人類基因組計(jì)劃簡(jiǎn)介

人類基因組計(jì)劃簡(jiǎn)介人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國(guó)、英國(guó)、法蘭西共和國(guó)、德意志聯(lián)邦共和國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一價(jià)值達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃。這一計(jì)劃旨在為30多億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類基因組精確測(cè)序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。1986年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者RenatoDulbecco發(fā)表短文《腫瘤研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：人類基因組測(cè)序》(Science,231:1055—1056)。文中指出：如果我們想更多地了解腫瘤，我們從現(xiàn)在起必須關(guān)注細(xì)胞的基因組?！瓘哪膫€(gè)物種著手努力？如果我們想理解人類腫瘤，那就應(yīng)從人類開(kāi)始。人類腫瘤研究將因?qū)NA的詳細(xì)知識(shí)而得到巨大推動(dòng)?！笔裁词腔蚪M(Genome)?基因組就是一個(gè)物種中所有基因的整體組成。人類基因組有兩層意義：遺傳信息和遺傳物質(zhì)。要揭開(kāi)生命的奧秘，就需要從整體水平研究基因的存在、基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因之間的相互關(guān)系。為什么選擇人類的基因組進(jìn)行研究？因?yàn)槿祟愂窃凇斑M(jìn)化”歷程上最高級(jí)的生物，對(duì)它的研究有助于認(rèn)識(shí)自身、掌握生老病死規(guī)律、疾病的診斷和治療、了解生命的起源。在人類基因組計(jì)劃中，還包括對(duì)五種生物基因組的研究：大腸桿菌、酵母、線蟲(chóng)、果蠅和小鼠，稱之為人類的五種“模式生物”。HGP的目的是解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律、認(rèn)識(shí)種屬之間和個(gè)體之間存在差異的起因、認(rèn)識(shí)疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長(zhǎng)壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。

HGP的誕生和啟動(dòng)對(duì)人類基因組的研究在70年代已具有一定的雛形，在80年代在許多國(guó)家已形成一定規(guī)模。1984年在Utah州的Alta,WhiteRandMendelsonhnM受美國(guó)能源部(DOE)的委托主持召開(kāi)了一個(gè)小型專業(yè)會(huì)議討論測(cè)定人類整個(gè)基因組的DNA序列的意義和前景(CookDeeganRM,1989)1985年5月在加州SantaCruz由美國(guó)DOE的SinsheimerRL主持的會(huì)議上提出了測(cè)定人類基因組全序列的動(dòng)議，形成了美國(guó)能源部的“人類基因組計(jì)劃”草案。1986年3月,在新墨西哥州的SantaFe討論了這一計(jì)劃的可行性，隨后DOE宣布實(shí)施這一計(jì)劃。1986年遺傳學(xué)家McKusickV提出從整個(gè)基因組的層次研究遺傳的科學(xué)稱為“基因組學(xué)”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)1988年，美國(guó)成立了“國(guó)家人類基因組研究中心”由WatsonJ出任第一任主任1990年10月1日，經(jīng)美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)美國(guó)HGP正式啟動(dòng)，總體計(jì)劃在15年內(nèi)投入至少30億美元進(jìn)行人類全基因組的分析。

1987年，意大利共和國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)開(kāi)始HGP研究，其特點(diǎn)是技術(shù)多樣（YAC，雜種細(xì)胞，cDNA等）、區(qū)域集中（基本上限于Xq24-qter區(qū)域）1989年2月英國(guó)開(kāi)始HGP,特點(diǎn)是：帝國(guó)癌癥研究基金會(huì)與國(guó)家醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)（ICRP-MRC）共同負(fù)責(zé)全國(guó)協(xié)調(diào)與資金調(diào)控，劍橋附近的Sanger中心注重首先在線蟲(chóng)基因組上積累經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)大規(guī)模DNA測(cè)序技術(shù)；同時(shí)建立了YAC庫(kù)的篩選與克隆、特異細(xì)胞系、DNA探針、基因組DNA、cDNA文庫(kù)、比較生物基因組DNA序列、信息分析等的“英國(guó)人類基因組資源中心”可謂“資源集中、全國(guó)協(xié)調(diào)”1990年6月法蘭西共和國(guó)的HGP啟動(dòng)。科學(xué)研究部委托國(guó)家醫(yī)學(xué)科學(xué)院制定HGP,主要特點(diǎn)是注重整體基因組、cDNA和自動(dòng)化。建立了人類多態(tài)性研究中心（CEPH），在全基因組YAC重疊群、微衛(wèi)星標(biāo)記（遺傳圖）的構(gòu)建以及馳名世界的用作基因組研究的經(jīng)典材料CEPH家系（80個(gè)3代多個(gè)體家系）方面產(chǎn)生了巨大影響。1995年德意志聯(lián)邦共和國(guó)開(kāi)始HGP,來(lái)勢(shì)迅猛，先后成立了資源中心和基因掃描定位中心，并開(kāi)始對(duì)21號(hào)染色體的大規(guī)模測(cè)序工作。1990年6月歐共體通過(guò)了“歐洲人類基因組研究計(jì)劃”主要資助23個(gè)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)用于“資源中心”的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)。還有丹麥王國(guó)、俄羅斯聯(lián)邦、日本、大韓民國(guó)、澳大利亞等。1994年，我國(guó)HGP在吳旻、強(qiáng)伯勤、陳竺、楊煥明的倡導(dǎo)下啟動(dòng)，最初由國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和863高科技計(jì)劃的支持下，先后啟動(dòng)了“中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究”和“重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)和功能研究”1998年在國(guó)家科技部的領(lǐng)導(dǎo)和牽線下，1998年在上海成立了南方基因中心,1999年在北京成立了北方人類基因組中心，1998年,組建了中科院遺傳所。1999年7月在國(guó)際人類基因組注冊(cè)，得到完成人類3號(hào)染色體短臂上一個(gè)約

30Mb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1%。HGP的研究?jī)?nèi)容HGP的主要任務(wù)是人類的DNA測(cè)序，包括下圖所示的四張譜圖，此外還有測(cè)序技術(shù)、人類基因組序列變異、功能基因組技術(shù)、比較基因組學(xué)、社會(huì)、法律、倫理研究、生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)、教育培訓(xùn)等目的。1?遺傳圖譜（geneticmap）又稱連鎖圖譜（1inkagemap）,它是以具有遺傳多態(tài)性（在一個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆咼于1%）的遺傳標(biāo)記為"路標(biāo)”以遺傳學(xué)距離（在減數(shù)分裂事件中兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率，1%的重組率稱為1cM）為圖距的基因組圖。遺傳圖譜的建立為基因識(shí)別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。意義：6000多個(gè)遺傳標(biāo)記已經(jīng)能夠把人的基因組分成6000多個(gè)區(qū)域，使得連鎖分析法可以找到某一致病的或表現(xiàn)型的基因與某一標(biāo)記鄰近（緊密連鎖）的證據(jù)，這樣可把這一基因定位于這一已知區(qū)域，再對(duì)基因進(jìn)行分離和研究。對(duì)于疾病而言，找基因和分析基因是個(gè)關(guān)鍵。第1代標(biāo)記：經(jīng)典的遺傳標(biāo)記，例如ABO血型位點(diǎn)標(biāo)記，HLA位點(diǎn)標(biāo)記。70年中后期，限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）,位點(diǎn)數(shù)目大與105，用限制性內(nèi)切酶特異性切割DNA鏈，由于DNA的一個(gè)“點(diǎn)”上的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的片段（等位片段），可用凝膠電泳顯示多態(tài)性,從片段多態(tài)性的信息與疾病表型間的關(guān)系進(jìn)行連鎖分析，找到致病基因。如Huntington癥。但每次酶切2-3個(gè)片段，信息量有限。第2代標(biāo)記：1985年，小衛(wèi)星中心（minisateHitecore）、可變串聯(lián)重復(fù)VNTR（variablenumberoftandemrepeats）可提供不同長(zhǎng)度的片段，其重復(fù)單位長(zhǎng)度為

6至12個(gè)核苷酸，1989年微衛(wèi)星標(biāo)記(microsatellitemarker)系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)和建立，重復(fù)單位長(zhǎng)度為2?6個(gè)核苷酸，又稱簡(jiǎn)短串聯(lián)重復(fù)(STR)。第3代標(biāo)記：1996年MIT的LanderES又提出了SNP(singlenucleotidepolymorphysm)的遺傳標(biāo)記系統(tǒng)。對(duì)每一核苷酸突變率為10-9，雙等位型標(biāo)記,在人類基因組中可達(dá)到300萬(wàn)個(gè)，平均約每1250個(gè)堿基對(duì)就會(huì)有一個(gè)。3?4個(gè)相鄰的標(biāo)記構(gòu)成的單倍型(haplotype)就可有8~16種。2.物理圖譜(physicalmap)物理圖譜是指有關(guān)構(gòu)成基因組的全部基因的排列和間距的信息，它是通過(guò)對(duì)構(gòu)成基因組的DNA分子進(jìn)行測(cè)定而繪制的。繪制物理圖譜的目的是把有關(guān)基因的遺傳信息及其在每條染色體上的相對(duì)位置線性而系統(tǒng)地排列出來(lái)。DNA物理圖譜是指DNA鏈的限制性酶切片段的排列順序，即酶切片段在DNA鏈上的定位。因限制性內(nèi)切酶在DNA鏈上的切口是以特異序列為基礎(chǔ)的，核苷酸序列不同的DNA，經(jīng)酶切后就會(huì)產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的DNA片段，由此而構(gòu)成獨(dú)特的酶切圖譜。因此，DNA物理圖譜是DNA分子結(jié)構(gòu)的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶產(chǎn)生的用于測(cè)序反應(yīng)的DNA片段只是其中的極小部分，這些片段在DNA鏈中所處的位置關(guān)系是應(yīng)該首先解決的問(wèn)題，故DNA物理圖譜是順序測(cè)定的基礎(chǔ)，也可理解為指導(dǎo)DNA測(cè)序的藍(lán)圖。廣義地說(shuō)，DNA測(cè)序從物理圖譜制作開(kāi)始，它是測(cè)序工作的第一步。制作DNA物理圖譜的方法有多種，這里選擇一種常用的簡(jiǎn)便方法一標(biāo)記片段的部分酶解法，來(lái)說(shuō)明圖譜制作原理。用部分酶解法測(cè)定DNA物理圖譜包括二個(gè)基本步驟：完全降解：選擇合適的限制性內(nèi)切酶將待測(cè)DNA鏈(已經(jīng)標(biāo)記放射性同位素)完全降解，降解產(chǎn)物經(jīng)凝膠電泳分離后進(jìn)行自顯影，獲得的圖譜即為組成該DNA鏈的酶切片段的數(shù)目和大小。

部分降解：以末端標(biāo)記使待測(cè)DNA的一條鏈帶上示蹤同位素，然后用上述相同酶部分降解該DNA鏈，即通過(guò)控制反應(yīng)條件使DNA鏈上該酶的切口隨機(jī)斷裂，而避免所有切口斷裂的完全降解發(fā)生。部分酶解產(chǎn)物同樣進(jìn)行電泳分離及自顯影。比較上述二步的自顯影圖譜，根據(jù)片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈上的位置。下面是測(cè)定某組蛋白基因DNA物理圖譜的詳細(xì)說(shuō)明。完整的物理圖譜應(yīng)包括人類基因組的不同載體DNA克隆片段重疊群圖，大片段限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)圖，DNA片段或一特異DNA序列(STS)的路標(biāo)圖，以及基因組中廣泛存在的特征型序列(如CpG序列、Alu序列‘isochore)等的標(biāo)記圖，人類基因組的細(xì)胞遺傳學(xué)圖(即染色體的區(qū)、帶、亞帶，或以染色體長(zhǎng)度的百分率定標(biāo)記)，最終在分子水平上與序列圖的統(tǒng)一?；驹硎前妖嫶蟮臒o(wú)從下手的DNA先“敲碎”再拼接。以Mb、kb、bp作為圖距，以DNA探針的STS(sequencetagssite)序列為路標(biāo)。1998年完成了具有52,000個(gè)序列標(biāo)簽位點(diǎn)(STS)，并覆蓋人類基因組大部分區(qū)域的連續(xù)克隆系的物理圖譜。構(gòu)建物理圖的一個(gè)主要內(nèi)容是把含有STS對(duì)應(yīng)序列的DNA的克隆片段連接成相互重疊的“片段重疊群(contig)”。用“酵母人工染色體(YAC)作為載體的載有人DNA片段的文庫(kù)已包含了構(gòu)建總體覆蓋率為100%、具有高度代表性的片段重疊群”，近幾年來(lái)又發(fā)展了可靠性更高的BAC、PAC庫(kù)或cosmid庫(kù)等。3?序列圖譜隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測(cè)序就成為重中之重的工作。DNA序列分析技術(shù)是一個(gè)包括制備DNA片段化及堿基分析、DNA信息翻譯的多階段的過(guò)程。通過(guò)測(cè)序得到基因組的序列圖譜。大規(guī)模測(cè)序基本策略

逐個(gè)克隆法：對(duì)連續(xù)克隆系中排定的BAC克隆逐個(gè)進(jìn)行亞克隆測(cè)序并進(jìn)行組裝（公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)劃）。全基因組鳥(niǎo)槍法：在一定作圖信息基礎(chǔ)上，繞過(guò)大片段連續(xù)克隆系的構(gòu)建而直接將基因組分解成小片段隨機(jī)測(cè)序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝（美國(guó)Celera公司）?；驁D譜基因圖譜是在識(shí)別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達(dá)模式等信息的圖譜。在人類基因組中鑒別出占具2%?5%長(zhǎng)度的全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過(guò)基因的表達(dá)產(chǎn)物mRNA反追到染色體的位置。其原理是：所有生物性狀和疾病都是由結(jié)構(gòu)或功能蛋白質(zhì)決定的，而已知的所有蛋白質(zhì)都是由mRNA編碼的，這樣可以把mRNA通過(guò)反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA或稱作EST的部分的cDNA片段，也可根據(jù)mRNA的信息人工合成cDNA或cDNA片段，然后，再用這種穩(wěn)定的cDNA或EST作為“探針”進(jìn)行分子雜交,鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基因。用PolyA互補(bǔ)的寡聚T或克隆載體的相關(guān)序列作為引物對(duì)mRNA雙端尾側(cè)的幾百個(gè)bp進(jìn)行測(cè)序得到EST（表達(dá)序列標(biāo)簽）。2000年6月，EMBL中EST數(shù)量已有4,229,786?；驁D譜的意義：在于它能有效地反應(yīng)在正常或受控條件中表達(dá)的全基因的時(shí)空?qǐng)D。通過(guò)這張圖可以了解某一基因在不同時(shí)間不同組織、不同水平的表達(dá)；也可以了解一種組織中不同時(shí)間、不同基因中不同水平的表達(dá)，還可以了解某一特定時(shí)間、不同組織中的不同基因不同水平的表達(dá)。人類基因組是一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目：表征人類基因組，選擇的模式生物的DNA測(cè)序和作圖，發(fā)展基因組研究的新技術(shù)，完善人類基因組研究涉及的倫理、

法律和社會(huì)問(wèn)題，培訓(xùn)能利用HGP發(fā)展起來(lái)的這些技術(shù)和資源進(jìn)行生物學(xué)研究的科學(xué)家，促進(jìn)人類健康。HGP對(duì)人類的重要意義HGP對(duì)人類疾病基因研究的貢獻(xiàn)人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。對(duì)于單基因病，采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的全新思路，導(dǎo)致了亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等一大批單基因遺傳病致病基因的發(fā)現(xiàn)，為這些疾病的基因診斷和基因治療奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于心血管疾病、腫瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾病(老年性癡呆、精神分裂癥)、自身免疫性疾病等多基因疾病是目前疾病基因研究的重點(diǎn)。健康相關(guān)研究是HGP的重要組成部分，1997年相繼提出：“腫瘤基因組解剖計(jì)劃”“環(huán)境基因組學(xué)計(jì)劃”。HGP對(duì)醫(yī)學(xué)的貢獻(xiàn)基因診斷、基因治療和基于基因組知識(shí)的治療、基于基因組信息的疾病預(yù)防、疾病易感基因的識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)人群生活方式、環(huán)境因子的干預(yù)。HGP對(duì)生物技術(shù)的貢獻(xiàn)基因工程藥物：分泌蛋白(多肽激素，生長(zhǎng)因子，趨化因子，凝血和抗凝血因子等)及其受體。診斷和研究試劑產(chǎn)業(yè)：基因和抗體試劑盒、診斷和研究用生物芯片、疾病和篩藥模型。

對(duì)細(xì)胞、胚胎、組織工程的推動(dòng)：胚胎和成年期干細(xì)胞、克隆技術(shù)、器官再造。HGP對(duì)制藥工業(yè)的貢獻(xiàn)篩選藥物的靶點(diǎn)：與組合化學(xué)和天然化合物分離技術(shù)結(jié)合，建立高通量的受體、酶結(jié)合試驗(yàn)以知識(shí)為基礎(chǔ)的藥物設(shè)計(jì)：基因蛋白產(chǎn)物的高級(jí)結(jié)構(gòu)分析、預(yù)測(cè)、模擬一藥物作用“口袋”個(gè)體化的藥物治療：藥物基因組學(xué)。HGP對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要影響生物產(chǎn)業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國(guó)家的兩大經(jīng)濟(jì)支柱；發(fā)現(xiàn)新功能基因的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；轉(zhuǎn)基因食品；轉(zhuǎn)基因藥物(如減肥藥，增高藥)HGP對(duì)生物進(jìn)化研究的影響生物的進(jìn)化史，都刻寫在各基因組的“天書”上；草履蟲(chóng)是人的親戚一13億年；人是由300?400萬(wàn)年前的一種猴子進(jìn)化來(lái)的；人類第一次“走出非洲”——200萬(wàn)年的古猿；人類的“夏娃”來(lái)自于非洲，距今20萬(wàn)年一一第二次“走出非洲”？HGP帶來(lái)的負(fù)面作用侏羅紀(jì)公園不只是科幻故事；種族選擇性滅絕性生物武器；基因?qū)＠麘?zhàn)；基因資源的掠奪戰(zhàn)；基因與個(gè)人隱私。

應(yīng)用實(shí)例1?疾病基因人類基因組研究的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用是通過(guò)位置克隆尋找未知生物化學(xué)功能的疾病基因。這個(gè)方法包括通過(guò)患病家族連鎖分析來(lái)繪制包含這些基因的染色體區(qū)域圖，然后檢查該區(qū)域來(lái)尋找基因。位置克隆是很有用的，但是也是非常乏味的。當(dāng)在1980s早期該方法第一次提出時(shí)，希望實(shí)現(xiàn)位置克隆的研究者們不得不產(chǎn)生遺傳標(biāo)記來(lái)跟蹤遺傳，進(jìn)行染色體行走得到覆蓋該區(qū)域的基因組DNA，通過(guò)直接測(cè)序或間接基因識(shí)別方法分析大約1Mb大小的區(qū)域。最早的兩個(gè)障礙在1990s中期在人類基因組項(xiàng)目的支持下隨著人類染色體的遺傳和物理圖譜的發(fā)展而清除。然而，剩余的障礙仍然是艱難的。所有這些將隨著人類基因組序列草圖的實(shí)用性而改變。在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的人類基因組序列使得候選基因的計(jì)算機(jī)快速識(shí)別成為可能，隨之進(jìn)行相關(guān)候選基因的突變檢測(cè)，需要在基因結(jié)構(gòu)信息的幫助?，F(xiàn)在，對(duì)于孟德?tīng)栠z傳疾病，一個(gè)基因的搜索在一個(gè)適當(dāng)大小的研究小組經(jīng)常在幾個(gè)月實(shí)現(xiàn)。至少30個(gè)疾病基因直接依賴公共提供的基因組序列已經(jīng)定位克隆到。因?yàn)榇蠖鄶?shù)人類序列只是在過(guò)去的12個(gè)月內(nèi)得到，可能許多類似的發(fā)現(xiàn)還沒(méi)有出版。另外，有許多案例中，基因組序列發(fā)揮著支持作用，例如提供候選微衛(wèi)星標(biāo)識(shí)用于很好的遺傳連鎖分析。（2001年我國(guó)上海和北京科學(xué)家發(fā)現(xiàn)遺傳性乳光牙本質(zhì)II型基因）基因組序列對(duì)于揭示導(dǎo)致許多普通的染色體刪除綜合癥的機(jī)制同樣有幫助。在幾個(gè)實(shí)例中，再發(fā)生的刪除被發(fā)現(xiàn)，由同源體重組合在大的幾乎同一的染色體內(nèi)復(fù)制的不等交叉產(chǎn)生。例子包括在第22條染色體上的DiGeorge/velocardiofacial綜合癥區(qū)和在第7條染色體上的Williams-Beuren綜合癥的重復(fù)刪除。基因組序列的可用性同樣允許疾病基因的旁系同源性的快速識(shí)別，對(duì)于兩個(gè)

理由是有價(jià)值的。首先，旁系同源基因的突變可以引起相關(guān)遺傳疾病。通過(guò)基因組序列使用發(fā)現(xiàn)的一個(gè)很好的例子是色盲(完全色盲)。CNGA3基因，編碼視錐體光感受器環(huán)GMP門控通道的a亞單位，顯示在一些色盲家系中存在突變體。基因組序列的計(jì)算機(jī)檢索揭示了旁系同源基因編碼相應(yīng)的b亞單位，CNGB3(在EST數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有出現(xiàn))。CNGB3基因被快速認(rèn)定為是其他家系的色盲的原因。另一個(gè)例子是由早衰1和早衰2基因提供的，它們的突變可能導(dǎo)致Alzheimer疾病的的早期發(fā)生。第二個(gè)理由是旁系同源體可以提供治療敢于的機(jī)會(huì)，例子是在鐮刀狀細(xì)胞疾病或P地中海貧血的個(gè)體中試圖再次激活胚胎表達(dá)的血紅蛋白基因，它是由于0-球蛋白基因突變引起的。我們?cè)谠诰€人類孟德?tīng)栠z傳數(shù)據(jù)庫(kù)(OMIM)和SwissProt或TrEMBL蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行了971個(gè)已知的人類疾病基因的旁系同源體的系統(tǒng)檢索。我們識(shí)別了286個(gè)潛在的旁系同源體(要求是至少50個(gè)氨基酸的匹配，在相同的染色體上一致性大于70%但小于90%，在不同的染色體上小于95%)。盡管這種分析也許識(shí)別一些假基因，89%的匹配顯示在新靶序列一個(gè)外顯子以上的同源性，意味著許多是有功能的。這種分析顯示了在計(jì)算機(jī)中快速識(shí)別疾病基因的潛能。藥物靶在過(guò)去的世紀(jì)里，制藥產(chǎn)業(yè)很大程度上依賴于有限的藥物靶來(lái)開(kāi)發(fā)新的治療手段。最近的綱要列舉了483個(gè)藥物靶被看作是解決了市場(chǎng)上的所有藥物。知道了人類的全部基因和蛋白質(zhì)將極大的擴(kuò)展合適藥物靶的尋找。雖然，僅僅人類的小部分基因可以作為藥物靶，可以預(yù)測(cè)這個(gè)數(shù)目將在幾千之上，這個(gè)前景將導(dǎo)致基因組研究在藥物研究和開(kāi)發(fā)中的大規(guī)模開(kāi)展。一些例子可以說(shuō)明這一點(diǎn)：神經(jīng)遞質(zhì)(5-HT)通過(guò)化學(xué)門控通道介導(dǎo)快速興奮響應(yīng)。以前識(shí)別的5-HT3A受體基因產(chǎn)生功能受體，但是比在活體內(nèi)有小得多的電導(dǎo)。交叉雜交實(shí)驗(yàn)和EST分析在揭示已知受體的其他同源體上都失敗了。然而，最近，通過(guò)對(duì)人類基因組序列草圖的低要求檢索，一個(gè)推定的同源體被識(shí)別，在一個(gè)PAC克隆中第11號(hào)

染色體長(zhǎng)臂上。同源體顯示在紋狀體、尾狀核、海馬中表達(dá)，全長(zhǎng)cDNA隨后得到。這個(gè)編碼胺受體地基因，被命名為5-HT3B。當(dāng)與5-HT3A組合成異二聚體中，它顯示負(fù)責(zé)大電導(dǎo)神經(jīng)胺通道。假定胺途徑在精神疾病和精神分裂癥的中心作用，一個(gè)主要的新的治療靶的發(fā)現(xiàn)是相當(dāng)有興趣的。（2）半胱氨?；兹┑氖湛s和炎癥作用，先前認(rèn)為是過(guò)敏反應(yīng)的慢反映物質(zhì)（SRS-A），通過(guò)特定的受體介導(dǎo)。第二個(gè)類似的受體，CysLT2,使用老鼠EST和人類基因組序列的重組得到識(shí)別。這導(dǎo)致了與先前識(shí)別的唯一的其它受體有38%氨基酸一致性的基因的克隆。這個(gè)新的受體，顯示高的親和力和幾個(gè)白三烯的結(jié)合，映射在與過(guò)敏性哮喘有關(guān)的第13號(hào)染色體區(qū)域上。這個(gè)基因在氣道平滑肌和心臟中表達(dá)。作為白三烯途徑中抗哮喘藥物開(kāi)發(fā)中一個(gè)重要的靶，新受體的發(fā)現(xiàn)有明顯的重要的作用。（3）Alzheimer疾病在老年斑中有豐富的B-淀粉樣物沉積。B-淀粉樣物由前體蛋白（APP）蛋白水解生成。有一個(gè)酶是0位APP裂開(kāi)酶，是跨膜天冬氨酸蛋白酶。公共的人類基因組草圖序列計(jì)算機(jī)搜索最近識(shí)別了BACE的一個(gè)新的同源序列，編碼一個(gè)蛋白，命名為BACE2,它與BACE有52%的氨基酸序列一致性。包含兩個(gè)激活蛋白酶位點(diǎn)和象APP一樣，映射到第21條染色體的必須Down綜合癥區(qū)域。它提出了問(wèn)題，BACE2和APP過(guò)多的拷貝是否有功于加速Down綜合癥病人的腦部B-淀粉樣物沉積。給出了這些例子，我們?cè)诨蚪M序列中進(jìn)行系統(tǒng)的識(shí)別傳統(tǒng)藥靶蛋白質(zhì)的旁系同源體。使用的靶列表在SwissPrott數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別了603個(gè)入口，有唯一的訪問(wèn)碼。基礎(chǔ)生物學(xué)一個(gè)例子是:解決了困擾研究者幾十年的一個(gè)神秘課題:苦味的分子學(xué)基礎(chǔ)。人類和其他動(dòng)物對(duì)于某一種苦味有不同的響應(yīng)（響應(yīng)的多態(tài)性）。最近，研究者

將這個(gè)特征映射到人類和老鼠中，然后檢索了G蛋白偶合受體的人類基因組序列草圖上的相關(guān)區(qū)域。這些研究很快導(dǎo)致了該類蛋白的新家族的發(fā)現(xiàn)，證明了它們幾乎都在味蕾表達(dá)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在培養(yǎng)細(xì)胞中的受體響應(yīng)特定的苦基質(zhì)。人體基因組圖譜是全人類的財(cái)產(chǎn)，這一研究成果理應(yīng)為全人類所分享、造福全人類，這是參與人類基因組工程計(jì)劃的各國(guó)科學(xué)家的共識(shí)。值得關(guān)注的是，目前在人類基因組研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些私營(yíng)公司爭(zhēng)相為其成果申請(qǐng)專利的現(xiàn)象。美國(guó)塞萊拉基因公司曾表示，想把一部分研究成果申請(qǐng)專利，有償提供給制藥公司。找到了一批主宰人體疾病的重要基因女如肥胖基因、支氣管哮喘基因。這類基因的新發(fā)現(xiàn)每年都有新報(bào)道。這些基因的發(fā)現(xiàn)，增進(jìn)了人們對(duì)許多重要疾病機(jī)理的理解，并且推動(dòng)整個(gè)醫(yī)學(xué)思想更快的從重治療轉(zhuǎn)向重預(yù)防。例如：湖南醫(yī)科大學(xué)夏家輝教授組于1998.5.28發(fā)表克隆了人類神經(jīng)性高頻性耳聾的致病基因(GJB3),這是第一次在中國(guó)克隆的基因。在人類基因組計(jì)劃的推動(dòng)下，涌現(xiàn)了幾門嶄新的學(xué)科。如：基因組學(xué)(genomics)和生物信息學(xué)(bioinformatics)生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。一批世界級(jí)的大公司紛紛把它們的重心轉(zhuǎn)向生命科學(xué)研究和生物技術(shù)產(chǎn)品。這種趨勢(shì)或潮流也不能不說(shuō)和人類基因組計(jì)劃密切相關(guān)。HGP進(jìn)展與未來(lái)2000年6月26日，參加人類基因組工程項(xiàng)目的美國(guó)、英國(guó)、法蘭西共和國(guó)、

德意志聯(lián)邦共和國(guó)、日本和中國(guó)的6國(guó)科學(xué)家共同宣布，人類基因組草圖的繪制工作已經(jīng)完成。最終完成圖要求測(cè)序所用的克隆能忠實(shí)地代表常染色體的基因組結(jié)構(gòu)，序列錯(cuò)誤率低于萬(wàn)分之一。95%常染色質(zhì)區(qū)域被測(cè)序，每個(gè)Gap小于150kb。完成圖將于2003年完成，比預(yù)計(jì)提前2年。完成人類基因組序列完成圖：（1） 從當(dāng)前物理圖譜生成的克隆產(chǎn)生完成的序列，覆蓋基因組的常染色質(zhì)區(qū)域大于96%。大約1Gb的完成序列已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。剩下的也已經(jīng)形成草圖，所有的克隆期望達(dá)到8?10倍的覆蓋率，大約2001年中期（99.99%的正確率），使用已經(jīng)建立的和日益自動(dòng)化的協(xié)議。（2） 檢測(cè)另外的庫(kù)來(lái)關(guān)閉gaps。使用FISH技術(shù)或其他方法來(lái)分析沒(méi)有閉合的Gaps大小。22，21條染色體用這種方式。2003年經(jīng)完成。（3） 開(kāi)發(fā)新的技術(shù)來(lái)關(guān)閉難度較大的gaps，大約幾百個(gè)?；蚪M序列工作框架圖（Workingdraft）:通過(guò)對(duì)染色體位置明確的BAC連續(xù)克隆系4-5倍覆蓋率的測(cè)序（在BAC克隆水平的覆蓋率不應(yīng)低于3倍）,獲得基因組90%以上的序列，其錯(cuò)誤率應(yīng)低于1%。工作框架圖可用于基因組結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)、基因的識(shí)別和解析、疾病基因的定位克隆，SNP的發(fā)現(xiàn)等。草圖的作用：1?草圖，許多疾病相關(guān)的基因被識(shí)別SNP（人與人之間的區(qū)別），草圖提供了一個(gè)理解遺傳基礎(chǔ)和人類特征進(jìn)化的框架。

草圖后，研究人員有了新的工具來(lái)研究調(diào)節(jié)區(qū)和基因網(wǎng)絡(luò)。比較其它基因組可以揭示共同的調(diào)控元件，和其他物種共享的基因的環(huán)境也許提供在個(gè)體水平之上的關(guān)于功能和調(diào)節(jié)的信息。草圖同樣是研究基因組三維壓縮到細(xì)胞核中的一個(gè)起點(diǎn)。這樣的壓縮可能影響到基因調(diào)控在應(yīng)用上，草圖信息可以開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，如DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片，作為傳統(tǒng)方法的補(bǔ)充，目前，這樣的芯片可以包含蛋白質(zhì)家族中所有的成員，從而在特定的疾病組織中可以找到那些是活躍的。2001年2月12日，美國(guó)Celera公司與人類基因組計(jì)劃分別在《科學(xué)》和《自然》雜志上公布了人類基因組精細(xì)圖譜及其初步分析結(jié)果。其中，政府資助的人類基因組計(jì)劃采取基因圖策略，而Celera公司采取了“鳥(niǎo)槍策略”至此，兩個(gè)不同的組織使用不同的方法都實(shí)現(xiàn)了他們共同的目標(biāo)：完成對(duì)整個(gè)人類基因組的測(cè)序的工作；并且，兩者的結(jié)果驚人的相似。整個(gè)人類基因組測(cè)序工作的基本完成，為人類生命科學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新紀(jì)元，它對(duì)生命本質(zhì)、人類進(jìn)化、生物遺傳、個(gè)體差異、發(fā)病機(jī)制、疾病防治、新藥開(kāi)發(fā)、健康長(zhǎng)壽等領(lǐng)域，以及對(duì)整個(gè)生物學(xué)都具有深遠(yuǎn)的影響和重大意義，標(biāo)志著人類生命科學(xué)一個(gè)新時(shí)代的來(lái)臨。眾多的發(fā)現(xiàn)1?分析得知：全部人類基因組約有2.91Gbp，約有39000多個(gè)基因；平均的基因大小有27kbp；其中G+C含量偏低，僅占38%，而2號(hào)染色體中G+C的含量最多；到目前仍有9%的堿基對(duì)序列未被確定，19號(hào)染色體是含基因最豐富的染色體，而13號(hào)染色體含基因量最少等等（具體信息可參見(jiàn)cmbi特別報(bào)道：生

命科學(xué)的重大進(jìn)展）。2.目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個(gè)功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能，在已知基因中酶占10.28%，核酸酶占7.5%，信號(hào)傳導(dǎo)占12.2%，轉(zhuǎn)錄因子占6.0%，信號(hào)分子占1.2%，受體分子占5.3%，選擇性調(diào)節(jié)分子占3.2%，等。發(fā)現(xiàn)并了解這些功能基因的作用對(duì)于基因功能和新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(yù)測(cè)人類約有14萬(wàn)個(gè)基因，但Celera公司將人類基因總數(shù)定在2.6383萬(wàn)到3.9114萬(wàn)個(gè)之間，不超過(guò)40,00Q只是線蟲(chóng)或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒(méi)有的基因只有300個(gè)。如此少的基因數(shù)目，而能產(chǎn)生如此復(fù)雜的功能，說(shuō)明基因組的大小和基因的數(shù)量在生命進(jìn)化上可能不具有特別重大的意義，也說(shuō)明人類的基因較其他生物體更'有效'人類某些基因的功能和控制蛋白質(zhì)產(chǎn)生的能力與其他生物的不同。這將對(duì)我們目前的許多觀念產(chǎn)生重大的挑戰(zhàn)，它為后基因組時(shí)代中生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供新的非凡的機(jī)遇。但由于基因剪切，EST數(shù)據(jù)庫(kù)的重復(fù)以及一些技術(shù)和方法上的誤差，將來(lái)亦可能人類的基因數(shù)會(huì)多于4萬(wàn)。4?人類單核苷酸多態(tài)性的比例約為1/1250bp不同人群僅有140萬(wàn)個(gè)核苷酸差異，人與人之間99.99%的基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來(lái)自不同人種的人比來(lái)自同一人種的人在基因上更為相似。在整個(gè)基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬(wàn)分之一，從而說(shuō)明人類不同“種屬”之間并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。5?人類基因組中存在〃熱點(diǎn)〃和大片〃荒漠〃。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)域只有“無(wú)用DNA”一一不包含或含有極少基因的成分?；蚪M上大約有1/4的區(qū)域沒(méi)有基因的片段。在所有的DNA中，只有1%-1.5%DNA能編碼蛋白，在人類基因組中98%以上序列都是所謂的“無(wú)用DNA”分布著300多萬(wàn)個(gè)長(zhǎng)片斷重復(fù)序列。這些重復(fù)的“無(wú)用”序列，決不是無(wú)用的，它一定蘊(yùn)含著人類基因的新功能和奧秘，包含著人類演化和差異的信息。經(jīng)典分子生物學(xué)認(rèn)為一個(gè)基因只能表達(dá)一種蛋白質(zhì)，而人體中存在著非常復(fù)雜繁

多的蛋白質(zhì)，提示一個(gè)基因可以編碼多種蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)比基因具有更為重要的意義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。所以，可能男性在人類的遺傳中起著更重要的作用。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。這種插入基因在無(wú)脊椎動(dòng)物是很罕見(jiàn)的，說(shuō)明是在人類進(jìn)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(lái)前，寄生于機(jī)體中的細(xì)菌在共生過(guò)程中發(fā)生了與人類基因組的基因交換。發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性，并進(jìn)行了精確的定位，初步確定了30多種致病基因。隨著進(jìn)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(yán)重疾病的致病基因，尋找出個(gè)體化的防治藥物和方法，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步了解人類的進(jìn)化產(chǎn)生重大的作用。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。人類和其他脊椎動(dòng)物重排了已有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，形成了新的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)人類的進(jìn)化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質(zhì)，更重要的是要靠重排和擴(kuò)展已有的蛋白質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)種類和功能的多樣性。有人推測(cè)一個(gè)基因平均可以編碼2-10種蛋白質(zhì)，以適應(yīng)人類復(fù)雜的功能。模式生物：酵母(yeast)、大腸桿菌(Escherichiacoli)、果蠅(Drosophilamelanogaster)、線蟲(chóng)(Caenorhabditiselegans)、小鼠(Musmusculus)、擬南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因組計(jì)劃也都相繼完成或正在順利進(jìn)行。目前基因組學(xué)的研究出現(xiàn)了幾個(gè)重心的轉(zhuǎn)移：一是將已知基因的序列與功能聯(lián)系在一起的功能基因組學(xué)研究；二是從作圖為基礎(chǔ)的基因分離轉(zhuǎn)向以序列為基礎(chǔ)的基因分離；三是從研究疾病的起因轉(zhuǎn)向探索發(fā)病機(jī)理；四是從疾病診斷轉(zhuǎn)向

疾病易感性研究。在后基因組時(shí)代，如果在已完成基因組測(cè)序的物種之間進(jìn)行整體的比較、分析，希望在整個(gè)基因組的規(guī)模上了解基因組和蛋白質(zhì)組的功能意義，包括基因組的表達(dá)與調(diào)控、基因組的多樣化和進(jìn)化規(guī)律以及基因及其產(chǎn)物在生物體生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、行為、老化和治病過(guò)程中的作用機(jī)制都必須發(fā)展新的算法以充分利用超級(jí)計(jì)算機(jī)的超級(jí)計(jì)算能力。美國(guó)和英國(guó)科學(xué)家2006年5月18日在英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了人類最后一個(gè)染色體——1號(hào)染色體的基因測(cè)序。在人體全部22對(duì)常染色體中，1號(hào)染色體包含基因數(shù)量最多，達(dá)3141個(gè)，是平均水平的兩倍，共有超過(guò)2.23億個(gè)堿基對(duì)，破譯難度也最大。一個(gè)由150名英國(guó)和美國(guó)科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年，才完成了1號(hào)染色體的測(cè)序工作?？茖W(xué)家不止一次宣布人類基因組計(jì)劃完工，但推出的均不是全本，這一次殺青的“生命之書”更為精確，覆蓋了人類基因組的99.99%。解讀人體基因密碼的“生命之書”宣告完成，歷時(shí)16年的人類基因組計(jì)劃書寫完了最后一個(gè)章節(jié)。人類基因組計(jì)劃的研究現(xiàn)狀與展望一、研究現(xiàn)狀人類基因組測(cè)序1990年?1998年，人類基因組序列已完成和正在測(cè)序的共計(jì)約330Mb，占人基因組的11%左右；已識(shí)別出人類疾病相關(guān)的基因200個(gè)左右。此外，細(xì)菌、古細(xì)菌、支原體和酵母等17種生物的全基因組的測(cè)序已經(jīng)完成。

值得一提的是，企業(yè)與研究部門的攜手，將大大地促進(jìn)測(cè)序工作的完成。美國(guó)的基因組研究所(TheInstituteofGenomeResearch,TIGR)與PE(Perkin-Elmar)公司合作建立新公司，三年內(nèi)投資2億美元，預(yù)計(jì)于2002年完成全序列的測(cè)定。這一進(jìn)度將比美國(guó)政府資助的HGP的預(yù)定目標(biāo)提前三年。美國(guó)加州的一家遺傳學(xué)數(shù)據(jù)公司(Incyte)宣布(1998年〕兩年內(nèi)測(cè)定基因組中的蛋白質(zhì)編碼序列以及密碼子中的單核苷酸的多態(tài)性，最后將繪制一幅人的10萬(wàn)個(gè)基因的定位圖。與Incyte公司合作的HGS(HumanGenomeScience)公司的負(fù)責(zé)人宣稱，截止1998年8月，該公司已鑒定出10萬(wàn)多個(gè)基因(人體基因約為12萬(wàn)個(gè))，并且得到了95%以上基因的EST(expressedsequencetag)或其部分序列。1998年9月14日美國(guó)國(guó)家人類基因組計(jì)劃研究所(NHGRI)和美國(guó)能源部基因組研究計(jì)劃的負(fù)責(zé)人在一次咨詢會(huì)議上宣布，美國(guó)政府資助的人類基因組計(jì)劃將于2001年完成大部分蛋白質(zhì)編碼區(qū)的測(cè)序，約占基因組的三分之一，測(cè)序的差錯(cuò)率不超過(guò)萬(wàn)分之一。同時(shí)還要完成一幅“工作草圖”至少覆蓋基因組的90%，差錯(cuò)率為百分之一。2003年完成基因組測(cè)序，差錯(cuò)率為萬(wàn)分之一。這一時(shí)間表顯示，計(jì)劃將比開(kāi)始的目標(biāo)提前兩年完成。疾病基因的定位克隆人類基因組計(jì)劃的直接動(dòng)因是要解決包括腫瘤在內(nèi)的人類疾病的分子遺傳學(xué)問(wèn)題。6000多個(gè)單基因遺傳病和多種大面積危害人類健康的多基因遺傳病的致病基因及相關(guān)基因，代表了對(duì)人類基因中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的組成部分。所以，疾病基因的克隆在HGP中占據(jù)著核心位置，也是計(jì)劃實(shí)施以來(lái)成果最顯著的部分。在遺傳和物理作圖工作的帶動(dòng)下，疾病基因的定位、克隆和鑒定研究已形成了，從表位一蛋白質(zhì)一基因的傳統(tǒng)途徑轉(zhuǎn)向“反求遺傳學(xué)”或“定位克隆法”的全新思路。隨著人類基因圖的構(gòu)成，3000多個(gè)人類基因已被精確地定位于染色體的各個(gè)區(qū)域。今后，一旦某個(gè)疾病位點(diǎn)被定位，就可以從局部的基因圖中遴選出相關(guān)基因進(jìn)行分析。這種被稱為“定位候選克隆”的策略，將大大提高發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。多基因病的研究目前，人類疾病的基因組學(xué)研究已進(jìn)入到多基因疾病這一難點(diǎn)。由于多基因

疾病不遵循孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，難以從一般的家系遺傳連鎖分析取得突破。這方面的研究需要在人群和遺傳標(biāo)記的選擇、數(shù)學(xué)模型的建立、統(tǒng)計(jì)方法的改進(jìn)等方面進(jìn)行艱苦的努力。近來(lái)也有學(xué)者提出，用比較基因表達(dá)譜的方法來(lái)識(shí)別疾病狀態(tài)下基因的激活或受抑。實(shí)際上，“癌腫基因組解剖學(xué)計(jì)劃（CancerGenomeAnatomyProject,CGAP"就代表了在這方面的嘗試。中國(guó)的人類基因組研究國(guó)際HGP研究的飛速發(fā)展和日趨激烈的基因搶奪戰(zhàn)已引起了中國(guó)政府和科學(xué)界的高度重視。在政府的資助和一批高水平的生命科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下，我國(guó)已建成了一批實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家級(jí)生命科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，組建了北京、上海人類基因組研究中心。有了研究人類基因組的條件和基礎(chǔ)，并引進(jìn)和建立了一批基因組研究中的新技術(shù)。中國(guó)的HGP在多民族基因保存、基因組多樣性的比較研究方面取得了令人滿意的成果，同時(shí)在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了較大進(jìn)展。首先建立了寡核苷酸引物介導(dǎo)的人類高分辨染色體顯微切割和顯微基因克隆技術(shù)；已建立的17種染色體特異性DNA文庫(kù)和24種染色體區(qū)特異性DNA文庫(kù)及其探針;構(gòu)建了人X染色體YAC圖譜，已完成了人X染色體Xpll.2-p21.3跨度的約35cMSTS-YAC圖譜的構(gòu)建；建立了YAC—cDNA篩選技術(shù)。目前的研究工作還包括：疾病和功能相關(guān)新基因的分離、測(cè)序和克隆的技術(shù)和方法學(xué)的創(chuàng)新研究；中國(guó)少數(shù)民族HLA分型研究及特種基因的分析；人胎腦cDNA文庫(kù)的構(gòu)建和新基因的克隆研究。中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，有56個(gè)民族和極為豐富的病種資源，并且由于長(zhǎng)期的社會(huì)封閉，在一些地區(qū)形成了極為難得的族群和遺傳隔離群，一些多世代、多個(gè)體的大家系具有典型的遺傳性狀，這些都是克隆相關(guān)基因的寶貴材料。但是，由于我國(guó)的HGP研究工作起步較晚、底子薄、資金投入不足，缺乏一支穩(wěn)定的、高素質(zhì)的青年生力軍，我國(guó)的HGP研究工作與國(guó)外近年來(lái)的驚人發(fā)展速度相比，差距還很大，并且有進(jìn)一步加大的危險(xiǎn)。如果我們?cè)谶@場(chǎng)基因爭(zhēng)奪戰(zhàn)中不能堅(jiān)守住自己的陣地，那么在21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)中我們又將處于被動(dòng)地位：我們不能自由地應(yīng)用基因診斷和基因治療的權(quán)力，我們不能自由地進(jìn)行生物藥物的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，我們亦不能自由地推動(dòng)其他基因相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、展望生命科學(xué)工業(yè)的形成由于基因組研究與制藥、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、食品、化學(xué)、化妝品、環(huán)境、能源和計(jì)算機(jī)等工業(yè)部門密切相關(guān)，更重要的是基因組的研究可以轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力，國(guó)際上一批大型制藥公司和化學(xué)工業(yè)公司大規(guī)模紛紛投巨資進(jìn)軍基因組研究領(lǐng)域，形成了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)部門，即生命科學(xué)工業(yè)。世界上一些大的制藥集團(tuán)紛紛投資建立基因組研究所。 Ciba-Geigy和Ssandoz合資組建了Novartis公司，并斥資2.5億美元建立研究所，開(kāi)展基因組研究工作。SmithKline公司花1.25億美元加快測(cè)序的進(jìn)度，將藥物開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的25%建立在基因組學(xué)之上。Glaxo-Wellcome在基因組研究領(lǐng)域投入4,700萬(wàn)美元，將研究人員增加了一倍。大型化學(xué)工業(yè)公司向生命科學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)軌。孟山都公司早在1985年就開(kāi)始轉(zhuǎn)向生命科學(xué)工業(yè)。至1997年，該公司向生物技術(shù)和基因組研究的投入已高達(dá)66億美元。1998年4月，杜邦公司宣布改組成三個(gè)實(shí)業(yè)單位，由生命科學(xué)領(lǐng)頭。1998年5月，該公司又宣布放棄能源公司Conaco,將其改造成一家生命科學(xué)公司。Dow化學(xué)公司用9億美元購(gòu)入EliLilly公司40%的股票，從事谷物和食品研究，后又成立了生命科學(xué)公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學(xué)品部門，轉(zhuǎn)項(xiàng)投資生物技術(shù)和制藥。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門也出現(xiàn)了向生物技術(shù)和制藥合并的趨勢(shì)。GenzymeTransgenics公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶III，一群羊的酶產(chǎn)量相當(dāng)于投資1.15億美元工廠的產(chǎn)量。據(jù)估計(jì)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)的藥物成本是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)法的十分之一。一些公司還在研究生產(chǎn)能抗骨質(zhì)疏松的谷物，以及大規(guī)模生產(chǎn)和加工基因工程食品。能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如，用產(chǎn)甲烷菌Methanobacterium作為一種新能源。用抗輻射的細(xì)菌Deinococcusradiodurans清除放射性物質(zhì)的污染，并在轉(zhuǎn)入tod基因后，在高輻射環(huán)境下清除多種有害化學(xué)物質(zhì)的污染。功能基因組學(xué)人類基因組計(jì)劃當(dāng)前的整體發(fā)展趨勢(shì)是什么？一方面，在順利實(shí)現(xiàn)遺傳圖和

物理圖的制作后，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標(biāo)奮進(jìn)。另一方面，功能基因組學(xué)已提上議事日程。人類基因組計(jì)劃已開(kāi)始進(jìn)入由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)向功能基因組學(xué)過(guò)渡、轉(zhuǎn)化的過(guò)程。在功能基因組學(xué)研究中，可能的核心問(wèn)題有：基因組的表達(dá)及其調(diào)控、基因組的多樣性、模式生物體基因組研究等。（1）基因組的表達(dá)及其調(diào)控1） 基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜及其調(diào)控的研究一個(gè)細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平能夠精確而特異地反映其類型、發(fā)育階段以及反應(yīng)狀態(tài)，是功能基因組學(xué)的主要內(nèi)容之一。為了能夠全面地評(píng)價(jià)全部基因的表達(dá)，需要建立全新的工具系統(tǒng)，其定量敏感性水平應(yīng)達(dá)到小于1個(gè)拷貝/細(xì)胞，定性敏感性應(yīng)能夠區(qū)分剪接方式，還須達(dá)到檢測(cè)單細(xì)胞的能力。近年來(lái)發(fā)展的DNA微陣列技術(shù)，如DNA芯片，已有可能達(dá)到這一目標(biāo)。研究基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)不僅是為了獲得全基因組表達(dá)的數(shù)據(jù)，以作為數(shù)學(xué)聚類分析。關(guān)鍵問(wèn)題是要解析控制整個(gè)發(fā)育過(guò)程或反應(yīng)通路的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)概念對(duì)于生理和病理?xiàng)l件下的基因表達(dá)調(diào)控都是十分重要的。一方面，大多數(shù)細(xì)胞中基因的產(chǎn)物都是與其它基因的產(chǎn)物互相作用的；另一方面，在發(fā)育過(guò)程中大多數(shù)的基因產(chǎn)物都是在多個(gè)時(shí)間和空間表達(dá)并發(fā)揮其功能，形成基因表達(dá)的多效性。在一個(gè)意義上，每個(gè)基因的表達(dá)模式只有放到它所在的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的大背景下，才會(huì)有真正的意義。進(jìn)行這方面的研究，有必要建立高通量的小鼠胚胎原位雜交技術(shù)。2） 蛋白質(zhì)組學(xué)研究蛋白質(zhì)組學(xué)研究是要從整體水平上研究蛋白質(zhì)的水平和修飾狀態(tài)。目前正在發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的二維蛋白質(zhì)凝膠電泳的工作體系。首先用一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提取人類細(xì)胞的蛋白質(zhì)，繼而用色譜儀進(jìn)行部分分離,將每區(qū)段中的蛋白質(zhì)裂解,再用質(zhì)譜儀分析，并在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)特征分析來(lái)認(rèn)識(shí)產(chǎn)生的多肽。蛋白質(zhì)組研究的另一個(gè)重要內(nèi)容是建立蛋白質(zhì)相互關(guān)系的目錄。生物大分子之間的相互作用構(gòu)成了生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體（55個(gè)基因）獲得成功。如何在模式生物（如酵母）和人類基因組的研究中建立自動(dòng)方法，認(rèn)識(shí)不同的生化通路，是值得探討的問(wèn)題。

3）生物信息學(xué)的應(yīng)用目前，生物信息學(xué)已大量應(yīng)用于基因的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)。然而，利用生物信息學(xué)去發(fā)現(xiàn)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能更為重要。模式生物體中越來(lái)越多的蛋白質(zhì)構(gòu)建編碼單位被識(shí)別，無(wú)疑為基因和蛋白質(zhì)同源關(guān)系的搜尋和家族的分類提供了極其寶貴的信息。同時(shí)，生物信息學(xué)的算法、程序也在不斷改善，使得不僅能夠從一級(jí)結(jié)構(gòu)，也能從估計(jì)結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)同源關(guān)系。