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Comparative biology: beyond sequence analysis 任理 绪论 和细胞机制一样，进化过程中蛋白质序列的保守性也是现代生物学中令人惊讶的发现之一。比如，我们的一些代谢基因显示出与其细菌对应物相同的序列及功能相似性。另外，细胞的核心过程如细胞周期的进行，DNA的复制和转录，他们的主要特征从酵母菌到人类都是保守的。这种广泛的保守性确实促进了模式生物在保守进程研究中的使用，这种研究在复杂体系中更难以检验出来，特别是序列相似性作为预测功能特性的主要工具已经出现。事实上，必威体育精装版测序的基因组，包括基因预测，基因的功能要素或调控元件，他们的大部分说明都基于与其他功能已经被描叙出的序列的相似性。 尽管大多数比较研究集中在用保守特性的方法描述功能元件，但是种间差异也很有意思。可以说，这些差异是进化史最好的指示器，它能提供大量有关物种特殊适应性的信息。因此，鉴别这些差异对我们研究人之所以为人以及生物多样性如何产生是非常重要的。 特定条件下基因表达的比较分析 比较物种间基因表达的最初的动机是确定保守表达的程序，这些程序在机能上可能极为重要。这个可以通过集合不同的有机体中相同的表达数据集以及搜集相似的模式来达到。 McCrroll等人运用这种方法研究了成熟过程中表达的变化，比较了中年苍蝇和蠕虫与它们的年轻成体的基因表达。很明显的，基因表达中与年龄有关的变化在苍蝇和蠕虫间有着密切的关系。比如，在这两种生物中，具有氧化特性的代谢基因和细胞的运输基因在成熟过程中均被抑制。同样的，胚胎发育中的保守表达程序也被确定。 共表达的比较分析 比较物种间表达数据的最大困难是基因表达不是静止的，并且变化依赖客观条件。像上文描述的那样，这种情况能通过考虑协调的基因表达数据来解决。然而，这种方法大大限制了能用于比较分析的数据，因为对不同的生物现有的资料中仅仅只有一小部分能用于比较。此外，即使条件看起来一样，进化关系较远的生物对它们的反应可能也不相同，因为这些生物对它们的感知不一定一样。 重复基因和直系同源关系 为了让每一次比较都有意义，研究人员首先要确定比较的是什么，并鉴别比较的目标中共有的元件(Figure 2) 。在不同生物体的比较数据中，基本元件是典型的成对的一对一的依赖直系同源匹配的直系同源基因。大多数比较研究对一对一的直系同源使用精确的定义，比如，同线的和相应的最佳序列匹配，以及对源于物种特异性复制或缺失的不明确情况的排斥。 作为精确选择的结果，这种保守性可以被说明，并因此成为功能重要性的指示。反过来说，具有显著差异的物体可能有进化上的分歧。这种分歧可能与功能的改变或是功能的不确定性有关，功能的改变是积极选择或者缺乏选择的结果，功能的不确定是随机漂移的结果。 结束语 Thank you * * 比较分析是生物学的一种基本工具。物种间的保守性极有助于功能要素的发现和描述，然而，种间差异可能是最好的生物学适应性的指示器。比较学方法适用于基因组序列的分析。随着功能基因组数据可用性的增强，现在比较的范围也扩展到其他功能特性的研究，尤其是基因表达的研究。本文中我们回顾了目前运用比较分析的方法处理大规模基因表达数据集的工作，并讨论了这些方法的主要原理和面临的挑战。 绪论 特定条件下基因表达的比较分析 共表达的比较分析 重复基因和直系同源关系 结束语 过去十年里技术的进步使得基因组数据得以积累，这些数据不仅描绘了基因序列，还描绘了包括基因表达，蛋白质之间相互作用以及转录因子与DNA的结合在内的功能特性。这些数据适用于多种生物，同时也为比较分析带来了一系列新的挑战。 多数功能特性具有环境依赖性，一种特性在进行种间比较的时候需要被说明。 功能特性通常反映多种基因的综合功能，以网络为本而非基因为本来比较。 运用新技术产生的功能基因组数据中含有大量无关的数据，所以要对他们进行筛选从而得到正确的结论。 在文中我们主要讲叙运用比较方法分析基因表达数据的必威体育精装版研究。我们描述了这一分析中的不同途径并强调了仍然存在的挑战。 亲源关系较远的生物的比较对鉴别保守表达程序十分有用。例如蠕虫和苍蝇在十亿年前有着共同的祖先，所以在它们高度不同的表达程序里存留的极少量的类似处可能表现出重要的作用。然而，在研究基因表达的进化变化过程中的法则时，这种广泛的多样性限制了这些比较方法的效果。 为了克服这种局限性，后来的研究就在同样的条件下比较进化相关的生物的表达程序(Figure 1a and b) 。 比如，Rifkin等人比较了一些物种的表达水平以及遭受变形时果蝇