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.     

小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。     

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。     

环境基因组学与毒理基因组学研究进展

环境基因组学和毒理基因组学主要在基因组水平上研究机体对环境因子的应答反应,了解基因-环境交互作用在疾病发生中的作用。环境基因组学和毒理基因组学研究的结合为环境与健康研究开辟了新的方法。本文对环境基因组计划和毒理基因组学的研究目的、内容以及存在的问题和展望进行了综述。     

基因组学相关概念及其研究进展

２０世纪以来,生命科学得到了空前的发展,大量新的概念不断涌现并相应产生了许多新兴学科,本文试图对当今研究的热点领域－基因组学,包括结构基因组学,比较基因组学,功能基因组学和较新兴的蛋白质组学、功能蛋白质组学及其相关概念、营养基因组学、生物信息学及其相关概念和近期进展做一介绍。     

微生物功能基因组学研究

自从1995年流感嗜血杆菌的基因组序列测定完成之后[1],目前已有75种(株)微生物的基因组完成测序,160多种(株)微生物的基因组测序正在进行中[2]。随着各种微生物基因组测序工作的不断完成和序列信息的积累,微生物基因组学研究的重点已由结构基因组学向功能基因组学转移。微生物功能基因组学研究不仅要阐明微生物基因组内每个基因的作用或功能,还要研究基因的调节及表达谱,进而从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构、功能、机理的高度去了解微生物生命活动的全貌,揭示微生物世界的各种前所未知的规律,并使之为人类和社会服务。与真核生物相比,虽然微生物的基因组相对简单,但微生物基因组学研究仍具有重大的科学和经济意义。在细菌基因组中,既有编码在极端环境下起催化作用的酶的基因,也有编码分解化学污染物的酶的基因,这些基因在真核细胞是不存在的。通过微生物功能基因组学研究,还能发现药物靶位和疫苗抗原。微生物基因的功能及表达研究结果也能为研究复杂生物的基因功能提供参考。近些年微生物功能基因组学研究受到了普遍重视。日本组织了十几所大学和研究机构,计划用5年时间完成大肠杆菌的功能基因组研究[3]。日本还与欧洲联合正在开展枯草杆菌功能基因组学研究[4]。其它微生物的功能基因组学研究也在进行中。由于微生物的种类繁多,功能基因组研究的内容又较丰富,要全面介绍微生物功能基因组学研究是困难的。本文仅从未知功能基因的鉴定、药物靶位及疫苗抗原研究、致病机制研究、生物功能图谱研究4个方面进行简要的评述。     

影像基因组学分析方法研究进展

在生物医学大数据背景下,精准医学的研究重点之一是基因型数据和表型数据的融合及关联分析,通过数据融合及关联分析,认识疾病表型特征与基因多态性及基因活动之间的关系。影像基因组学作为一个新兴研究领域,它将疾病影像数据和基因组数据整合,并挖掘两者之间的联系,从而发现能够反映基因多态或表达的影像特征,在此基础上建立基于影像特征的非侵入式疾病诊断方法,是目前生物医学最有前景的研究领域之一。综述了影像基因组学领域的研究方法,包括基因组数据分析、影像数据分析以及基因组数据-影像数据融合分析方法。在此基础上,介绍了影像基因组学目前在临床上的典型应用,包括疾病的辅助诊断、预后预测和疗效评估。最后,对影像基因组学的未来发展进行了展望。     

生物芯片技术及其在后基因组学研究中的应用

基因组学已经进入到后基因组学时代,破解基因功能是当前的主要任务。生物芯片技术具有高通量,并行性及自动化等特点,将在这一时期发挥重要作用。本文就生物芯片在后基因组学研究中的应用进展,及存在的尚待解决的问题作一综述。     

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.     

黄曲霉功能基因组学研究

黄曲霉（Aspergillus flavus）是一种常见的腐生真菌和条件致病菌,其次生代谢产物黄曲霉毒素（Aflatoxin,AFT）具有高度的致癌性和致畸性,严重危及人类和动物健康。近年来,功能基因组学研究发展迅速,在真菌生长发育、挖掘真菌次级代谢产物以及研究包括黄曲霉毒素在内的真菌毒素等方面得到了广泛的应用。功能基因组学在研究黄曲霉与宿主之间的相互作用以及黄曲霉与其他曲霉之间的相互作用方面具有巨大的潜力。然而,黄曲霉功能基因组学受到细胞壁难以破除、耐药性高、筛选标记少、缺陷型菌株构建费力耗时等因素的影响而发展缓慢。概述了黄曲霉的选择标记、遗传转化方法和黄曲霉毒素以及环匹阿尼酸（cyclopiazonic acid, CPA）生物合成的研究进展,并讨论了在提高黄曲霉基因操作效率方面的潜在策略。例如,构建缺乏非同源末端连接（NHEJ）途径的菌株、Cre-loxP重组系统、CRISPR-Cas9等方法,为深入开展黄曲霉遗传学研究提供参考。     

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。     

系统发育基因组学——重建生命之树的一条迷人途径

生物基因组计划的相继启动对系统发育学研究的发展产生了深远影响。将基因组学和系统发育学结合起来的“系统发育基因组学”在这一背景下应运而生, 这门崭新交叉学科的出现成为重建“生命之树”的一条迷人途径。文章重点围绕系统发育基因组学的概念以及分析方法进行扼要介绍, 并探讨了它目前潜在的问题以及将来有待发展和完善的地方。     

基因组学与昆虫抗药性研究

主要综述近年来基因组学技术在昆虫抗药性研究中的应用以及取得的新成果、新进展。基因组学是对生物体整个基因组结构、功能及其进化的研究。遗传连锁作图、定位克隆、数量特性位点作图、微阵列分析及转录沉默等 ,是近年来常用的基因组学研究技术。研究表明 ,应用基因组技术不仅能揭示新的昆虫抗药性机制 ,发现并定位、克隆新的抗药性基因 ,还有助于发现新型的杀虫剂作用靶标 ,改进昆虫抗药性的检 (监 )测技术以及加深人们对昆虫抗药性进化的认识等。     

营养基因组学的研究进展

伴随着基因组学、生物信息学等的迅猛发展及其在生命科学领域的应用,营养基因组学应运而生,并迅速成为营养学研究的新前沿。营养基因组学主要研究营养素和植物化学物质对人体基因的转录、翻译表达以及代谢机制,其可能的应用范围包括营养素作用的分子机制、营养素的人体需要量、个体食谱的制定以及食品安全等。本文重点介绍营养基因组学的研究内容与现状,并对今后的研究趋势作了展望。     

金小蜂基因组学研究前沿

金小蜂不仅是重要的昆虫天敌资源,还是理想的模式生物。2010年1月15日,3种金小蜂(丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis、吉氏金小蜂N.giraulti和长角金小蜂N.longicornis)的基因组在《科学》上发表。这一事件标志着金小蜂研究"后基因组时代"的开始。金小蜂基因组测序完成后,科学家们就利用生物信息学、比较基因组学、功能基因组学等方法,基于基因组平台,在进化遗传学、发育生物学、神经生物学、行为学等领域开展了系列研究,取得了重要进展,国际著名杂志《昆虫分子生物学》和《遗传》还以特刊的形式进行刊载。本文就金小蜂基因组学相关研究取得的进展予以扼要概述,并探讨其研究方向和发展前景。     

林木比较基因组学研究进展

比较基因组学是基因组研究的重要内容。林木比较基因组学研究发现林木基因组中存在广泛的共线性或同线性及微共线性,在进化过程中呈现高度保守性。本文概述了林木比较基因组学研究的进展状况,探讨了该领域的发展趋势,以期为我国林木基因组学研究提供有益的参考。     

基因组学方法在植物抗逆性研究中的应用

由于植物抗逆性遗传极其复杂,因而植物抗逆性能（包括抗非生物胁迫如盐碱,干旱,低温等的能力和抗生物协迫如真菌,细菌,病毒和线虫的能力等）的提高受到了极大限制,近年来,基因组学的兴起对我们全面理解植物抗逆性起着革命性作用,结果基因组学将会使我们挖大量全新的抗逆基因,并能揭示各抗逆性基因的详细结构以及抗逆性遗传进化机理,功能基因组学将会阐明植物抗逆中的复杂的调控,网络,揭示涉及抗逆蛋白的多样性,通过比较基因学的研究,可以把从模式植物上获得的抗逆遗传信息推广到基因组较复杂的植物上去,大规模的全新基因的发现及其在抗逆反应中的表达模式的研究和它们在抗逆应中作用的理解将会利用遗传工程进行植物抗逆育种提供广阔的前景。     

功能基因组学的研究方法

基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学,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,本综述了功能基因组学的研究内容与方法,主要包括：差异显示反转录PCR,基因表达序列分析（SAGE）,微点阵,遗传足迹法,反求遗传学,蛋白质组学和生物信息学等新方法。     

基因组学时代的免疫学研究

基因组学的研究成果为现代免疫学的发展提供了新的研究思路和策略. 本文概述了基础免疫学、与疾病相关的免疫病理学及免疫疫苗的设计在高通量和大规模的基因组学研究策略支撑下获得的新进展, 并探讨了其未来可能的发展方向.     

基因组学方法在植物抗逆性研究中的应用

由于植物抗逆性遗传极其复杂,因而植物抗逆性能(包括抗非生物胁迫如盐碱、干旱、低温等的能力和抗生物协迫如真菌、细菌、病毒和线虫的能力等)的提高受到了极大限制。近年来,基因组学的兴起对我们全面理解植物抗逆性起着革命性作用。结构基因组学将会使我们挖掘大量全新的抗逆基因,并能揭示各抗逆性基因的详细结构以及抗逆性遗传进化机理。功能基因组学将会阐明植物抗逆中的复杂的调控网络,揭示涉及抗逆蛋白的多样性。通过比较基因学的研究,可以把从模式植物上获得的抗逆遗传信息推广到基因组较复杂的植物上去。大规模的全新基因的发现及其在抗逆反应中的表达模式的研究和它们在抗逆应中作用的理解将会为利用遗传工程进行植物抗逆育种提供广阔的前景。