动物分子生物学第十章 分子生物学发展前沿.ppt

第十章 分子生物学的发展前沿 组（-ome）与组学（-omics） 根据遗传信息的传递方向和层次，依次出现了 基因组（学）：genome(genomics) 转录组（学）：transcriptome (transcriptomics) 蛋白质组（学）：proteome (proteomics) 代谢组（学）：metabolome (metabolomics) 生理组（学）：physionome（physionomics） 表型组（学）：phenome（phenomics） 一、基因组（学） 1. 基因组(学): （genome/genomics） HGP（人类基因组计划）：1990年启动，目标是绘制四种图谱。 Hap Map(人类基因组单体型计划)：起始于2002年，目标是构建人类DNA序列中多态位点的常见模式。 Jim project（吉姆工程）：美国454生命科学公司给DNA之父 James Watson绘制完整的个人基因组图谱。 2005年启动，于2007年5月31日公开。 The 1000 genomes project(千人基因组计划)： 2008年1月22日启动，对全球不同区域约2500个健康人进行全基因组重测序，目标是绘制一个高密度的人类基因组多态性参考图谱。 Human Epigenome Project（人类表观基因组计划，HEP ）： 2003年启动，目标是绘制人类基因组甲基化可变位点（methylation variable positions，MVP）图谱，以获得在基因组水平上对DNA甲基化进行精确定量分析的表观遗传学标记（epigenetic markers）。 2. 3D基因组（学）：是指在考虑基因组序列、基因结构及其调控元件的同时，对基因组序列在细胞核内的三维空间结构，及其在基因转录、调控、复制和修复等生物过程中的功能进行研究。 4. 4D 基因组（学）：在三维基因组学研究中，加入时间因素，研究动态变化下的基因组三维结构和功能，即解析染色质间的互作随时间的变化规律。 不同水平的基因组组装 细胞核亚区的不同染色体 细胞核边缘转录失活区 局部的染色质互作 长范围的染色质互作 ENCODE计划（The Encyclopedia of DNA Elements Project）：DNA元件百科全书计划 2003年9月由美国国立卫生研究院（NIH）下属机构人类基因组研究所（NHGRI）和欧洲生物信息研究所（EMBL）牵头启动。 目标是对人类基因组进行更为全面而详细的结构、功能和调节的注释，特别是对所谓“垃圾DNA”的结构和功能的分析，旨在识别出人类基因组序列中的所有功能区，包括转录、转录因子联合、染色质结构和组蛋白修饰区，也就是说为非编码DNA序列编制目录。 3D基因组研究新技术 染色质构象捕获(chromatin con-formation capture, 3C)技术：测定特定的点到点之间的染色质交互作用。 4C技术：测定一点到多点之间的染色质互作。 5C技术：测定多点到多点之间的染色质互作。 Hi-C技术：捕获全基因组范围内的染色质互作。 Hi-C的实验流程 1.?用甲醛对细胞进行固定，使DNA与蛋白，蛋白与蛋白之间进行交联；2.?用限制性内切酶进行酶切，使交联两侧产生粘性末端；3.?末端修复，引入生物素标记，连接；4.?解交联，使DNA和蛋白、蛋白和蛋白分开，提取DNA，打断，捕获带有生物素标记片段，进行建库；5.?测序。 染色质远程交互测序 (Chromatin Interaction Analysis with Paired-End Tag Sequencing, ChIA-PET)技术：鉴定全基因组范围内特定转录因子参与的染色质远程交互作用。 Hi-C和ChIA-PET是3C的衍生技术, 都是基于将线性距离远、空间结构近的DNA片段进行交联, 并将交联的DNA片段富集, 接着进行高通量测序, 对测序数据分析可以揭示染色质的远程相互作用, 从而推导出基因组的三维空间结构和可能的基因之间的调控关系。 5. 宏基因组学（metagenomics） 宏基因组学，也称元基因组学、环境基因组学、生态基因组学。 是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以测序分析和功能基因筛选为研究手段，研究微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间关系的新方法。 宏基因组的应用 水体宏基因组学 土壤宏基因组学 肠道宏基因组学 人出生以后才进入人体，特别是肠道内的多达1000多种共生微生物，其遗传信息的总和叫“微生物组”，也可称为“元基因组”。 Human Microbiome Project，HMP（人类微生物组计划，又称“人类元基因组计划”）：