性地研究生物体。
LOGO
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（ ）转录组与转录组学
LOGO
同样对那些临床表现不明显或者缺乏诊断金标 准的疾病也具有诊断意义，如自闭症。 准的疾病也具有诊断意义，如自闭症。目前对自闭 症的诊断要靠长达十多个小时的临床评估才能做出 判断。基础研究证实自闭症不是由单一基因引起， 判断。基础研究证实自闭症不是由单一基因引起， 而很可能是由一组不稳定的基因造成的一种多基因 病变，通过比对正常人群和患者的转录组差异， 病变，通过比对正常人群和患者的转录组差异，筛 选出与疾病相关的具有诊断意义的特异性表达差异， 选出与疾病相关的具有诊断意义的特异性表达差异， 一旦这种特异的差异表达谱被建立， 一旦这种特异的差异表达谱被建立，就可以用于自 闭症的诊断，以便能更早地， 闭症的诊断，以便能更早地，甚至可以在出现自闭 症临床表现之前就对疾病进行诊断， 症临床表现之前就对疾病进行诊断，并及早开始干 预治疗。 预治疗。
Your company slogan
转录组与转录组学
总RNA
LOGO
图
：
仅真
编码RNA 总 4% 功能 总 RNA 96%
基因组、转录组、蛋白组和代谢组学之间的关系
基因组、转录组、蛋白组和代谢组学之间的关系“基因组学，转录组学，蛋白组学和代谢组学”，在过去的几十年来一直是遗传学研究的4个重要领域，它们涉及到基因的测序，表达，结构和功能，以及因子和其他因素如环境和营养如何影响这些基因。
这些领域被统称为“-omics”学，并且它们之间存在相互作用和协同效应，这种协同效应正在推动现代基因科学研究的发展。
本文将讨论基因组学，转录组学，蛋白组学和代谢组学之间的关系。
一、基因组学基因组学是一门研究遗传物质，也就是DNA的科学，它的主要任务是研究DNA的组成和总体构型，并分析其在遗传过程中的作用。
基因组学由宏观水平（基因组组装）和微观水平（基因的改变、位点突变和位点单倍体）组成。
基因组学涉及到DNA序列的比较，以及基因组的功能和调控研究。
基因组学技术有助于科学家研究和分析基因、调控元件和蛋白质之间的关系，以及它们如何影响细胞的生长和发育。
通过研究基因的调控，使研究者能够发现疾病的产生机制、研发新药物和治疗等方面的基础。
二、转录组学转录组学是一种从基因组到蛋白质的系统性学科，它分析和探索基因表达模式。
它不仅能够监控基因表达的模式，还能够揭示基因表达的细微变化，以及基因表达与细胞活动和遗传疾病之间的关联。
例如，转录组学可以帮助研究者确定基因功能和表达模式，从而帮助研究者理解病原体和疾病的发生机制。
转录组学的发展为研究疾病的发生，调节和处理提供了研究方法。
三、蛋白组学蛋白质是基因表达中最重要的产物，它们直接参与生物催化，限制和调节细胞中的表达模式。
因此，研究蛋白质的结构和功能可以帮助我们更好地了解基因的调控机制，并研究特定疾病的发病机制。
蛋白组学是一种研究蛋白质的技术，利用它可以测定蛋白质的含量和活性，以及它们与其他蛋白质之间的相互作用，这有助于研究者研究蛋白质的定义特性和功能。
蛋白组学也可以用于抗病毒药物的研究以及新药研发。
四、代谢组学代谢组学是一门研究各种代谢物和代谢反应的科学，它分析和研究生物体内代谢物的产生和消耗，以及它们之间的相互作用，和探索这些代谢反应的动态调节机制。
基因组学与蛋白质组学
《基因组学与蛋白质组学》课程教学大纲学时：40学分：2.5理论学时：40实验学时：0面向专业：生物科学、生物技术课程代码：B7700005先开课程：生物化学、分子生物学课程性质：必修/选修执笔人：朱新产审定人：第一部分：理论教学部分一、课程的性质、目的和任务《基因组学与蛋白质组学》是随着生物化学、分子生物学、结构生物学、晶体学和计算机技术等的迅猛发展而诞生的，是融合了生物信息学、计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。
是当今生命科学研究的热点与前沿领域。
由于基因组学与蛋白质组学学科的边缘性，所以本课程在介绍基因组学与蛋白质组学基本基本技术和原理的同时，兼顾学科发展动向，讲授基因组与蛋白组学中的热点和最新进展，旨在使学生了解现代基因组学与蛋白质组学理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。
二、课程的目的与教学要求通过本课程的学习，使学生掌握基因组学与蛋白质组学的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及生物信息学和现代生物技术在基因组学与蛋白质组学上的应用及典型研究实例，熟悉从事基因组学与蛋白质组学的重要方法和途径。
努力培养学生具有科学思维方式、启发学生科学思维能力和勇于探索，善于思考、分析问题的能力，激发学生的学习热情，并通过学习提高自学能力、独立思考能力以及科研实践能力，为将来从事蛋白质的研究奠定坚实的理论和实践基础。
三、教学内容与课时分配第一篇基因组学第一章绪论（1学时）第一节基因组学的研究对象与任务；第二节基因组学发展的历程；第三节基因组学的分子基础；第四节基因组学的应用前景。
本章重点：1. 基因组学的概念及主要任务；2. 基因组学的研究对象。
本章难点：1.基因组学的应用及发展趋势；2.基因组学与生物的遗传改良、人类健康及生物进化。
建议教学方法：课堂讲授和讨论思考题：查阅有关资料，了解基因组学的应用发展。
第二章人类基因组计划（1学时）第一节人类基因组计划的诞生；第二节人类基因组研究的竞赛；第三节人类基因组测序存在的缺口；第四节人类基因组中的非编码成分；第五节人类基因组的概观；第六节人类基因组多样性计划。
分子生物学：基因组、基因组学与转录组学
① 建立高度随机、插入片段大； ③ 序列组装（sequence assembly）：借助软件将所测得
的序列进行组装，产生一定数量的相连重叠群； ④ 缺口填补：利用引物延伸或其他方法对BAC克隆中还
存在的缺口进行填补。
3．高通量测序技术大大加快了基因组DNA测序进度
反式作用因子:顺式作用元件的作用需要通过结合相 应的蛋白因子（多为转录因子）方可实现，而这些蛋 白质一般由位于另外的染色体或同一染色体远距离部 位的基因编码，因而被称为反式作用因子。
目录
1. 启动子提供转录起始信号 启动子是DNA分子上能够介导RNA聚合酶
结合并形成转录起始复合体的序列。
➢ 多数启动子位于真核细胞基因转录起点的上游， 启动子本身通常不被转录。
目录
第二节
基因组
目录
基因组：细胞或生物体的一套完整单倍体 遗传物质的总和。
目录
一、真核基因组具有独特的结构
结构特点： ➢ 基因的编码序列所占比例远小于非编码序列。 ➢ 高等真核生物基因组含有大量的重复序列， ➢ 真核基因组中存在多基因家族和假基因。 ➢ 大多基因具有可变剪接，80%的可变剪接会 使蛋白质的序列发生改变。 ➢ 基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存 于细胞核内，除配子细胞外，体细胞的基因 组为二倍体。
② 限制性酶切图（restriction map）；将限制性酶切位 点标定在DNA分子的相对位置；
③ 克隆相连重叠群图（clone contig map）
酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC） 细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome，BAC）
➢ 少数启动子（如编码tRNA基因的启动子）位于 转录起始点的下游，这些DNA序列可以被转录。
非靶和靶向 代谢组学;转录;蛋白组学;宏基因组学
非靶和靶向代谢组学、转录组学、蛋白组学和宏基因组学是近年来在生物医学领域中备受关注的研究方向。
这些研究方法和技术不仅为生命科学领域的研究提供了新的视角和手段，也为疾病的筛查、诊断和治疗提供了新的思路和途径。
本文将分别就这四个研究领域进行介绍，分析其在生物医学领域中的应用和发展前景。
一、非靶和靶向代谢组学1. 非靶代谢组学是指在没有预设代谢产物的假设下，全面分析生物样本中的所有代谢产物。
该技术通过质谱和核磁共振等方法对生物样本中的代谢产物进行检测和分析，从而揭示生物体内的代谢组成和代谢途径。
非靶代谢组学已被广泛应用于疾病的早期诊断、疾病机制的研究和药物的研发等领域，展现出了巨大的应用潜力。
2. 靶向代谢组学则是一种有目的地筛选和分析特定代谢产物的方法。
通过这种技术，研究者可以有针对性地对某些代谢物进行深入研究，从而更好地理解其在疾病发生发展中的作用机制。
靶向代谢组学在肿瘤研究、心血管疾病研究等方面取得了重要进展。
二、转录组学1. 转录组学是一种全面研究生物体内全部转录本的方法。
通过高通量测序技术，研究者可以获得生物样本中所有mRNA的序列信息，从而全面了解生物体内基因的表达情况和调控网络。
转录组学已被广泛应用于肿瘤、免疫系统疾病等领域，为疾病的诊断和治疗提供了重要参考。
2. 近年来，单细胞转录组学技术的发展为转录组学研究带来了新的突破。
该技术能够从单个细胞中获得转录组信息，揭示不同细胞类型和状态下的转录差异，为细胞分化、疾病发生发展等提供了重要线索。
三、蛋白组学1. 蛋白组学是一种全面研究生物体内全部蛋白质的方法。
通过质谱等技术，研究者可以了解生物样本中所有蛋白质的种类、表达水平和修饰情况，从而全面了解蛋白质在生物体内的功能和调控机制。
蛋白组学已被广泛应用于肿瘤标志物的发现、药物靶点的筛选等研究领域。
2. 磷酸化、甲基化等蛋白质修饰的研究成果为蛋白组学研究带来了新的发展方向。
研究者可以通过蛋白组学技术对这些蛋白质修饰进行深入研究，从而揭示它们在疾病发生发展中的作用机制。
基因组 转录组和蛋白组的数量关系
基因组转录组和蛋白组的数量关系
基因组、转录组和蛋白组的数量关系可以从以下几个方面来理解：
1. 信息量：基因组的信息数据产量最大，通量最高；转录组的信息量居中；蛋白组的数据产量最小，通量最低。
2. 完整信息对生物性质的指导意义：基因组的完整信息对生物性质的指导意义最小；蛋白组的完整信息对生物性质的指导意义最大，然而由于其数据量巨大，目前很难完全获取。
3. 技术手段：基因组和转录组现在都是用下一代测序（NGS）技术，而蛋白组用的是质谱技术。
综上所述，基因组、转录组和蛋白组在数量关系上呈现出不同的特点，其中基因组的信息量最大，转录组居中，而蛋白组的信息量虽然最小，但其完整信息对生物性质的指导意义最大。
在实际研究与应用中，需要综合考虑这些因素，选择合适的技术手段和策略来获取所需的信息。
人类基因组、转录组学与蛋白质组学共125页
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Байду номын сангаас
转录组和蛋白组a
蛋白质的化学多样性
一部分是由基因组决定的， 其它则是蛋白翻译后加工的结果。
细胞功能依赖蛋白相互作用形成的 复杂网络
任何一个蛋白都要通过与其它分子的结合来发挥 其生物学功能。
平均一个蛋白与5-15个其它蛋白有交互作用。 一个蛋白可有多个domain，分别与不同的蛋白结 合，并互相作用。 多个蛋白形成大的复合物，执行特定功能。
转录组与蛋白组
选自Genomes 3
中心法则
Genome
changes with physiological, developmental
Transcriptome
RNA copies of the active protein-coding genes
and pathological state of living cells
蛋白质结构决定了其功能
The primary structure
Amino acid diversity derives from the R group
The secondary structure
The tertiary structure
绿色荧光蛋白
The quaternary structure
The human transcriptome
With six times as many genes, the human transcriptome is substantially more complex than that of yeast, and studies of its composition are still in their infancy.
high abundant < 100 genes > 1,000copies/cell intermediate abundant 500 ~ 1,000 genes ~ 100-500 copies/cell low abundant > 26,000 genes < 1-5copies/cell
基因组与蛋白质组
5. 转录物组 6. 蛋白质组
基因组与蛋白质组
问题
❖ 细胞周期的不同时期 ❖ 个体发育不同阶段 ❖ 不同的器官和组织 ❖ 不同的外界环境下
各种基因的表达与否、量的差异、表达 部位如何
基因组与蛋白质组
5. 转录物组
5.1 Northern杂交 ❖ 杂交主要步骤：
提取总RNA（不同组织、不同器官）
基因组与蛋白质组
•基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
基因组与蛋白质组
Microarray
•基因芯片的主要应用
基因表达检测 拟南芥、酵母基因表达研究等 突变检测 BRCAⅠ基因外显子、CFTR基因、β-地中
海贫血、酵母突变菌株、HIV-1逆转录酶及蛋白酶基因等 的突变检测等
基因组与蛋白质组
6.4蛋白质组数据库的建立和生物信息学
数据库的建立是蛋白质组研究的最重要的一 个方面。
蛋白质的数据库包括： 蛋白质序列数据库 质谱数据库 双向电泳图谱数据库 有关蛋白质结构的数据库
基因组与蛋白质组
6.5 与疾病相关 蛋白质研究 的基本策略
基因组与蛋白质组
6.6 蛋白质组研究的目的
的研究目的和意义？
基因组与蛋白质组
第三章 物理作图(physical mapping)
物理作图: 应用分子生物学技术直接将DNA分子标记、基因或克
隆标定在基因组的实际位置 物理图的距离:
依作图方法而异,辐射杂种作图的计算单位为厘镭(cR); 限制性片段作图与克隆作图的图距单位为碱基对(bp)
基因组与蛋白质组
基因组与蛋白质组
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• 肿瘤组织与正常组织之间蛋白质谱差异， 找到肿瘤特异性的蛋白分子，可能会对揭 示肿瘤发生的机制有帮助，目前已应用于 肝癌、膀胱癌、前列腺癌等研究中。
转录组研究的应用领域
1. 无参考基因组的大规模功能基因的发掘(de novo transcriptome analysis);
2. 非编码区域功能研究：Non-coding RNA研究、 microRNA前体研究等
3. 转录本结构研究,包括UTR（Untranslated Regions即非翻译区)鉴定、Intron边界鉴定、可变 剪切研究,融合基因鉴定等
编码和非编码RNA
• 非编码RNA
– rRNA – tRNA – 真核生物特有的RNA
• 小核RNA（Small nuclear RNA） (snRNA; 也叫 URNA ）参与前体mRNA的剪接
• 小核仁RNA(Small nucleolar RNA) (snoRNA),参与rRNA前体 的加工以及 核糖体亚基的装配。
• 蛋白质组
– 一个细胞合成的功能蛋白质的总和。
• 蛋白质组学
– 是人类基因组计划研究发展的基础上形成的交叉学科， 主要是从整体水平研究细胞内蛋白质的组成，结构及 其自身特有的活动规律
蛋白质组研究的意义
• 基因虽是遗传信息的源头，而功能性蛋白是 基因功能的执行体
• 蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修 饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质结构等问题，必 须要依赖于对蛋白质组学的研究来解决。
Figure 7.22. SAGE. See the text for details. In this example, the first restriction enzyme to be used is Alu I, which recognizes the 4-bp target site 5 AGCT-3 (see Table 4.3 ). The oligonucleotide that is ligated to the cDNA contains the recognition sequence for Bsm FI, which cuts 10 14 nucleotides downstream, and so cleaves off a fragment of the cDNA. Fragments of different cDNAs are ligated to produce the concatamer that is sequenced. Using this method, the concatamer that is formed is made up partly of sequences derived from the Bsm FI oligonucleotides. To avoid this, and so obtain a concatamer made up entirely of cDNA fragments, the oligonucleotide can be designed so that the end that ligates to the cDNA contains the recognition sequence for a third restriction enzyme. Treatment with this enzyme cleaves the oligonucleotide from the cD • 每一个cDNA克隆都只含有一库的缺点
• 要测序所有的cDNA克隆，费时费力
（二）基因表达序列分析技术
Serial analysis of gene expression (SAGE）
编码和非编码RNA
• 细胞的RNA含量可以分为两类
– 编码RNA – 非编码RNA
编码和非编码RNA
– 编码RNA
• mRNA • 4% • 寿命短
– 细菌的mRNA半衰期几分钟， – 真核细胞大部分mRNA的半衰期也只有几小时 – 转录组的成分不是固定的，可以通过快速的改变
mRNA的合成来改变
4. 基因转录水平研究 5. 全新转录区域研究
转rial analysis of
gene expression (SAGE) （三）利用DNA chip 可以比较不同的转录组 （四）大规模平行信号测序系统
MPSS(massively parallel signature sequencing,MPSS)。
2. 组织、器官特异性
不同器官或组织的功能不一样
3. 代谢或发育特异性
处于不同代谢阶段（或发育阶段）的结构基因表达亦 不相同
4. 可了相同的，尽管它们丰度
• Sage技术的主要理论依据
– 一个短得寡核苷酸序列（12bp）含有鉴定一 个转录物特异性的足够信息，可以作为区别转 录物的标签（tag）124
– 这些标签串联在一起，形成大量多联体 （concatemer），对每个克隆到的多联体进 行测序并应用SAGE软件分析，可确定表达的 基因的种类和丰度
• 利用13bp寡核苷酸（9bp标签加上4bp有3个标签对应的克隆代表了 两个已知的基因，其中一个可能代表新的基因
（三）生物芯片技术
• 生物芯片技术是20世纪90年代生命科学领域中迅 速发展起来的一项新技术，是综合运用生物、微 电子、微加工和计算机等知识制作的高科技杰作。 其本质是固定在玻片等载体上的微型生物化学分 析系统，芯片上每平方厘米可密集排列成千上万 个生物分子，能快速准确地检测细胞、蛋白质、 DNA及其他生物组分，并获得样品的有关信息， 其效率是传统方法的成百上千倍，被美国科学促 进会评为1998年的世界十大科技突破成果之一。
• 用生物素酰化的oligo（dT）引导合成cDNA第一链，再合成双链 cDNA，用专门识别4bp碱基的锚定酶（anchoring enzyme），如 NlaIII(识别位点为CATG)消化合成的双链cDNA,释放5‘序列，而生物 素酰化的3’端仍被吸附在链霉亲和素蛋白磁珠（streptavidin－ coatedbeads）上
• 去除接头的SAGE双标签彼此连接形成长短不一的多联体，电泳分离 后收集大小适中的片段克隆到高拷贝的质粒载体，由此形成SAGE库
• 随机挑选SAGE库中的克隆测序，用专门设计的SAGE软件分析得到 的标签序列，通过与GenBank、dbEST或SAGEmap等数据库进行比 较，获取所需的资料。
• SAGE的应用
– 确定不同组织或细胞的表达谱，并能确定基因 的表达丰度
• 1995年Velculescu等首次从人类胰腺中得到了1000 个标签，其中351个（41.6％）只出现一次，77个 标签出现多次，10个丰度最高的标签中有9个至少 与GenBank序列匹配一致。这个结果与cDNA 结果一致– 鉴定新的基因
基因组转录组和蛋白质组Genomes, Transcriptomes and Proteomes 结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学
概念
• 基因组
– 是指一个单倍体细胞中遗传物质得总量。染色体或基 因
• 转录组
– 一个细胞全部的mRNA 含量，是一个细胞在某一阶段 必须的生物信息，这些RNA分子会指导合成基因组表 达的最终产物，蛋白质组。
• 生物芯片技术：高通量的杂交技术。
• 生物芯片分类
– 根据芯片上的固定的探针不同，
• 基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，
– 根据原理
• 元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感 芯片等新型生物芯片
基因芯片（genechip）
/degree.html（一）cDNA(cDNA library)的构建
• cDNA:以RNA为模板，在反转录酶的作用的全部mRNA经反 细胞特异性
来自结构基因，仅代表正在表达的基因的遗传信息： 1—5% mRNA，80—85% rRNA，10—15% tRNA
转录组
Transcriptomes
• 转录组是特定细胞在某一功能状态下 所能转录出来的所有RNA的总和，包 括ｍＲＮＡ和非编码ＲＮＡ。
• 蛋白质是行使细胞功能的主要承担者，蛋白质组 是细胞功能和状态的最直接描述，而由于目前蛋 白质实验技术的限制，转录组成为研究基因表达 的主要手段。转录组是连接基因组遗传信息与生 物功能的蛋白质组的必然纽带，转录水平的调控 是目前研究最多的，也是生物体最重要的调控方 式。
基因芯片（Genechip）
DNA微阵列(DNA Microarray)
• 原理
– 基本原理与传统的核酸印迹杂交（Southern blot, Northern blot） 相似，是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。所谓核酸探 针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接上一些可检测的 物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别 特定基因，当探针与芯片上的靶基因杂交后，经严格的洗涤，除 去未杂交或部分配对的探针DNA分子（正常配对的双链热力学稳 定性比错配双链高），用荧光检测仪定量分析杂交信号强度，由 于探针与靶基因完全配对时产生的荧光信号强度比含一个或两个 错配碱基的杂合分子高数十倍，因而精确测定荧光信号即可实现 检测的特异性。同时通过检测每个靶基因分子的杂交信号强度， 就可获得样品分子的数量和序列信息。
• 分离与磁珠结合的具3‘端poly（A）尾巴的cDNA片断，与含有IIS类限 制酶位点的接头连接，酶切位点一般位于识别位点后20bp处，再用标 签酶（tagging enzyme），如BsmFI等IIS类限制酶处理样品，释放带 有接头的SAGE标签
• 带有接头的SAGE标签经DNA聚合酶（Klenow）补平后，由连接酶产 生带有两个接头的双标签（ditag），对双标签PCR扩增后，再用锚定 酶消化,得到尾尾相连的SAGE双标签，双标签的两端分布着锚定酶的 酶切位点