蛋白质磁共振——从结构生物学到结构基因组学

在后基因组时代,随着大量物种全基因组序列的获得,结构生物学家面临着结构基因组学的新机遇和挑战。与传统的结构生物学不同的是,结构基因组学的研究主要集中在结构和功能未知并且与从前研究的蛋白质相似性很小的蛋白质。准确的来讲,结构基因组学通过高通量蛋白质表达、结构解析来完成所有蛋白质家族的结构表征,从而能够通过结构预测功能。加州结构基因组学联合实验室发展了高度自动化的蛋白质合成、结晶、结构解析生产线。然而由于一些蛋白质不能被结晶,要想覆盖所有蛋白质结构域还有很大困难。Wuthrich的研究小组通过一些高通量的目的蛋白质筛选和NMR结构解析的方法解决了这一难题。与X射线晶体学解析蛋白质结构相比,NMR技术由于能够解析更接近生理状态的溶液结构而具有互补性。通过获得溶液中的蛋白质稳定性、动力学特征和相互作用信息,正如在朊蛋白和SARS相关蛋白的研究中所表现的那样,NMR技术从扩大已知的蛋白质结构数据库、新的蛋白质功能到化学生物学研究中都扮演着激动人心的角色。     

结构基因组学研究与核磁共振

各种生物的基因组DNA测序计划的完成,将结构生物学带入了结构基因组学时代.结构基因组学是对所有基因组产物结构的系统性测定,它运用高通量的选择、表达、纯化以及结构测定和计算分析手段,为基因组的每个蛋白质产物提供实验测定的结构或较好的理论模型,这将加速生命科学各个领域的研究.生物信息学、基因工程、结构测定技术等的发展为结构基因组学研究提供了保证.近年来核磁共振在技术方法上的进展,使其成为结构基因组学高通量结构分析中的一个关键方法.     

原核生物蛋白质基因组学研究进展

随着基因组测序技术的不断发展,大量微生物基因组序列可以在短时间内得以准确鉴定。为了进一步探究基因组的结构与功能,基于序列特征与同源特征的基因组注释算法广泛应用于新测序物种。然而受基因组测序质量以及算法本身准确性偏低等问题的影响,现有的基因组注释存在着相当比例的假基因以及注释错误,尤其是蛋白质N端的注释错误。为了弥补基因组注释的不足,以基因芯片或RNA-seq为核心的转录组测序技术和以串联质谱为核心的蛋白质组测序技术可以高通量地对基因的转录和翻译产物进行精确测定,进而实现预测基因结构的实验验证。然而,原核生物细胞中存在的大量非编码RNA给转录组测序技术引入了污染数据,限制了其对基因组注释的应用。相对而言,以串联质谱技术为核心的蛋白质组学测序可以在短时间内鉴定到生物体内大量的蛋白质,实现注释基因的验证甚至校准。已成为基因组注释和重注释的重要依据,并因而衍生了"蛋白质基因组学"的新研究方向。文中首先介绍传统的基于序列预测和同源比对的基因组注释算法,指出其中存在的不足。在此基础上,结合转录组学与蛋白质组学的技术特点,分析蛋白质组学对于原核生物基因组注释的优势,总结现阶段大规模蛋白质基因组学研究的进展情况。最后从信息学角度指出当前蛋白质组数据进行基因组重注释存在的问题与相应的解决方案,进而探讨未来蛋白质基因组学的发展方向。     

功能基因组学的研究内容与方法

基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学.综述了功能基因组学研究的内容和方法,主要包括应用微点阵、基因表达系列分析(SAGE)、蛋白质组、生物信息学等方法来研究基因组表达概况、基因组多样性、模式生物体等.     

三维基因组学在动物遗传育种中的研究进展*

三维基因组学是近年兴起的研究基因组三维空间和结构的学科,是在基因组序列、基因结构及其调控元件的基础上对基因组序列在细胞核内的三维空间结构,及其对基因复制、转录、修复和调控等生物过程中的功能进行的研究。随着高通量测序技术的出现和改进,三维基因组学相关研究也得到快速发展。重点介绍三维基因组的发展历程、研究技术、结构层次,并总结近年来三维基因组学在动物遗传育种方面的应用。     

植物蛋白质组学研究进展Ⅰ. 蛋白质组关键技术

随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序相继完成, 使植物基因组学研究成功迈入到功能基因组学研究的时代。这为蛋白质组学产生及其发展奠定了坚实的基础。文章重点介绍了蛋白质组学的概念、产生背景和蛋白质组学的关键技术。蛋白质组学的关键技术包括双向电泳、高效液相色谱、蛋白芯片、质谱技术、蛋白质组学的相关数据库、定量蛋白组技术、蛋白复合体标签亲和纯化技术和酵母双杂交系统。同时对当前蛋白质组技术面临的挑战和发展前景进行了讨论。     

主要禾谷类作物比较基因组学研究策略与进展

随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序计划的完成, 比较基因组学作为一门新兴学科, 近年来发展迅速, 为植物基因组的进化、结构和功能研究开辟了新的途径。文章综述了比较基因组学在作物比较遗传作图、基因结构区域的微共线性、ESTs和蛋白质水平的比较以及基于比较基因组学的基因和QTL的克隆等方面内容与研究进展, 分析了不同水平上比较基因组学研究策略的原理、特点、可行性, 以期为利用模式生物的基因和基因组数据、采用比较基因组学策略克隆作物重要性状功能基因、阐明基因组结构与进化提供帮助。     

生物信息学及其在环境微生物研究中的应用

生物信息学的快速发展,推动了微生物信息学的建立。模式微生物基因组学的研究,极大地丰富了生物信息学的内容。微生物结构基因组学和功能基因组学研究试图揭示基因结构与功能的内在联系,绘制出基因调控网络图。基因组功能注释是功能基因组学研究的主要目的。基因芯片技术的运用,成为环境微生物生态研究和功能酶基因定位的有力工具。生物信息学为环境微生物的研究和发展提供了一个崭新的信息平台和技术手段。介绍了一些相关数据库和专业网站。     

植物功能基因组学的研究策略

植物基因组学是一门研究植物基因组内基因与遗传信息是如何有机结合并如何决定其功能的一门科学。随着植物基因组计划的顺利进行 ,植物基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学。近年来 ,多采用高通量 (highthroughput,HTP)序列分析技术、大规模实验技术及计算机统计分析技术研究植物基因组功能。概述了植物功能基因组学的最新进展。     

蛋白质的二级结构预测研究进展

认识蛋白质的二级结构是了解蛋白质的折叠模式和三级结构的基础,并为研究蛋白质的功能以及它们之间的相互作用模式提供结构基础,同时还可以为新药研发提供帮助。故研究蛋白质的二级结构具有重要的意义。随着后基因组时代的到来,越来越多的蛋白质序列不断被发现,给蛋白质的二级结构研究带来巨大的挑战和研究空间。而依靠传统的实验方法很难获取大规模蛋白质的二级结构信息。目前,采用生物信息学手段仍然是获得大部分蛋白质二级结构的途径。近年来,许多研究者通过构建用于二级结构预测的蛋白质数据集,计算、提取蛋白质的各种特征信息,并采用不同的预测算法预测蛋白质的二级结构得到了快速的发展。本文拟从蛋白质的特征信息的提取与筛选、预测算法以及预测效果的检验方法等方面进行综述,介绍蛋白质二级结构预测领域的研究进展。相信随着基因组学、蛋白质组学和生物信息学的不断发展,蛋白质二级结构预测会不断取得新突破。     

功能基因组学研究概述

21世纪是生物时代和信息时代,基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学,功能基因组学时代对于基因功能的研究也由单一基因转向大规模、批量分析。对功能基因组学及相关学科的概念作了概述,综述了功能基因组学的研究内容与方法,主要包括应用差异显示反转录PCR、基因表达序列分析（SAGE）、微点阵、蛋白质组学和生物信息学等方法来研究基因组表达概况、基因组多样性和模式生物学等。     

中国中医科学院中药研究所 本草基因组学团队

正本草基因组学(Herbgenomics)是利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络,阐明中药遗传背景和人类疾病防治的分子机制,从基因组水平研究中药及其对人体作用的前沿学科。涉及结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组、代谢组、     

真核基因可变剪接研究现状与展望

mRNA前体(pre-mRNA)的可变剪接是控制基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制,是功能基因组时代的研究重点之一。生物信息学在识别可变剪接基因及其结构、分析可变剪接的功能和调控方式等方面具有重要作用。除了耗时的实验研究,识别可变剪接基因及其结构主要通过EST、mRNA等转录数据与基因组序列进行比对,获得同一基因的不同结构方式。分析蛋白质产物可对可变剪接的功能进行预测;潜在调控元件的统计分析则可为可变剪接调控机制的研究提供必要的数据。转录数据的时空信息以及比较基因组学对理解可变剪接信息的精确调控将提供重要资料。可变剪接及其调控机制的深入研究将为基因组和蛋白质组之间的对接提供重要的桥梁。     

从结构基因组学到功能基因组学

基因组学研究随着模式生物基因组全序列测定的完成由结构基因组学阶段发展到功能基因组学阶段,基因组学成为当今最为活跃、最有影响的前沿学科.以结构基因组学的研究成果为基础,功能基因组学中各学科因其原理不同及其关键技术的特点和优势,具有各自的应用范畴和发展趋势.功能基因组学不断渗透入现代科学的各领域,促成了适用于不同研究目的新兴学科的诞生.     

蛋白质进化

《蛋白质进化》(ＰｒｏｔｅｉｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎ)由Ｌ偄ｓｚｌ幃Ｐａｔｔｙ编著 ,1999年ＢｌａｃｋｗｅｌｌＳｃｉｅｎｃｅＬｔｄ出版 ,2 2 8页。　　随着基因和蛋白质测序信息的大量涌现 ,使分子和进化生物学发生了革命性变化 ,导致基因组学研究的迅速发展。新的基因 /蛋白质功能的可靠预测 ,需要对基因组和蛋白质测序信息进行复杂的计算分析 ,揭示出控制蛋白质结构和功能进化的原理。　　本书的目的是提供蛋白质进化原理的最新概述 ,并讨论可用于分析蛋白质进化史和预测构效关系的方法。蛋白质进化$上海文献情报中心@朱根娣 @赵泳根…     

植物功能基因组研究进展

随着植物基因组计划的深入,植物基因组学研究的重点已经转变为基因组功能的研究,即利用基因组序列的信息和高通量的系统分析技术,在基因组水平研究植物结构和组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系.对功能基因组学研究的内容、方法以及最新研究进展进行了综述.     

林木基因组学研究进展

林木基因组学研究进展迅速。结构基因组学方面,已构建了近40个主要造林树种的遗传连锁图谱,在不同树种中定位了30余个重要的数量性状位点,在部分树种中开展了基因组比较和综合图谱构建研究,杨树的全基因组测序已经完成,桉树的全基因组测序正在进行。功能基因组学方面,已分析了主要造林树种多种组织的转录组EST序列,对林木次生生长与木材形成、开花和抗寒性的形成等过程开展了功能基因组学研究。另外,探讨了林木基因组学研究的发展趋势,以期为我国林木基因组学研究提供有益的参考。     

小单孢菌(Micromonospora rifamycinica)AM105全基因组测序及分析

小单孢菌(Micromonospora rifamycinica)AM105是一种高GC含量的革兰氏阳性放线菌,分离自中国南海红树林沉积物,能够合成利福霉素类抗生素。目前,还没有相关研究报道Micromonospora rifamycinica的全基因组序列,这限制了代谢产物合成途径和比较基因组学等研究。本研究首次通过高通量测序技术对小单孢菌AM105进行全基因组测序,使用Velvet软件进行组装拼接得到388个Contigs,整个基因组大小约6.85 Mb,GC含量为73.1%,序列已提交至美国国立生物技术信息中心(NCBI)的Gen Bank数据库(LRMV01000000)。本研究同时对基因组序列进行了基因预测与功能注释、COG和GO聚类分析及次级代谢产物合成基因簇预测等,相关研究结果将为小单孢菌Micromonospora rifamycinica的功能基因组学研究提供基础数据。     

小单孢菌(Micromonospora wenchangensis DSM 45709)全基因组测序及分析

小单孢菌(Micromonospora wenchangensis)DSM45709是一种高GC含量的革兰氏阳性放线菌,分离自中国海南文昌红树林沉积物。目前,还没有相关研究报道Micromonospora wenchangensis的全基因组序列,这限制了其代谢产物合成途径和比较基因组学的研究。本研究通过高通量测序技术对小单孢菌DSM45709进行全基因组测序,使用Velvet软件进行组装拼接得到150个Contigs,整个基因组大小约7.51 Mb,GC含量为73.04%,序列已提交至给GenBank数据库,登录号为MZMV00000000。本研究同时对基因组序列进行了基因预测与功能注释、COG和GO聚类分析及次级代谢产物合成基因簇预测等,相关研究结果将为小单孢菌Micromonospora wenchangensis的功能基因组学研究提供基础数据。     

蛋白质基因组学：运用蛋白质组技术注释基因组

随着高通量DNA测序技术的飞速发展,越来越多的物种完成了基因组测序．定位编码基因、确定编码基因结构是基因组注释的基本任务,然而以往的基因组注释方法主要依赖于DNA及RNA序列信息．为了更加精确地解读完成测序的基因组,我们需要整合多种类型的组学数据进行基因组注释．近年来,基于串联质谱技术的蛋白质组学已经发展成熟,实现了对蛋白质组的高覆盖,使得利用串联质谱数据进行基因组注释成为可能．串联质谱数据一方面可以对已注释的基因进行表达验证,另一方面还可以校正原注释基因,进而发现新基因,实现对基因组序列的重新注释．这正是当前进展较快的蛋白质基因组学的研究内容．利用该方法系统地注释已完成测序的基因组已成为解读基因组的一个重要补充．本文综述了蛋白质基因组学的主要研究内容和研究方法,并展望了该研究方向未来的发展．