第四章基因组功能2012.04.17解读.ppt

第四章 基因组学功能研究 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？ 　比较基因组学及功能基因组学研究 一、比较基因组学(Comparative Genomics) 概念：是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。 比较基因组学的特点是在整个基因组的层次上的比较，如： 基因组的大小、 基因数目的多寡、 特定基因的存在或缺失、 基因(或标记序列片断)的位置及排列顺序、 特定基因或某片断的组织等。 最重要、也最体现比较基因组学的学科特点的是全基因组的核苷酸序列的整体比较。 基因组学与基因学研究对象都是基因 比较基因组学可以是对某个特定基因或位点的比较，特别是在还没有阐明所有生物基因组的结构之前的现阶段。 进化上的一个命题与比较基因组学的4个概念 生物的最本质的特征之一是进化。进化的理论是整个生物学的核心、灵魂与精髓。 杜布赞斯基(Dubckessky)的名言——离开了进化，生物学也就失去了意义(Nothing in biology makes sense except in the light of evo1ution)——是进化理论在生物学中的重要意义的最好表达。 比较基因组学的理论基石是进化理论。而比较基因组学的研究又丰富和发展了进化理论。 在生物所及的整个生物圈(biosphere)中，所有生物物种的基因都是由一个或一组始祖基因通过加倍(duplication)与大规模的遗传扩展演变而来的。 而这一演变的规模与层次 可以是一段不长的核酸分子； 也可能是能对选择压力进行反应的较为独立的结构与功能单位； 也可能是包括好多这样的单位，彼此还有一定联系的染色体片断； 也可能是一个较为完整的染色体； 还可能是整个基因组的加倍及多倍体化(polypoidization)。 代表一个物种所有遗传信息的基因组进化，并不是个别基因、片段进化的个别事件的简单累加与修饰，而在相当程度上保留了基因的整体性与连续性，其表现形式即生物物种的系统进化。 进化论上有一个这样的命题 ：一个物种的不同器官之间的差异要比与另一物种的同一器官之间的差异大得多。譬如，人的心脏与人的肝脏之间的差异．要比人的心脏与猪的心脏之间的差异大得多。 不同组织细胞中基因组的同一性与全能性的证明、组织特异性基于基因特异性表达的发现、进化距离概念的提出等都曾给这一命题新的答案。 这一命题也列出了比较基因组学的四个基本概念。 相似性 相似性（similarity，有时可用analogy)就是简单比较得出的直观结果的直接描述，就是两者之问的相同程度。 相似性本身的含义，并不要求与进化起源是否同一、亲缘关系的远近、甚至于结构与功能有什么联系。 核苷酸与氨基酸序列的测定，又使原先的“模糊”描述的基础上有定量的指标——百分比。不同基因组之间、不同基因或不同物种的“同一”基因，都可以用％来表示异同程度。 同源性 同源性(homoloy)是具有严格定义的进化学词汇：在进化上起源同一。同源性可以用来描述染色体“同源染色体”、基因”同源基因”、基因组的一个片断“同源片断”。 在进化上起源同一的两段核苷酸序列，特别是功能较重要的保守区段或基因．一般表现为相似。 同源的基因在核苷酸(或氨基酸)序列上具有较高程度的相似，这就带来了这两个词的混用。 如把“相似检索(similarity searching)”说成是“同源检索(homology)”。在比较两段序列时，也使用表示相似程度的数据(％)来描述。但正常的描述应该是：这两个片断可能同源(或这两个基因有可能为同源基因)，因为它们的核苷酸(或氨基酸)的相似程度为80％。 “80％的同源(还有20％不同源?)”，以至于“80％的几率是同源（100％相似就是100％的几率是同源吗?)的”说法，都是不正确的，也是不符合事实与定义的。 相似性与同源性是两个不同的概念，相互之间并没有直接的等同关系。 相似只有描述的词汇，并不代表实质性的同源。相似的不一定同源，因为在进化的过程中．来源不同的基因或序列由于不同的独立突变而“趋同”并不罕见； 同源一般表现为相似，但同源并不一定比非同源的相似程度要高，应该考虑到所有基因组或基因是由为数不多的始祖基因“趋异”而来，而现在只是在进化的过程的一个时间点上加以观察。 功能相似或相同也不一定必然同源。非同源基因的代谢功能替换已有不少证据，其表型相似也不一定反映了同源，不同基因的不同突变就有可能产生“表型模拟”。 而同源又有两种不同的