Elaine Marchi 钟南*
导论
科研人员正在为确定基因组研究的应用途径作着巨大努力。人类基因组计划(HGP)的诞生导致了对人类基因结构和功能的理解［1］。在20世纪末期，生命科学的主要焦点就是要解译和确定人类整个基因组的成分。对构成细胞活动基础的基因组DNA的理解，将有助于对各种疾病的认识。通常，生化成分被用作测定疾病活动的参数。对生化样品的分析在诊断、治疗、预防疾病过程中起着重要的作用［2］。以生物技术为特征的研究计划，如破译人类全基因组和实验室技术的改进，在基因组研究的各个阶段都发挥着重要的作用。目前需要的是，发展高通量(high throughout)技术，改进遗传作图，提高测序手段，发展新的软件和机器人。
结构基因组学
以DNA多态性为标志的遗传连锁作图方法迅猛地回应了制作可资应用的连锁数据的挑战。最近发表的遗传连锁图有GENETHON图和CEPH图，前者包括了5264个微卫星标志，后者含有7950个微卫星标志［3、4］。这些大量地分布于人类整个基因组的遗传连锁图使得个别实验室的研究者可以把他们自己的研究成果整合入全球范围的数据库中。最初的DNA多态性是限制性酶切片段长度多态性(RFLP)。在DNA多态性技术未开发时，鉴定出的连锁图很少；连锁图的绘制依赖于DNA多态性的开发，这种开发使得可利用的遗传标记数目迅速扩增。
DNA的多样性首先是在芽殖酵母中发现的。这个含有16个染色体的酵母基因组全顺序的测定完成于1996年4月［6］。不过，在10年前，生物科学在广泛地使用计算机判别多重标记的连锁图方面已经历了微型化和此后的革命［7］。Jeffreys等普及了串联重复序列可变数目(variable number of tandem repeat,VNTR)鉴定技术［8］。与此同时，二核苷酸重复序列微卫星已被开发成为富含信息的遗传标志［9］。人类的第一张遗传连锁图在1987年发表［10］。这项成就使得世界各地研究同类家系的各个实验室可将他们研究遗传标志得到的数据汇拢在一起［11、12］。
在遗传图绘制推进的同时，人基因组物理图的绘制也随着以PCR为基础的序列标志的应用得到迅速发展，这类用于作图的标志主要是序列标签位点(sequence tagged site,STS)。在STS作图中，特定的核苷酸引物提供了在遗传图和物理图中独有的位置［13］。基因组DNA含有各种普遍的核心序列。常涉及的有：简单串联重复序列(simple tandem repeats,STRs);简单序列重复(simple sequence repeats,SSRs)和人微卫星(minisatellites)［8］。最近应用标准的分子生物学方法对单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)的分析已加快了基因组作图的速度［14］。
功能基因组学
遗传学最近的定义是，对遗传的研究和对基因组的研究。功能基因组学依附于对DNA序列的了解。奇怪的是，遗传学是决定功能基因组学的主要工具。功能基因组学是在后基因组时代的大环境下衍生出来的，因为这时人类和一些模式生物基因组的序列和基因图谱将被视为可以利用资源而非研究的目的［15］。基因组计划的诱人之处在于，巨大数量的对功能生物学认识的信息可以加以应用［16］。功能基因组学意味着应用基因组学的知识和工具去了解影响发育和整个生物体的特定序列的表达谱。此外，对许多生物医学研究者说，功能基因组学已经并将不断地为正常生物学和病理学的分子代谢途径提供理解的框架。再说，功能基因组学可以被用来研究基因的生物学角色，这时基因的序列已不再是未知数［14］。为了知道基因编码的产物，非常有必要去了解细胞的分子生物学，因为有许多存在于细胞内和细胞间代谢的外在因素。这类因素包括，翻译后修饰、基因产物间的相互作用。细胞内和细胞间代谢的外在环境也需要加以考虑。Humphrey-Smith建议，在预计的阅读框(ORF)之间存在着进一步相互作用的情况，包括基因产物的复合物(DNA/蛋白质、RNA/蛋白质、蛋白质/蛋白质)被用来促进或抑制转录和转译［17］。现今的技术不能用来有效地检测位于ATGC密码之间的小于300bp的小型ORF；也难以用来研究超出分子生物学的，很少需要蛋白质的其它代谢方式，如多基因现象和复杂系统的行为。
当前，蛋白质组学仍是一个新兴的领域。判别蛋白质之间的相互作用，揭示蛋白质表面相互作用特征的能力，将是了解细胞内的各种事件是如何进行调节的关键所在［17］。对功能性蛋白质基因表达的理解是很重要的，它将有助于疾病的诊断和治疗。在蛋白质组印迹实验中，对末端标记的蛋白质进行部分蛋白酶降解被用来形成一系列降解产物。称之为电子渗透流(electroosmotic flow)现象显示出诱人的应用前景，它也许能用作一种可靠的和有弹性的工具，作为遗传学中涉及到分离和鉴定不同突变的额外的工具和方法［18］。不同的分析技术已被用于蛋白质的鉴定，其中有多肽质量印迹(peptide mass fingerprinting)和多肽序列标签(sequence tagging of peptide)。当今的潮流是，利用生物信息学研究基因产物蛋白质的性质和估计基因的功能［19］，开发芯片技术和将高通量和机器人结合使用等新型分子生物学技术［20、21］。传统的基因组分析是利用一系列方法来得到连续的DNA序列的信息，而蛋白质组连续系(proteomic contigs)则源于多重分子量和等电范围，由此来构造活细胞内全部蛋白质表达的图象。氨基酸序列与其基因的DNA序列将被联系在一起，最终与蛋白质组联系在一起，从而允许人们研究不同条件下(包括病理状态下)的细胞和组织。
作者单位：New York State Institute for Basic Research in Developmental Disabilities, USA；*通讯作者
参考文献
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