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基因表达的生物信息学方法

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基因表达的生物信息学方法

发布日期:2018-12-28 作者: 点击:

一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因,称为基因组。基因表达就是基因转录及翻译的过程。基因组中表达的所有基因一般被称为转录组(Transcriptome)。在一定的调节机制控制下,大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程,产生具有特异生物学功能的蛋白质分子,赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。

基因表达谱是反映生物个体在特定器官、组织或某一特定发育、生理阶段细胞中所有基因表达水平的图谱,可以用来比较不同组织或生理状况下的基因水平差异,发现与其特定生理功能相关的基因,通过表达聚类推测未来基因功能。目前研究基因表达谱主要有以下4种方法:大规模EST测序、基因表达系列分析(SAGE)、大规模平行测序(MPSS)和基因芯片杂交。

1、基因芯片杂交

基因芯片(gene chip),又称DNA微阵列(microarray),是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列,其工作的基本原理是通过杂交检测信息。基因芯片把大量已知序列探针集成在同一个基片上,经过标记的若干靶核酸序列通过与芯片特定位置上的探针杂交,便可根据碱基互补匹配的原理确定靶基因的序列。


2、大规模EST测序

EST(Expressed Sequence tag )是从已建好的cDNA文库中随机取出一个克隆,从5’末端或3’末端对插入的cDNA片段进行一轮单向自动测序,所获得的约60-500bp的一段cDNA序列。cDNA 序列是由表达的信使RNA(mRNA)逆转录产生,对其进行EST测序,可以获得生物体在此特定组织和特定发育时期的基因表达种类。EST的数目也反映出代表的基因表达的拷贝数。通常,基因表达的次数越多,其相应的EST也越多。通过对某一cDNA文库进行大规模的EST测定和聚类分析,可以构建基因的组织或发育阶段的基因表达谱。

基因表达调控

3、基因表达系列分析(SAGE)

基因表达系列分析(SAGE)是1995年Velculescu提出的,是近几年来发展起来的一种快速分析基因表达信息的技术。它通过快速和详细分析成千上万个EST来寻找出表达丰度不同的SAGE标签序列,从而接近完整地获得基因组的表达信息。它的显著特点是能够大量获取基因组范围基因表达的类别与丰度。SAGE技术已成功地应用于特异组织或细胞的转录组研究和mRNA群体间差异表达基因的鉴定。基因表达系列分析(SAGE)以构建能独特代表基因转录本序列的标签(tag)为宗旨,标签长度约9-12bp,同一tag在某组织中出现的频度反应了该tag所代表基因在这种组织中的表达丰度。


4、大规模平行测序(MPSS)

大规模平行测序(MPSS)大规模平行测序技术(massively parallel signature sequencing,MPSS)是以DNA测序为基础的大规模高通量基因分析新技术,通过标签库的建立、微珠与标签的连接、酶切连接反应和生物信息分析等步骤,获得基因表达序列。MPSS具有能测定表达水平较低、差异较小的基因,不必预先知道基因的序列,自动化和高通量等特点。


基因表达调控是功能基因组学研究的主要内容之一。不同条件下基因表达谱的变化是基因组调控的结果。这种调控直接决定了不同组织细胞中蛋白质组的变化,进而影响相应的生化代谢通路的作用,引起一定的表型变化。通过表达谱研究,分析比较正常组织和疾病组织中特殊功能(如信号传递、代谢、免疫)。基因在基因表达量上的差异,选择有显著变化的基因,可研究其基因功能与疾病机制的关系,构建疾病特异通路。


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关键词:基因表达调控,基因组调控,基因表达

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