趙先萍（山西省畜牧獸醫(yī)學(xué)校 030024）

功能基因組學(xué)的研究方法及發(fā)展前景

趙先萍（山西省畜牧獸醫(yī)學(xué)校 030024）

隨著基因組學(xué)的發(fā)展，基因組學(xué)的研究已經(jīng)由全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)轉(zhuǎn)向以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)研究，功能基因組學(xué)時(shí)代對(duì)于基于功能的研究也由單一基因轉(zhuǎn)向大規(guī)模、批量分析。本文主要從基因功能的基本知識(shí)，功能基因組學(xué)研究方法及應(yīng)用前景三個(gè)方面進(jìn)行論述。

基因組學(xué)；結(jié)構(gòu)基因組學(xué)；功能基因組學(xué)

基因組學(xué)是Thomas和Roderick于1986年提出來的，當(dāng)時(shí)是指對(duì)基因組的作圖、測(cè)序及分析。隨著基因組計(jì)劃的深入研究，其研究?jī)?nèi)容從由全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)轉(zhuǎn)向以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)。

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)階段主要研究基因組遺傳排列方式，將生物全部的遺傳信息以遺傳標(biāo)記、DNA片段或核酸序列的形式展現(xiàn)出來。這些成果為科學(xué)家進(jìn)一步了解基因的功能奠定了基礎(chǔ)。

功能基因組學(xué)研究的基本策略是將基因和蛋白質(zhì)的研究從單個(gè)的研究擴(kuò)展到以系統(tǒng)的方式對(duì)生物體內(nèi)所有基因和蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)所積累的數(shù)據(jù)，從中得到有價(jià)值的信息，闡述DNA序列的功能。所以本文主要從基因功能的基本知識(shí)，功能基因組學(xué)的研究方法及應(yīng)用前景三個(gè)方面進(jìn)行論述。

1 基因功能的基本知識(shí)

基因的功能主要包括：生物化學(xué)功能、細(xì)胞學(xué)功能、發(fā)育的功能。當(dāng)然，對(duì)于一段DNA序列的功能分析我們可以簡(jiǎn)單地利用軟件（如BLASTNn和BLASTx）與GenBank中公布的基因序列進(jìn)行同源性比較。

2 功能基因組學(xué)的研究方法

基因的時(shí)空差異表達(dá)是有機(jī)體發(fā)育、分化、衰老和抗逆等生命現(xiàn)象的分子基礎(chǔ)?；蛟诓煌M織、不同器官以及不同環(huán)境條件下的差異表達(dá)特征為基因的功能提供了重要的信息。所以基因差異表達(dá)的分析有著重要的意義，其研究方法也相當(dāng)重要。下面就簡(jiǎn)單介紹幾種功能基因組學(xué)的研究方法。

2.1 差異顯示反轉(zhuǎn)錄PCR技術(shù)

差異顯示反轉(zhuǎn)錄PCR（DDRT-PCR）技術(shù)是由Liang和Pardee發(fā)明的，它是以分子生物學(xué)上最廣泛應(yīng)用的兩種技術(shù)PCR和聚丙烯酰胺凝膠泳為基礎(chǔ)。其基本原理是：以一對(duì)細(xì)胞（或組織）的總RNA反轉(zhuǎn)錄而成的cDNA為模板，利用PCR的高效擴(kuò)增，通過5'端與3'端引物的合理設(shè)計(jì)和組合，將細(xì)胞（或組織）中表達(dá)的約15000種基因片段直接顯示在DNA測(cè)序膠上，從而找出一對(duì)細(xì)胞（或組織）中表達(dá)有差異的cDNA片段。

2.2 基因表達(dá)系列分析

基因表達(dá)系列分析（Serial analysis of gene expression，SAGE）是由Velculescu及其同事于1995年建立的一種快速高效地分析轉(zhuǎn)錄物的實(shí)驗(yàn)方法。利用SAGE可以在短期內(nèi)得到豐富的表達(dá)信息，與直接測(cè)定cDNA克隆序列方法相比，減少了大量的重復(fù)測(cè)序，從而大大節(jié)省了研究時(shí)間和費(fèi)用。這種方法對(duì)正常、癌基因旁、癌組織中基因的差異表達(dá)研究方面還有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，有助于發(fā)現(xiàn)腫瘤特異基因。

2.3 微陣列分析

微陣列（Microarray）包括 cDNA微陣列（cDNA microarray）和DNA芯片（DNA chips），該技術(shù)是近年來發(fā)展來的又一新的分子生物學(xué)研究工具。其基本原理是：將成千上萬條DNA片段[1q`cDNA、表達(dá)序列標(biāo)簽（Expressed sequence tag，EST）或特異性的寡核甘酸片段]按橫行縱列有序地點(diǎn)樣在固相支持物上，固相支持物為硝酸纖維膜或尼龍膜時(shí)，稱為微陣列。

2.4 反義RNA

反義RNA是能與靶RNA互補(bǔ)配對(duì)的小分子RNA，用來定點(diǎn)分析某一段DNA片斷（基因）的功能。先分離該片斷的mRNA，合成其mRNA的互補(bǔ)RNA即反RNA，再加上啟動(dòng)子等表達(dá)必需元件，插入T-DNA，轉(zhuǎn)化到植株中，合成的“基因”就會(huì)在植株中表達(dá)，表現(xiàn)出“性狀”。反義RNA通過與靶RNA堿基配對(duì)的結(jié)合方式可在DNA復(fù)制水平、轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平上參與基因表達(dá)調(diào)控。

3 功能基因組學(xué)的發(fā)展前景

就目前功能基因組學(xué)的發(fā)展形勢(shì)來看，無論是應(yīng)用于大量基因功能信息的獲得還是針對(duì)特定基因的研究方面綜上所述的各項(xiàng)技術(shù)都取得了突破性的進(jìn)展。但隨著研究的深入，對(duì)其精確性和準(zhǔn)確性的要求越來越高，各項(xiàng)技術(shù)也都存在一些尚待解決的問題。因而我們可將各種方法揚(yáng)長(zhǎng)避短，綜合應(yīng)用到功能基因組學(xué)的研究中來獲取突破。與此同時(shí)，也必須不斷完善現(xiàn)有技術(shù)以及探索發(fā)展新的技術(shù)使我們?nèi)婵陀^地了解基因功能，進(jìn)而更好地改造生物性狀服務(wù)于人類社會(huì)。

趙先萍（1970-），女，山西省太原市人，研究生，畜牧師，現(xiàn)主要從事畜牧獸醫(yī)教學(xué)及研究工作。