《基因組學(xué)方法》重點(diǎn)從方法學(xué)的角度闡述了基因組學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)和未來路線。首先介紹了基因組學(xué)的基本概念、歷史發(fā)展。之后重點(diǎn)闡述了基因組學(xué)最根本的測(cè)序技術(shù)和生物信息分析技術(shù)的前沿進(jìn)展，并著重討論了幾個(gè)對(duì)本領(lǐng)域研究具有重大意義的技術(shù)問題。接下來，《基因組學(xué)方法》綜述了一些應(yīng)用基因組前沿技術(shù)獲得的科學(xué)研究成果，并進(jìn)一步討論了基因組學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的策略和途徑，特別是我國(guó)在這一學(xué)科的目標(biāo)、方向和重點(diǎn)任務(wù)。
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《基因組學(xué)方法》是一本基因組學(xué)方法的入門讀物，我們希望借《基因組學(xué)方法》的編寫和出版為大專院校學(xué)生、科研人員提供參考，為政府各部門在基因組學(xué)科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略決策和實(shí)施規(guī)劃制訂上提供參考，并希望借此書引導(dǎo)人們?nèi)ニ伎贾袊?guó)基因組學(xué)及其產(chǎn)業(yè)體系的創(chuàng)新發(fā)展。
目錄
前言
第一章 基因組學(xué)的發(fā)展歷程 (1)
第一節(jié) 基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)涵 (1)
一、雙螺旋模型對(duì)遺傳信息儲(chǔ)藏方式的啟示 (1)
二、動(dòng)態(tài)變化中的染色體/染色質(zhì)是遺傳信息的載體 (1)
三、中心法則——遺傳信息的使用 (2)
四、基因組和基因組學(xué) (3)
第二節(jié) 基因組學(xué)的發(fā)展歷程 (4)
一、基因組學(xué)的催生婆：“人類基因組計(jì)劃” (4)
二、測(cè)序技術(shù)的發(fā)展 (6)
三、基因組學(xué)研究領(lǐng)域的拓展 (6)
四、從解讀生命到書寫生命 (8)
第二章 基因組學(xué)主要?jiǎng)?chuàng)新方法 (11)
第一節(jié) 測(cè)序技術(shù) (11)
一、測(cè)序技術(shù)的基本原理 (11)
二、測(cè)序的操作流程(以Illumina/HiSeq2000測(cè)序儀為例) (18)
三、現(xiàn)有測(cè)序技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足 (23)
四、測(cè)序技術(shù)改進(jìn)的方向和途徑 (23)
第二節(jié) 測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用 (24)
一、全基因組測(cè)序 (24)
二、目標(biāo)序列的捕獲：芯片技術(shù)和測(cè)序技術(shù)的結(jié)合 (24)
三、轉(zhuǎn)錄組 (26)
四、數(shù)字化表達(dá)譜 (27)
五、表觀遺傳學(xué) (31)
六、小RNA分析 (36)
七、調(diào)控組 (37)
八、翻譯組 (38)
九、宏基因組學(xué) (38)
十、DNA鑒定 (39)
第三節(jié) 序列的組裝和解讀：生物信息學(xué) (40)
一、基因組測(cè)序的策略 (40)
二、序列的組裝 (42)
三、序列的解讀 (44)
四、序列數(shù)據(jù)庫(kù) (62)
五、軟硬件配置 (67)
第四節(jié) 本領(lǐng)域當(dāng)前急待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 (72)
一、大基因組denovo組裝算法設(shè)計(jì)與軟件開發(fā) (72)
二、大基因組注釋核心技術(shù)開發(fā) (73)
三、比較基因組與進(jìn)化分析核心技術(shù)開發(fā) (74)
四、大基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)分析核心技術(shù)的開發(fā) (75)
五、RNA分析 (76)
第三章 基因組學(xué)的應(yīng)用與成果 (78)
第一節(jié) 基因組學(xué)研究成果 (78)
一、人類基因組學(xué)研究成果 (78)
二、動(dòng)植物基因組學(xué)研究成果 (82)
第二節(jié) 基因組學(xué)現(xiàn)狀 (86)
一、癌癥基因組研究 (86)
二、復(fù)雜疾病和孟德爾疾病基因組研究 (87)
三、動(dòng)物基因組及進(jìn)化與分子育種研究 (89)
四、植物基因組及進(jìn)化與分子育種研究 (89)
五、微生物基因組研究 (90)
第四章 基因組學(xué)方法創(chuàng)新的發(fā)展策略與途徑 (93)
第一節(jié) 基因組學(xué)發(fā)展趨勢(shì) (93)
一、由單一組學(xué)向多組學(xué)研究過渡 (93)
二、由基礎(chǔ)型研究向應(yīng)用型研究過渡 (93)
第二節(jié) 我國(guó)基因組學(xué)方法創(chuàng)新發(fā)展的需求 (94)
一、技術(shù)需求 (95)
二、產(chǎn)業(yè)需求 (95)
第三節(jié) 我國(guó)基因組學(xué)方法創(chuàng)新的目標(biāo)、方向和重點(diǎn) (100)
一、主要目標(biāo) (100)
二、研究重點(diǎn) (100)
參考文獻(xiàn) (104)
（四）“單分子"和納米測(cè)序技術(shù)
1.單分子實(shí)時(shí)測(cè)序技術(shù)單分子實(shí)時(shí)測(cè)序（Single—molecule Real Time Sequencing）是個(gè)很有趣的想法。大家都知道，在DNA的合成過程中，DNA聚合酶會(huì)在模板鏈上邊合成邊移動(dòng)，試想，假如我們?cè)贒NA聚合酶上安裝一個(gè)電子眼，直接觀察每個(gè)合成上去的堿基是什么，不就可以讀出DNA的序列？DNA合成越快，聚合酶跑得就越快，測(cè)序就越快。單分子實(shí)時(shí)測(cè)序就這樣誕生了（Eid，et al.2009）。
具體應(yīng)該怎么做呢？首先，將每種單核苷酸都標(biāo)記上不同的熒光分子，熒光分子標(biāo)記在5磷酸基團(tuán)上，而并非堿基上。當(dāng)某種核苷酸與模板鏈配對(duì)結(jié)合時(shí)，就會(huì)在DNA聚合酶處發(fā)出熒光信號(hào)，從而達(dá)到邊合成邊測(cè)序的目的，信號(hào)捕捉完畢，就會(huì)切割熒光基團(tuán)，成為正常的核苷酸，再繼續(xù)反應(yīng)。其次，這種方法不需任何DNA擴(kuò)增，是真正的單分子測(cè)序。
可是，在反應(yīng)體系中同時(shí)存在很多熒光標(biāo)記的單核苷酸，茫�！肮夂！敝�，究竟哪束光才是我們所要的？因此實(shí)時(shí)測(cè)序的關(guān)鍵在于如何從很強(qiáng)的熒光背景中檢測(cè)到正確的熒光信號(hào)，必須使正確的熒光更加明亮，易于分辨。對(duì)此有兩種不同的方法。
美國(guó)的Visigen公司使用了熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)。使用熒光標(biāo)記的DNA聚合酶，只有結(jié)合到模板的單核苷酸上的熒光分子才能與聚合酶中的熒光分子足夠接近，產(chǎn)生FRET作用，從而發(fā)出強(qiáng)于背景的熒光信號(hào)。而Pacific Bioscience公司使用一種被稱為零模式光導(dǎo)（zero mode waveguide）的納米小室作為DNA合成的反應(yīng)體系，這個(gè)反應(yīng)空間直徑只有70nm，足夠小的空間將單核苷酸熒光背景與結(jié)合上模板的核苷酸熒光信號(hào)區(qū)分開，從而實(shí)現(xiàn)了足夠的檢測(cè)信噪比。這些納米小室陣列在微陣列芯片上，得以實(shí)現(xiàn)高通量。Pacific Bioscience公司已經(jīng)在Science雜志上發(fā)表文章（Eid，et al.2009），證明了這種技術(shù)的可行性。由于合成的都是正常的核苷酸，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比Sanger法更長(zhǎng)的讀長(zhǎng)。并且堿基合成速度達(dá)到每秒10個(gè)，加上芯片的高通量，單分子實(shí)時(shí)測(cè)序可以很輕易地實(shí)現(xiàn)高速度和低成本。目前，這種技術(shù)還處在研發(fā)階段，有望在近年內(nèi)實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)完成個(gè)人基因組的測(cè)序，費(fèi)用低于1000美元。
這種新一代測(cè)序技術(shù)的特點(diǎn)，一個(gè)是“單分子”，只要一條模板鏈分子就可以讀出序列，以保證高精確度；一個(gè)是“實(shí)時(shí)”，在堿基合成的過程中同步進(jìn)行檢測(cè)，是高速度的基礎(chǔ)。
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