04第四章人類基因組計劃

1、201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學一、什么是基因和基因組一、什么是基因和基因組 1 1、基因、基因：dnadna分子上具有特定遺傳效應分子上具有特定遺傳效應的一段特定的核苷酸序列。遺傳效應：的一段特定的核苷酸序列。遺傳效應：有蛋白質產(chǎn)物或有蛋白質產(chǎn)物或rnarna產(chǎn)物或對其它基因產(chǎn)物或對其它基因起調(diào)節(jié)效應的功能。起調(diào)節(jié)效應的功能。 2 2、基因組、基因組：是一個單倍體染色體組中是一個單倍體染色體組中所包含的全部遺傳物質。有核基因組和所包含的全部遺傳物質。有核基因組和線拉體基因組之分。線拉體基因組之分。 圖圖4

2、-14-1 201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學二、人類基因組結構二、人類基因組結構 人類基因組結構龐大、復雜：基因組人類基因組結構龐大、復雜：基因組dna總長度為總長度為3109bp，3-4萬個基因分布萬個基因分布在在24條染色體上，非編碼區(qū)遠遠多于編碼區(qū)，條染色體上，非編碼區(qū)遠遠多于編碼區(qū)，占占90%以上，結構基因占以上，結構基因占3%，以單拷貝形，以單拷貝形式存在。式存在。 1、dna序列中的組成結構序列中的組成結構 可分為可分為3種類型：種類型：（1）單一序列單一序列(非重復序列、單拷貝序列）非重復序列、單拷貝序列） 占占60-65%，絕大多數(shù)為蛋白質編碼的結，絕大多數(shù)為蛋

3、白質編碼的結構基因構基因 201103青島農(nóng)業(yè)大學（2）中度重復序列中度重復序列：占占20-30%，拷貝數(shù)，拷貝數(shù)為為104-105 ， 包括組蛋白基因、免疫球蛋白包括組蛋白基因、免疫球蛋白基因及基因及rna基因，絕大多數(shù)中度重復序列基因，絕大多數(shù)中度重復序列為不編碼序列，成為間隔區(qū)，如人類為不編碼序列，成為間隔區(qū)，如人類alu序序列家族由列家族由300bp的短序列構成，重復達的短序列構成，重復達30萬萬-50萬拷貝，占基因組萬拷貝，占基因組3-6%。（3）高度重復序列高度重復序列：又稱為衛(wèi)星又稱為衛(wèi)星dna 通常是小于通常是小于10bp的短小序列組成基本單的短小序列組成基本單元，重復達元，重

4、復達105以上，占基因組的以上，占基因組的10%，不，不能轉錄，組成異染色質。能轉錄，組成異染色質。 201103青島農(nóng)業(yè)大學2、結構基因、結構基因（1）概念概念：為蛋白質編碼的基因叫為蛋白質編碼的基因叫-。其。其dna序列大多數(shù)是不連續(xù)的，編碼序列之中序列大多數(shù)是不連續(xù)的，編碼序列之中往往還插入有非編碼序列。往往還插入有非編碼序列。 （2）結構結構： 內(nèi)含子：內(nèi)含子：非編碼的序列叫非編碼的序列叫。 外顯子：外顯子：編碼序列的片段叫編碼序列的片段叫。 一個結構基因常常是由多個內(nèi)含子和多一個結構基因常常是由多個內(nèi)含子和多個外顯子相間排列組成的。圖個外顯子相間排列組成的。圖4-2，n個內(nèi)含個內(nèi)含子

5、嵌合排列在子嵌合排列在n+1外顯子之間，故有內(nèi)外之外顯子之間，故有內(nèi)外之分。分。 201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學（3）功能功能：內(nèi)含子的長度比外顯子的大好幾倍，內(nèi)含子的長度比外顯子的大好幾倍，一起轉錄成一起轉錄成rna以后，必須經(jīng)過剪接加工過程，以后，必須經(jīng)過剪接加工過程，將內(nèi)含子部分切除，使外顯子連接起來，才能形將內(nèi)含子部分切除，使外顯子連接起來，才能形成成熟的成成熟的mrna，成為翻譯蛋白質的模板。內(nèi)含，成為翻譯蛋白質的模板。內(nèi)含子，含而不顯的片段對基因的表達有重要的調(diào)控子，含而不顯的片段對基因的表達有重要的調(diào)控作用。作用。圖圖4-3。3、多基因家族和基因簇多基因家族和基

6、因簇： （1）多基因家族：）多基因家族：真核生物的基因組中有許真核生物的基因組中有許多來源相同、結構相似、功能相關的基因，這樣多來源相同、結構相似、功能相關的基因，這樣的一組基因稱為基因家族的一組基因稱為基因家族 201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學如血紅蛋白基因家族。（指進化過程中由某一如血紅蛋白基因家族。（指進化過程中由某一個祖先基因經(jīng)過多次重復和變異所產(chǎn)生的一大個祖先基因經(jīng)過多次重復和變異所產(chǎn)生的一大類群序列相似、功能相似的基因群。）類群序列相似、功能相似的基因群。） a、有的集中在一條染色體上共同發(fā)揮作用，有的集中在一條染色體上共同發(fā)揮作用，合成某些蛋白質，如組蛋白基因家族

7、中的合成某些蛋白質，如組蛋白基因家族中的5種組種組蛋白基因集中在蛋白基因集中在7號染色體的長臂上的。號染色體的長臂上的。 b、有的多基因家族成員是分散存在于幾條染有的多基因家族成員是分散存在于幾條染色體上，如人的色體上，如人的rrna基因家族成員分別位于基因家族成員分別位于13、14、15、21、22，5條染色體的短臂的核仁組織條染色體的短臂的核仁組織區(qū)中。區(qū)中。 201103青島農(nóng)業(yè)大學每個區(qū)中包含幾十個每個區(qū)中包含幾十個rrna基因單位，大量轉基因單位，大量轉錄錄18s rrna、 28s rrna、 5.8s rrna。 假基因：假基因：是基因組中因突變而失活的基因，是基因組中因突變而失

8、活的基因，它和同一家族中的活躍基因在結構上和它和同一家族中的活躍基因在結構上和dna序列上有相似性，但是沒有蛋白質產(chǎn)物。序列上有相似性，但是沒有蛋白質產(chǎn)物。（在多基因家族中，有少數(shù)成員不產(chǎn)生有功（在多基因家族中，有少數(shù)成員不產(chǎn)生有功能的蛋白質，這樣的基因叫能的蛋白質，這樣的基因叫。假基因與正。假基因與正?；驈男蛄猩峡词峭吹?，但是在進化過常基因從序列上看是同源的，但是在進化過程中發(fā)生突變喪失了功能活性。）程中發(fā)生突變喪失了功能活性。）201103青島農(nóng)業(yè)大學 16號染色體上的號染色體上的基因簇基因簇 5 12 3 5個基因個基因,兩個假基因兩個假基因 zi：t psai 201103青島農(nóng)業(yè)

9、大學 11號染色體上的號染色體上的基因簇基因簇 5 g- 3 6個基因，一個假基因個基因，一個假基因 epsailen delt201103青島農(nóng)業(yè)大學（2）基因簇或超基因：基因簇或超基因：同一基因家族中，同一基因家族中，一些結構和功能更為相似的基因彼此靠近一些結構和功能更為相似的基因彼此靠近成串地排列在一起，形成一個基因簇。如成串地排列在一起，形成一個基因簇。如人類類人類類珠蛋白基因族、類珠蛋白基因族、類珠蛋白基因族。珠蛋白基因族。 在人類基因組中，有中等重復序列構成在人類基因組中，有中等重復序列構成的大的基因群，包含有幾百個功能相關的的大的基因群，包含有幾百個功能相關的基因，緊密成簇狀排列

10、，稱為基因，緊密成簇狀排列，稱為超基因。超基因。如如人類組織相容性抗原復合體人類組織相容性抗原復合體hla，及免疫，及免疫球蛋白的重鏈和輕鏈基因。球蛋白的重鏈和輕鏈基因。 201103青島農(nóng)業(yè)大學4、線粒體基因組、線粒體基因組 （1）概述：）概述：核基因組、線粒體基因組、葉綠核基因組、線粒體基因組、葉綠體基因組體基因組 （2）線粒體基因組：）線粒體基因組：很小、但是數(shù)量不少，很小、但是數(shù)量不少，因為一個細胞中有幾十到幾千個線粒體，所以因為一個細胞中有幾十到幾千個線粒體，所以線粒體基因組總數(shù)達到幾千份拷貝線粒體基因組總數(shù)達到幾千份拷貝 （3）結構：）結構：線粒體線粒體dna上只有上只有1.7萬個

11、堿基對，萬個堿基對，只能編碼只能編碼2種種rrna ， 22種種trna 和和13種蛋白質種蛋白質（圖（圖4-4）。201103青島農(nóng)業(yè)大學（4）特點：）特點：嚴格細胞質遺傳，又稱為母系嚴格細胞質遺傳，又稱為母系遺傳，即只有母親的線粒體基因傳遞給子遺傳，即只有母親的線粒體基因傳遞給子女，為什么？先了解受精過程：精子所攜女，為什么？先了解受精過程：精子所攜帶的父親的線粒體位于精子的頸部，只有帶的父親的線粒體位于精子的頸部，只有精子的頭部（精核）進入卵細胞而頸部精子的頭部（精核）進入卵細胞而頸部201103青島農(nóng)業(yè)大學及以下的尾巴卻被折斷留在卵細胞的外部，及以下的尾巴卻被折斷留在卵細胞的外部，所以

12、受精卵分化發(fā)育而成的所有細胞中的線所以受精卵分化發(fā)育而成的所有細胞中的線粒體基因組是由母親的線粒體粒體基因組是由母親的線粒體dna為模板復為模板復制而來。根據(jù)人類線粒體進化的推測，人類制而來。根據(jù)人類線粒體進化的推測，人類共同的老祖母共同的老祖母夏娃是來自非洲古大陸。夏娃是來自非洲古大陸。（5）功能）功能 a、相對獨立，能自行合成所需蛋白質；相對獨立，能自行合成所需蛋白質；但是其所需要的酶又都是由核基因編碼，又但是其所需要的酶又都是由核基因編碼，又受核基因控制，因此被稱為半自主性細胞器。受核基因控制，因此被稱為半自主性細胞器。201103青島農(nóng)業(yè)大學 b、是能量供應器，如果線粒體基因組發(fā)生突是

13、能量供應器，如果線粒體基因組發(fā)生突變，導致細胞生理功能的異常，人體發(fā)生疾病。變，導致細胞生理功能的異常，人體發(fā)生疾病。如線粒體腦肌病是病者的線粒體基因組大段缺失，如線粒體腦肌病是病者的線粒體基因組大段缺失，引起腦、神經(jīng)、肌肉的全身性病變。引起腦、神經(jīng)、肌肉的全身性病變。5、調(diào)控基因和調(diào)控序列、調(diào)控基因和調(diào)控序列 （1）調(diào)控基因）調(diào)控基因：指編碼產(chǎn)生各種調(diào)控蛋白質，指編碼產(chǎn)生各種調(diào)控蛋白質，對結構基因表達起調(diào)控作用的基因。對結構基因表達起調(diào)控作用的基因。 調(diào)控序列調(diào)控序列：指雖然不能產(chǎn)生蛋白質、對結構：指雖然不能產(chǎn)生蛋白質、對結構基因表達也能起調(diào)控作用的基因表達也能起調(diào)控作用的dna序列，稱為調(diào)

14、控序列，稱為調(diào)控序列。圖序列。圖4-5。201103青島農(nóng)業(yè)大學（2）部位：）部位：結構基因的兩側、結構基因結構基因的兩側、結構基因內(nèi)部的內(nèi)含子之中內(nèi)部的內(nèi)含子之中。 201103青島農(nóng)業(yè)大學（3）種類：）種類：很多，一小部分基因在表達，絕大很多，一小部分基因在表達，絕大部分基因保持沉默，基因組的基因是受高度有部分基因保持沉默，基因組的基因是受高度有序而精確的四維時空表達程序嚴格調(diào)控，進一序而精確的四維時空表達程序嚴格調(diào)控，進一步依靠那些眾多的調(diào)節(jié)基因、調(diào)控序列、調(diào)控步依靠那些眾多的調(diào)節(jié)基因、調(diào)控序列、調(diào)控因子組成的多層次的調(diào)控系統(tǒng)來協(xié)調(diào)實現(xiàn)的。因子組成的多層次的調(diào)控系統(tǒng)來協(xié)調(diào)實現(xiàn)的。（4）常

15、見的調(diào)控基因、調(diào)控序列）常見的調(diào)控基因、調(diào)控序列 同源異形盒基因同源異形盒基因 a、1995年，美國加洲理工學院諾貝爾獎得主年，美國加洲理工學院諾貝爾獎得主b.lewis在果蠅中發(fā)現(xiàn)一組同源異形基因，來自在果蠅中發(fā)現(xiàn)一組同源異形基因，來自于同一基因的轉化，都含有一段同源的保守序于同一基因的轉化，都含有一段同源的保守序列，這些基因的功能是各管果蠅幼蟲體節(jié)發(fā)育列，這些基因的功能是各管果蠅幼蟲體節(jié)發(fā)育的。的。201103青島農(nóng)業(yè)大學 b、x射線照射后，某基因會發(fā)生突變，該基因射線照射后，某基因會發(fā)生突變，該基因所控制的性狀就會發(fā)生變化。如觸角足所控制的性狀就會發(fā)生變化。如觸角足antpyu的果的果蠅

16、突變體，原該長觸角的頭頂長出了兩只長腳。蠅突變體，原該長觸角的頭頂長出了兩只長腳。圖圖4-6。 鋅指基因：鋅指基因： a、起調(diào)控作用的保守序列、所編碼的蛋白質結起調(diào)控作用的保守序列、所編碼的蛋白質結構之中有一個或數(shù)個呈手指狀的空間構型，叫構之中有一個或數(shù)個呈手指狀的空間構型，叫-。 b、穩(wěn)定維持這種構型，與鋅離子的連接有關，穩(wěn)定維持這種構型，與鋅離子的連接有關，故稱為鋅指。這類蛋白質依靠故稱為鋅指。這類蛋白質依靠鋅指鋅指能特異性識別能特異性識別某種核苷酸序列，它與某些結構基因中相應的序某種核苷酸序列，它與某些結構基因中相應的序列相結合，以對基因表達起調(diào)控作用。人類許多列相結合，以對基因表達起調(diào)

17、控作用。人類許多激素受體上都存在鋅指結構。激素受體上都存在鋅指結構。201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學 啟動子啟動子promoter：位于每個基因編碼序列位于每個基因編碼序列5端，控制基因轉錄起始的效率，是端，控制基因轉錄起始的效率，是rna聚聚合酶的結合位點。合酶的結合位點。 增強子增強子enhancer ：能極大的激發(fā)啟動子的能極大的激發(fā)啟動子的活性，具有遠程效應，只要是共處于一條活性，具有遠程效應，只要是共處于一條dna上都能對其發(fā)揮作用，對各種基因的啟上都能對其發(fā)揮作用，對各種基因的啟動子都有效。動子都有效。 201103青島農(nóng)業(yè)大學20世紀人類科學史上三大計劃世紀人類科

18、學史上三大計劃n40年代的曼哈頓（年代的曼哈頓（manhatton）原子彈）原子彈計劃計劃n60年代的阿波羅（年代的阿波羅（apollo）登月計劃）登月計劃n90年代的人類基因組計劃年代的人類基因組計劃 201103青島農(nóng)業(yè)大學（一）（一）三、人類基因組計劃三、人類基因組計劃201103青島農(nóng)業(yè)大學（二）世界的行動（二）世界的行動 1、1984年在科羅拉多州舉行的一個科學會議上，年在科羅拉多州舉行的一個科學會議上，美能源部科學家建議發(fā)動全國的科技力量來做人類基因美能源部科學家建議發(fā)動全國的科技力量來做人類基因組圖譜的分析工作，結果支持者寥寥。因為以當時的技組圖譜的分析工作，結果支持者寥寥。因為

19、以當時的技術水平，每分析一個堿基對需要術水平，每分析一個堿基對需要3-5美元，美元， 搞清搞清 30億個億個堿基對的排序需要堿基對的排序需要150億美元的巨資。億美元的巨資。 1986年年3月月7日，日，dulbecco. r在在science（science, 231: 10551056）上發(fā)表了一篇名為）上發(fā)表了一篇名為癌癥癌癥研究的轉折點研究的轉折點-人類基因組全序列分析人類基因組全序列分析的有關開展的有關開展人類人類基因組基因組計劃的短文，引起了全世界的強烈反響。計劃的短文，引起了全世界的強烈反響。 不僅推動了美國，也推動了全世界的人類不僅推動了美國，也推動了全世界的人類基因組基因組計

20、劃的計劃的發(fā)展；發(fā)展；1987年初，美國能源部和國家健康研究院為年初，美國能源部和國家健康研究院為“人人類類基因組基因組計劃計劃”下?lián)芰藛咏?jīng)費下?lián)芰藛咏?jīng)費550萬美元，全年萬美元，全年1.66億美元。億美元。201103青島農(nóng)業(yè)大學 1988年年2月，國家科學研究委員會的專家成立了月，國家科學研究委員會的專家成立了國國家人類家人類基因組基因組研究中心研究中心，由沃森任第一任主任。但是，由沃森任第一任主任。但是，美國國會正式批準的美國國會正式批準的“人類人類基因組基因組計劃計劃”到到1990年年10月月1日才正式啟動，其規(guī)模在世界上是最大的，計劃在日才正式啟動，其規(guī)模在世界上是最大的，計劃在

21、15年內(nèi)投入年內(nèi)投入30億億美元以上的資金進行人類美元以上的資金進行人類基因組基因組的分的分析。析。 至此，被譽為生命科學至此，被譽為生命科學“阿波羅登月計劃阿波羅登月計劃”的國的國際人類基因組計劃開始啟動。際人類基因組計劃開始啟動。 在在dulbecco短文的影響下，整個歐洲都行動起來短文的影響下，整個歐洲都行動起來了，并且各具特色。了，并且各具特色。 2、1987年，意大利國家的年，意大利國家的hgp啟動，其特色是啟動，其特色是技術多樣（技術多樣（yac、雜交細胞、雜交細胞、cdna等）、區(qū)域集中等）、區(qū)域集中（x染色體的染色體的q24qter區(qū)域）。區(qū)域）。 3、1989年年2月，英國國

22、家的月，英國國家的hgp啟動；其特色是啟動；其特色是資源集中、全國協(xié)調(diào)（資金、技術資源集中、全國協(xié)調(diào)（資金、技術sanger測序）。測序）。201103青島農(nóng)業(yè)大學 4、1990年年6月，法國國家的月，法國國家的hgp啟動，其特色是啟動，其特色是注重整體基因組、注重整體基因組、cdna和自動化，而且法國為世界和自動化，而且法國為世界hgp的研究做出了不可磨滅的功獻。法國不僅建立了的研究做出了不可磨滅的功獻。法國不僅建立了多態(tài)性中心、全基因組的多態(tài)性中心、全基因組的yac重疊群和微衛(wèi)星標記技重疊群和微衛(wèi)星標記技術，而且法國民眾進行了捐資，還有馳名中外的用作術，而且法國民眾進行了捐資，還有馳名中外

23、的用作基因組研究的經(jīng)典材料基因組研究的經(jīng)典材料ceph家系（家系（3代代80多個家系）。多個家系）。 5、1990年年6月，歐共體通過月，歐共體通過歐洲人類歐洲人類基因組基因組計劃計劃。主要資助。主要資助23個實驗室重點用于個實驗室重點用于“資源中心資源中心”的建的建立和運轉。立和運轉。 6、1995年，德國國家的年，德國國家的hgp啟動，其特色是先啟動，其特色是先后建立了資源中心和基因掃描定為中心，并開始了對后建立了資源中心和基因掃描定為中心，并開始了對21號染色體進行大規(guī)模的測序工作。號染色體進行大規(guī)模的測序工作。201103青島農(nóng)業(yè)大學 7、中國的中國的hgp始于始于1994年，是在吳旻

24、，強伯勤，年，是在吳旻，強伯勤，陳竺，楊煥明等人的倡導下啟動的。最初由國家自然陳竺，楊煥明等人的倡導下啟動的。最初由國家自然科學基金委員會和科學基金委員會和“863”高科技計劃的支持下，先后高科技計劃的支持下，先后啟動了啟動了“中華民族中華民族基因組基因組中若干位點基因結構的研究中若干位點基因結構的研究”和和“重大基因相關基因的定位、克隆、結構與功能研重大基因相關基因的定位、克隆、結構與功能研究究”。 1998年年3月由陳竺院士掛帥成立上海中心，月由陳竺院士掛帥成立上海中心，10月月改名為中國南方基因中心。同時，決定成立由國家衛(wèi)改名為中國南方基因中心。同時，決定成立由國家衛(wèi)生部牽頭的若干中國人

25、類遺傳資源保護中心。生部牽頭的若干中國人類遺傳資源保護中心。1999年年由強伯勤院士挑頭在北京先后成立了中國科學院北京由強伯勤院士挑頭在北京先后成立了中國科學院北京人類人類基因組基因組中心和北方人類中心和北方人類基因組基因組中心。中心。 1999年年7月我月我國在國際人類基因組國在國際人類基因組hgsi注冊，注冊，9月中國獲準加入人月中國獲準加入人類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的類基因組計劃，負責測定人類基因組全部序列的1%，也就是也就是3號染色體上的號染色體上的3000萬個堿基對。萬個堿基對。201103青島農(nóng)業(yè)大學 中國是繼美、英、日、德、法之后第中國是繼美、英、日、德、法之后第

26、六個國際人類基因組計劃參與國，也是參六個國際人類基因組計劃參與國，也是參與這一計劃的唯一發(fā)展中國家。與這一計劃的唯一發(fā)展中國家。 在對人類在對人類23對染色體上多達對染色體上多達30億對堿億對堿基的測定上，美國人的貢獻率最大，承擔基的測定上，美國人的貢獻率最大，承擔了了54%，其次是英國，承擔了，其次是英國，承擔了33%,日本日本為為7%,法國為法國為2.8%，德國為，德國為2.2%，中國，中國科學家承擔了科學家承擔了1%的測序任務。的測序任務。 201103青島農(nóng)業(yè)大學 此外，丹麥，日本，韓國，俄羅斯和澳大此外，丹麥，日本，韓國，俄羅斯和澳大利亞也加入行動行列，除政府投資利亞也加入行動行列，

27、除政府投資hgp外，世外，世界幾乎所有的醫(yī)藥公司都參與人類基因組的研界幾乎所有的醫(yī)藥公司都參與人類基因組的研究，與國際人類基因組計劃展開競爭。究，與國際人類基因組計劃展開競爭。 可見，人類基因組計劃發(fā)展成一個由多國政可見，人類基因組計劃發(fā)展成一個由多國政府支持的國際項目，先后有府支持的國際項目，先后有美、英、日、德、美、英、日、德、法及中國法及中國等國家參加，有等國家參加，有16個實驗室及個實驗室及1100名名生物科學家生物科學家、計算機專家計算機專家和和技術人員技術人員參加。參加。 201103青島農(nóng)業(yè)大學 201103青島農(nóng)業(yè)大學（三）目的和意義（三）目的和意義 1、目的、目的 hgp最終

28、的目的是對生命進行系統(tǒng)地最終的目的是對生命進行系統(tǒng)地和科學地解碼，以此達到了解和認識生命的起源、和科學地解碼，以此達到了解和認識生命的起源、種間和個體間存在差異的原因、疾病產(chǎn)生的機制種間和個體間存在差異的原因、疾病產(chǎn)生的機制以及長壽和衰老等生命現(xiàn)象，為疾病的診治提供以及長壽和衰老等生命現(xiàn)象，為疾病的診治提供科學依據(jù)?？茖W依據(jù)。 人類基因作圖被喻為人體基因組的解剖學。人類基因作圖被喻為人體基因組的解剖學。1990年，全世界人類基因組作圖計劃實施以來，年，全世界人類基因組作圖計劃實施以來，已經(jīng)成為整個生命科學研究領域的重中之重，研已經(jīng)成為整個生命科學研究領域的重中之重，研究成果正帶動和促進其他學科

29、的進步和發(fā)展。究成果正帶動和促進其他學科的進步和發(fā)展。201103青島農(nóng)業(yè)大學 2、意義：、意義： 首先，首先，它可以使人類對自身的了解進一步加深，它可以使人類對自身的了解進一步加深，這給整個生命科學甚至整個人類社會所帶來的巨大這給整個生命科學甚至整個人類社會所帶來的巨大影響都是不可估量的；影響都是不可估量的； 其次，其次，對于人類基因組的精確了解有助于對人對于人類基因組的精確了解有助于對人類基因的表達調(diào)控等進行更為深人的研究；類基因的表達調(diào)控等進行更為深人的研究； 第三，第三，獲得人類的全部基因序列將有助于人類認獲得人類的全部基因序列將有助于人類認識許多遺傳疾病以及癌癥等疾病的致病機理，為分

30、識許多遺傳疾病以及癌癥等疾病的致病機理，為分子診斷、基因治療等新方法提供理論依據(jù)；同時，子診斷、基因治療等新方法提供理論依據(jù)；同時，也有助于人們了解人的發(fā)育過程，從而有利于人類也有助于人們了解人的發(fā)育過程，從而有利于人類的健康；的健康； 最后最后，對于人類基因組的了解將有助于人們了，對于人類基因組的了解將有助于人們了解人類的發(fā)展、進化歷史。解人類的發(fā)展、進化歷史。201103青島農(nóng)業(yè)大學（四）（四）hgp的任務的任務 hgp的基本任務可用的基本任務可用4張圖譜來概括，即張圖譜來概括，即遺傳圖遺傳圖譜譜，物理圖譜物理圖譜，序列圖譜序列圖譜和和基因圖譜基因圖譜。（1）種類）種類： 根據(jù)研究的不同層

31、次分：基因圖、細胞遺傳圖、根據(jù)研究的不同層次分：基因圖、細胞遺傳圖、染色體圖染色體圖好比軍事地圖、交通圖、航空圖、旅游好比軍事地圖、交通圖、航空圖、旅游圖等；圖等； 根據(jù)不同測量繪制技術分：連鎖圖、缺失圖、根據(jù)不同測量繪制技術分：連鎖圖、缺失圖、限制酶圖、限制酶圖、sts圖等圖等好比地面實測圖、航空測好比地面實測圖、航空測量圖、衛(wèi)星遙測圖。但是大體上可歸納為兩大類，量圖、衛(wèi)星遙測圖。但是大體上可歸納為兩大類，遺傳圖遺傳圖 和物理圖和物理圖 。圖。圖4-7201103青島農(nóng)業(yè)大學（2）遺傳圖）遺傳圖（genetic map）或稱為遺傳連鎖圖：或稱為遺傳連鎖圖：是根據(jù)基因或者遺傳標記之間的交換（重

32、組）值是根據(jù)基因或者遺傳標記之間的交換（重組）值來確定基因在染色體上的相對距離、位置的圖譜。來確定基因在染色體上的相對距離、位置的圖譜。其距離單位是厘摩（其距離單位是厘摩（centimorgan，cm），以此），以此紀念現(xiàn)代遺傳學奠基人摩爾根，紀念現(xiàn)代遺傳學奠基人摩爾根，1 cm相當于相當于1%的交換值，大約相當于的交換值，大約相當于1000kb。 （3）物理圖）物理圖（physical map）：）：是應用物理或是應用物理或化學技術直接確定基因或遺傳標記在染色體上或化學技術直接確定基因或遺傳標記在染色體上或dna上的具體位置。其距離是以具體的物理長上的具體位置。其距離是以具體的物理長度為單位

33、的（核苷酸對的數(shù)目、染色體顯帶的標度為單位的（核苷酸對的數(shù)目、染色體顯帶的標號）。號）。 201103青島農(nóng)業(yè)大學201103青島農(nóng)業(yè)大學（五）（五）hgp 的研究計劃的進展的研究計劃的進展1、1998年年10月月23日日 美國國家人類基因組研究美國國家人類基因組研究所在美國所在美國科學科學雜志上發(fā)表聲明說，人類雜志上發(fā)表聲明說，人類基因組計劃的全部因因測序工作將比原計劃基因組計劃的全部因因測序工作將比原計劃提前兩年，即在提前兩年，即在2003年完成。年完成。 2、1999年年3月月15日日英國韋爾科姆基金會宣布，英國韋爾科姆基金會宣布，由于科學家加快工作步伐，人類基因組工作由于科學家加快工作

34、步伐，人類基因組工作草圖將提前至草圖將提前至2000年繪出。年繪出。 3、1999年年12月月1日日國際人類基因組計劃聯(lián)合研國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組宣布，他們完整地破譯出人體第究小組宣布，他們完整地破譯出人體第22對對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體基因完整序列的測定。成人體染色體基因完整序列的測定。 201103青島農(nóng)業(yè)大學4、2000年年3月月14日日美國總統(tǒng)克林頓和英國首相美國總統(tǒng)克林頓和英國首相布萊爾發(fā)表聯(lián)合聲明，呼呈將人類基因組研布萊爾發(fā)表聯(lián)合聲明，呼呈將人類基因組研究成果公開，以便世界各國的科學家都能自究成果公開，以便世

35、界各國的科學家都能自由地使用這些成果。由地使用這些成果。 5、2000年年4月月6日日美國塞萊拉公司宣布破譯出一美國塞萊拉公司宣布破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼。但不少歐美科學名實驗者的完整遺傳密碼。但不少歐美科學家對此表示質疑認為該公司的研究家對此表示質疑認為該公司的研究“沒有提沒有提供有關基因序列的長度和完整性的可靠參供有關基因序列的長度和完整性的可靠參數(shù)數(shù)”，因而是，因而是“ 有漏洞的有漏洞的”。 6、2000年年4月底月底中國科學家按照國際人類基因中國科學家按照國際人類基因組計劃的部署，完成了組計劃的部署，完成了1%人類基因組計劃完人類基因組計劃完成時間再度提前，預計從原定的成時間再度

36、提前，預計從原定的2003年年6月提月提前至前至2001年年6月。月。 201103青島農(nóng)業(yè)大學7、2000年年5月月8日日由德國和日本等國科學家組成由德國和日本等國科學家組成的國際科研小組宣布，他們已基本完成了人的國際科研小組宣布，他們已基本完成了人體第體第21 對染色體的測序工作。對染色體的測序工作。 8、2000年年6月月26科學家公布人類基因組工作草科學家公布人類基因組工作草圖。圖。9、2001年年2月，月，人類基因組精細圖譜繪制完成人類基因組精細圖譜繪制完成,并進行了初步解讀。并進行了初步解讀。 10、至、至2001年年，包括小鼠、果蠅、線蟲、擬南，包括小鼠、果蠅、線蟲、擬南芥、酵母

37、、大腸桿菌、枯草桿菌等在內(nèi)的芥、酵母、大腸桿菌、枯草桿菌等在內(nèi)的模模式生物式生物基因組測序完成，發(fā)現(xiàn)并克隆到許多基因組測序完成，發(fā)現(xiàn)并克隆到許多基因?；?。201103青島農(nóng)業(yè)大學（六）（六）hgp 的結果的結果1、全部人類基因組約有全部人類基因組約有2.91gbp，約有，約有39000多個基多個基因；平均的基因大小有因；平均的基因大小有27kb；其中；其中g+c含量偏低，含量偏低，僅占僅占38%，而，而2號染色體中號染色體中g+c的含量最多；到目的含量最多；到目前仍有前仍有9%的堿基對序列未被確定；美國和英國科的堿基對序列未被確定；美國和英國科學家學家2006年年5月月18日在英國日在英國自

38、然自然雜志網(wǎng)絡版上雜志網(wǎng)絡版上發(fā)表了人類最后一個染色體發(fā)表了人類最后一個染色體1號染色體的基因號染色體的基因測序測序。在人體全部。在人體全部22對常染色體中，對常染色體中，1號染色體包號染色體包含基因數(shù)量最多，達含基因數(shù)量最多，達3141個，是平均水平的兩倍，個，是平均水平的兩倍，共有超過共有超過2.23億個堿基對，億個堿基對，破譯難度也最大。一個破譯難度也最大。一個由由150名英國和美國科學家組成的團隊歷時名英國和美國科學家組成的團隊歷時10年，年，才完成了才完成了1號染色體的測序工作。號染色體的測序工作。而而13號染色體含號染色體含基因量最少；基因量最少； 201103青島農(nóng)業(yè)大學2、目前

39、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，多個功能基因，其中尚有其中尚有42%的基因尚不知道功能，在已知基因的基因尚不知道功能，在已知基因中酶占中酶占10.28%，核酸酶占，核酸酶占7.5%，信號傳導占，信號傳導占12.2%，轉錄因子占，轉錄因子占6.0%，信號分子占，信號分子占1.2%，受，受體分子占體分子占5.3%，選擇性調(diào)節(jié)分子占，選擇性調(diào)節(jié)分子占3.2%，等。發(fā)，等。發(fā)現(xiàn)并了解這些功能基因的作用對于基因功能和新現(xiàn)并了解這些功能基因的作用對于基因功能和新藥的篩選都具有重要的意義藥的篩選都具有重要的意義3、基因數(shù)量少得驚人：一些研究人員曾經(jīng)預測人基因數(shù)量少得驚人：一些研究

40、人員曾經(jīng)預測人類約有類約有14萬個基因，但萬個基因，但celera公司將人類基因總公司將人類基因總數(shù)定在數(shù)定在2.6383萬到萬到3.9114萬個之間，不超過萬個之間，不超過40,000，只是線蟲或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有只是線蟲或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因只有的基因只有300個。個。 201103青島農(nóng)業(yè)大學4、人類單核苷酸多態(tài)性的比例約為人類單核苷酸多態(tài)性的比例約為1/1250bp，不同，不同人群僅有人群僅有140萬個核苷酸差異，人與人之間萬個核苷酸差異，人與人之間99.99的的基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來自基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比不同人種的人比

41、來自同一人種的人在基因上更為相似來自同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組。在整個基因組序列中，序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明，從而說明人類不同人類不同“種屬種屬”之間并沒有本質上的區(qū)別；之間并沒有本質上的區(qū)別；5、人類基因組中存在人類基因組中存在“熱點熱點”和大片和大片“荒漠荒漠”。 在在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有域只有“無用無用dna” 不包含或含有極少基因的成分。不包含或含有極少基因的成分?；蚪M上大約有基因組上大約有14的區(qū)域沒有基因的片段。的區(qū)域沒有基因的片段。在所

42、有在所有的的dna中中,只有只有1%-1.5%dna能編碼蛋白能編碼蛋白，在人類基，在人類基因組中因組中98%以上序列都是所謂的以上序列都是所謂的“無用無用dna”,分布著分布著300多萬個長片斷重復序列。多萬個長片斷重復序列。 201103青島農(nóng)業(yè)大學6、男男性性的基因的基因突變突變率是率是女性女性的兩倍，而且大的兩倍，而且大部分人類遺傳疾病是在部分人類遺傳疾病是在y染色體染色體上進行的。上進行的。所以，可能男性在人類的遺傳中起著更重要所以，可能男性在人類的遺傳中起著更重要的作用；的作用；7、人類基因組中大約有人類基因組中大約有200多個基因是來自多個基因是來自于插入人類祖先基因組的細菌基因

43、。這種插于插入人類祖先基因組的細菌基因。這種插入基因在無脊椎動物是很罕見的，說明是在入基因在無脊椎動物是很罕見的，說明是在人類進化晚期才插入我們基因組的?？赡苁侨祟愡M化晚期才插入我們基因組的?？赡苁窃谖覀?nèi)祟惖拿庖叻烙到y(tǒng)建立起來前，寄在我們?nèi)祟惖拿庖叻烙到y(tǒng)建立起來前，寄生于機體中的細菌在共生過程中發(fā)生了與人生于機體中的細菌在共生過程中發(fā)生了與人類基因組的基因交換；類基因組的基因交換； 201103青島農(nóng)業(yè)大學8、發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬個單核苷酸多態(tài)性，并進行發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬個單核苷酸多態(tài)性，并進行了精確的定位，初步確定了了精確的定位，初步確定了30多種致病基因。隨著進多種致病基因。隨著進

44、一步分析，我們不僅可以確定遺傳病、腫瘤、心血管一步分析，我們不僅可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、糖尿病等危害人類生命健康最嚴重疾病的致病基病、糖尿病等危害人類生命健康最嚴重疾病的致病基因，尋找出個體化的防治藥物和方法，同時對進一步因，尋找出個體化的防治藥物和方法，同時對進一步了解人類的進化產(chǎn)生重大的作用；了解人類的進化產(chǎn)生重大的作用； 9、人類基因組編碼的全套蛋白質（蛋白質組人類基因組編碼的全套蛋白質（蛋白質組)比無脊比無脊椎動物編碼的蛋白質組更復雜。人類和其他脊椎動物椎動物編碼的蛋白質組更復雜。人類和其他脊椎動物重排了已有蛋白質的結構域，形成了新的結構重排了已有蛋白質的結構域，形成了新的結構

45、.也就是也就是說人類的進化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質，更重說人類的進化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質，更重要的是要靠重排和擴展已有的蛋白質，以實現(xiàn)蛋白質要的是要靠重排和擴展已有的蛋白質，以實現(xiàn)蛋白質種類和功能的多樣性。有人推測種類和功能的多樣性。有人推測一個基因平均可以編一個基因平均可以編碼碼2-10種蛋白質，以適應人類復雜的功能。種蛋白質，以適應人類復雜的功能。201103青島農(nóng)業(yè)大學 科學家不止一次宣布人類基因組計科學家不止一次宣布人類基因組計劃完工，但推出的均不是全本，直到劃完工，但推出的均不是全本，直到美國和英國科學家美國和英國科學家2006年年5月月18日在英日在英國國自然自然雜志網(wǎng)

46、絡版上發(fā)表了人類雜志網(wǎng)絡版上發(fā)表了人類最后一個染色體最后一個染色體1號染色體的基因號染色體的基因測序。殺青的測序。殺青的“生命之書生命之書”更為精確，更為精確，覆蓋了人類基因組的覆蓋了人類基因組的99.99。解讀人。解讀人體基因密碼的體基因密碼的“生命之書生命之書”宣告完成，宣告完成，歷時歷時16年的人類基因組計劃書寫完了年的人類基因組計劃書寫完了最后一個章節(jié)。最后一個章節(jié)。201103青島農(nóng)業(yè)大學中國的水稻基因組計劃：中國的水稻基因組計劃：完成時間：完成時間：2002年年4月。月。堿基數(shù)目：基因組總基因序列達堿基數(shù)目：基因組總基因序列達4.6億億bp?；蚩倲?shù)：基因總數(shù)：4602255615個之間。個之間。完成單位：由來自北京、杭州華大基因研究中完成單位：由來自北京、杭州華大基因研究中心暨中科院基因組信息學中心、中科院遺傳所心暨中科院基因組信息學中心、中科院遺傳所 與發(fā)育生物學研究所等與發(fā)育生物學研究所等12個單位完成。個單位完成。 201103青島農(nóng)業(yè)大學(七七)、hgp的倫理憂患及倫理原則的倫理憂患及倫理原則 1、倫理憂患倫理憂患 *人類基因組是公共財產(chǎn)還是個人隱私？人類基因組是公共財產(chǎn)還是個人