经典遗传学与基因组学的研究差异

经典遗传学与基因组学的研究差异

1900年，欧洲3个科学家同时发现被埋没34年的已故奥地利修道士孟德尔的豌豆杂交实验论文，这篇论文揭示了遗传物质决定遗传性状的规律，奠定了遗传学的理论基础。1910年以后，美国的育种家就培育出了杂交玉米品种。100年来，各种农作物的杂交品种养活了全世界日益增长的人口。以中国为例，1910年是4亿人口却食不果腹，现在是13亿人口而食品极大丰富，主要依赖品种的改良。

经典遗传学是孟德尔根据豌豆杂交实验的结果提出的遗传学中最基本的定律，包括分离定律和独立分配定律。分离定律指一对遗传因子在杂合状态下并不相互影响，而在配子形成中又按原样分配到配子中去。独立分配定律指两对或两对以上的基因在配子形成过程中的分配彼此独立。由于雌雄配子的随机组合，因而在子代中出现各种性状的各种组合，而且按一定的比例出现。

孟德尔遗传学的重新发现，拉开了二十世纪人类解开遗传之谜的序幕。在二十世纪，遗传学的发展经历了三个阶段：首先，是摩尔根小组代表的经典遗传学阶段，此时主要以动植物为研究对象，从细胞的角度来探索生物遗传的规律，解释遗传的本质；此后是以噬菌体小组等为代表的过渡阶段，主要以微生物为研究对象，从生物化学的角度探讨遗传的机理，引入了遗传信息的概念；最后一个阶段以双螺旋的发现为代表，深入到了分子的层面，发现了遗传信息传递的机理。

基因组学（英文genomics），研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。用于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。

基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics)，又被称为后基因组（postgenome）研究，成为系统生物学的重要方法。

基因组学能为一些疾病提供新的诊断，治疗方法。例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为“Oncotype DX”的基因组测试，能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果，这有助于医生获得更多

的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还被用于食品与农业部门。

经典遗传学基因的概念：基因具有下列共性：（1）基因具有染色体的重要特征（即基因位于染色体上），能自我复制，相对稳定，在有私分裂和减数分裂时，有规律地进行分配；（2）基因在染色体上占有一定的位置（即位点），并且是交换的最小单位，即在重组时不能再分割的单位：（3）基因是以一个整体进行突变的，故它是一个突变单位；（4）基因是一个功能单位，它控制正在发育有机体的某一个或某些性状，如白花、红花等。总之，经典遗传学认为基因是一个最小的单位，不能分割，既是结构单位，又是功能单位。

经典遗传学作为结构单位的基因，实际上包含大量的突变子或重组子。经典遗传学认为基因是最小的结构单位已经不能成立了，然而关于基因是一个功能单位的概念仍然是正确的。基因的概念是（1）可转录一条完整的RNA分子，或编码一条多肽链；（2）功能上被顺反测验或互补测验所规定。也就是说，基因相当于一个顺反子，包含许多突变子和重组子。

而基因组学包括功能基因组学和结构基因组学。基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成，功能基因组学研究成为研究的主流，它从基因组信息与外界环境相互作用的高度，阐明基因组的功能。功能基因组学的研究内容：人类基因组 DNA 序列变异性研究、基因组表达调控的研究、模式生物体的研究和生物信息学的研究等。

（1）基因组表达及调控的研究。在全细胞的水平，识别所有基因组表达产物mRNA和蛋白质，以及两者的相互作用，阐明基因组表达在发育过程和不同环境压力下的时、空的整体调控网络。

（2）人类基因信息的识别和鉴定。要提取基因组功能信息，识别和鉴定基因序列是必不可少的基础工作。基因识别需采用生物信息学、计算生物学技术和生物学实验手段，并将理论方法和实验结合起来。基于理论的方法主要从已经掌握的大量核酸序列数据入手，发展序列比较、基因组比较及基因预测理论方法。识别基因的生物学手段主要基于以下的原理和思路：根据可表达序列标签(STS)；对染色体特异性cosmid进行直接的cDNA选择；根据CpG岛；差异显示及相关原理；外显子捕获及相关原理；基因芯片技术；基因组扫描；突变检测体系，等等。

（3）基因功能信息的提取和鉴定。包括：人类基因突变体的系统鉴

定；基因表达谱的绘制；“基因改变-功能改变”的鉴定；蛋白质水平、修饰状态和相互作用的检测。

（4）在测序和基因多样性分析。人类基因组计划得到的基因组序列虽然具有代表性，但是每个人的基因组并非完全一样，基因组序列存在着差异。基因组的差异反映在表型上就形成个体的差异，如黑人与白人的差异，高个与矮个的差异，健康人与遗传病人的差异，等等。出现最多基因多态性就是单核苷酸多态性(SNPs)。

（5）比较基因组学。将人类基因组与模式生物基因组进行比较，这一方面有助于根据同源性方法分析人类基因的功能，另一方面有助于发现人类和其他生物的本质差异，探索遗传语言的奥秘。

结构基因组学是继人类基因组之后又一个国际性大科学热点，主要目的是试图在生物体的整体水平上（如全基因组、全细胞或完整的生物体）测定出（以实验为主、包括理论预测）全部蛋白质分子、蛋白质－蛋白质、蛋白质－核酸、蛋白质－多糖、蛋白质－蛋白质－核酸－多糖、蛋白质与其他生物分子复合体的精细三维结构，以获得一幅完整的、能够在细胞中定位以及在各种生物学代谢途径、生理途径、信号传导途径中全部蛋白质在原子水平的三维结构全息图。在此基础上，使人们有可能在基因组学、蛋白质组学、分子细胞生物学以致生物体整体水平上理解生命的原理。对疾病机理的阐明、对疾病的防治有重要应用意义。

经典遗传学指导下的品种改良，有100年历史了，主要是做同一物种的不同品种之间的杂交。如玉米的不同品种之间的杂交、小麦的不同品种之间的杂交、水稻的不同品种之间的杂交。因为是同一物种，品种之间亲缘关系近，品种间的染色体容易亲合，容易重新组合，重新组合后就会表现出新的或好或坏的性状，淘汰坏性状，选择好性状，新品种就育成了。

基因组学研究重心已开始从揭示生命的所有遗传信息转移到在分子整体水平对功能的研究上，这种转向的一个标志是产生了功能基因组学（functional genomics）这一新学科。基因组学实际上是为功能基因组学做准备，一旦功能基因组学进入实质性的发展阶段，人类将可以从中获得更大的利益。功能基因组的任务是进行基因组功能注释（Genome annotation），了解基因的功能，认识基因与疾病的关系，掌握基因的产物及其在生命活动中的作用。在使用全局方法进行研究时，