第八課人類基因組計(jì)劃

第八課人類基因組計(jì)劃第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2美國能源部廣島國際人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)的重要原因是美國能源部的推動(dòng)。1984年，在美國猶他州的Alta，由美國能源部資助的一個(gè)旨在討論日益發(fā)展的DNA重組技術(shù)的會(huì)議上，科學(xué)家們第一次討論了人類基因組測(cè)序的價(jià)值。而首次對(duì)于人類基因組測(cè)序的可行性進(jìn)行認(rèn)真的探討是在1986年由羅伯特·辛西默（RobertSinsheimer）主持的一個(gè)會(huì)議上。與會(huì)者的發(fā)言非常地大膽：“這一啟動(dòng)計(jì)劃（人類基因組啟動(dòng)計(jì)劃）的最終目標(biāo)是了解人類基因組”，“就像了解人類身體構(gòu)造對(duì)于目前醫(yī)學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)，對(duì)人類基因組的了解將對(duì)醫(yī)學(xué)和其他健康科學(xué)研究提供必不可少的支持”。隨后，美國能源部健康與環(huán)境研究項(xiàng)目主任查爾斯·德利西（CharlesDeLisi）決定對(duì)人類基因組啟動(dòng)計(jì)劃進(jìn)行資助，資助金額為五百三十萬美元，用于發(fā)展關(guān)鍵性技術(shù)與資源。第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三3晚年的Watson人類基因組計(jì)劃徽章Collins1988年，人類基因組計(jì)劃再次得到顯著的推動(dòng)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者和諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲得者詹姆斯·沃森領(lǐng)導(dǎo)著國家衛(wèi)生研究院中新成立的一個(gè)基因組研究中心，加入了這個(gè)計(jì)劃。對(duì)于人類基因組計(jì)劃，沃森的評(píng)價(jià)是：“不盡快將它（人類基因組計(jì)劃）完成將是非常不道德的”，[10]“我有幸有機(jī)會(huì)讓我的科學(xué)生涯從雙螺旋跨越到三十億步（指的是人類基因組計(jì)劃的三十億美元投資）的人類基因組”。[11]但由于與上司意見不一，沃森不得不于1992年離開該計(jì)劃，其位置由弗朗西斯·柯林斯取代。第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三41990年，投資三十億美元的人類基因組計(jì)劃由美國能源部和國家衛(wèi)生研究院正式啟動(dòng)，預(yù)期在15年內(nèi)完成。隨后，該計(jì)劃擴(kuò)展為國際合作的人類基因組計(jì)劃，英國、日本、法國、德國和中國先后加入，形成了國際基因組測(cè)序聯(lián)盟。為了協(xié)調(diào)各國人類基因組研究，1988年在維克多·馬克庫斯克（VictorMcKusick）等科學(xué)家的倡導(dǎo)下，國際人類基因組組織（HUGO）宣告成立。中國的人類基因組計(jì)劃在中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的支持下，于1994年啟動(dòng)，并得到國家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的資助。1998年，中國南方基因組中心成立；1999年北方基因組中心和中國科學(xué)院基因組中心成立。1999年9月，中國正式加入人類基因組計(jì)劃，承擔(dān)1％的測(cè)序工作。2000年4月，完成人第3號(hào)染色體上3000萬個(gè)堿基對(duì)的工作草圖。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三5Venter在國際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)八年后的1998年，美國科學(xué)家克萊格·溫特創(chuàng)辦了一家名為塞雷拉基因組（CeleraGenomics）的小私立公司，開展自己的人類基因組計(jì)劃。與國際人類基因組計(jì)劃相比，公司希望能以更快的速度和更少的投資（3億美元，僅為國際計(jì)劃的十分之一）來完成。塞雷拉基因組的另起計(jì)劃被認(rèn)為對(duì)人類基因組計(jì)劃是一件好事，因?yàn)槿桌蚪M的競(jìng)爭(zhēng)促使國際人類基因組計(jì)劃不得不改進(jìn)其策略，進(jìn)一步加速其工作進(jìn)程，使得人類基因組計(jì)劃得以提前完成。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三6DNA定序：Sanger'sDideoxyMethodSanger第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三7第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三8ddATPddTTPddCTPddGTPdNTPdNTPdNTPdNTPP32P32P32P32第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三9第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三10?AutomatedDNAsequencing第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三11第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三12利用質(zhì)粒擴(kuò)增目標(biāo)DNA第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三13KaryMullis1944年生于美國。喬治亞理工科大學(xué)畢業(yè)后，在加利福尼亞大學(xué)伯克力分校獲得博士學(xué)位。1979年任塞托斯公司的研究員。1993年因開發(fā)了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法（簡(jiǎn)易DNA擴(kuò)增法）獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。自1988年以來，他以核酸化學(xué)方面的私人顧問身份向各類機(jī)構(gòu)提供咨詢服務(wù)，同時(shí)又成立了自己的公司，出任副經(jīng)理及會(huì)長(zhǎng)。第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三14聚合酶鏈反應(yīng)第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三15利用鳥槍法得到流感嗜血桿菌基因組序列的方法第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三16第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三17第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三18人類基因組計(jì)劃重點(diǎn)在于研究人類基因組的結(jié)構(gòu)，主要包括四張圖，即遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖與序列圖的制作。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三191、遺傳圖

遺傳圖（geneticmap）又稱連鎖圖（linkagemap）：以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)記為位標(biāo)，以遺傳學(xué)距離為圖距的基因組圖。

遺傳學(xué)距離以厘摩（centi-Morgan,cM）表示。連鎖的遺傳標(biāo)志之間的重組頻率為1%時(shí)，它們的相對(duì)距離為1cM，相當(dāng)于106bp(1Mb)。

遺傳多態(tài)性標(biāo)記為：RFLP、MS/STR、SNP。第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三20第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三21第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三22限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性（restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP）第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三23微衛(wèi)星標(biāo)記（microsatellite,MS）：又稱為短串聯(lián)重復(fù)序列(shorttandemrepeat,STR)，指基因組中兩個(gè)或兩個(gè)以上的核苷酸短串聯(lián)重復(fù)，由于在不同個(gè)體中重復(fù)單位的數(shù)目變異非常大，具有遺傳學(xué)多態(tài)性。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三24單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism,SNP）：是指基因組中單個(gè)堿基位置上的變異，變異在人群中的頻率等于或高于1%。

AAGGTTAATGGTTA第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三25SNP第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三26第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2711號(hào)染色體局部遺傳圖第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三28遺傳圖的準(zhǔn)確率有限釀酒酵母3號(hào)染色體遺傳圖與物理圖的比較第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三29

2、物理圖

物理圖（physicalmap）：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（稱為序列標(biāo)簽位點(diǎn)，sequencetaggedsite,STS）為位標(biāo)，對(duì)構(gòu)成基因組的DNA分子進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)某段DNA序列在染色體上的相對(duì)位置做一線性排列。以kb或Mb作為圖距而繪制的基因組圖。第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三30第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三311998年10月，完成了包含52,000個(gè)（原計(jì)劃為30,000）序列標(biāo)簽位點(diǎn)的物理圖譜的繪制。第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三323、轉(zhuǎn)錄圖

轉(zhuǎn)錄圖（transcriptionmap）：在人類基因組中鑒別出占2%長(zhǎng)度的全部蛋白編碼基因的位置、結(jié)構(gòu)和功能。主要通過獲得mRNA（或cDNA）序列。

表達(dá)序列標(biāo)記（expressedsequencetag,EST）是cDNA的部分序列，長(zhǎng)度為300-500bp，通過對(duì)特定組織或器官cDNA文庫中的cDNA克隆進(jìn)行隨機(jī)測(cè)序而獲得的序列。人類基因分布圖第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三334、序列圖

序列圖（sequencemap）:核苷酸序列圖即最詳盡的物理圖。通過測(cè)序得到基因組的序列，是一般意義上的人類基因組計(jì)劃。

第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三341990年啟動(dòng)的人類基因組計(jì)劃經(jīng)過包括中國在內(nèi)的多國科學(xué)家的10年努力，于2001年“大功告成”。2001年2月15日出版的英國《nature》雜志和2001年2月16日出版的美國《science》雜志，分別正式公布了人類基因組計(jì)劃和塞萊拉遺傳公司的人類基因組全序列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三35第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三362001年國際人類基因組組織（HUGO）又啟動(dòng)了一項(xiàng)十分艱難、但非常必要的“糾錯(cuò)補(bǔ)漏”程序,用了2年多的時(shí)間將草圖一點(diǎn)點(diǎn)地豐滿起來。在2003－2006年之間，終于將此草圖轉(zhuǎn)化為一張既高度精確又相當(dāng)完整的人類基因組圖。人類基因組精確測(cè)序工作發(fā)表在2004年10月21日Ｎature（2004，431：931）上。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三37基因組序列共包含28．5億個(gè)核苷酸，它近乎完整，涵蓋了99％以上的常染色質(zhì)基因組序列；準(zhǔn)確率為99．999％，誤差小于1/10萬分之一的精確版人類基因組圖譜，也就是說誤差率只有1個(gè)bp／10萬個(gè)bp，比最初制訂的目標(biāo)精確了10倍。而且還進(jìn)一步糾正了蛋白編碼基因的數(shù)量，僅為2萬～2．5萬個(gè)，而非原先估計(jì)的10萬個(gè)。第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三38重大事件與進(jìn)展1999年至2006年，完成了全部23條染色體的測(cè)序工作，具體如下：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；HumanGenomeProjectInformation2006年5月，1號(hào)染色體測(cè)序完成；HumanGenomeProjectInformation第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三39人類基因組學(xué)的研究，將破譯DNA序列中蘊(yùn)藏的全部信息，揭示人體生理和病理過程的分子基礎(chǔ)，并逐步認(rèn)識(shí)生命的起源、進(jìn)化、遺傳、發(fā)育、衰老以及死亡的本質(zhì)，為人類疾病的預(yù)測(cè)、診斷、預(yù)防和治療提供最為合理和有效的方法和途徑。從基因組到基因組醫(yī)學(xué)第39頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三40癌癥研究有很大進(jìn)展，直腸癌在美國有90％治愈率，即五年生存率，而這個(gè)數(shù)字在十年前是60％?，F(xiàn)在美國多數(shù)癌癥平均5年生存率為