比較基因組學(xué)是基于基因組圖譜和測序基礎(chǔ)上，對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來了解基因的 功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。利用小 鼠、果蠅、大腸桿菌等模式生物基因組與人 類基因組之間編碼順序上和結(jié)構(gòu)上的同源性，克隆人類疾病基因，揭示基因功能和疾病分子機(jī)制，闡明物種進(jìn)化關(guān)系及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。(李生斌)
基本信息
中文名稱
比較基因組學(xué)
外文名稱
Comparative Genomics
適用領(lǐng)域范圍
分子生物學(xué)
目錄
1
定義2
方法及思路3
種間比較4
種內(nèi)比較折疊定義
比較
基因組學(xué)(Comparative Genomics)是基于基因組和測序基礎(chǔ)上，對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。利用模式生物基因組與
人類基因組之間編碼順序上和結(jié)構(gòu)上的
同源性，克隆人類疾病基因，揭示基因功能和疾病分子機(jī)制，闡明物種進(jìn)化關(guān)系，及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。
折疊方法及思路
模式生物
基因組研究揭示了人類疾病基因的功能，利用基因順序上的
同源性克隆人類疾病基因，利用模式生物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的優(yōu)越性，在
人類基因組研究中的應(yīng)用比較作圖分析復(fù)雜性狀，加深對基因組結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。
"一個物種的不同器官之間的差異要比與另一物種的同一器官之間的差異大的多。"
相似性 (similarity)
同源性 (homology)
直系同源 (orthology)
旁系同源 (paralogy)
直系同源與旁系同源
直系同源的序列因
物種形成(speciation)而被區(qū)分開(separated):若一個
基因原先存在于某個物種，而該物種分化為了兩個物種，那么新物種中的基因是直系同源的;
旁系同源的序列因基因復(fù)制(gene duplication)而被區(qū)分開(separated):若生物體中的某個基因被復(fù)制了，那么兩個副本序列就是旁系同源的。
直系同源的一對序列稱為直系同源體(orthologs)，
旁系同源的一對序列稱為旁系同源體(paralogs)。
直系同源體通常有相同或相似的功能，但對旁系同源體則不一定:由于缺乏原始的自然選擇的力量，復(fù)制出的基因副本可以自由的變異并獲得新的功能。
折疊種間比較
通過對不同親緣關(guān)系物種的
基因組序列進(jìn)行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼
調(diào)控序列及給定物種獨(dú)有的序列。而
基因組范圍之內(nèi)的
序列比對，可以了解不同物種在
核苷酸組成、同線性關(guān)系和基因順序方面的異同，進(jìn)而得到基因分析預(yù)測與定位、
生物系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化關(guān)系等方面的信息。
全基因組的比較研究
比較
基因組學(xué)的基礎(chǔ)是相關(guān)生物基因組的相似性。兩種具有較近共同祖先的生物，它們之間具有種屬差別的基因組是由祖先基因組進(jìn)化而來，兩種生物在進(jìn)化的階段上越接近，它們的基因組相關(guān)性就越高。如果生物之間存在很近的親緣關(guān)系，那么它們的基因組就會表現(xiàn)出
同線性(synteny)，即基因序列的部分或全部保守。這樣就可以利用?；蚪M之間編碼順序上和結(jié)構(gòu)上的
同源性，通過已知基因組的作圖信息定位另外基因組中的基因，從而揭示基因潛在的功能、闡明物種進(jìn)化關(guān)系及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)發(fā)生的進(jìn)化關(guān)系分析
生物其中一個特征是進(jìn)化，比較
基因組學(xué)同樣以進(jìn)化理論作為理論基石，同時其研究結(jié)果又前所未有地豐富和發(fā)展了進(jìn)化理論。當(dāng)在兩種以上的基因組間進(jìn)行序列比較時，實(shí)質(zhì)上就得到了序列在
系統(tǒng)發(fā)生樹中的進(jìn)化關(guān)系?；蚪M信息的增多使得在基因組水平上研究
分子進(jìn)化、基因功能成為可能。通過對多種生物基因組數(shù)據(jù)及其垂直進(jìn)化、水平演化過程進(jìn)行研究，就可以對與生命至關(guān)重要的基因的結(jié)構(gòu)及其調(diào)控作用有所了解。但由于生物基因組中約有1.5%~14.5%的基因與"
橫向遷移現(xiàn)象"有關(guān)，即基因可以在同時存在的種群間遷移，這樣就會導(dǎo)致與進(jìn)化無關(guān)的序列差異。因此在系統(tǒng)發(fā)生分析中需要建立較完整的生物進(jìn)化模型，以避免
基因轉(zhuǎn)移和欠缺合適的多物種共有
保守序列的影響。
折疊種內(nèi)比較
同種群體內(nèi)
基因組存在大量的變異和
多態(tài)性,正是這種基因組序列的差異構(gòu)成了不同個體與群體對疾病的
易感性和對藥物與
環(huán)境因子不同反應(yīng)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。
單核苷酸多態(tài)性
單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphism，
SNP)是指在
基因組水平上由于單個核苷酸位置上存在轉(zhuǎn)換或顛換等變異所引起的DNA序列多態(tài)性。根據(jù)SNP 在
基因中的位置，可分為
基因編碼區(qū)SNP(coding-region SNP，
cSNP)、基因周邊SNP(perigenic SNP，pSNP)以及基因間SNP(intergenic SNP，iSNP)等3 類。2005年2月17日公布的第一份人類基因
多態(tài)性圖譜是依據(jù)基因"
連鎖不平衡原理"，利用
基因芯片在71 個歐洲裔美國人(
白色人種)、非洲裔美國人(
黑色人種)和漢族
華裔美國人(黃色人種)中鑒別出了158 萬個單一
核苷酸變異的DNA 位點(diǎn),這個圖譜將有助于預(yù)測某些疾病發(fā)生的可能性以及施以最佳治療方案，在實(shí)現(xiàn)基于基因的個體化醫(yī)療目標(biāo)的征途上走出了重要的一步。
拷貝數(shù)多態(tài)性
在
全基因組測序和基因芯片技術(shù)發(fā)明前，受限于
基因組內(nèi)高通量DNA
拷貝數(shù)檢測手段，人們對全基因組范圍內(nèi)的拷貝數(shù)
多態(tài)性(copy number polymorphism，CNP)數(shù)量和分布知之甚少。2004年，全球內(nèi)數(shù)個"
人類基因組計劃"研究基地意外地發(fā)現(xiàn)，表型正常的人群中,不同的個體間在某些基因的拷貝數(shù)上存在差異,一些人丟失了大量的基因拷貝，而另一些人則擁有額外、延長的基因拷貝，研究人員稱這種現(xiàn)象為"
基因拷貝數(shù)多態(tài)性"。正是由于CNP 才造成了不同個體間在疾病、食欲和藥效等方面的差異。研究表明，平均2 個個體間存在11 個CNP的差異，CNP 的平均長度為465 kb，其中半數(shù)以上的CNP 在多個個體中重復(fù)出現(xiàn)，并經(jīng)常定位于其他類型的染色體重排附近。
