基因组学

基因组学研究生物体的完整遗传内容，对整个基因组进行测序，绘制其结构和功能图谱，并在物种间进行比较，以在全基因组尺度上解读进化和生物学。

Definition

基因组学是遗传学的一个分支，关注于生物体完整遗传互补（而非孤立的单个基因）的测序、结构、功能、进化和编辑。

Scope

该领域涵盖基因组测序和组装的技术与策略、基因组的组织和内容（包括基因、重复元件和调控区域）、基因组的功能注释以及物种间的基因组比较，以及基因组的刻意编辑和工程技术。它在全基因组尺度上处理生物学；单个基因的遗传和表达的精细机制在相邻领域中涵盖。

Sub-topics

• functional and comparative genomics
• genome editing and engineering
• genome organization and content
• genome sequencing and assembly

Core questions

• 如何从DNA短读段中测序和组装整个基因组？
• 基因组是如何组织的？其中有多少编码蛋白质，又有多少用于其他功能？
• 如何推断基因组元件的功能？物种间的比较揭示了什么？
• 如何精确编辑基因组？这种能力带来了什么？

Key theories

全基因组测序与组装

通过将DNA片段化、对片段进行测序并计算重组重叠的读段，可以重建基因组的完整序列，这是产生人类基因组的方法。

比较基因组学

比对不同物种的基因组可以揭示保守序列（通常具有重要的功能）和谱系特异性变化，从而提供基因组功能的进化解读。

Clinical relevance

基因组学是精准医疗、通过全基因组和外显子测序诊断罕见遗传病、指导治疗的癌症基因组分析、病原体监测以及目前正在进入临床的基因编辑工具的基础。

History

20世纪70年代，Sanger测序方法使DNA测序变得实用；2001年，人类基因组计划提供了第一个人类参考序列；21世纪以来，下一代测序技术使成本降低了几个数量级；2012年以后，基于CRISPR的编辑技术为基因组学提供了一种精确重写和读取基因组的方法。

Key figures

• Frederick Sanger
• Eric Lander
• Craig Venter
• Jennifer Doudna

Seminal works

• lander2001
• brown2018

Frequently asked questions

遗传学和基因组学有什么区别？

遗传学传统上研究单个基因及其遗传，而基因组学则一次性研究整个基因组，包括其众多基因、调控元件和非编码区域如何相互作用，以及基因组在个体和物种之间如何不同。

组装基因组意味着什么？

测序只能读取DNA的短片段，因此组装是一个计算过程，旨在找到数百万个片段之间的重叠，并将它们拼接成代表每个染色体的长而有序的序列。