【正文】 2023/3/24 10:57:1310:57:1324 March 20231一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。勝人者有力，自勝者強。 三月 21三月 21Wednesday, March 24, 2023閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。 24 三月 202310:57:13 上午 10:57:13三月 211楚塞三湘接，荊門九派通。 10:57:1310:57:1310:573/24/2023 10:57:13 AM1成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。 三月 2110:57 上午 三月 2110:57March 24, 20231行動出成果，工作出財富。 三月 2110:57:1310:57Mar2124Mar211故人江海別，幾度隔山川。結合基因功能獲得和失活技術，從正反兩方面對基因。 有許多技術可用來分析基因的表達，如何根據實驗目的和條件選擇最佳的實驗方法是關鍵。基因捕獲技術可節(jié)省大量構建特異打靶載體，以及篩選染色體組文庫的工作及費用，成為可同時對基因的序列、基因的表達以及基因的功能進行研究的高效技術。 目 錄 基因捕獲 (gene trapping)技術 也是一種產生大規(guī)模隨機插入突變的便利手段，對于揭示基因序列所對應的基因功能具有重要的應用價值。同時 , ENU的突變效率非常高 , 可以達到 %, 是其他突變手段的 10倍左右。ENU是一種化學誘變劑 , 它通過對基因組 DNA堿基的烷基化修飾 , 誘導 DNA在復制時發(fā)生錯配而產生突變。目 錄三、隨機突變篩選策略 利用轉基因、基因敲除等技術從特定基因的改造到整體動物表型分析的 “反向遺傳學 ”研究大大推動了功能基因組學的進展，但是也存在明顯的局限性： 首先，由于生物體的代償機制，使得基因敲除動物常常觀察不到異常表型； 其次，由于 “反向遺傳學 ”只能對已知的基因進行研究，而人類基因組中尚有 90%以上的非編碼序列處于未知狀態(tài)； 第三，由于 “功能缺失 ”和 “功能獲得 ”小鼠常出現(xiàn)胚胎期死亡，而目前可用于條件性基因改造的啟動子還很少，從而阻礙了特定基因在成體動物中的功能分析； 第四，由于一個蛋白有多個不同的功能域，特定基因在不同位點上的突變可能產生不同的表型，應用單一的 “功能缺失 ”方法，顯然不可能發(fā)現(xiàn)這些不同的異常表型。2. 還可能誘導干擾素和其他細胞因子的表達。目 錄 研究者既可以將 siRNA導入特定細胞，在 細胞水平上研究基因的功能； 也可以通過轉基因的方法，在動物體內實現(xiàn)特異、穩(wěn)定、長期地抑制靶基因的表達，從而在 整體水平 上研究基因的功能。 目前利用 RNAi能夠在短時間內高效特異地抑制靶基因表達的特點研究基因的功能已成為功能基因組學的熱點之一。 目 錄 Cre/loxP系統(tǒng)作用原理示意圖目 錄這一技術亦存在一些缺點：1. 費用太高2. 周期較長3. 許多基因在剔除后并未產生明顯的表型改變，可能是這些基因的功能為其他基因代償所致條件性基因打靶的優(yōu)勢：1. 克服了重要基因被敲除所導致的早期致死2. 并能客觀、系統(tǒng)地研究基因在組織器官發(fā)生、發(fā)育以及疾病發(fā)生、治療過程中的作用和機制目 錄 基因沉默 (gene silencing)是指由外源基因導入引起的生物體內的特定基因不表達或表達受抑制的現(xiàn)象?；蚯贸夹g是利用細胞染色體 DNA可以與導入的外源 DNA在相同序列的區(qū)域發(fā)生同源重組的現(xiàn)象，在 ES細胞中定點破壞內源基因，然后利用 ES細胞發(fā)育的全能性，獲得帶有預定基因缺陷的雜合子，通過遺傳育種最終獲得目的基因缺陷的純和個體。目 錄基因打靶的原理和基本步驟1. 首先 , 從小鼠囊胚分離出未分化的胚胎干細胞 , 然后利用細胞內的染色體 DNA可以與導入細胞的外源 DNA，在相同序列的區(qū)域內發(fā)生同源重組的原理，用含有正 負篩選標記的打靶載體，對胚胎干細胞中的特定基因實施“打靶 ”；2. 之后將 “中靶 ”的胚胎干細胞移植回小鼠囊胚 ( 受精卵分裂至 8個細胞左右即為囊胚 , 此時受精卵只分裂不分化 ) , 移植進去的中靶胚胎干細胞鉆入囊胚胚層 , 與囊胚一起分化發(fā)育成相應的組織和器官；3. 最后誕生出具有基因功能缺陷的 “嵌合鼠 ”。216。目 錄（二）基因敲入可以實現(xiàn)基因的定向插入 基因敲入 ( gene knockin)是通過同源重組的方法，用某一基因替換另一基因 , 或將一個設計好的基因片段插入到基因組的特定位點，使之表達并發(fā)揮作用。2. 轉基因技術在不斷完善目 錄216。目 錄但轉基因動物模型仍存在一些亟待解決的問題：1. 外源基因插入宿主基因組是隨機的，可能產生插入突變，破壞宿主基因組功能；2. 外源基因在宿主染色體上整合的拷貝數不等；3. 整合的外源基因遺傳丟失而導致轉基因動物癥狀的不穩(wěn)定遺傳等。（一）用轉基因技術獲得基因功能目 錄 轉基因動物（ transgenic animal） 是指應用轉基因技術培育出的攜帶外源基因，并能穩(wěn)定遺傳的動物。由于基因的功能必須在完整的生物個體及其生命過程中才能得到完整的體現(xiàn)，因此從整體水平研究基因的功能是必然的選擇。生物信息學利用已知數據和生物學知識進行合理推斷 , 可以節(jié)省大量的人力物力，但基因功能的鑒定最終仍需要通過實驗來驗證。③ 分子調控網絡建模：即綜合生理病理相關的基因、 SNPs、基因表達狀況，蛋白質功能狀態(tài)以及臨床治療等信息，以系統(tǒng)的方法將不同的測量數據、各種因素的辨識、各個層次上的相互作用關系進行整合，建立數學模型，深入了解疾病過程、揭示復雜疾病的發(fā)病機制。目 錄常用蛋白 質 互作網 絡 數據 庫目 錄三、復雜疾病的生物信息學研究策略 包括信息提取、分析和建模 癌癥、糖尿病、高血壓等復雜疾病對人類健康影響巨大，這類疾病的發(fā)病機制一般與多種遺傳或非遺傳因素，以及它們之間的相互作用有關，不能通過單基因、單通路、單層次的變化解釋。 通過基因組注釋信息可以識別出編碼催化生物體內生化反應的酶的基因 ,結合相關的酶反應數據庫就可以預測物種特異的酶基因、酶以及酶催化反應，由此產生了許多優(yōu)秀的代謝數據庫 ,可以方便地檢索某一生物代謝網絡中的代謝反應。 生物信息學方法利用已知數據和生物學知識進行通路推斷 , 可以幫助闡釋信號分子作用機制 , 輔助實驗設計 , 節(jié)省大量的人力物力。 基因調控網絡研究就是：利用生物芯片等高通量技術所產生的大量基因表達譜數據，以及蛋白質 DNA間的相互作用等信息，結合實驗室研究結果，用生物信息學方法構建基因調控模型，對某一物種或組織的基因表達關系進行整體性研究，從而推斷基因之間的調控關系，揭示支配基因表達和功能的基本規(guī)律。要想全面系統(tǒng)地解析這些復雜的生物網絡需要大量相關數據的積累，現(xiàn)代基因芯片、蛋白質芯片等大規(guī)模數據采集技術大大加快了這一進程。然后根據該蛋白質家族的已知功能預測未知蛋白質的功能。目前已通過多序列比對將蛋白質的同源序列收集在一起，確定了大量蘊藏于蛋白質結構中的保守區(qū)域或序列，如結構域（ domain）和模體（ motif），這些共享結構域和保守模體通常與特定的生物學活性相關，反映了蛋白質分子的一些重要功能。差異表達分析常用的分析方法有 3類：目 錄聚類分析所依據的基本假設： 若組內基因具有相似的表達模式，則它們可能具有相似的功能，例如受共同的轉錄因子調控的基因，或者產物構成同一個蛋白復合體的基因，或者參與相同調控路徑的基因。2．雙向電泳結合質譜普遍用于蛋白質表達譜的分析和鑒定目 錄第二節(jié) 生物信息學在預測基因功能中的應用 Bioinformatics Application in Predicting Gene Function目 錄一、利用生物信息學方法進行基因功能注釋(一）通過序列比對預測基因功能