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基因功能的研究方法

发布时间:2022-01-10 08:48:42

如何完整的研究一个基因的功能

这个问题可大了。我觉得每个人能说一部分,但是说全了太难了,遗传学的研究方法足以写一本书。我想到这些: 在动物上 过表达/敲除或敲落 系统地分析表型,进一步分析机制。考虑到基因表达的时间空间特异性,这种人工的上调或下调基因表达就有了许多种时间、空间的组合,可能会得到不同的结果,当然这些结果不一定矛盾,而可以是互补的。 如果基因的功能域不清楚,可以在了解主要表型的基础上截短、缺失基因的一部分,以发现和了解各功能域的功能。 但以上方法的存在缺点。改变目的基因表达水平可能会导致一些后续变化,使生物过程偏离正常状态,从中既可以进行分析了解其功能,也可能从变化了的生物体中得到异于实际情况的错误结论。

② 基因组学研究方法

基因组学(英文genomics),研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。用于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用,试图解决生物,医学,和工业领域的重大问题
基因组研究应该包括两方面的内容:以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics),又被称为后基因组(postgenome)研究,成为系统生物学的重要方法。
基因组学能为一些疾病提供新的诊断,治疗方法。例如,对刚诊断为乳腺癌的女性,一个名为“Oncotype DX”的基因组测试,能用来评估病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果,这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性化医疗。基因组学还被用于食品与农业部门。
基因组学的主要工具和方法包括: 生物信息学,遗传分析,基因表达测量和基因功能鉴定。
基因组学出现于1980年代,1990年代随着几个物种基因组计划的启动,基因组学取得长足发展。 相关领域是遗传学,其研究基因以及在遗传中的功能。
1980年,噬菌体Φ-X174;(5,368 碱基对)完全测序,成为第一个测定的基因组。
1995年,嗜血流感菌(Haemophilus influenzae,1.8Mb)测序完成,是第一个测定的自由生活物种。从这时起,基因组测序工作迅速展开。
2001年,人类基因组计划公布了人类基因组草图,为基因组学研究揭开新的一页。
基因组学是研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学。基因组学、转录组学、蛋白质组学与代谢组学等一同构成系统生物学的组学(omics)生物技术基础。
基因组研究应该包括两方面的内容:以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics),又被称为后基因组(postgenome)研究,成为系统生物学的重要方法。
基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成,功能基因组学研究成为研究的主流,它从基因组信息与外界环境相互作用的高度,阐明基因组的功能。功能基因组学的研究内容:人类基因组 DNA 序列变异性研究、基因组表达调控的研究、模式生物体的研究和生物信息学的研究等。
(1)基因组表达及调控的研究。在全细胞的水平,识别所有基因组表达产物mRNA和蛋白质,以及两者的相互作用,阐明基因组表达在发育过程和不同环境压力下的时、空的整体调控网络。
(2)人类基因信息的识别和鉴定。要提取基因组功能信息,识别和鉴定基因序列是必不可少的基础工作。基因识别需采用生物信息学、计算生物学技术和生物学实验手段,并将理论方法和实验结合起来。基于理论的方法主要从已经掌握的大量核酸序列数据入手,发展序列比较、基因组比较及基因预测理论方法。识别基因的生物学手段主要基于以下的原理和思路:根据可表达序列标签(STS);对染色体特异性cosmid进行直接的cDNA选择;根据CpG岛;差异显示及相关原理;外显子捕获及相关原理;基因芯片技术;基因组扫描;突变检测体系,等等。
(3)基因功能信息的提取和鉴定。包括:人类基因突变体的系统鉴定;基因表达谱的绘制;“基因改变-功能改变”的鉴定;蛋白质水平、修饰状态和相互作用的检测。
(4)在测序和基因多样性分析。人类基因组计划得到的基因组序列虽然具有代表性,但是每个人的基因组并非完全一样,基因组序列存在着差异。基因组的差异反映在表型上就形成个体的差异,如黑人与白人的差异,高个与矮个的差异,健康人与遗传病人的差异,等等。出现最多基因多态性就是单核苷酸多态性(SNPs)。
(5)比较基因组学。将人类基因组与模式生物基因组进行比较,这一方面有助于根据同源性方法分析人类基因的功能,另一方面有助于发现人类和其他生物的本质差异,探索遗传语言的奥秘 。
结构基因组学是继人类基因组之后又一个国际性大科学热点,主要目的是试图在生物体的整体水平上(如全基因组、全细胞或完整的生物体)测定出(以实验为主、包括理论预测)全部蛋白质分子、

蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-多糖、蛋白质-蛋白质-核酸-多糖、蛋白质与其他生物分子复合体的精细三维结构,以获得一幅完整的、能够在细胞中定位以及在各种生物学代谢途径、生理途径、信号传导途径中全部蛋白质在原子水平的三维结构全息图。在此基础上,使人们有可能在基因组学、蛋白质组学、分子细胞生物学以致生物体整体水平上理解生命的原理。
对疾病机理的阐明、对疾病的防治有重要应用意义。
发展回顾1998年4月,由美国国家医学科学院(NIGMS)和Wellcome Trust发起在英国召开了第一次国际结构基因组会议,美国、法国、英国、德国、加拿大、日本、荷兰、意大利以及以色列的9国科学家参加了会议。2000年9月,美国NIGMS决定首批投入1.5亿美元,在美国建设7个研究中心(目前已经发展成为10个),争取在未来10年内解出1万个蛋白质的三维结构,建立蛋白质的氨基酸残基序列、三维结构和生物功能之间的有机联系,同时也支持结构基因组方法学的研究。2002年,10家大型国际制药公司宣布启动结构基因组研究。2000年11月,日本组织召开国际会议讨论结构基因组计划的有关问题,确定了完成测定3000个蛋白质三维结构的“Protein3000计划”。2001年4月,在美国召开了第二次国际结构基因组会议,表明新一轮大规模的国际合作研究已经开始。主要进展我国在结构生物学研究方面具有较好的基础。60年代,我国科学家在世界上首次人工合成了胰岛素;70年代初又测定出1.8 埃; 分辨率的猪胰岛素三维结构,成为世界上为数不多的能够测定生物大分子三维结构的国家,这些研究工作处于当时的世界先进水平。在国际结构基因组研究刚露端倪之时,我国科学家就敏感地抓住了这一新动向,2000年我国开展了结构基因组学的研究。近来,国家863计划、973计划、中国科学院知识创新工程、国家重大攻关项目、自然科学基金先后重点资助了结构基因组学的研究工作和相关技术平台的建设。相关研究工作既有分工、又有交叉合作,并充分地考虑到了我国基因组水平研究的特点和我国在结构解析方法研究在国际上的地位。并计划在参加国际合作的基础上,在逐步建立基因组研究技术平台的同时,五年之中完成200-300个蛋白质三维结构的测定。
我国的结构生物学研究队伍近年来不断发展壮大,中国科学院生物物理所、中国科技大学、北京大学、清华大学以及中国科学院物理所、高能所、上海生命科学院、福州物质结构所、上海复旦大学等单位均是我国开展结构基因组研究的重要基地。
我国结构基因组学研究虽然启动时间较短,但已经获得了不少重要进展。 据初步统计,已经完成了近千个克隆,已表达出210个蛋白质,其中有100多个可溶或部分可溶;获得近30个结晶和NMR样品,已经测定出5个结构。

③ 如何研究一个基因的功能

可以从一下几个方面入手:

  1. 通过查阅文献得知该基因的生物学意义或者存在的临床意义,这个研究一个基因的灵魂,好的基因选择会使后续结果事半功倍,研究有意义的基因是我们开展实验的首选。
  2. 基因组层面:可以研究DNA甲基化水平的影响,一般是和启动子区域结合起来分析,此为表观遗传学范畴。用以研究甲基化水平高低对某种疾病的作用,从而找到相对关联
  3. RNA水平就可以考虑RNA甲基化水平或者RNA与蛋白之间的互作关系,比如5mC,m6A,MIRIP等
  4. 当然还可以通过转录组测序分析整体的结果,比如miRNA-seq,mRNA-seq,全转录组测序,通过筛选出靶基因然后进行下游验证。
  5. 细胞功能试验如基因敲除后的cck8,transwell等等,研究各个基因间的互作关系,建立关联信息,当然还可以对细胞功能后的样本进行重测组研究其他的基因。
  6. wb实验研究蛋白层面的相对变化,或者是进行质谱分析。
  7. 当然如果还想深入的研究,也可以在细胞功能层面去研究外泌体等信息,通过测序或者细胞功能实验等都是可以的。

从此看出研究一个基因的方法还是很多的,从上游到下游,都有非常成熟的技术加一辅助,但期间最重要的是我们的前期调研以及合适的实验方案,实验对象,实验思路,实验方法,这些决定了我们的研究的最终结果。

④ 功能基因组学某个基因的功能研究

近年来,一些模式生物如某些细菌和古菌、拟南芥、线虫、果蝇和人类等基因组序列分析的完成建立了基因组学和比较基因组学以及相关的技术(如DNA芯片技术),随之而来的是功能基因组学研究的兴起,只有了解了基因的结构和功能及其表达的调节机制,才能认识生命的发生和发展的过程,才可以有效的发现因某些基因缺陷而发生的遗传病,从而予以纠正,即所谓的基因治疗。基因组学已经过去了,下一步需要扩展,建立一系列技术,如DNA芯片等。

⑤ 如何研究一个基因的功能

1、把该基因敲除,在内部插入片段使其失去正常功能,观察突变型和野生型的不同.
2、把该基因转到微生物中,看看有什么产物.

⑥ 目前常用基因功能研究方法有哪些

基因敲除、基因沉默、基因的超量表达

⑦ 如何研究一个预测基因的功能

自上个世纪90年代中期全基因组测序技术出现后,一种新技术方法也随着迅猛发展,这种称为基于约束的通量分析的方法通过一系列针对基于约束的构建和模拟用途而编写的函数进行模拟运算。

近几年COBRA已经被用于预测细胞的功能,比如预测不同基质条件下细胞生长的能力,以及基因敲除在全基因组范围内的影响。不少科学家们希望能了解并应用这种方法,尤其是在代谢工程,抗生素设计和酶研究方面。

全基因组范围的代谢网络在基因组序列的基础上,结合基因功能注释信息,把基因编码蛋白所催化的生化反应构建为一个代谢网络,反应了基因-蛋白质-生化反应之间的相互作用,从而有效地转化为数学模型在计算机上进行模拟、分析,并用实验数据加以验证,提出假设。

这种网络能从全局的角度探索和揭示生物代谢机制提供一个有效的框架,很好地将基因型与表型的关系定量地关联起来。目前科学家们已经构建了包括真菌、古生菌和真核生物在内的多种代谢网络。

而要进行这种构建,COBRA是一种重要的方法,这种方法是由一系列针对基于约束的构建和模拟用途而编写的函数组成,含有可以读取SBML或Excel格式的模型的函数,使用者不再需要自己编写提取矩阵的程序。

在基因组规模上对细胞网络进行重建,可以建立预测性的代谢模型,不过一般这样的研究都没有包括蛋白的结构信息。研究人员在建模过程中,添加了蛋白的结构数据,实现了对蛋白热稳定性的系统性研究。该模型可以预测在非最佳温度下限制整个系统功能的蛋白,还可以确定能增强细胞耐热能力的突变。在此基础上,人们将有望构建更耐热的微生物菌株用于工业生产,例如生产常用化学物质或治疗性蛋白等。

研究人员模拟了来自人类病原菌支原体整个生命周期,提出了一个全细胞计算机模型,这一模型囊括了这个病原菌的所有分子组,以及相互作用,这将有助于促进细胞生物学的发展

⑧ 确定基因的方法有哪些

这个可以写一本书了……
主要有两种,正向和反向。正向是知道功能,找相应的基因,通常会通过重组试验先确定基因位于哪条染色体上,再观察基因和一些遗传标记的连锁关系,把基因定位到一个一般10-100M的区域上。之后把这个区域克隆出来寻找开放式阅读框(ORF),克隆出基因,表达检验产物。之后要在生物体内做剔除和过表达试验以确认基因功能。
反向是知道一个基因,找它的功能。这是人类基因组计划之后大量应用的一个方法,先做基因组测序,做基因组注释,选取可能的基因,克隆表达做转基因生物验证功能,这个都是老一套的了。
还有一种叫遗传筛选的方法,也很常用。就是先在动物体内诱变基因,然后寻找出相关表型的动物(比如说要寻找关于翅膀的,就在果蝇里面做,把翅膀发育不良的挑出来),定位基因,验证功能。这个是属于正向的一种方法,非常有用,拿了好几个诺贝尔奖呢

⑨ 研究基因互作的常用方法

质量性状中存在6种可能的基因互作类型, 即互补,重叠,累加,显性上位,隐性上位和抑制.在遗传研
究中, 有时会遇到互作基因定位的问题, 但至今未见有关互作基因定位方法

基因互作
两对非等位基因共同作用于同一性状的现象叫做基因互作.如:加拿大大麻哈鱼肉色的遗传就是两个显性基因的互作:
红色肉(RRMM) ×白色肉(rrmm)
F1: 红色肉(RrMm)
F2: 9红色肉 : 7白色肉
×
基因互作方式之一:互补作用
花鳉的体色遗传——两对基因的互补:
淡蓝色(BBrr) ×淡白色(bbRR)
F1: 灰色(BbRr)
F2: 9/16B_R_+3/16B_rr+3/16bbR_+1/16bbrr
灰色 淡蓝色 淡白色 白色
×
基因互作方式之二:累加作用
虎皮鲃躯干部条纹遗传——两对基因的累加作用
不完全带aaBB×不完全带AAbb
F1: 全带(AaBb)
F2: 9A_B_:6(A_bb+aaB_):1aabb
全带 不完全带 半带
×
基因互作方式之三:显性上位作用
例如:金鱼体色的显性上位遗传:
浅黑色AABB × 白化aabb
AaBb浅黑
12浅黑A_B_+3A_bb : 3淡色aaB_:1aabb白化
×
基因互作方式之四:隐性上位作用
剑尾鱼尾鳍的黑色素——隐性上位遗传:
CCPP黑色弯带 × ccpp无色
CcPp黑色弯带
9黑色弯带C_P_:3C_aa黑斑:4无色cc_ _
×
基因互作方式之五:重叠作用
鲤鱼体色青灰色与红色基因的重叠作用——15:1
青灰色元江鲤 BBRR×红色荷包红鲤bbrr
青灰色BbRr
15青灰(9B_R_+3B_rr+3bbR_):1红bbrr
×

只能找到这些了

希望能对你有帮助

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