基 もと 因 いん 组学 (英 えい 语:Genomics ),或 ある 基 もと 因 いん 体 たい 学 がく ,是 ぜ 研究 けんきゅう 生物 せいぶつ 基 もと 因 いん 组和 かず 如何 いか 利用 りよう 基 もと 因 いん 的 てき 一 いち 门学科 か 。该学科 か 提供 ていきょう 基 もと 因 いん 组信息 いき 以及相 しょう 关数据 すえ 系 けい 统利用 りよう ,试图解 かい 决生物 せいぶつ ,医学 いがく ,和 わ 工 こう 业 领域的 てき 重大 じゅうだい 问题。
基 もと 因 いん 组学能 のう 为一些疾病提供新的诊断、治 ち 疗方法 ほう 。例 れい 如,对刚诊断为乳腺 せん 癌 がん 的 てき 女性 じょせい ,一 いち 个名为“Oncotype DX”的 てき 基 もと 因 いん 组测试,能 のう 用 よう 来 らい 评估病人 びょうにん 乳腺 にゅうせん 癌 がん 复发的 てき 个体危险率 りつ 以及化 か 疗效果 こうか ,这有助 じょ 于医生 せい 获得更 さら 多 た 的 てき 治 ち 疗信息 いき 并进行 ぎょう 个性化 か 医 い 疗。基 もと 因 いん 组学还被用 よう 于食品 しょくひん 与 あずか 农业部 ぶ 门。
基 もと 因 いん 组学的 てき 主要 しゅよう 工具 こうぐ 和 わ 方法 ほうほう 包括 ほうかつ :生物 せいぶつ 信 しん 息 いき 学 がく ,遗传分析 ぶんせき ,基 もと 因 いん 表 ひょう 达 测量和 かず 基 はじめ 因 いん 功 こう 能 のう 鉴定。
继1941年 ねん 罗莎琳·富 とみ 兰克林 りん 测得DNA的 てき X射 い 线衍射 しゃ 图像;1953年 ねん 詹姆斯·沃森 和 わ 弗 どる 朗 ろう 西 にし 斯·克 かつ 里 さと 克 かつ 提出 ていしゅつ 了 りょう DNA的 てき 双 そう 螺旋 らせん 结构;1955年 ねん ,弗 どる 雷 かみなり 德 とく 里 さと 克 かつ ·桑 くわ 格 かく 测定了 りょう 胰岛素的 すてき 氨基酸 さん 序列 じょれつ 之 の 后 きさき ,核酸 かくさん 测序成 なり 为早期 き 分子生物学 ぶんしせいぶつがく 家 いえ 们的一 いち 个主要目 ようもく 标。
除 じょ 了 りょう 他 た 对胰岛素 もと 的 てき 氨基酸 さん 序列 じょれつ 的 てき 开创性 せい 工作 こうさく 之 の 外 そと ,弗 どる 雷 かみなり 德 とく 里 さと 克 かつ ·桑 くわ 格 かく 和 かず 他 た 的 てき 同 どう 事 こと 在 ざい 能 のう 够启动建立 こんりゅう 全面 ぜんめん 的 てき 基 もと 因 いん 组测序 じょ 计划的 てき DNA测序技 わざ 术的发展中起 なかおこし 到 いた 了 りょう 关键作用 さよう 。在 ざい 1975年 ねん ,他 た 和 わ 艾 もぐさ 伦·库尔森 もり (Alan Coulson)发表用 よう DNA聚合酶和放射 ほうしゃ 性 せい 标记的 てき 核 かく 苷酸的 てき 测序过程,他称 たしょう 为"加 か 减测序 じょ 法 ほう 技 わざ 术"。该过程 ほど 可 か 以达到80个核苷酸测序一 いち 次 じ 性 せい 测序,和之 かずゆき 前 ぜん 还是非常 ひじょう 费力的 てき 过程相 しょう 比 ひ 是 ぜ 一 いち 大 だい 进步。然 しか 而,在 ざい 1977年 ねん ,他 た 的 てき 小 しょう 组能测序5386个核苷酸的 てき 单链噬菌体 たい Φ ふぁい -X174噬菌体 たい (Phage Φ ふぁい -X174)中 ちゅう 的 てき 绝大多数 たすう ,完成 かんせい 了 りょう 世界 せかい 上 じょう 第 だい 一 いち 个以DNA为基础的基 もと 因 いん 组完全 ぜん 测序。"加 か 减测序 じょ 法 ほう "的 てき 改 あらため 进导致链终止 とめ 法 ほう (chain termination method),或 ある 桑 くわ 格 かく 测序法 ほう ,形成 けいせい 了 りょう DNA测序,基 き 因 いん 组图谱,数 すう 据 すえ 存 そん 储的技 わざ 术的基 もと 础,和 かず 在 ざい 下 した 一个四分之一世纪的研究中最广泛使用的生物信息学分析。在 ざい 同 どう 一 いち 年 ねん ,哈佛大学 だいがく 的 てき 沃尔特 とく ·吉 きち 尔伯特 とく 和 わ 艾 もぐさ 伦·马克萨姆 (Allan Maxam)独立 どくりつ 开发出 で DNA测序的 てき 马克萨姆-吉 よし 尔伯特 とく 测序 (Maxam-Gilbert法 ほう ,又 また 称 たたえ 化学 かがく 法 ほう ),涉 わたる 及在DNA已 やめ 知的 ちてき 碱基优先断 だん 裂 きれ ,一种效率较低的方法。由 よし 于他们在核酸 かくさん 测序开创性的 せいてき 工作 こうさく ,吉 よし 尔伯特 とく 和 わ 桑 くわ 格 かく 与 あずか 保 ほ 罗·伯 はく 格 かく (重 じゅう 组DNA )分 ぶん 享 とおる 1980年度 ねんど 的 てき 诺贝尔化学 がく 奖 。
基 もと 因 いん 组学出 で 现于1980年代 ねんだい ,1990年代 ねんだい 随 ずい 着 ぎ 几个物 ぶつ 种基因 いん 组计划的启动,基 き 因 いん 组学取得 しゅとく 长足发展。相 あい 关领域 いき 是 ぜ 遗传学 がく ,其研究 けんきゅう 基 もと 因 いん 以及在 ざい 遗传中 ちゅう 的 てき 功 こう 能 のう 。
1977年 ねん ,噬菌体 たい Φ ふぁい -X174; (5,368碱基对)完全 かんぜん 测序,成 なり 为第一个测定的基因组[ 1] 。
1995年 ねん ,嗜血流感 りゅうかん 菌 きん (Haemophilus influenzae ,1.8Mb)测序完成 かんせい ,是 ぜ 第 だい 一个测定的自由生活物种。从这时起,基 き 因 いん 组测序 じょ 工作 こうさく 迅速 じんそく 展 てん 开。
2001年 ねん ,人 ひと 类基因 いん 组计划公布 こうふ 了 りょう 人 じん 类基因 いん 组草图,为基因 いん 组学研究 けんきゅう 揭开新 しん 的 てき 一 いち 页。
2012年 ねん ,千人基因组计划
“组”在 ざい 基 もと 因 いん 组一 いち 词中,意 い 指 ゆび 一 いち 个物种的“全部 ぜんぶ ”遗传组成。由 よし 于诸如基因 いん 组测序 じょ 这样的 てき 大 だい 规模定量 ていりょう 生物 せいぶつ 项目的 もくてき 成功 せいこう ,“组”的 てき 这个意 い 义的使用 しよう 已 やめ 经扩展 てん 到 いた 其他相 しょう 关领域 いき 。例 れい 如,蛋白 たんぱく 质组指 ゆび 的 てき 是 ぜ 一 いち 个物 もの 种 ,组织 或 ある 细胞 内的 ないてき 全部 ぜんぶ 蛋白 たんぱく 质 (表 おもて 达的基 もと 因 いん 这里指 ゆび 被 ひ 翻 こぼし 译成蛋白 たんぱく 质)。蛋白 たんぱく 质组学 がく 现在已 やめ 经作为研究 けんきゅう 蛋白 たんぱく 质组的 てき 专业术语。虽然该术语使用 しよう 的 てき 增 ぞう 长导致一些科学 かがく 家 か (Jonathan Eisen 等 とう )声 こえ 称 しょう 它被超 ちょう 卖了,它反映 はんえい 了 りょう 对完整 せい 或 ある 接近 せっきん 完 かん 整 せい 的 てき 定量 ていりょう 分析 ぶんせき 方向 ほうこう 的 てき 变化 一个系统的所有组成部分的分类。例 れい 如,在 ざい 共生 きょうせい 研究 けんきゅう 中 ちゅう ,曾经仅限于研究 けんきゅう 单一 いち 基 き 因 いん 产物的 てき 研究 けんきゅう 人 じん 员现在 ざい 可 か 以同时比较几种生物 せいぶつ 分子 ぶんし 的 てき 总互补性。
请参见:组学主 ぬし 题列表 ひょう (生物 せいぶつ 学 がく )
在 ざい 一个生物体已被选择以后,基 き 因 いん 组项目 め 涉 わたる 及三 さん 个部分 ぶん :DNA测序,该序列 じょれつ 的 てき 组件生成 せいせい 原 はら 有 ゆう 染色 せんしょく 体 たい 的 てき 表示法 ひょうじほう ,以及该表示法 ひょうじほう 的 てき 注 ちゅう 释和分析 ぶんせき 。[ 2]
基 もと 因 いん 组间的 てき 相互 そうご 比 ひ 较已经导致一些惊人的生物学发现。如果某 ぼう 特定 とくてい 的 てき DNA序列 じょれつ 或 ある DNA基 もと 序 じょ 在 ざい 某 ぼう 进化树分支 ささえ 上 うえ 所有 しょゆう 的 てき 物 ぶつ 种都出 で 现,则称该序列 じょれつ 在 ざい 这些物 ぶつ 种间是 ぜ 保守 ほしゅ 的 てき 。某 ぼう DNA序列 じょれつ 的 てき 进化保守 ほしゅ 性 せい 提示 ていじ 拥有这些序列 じょれつ 的 てき 物 ぶつ 种具有 ぐゆう 相 しょう 应的自然 しぜん 选择 优势。同 どう 时也提示 ていじ ,其具有 ぐゆう 重要 じゅうよう 功 こう 能 のう 。这可能 かのう 是 ぜ 蛋白 たんぱく 编码序列 じょれつ 或 ある 调控区域 くいき 。对这些序列 じょれつ 的 てき 实验研究 けんきゅう 表明 ひょうめい ,其中一 いち 部分 ぶぶん 被 ひ 转录 成 なり 小 しょう RNA ,而这些小RNA的 てき 功 こう 能 のう 尚 なお 未 み 研究 けんきゅう 清楚 せいそ 。
在 ざい 两个进化树上距离较远,相 そう 关而又 また 不 ふ 处于同 どう 一进化分支中的物种间鉴定出相似序列(包括 ほうかつ 许多基 もと 因 いん ),促成 そくせい 了 りょう 新 しん 理 り 论的产生,该理论认为这些序列 じょれつ 是 ぜ 通 どおり 过水平 すいへい 基 もと 因 いん 转移 而获得 とく 的 てき 。尽 つき 管 かん 这些基 もと 因 いん 看 み 起 おこり 来 らい 是 ぜ 从古 こ 细菌向 むかい 真 ま 细菌 进行转移,而这种现象 ぞう 在 ざい 细菌间尤其显著 ちょ 。同 どう 时还注意 ちゅうい 到 いた ,细菌基 もと 因 いん 在 ざい 真 ま 核 かく 生物 せいぶつ 核 かく 基 もと 因 いん 组中出 で 现,而这些基因 いん 通 どおり 常用 じょうよう 来 らい 编码线粒体 たい 和 わ 叶 かのう 绿体蛋白 たんぱく ,这种现象也支持 しじ 细胞器 き 起源 きげん 的 てき 内 うち 共生 きょうせい 学 がく 说。该理论认为动物 ぶつ 和 わ 植物 しょくぶつ 基 もと 因 いん 组中发现的 てき 线粒体 たい 和 わ 叶 かのう 绿体最初 さいしょ 是 ぜ 自由 じゆう 生活 せいかつ 的 てき 细菌,由 ゆかり 祖先 そせん 真 ま 核 かく 细胞吸收 きゅうしゅう 而来,后 きさき 来 らい 逐步变成真 ま 核 かく 细胞的 てき 有 ゆう 机 つくえ 组成部分 ぶぶん 。
由 よし 中西部 ちゅうせいぶ 结构基 もと 因 いん 组学中心 ちゅうしん 确定的 てき 蛋白 たんぱく 质结构的一 いち 个例子 こ 。
结构基 もと 因 いん 组学 (Structural Genomics)是 ぜ 基 もと 因 いん 组学的 てき 一个重要组成部分和研究领域,它是一门通过基因作图、核 かく 苷酸序列 じょれつ 分析 ぶんせき 确定基 もと 因 いん 组成、基 もと 因 いん 定位 ていい 的 てき 科学 かがく 。结构基 もと 因 いん 组学 寻求通 どおり 过研究 けんきゅう 给定的 てき 基 もと 因 いん 组编码来测定每 ごと 一 いち 种蛋白 たんぱく 质的三 さん 维结构 。这种基 もと 于基因 いん 组的方法 ほうほう 允 まこと 许通过实验和建 けん 模 も 方法 ほうほう 的 てき 组合来 らい 实现结构确定的 てき 高 だか 通 どおり 量 りょう 方法 ほうほう 。 结构基 もと 因 いん 组学与 あずか 传统结构预测之 の 间的主要 しゅよう 区 く 别在于结构基因 いん 组学试图确定基 もと 因 いん 组编码的每 ごと 种蛋白 しろ 质的结构,而不是 ぜ 专注于一种特定的蛋白质。
功 こう 能 のう 基 もと 因 いん 组学 (Functional genomics)的 てき 研究 けんきゅう 又 また 往往 おうおう 被 ひ 称 しょう 为后基 もと 因 いん 组学(Postgenomics)研究 けんきゅう ,它是利用 りよう 结构基 もと 因 いん 组学提供 ていきょう 的 てき 信 しん 息 いき 和 わ 产物,通 つう 过在基 もと 因 いん 组或系 けい 统水平上 たいらかみ 全面 ぜんめん 分析 ぶんせき 基 もと 因 いん 的 てき 功 こう 能 のう ,
元 もと 基 もと 因 いん 组学 (英 えい 语:Metagenomics ),又 また 译宏 ひろし 基 もと 因 いん 组学 、总体基 もと 因 いん 体 たい 学 がく ,是 ぜ 一 いち 门直接 ちょくせつ 取得 しゅとく 环境 中 ちゅう 所有 しょゆう 遗传物 ぶつ 质的研究 けんきゅう 。研究 けんきゅう 领域广泛,也可称 しょう 为环境 さかい 基 もと 因 いん 体 たい 学 がく 、生 なま 态基因 いん 体 たい 学 がく 或 ある 群落 ぐんらく 基 もと 因 いん 体 たい 学 がく 。在 ざい 早期 そうき 研究 けんきゅう 微生物 びせいぶつ 基 もと 因 いん 体 たい 必须将 はた 环境基 もと 因 いん DNA 或 ある RNA 克 かつ 隆 たかし 进入大 だい 肠杆菌 きん 体内 たいない ,利用 りよう 复制选殖方式 ほうしき ,分析 ぶんせき 在 ざい 自然 しぜん 环境中 ちゅう 复制选殖 特定 とくてい 基 もと 因 いん (通常 つうじょう 为16S rRNA )的 てき 多 た 样性。但 ただし 是 ぜ ,这样的 てき 工作 こうさく 表明 ひょうめい ,绝大多数 たすう 的 てき 微生物 びせいぶつ 生物 せいぶつ 多 た 样性已 やめ 被 ひ 基 もと 于复制 せい 选殖的 てき 方法 ほうほう 所 しょ 遗漏[ 3] 。最近 さいきん 的 てき 研究 けんきゅう 使用 しよう “霰弹枪”或 ある PCR 定 てい 向 こう 测序来 らい 获得来 き 自 じ 所有 しょゆう 样本社 ほんしゃ 区 く 所有 しょゆう 成 なり 员的所有 しょゆう 基 もと 因 いん 的 てき 大 だい 部分 ぶぶん 无偏差 さ 的 てき 样本基 もと 因 いん [ 4] 。由 よし 于其能 のう 够揭示 けいじ 以前 いぜん 隐藏的 てき 微生物 びせいぶつ 多 た 样性,总体基 もと 因 いん 体 たい 学 がく 提供 ていきょう 了 りょう 一个强大的镜头,用 よう 于观察微生物 せいぶつ 世界 せかい ,这些微生物 びせいぶつ 世界 せかい 有 ゆう 可能 かのう 彻底改 あらため 变对整 せい 个生命 いのち 世界 せかい 的 てき 理解 りかい [ 5] [ 6] 。
营养基 もと 因 いん 组学的 てき 研究 けんきゅう 方面 ほうめん 是 ぜ 检测和 かず 操 みさお 纵植物 しょくぶつ 中 ちゅう 的 てき 微量 びりょう 营养代 だい 谢途径 みち ,
学界 がっかい 常用 じょうよう 某 ぼう 特定 とくてい 物 ぶつ 种的DNA 序列 じょれつ 共 ども 享 とおる 人 ひと 类序列 じょれつ 的 てき 百 ひゃく 分 ふん 比 ひ 来 らい 表示 ひょうじ 相似 そうじ 性 せい 。该数字 すうじ 显示了 りょう 两物种之间碱基 もと 对相同 どう 的 てき 百分比 ひゃくぶんひ 。这里所 しょ 列 れつ 的 てき 是 ぜ 相 しょう 对于人 じん 类的遗传相似 そうじ 性 せい ,并列出 で 了 りょう 数 すう 据 すえ 来 らい 源 みなもと 。
这些数 すう 据 すえ 来 らい 源 みなもと 于不同 ふどう 的 てき 二 に 级数据 すえ 源 げん ,并用不同 ふどう 的 てき 方法 ほうほう 获得(例 れい 如DNA-DNA杂交 或 ある 序列 じょれつ 比 ひ 对 ),这可能 かのう 导致相 しょう 同 どう 物 もの 种间的 てき 比 ひ 较得到 いた 不同 ふどう 的 てき 结果。因 よし 此,这些数 すう 据 すえ 应该仅仅用作 ようさく 大 だい 致相似 そうじ 性 せい 。
基 もと 因 いん 组学已 やめ 经在许多领域,包括 ほうかつ 医学 いがく ,生物 せいぶつ 技 わざ 术 ,人 ひと 类学和 かず 其他社会 しゃかい 科学 かがく 提供 ていきょう 应用。
下 した 一 いち 代 だい 基 もと 因 いん 组技术允许临床 ゆか 医 い 生 せい 和 わ 生物 せいぶつ 医学 いがく 研究 けんきゅう 人 じん 员对于大量的 りょうてき 研究 けんきゅう 种群数量 すうりょう 大幅 おおはば 增加 ぞうか 收集 しゅうしゅう 的 てき 基 もと 因 いん 组数据 すえ 。也有 やゆう 越来 ごえく 越 えつ 多 た 的 てき 案 あん 例 れい 使用 しよう 基 もと 因 いん 组学所得 しょとく 到 いた 的 てき 数 すう 据 すえ 应用在 ざい 个人化 か 的 てき 治 ち 疗上。[ 7]
合成 ごうせい 生物 せいぶつ 学 がく 和 わ 生物 せいぶつ 工程 こうてい [ 编辑 ]
基 もと 因 いん 组学知 ち 识的增 ぞう 长,使 つかい 合成 ごうせい 生物 せいぶつ 学 がく 有 ゆう 越来 ごえく 越 えつ 多 た 的 てき 复杂的 てき 应用。
^ Sanger F, Air GM, Barrell BG, Brown NL, Coulson AR, Fiddes CA, Hutchison CA, Slocombe PM, Smith M. Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA. Nature. February 1977, 265 (5596): 687–95.
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