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生物信息学—基因组研究的有力工具(之四)
http://www.100md.com 2001年12月4日 科技日报
     五、完整基因组的比较研究

    在后基因组时代,完整基因组数据越来越多,有了这些资料人们就能对若干重大生物学问题进行分析研究,如:生命是从哪里起源的?生命是如何进化的?遗传密码是如何起源的?估计最小独立生活的生物体至少需要多少基因?这些基因是如何使生物体活起来的?等等。这些重大的问题只有在基因组水平上才能回答。举例来说,鼠和人的基因组大小相似,都含有约30亿碱基对,基因的数目也类似,且大部同源。可是鼠和人差异却如此之大,这是为什么?同样,有的科学家估计不同人种间基因组的差别仅为01%;人猿间差别约为1%。但他们表型间的差异十分显著。因此,这种差异不仅应从基因、DNA序列找原因,也应考虑到整个基因组、考虑染色体组织上的差异。这一工作开创了比较基因组学。

    科学家们发现:全部基因可以按照功能和系统发生分为若干类,其中包括与复制、转录、翻译、分子伴娘、能量产生、离子转运、各种代谢相关的基因。这一工作也为蛋白质分类提供了新的途径。同时,科学家们通过几个完整基因组的比较,统计出维持生命活动所需要的最少基因的个数为250个左右。同样,当我们比较鼠和人的基因组就会发现,尽管两者基因组大小和基因数目类似,但基因组的组织却差别很大。例如存在于鼠1号染色体上的基因已分布到人的1、2、5、6、8、13、18号7个染色体上了。研究表明在同一界中,某些核糖体蛋白排列顺序的差异能反映出物种间的亲缘关系,亲缘关系越近,基因排列顺序越接近。这样就可以通过比较基因的排列顺序来研究物种间的系统发育关系。
, 百拇医药
    我国从1998年开始就开展了微生物完整基因组的大规模测序和分析工作。现在正进行和已完成的有:我国自行鉴定的Thermotogales科的高温真细菌、泉生热袍菌;福氏痢疾杆菌;钩端螺旋体出血黄疸型赖株;表皮葡萄球菌;菊花黄单胞菌。我国科学家在完成人类基因组的1%测序工作的同时,最近又完成了具有43亿碱基对的水稻基因组的“工作草图”。这些数据将为我国在这一领域的研究提供最直接的素材。

    六、从功能基因组到系统生物学

    在不同的组织中表达基因的数目差别是很大的,脑中基因表达的数目最多,约有3-4万个转录子,有的组织中只有几十或几百个基因表达。同一组织在不同的个体生长发育阶段,表达基因的种类、数量也是不同的,有些基因是在幼年时期表达的,有些是中年阶段表达的,有些要到老年时期才表达。我们不仅需要了解基因的序列,还要了解基因的功能,也就是要了解在不同的时间、不同的组织中基因的表达谱。这就是通常所说的功能基因组研究。

    为了得到基因的表达谱,国际上在核酸和蛋白质两个层次上都发展了新技术。这就是在核酸层次上的基因芯片(或称DNA芯片)技术和在蛋白质层次上的大规模蛋白质分离和序列鉴定技术,也称蛋白质组技术。由于芯片上样品点的密度很大,可以达到每片几十万,因此表达谱数据挖掘和知识发现就成了该研究成功与否的关键。无论是生物芯片还是蛋白质组技术的发展,都更强烈地依赖于生物信息学的理论、技术与数据库。下一步,功能基因组研究将朝着复杂系统的方向发展,即:探讨生物系统中各部分、各层次的相互作用,从而进入系统生物学的领域。, 百拇医药(陈润生)
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