组学生物技术——系统性揭示生命活动奥秘

赵圣国

（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

生物体生命活动是一个复杂的、系统性的过程，是宏观与微观、环境与机体、时间与空间的综合作用结果。动植物的生命活动是机体的整体活动，随着研究的深入，科学家已经从器官、组织、细胞水平研究，进入核酸、蛋白质等大分子物质水平研究。微生物的生命活动相对比较简单，每个细胞可以构成独立生命单元，进行生长、繁殖和发挥功能，但是微生态研究常从整体上探讨微生物功能。随着分子生物学的快速发展，生物学家从纵向研究的角度，围绕某个生物表型或功能，解释了发挥作用的细胞、功能基因、调控基因、信号分子、修饰分子等，为揭示生命活动提供了大量可靠的科学证据。然而，生物体作为复杂的机体，往往不是几个基因就能解释某个功能与变化。因此，采用系统生物学思维，来研究生物体系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生规律，将有助于从整体上理解生命活动。

组学是系统生物学的重要组成内容，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学、微生物组学等，旨在从整体上揭示生命活动规律，促进对复杂生物体的整体认识。随着高通量测序技术和质谱技术的快速发展，近年来组学生物技术被越来越多的用于生命科学研究，已经成为引领生命科学前沿的突破性技术。组学技术通常不进行任何试验假设，针对某一表型、功能或疾病，从众多的生物大分子中筛选出相关联的或发挥作用的重要基因、蛋白质或代谢物等，从而为后续分子生物学研究提供靶标或方向。组学技术的优势就在于从整体上、众多因素中，找到了发挥作用的重要分子，避免了“盲人摸象”式的科研结论偏差。

组学生物技术涵盖生物试验设计、样品采集与处理、基因或蛋白等分子的提取与检测、大数据处理与统计等流程内容，既涉及生物试验，又涉及生物信息分析，并且生物信息分析的影响或作用更为突出。随着生物信息学的发展，新的算法不断出现，流程搭建越来越成熟，可视化展示逐步完善，有力提高了组学结果的易理解性，大大加快了组学技术的在生命科学研究中的应用速度。

组学生物技术的应用已经非常广泛，在医学、农业、生物学、微生物学等领域积累了大量的研究成果，为认识生命活动规律、维护人体健康、促进农牧业发展等起到了重要作用。相信将来，随着组学技术不断完善，在这些领域的应用也会“遍地开花”。

本期“组学生物技术”专刊组织了国内长期从事组学生物技术研究的团队与专家，介绍了不同组学技术的原理与方法，展示了组学在不同领域的应用研究成果，创新性明显，研究成果前沿性突出。希望本专刊内容对从事相关领域研究的研究学者、学生和企业技术人员有参考价值。特别希望有志之士能不断完善组学生物技术方法，也特别欢迎更多学者将组学技术应用到自己的生命科学研究之中，让组学结出更多的硕果。