全基因组序列进行分析,采用系统发育分析软件构建进化树,针对系统发育模型可以追溯生物起源和演变过程,识别基因重复与缺失等进化事件,反映基因的进化历程(Delcher等,1999;Schmidt等,2002)。
比较基因组学最基本的结果描述了所比较基因组间的相似性(Hardison,2004),比如大约2亿年前从共同祖先分化成两种代表性物种的水稻和拟南芥,尽管它们的共线性程度较低(SchoofandKarlowski,2003),但大约80.6%的拟南芥基因与水稻具有同源性,相反水稻基因与拟南芥的同源性只有49.4%(Yu等,2002).水稻和拟南芥基因组测序计划所获得的数据为明确稻属及芸薹属基因组结构与功能提供了十分有价值的资料(Hall等,2002)Bellgard等,2004),并且对禾本0科与十字花科其它基因组研究产生了深远影响,特别是那些现阶段大规模测序尚未考虑的重要作物如大小麦(So玎ells等,2003)。
这方面的研究进展综述较多(Hall等,2002;Bellgard等,2004),功能与整合基因组学(FungionalandIntegrativeGenomies)杂志还特别为水稻/d,麦,大麦比较基因组学研究出了一期专刊(2004年第4期).(2)进化保守性分析:DNA或蛋白质序列联配是比较基因组学的核心内容(Hardison,2004),也是明确核酸的功能区域和预测基因功能的主要信息来源,还可以利用功能基因比较生物间的进化关系,并对具有同一功能的基因进行分类研究,以探讨功能基因的起源和进化趋势。
对于全基因组序列没有测序的物种,转录组学(ESTs和全长eDNA、染色体定位信息以及eDNA表达模式),特别是在给定细胞类型中控制相互作用网络中基因表达的顺式因子将会有助于确定直系同源/同线性关系(Bdlg村d等,2004).从一个种的表型突变体中鉴定出的候选基因还可以在其它种中检测它对相关性状的效应。
通过比较基因组学研究,可以鉴定出每个种中各基因的作用,发现造成种间差异的遗传变异及其原因(黎裕等,2000)。
‘3)基因结构分析:序列比较分析不仅可以提高基因结构预测的准确性,还可以鉴定调节因子,包括启动子、增强子和转录因子结合位点(Hall等,2002),例如4个结构保守的水稻,大麦直系同源基因与拟南芥中的同源物比较发现,3个物种中4个分析基因的大部分外显子长度相同,根据上述联配结果修正了其中3个拟南芥基因的结构注释,然后再与水稻/大麦的直系同源基因联配,发现其整体相似性得到较大的提高(Dubeovsky等,2001);外显子/内含子结构的保守性甚至存在于番茄、拟南芥和荠菜的直系同源基因中(Rossberg等,2001)。
“)基因功能预测:利用生物信息学结合比较基因组学方法对克隆的基因或片段进行功能预测能起到事半功倍的效果。
例如,Yano等(2000)用图位克隆法得到一个水稻光周期敏感的数量性状位点(QTL),即抽穗期(headingdate)基因Hdl,它的编码序列与拟南芥调控开花时间基因CONSTAN¥(编码一个类似于锌指转录因子的蛋白质)有很高的同源性,暗示Hdl的功能是影响开花时间。
迸一步分析水稻、大麦和拟南芥CONSTANS.1ike基因家族表明:水稻与拟南芥分别有17与16个该家族成员,并且家族分化发生在单、双子叶分化之前;从大麦中分离到8个该家族成员,从序列相似性及图谱位置看HvC03对应水稻的Hdl,但大小麦中定位的光周期基因并不属于9CONSTANS.1ike家族,说明光周期的变异选择影响了水稻与大小麦的不同基因(C圩iffiths等,2003).1.5基因组学发展的前景和展望基因组学的研究手段和技术已经走在生命科学研究的最前沿,将会在分子生物学的基础上引导生物技术领域的发展。
基因组计划支持和推动了生命科学中一系列重要的基础研究,如基因组遗传信息的破译、基因的结构与功能的关系,生命的起源和进化等,从整体水平上研究基因的存在、结构、功能及其相互作用,从而在策略上把遗传学升华至基因组学,在理论上具有深远的指导意义。
当前,科技界已从单个基因的测序转到有计划、大规模地对人类、水稻等重要生物体地全基因组图谱进行测序和诠释。
水稻等重要农作物基因组计划的成功及基因工程技术地深入研究,将引发农业上新的绿色革命,从根本上解决人类面临的粮食问题。
基因组学研究的复杂性也必然导致多学科的引进和介入,例如生物科学、医学、药学、计算机科学、化学、数学、物理学、电子工程学、考古学等,将会促进各种学科的融合和共同发展。
基因组研究和其它学科研究交叉,也必将促进一些新的相关学科的诞生,如营养基因组学(NutritionalGenomics),环境基因组学(EnvironmentalGenomics1,病理基因组学(Pathogenomics),生殖基因组学(ReproductiveGenomics),群体基因组学(PopulationGenomics)等。
随着基因组学研究的不断深入和各种学科的加盟协助,揭示生命物质世界的各种所未知的规律,未来完全揭开生命之谜或许不再是一个遥不可及的梦想。
二十一世纪是生物信息的世纪,以“人类基因组计划”为代表的基因组学研究必将领导一场革命性的浪潮。
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