CN1-植物蛋白质组讲议(第一章)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,植物蛋白质组学,崔娜,沈阳农业大学生物科学技术学院,植物蛋白质组学 崔娜,第一章 导论,第二章 蛋白质提取与样品制备,第三章 双向凝胶电泳,第四章 电泳图谱的图像分析,第五章 生物质谱技术与蛋白质鉴定,第六章 蛋白质组研究中的定量方法,第七章 蛋白质相互作用和蛋白质芯片,第八章 蛋白质组技术在植物科学中的应用,目 录,目 录,第一章 导论,第一章 导论,第一节 蛋白质组学研究的历史和背景,基因研究是,20,世纪生命科学的主线。,20,世纪的上半叶，以遗传学为代表，生命科学通过对基因分离、独立配对、连锁及化学属性等的研究，最后以作为遗传信息载体的,DNA,双螺旋结构的提出而告捷。,Chromosome,染色体,Karyotype,染色体组型,第一节 蛋白质组学研究的历史和背景基因研究是20世纪生,20,世纪下半叶，以分子生物学为代表，生命科学通过对基因复制、转录、翻译及遗传密码的分析与破译，最终以统一生命世界各层次、生命科学各分支的,“,中心法则,”,的问世而集成。,基因（,gene,）是,1909,年丹麦生物学家,W.Johannsen,根据希腊文,“,给予生命,”,之意创造的。,一个基因就是能够编码一个蛋白质分子的一个,DNA,或一个,RNA,片段,.,基因表达中的信息流,中心,法则（,The,C,entral,D,ogma,）,20 世纪下半叶，以分子生物学为代表，生命科学通过对,可与产生原子弹的曼哈顿工程和人类登月阿波罗飞行任务相媲美，是当前国际生物学、医学领域内一项引人注目的工程，是人类自然科学史上最重大的研究项目之一，将推动整个生命科学的发展。,人类基因组计划,人类基因组计划,20,世纪的三大科技工程之一,后基因组时代（,post genome era,）的到来,蛋白质组学是功能基因组学的核心内容,可与产生原子弹的曼哈顿工程和人类登月阿波罗飞行任务相媲美，是,人类基因组计划的启动,1985,年，美国能源部提出，要将共包含约,310,9,碱基对的人类基因组全部碱基序列分析清楚；,1986,年，美国宣布启动,“,人类基因组计划（,Human Genome Project,HGP,）,”,。,1990,年开始对人类,46,条染色体,5-10,万个基因作图和,30,亿碱基的,DNA,全序列的测序。,1994,年人基因组全套遗传连锁图发表。,1995,年全基因组覆盖率达,95%,。,人类基因组计划的启动1985年，美国能源部提出，要将共包含约,人类基因组计划的发展,1999,年,12,月,1,日，首条人类染色体完成测序，人类第,22,号染色体,DNA,全序列测定宣布完成。,2000,年,4,月,6,日，美国,Celera,遗传信息公司宣布，该公司已破译出一名实验者的完整遗传密码。,2000,年,5,月，科学家聚集美国冷泉港，宣布人类基因组草图,(,工作框架图,),的完成。,2003,年,4,月,14,日，中、美、日、德、法、英等,6,国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。,人类基因组计划的发展1999年12月1日，首条人类染色体完成,二,000,年六月二十六日克林顿宣布,人类基因组草图绘制完成,二000年六月二十六日克林顿宣布,六国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例,美国：,WASH,MIT,等,7,家研究中心，贡献率为,54,。,英国：,SANGER,一家研究中心，贡献率为,33,。,日本：,RIKEN,等两家研究中心，贡献率为,7,。,法国：,GENOSCOPE,研究中心，贡献率为,2.8,。,德国：,IMB,等,3,家研究中心，贡献率为,2.2,。,中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究,中心等三家，贡献率为,1,。,六国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例美国：WASH,首个中国人基因组图谱绘制完成,2007,年,10,月,11,日宣布成功绘制完成第一个完整中国人基因组图谱,(,又称“炎黄一号”,),，这也是第一个亚洲人全基因序列图谱。,该项目由来自深圳华大基因研究院、生物信息系统国家工程研究中心及中国科学院北京基因研究所的科学家共同发起并承担。,这项在基因组科学领域里程碑式的科学成果，对于中国乃至亚洲人的,DNA,、隐形疾病基因、流行病预测等领域的研究具有重要作用。,首个中国人基因组图谱绘制完成 2007年10月11日宣,人类基因组包括分布于人,46,条染色体的,30,000,35,000,个基因。,人类基因组计划最终目的是测定基因组的全部序列，弄清整个基因组的结构、功能及其表达产物，彻底了解人类生命活动本质。,人类基因组包括分布于人46条染色体的30,00035,00,人类基因组计划的具体任务可以概括为建立四张图谱,遗传图谱,物理图谱,序列图谱,转录图谱,人类基因组计划的具体任务可以概括为建立四张图谱 遗传图谱,遗传图谱（,genetic map,）又称连锁图谱,(linkage map),，它是以具有遗传多态性,（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于,1%,）,的遗传标记为,“,路标,”,，以遗传学距离,（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，,1%,的重组率称为,1cM,）,为图距的基因组图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。,遗传图谱,遗传图谱（genetic map）又称连锁图谱(linkag,物理图谱,物理图谱（,physical map,）是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的,DNA,分子进行测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。,物理图谱物理图谱（physical map）是指有关构成基因,序列图谱,随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。,DNA,序列分析技术是一个包括制备,DNA,片段化及碱基分析、,DNA,信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图谱,.,序列图谱 随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的,大规模基因组测序,Megabace,测序仪,3700,测序仪,大规模基因组测序 Megabace 测序仪3700 测序仪,晚疫病病菌会损害马铃薯的叶子和根茎，它在世纪导致爱尔兰大面积马铃薯绝收，约有万人因此死亡，还有数百万人因这一病虫害移居海外。据估算，这一病菌目前仍给全球农业造成每年约亿美元的损失。,一个国际科研小组,(,美英等多国研究人员,)2009,年,9,月日发布报告说，他们完成了对马铃薯晚疫病病菌的基因测序。,马铃薯晚疫病病菌基因测序结果显示，与同类生物相比，该病菌有大得出奇的基因图谱，其中都是由重复出现的“转位子”,(Transposon),组成。这是一个“疯狂”的比例，通常微生物基因图谱中有的“转位子”就已经很多了。“转位子”是具有特定功能的基因片段，它可以自我复制并在基因序列中四处移动，晚疫病病菌正是靠这些“转位子”的作用侵害马铃薯。晚疫病病菌基因如此演化是为了保持一个庞大的“武器库”，便于迅速适应环境变化。,一名马铃薯育种专家在评论上述成果时说，有时“好不容易费年时间培育出一种有抵抗力的新品种，晚疫病病菌却只用几年就把它打败”，现在掌握了该病菌的基因图谱和“武器库”特点，将有助于研发能有效对付它的基因手段。,晚疫病病菌会损害马铃薯的叶子和根茎，它在世纪,高等真核生物的开放阅读框架的确定；现有基因的识别技术只适用于原核生物或低等真核生物,生物基因组只能表达部分基因，而且表达的基因类型和程度随生物生存环境及内在状态有极大的差异,基因组计划无法告诉哪些基因在何时何地以何种程度表达,mRNA,本身存在着贮存、运转、降解、翻译调控及产物的翻译后的修饰加工。,调控蛋白的化学修饰不仅改变了蛋白的立体结构还改变了蛋白功能调节的功能基础，基因编码测序无法预测,基因是遗传信息的源头，而功能蛋白是基因功能的执行体,基因组计划的局限性,高等真核生物的开放阅读框架的确定；现有基因的识别技术只适用于,蛋白质是细胞赖以生存的各种代谢和调控功能的主要执行体,蛋白质是多种致病因子对机体作用最重要的靶分子,蛋白质是大多数药物的靶标及至直接的药靶,药靶是形成制药业的发展源头,20,世,90,年代中期 寻找治疗人类疾病新药的药靶共约,483,种，它们主要是蛋白质,全世界使用的,2000,多种药物，其中,85%,是针对此,483,种药靶,根据目前人类,100-150,种疾病，应有,3000-15000,种蛋白质具有靶标的可能。,蛋白质组学是功能基因组学的核心内容,蛋白质是细胞赖以生存的各种代谢和调控功能的主要执行体蛋白质组,蛋白质：药物设计的钥匙,近年来新型功能蛋白的不断发现，为人类征服癌症、艾滋病、帕金森氏症、老年痴呆症、糖尿病等开辟了光明前景。,日本国立癌症中心：乳铁蛋白具有预防大肠癌发生与,扩散的作用，计划从牛奶中提取它并制成抗癌药物。,上海药物所等单位：完成,SARS,病毒的,3,个关键蛋白的表,达，并进行了初步的验证。其中一种蛋白已用于,抗,SARS,病毒药物的体外筛选。,蛋白质：药物设计的钥匙近年来新型功能蛋白的不断发现，为人类征,O,Farrel PH,与,1975,年发现了二维电泳技术,蛋白质图象分析系统与软件以及大规模样品处理系统开发技术,80,年代出现的,Hillenkamp,发明的激光解吸质谱，,Fenn,设计的电喷雾质谱,建立了肽质量指纹图谱与肽序列标签等,蛋白质研究方法的突破,OFarrel PH与1975年发现了二维电泳技术蛋白质研,第二节 蛋白质组学的概念、技术路线及国内外现状,一、概念,PROTEOME,：,PROTE,in,与,gen,OME,的杂合,蛋白质组学是研究活细胞内基因组编码的全部蛋白质功能的科学。它是功能基因组学的“中流砥柱”，是联系基因组序列与细胞功能的重要学科。,Proteome,包括了一个基因组、一种生物或一种细胞,/,组织所表达的全套蛋白质。,一门交叉学科,物理学,数学,化学,计算机科学,生物信息学,基因组 转录组 蛋白组,第二节 蛋白质组学的概念、技术路线及国内外现状,二、蛋白质组研究的相关技术与技术路线,双向电泳技术、计算机图像分析与大规模数据处理技术和质谱技术,被称为蛋白质组研究的三大基本支撑技术。,图象分析系统，如,PDQUEST,、,Image Master,等,蛋白质鉴定方法：氨基酸组成分析、序列测定、肽质量指纹图（,PMF,）、相对分子量,高通量系统（,HTS,）与大规模样品处理机器人,数据库设置与检索系统,新型质谱技术，如,MALDI-TOF MS,，,ESI/MS/MS,二、蛋白质组研究的相关技术与技术路线,蛋白组研究的三个主要步骤：,Separation of individual proteins by 2-D polyacrylamide gel electrophoresis(2-D PAGE),Identification by mass spectrometry or N-terminal sequencing of individual proteins recovered from the gel,Storage,manipulation,and comparison of the data using bioinformatics,蛋白组研究的三个主要步骤：,生物学问题的提出,实验模型的设计,实验组和对照组样品的制备,蛋白样品的,IEF,和,PAGE,电泳分离,图像扫描和初步分析,感兴趣蛋白点的切取,胰酶对脱色后蛋白质的消化,质谱的多肽指纹图、微测序分析,质谱结果的生物信息学分析和比对,新蛋白质的发现,其它实验的进一步验证,蛋白信息的初步获得,生物学问题的提出实验模型的设计实验组和对照组样品的制备蛋