Genomics

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Genomics(基因组学)是生物学的一个跨学科领域,专注于研究生物体的基因组 (Genome)——即一套完整的 DNA 指令集。与专注于单个基因功能和遗传模式的传统 Genetics (遗传学) 不同,基因组学利用高通量 DNA 测序技术和 Bioinformatics (生物信息学),系统性地分析所有基因的结构、功能、进化、作图以及编辑。自 2003 年 Human Genome Project (人类基因组计划) 完成以来,该领域已从单纯的“读取”序列,发展为通过 Functional Genomics 理解基因互动,并利用 CRISPR 技术进行编辑的“读写”时代,是现代 Precision Medicine (精准医疗) 的基石。

Genomics
The Study of Genomes (点击展开)
解码生命的完整蓝图
学科参数
核心对象 Genome (全套DNA)
基础单位 Base Pair (bp)
关键技术 NGS, T2T Sequencing
里程碑 Human Genome Project
分支领域
功能研究 Functional Genomics
比较研究 Comparative Genomics
调控机制 Epigenomics
核心数据库 GenBank / Ensembl

核心辨析:Genetics vs. Genomics

虽然这两个词经常互换使用,但在科学上有着严格的界限。如果把生命比作一场交响乐,Genetics (遗传学) 研究的是单个乐器(基因)的演奏,而 Genomics (基因组学) 研究的是整个乐团(所有基因)的协同效应。

维度 Genetics (遗传学) Genomics (基因组学)
研究范围 单个基因或几个基因。 所有基因及其相互作用、环境影响。
关注点 遗传模式 (Heredity),如孟德尔定律。 序列测定 (Sequencing)、图谱绘制 (Mapping)、大数据分析。
典型疾病 单基因病 (如囊性纤维化、亨廷顿舞蹈症)。 复杂多基因病 (如心脏病、癌症、糖尿病)。

技术演进:从 Sanger 到 NGS


Next-Generation Sequencing (NGS)

21世纪初,NGS (二代测序) 的出现是基因组学的“工业革命”。它使测序人类基因组的成本从 30 亿美元(HGP时代)骤降至 100 美元以下。这种海量、并行的测序能力使得 Population Genomics (群体基因组学) 成为可能,如英国的 100,000 Genomes Project 和美国的 All of Us 计划。

功能基因组学:解读天书

获得了序列只是第一步,理解这些序列在做什么更为关键。功能基因组学包含以下“组学” (Omics):

  • Transcriptomics (转录组学): 研究基因何时被“开启”或“关闭”(mRNA 水平)。
  • Proteomics (蛋白质组学): 研究基因指令的最终产物——蛋白质的结构与功能。
  • Epigenomics (表观基因组学): 研究不改变 DNA 序列但影响基因表达的化学修饰(如 DNA 甲基化)。
       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Lander ES, et al. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature.
[点评]:人类基因组计划 (HGP) 的标志性论文,奠定了现代基因组学的基础。

[2] Shendure J, et al. (2017). DNA sequencing at 40: past, present and future. Nature.
[点评]:综述了测序技术从 Sanger 到 Illumina 再到 Nanopore 的技术演进史。

[3] Green ED, Guyer MS. (2011). Charting a course for genomic medicine from base pairs to bedside. Nature.
[点评]:NHGRI 发布的战略规划,描绘了基因组学如何从实验室走向临床应用的路线图。

           生命科学知识体系 · 知识图谱
组学家族 GenomicsTranscriptomicsProteomicsMetabolomics
研究工具 NGS (测序) • CRISPR (编辑) • GWAS (关联分析)
临床应用 Precision MedicinePharmacogenomicsGene Therapy