组学与医学ppt课件

组学与医学组学与医学组组学与医学学与医学1优选组学与医学优选组优选组学与医学学与医学2组组学与医学学与医学ppt课课件件3第一节第一节基因组学基因组学 Genomics第一第一节节基因基因组组学学 Genomics4基因基因组(genome)一一个个细胞胞（或或病病毒毒）所所载的的全全部部遗传信信息息，它它代代表表了了一一种种生生物物所所具具有有的的全全部部遗传信信息息。对真真核核生生物物体体而而言言，基基因因组是是指指一一套套完完整整单倍倍体体DNA（染染色色体体DNA）及及线粒粒体体或或叶叶绿体体DNA的的全全部部序序列列，既既有有编码序序列列，也也有有大大量量存存在在的的非非编码序列。序列。基因基因组组(genome)5基因基因组学学(genomics)是是阐明整个基因明整个基因组的的结构、构、结构与功能关系构与功能关系以及基因之以及基因之间相互作用的科学。相互作用的科学。一、基因组学包含结构基因组学、功能一、基因组学包含结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学基因组学和比较基因组学 基因基因组组学学(genomics)一、基因一、基因组组学包含学包含结结构基因构基因组组学、功学、功6基因基因组学包括学包括3个不同的个不同的亚领域域结构基因构基因组学学(structural genomics)功能基因功能基因组学学(functional genomics)比比较基因基因组学学(comparative genomics)基因基因组学概念学概念基因基因组组学包括学包括3个不同的个不同的亚领亚领域基因域基因组组学概念学概念7二、结构基因组学的主要任务是基因二、结构基因组学的主要任务是基因组作图和大规模测序组作图和大规模测序 结构构基基因因组学学(structural genomics)是是通通过HGP的的实施来完成的。施来完成的。HGP的的内内容容就就是是制制作作高高分分辨辨率率的的人人类遗传图和和物物理理图，最最终完完成成人人类和和其其它它重重要要模模式式生生物物全全部部基基因因组DNA序序列列测定定，因因此此HGP属属于于结构基因构基因组学范畴。学范畴。二、二、结结构基因构基因组组学的主要任学的主要任务务是基因是基因组组作作图图和大和大规规模模测测序序 结结构基因构基因8（一）遗传作图和物理作图是绘制人类基（一）遗传作图和物理作图是绘制人类基因组草图的重要策略因组草图的重要策略 1遗传作作图就是就是绘制制连锁图 遗传图（genetic map）又又称称连锁图（linkage map）。遗传作作图（genetic mapping）就就是是确确定定连锁的的遗传标志志位位点点在在一一条条染染色色体体上上的的排排列列顺序序以以及及它它们之之间的的相相对遗传距距离离，用用厘厘摩摩尔根根（centi-Morgan，cM）表表示示，当当两两个个遗传标记之之间的重的重组值为1%时，图距即距即为1 cM。（1）限制性片段）限制性片段长度多度多态性（性（RFLP）（2）可可变数目串数目串联重复序列（重复序列（VNTR）（3）单核苷酸多核苷酸多态性（性（SNP）（一）（一）遗传遗传作作图图和物理作和物理作图图是是绘绘制人制人类类基因基因组组草草图图的重要策略的重要策略 192物理作物理作图就是描就是描绘杂交交图、限制性、限制性酶切切图及克隆系及克隆系图 物理作物理作图包括：包括：荧光光原原位位杂交交图（fluorescent in situ hybridization map，FISH map）：将将荧光光标记的的探探针与与染染色色体体杂交确定分子交确定分子标记所在的位置；所在的位置；限限制制性性酶切切图（restriction map）；将将限限制制性性酶切切位点位点标定在定在DNA分子的相分子的相对位置；位置；克隆相克隆相连重叠群重叠群图（clone contig map）酵母人工染色体酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC）细菌人工染色体菌人工染色体（bacterial artificial chromosome，BAC）2物理作物理作图图就是描就是描绘杂绘杂交交图图、限制性、限制性酶酶切切图图及克隆系及克隆系图图 物理作物理作图图10 NMR：是当前代谢组学研究中的主要技术。聚糖结构，即结构信息；MetabonomicsMetabonomics转录组学（transcriptomics）是在整体水平上研究细胞编码基因转录情况及转录调控规律的科学。主成分分析法是模式识别方法。（三）糖组学与肿瘤的关系密切对真核生物体而言，基因组是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）及线粒体或叶绿体DNA的全部序列，既有编码序列，也有大量存在的非编码序列。高效、大规模的克隆双向测序；遗传作图（genetic mapping）就是确定连锁的遗传标志位点在一条染色体上的排列顺序以及它们之间的相对遗传距离，用厘摩尔根（centi-Morgan，cM）表示，当两个遗传标记之间的重组值为1%时，图距即为1 cM。酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC）这些小分子RNA包括snRNA、snoRNA、scRNA、催化性小RNA、siRNA、miRNA等。Transcriptomics 代谢物靶标分析：对某个或某几个特定组分的分析；3高通量测序技术大大加快了基因组DNA测序进度 可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；（二）通过（二）通过BAC克隆系、鸟枪法等完成大规克隆系、鸟枪法等完成大规模模DNA测序测序 1BAC克隆系的构建是大克隆系的构建是大规模模DNA测序的基序的基础 BAC是是一一种种装装载DNA大大片片段段的的克克隆隆载体体系系统，用用于于人人、动物物和和植植物物基基因因组文文库构构建建。BAC具具有有插插入入片片段段较大大（数数kb 数数百百 kb）、嵌嵌合合率率低低、遗传稳定性好、易于操作等定性好、易于操作等优点。点。NMR：是当前代：是当前代谢组谢组学研究中的主要技学研究中的主要技术术。（二）通。（二）通过过BA112鸟枪法是大法是大规模模DNA测序的重要方法序的重要方法 步步骤：建立高度随机、插入片段大小建立高度随机、插入片段大小为1.6 kb到到4 kb左右的左右的基因基因组文文库；高效、大高效、大规模的克隆双向模的克隆双向测序；序；序列序列组装（装（sequence assembly）：借助）：借助软件将所件将所测得的序列得的序列进行行组装，装，产生一定数量的相生一定数量的相连重叠群；重叠群；缺口填缺口填补：利用引物延伸或其他方法：利用引物延伸或其他方法对BAC克隆中克隆中还存在的缺口存在的缺口进行填行填补。3高通量高通量测序技序技术大大加快了基因大大加快了基因组DNA测序序进度度 2鸟枪鸟枪法是大法是大规规模模DNA测测序的重要方法序的重要方法 步步骤骤：建立高建立高12鸟枪法法测序的原理与策略序的原理与策略 鸟枪鸟枪法法测测序的原理与策略序的原理与策略 13（三）生物信息学是预测基因组结构和功能的（三）生物信息学是预测基因组结构和功能的重要手段重要手段 三大生物信息中心：三大生物信息中心：美国国家生物技美国国家生物技术信息中心（信息中心（NCBI，），）欧洲生物信息研究所（欧洲生物信息研究所（EBI，），）日本日本DNA数据数据库（DDBJ，），）GenBank（）是（）是NIH的基因序列数据的基因序列数据库，包含所有已，包含所有已知的核苷酸及蛋白知的核苷酸及蛋白质序列、以及与之相关的生物学信息和参序列、以及与之相关的生物学信息和参考文献，是世界上的考文献，是世界上的权威序列数据威序列数据库。（三）生物信息学是（三）生物信息学是预测预测基因基因组结组结构和功能的重要手段构和功能的重要手段 三大生物信三大生物信14三、功能基因组学系统探讨基因的三、功能基因组学系统探讨基因的活动规律活动规律 功能基因功能基因组学的主要研究内容包括基因学的主要研究内容包括基因组的的表达、基因表达、基因组功能注功能注释、基因、基因组表达表达调控网控网络及及机制的研究等。它从整体水平上研究一种机制的研究等。它从整体水平上研究一种组织或或细胞在同一胞在同一时间或同一条件下所表达基因的种或同一条件下所表达基因的种类、数量、功能及在基因数量、功能及在基因组中的定位，或同一中的定位，或同一细胞在胞在不同状不同状态下基因表达的差异。下基因表达的差异。三、功能基因三、功能基因组组学系学系统统探探讨讨基因的活基因的活动规动规律律 功能基因功能基因组组学的主要研学的主要研15（一）通过全基因组扫描鉴定（一）通过全基因组扫描鉴定DNA序列中的基因序列中的基因（二）通过（二）通过BLAST等程序搜索同源基因等程序搜索同源基因（三）通过实验设计验证基因功能（三）通过实验设计验证基因功能（四）通过转录组和蛋白质组描述基因表达模式（四）通过转录组和蛋白质组描述基因表达模式（一）通（一）通过过全基因全基因组扫组扫描描鉴鉴定定DNA序列中的基因序列中的基因（二）通（二）通过过BL16转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。一、基因组学包含结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学糖组学主要要回答4个方面的问题：HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。限制性酶切图（restriction map）；NMR：是当前代谢组学研究中的主要技术。以2-DE分离为核心的研究路线：混合蛋白首先通过2-DE分离，然后进行胶内酶解，再用质谱进行鉴定。代谢组学主要以生物体液为研究对象，如血样、尿样等，另外还可采用完整的组织样品、组织提取液或细胞培养液等进行研究。蛋白质组学研究的主要技术路线有两条：三、蛋白质相互作用研究是认识蛋白质功能的重要内容BAC具有插入片段较大（数kb数百 kb）、嵌合率低、遗传稳定性好、易于操作等优点。一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其生物学功能美国国家生物技术信息中心（NCBI，）（三）糖组学与肿瘤的关系密切脂组学所提供的方法能够监测患者与正常人之间的脂质变化，从中找到差异较大的脂质化合物，作为疾病早期诊断的指标。二、RNA组学研究非编码RNA的集合一、代谢组学的任务是分析生物/细胞代谢产物的全貌蛋白质-蛋白质相互作用是维持细胞生命活动的基本方式。（三）糖组学与肿瘤的关系密切第二节第二节 转转 录录 组组 学学Transcriptomics 转录组转录组学就是要学就是要阐阐明生物体或明生物体或细细胞在特定生理或病理状胞在特定生理或病理状态态下表达的所下表达的所17转录组（transcriptome）指生命）指生命单元元（通常是一种（通常是一种细胞）所能胞）所能转录出来的可直接参出来的可直接参与蛋白与蛋白质翻翻译的的mRNA（编码RNA）总和，而和，而其他所有非其他所有非编码RNA均可均可归为RNA组（RNome）。）。转录组学学（transcriptomics）是是在在整整体体水水平平上上研研究究细胞胞编码基基因因转录情情况况及及转录调控控规律的科学。律的科学。转录组转录组（transcriptome）指生命）指生命单单元（通常是一种元（通常是一种细细18一、转录组学研究全部一、转录组学研究全部mRNA的的表达及功能表达及功能 转录组学学就就是是要要阐明明生生物物体体或或细胞胞在在特特定定生生理理或或病病理理状状态下下表表达达的的所所有有种种类的的mRNA及及其其功功能能。目目前前，转录组学学研研究究的的侧重重点点涉涉及及基基因因转录的的区区域域、转录因因子子结合合位位点点、染色染色质修修饰点、点、DNA甲基化位点等。甲基化位点等。转录组研究的主要技术：转录组研究的主要技术：微微阵列（列（microarray）基因表达系列分析（基因表达系列分析（SAGE）大大规模平行信号模平行信号测序系序系统（MPSS）一、一、转录组转录组学研究全部学研究全部mRNA的表达及功能的表达及功能 转录组转录组学就是要学就是要阐阐明明19二、二、RNA组学研究非编码组学研究非编码RNA的集合的集合 除除了了mRNA以以外外，细胞胞内内还存存在在着着许多多其其他他种种类的的小小分分子子RNA，研研究究它它们的的种种类、时空空表表达达情情况况及及其其生生物物学学意意义便便是是RNA组学学的的范范畴畴。这些些小小分分子子RNA包包括括snRNA、snoRNA、scRNA、催催化化性性小小RNA、siRNA、miRNA等等。这些些调控控型型小小分分子子非非编码RNA，在在基基因因的的转录和和翻翻译、细胞胞分分化化和和个个体体发育育、遗传和和表表观遗传等等生生命命活活动中中发挥重重要要的的组织和和调控控作作用用,从从而而形形成成了了细胞胞中中高高度度复复杂的的RNA网网络。二、二、RNA组组学研究非学研究非编码编码RNA的集合的集合 除了除了mRNA以外，以外，细细胞胞20第三节第三节蛋蛋 白白 质质 组组 学学 Proteomics 第三第三节节Proteomics 21蛋蛋白白质组学学（proteomics）以以细胞胞、组织或或机机体体在在特特定定时间和和空空间上上表表达达的的所所有有蛋蛋白白质即即蛋蛋白白质组（proteome）为研研究究对象象，分分析析细胞胞内内动态变化化的的蛋蛋白白质组成成、表表达达水水平平与与修修饰状状态，了了解解蛋蛋白白质之之间的的相相互互作作用用与与联系系，并并在在整整体体水水平平上上研研究究蛋蛋白白质调控控的的活活动规律律，故故又又称称为全全景景式式蛋蛋白白质表表达达谱（global protein expression profile）分析。）分析。蛋白蛋白质组质组学（学（proteomics）以）以细细胞、胞、组织组织或机体在特定或机体在特定时时22蛋白蛋白质组研究相关的数据研究相关的数据库 蛋白序列数据蛋白序列数据库（SWISS-PROT/TrEMBL；）、；）、基因序列数据基因序列数据库（GenBank，EMBL；，）、；，）、蛋白蛋白质模式数据模式数据库（Prosite；）、；）、蛋白蛋白质二二维凝胶凝胶电泳数据泳数据库、蛋白、蛋白质三三维结构数据构数据库（PDB，；，；FSSP，），），蛋白翻蛋白翻译后修后修饰数据数据库（O-GLYCBASE，），）蛋白蛋白质组质组研究相关的数据研究相关的数据库库 蛋白序列数据蛋白序列数据库库（SWISS-PRO23一、蛋白质组学研究细胞内所有蛋白质一、蛋白质组学研究细胞内所有蛋白质的组成及其活动规律的组成及其活动规律 蛋蛋白白质组学学的的研研究究主主要要涉涉及及两两个个方方面面：一一是是蛋蛋白白质组表表 达达 模模 式式 的的 研研 究究，即即 结 构构 蛋蛋 白白 质 组 学学（structural proteomics）；二二是是蛋蛋白白质组功功能能模模式式的的研研究究，即即功功能能蛋蛋白白质组学（学（functional proteomics）。）。（一）蛋白质鉴定是蛋白质组学的基本任务（一）蛋白质鉴定是蛋白质组学的基本任务（二）翻译后修饰的鉴定有助于蛋白质功能的阐明（二）翻译后修饰的鉴定有助于蛋白质功能的阐明（三）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的（三）蛋白质功能确定是蛋白质组学的根本目的 一、蛋白一、蛋白质组质组学研究学研究细细胞内所有蛋白胞内所有蛋白质质的的组组成及其活成及其活动规动规律律 蛋白蛋白质质24 可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；鸟枪法测序的原理与策略BAC具有插入片段较大（数kb数百 kb）、嵌合率低、遗传稳定性好、易于操作等优点。是阐明整个基因组的结构、结构与功能关系以及基因之间相互作用的科学。GenBank（）是NIH的基因序列数据库，包含所有已知的核苷酸及蛋白质序列、以及与之相关的生物学信息和参考文献，是世界上的权威序列数据库。蛋白质模式数据库（Prosite；转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；二、结构基因组学的主要任务是基因组作图和大规模测序转录组（transcriptome）指生命单元（通常是一种细胞）所能转录出来的可直接参与蛋白质翻译的mRNA（编码RNA）总和，而其他所有非编码RNA均可归为RNA组（RNome）。Transcriptomics一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其生物学功能蛋白翻译后修饰数据库（O-GLYCBASE，）糖基化功能，即功能信息。脂质主要从细胞、血浆、组织等样品中提取。序列组装（sequence assembly）：借助软件将所测得的序列进行组装，产生一定数量的相连重叠群；（二）质谱技术是蛋白质组鉴定的重要工具糖组学（glycomics）侧重于糖链组成及其功能的研究，其主要研究对象为聚糖，具体内容包括研究糖与糖之间、糖与蛋白质之间、糖与核酸之间的联系和相互作用。代谢谱分析：对一系列预先设定的目标代谢物进行定量分析；（三）糖组学与肿瘤的关系密切这些小分子RNA包括snRNA、snoRNA、scRNA、催化性小RNA、siRNA、miRNA等。二、二维电泳和质谱是蛋白质组学二、二维电泳和质谱是蛋白质组学研究的常规技术研究的常规技术 二二维凝凝胶胶电泳泳（2-DE）技技术、质谱（MS）技技术以以及及大大规模数据模数据处理仍然是蛋白理仍然是蛋白质组学的三大基本支撑技学的三大基本支撑技术。蛋白质组学研究的主要技术路线有两条：蛋白质组学研究的主要技术路线有两条：以以2-DE分分离离为核核心心的的研研究究路路线：混混合合蛋蛋白白首首先先通通过2-DE分离，然后分离，然后进行胶内行胶内酶解，再用解，再用质谱进行行鉴定。定。以以色色谱分分离离为核核心心的的技技术路路线：混混合合蛋蛋白白先先进行行酶解解，经色色谱或或多多维色色谱分分离离后后，对肽段段进行行串串联质谱分分析析以以实现蛋白的蛋白的鉴定。定。可能糖基化位点中可能糖基化位点中实际实际被糖基化的位点；二、二被糖基化的位点；二、二维电维电泳和泳和质谱质谱是是25（一）二维电泳是分离蛋白质组的有效方法（一）二维电泳是分离蛋白质组的有效方法 2-DE是是分分离离蛋蛋白白质组最最基基本本的的工工具具，其其原原理理是是蛋蛋白白质在在高高压电场作作用用下下先先进行行等等电聚聚焦焦（isoelectric focusing，IEF）电泳泳，利利用用蛋蛋白白质分分子子的的等等电点点不不同同使使蛋蛋白白质得得以以分分离离；随随后后进行行SDS-聚聚丙丙烯酰胺胺凝凝胶胶电泳泳（SDS-PAGE），按按蛋白蛋白质分子量的大小分子量的大小进行分离。行分离。（一）二（一）二维电维电泳是分离蛋白泳是分离蛋白质组质组的有效方法的有效方法 2-DE是分离蛋白是分离蛋白质质26蛋白蛋白质的二的二维电泳泳 蛋白蛋白质质的二的二维电维电泳泳 27（二）质谱技术是蛋白质组鉴定的重要工具（二）质谱技术是蛋白质组鉴定的重要工具 1用用肽质量指量指纹图谱鉴定蛋白定蛋白质 2用串用串联质谱鉴定蛋白定蛋白质 蛋蛋白白质经过酶解解成成肽段段后后，获得得所所有有肽段段的的分分子子质量量，形形成成一一个个特特异异的的肽质量量指指纹图谱（PMF），通通过数数据据库搜搜索与比索与比对，便可确定待分析蛋白，便可确定待分析蛋白质分子的性分子的性质。用用PMF方方法法不不能能鉴定定的的蛋蛋白白质可可通通过质谱技技术获得得该蛋蛋白白质一一段段或或数数段段多多肽的的串串联质谱（MS/MS）信信息息并并通通过数据数据库检索来索来鉴定定该蛋白蛋白质。（二）（二）质谱质谱技技术术是蛋白是蛋白质组鉴质组鉴定的重要工具定的重要工具 1用用肽质肽质量指量指纹图谱纹图谱28蛋白蛋白质的的质谱分析分析 蛋白蛋白质质的的质谱质谱分析分析 29三、蛋白质相互作用研究是认识蛋白三、蛋白质相互作用研究是认识蛋白质功能的重要内容质功能的重要内容 蛋白蛋白质-蛋白蛋白质相互作用是相互作用是维持持细胞生命活胞生命活动的的基本方式。基本方式。研究蛋白研究蛋白质相互作用常用的方法有酵母双相互作用常用的方法有酵母双杂交、交、亲和和层析、免疫共沉淀、蛋白析、免疫共沉淀、蛋白质交交联、荧光共振能光共振能量量转移（移（FRET）等。）等。三、蛋白三、蛋白质质相互作用研究是相互作用研究是认识认识蛋白蛋白质质功能的重要内容功能的重要内容 蛋白蛋白质质-蛋蛋30第四节第四节代代 谢谢 组组 学学Metabonomics 第四第四节节Metabonomics 31代代谢组学学（metabonomics）就就是是测定定一一个个生生物物/细胞胞中中所所有有的的小小分分子子（Mr 1 000 d）组成成，描描绘其其动态变化化规律律，建建立立系系统代代谢图谱，并确定，并确定这些些变化与生物化与生物过程的程的联系。系。代代谢组谢组学（学（metabonomics）就是）就是测测定一个生物定一个生物/细细胞中胞中32一、代谢组学的任务是分析生物一、代谢组学的任务是分析生物/细胞细胞代谢产物的全貌代谢产物的全貌 代谢组学分为四个层次：代谢组学分为四个层次：代代谢物物靶靶标分分析析：对某某个个或或某某几几个个特特定定组分分的的分分析；析；代代谢谱分分析析：对一一系系列列预先先设定定的的目目标代代谢物物进行定量分析；行定量分析；代代谢组学学：对某某一一生生物物或或细胞胞所所有有代代谢物物进行行定定性和定量分析；性和定量分析；代代谢指指纹分分析析：不不分分离离鉴定定具具体体单一一组分分，而而是是对代代谢物整体物整体进行高通量的定性分析。行高通量的定性分析。一、代一、代谢组谢组学的任学的任务务是分析生物是分析生物/细细胞代胞代谢产谢产物的全貌物的全貌 代代谢组谢组学分学分33代代谢组学主要以生物体液学主要以生物体液为研究研究对象，如象，如血血样、尿、尿样等，另外等，另外还可采用完整的可采用完整的组织样品、品、组织提取液或提取液或细胞培养液等胞培养液等进行研究。行研究。代代谢组谢组学主要以生物体液学主要以生物体液为为研究研究对对象，如血象，如血样样、尿、尿样样等，另外等，另外还还可采可采34二、核磁共振、色谱及质谱是代谢组学二、核磁共振、色谱及质谱是代谢组学的主要分析工具的主要分析工具 NMR：是当前代：是当前代谢组学研究中的主要技学研究中的主要技术。代。代谢组学学中常用的中常用的NMR谱是是氢谱（1H-NMR）、碳）、碳谱（13C-NMR）及磷）及磷谱（31P-NMR）；）；MS：按：按质荷比（荷比（m/z）进行各种代行各种代谢物的定性或定量分物的定性或定量分析，可得到相析，可得到相应的代的代谢产物物谱；色色谱-质谱联用技用技术：这种种联用技用技术使使样品的分离、定性、品的分离、定性、定量一次完成，具有定量一次完成，具有较高的灵敏度和高的灵敏度和选择性。性。目前常用的目前常用的联用技用技术包括气相色包括气相色谱-质谱联用用（GC-MS）和液相色）和液相色谱-质谱联用（用（LC-MS）。）。二、核磁共振、色二、核磁共振、色谱谱及及质谱质谱是代是代谢组谢组学的主要分析工具学的主要分析工具 NM35代代谢组学研究的技学研究的技术系系统及手段及手段 代代谢组谢组学研究的技学研究的技术术系系统统及手段及手段 36三、代谢组学数据依赖模式识别技术三、代谢组学数据依赖模式识别技术进行分析进行分析 代代谢组学学所所得得信信息息可可利利用用模模式式识别技技术进行行数数据据分分析析，以以达达到到对样本本分分类或或判判别的的目目的的，包包括无括无监督模式督模式识别和有和有监督模式督模式识别两两类。三、代三、代谢组谢组学数据依学数据依赖赖模式模式识别识别技技术进术进行分析行分析 代代谢组谢组学所得信息可学所得信息可37无无监督方法主要用于采用原始督方法主要用于采用原始谱图信息或信息或预处理后的信息理后的信息对样本本进行行归类。应用最广泛的是用最广泛的是主成分分析（主成分分析（PCAPCA）和聚）和聚类分析。分析。有有监督的方法包括人工神督的方法包括人工神经网网络（ANNs）、）、偏最小二乘（偏最小二乘（PLS）、判）、判别函数分析（函数分析（DFA）等。）等。主成分分析法是模式主成分分析法是模式识别方法。通方法。通过将分散于一将分散于一组变量上的信息集中于几个量上的信息集中于几个综合指合指标上，利用主上，利用主成分描述机体代成分描述机体代谢的的变化情况。化情况。无无监监督方法主要用于采用原始督方法主要用于采用原始谱图谱图信息或信息或预处预处理后的信息理后的信息对样对样本本进进行行38第五节第五节其其 他他 组组 学学 第五第五节节39一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其一、糖组学研究生命体聚糖多样性及其生物学功能生物学功能 糖糖组学学（glycomics）侧重重于于糖糖链组成成及及其其功功能能的的研研究究，其其主主要要研研究究对象象为聚聚糖糖，具具体体内内容容包包括括研研究究糖糖与与糖糖之之间、糖糖与与蛋蛋白白质之之间、糖糖与与核核酸之酸之间的的联系和相互作用。系和相互作用。一、糖一、糖组组学研究生命体聚糖多学研究生命体聚糖多样样性及其生物学功能性及其生物学功能 糖糖组组学（学（gly40（一）糖组学分为结构糖组学与功能糖组学（一）糖组学分为结构糖组学与功能糖组学两个分支两个分支 糖糖组（glycome）指指单个个个个体体的的全全部部聚聚糖糖，糖糖组学学则对糖糖组（主主要要针对糖糖蛋蛋白白）进行行全全面面的的分分析析研研究究，包包括括结构构和和功功能能两两方方面面内内容容，可可为结构构糖糖组学学（structural glycomics）和和功功能能糖糖组学学（functional glycomics）两两个个分支。分支。糖糖组学主要要回答学主要要回答4个方面的个方面的问题：什么基因什么基因编码糖蛋白，即基因信息；糖蛋白，即基因信息；可能糖基化位点中可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；被糖基化的位点；聚糖聚糖结构，即构，即结构信息；构信息；糖基化功能，即功能信息。糖基化功能，即功能信息。（一）糖（一）糖组组学分学分为结为结构糖构糖组组学与功能糖学与功能糖组组学两个分支学两个分支 糖糖组组（gly41（二）色谱分离（二）色谱分离/质谱鉴定和糖微阵列技术质谱鉴定和糖微阵列技术是糖组学研究的主要技术是糖组学研究的主要技术 1色色谱分离与分离与质谱鉴定技定技术 2糖微糖微阵列技列技术 3生物信息学生物信息学 糖糖微微阵列列技技术是是生生物物芯芯片片中中的的一一种种，是是将将带有有氨氨基基的的各各种种聚聚糖糖共共价价连接接在在包包被被有有化化学学反反应活活性性表表面面的的玻玻璃璃芯芯片片上上，一一块芯芯片片上上可可排排列列200种种以以上上的的不不同同糖糖结构构，几几乎乎涵盖了全部末端糖的主要涵盖了全部末端糖的主要类型。型。（二）色（二）色谱谱分离分离/质谱鉴质谱鉴定和糖微定和糖微阵阵列技列技术术是糖是糖组组学研究的主要技学研究的主要技术术42（三）糖组学与肿瘤的关系密切（三）糖组学与肿瘤的关系密切 已已报道道有有多多种种血血清清糖糖蛋蛋白白可可作作为肾细胞胞癌癌、乳乳腺腺癌癌、结直直肠癌癌等等的的标记物物；糖糖基基化化改改变普普遍遍存存在在于于肿瘤瘤的的发生生、发展展过程程中中，分分析析糖糖基基化化修修饰对于于深深入入研研究究肿瘤瘤的的发生生机机制制及及诊断断治治疗有有着着重重要要的的价价值；糖糖基基化化差差异异也也可可用用于于构构建建特特异异的的多多糖糖类癌癌症症疫疫苗苗，以以发展展新新的的免免疫疫治治疗策略。策略。（三）糖（三）糖组组学与学与肿肿瘤的关系密切瘤的关系密切 已已报报道有多种血清糖蛋白可作道有多种血清糖蛋白可作为肾为肾43二、脂组学揭示生命体脂质多样性及二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控其代谢调控 脂脂组学学（lipidomics）就就是是对生生物物样本本中中脂脂质进行行全全面面系系统的的分分析析，从从而而揭揭示示其其在在生命活生命活动和疾病中和疾病中发挥的作用。的作用。二、脂二、脂组组学揭示生命体脂学揭示生命体脂质质多多样样性及其代性及其代谢调谢调控控 脂脂组组学（学（lipi44（3）单核苷酸多态性（SNP）GenBank（）是NIH的基因序列数据库，包含所有已知的核苷酸及蛋白质序列、以及与之相关的生物学信息和参考文献，是世界上的权威序列数据库。一、基因组学包含结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学 以2-DE分离为核心的研究路线：混合蛋白首先通过2-DE分离，然后进行胶内酶解，再用质谱进行鉴定。转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。基因组学包括3个不同的亚领域功能基因组学(functional genomics)可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；是阐明整个基因组的结构、结构与功能关系以及基因之间相互作用的科学。代谢组学研究的技术系统及手段Metabonomics 糖基化功能，即功能信息。遗传图（genetic map）又称连锁图（linkage map）。蛋白质组学的研究主要涉及两个方面：一是蛋白质组表达模式的研究，即结构蛋白质组学（structural proteomics）；三、代谢组学数据依赖模式识别技术进行分析（二）翻译后修饰的鉴定有助于蛋白质功能的阐明一、蛋白质组学研究细胞内所有蛋白质的组成及其活动规律这些小分子RNA包括snRNA、snoRNA、scRNA、催化性小RNA、siRNA、miRNA等。（一）蛋白质鉴定是蛋白质组学的基本任务微阵列（microarray）（一）脂组学是代谢组学的一个分支（一）脂组学是代谢组学的一个分支 脂脂组学学的的研研究究内内容容为生生物物体体内内的的所所有有脂脂质分分子子，并并以以此此为依依据据推推测与与脂脂质作作用用的的生生物物分分子子的的变化化，揭揭示示脂脂质在在各各种种生生命命活活动中中的的重重要要作作用用机机制制。通通过研研究究脂脂质提提取取物物，可可获得得脂脂质组（lipidome）的的信信息，了解在特定生理和病理状息，了解在特定生理和病理状态下脂下脂质的整体的整体变化。化。（3）单单核苷酸多核苷酸多态态性（性（SNP）（一）脂）（一）脂组组学是代学是代谢组谢组学的一个分学的一个分45（二）脂组学研究的三大步骤（二）脂组学研究的三大步骤分离、分离、鉴定和数据库检索鉴定和数据库检索1样品分离品分离 2脂脂质鉴定定 3数据数据库检索索 脂脂质主要从主要从细胞、血胞、血浆、组织等等样品中提取。品中提取。常常规的的技技术有有薄薄层色色谱、气气相相色色谱-质谱联用用、电喷雾质谱、液液相相色色谱-质谱联用用、高高效效液液相相色色谱-芯芯片片-质谱联用用、超超高高效效液液相相色色谱-质谱联用用、超超高高效效液液相相色色谱-傅傅立立叶叶变换质谱联用等。用等。（二）脂（二）脂组组学研究的三大步学研究的三大步骤骤分离、分离、鉴鉴定和数据定和数据库检库检索索1样样品品46（三）脂组学促进脂质生物标志物的发现和疾（三）脂组学促进脂质生物标志物的发现和疾病诊断病诊断 发现疾病相关的疾病相关的诊断断标志物是志物是进行疾病行疾病诊断断的关的关键。脂。脂组学所提供的方法能学所提供的方法能够监测患者与正患者与正常人之常人之间的脂的脂质变化，从中找到差异化，从中找到差异较大的脂大的脂质化合物，作化合物，作为疾病早期疾病早期诊断的指断的指标。溶血磷脂酸在卵巢癌的溶血磷脂酸在卵巢癌的诊断中表断中表现出高度的出高度的敏感性和特异性，能敏感性和特异性，能够作作为早期早期诊断卵巢癌及断卵巢癌及术后随后随访的生物学的生物学标志物。志物。（三）脂（三）脂组组学促学促进进脂脂质质生物生物标标志物的志物的发现发现和疾病和疾病诊诊断断 发现发现疾病相关疾病相关47第六节第六节组学在医学上的应用组学在医学上的应用第六第六节节48（三）生物信息学是预测基因组结构和功能的重要手段二是蛋白质组功能模式的研究，即功能蛋白质组学（functional proteomics）。二、RNA组学研究非编码RNA的集合主成分分析法是模式识别方法。三、蛋白质相互作用研究是认识蛋白质功能的重要内容Proteomics转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。（三）糖组学与肿瘤的关系密切2用串联质谱鉴定蛋白质遗传作图（genetic mapping）就是确定连锁的遗传标志位点在一条染色体上的排列顺序以及它们之间的相对遗传距离，用厘摩尔根（centi-Morgan，cM）表示，当两个遗传标记之间的重组值为1%时，图距即为1 cM。基因组(genome)HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。基因组学包括3个不同的亚领域应用最广泛的是主成分分析（PCA）和聚类分析。聚糖结构，即结构信息；一、基因组学包含结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学（二）质谱技术是蛋白质组鉴定的重要工具Metabonomics酵母人工染色体（yeast artificial chromosome，YAC）溶血磷脂酸在卵巢癌的诊断中表现出高度的敏感性和特异性，能够作为早期诊断卵巢癌及术后随访的生物学标志物。代谢组学（metabonomics）就是测定一个生物/细胞中所有的小分子（Mr1 000 d）组成，描绘其动态变化规律，建立系统代谢图谱，并确定这些变化与生物过程的联系。（一）蛋白质鉴定是蛋白质组学的基本任务转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。以色谱分离为核心的技术路线：混合蛋白先进行酶解，经色谱或多维色谱分离后，对肽段进行串联质谱分析以实现蛋白的鉴定。通过研究脂质提取物，可获得脂质组（lipidome）的信息，了解在特定生理和病理状态下脂质的整体变化。2用串联质谱鉴定蛋白质 聚糖结构，即结构信息；代谢指纹分析：不分离鉴定具体单一组分，而是对代谢物整体进行高通量的定性分析。可能糖基化位点中实际被糖基化的位点；（四）通过转录组和蛋白质组描述基因表达模式应用最广泛的是主成分分析（PCA）和聚类分析。蛋白质组学的研究主要涉及两个方面：一是蛋白质组表达模式的研究，即结构蛋白质组学（structural proteomics）；糖组学主要要回答4个方面的问题：转录组学就是要阐明生物体或细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA及其功能。Metabonomics无监督方法主要用于采用原始谱图信息或预处理后的信息对样本进行归类。细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome，BAC）常规的技术有薄层色谱、气相色谱-质谱联用、电喷雾质谱、液相色谱-质谱联用、高效液相色谱-芯片-质谱联用、超高效液相色谱-质谱联用、超高效液相色谱-傅立叶变换质谱联用等。用PMF方法不能鉴定的蛋白质可通过质谱技术获得该蛋白质一段或数段多肽的串联质谱（MS/MS）信息并通过数据库检索来鉴定该蛋白质。一、疾病基因组学阐明疾病发病机制一、疾病基因组学阐明疾病发病机制 （一）定位克隆技术是发现和鉴定疾病基因的（一）定位克隆技术是发现和鉴定疾病基因的重要手段重要手段 定定位位候候选克克隆隆是是将将疾疾病病相相关关位位点点定定位位于于某某一一染染色色体体区区域域后后，根根据据该区区域域的的基基因因、EST或或模模式式生生物物所所对应的的同同源源区区的的已已知知基基因因等等有有关关信信息息，直直接接进行行基基因因突突变筛查，经过多多次次重重复复，可可最最终确确定定疾疾病病相相关基因。关基因。（三）生物信息学是（三）生物信息学是预测预测基因基因组结组结构和功能的重要手段（一）蛋白构和功能的重要手段（一）蛋白质质49