概述

功能基因组学旨在通过在全基因组规模上系统地表征基因、其产物及其相互作用的作用，来弥合基因组序列与生物功能之间的差距。结构基因组学提供了生物体 DNA 的静态蓝图，而功能基因组学则探究每个元件的作用、何时何地活跃以及如何参与细胞网络。该领域整合了转录组学、蛋白质组学和高通量扰动筛选的数据，为每个基因赋予生物学功能。这种系统级视角对于理解复杂表型已变得至关重要。

方法

几种高通量方法驱动功能基因组学。功能缺失筛选使用 RNA 干扰（RNAi）或 CRISPR-Cas9 文库系统性地敲除基因并观察表型后果。功能获得筛选过表达 cDNA 文库以识别驱动特定表型的基因。蛋白质相互作用作图（通过酵母双杂交或亲和纯化-质谱联用）构建全基因组相互作用网络。基因表达谱分析使用 RNA-seq 或微阵列揭示提示功能关系的共表达模式。通过机器学习整合多种数据类型以越来越高的准确度预测基因功能，基于多组学证据分配诸如 Gene Ontology 术语等注释。

应用

功能基因组学推动着所有生命领域的发现。在癌症研究中，CRISPR 筛选识别肿瘤生长必需的基因以及缺失后赋予耐药性的基因。在微生物学中，全基因组适应性测定精确定位病原性所需的基因。农业应用包括通过结合重组 DNA 技术和功能筛选来识别控制产量、胁迫耐受性和营养含量的基因。该领域随着单细胞技术和 in vivo CRISPR 筛选而不断发展，这些技术揭示了基因在天然组织环境中的功能，使我们更接近完整的基因组功能注释。