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)是指對基因組的作圖、測序及分析。隨著基因組計(jì)劃的深入研究，其研究內(nèi)容從由全基因組測序?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，對于一段DNA序列的功能分析我們可以簡單地利用軟件（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測序膠上，從而找出一對細(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，與直接測定cDNA克隆序列方法相比，減少了大量的重復(fù)測序，從而大大節(jié)省了研究時(shí)間和費(fèi)用。這種方法對正常、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)展形勢來看，無論是應(yīng)用于大量基因功能信息的獲得還是針對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。