人類基因組計劃課件

1、人類基因組計劃人類基因組計劃human genome project, HGP 全新的合成物種全新的合成物種？人類科學史上的三大工程 人類基因組計劃曼哈頓原子彈計劃阿波羅登月計劃 研究背景研究背景 基因是DNA分子上具有遺傳效應的片段，或者說是遺傳信息的結構與功能的單位，基因組指的則是一個物種遺傳信息的總和。如果將人體細胞中30億個堿基的序列全部弄清楚并印成書，以每頁3000個印刷符號計，會有100萬頁。就是這樣一本“天書”，蘊藏著人的生、老、病、死的豐富信息，也是科學家們進一步探索生命奧秘的“地圖”，其價值難以估量 。諾貝爾獎獲得者Renato Dulbecco是最早提出HGP設想的科學家，

2、他于1986年在Science上發(fā)表的有關腫瘤研究的文章“Aturning poin tincancer research: secquencing the human genome”，第一次提出基因測序的概念。杜爾貝科（杜爾貝科（19142012 )Renato Dulbecco美國病毒學家倫敦帝國癌癥研究基金實驗室1986年，美國能源部(DOE)，正式提出實施測定人類基因組全序列的計劃1987年初，美國能源部和國立衛(wèi)生研究院為HGP下?lián)芰藛咏?jīng)費約550萬美元（全年1.66億美元）1990 年年 10 月美國確定把當年的月美國確定把當年的 10 月月 1 日作為官日作為官方實施方實施 HG

3、P 的起始日期，被譽為生命科學的起始日期，被譽為生命科學“阿波阿波羅登月計劃羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。的國際人類基因組計劃啟動。1993年美國人類基因組研究中心(CHGR)修訂了新五年HGP計劃研究目標研究目標 完成對人的基因組的所有堿基序列的測定，闡明人體中全部基因的位置、結構、功能、表達、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；基因組研究技術的建立、創(chuàng)新與改進；模式生物(主要包括大腸桿菌、酵母、果蠅、線蟲、小鼠、水稻、擬南芥等)基因組的作圖和測序等我國于我國于1999年加入年加入HGP，得到完成人類，得到完成人類3號染色號染色體短臂上

4、一個約體短臂上一個約30Mb區(qū)域的測序任務，該區(qū)域區(qū)域的測序任務，該區(qū)域約占人類整個基因組的約占人類整個基因組的1%各國所承擔工作比例約為：各國所承擔工作比例約為：美國美國 英國英國 日本日本 法國法國 .德國德國 .中國中國 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個國家個國家16個研個研究組究組3000多位

5、科學工作者組成多位科學工作者組成的國際人類基因組測序聯(lián)合體的國際人類基因組測序聯(lián)合體和塞萊拉基因組公司，同時分和塞萊拉基因組公司，同時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個國家共同宣布個國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，人類基因組計劃的所有目標全部實現(xiàn)，因組計劃的所有目標全部實現(xiàn)，提前提前2年實現(xiàn)了目標。年實現(xiàn)了目標。國際人類基因組合作組織測定國際人類基因組合作組織測定的堿基數(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號染色體測序完成；2000年5月，21號染色體測序完成；2001年12月，20號染色體測序完成；2003年2月，14號染色體測序完成；2003年6月，男性特有的Y染色體測序完成；2003年5月和7月，7號染色體測序完成；2003年10月，6號染色體測序完成；2004年4月，13號和19號染色體測序完成；2004年5月，9號和10號染色體測序完成；2004年9月，5號染色體測序完成；2004年12月，16號染色體測序完成；2005年3月，X染色體測序完成；2005年4月，2號和4號染色體測序完成；2005年9月，18號染色體

7、測序完成； 2006年1月，8號染色體測序完成；2006年3月，11號,12號和15號染色體測序完成；2006年4月，17號和3號染色體測序完成；2006年5月，1號染色體測序完成；人類各條染色體測序完成時間人類各條染色體測序完成時間2000年年6月公共領域測序計劃工作框架圖月公共領域測序計劃工作框架圖（一）遺傳圖譜（一）遺傳圖譜（genetic map） 通過計算連鎖的遺傳標記之間重組頻率而確定它們相對距離的遺傳圖，一般用厘摩（cM）來表示，遺傳圖譜確定了DNA標志在染色體上的相對位置與遺傳距離,它顯示所知的遺傳標記在染色體上的相對位置，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上可以識別的標記的位置和相互之間的距離(以堿基對的數(shù)目為衡量單位)，這些可以識別的標記包括限制性內(nèi)切酶的酶切位點，基因等。物理圖譜不考慮兩個標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30億堿基對的全序列圖。 以遺傳圖譜和物理圖譜為基礎建立。 DNA序列分析包括了制備DNA片段、堿基分析和DNA信息翻譯等過程。（四）基因圖譜（四）基因圖譜（gene map） 通過測定基因的表達產(chǎn)物mRNA并且反追蹤到DNA鏈上，從而得到包含蛋白質編碼序列（外顯子）的片段在染色體上的位置并結合有關基因序列、位置及表達模式等信息

9、繪制的圖譜?；蚍治龅某醪浇Y果基因分析的初步結果目前發(fā)現(xiàn)基因數(shù)量少得驚人 ，基因總數(shù)在2.6383萬到3.9114萬個之間，不超過40,000 ，只有原先預期的一半不到。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染色體上進行的。 人類基因組中大約有200多個基因是來自于插入人類祖先基因組的細菌基因 。人類基因組編碼的全套蛋白質（蛋白質組）比無脊椎動物編碼的蛋白質組更復雜。 人類元基因組計劃：對人體內(nèi)所用共生菌群的基因組進行人類元基因組計劃：對人體內(nèi)所用共生菌群的基因組進行序列測定，并研究與人體發(fā)育和健康相關基因的功能。序列測定，并研究與

10、人體發(fā)育和健康相關基因的功能。 國際人類基因組單體型圖計劃（簡稱國際人類基因組單體型圖計劃（簡稱HapMap計劃計劃2002-2005）：目標是構建人類）：目標是構建人類DNA序列中多態(tài)位點的常見模式。序列中多態(tài)位點的常見模式。由于每個個體（除了孿生子和克隆動物）的基因組都有獨特由于每個個體（除了孿生子和克隆動物）的基因組都有獨特之處，因此有必要對個體之間的差異在基因組上進行定位。之處，因此有必要對個體之間的差異在基因組上進行定位。其完成將為研究人員確定對人類健康和疾病以及對藥物和環(huán)其完成將為研究人員確定對人類健康和疾病以及對藥物和環(huán)境反應有影響的相關基因提供關鍵信息。境反應有影響的相關基因提

11、供關鍵信息。 后基因組時代（延伸計劃）后基因組時代（延伸計劃） 人類基因組多樣性研究計劃人類基因組多樣性研究計劃（Human Genome Diversity Project）：對不同人種、民族、人群的基因組進行研究和比較。這一計劃將為疾病監(jiān)測、人類的進化研究和人類學研究提供重要信息。 國際千人基因組計劃：國際千人基因組計劃：2008年1月，由英國桑格研究所、中國華大基因和美國國立人類基因組研究所聯(lián)合啟動，擬測定世界各地包括所有人種至少1000個人類個體的全基因組序列，繪制迄今為止最詳盡、最有醫(yī)學應用價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的基因變異位點，更快地開發(fā)常見疾病的預

12、防、診斷和治療新策略后基因組時代（延伸計劃）后基因組時代（延伸計劃）科學家僅用了個月時間、不到萬美科學家僅用了個月時間、不到萬美元在元在2007完成了有完成了有“之父之父”之稱的美國之稱的美國科學家詹姆斯科學家詹姆斯沃森的個人基因組圖譜沃森的個人基因組圖譜HGP帶來的深遠影響帶來的深遠影響 1）推動醫(yī)學和生物技術的飛躍發(fā)展 2）開拓新學科領域 3）商機和知識產(chǎn)權問題 4）對社會倫理的沖擊1）推動醫(yī)學和生物技術的飛躍發(fā)展 新藥開發(fā) 藥物靶基因 個性化給藥 藥物遺傳學 兒童急性淋巴細胞白血病 6-巰基嘌呤 Right drug-right dose-right person 司法審判 DNA測試被

13、用在罪犯管制在法庭上可用 RFLP 于謀殺案取證2）推動新學科興起 生物信息學 Bioinformatics 基因組學 Genomics 蛋白質組學 Proteomics蛋白質組學內(nèi)容 （1）發(fā)現(xiàn)新蛋白，尋找約3萬多個編碼基因 （2）按照氨基酸序列、空間結構把蛋白質歸納為若干家族 （3）研究蛋白質結構與功能 （4）研究蛋白質組與細胞/個體生理狀態(tài)的聯(lián)系3）商機 世界級大公司正投入生物技術領域 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1000億美元 開發(fā)新藥 基因玉米 知識產(chǎn)權問題 2000.6.26 美、英、日、法、德各國官員紛紛表

14、示，希望全世界能共享人類基因組研究成果 但是，商業(yè)公司的參與帶來了兩個后果 （1 1）推動推動HGPHGP進展進展 （2 2）尋求利潤尋求利潤 紅血球生成素（EP） Amgen公司（安進 世界500強） 1998 13.613.6億美元 2000年 3434億美元4）對社會倫理的沖擊 隨著HGP的進展，在不久的將來 技術上有可能 為每個人提供基因檔案為每個人提供基因檔案 優(yōu)點： （1）疾病治療（2）生涯規(guī)劃 缺點： 隱私問題和公正問題 遺傳上有缺陷的人被打成新的下等公民 2002 中國楊煥明等在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、德等國的上百位科學家12月5日在英國Nature雜志上聯(lián)合宣布他們成功破譯了小鼠的基因組。 水稻第四號染色體測序專家工作組組長、中科院國家基因研究中心韓斌博士 中、美、日、法等中、美、日、法等10個國家和地區(qū)個國家和地區(qū)的科學家于2005年8月11日在（ Nature ）雜志發(fā)表了水稻基水稻基因組因組“精細圖精細圖”，覆蓋率達95.3，我國對國際水稻基因組計劃的貢獻率達20。共定位了37,500個基因，還率先在動植物中完成了對著絲粒的測序 。 中國家蠶基因組