人類基因組計(jì)劃課件

1、人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃human genome project, HGP 全新的合成物種全新的合成物種？人類科學(xué)史上的三大工程 人類基因組計(jì)劃曼哈頓原子彈計(jì)劃阿波羅登月計(jì)劃 研究背景研究背景 基因是DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的片段，或者說(shuō)是遺傳信息的結(jié)構(gòu)與功能的單位，基因組指的則是一個(gè)物種遺傳信息的總和。如果將人體細(xì)胞中30億個(gè)堿基的序列全部弄清楚并印成書(shū)，以每頁(yè)3000個(gè)印刷符號(hào)計(jì)，會(huì)有100萬(wàn)頁(yè)。就是這樣一本“天書(shū)”，蘊(yùn)藏著人的生、老、病、死的豐富信息，也是科學(xué)家們進(jìn)一步探索生命奧秘的“地圖”，其價(jià)值難以估量 。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Renato Dulbecco是最早提出HGP設(shè)想的科學(xué)家，

2、他于1986年在Science上發(fā)表的有關(guān)腫瘤研究的文章“Aturning poin tincancer research: secquencing the human genome”，第一次提出基因測(cè)序的概念。杜爾貝科（杜爾貝科（19142012 )Renato Dulbecco美國(guó)病毒學(xué)家倫敦帝國(guó)癌癥研究基金實(shí)驗(yàn)室1986年，美國(guó)能源部(DOE)，正式提出實(shí)施測(cè)定人類基因組全序列的計(jì)劃1987年初，美國(guó)能源部和國(guó)立衛(wèi)生研究院為HGP下?lián)芰藛?dòng)經(jīng)費(fèi)約550萬(wàn)美元（全年1.66億美元）1990 年年 10 月美國(guó)確定把當(dāng)年的月美國(guó)確定把當(dāng)年的 10 月月 1 日作為官日作為官方實(shí)施方實(shí)施 HG

3、P 的起始日期，被譽(yù)為生命科學(xué)的起始日期，被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波阿波羅登月計(jì)劃羅登月計(jì)劃”的國(guó)際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。的國(guó)際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。1993年美國(guó)人類基因組研究中心(CHGR)修訂了新五年HGP計(jì)劃研究目標(biāo)研究目標(biāo) 完成對(duì)人的基因組的所有堿基序列的測(cè)定，闡明人體中全部基因的位置、結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)、調(diào)控方式及致病突變的全部信息。 具體內(nèi)容包括：人類基因組作圖及序列分析；基因的鑒定；基因組研究技術(shù)的建立、創(chuàng)新與改進(jìn)；模式生物(主要包括大腸桿菌、酵母、果蠅、線蟲(chóng)、小鼠、水稻、擬南芥等)基因組的作圖和測(cè)序等我國(guó)于我國(guó)于1999年加入年加入HGP，得到完成人類，得到完成人類3號(hào)染色號(hào)染色體短臂上

4、一個(gè)約體短臂上一個(gè)約30Mb區(qū)域的測(cè)序任務(wù)，該區(qū)域區(qū)域的測(cè)序任務(wù)，該區(qū)域約占人類整個(gè)基因組的約占人類整個(gè)基因組的1%各國(guó)所承擔(dān)工作比例約為：各國(guó)所承擔(dān)工作比例約為：美國(guó)美國(guó) 英國(guó)英國(guó) 日本日本 法國(guó)法國(guó) .德國(guó)德國(guó) .中國(guó)中國(guó) 1%Initial sequencing and analysis of the human genome 2001.2.15IHSCThe Sequence of the Human Genome2001.2.16Celera Genomics 2000年年6月月26日，由美、英、日，由美、英、日、德、法、中日、德、法、中6個(gè)國(guó)家個(gè)國(guó)家16個(gè)研個(gè)研究組究組3000多位

5、科學(xué)工作者組成多位科學(xué)工作者組成的國(guó)際人類基因組測(cè)序聯(lián)合體的國(guó)際人類基因組測(cè)序聯(lián)合體和塞萊拉基因組公司，同時(shí)分和塞萊拉基因組公司，同時(shí)分別宣布完成了別宣布完成了人類基因組的草人類基因組的草圖圖，并于次年發(fā)表了，并于次年發(fā)表了“工作框工作框架圖架圖”。2003年年4月月15日，美、英、德、日，美、英、德、日、法、中日、法、中6個(gè)國(guó)家共同宣布個(gè)國(guó)家共同宣布人人類基因組序列圖完成類基因組序列圖完成，人類基，人類基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)，因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)，提前提前2年實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。年實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。國(guó)際人類基因組合作組織測(cè)定國(guó)際人類基因組合作組織測(cè)定的堿基數(shù)為的堿基數(shù)為290Gb、覆蓋率、覆蓋

6、率為為988，數(shù)據(jù)精度高于，數(shù)據(jù)精度高于9999。1999年12月，22號(hào)染色體測(cè)序完成；2000年5月，21號(hào)染色體測(cè)序完成；2001年12月，20號(hào)染色體測(cè)序完成；2003年2月，14號(hào)染色體測(cè)序完成；2003年6月，男性特有的Y染色體測(cè)序完成；2003年5月和7月，7號(hào)染色體測(cè)序完成；2003年10月，6號(hào)染色體測(cè)序完成；2004年4月，13號(hào)和19號(hào)染色體測(cè)序完成；2004年5月，9號(hào)和10號(hào)染色體測(cè)序完成；2004年9月，5號(hào)染色體測(cè)序完成；2004年12月，16號(hào)染色體測(cè)序完成；2005年3月，X染色體測(cè)序完成；2005年4月，2號(hào)和4號(hào)染色體測(cè)序完成；2005年9月，18號(hào)染色體

7、測(cè)序完成； 2006年1月，8號(hào)染色體測(cè)序完成；2006年3月，11號(hào),12號(hào)和15號(hào)染色體測(cè)序完成；2006年4月，17號(hào)和3號(hào)染色體測(cè)序完成；2006年5月，1號(hào)染色體測(cè)序完成；人類各條染色體測(cè)序完成時(shí)間人類各條染色體測(cè)序完成時(shí)間2000年年6月公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)劃工作框架圖月公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)劃工作框架圖（一）遺傳圖譜（一）遺傳圖譜（genetic map） 通過(guò)計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)記之間重組頻率而確定它們相對(duì)距離的遺傳圖，一般用厘摩（cM）來(lái)表示，遺傳圖譜確定了DNA標(biāo)志在染色體上的相對(duì)位置與遺傳距離,它顯示所知的遺傳標(biāo)記在染色體上的相對(duì)位置，而不是特殊的物理位置。 （二）物理圖譜（二）物理圖譜（

8、physical map ） 描繪DNA上可以識(shí)別的標(biāo)記的位置和相互之間的距離(以堿基對(duì)的數(shù)目為衡量單位)，這些可以識(shí)別的標(biāo)記包括限制性內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)，基因等。物理圖譜不考慮兩個(gè)標(biāo)記共同遺傳的概率等信息。 HGP具體內(nèi)容具體內(nèi)容（三）序列圖譜（三）序列圖譜 人類基因組30億堿基對(duì)的全序列圖。 以遺傳圖譜和物理圖譜為基礎(chǔ)建立。 DNA序列分析包括了制備DNA片段、堿基分析和DNA信息翻譯等過(guò)程。（四）基因圖譜（四）基因圖譜（gene map） 通過(guò)測(cè)定基因的表達(dá)產(chǎn)物mRNA并且反追蹤到DNA鏈上，從而得到包含蛋白質(zhì)編碼序列（外顯子）的片段在染色體上的位置并結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達(dá)模式等信息

9、繪制的圖譜?；蚍治龅某醪浇Y(jié)果基因分析的初步結(jié)果目前發(fā)現(xiàn)基因數(shù)量少得驚人 ，基因總數(shù)在2.6383萬(wàn)到3.9114萬(wàn)個(gè)之間，不超過(guò)40,000 ，只有原先預(yù)期的一半不到。人與人之間99.99%的基因密碼是相同的。男性的基因突變率是女性的兩倍，而且大部分人類遺傳疾病是在Y染色體上進(jìn)行的。 人類基因組中大約有200多個(gè)基因是來(lái)自于插入人類祖先基因組的細(xì)菌基因 。人類基因組編碼的全套蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組）比無(wú)脊椎動(dòng)物編碼的蛋白質(zhì)組更復(fù)雜。 人類元基因組計(jì)劃：對(duì)人體內(nèi)所用共生菌群的基因組進(jìn)行人類元基因組計(jì)劃：對(duì)人體內(nèi)所用共生菌群的基因組進(jìn)行序列測(cè)定，并研究與人體發(fā)育和健康相關(guān)基因的功能。序列測(cè)定，并研究與

10、人體發(fā)育和健康相關(guān)基因的功能。 國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃（簡(jiǎn)稱國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃（簡(jiǎn)稱HapMap計(jì)劃計(jì)劃2002-2005）：目標(biāo)是構(gòu)建人類）：目標(biāo)是構(gòu)建人類DNA序列中多態(tài)位點(diǎn)的常見(jiàn)模式。序列中多態(tài)位點(diǎn)的常見(jiàn)模式。由于每個(gè)個(gè)體（除了孿生子和克隆動(dòng)物）的基因組都有獨(dú)特由于每個(gè)個(gè)體（除了孿生子和克隆動(dòng)物）的基因組都有獨(dú)特之處，因此有必要對(duì)個(gè)體之間的差異在基因組上進(jìn)行定位。之處，因此有必要對(duì)個(gè)體之間的差異在基因組上進(jìn)行定位。其完成將為研究人員確定對(duì)人類健康和疾病以及對(duì)藥物和環(huán)其完成將為研究人員確定對(duì)人類健康和疾病以及對(duì)藥物和環(huán)境反應(yīng)有影響的相關(guān)基因提供關(guān)鍵信息。境反應(yīng)有影響的相關(guān)基因提

11、供關(guān)鍵信息。 后基因組時(shí)代（延伸計(jì)劃）后基因組時(shí)代（延伸計(jì)劃） 人類基因組多樣性研究計(jì)劃人類基因組多樣性研究計(jì)劃（Human Genome Diversity Project）：對(duì)不同人種、民族、人群的基因組進(jìn)行研究和比較。這一計(jì)劃將為疾病監(jiān)測(cè)、人類的進(jìn)化研究和人類學(xué)研究提供重要信息。 國(guó)際千人基因組計(jì)劃：國(guó)際千人基因組計(jì)劃：2008年1月，由英國(guó)桑格研究所、中國(guó)華大基因和美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所聯(lián)合啟動(dòng)，擬測(cè)定世界各地包括所有人種至少1000個(gè)人類個(gè)體的全基因組序列，繪制迄今為止最詳盡、最有醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值的人類基因組遺傳多態(tài)性圖譜，以期更快地鎖定與疾病相關(guān)的基因變異位點(diǎn)，更快地開(kāi)發(fā)常見(jiàn)疾病的預(yù)

12、防、診斷和治療新策略后基因組時(shí)代（延伸計(jì)劃）后基因組時(shí)代（延伸計(jì)劃）科學(xué)家僅用了個(gè)月時(shí)間、不到萬(wàn)美科學(xué)家僅用了個(gè)月時(shí)間、不到萬(wàn)美元在元在2007完成了有完成了有“之父之父”之稱的美國(guó)之稱的美國(guó)科學(xué)家詹姆斯科學(xué)家詹姆斯沃森的個(gè)人基因組圖譜沃森的個(gè)人基因組圖譜HGP帶來(lái)的深遠(yuǎn)影響帶來(lái)的深遠(yuǎn)影響 1）推動(dòng)醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的飛躍發(fā)展 2）開(kāi)拓新學(xué)科領(lǐng)域 3）商機(jī)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題 4）對(duì)社會(huì)倫理的沖擊1）推動(dòng)醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的飛躍發(fā)展 新藥開(kāi)發(fā) 藥物靶基因 個(gè)性化給藥 藥物遺傳學(xué) 兒童急性淋巴細(xì)胞白血病 6-巰基嘌呤 Right drug-right dose-right person 司法審判 DNA測(cè)試被

13、用在罪犯管制在法庭上可用 RFLP 于謀殺案取證2）推動(dòng)新學(xué)科興起 生物信息學(xué) Bioinformatics 基因組學(xué) Genomics 蛋白質(zhì)組學(xué) Proteomics蛋白質(zhì)組學(xué)內(nèi)容 （1）發(fā)現(xiàn)新蛋白，尋找約3萬(wàn)多個(gè)編碼基因 （2）按照氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)把蛋白質(zhì)歸納為若干家族 （3）研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能 （4）研究蛋白質(zhì)組與細(xì)胞/個(gè)體生理狀態(tài)的聯(lián)系3）商機(jī) 世界級(jí)大公司正投入生物技術(shù)領(lǐng)域 Ciba-Geigy和Sandoz兩大公司聯(lián)合組成 Novartis 成為世界上最大的聯(lián)合體 資產(chǎn)超過(guò)1000億美元 開(kāi)發(fā)新藥 基因玉米 知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題 2000.6.26 美、英、日、法、德各國(guó)官員紛紛表

14、示，希望全世界能共享人類基因組研究成果 但是，商業(yè)公司的參與帶來(lái)了兩個(gè)后果 （1 1）推動(dòng)推動(dòng)HGPHGP進(jìn)展進(jìn)展 （2 2）尋求利潤(rùn)尋求利潤(rùn) 紅血球生成素（EP） Amgen公司（安進(jìn) 世界500強(qiáng)） 1998 13.613.6億美元 2000年 3434億美元4）對(duì)社會(huì)倫理的沖擊 隨著HGP的進(jìn)展，在不久的將來(lái) 技術(shù)上有可能 為每個(gè)人提供基因檔案為每個(gè)人提供基因檔案 優(yōu)點(diǎn)： （1）疾病治療（2）生涯規(guī)劃 缺點(diǎn)： 隱私問(wèn)題和公正問(wèn)題 遺傳上有缺陷的人被打成新的下等公民 2002 中國(guó)楊煥明等在Science發(fā)表了水稻全基因組框架序列圖 基因總數(shù)：4602255615，約為人類的2倍； 其中10,000個(gè)基因的功能已確定； 水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人類的“垃圾”序列多位于基因內(nèi)；楊煥明博士 2002年，英、美、德等國(guó)的上百位科學(xué)家12月5日在英國(guó)Nature雜志上聯(lián)合宣布他們成功破譯了小鼠的基因組。 水稻第四號(hào)染色體測(cè)序?qū)＜夜ぷ鹘M組長(zhǎng)、中科院國(guó)家基因研究中心韓斌博士 中、美、日、法等中、美、日、法等10個(gè)國(guó)家和地區(qū)個(gè)國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)家于2005年8月11日在（ Nature ）雜志發(fā)表了水稻基水稻基因組因組“精細(xì)圖精細(xì)圖”，覆蓋率達(dá)95.3，我國(guó)對(duì)國(guó)際水稻基因組計(jì)劃的貢獻(xiàn)率達(dá)20。共定位了37,500個(gè)基因，還率先在動(dòng)植物中完成了對(duì)著絲粒的測(cè)序 。 中國(guó)家蠶基因組