醫(yī)學(xué)生物學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃與功能基因組學(xué)

醫(yī)學(xué)生物學(xué)現(xiàn)代生物學(xué)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)第十二章人類(lèi)基因組計(jì)劃與功能基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃(humangenomeproject，HGP)是一項(xiàng)國(guó)際性科學(xué)研究計(jì)劃，旨在闡明人類(lèi)基因組30億個(gè)堿基對(duì)的序列，從物理和功能角度發(fā)現(xiàn)和定位人類(lèi)基因組基因，破譯人類(lèi)全部遺傳信息，使人類(lèi)第一次在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。對(duì)人類(lèi)基因組的研究推動(dòng)了整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展，同時(shí)也形成一門(mén)嶄新的科學(xué)——基因組學(xué)(genomics)，即研究基因組的科學(xué)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)一、國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃與功能基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1984，DOE，首次探討人類(lèi)基因組DNA進(jìn)行全序列分析的前景1986.3，R.Dulbecco發(fā)表《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——測(cè)定人類(lèi)基因組序列》1988.4，HUGO成立1990.10.1，美國(guó)HGP正式啟動(dòng)2001.2，人類(lèi)基因組工作框架圖完成2006.5，最后一條染色體序列被公布人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃主要研究?jī)?nèi)容建立遺傳圖(geneticmap)構(gòu)建物理圖(physicalmap)經(jīng)過(guò)測(cè)序完成序列圖(sequencemap)和基因圖(genemap)人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)染色體遺傳圖物理圖序列圖（連鎖圖）

ATGACGTGAC

人類(lèi)基因組計(jì)劃主要研究?jī)?nèi)容人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)NAS制定的最終完成的序列精度要求錯(cuò)誤率低于1/10000序列必須是連續(xù)的，即沒(méi)有缺口序列所用的克隆能忠實(shí)地代表基因組的結(jié)構(gòu)人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)NAS制定的工作框架圖精度要求BAC克隆水平測(cè)序的覆蓋率不應(yīng)少于3倍至少獲得基因組90%以上的序列錯(cuò)誤率應(yīng)低于1%1．遺傳圖遺傳圖又稱(chēng)為連鎖圖(linkagemap)，是利用連鎖分析的方法將每條染色體上的基因或遺傳標(biāo)記(geneticmarker)的相對(duì)位置確定下來(lái)而構(gòu)建的基因組圖。遺傳圖中基因座之間的相對(duì)距離以遺傳距離(centimorgan，cM)來(lái)衡量。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1．遺傳圖人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)主要的遺傳標(biāo)記限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)(RFLP)短串聯(lián)重復(fù)序列(STR)微衛(wèi)星(microsatellite)單核苷酸多態(tài)(SNP)2．物理圖物理圖包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是將分布于整個(gè)基因組的序列標(biāo)簽部位(sequencetaggedsite，STS)在每條染色體上的排列順序確定下來(lái)；二是在此基礎(chǔ)上構(gòu)建覆蓋每條染色體的YAC和BAC鄰接克隆群(contig)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)2．物理圖遺傳圖反映染色體上兩個(gè)基因座位之間的連鎖關(guān)系，而物理圖反映的是兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離，其圖距單位為Mb、kb或bp。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)3．序列圖序列圖是通過(guò)對(duì)全基因組DNA進(jìn)行序列分析而建立的，是分子水平最高層次、最詳盡的物理圖，也是人類(lèi)基因組計(jì)劃中最為明確、最為艱巨的定時(shí)定量的任務(wù)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)3．序列圖人類(lèi)基因組計(jì)劃繪制的序列圖不同于以往那種只對(duì)某一個(gè)特定區(qū)域進(jìn)行DNA序列分析的工作，它要求的是一種高效率的規(guī)模性測(cè)序，并將每一個(gè)DNA片段按其在染色體上的真實(shí)位置進(jìn)行準(zhǔn)確的排列，從而得到人類(lèi)基因組全部堿基排列的原貌。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)3．序列圖2001年2月，IHGSC發(fā)表了覆蓋人類(lèi)基因組95%的工作框架圖，稱(chēng)為公共序列(publicsequence)，并陸續(xù)發(fā)表了24條染色體的詳細(xì)評(píng)注和分析等相關(guān)資料。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)4．基因圖人類(lèi)基因組計(jì)劃要完成的另外一個(gè)重要目標(biāo)是在人類(lèi)基因組中找出全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，即繪制基因圖。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)4．基因圖生物的性狀是由結(jié)構(gòu)或功能蛋白決定的，蛋白質(zhì)是由mRNA編碼的，mRNA是由基因轉(zhuǎn)錄而來(lái)的，而基因的表達(dá)又有時(shí)間和空間的特異性。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)提取特定生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期或特定組織器官中的mRNA逆轉(zhuǎn)錄即可得到cDNA，再進(jìn)行分子雜交鑒別出與轉(zhuǎn)錄相關(guān)的基因，就可以繪制一張可表達(dá)基因圖——轉(zhuǎn)錄圖(transcriptionmap)，所以說(shuō)轉(zhuǎn)錄圖是基因圖的雛形。4．基因圖匯總不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期和不同的組織器官中得到的轉(zhuǎn)錄圖，能夠有效地對(duì)比在正常和受控條件下基因表達(dá)的差異；可以反映基因在不同組織器官、不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期、不同水平的表達(dá)情況；也可以了解不同組織器官、不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，不同基因的表達(dá)情況。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)4．基因圖2004年10月，IHGSC測(cè)定了人類(lèi)全基因組的精細(xì)序列圖，最終估計(jì)人類(lèi)基因組中編碼蛋白質(zhì)的基因數(shù)目?jī)H有2萬(wàn)~2.5萬(wàn)個(gè)。明確基因組中每個(gè)基因的序列將為異常或致病基因的克隆提供快速的識(shí)別途徑和研究策略，加快重大疾病遺傳機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，并可對(duì)遺傳病的治療和控制提供戰(zhàn)略性的指導(dǎo)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)二、中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃與功能基因組學(xué)1．中國(guó)HGP的第一階段我國(guó)HGP的第一個(gè)階段從1994年1月開(kāi)始到1997年6月，以強(qiáng)伯勤、陳竺聯(lián)合主持國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究”，由全國(guó)16個(gè)單位19個(gè)課題組參加。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1．中國(guó)HGP的第一階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)中國(guó)不同民族基因組的保存及基因組比較研究建立和改進(jìn)人類(lèi)基因組研究中的新技術(shù)中國(guó)人基因組若干位點(diǎn)致病基因或疾病相關(guān)基因的研究目標(biāo)是利用我國(guó)豐富的人類(lèi)遺傳資源，進(jìn)行基因組多樣性和疾病基因識(shí)別以及相關(guān)技術(shù)平臺(tái)的建立。1．中國(guó)HGP的第一階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)改進(jìn)了永生細(xì)胞株的建株技術(shù)，完成南、北兩個(gè)漢族人群和西南、東北16個(gè)少數(shù)民族群體共733個(gè)永生淋巴細(xì)胞株的建立，為中華民族基因組的研究保存了珍貴的遺傳資源，并以此為基礎(chǔ)展開(kāi)了我國(guó)多民族基因組多樣性的比較研究。1．中國(guó)HGP的第一階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)建立了比較完整的基因組研究技術(shù)體系，形成了作圖、測(cè)序、基因定位與識(shí)別、基因組掃描、生物信息學(xué)等較配套的方法學(xué)體系，并獲得了與神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)發(fā)育、分化和基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)的一批cDNA。1．中國(guó)HGP的第一階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)在致病基因分離和結(jié)構(gòu)、功能研究方面，克隆到遺傳性多發(fā)性外生性骨疣的致病基因(EXT2)，獲得了與白血病和部分實(shí)體瘤相關(guān)的DNA片段和基因并展開(kāi)結(jié)構(gòu)、功能的研究。1．中國(guó)HGP的第一階段中國(guó)HGP的第一階段在我國(guó)初步建立起了一個(gè)較配套的基因組研究工作體系，形成了若干樣品收集保存的基地和一批研究和/或研究中心，并具備了自行開(kāi)展基因組多樣性研究，自行定位、克隆人類(lèi)疾病基因和功能基因，進(jìn)行較大規(guī)模DNA測(cè)序，以及開(kāi)發(fā)利用基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，在生物多樣性研究和疾病基因及功能基因分離的研究已逐步接近國(guó)際前沿。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)2．中國(guó)HGP的第二階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)我國(guó)HGP的第二個(gè)階段從1998年開(kāi)始到2003年，由陳竺主持國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“中華民族基因組的結(jié)構(gòu)和功能研究”。2．中國(guó)HGP的第二階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)中國(guó)不同民族基因組的保存及遺傳多樣性研究基因組多樣性與多基因疾病基因組定位研究建立和發(fā)展功能基因組學(xué)的新理論、新技術(shù)、新方法鉤端螺旋體全基因組結(jié)構(gòu)和功能研究2．中國(guó)HGP的第二階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)目標(biāo)是充分發(fā)揮我國(guó)人類(lèi)遺傳資源優(yōu)勢(shì)和多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，從中華各民族、人群的基因組保存和多樣性分析、多基因病相關(guān)基因定位與分離的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建立和發(fā)展功能基因組學(xué)新理論、新技術(shù)、新方法這三個(gè)方面進(jìn)行綜合性大規(guī)模研究；出于我國(guó)傳染病預(yù)防控制的前瞻性考慮，進(jìn)行了公共衛(wèi)生基因組學(xué)的嘗試，在國(guó)際上首次測(cè)定鉤端螺旋體全基因組順序。2．中國(guó)HGP的第二階段人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1999.9，中國(guó)加入IHGSC，負(fù)責(zé)測(cè)定人類(lèi)3號(hào)染色體3pter-D3S3610區(qū)域約30Mb的測(cè)序任務(wù)，即“1%項(xiàng)目”，成為加入IHGSC的惟一一個(gè)發(fā)展中國(guó)家。三、功能基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃與功能基因組學(xué)HGP研究的是遺傳圖、物理圖、序列圖、基因圖，主要探討人類(lèi)基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又稱(chēng)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics)。在HGP進(jìn)行的同時(shí)，也開(kāi)始研究人類(lèi)基因組計(jì)劃相關(guān)及以后的領(lǐng)域，即所謂的后基因組計(jì)劃(past-genomeproject)。后基因組計(jì)劃以解釋基因組的功能和調(diào)控機(jī)制為研究目標(biāo)，所以又稱(chēng)功能基因組學(xué)(functionalgenomics)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1．人類(lèi)基因組多樣性計(jì)劃人類(lèi)基因組多樣性計(jì)劃(humangenomediversityproject，HGDP)旨在采集與保存世界范圍內(nèi)一些地理隔離的部落群體和具有獨(dú)特文化或語(yǔ)言背景的群體的基因組DNA，其目標(biāo)是要揭示世界上不同民族生理生化差異的遺傳背景，以及群體之間的相互關(guān)系。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)1．人類(lèi)基因組多樣性計(jì)劃人類(lèi)是一個(gè)具有多態(tài)性的群體。要真正了解全人類(lèi)的基因組特征，就應(yīng)開(kāi)展人類(lèi)基因組多樣性的系統(tǒng)研究，比較不同人種、民族、族群之間基因組的差異，建立各個(gè)群體的遺傳資料信息庫(kù)，并與考古學(xué)、人類(lèi)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等研究成果相結(jié)合，為探討人類(lèi)的起源、進(jìn)化和遷移的歷史提供重要的證據(jù)。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)2．比較基因組學(xué)比較基因組學(xué)(comparativegenomics)是基于基因組圖譜和測(cè)序基礎(chǔ)上，在DNA水平上對(duì)不同生物基因組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，以研究基因的結(jié)構(gòu)功能、表達(dá)機(jī)制和物種進(jìn)化的學(xué)科。人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)2．比較基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)主要的模式生物大腸埃希菌(E.coli)酵母菌(S.cerevisiae)秀麗線(xiàn)蟲(chóng)(C.elegans)果蠅(D.melanogaster)小鼠(M.musculus)2．比較基因組學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃與基因組學(xué)各種生物基因組序列的比較生物種類(lèi)基因組大小預(yù)測(cè)基因組數(shù)目平均基因長(zhǎng)度大腸埃希菌4632221bp1800約1k