第4章基因组转录组和蛋白组
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4. 基因转录水平研究 5. 全新转录区域研究
转录组检测的方法
（一）构建cDNA文库并测序 （二）基因表达序列分析技术 Serial 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)。
• 开发新蛋白质、获得新基因
Figure 3.1. The genome, transcriptome and proteome.
• 基因组的表达不仅仅是一个遗传信息由 DNA-RNA-蛋白质的一个过程，这个法则忽 略了信息流由基因组到蛋白质组传递过程 是被调控的，这个过程每一步都是受到调 控，从而使得转录组和蛋白组的成分能够 做出迅速和准确的改变，并能使细胞调整 自己的生化状态能对外界的刺激做出反应，
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。
（一）cDNA文库(cDNA library)的构建
• cDNA:以RNA为模板，在反转录酶的作用 下合成的DNA
• cDNA基因文库：从一定生长阶段或条件的 某种细胞分离到的全部mRNA经反转录成 cDNA后再重组和增殖形成的基因文库。
பைடு நூலகம்
cDNA文库的特点
1. 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
• 任何一种疾病在表现出可察觉的症状之前，就已经 有一些蛋白质发生了变化。因此寻找各种疾病的关 键蛋白和标志蛋白，对于疾病的诊断、病理的研究 和药物的筛选都具有重要意义。
• 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
• 小胞质RNA(scRNA), 包括几种，有些功能已知，有些功能还 未知
小核RNA（ snRNA,核内小RNA）
• 存在于真核细胞的细胞核内，为小分子核 糖核酸，长度为106-189个核苷酸。
• 作用：参与hnRNA 的剪接和转运。 • hnRNA：核内不均一RNA，是成熟mRNA
的前体。
Figure 3.3. The RNA content of a cell. This scheme shows the types of RNA present in all organisms (eukaryotes, bacteria and archaea) and those categories found only in eukaryotic or bacterial cells. The noncoding RNAs of archaea have not yet been fully characterized and it is not clear which types are present in addition to rRNA and tRNA. For abbreviations, see the text.
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
• 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。
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。
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。
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. 可了解基因的表达丰度
在同一个cDNA文库中，不同类型的cDNA分子的数 目是大不相同的，尽管它们都是由单拷贝基因转录而 来的。这与基因组文库中的单拷贝基因均具有相同的 克隆数相较，这是两种文库的另一差别。
转录组检测的方法
（一）构建cDNA文库并测序 （二）基因表达序列分析技术 Serial 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)。
• 开发新蛋白质、获得新基因
Figure 3.1. The genome, transcriptome and proteome.
• 基因组的表达不仅仅是一个遗传信息由 DNA-RNA-蛋白质的一个过程，这个法则忽 略了信息流由基因组到蛋白质组传递过程 是被调控的，这个过程每一步都是受到调 控，从而使得转录组和蛋白组的成分能够 做出迅速和准确的改变，并能使细胞调整 自己的生化状态能对外界的刺激做出反应，
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。
（一）cDNA文库(cDNA library)的构建
• cDNA:以RNA为模板，在反转录酶的作用 下合成的DNA
• cDNA基因文库：从一定生长阶段或条件的 某种细胞分离到的全部mRNA经反转录成 cDNA后再重组和增殖形成的基因文库。
பைடு நூலகம்
cDNA文库的特点
1. 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
• 任何一种疾病在表现出可察觉的症状之前，就已经 有一些蛋白质发生了变化。因此寻找各种疾病的关 键蛋白和标志蛋白，对于疾病的诊断、病理的研究 和药物的筛选都具有重要意义。
• 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
• 小胞质RNA(scRNA), 包括几种，有些功能已知，有些功能还 未知
小核RNA（ snRNA,核内小RNA）
• 存在于真核细胞的细胞核内，为小分子核 糖核酸，长度为106-189个核苷酸。
• 作用：参与hnRNA 的剪接和转运。 • hnRNA：核内不均一RNA，是成熟mRNA
的前体。
Figure 3.3. The RNA content of a cell. This scheme shows the types of RNA present in all organisms (eukaryotes, bacteria and archaea) and those categories found only in eukaryotic or bacterial cells. The noncoding RNAs of archaea have not yet been fully characterized and it is not clear which types are present in addition to rRNA and tRNA. For abbreviations, see the text.
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
• 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。
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。
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。
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. 可了解基因的表达丰度
在同一个cDNA文库中，不同类型的cDNA分子的数 目是大不相同的，尽管它们都是由单拷贝基因转录而 来的。这与基因组文库中的单拷贝基因均具有相同的 克隆数相较，这是两种文库的另一差别。