人类基因组.ppt

1ppt课件.基因组学基因组学(Genomics)2ppt课件.课程性质及要求课程性质及要求l课程性质及学习目的：课程性质及学习目的：专业选修课专业选修课l上课纪律上课纪律l平时作业平时作业l问题讨论与交流问题讨论与交流3ppt课件.“基因组学基因组学”简介简介1 1）第）第1 1部分（部分（1 15 5章）章）基因组的分子基础基因组的分子基础 基因组作图与测序基因组作图与测序2 2）第）第2 2部分（部分（6 61010章）章）基因组的结构与功能基因组的结构与功能3 3）第）第3 3部分（部分（11111414章）章）基因组的进化基因组的进化4ppt课件.教学内容教学内容1.基因组基因组2.遗传图绘制遗传图绘制3.物理图绘制物理图绘制4.基因组测序与序列组装基因组测序与序列组装5.基因组序列注释基因组序列注释6.基因组解剖基因组解剖7.基因的转录调控基因的转录调控8.转录物组转录物组5ppt课件.教学内容教学内容9.蛋白质组蛋白质组10.基因组表观遗传基因组表观遗传11.基因组的复制基因组的复制12.基因组进化的分子基础基因组进化的分子基础13.基因组进化的模式基因组进化的模式14.基因组与生物进化基因组与生物进化6ppt课件.教材及参考书教材及参考书1.1.杨金水编著杨金水编著,基因组学（第三版）基因组学（第三版）,高等教育出版社高等教育出版社,2013,20132.2.钟金城，陈智华编著，分子遗传学与动物育种，四川大学出版社，钟金城，陈智华编著，分子遗传学与动物育种，四川大学出版社，200120013.3.T.A.T.A.布朗布朗 ,基因组基因组,科学出版社科学出版社,2002,20024.4.C.C.丹尼斯丹尼斯,人类基因组我们的人类基因组我们的DNA,DNA,科学出版社科学出版社,2003,20035.5.陈竺等陈竺等,基因组科学与人类疾病基因组科学与人类疾病,科学出版社科学出版社,2002,2002 6.6.贺林贺林,解码生命解码生命人类基因组计划和后基因组计划人类基因组计划和后基因组计划,科学出版社科学出版社,2000,20007.7.沈珝琲沈珝琲,方福德主编方福德主编,真核基因表达调控真核基因表达调控,高等教育出版社高等教育出版社,1999,19998.8.Lewin,B.,Lewin,B.,GENES GENES,University Press,Oxford.(2010),University Press,Oxford.(2010)9.9.相关的论文：相关的论文：A vision for the future ofA vision for the future ofgenomics researchgenomics research；Initial sequencing and analysis of the human genome.Initial sequencing and analysis of the human genome.10.10.教材每章后面的参考文献。教材每章后面的参考文献。7ppt课件.问题：1、什么是基因组或人类基因组？2、人类基因组计划及其意义。8ppt课件.基因组学的一些说明基因组学的一些说明9ppt课件.l1920年年德德国国科科学学家家威威克克勒勒提提出出基基因因组组(genome)一一词词，指指真真核核生生物物从从其其亲亲代代所所继继承的单套染色体，即染色体组。承的单套染色体，即染色体组。l1986年年罗罗德德里里克克提提出出基基因因组组学学(genomics)一一词词，用用于于概概括括涉涉及及基基因因组组作作图图、测测序序和和整个基因组功能分析的遗传学学科分支。整个基因组功能分析的遗传学学科分支。10ppt课件.元素周期表的发现奠定了二元素周期表的发现奠定了二十世纪物理、化学研究和发展的十世纪物理、化学研究和发展的基础基础元素周期表元素周期表“基因组序列图基因组序列图”将奠定二十一世纪生将奠定二十一世纪生命科学研究和生物产业发展的基础！命科学研究和生物产业发展的基础！“基因组基因组”-生命科学的生命科学的“元素周期表元素周期表”人体解剖图奠定了现人体解剖图奠定了现代医学发展的基础代医学发展的基础11ppt课件.生命的奥秘蕴藏于“四字天书”之中GCTTCTTCCTCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCA TCATTTTCTCTTGCCGCCACCATGCTTCTTCCTCATTTTCTCT CCACCATGCCGCCACCACGCCACCATGCTTCTTCCTCATCTC GCTTTCTTGCCGCCACCATGCCGCCACCGCTTCTTCCTTCTCT12ppt课件.基因组学的基础理论研究基因组学的基础理论研究基因组学是要揭示下述四种整合体系的相互关系基因组学是要揭示下述四种整合体系的相互关系:l基基因因组组作作为为信信息息载载体体（碱碱基基对对、重重复复序序列列的的整整体体守守恒与局部不平衡的关系）恒与局部不平衡的关系）l基基因因组组作作为为遗遗传传物物质质的的整整合合体体(基基因因作作为为功功能能和和结结构单位与遗传学机制的关系构单位与遗传学机制的关系)l基基因因组组作作为为生生物物化化学学分分子子的的整整合合体体(基基因因产产物物作作为为功能分子与分子、细胞机制的关系）功能分子与分子、细胞机制的关系）l物物种种进进化化的的整整合合体体(物物种种在在地地理理与与大大气气环环境境中中的的自自然选择）然选择）13ppt课件.基因组学是一门基因组学是一门大学科大学科l“界界门门纲纲目目科科属属种种”，地地球球上上现现存存物物种种近近亿亿，所所有有生生生生灭灭灭的生物，无一例外，都有个基因组。灭的生物，无一例外，都有个基因组。l基基因因组组作作为为信信息息载载体体，它它所所储储存存的的信信息息是是最最基基本本的的生生物物学学信信息息之之一一；既既是是生生命命本本质质研研究究的的出出发发点点之之一一，又又是是生生物信息的归宿。物信息的归宿。l基基因因组组学学研研究究包包括括对对基基因因产产物物（转转录录子子组组和和蛋蛋白白质质组组）的系统生物学研究。的系统生物学研究。l基因多态性的规模化研究就是基因组多态性的研究。基因多态性的规模化研究就是基因组多态性的研究。l基基因因组组学学的的研研究究必必然然要要上上升升到到细细胞胞机机制制、分分子子机机制制和和系系统生物学的水平。统生物学的水平。l基基因因组组的的起起源源与与进进化化和和物物种种的的起起源源与与进进化化一一样样是是一一个个新新的科学领域。的科学领域。l基基因因组组信信息息正正在在以以天天文文数数字字计计算算，规规模模化化地地积积累累，它它的的深入研究必将形成一个崭新的学科。深入研究必将形成一个崭新的学科。14ppt课件.基因组学是一门基因组学是一门大科学大科学l基基因因组组的的信信息息是是用用来来发发现现和和解解释释具具有有普普遍遍意意义义的的生生命命现象和它们的变化、内在规律和相互关系。现象和它们的变化、内在规律和相互关系。l基基因因组组的的信信息息含含量量高高。基基因因组组学学的的研研究究又又在在于于基基因因组组间的比较。间的比较。l基基因因组组学学的的复复杂杂性性必必然然导导致致多多学学科科的的引引进进和和介介入入（各各生生物物学学科科、医医学学、药药学学、计计算算机机科科学学、化化学学、数数学学、物理学、电子工程学、考古学等）。物理学、电子工程学、考古学等）。l基基因因组组学学研研究究的的手手段段和和技技术术已已经经走走在在生生命命科科学学研研究究的的最前沿。最前沿。l基因组信息来自于高效率和规模化所产生的实验数据。基因组信息来自于高效率和规模化所产生的实验数据。l人类基因组计划证明了基因组研究的迫切性和可行性。人类基因组计划证明了基因组研究的迫切性和可行性。15ppt课件.基因组与生命之谜基因组与生命之谜l基因组的产生与进化。基因组的产生与进化。l基因组基因组DNA组分的变化、组分的变化、GC百分比、嘌呤：嘧啶守恒。百分比、嘌呤：嘧啶守恒。l遗传密码的发生、发展和进化。遗传密码的发生、发展和进化。l内内含含子子（尤尤其其是是大大于于100000核核苷苷酸酸的的大大内内含含子子）剪剪出出后后的的运输和降解。运输和降解。l最小内含子的生物学意义。最小内含子的生物学意义。l动物基因组与植物基因组在基因分布上的共性和个性。动物基因组与植物基因组在基因分布上的共性和个性。l物种衍变过程中基因组水平的变化。物种衍变过程中基因组水平的变化。l基因组大小变化与遗传、分子、细胞机制的关系。基因组大小变化与遗传、分子、细胞机制的关系。l“JUNK DNA”的发生、分类、进化与功能。的发生、分类、进化与功能。16ppt课件.人类基因组计划人类基因组计划17ppt课件.人类基因组计划的创议与实施人类基因组计划的创议与实施1）第一阶段：酝酿2）第二阶段：论证3）第三阶段：实施18ppt课件.人类基因组计划的酝酿人类基因组计划的酝酿星星之火星星之火19ppt课件.盐湖城盐湖城Alta会议会议起点起点,1984Alta is a ski area nestled among the Wasatch Mountains(note:Original text said Saguache Mountains)in Utah,Salt Lake City.From December 9 to 13,1984.The Alta meeting was sponsored by the Department of Energy(DOE)and the International Commission for Protection Against Environmental Mutagens and Carcinogens.It was initiated by David Smith of DOE and Mortimer Mendelsohn of the Lawrence Livermore National Laboratory.20ppt课件.英雄所见略同英雄所见略同Walter Gilbert.A crucial early proponent,he later tried to set up a company to produce and sell genome data.21ppt课件.Santa Cruz会议会议,California,1985 Robert L.Sinsheimer:The University of California,Santa Cruz,During a Critical Decade,1977-1987Sinsheimer was appointed chancellor by UC President David Saxon in June,1977.Formerly chairman of the division of biology at the California Institute of Technology where his work as a molecular biologist had earned him a distinguished international reputation.22ppt课件.Santa Fe 会议会议,新墨哥州新墨哥州,1986Charles DeLisi(Boston University),DOE Associate Director for Health and Environmental Research in the mid-1980s,was one of 28 hon-orees to whom President Bill Clinton presented the Presidential Citizens Medal on January 8,2000.According to the award citation,DeLisi was the first government scientist to conceive and outline the feasibility,goals,and parameters of the Human Genome Project.David Smith is a founder and current Director of the DOE Human Genome Program.Following the Santa Fe conference,DOE OHER announces Human Genome Initiative.With$5.3 million,pilot projects begin at DOE national laboratories to develop critical resources and technologies23ppt课件.19841984年之前分子生物学年之前分子生物学技术的主要进展技术的主要进展l19531953年年DNADNA双螺旋模型发表。双螺旋模型发表。l19681968年纯化第一个限制酶。年纯化第一个限制酶。l19721972年第一个重组年第一个重组DNADNA分子面世。分子面世。l19731973年年SV40SV40病毒病毒DNADNA限制酶物理图发表。限制酶物理图发表。l19771977年发明年发明DNADNA序列测序法。序列测序法。24ppt课件.推波助澜25ppt课件.Dulbecco基因组测序宣言基因组测序宣言 A turning point in cancer research：sequencing the human genome癌症研究的转折点：人类基因组测序癌症研究的转折点：人类基因组测序Renato Dulbecco Science 231：1055-1056,198626ppt课件.Dubecco，1986In 1975 Dubcco was awarded the Noble prize for Physiology or Medicine with two of his associates David Baltimore and Howard Temin.In 1986 Dubecco proposed the“Human Genome Project”to map the entire genome and to identify some 100 thousand genes which make up the human genome strucrure.From 1988 to 1992,Dubecco served as the President of the Salk Institute.At present,Dubecco,who returned to Italy to work for CNR is supervisor of the“Human Genome Project”(the Iatlian part of the International Project).Dubecco提出了人类基因组计划作图和测序同时进行的研究路线。提出了人类基因组计划作图和测序同时进行的研究路线。http:/en.wikipedia.org/wiki/Renato_Dulbecco 27ppt课件.反对的声浪反对的声浪人类基因组计划虽然是一个极富创意的想法人类基因组计划虽然是一个极富创意的想法,但在当时但在当时的许多方面都超出了科学技术发展的实际水平的许多方面都超出了科学技术发展的实际水平,因而不因而不可避免遭到各方面的怀疑与反对可避免遭到各方面的怀疑与反对,其中包括像其中包括像Jacob这样大名鼎鼎的生理学这样大名鼎鼎的生理学Noble 奖得主奖得主,MIT和和NIH(美美国国家健康研究所国国家健康研究所)等著名单位。主要原因在以下几点等著名单位。主要原因在以下几点:1.科科学学上上的的依依据据,基基因因编编码码序序列列仅仅占占人人类类基基因因组组总总量量的的2%,是否值得花很多钱去测序整个基因组。是否值得花很多钱去测序整个基因组。2.技技术术上上不不成成熟熟,按按当当时时测测序序水水平平,一一个个人人每每天天最最多多只只能能完完成成1000bp测测序序,30亿亿对对碱碱基基仅仅测测序序需需要要1000个个人工作人工作3000年。年。3.大量的投入将挤占其它领域的研究经费。大量的投入将挤占其它领域的研究经费。28ppt课件.政府介入政府介入29ppt课件.美国国会的态度美国国会的态度30ppt课件.1988 report from the U.S.Congress Office of Technology Assessment Mapping Our Genes-Genome Projects:How Big?How Fast?Mapping Our Genes-Genome Projects:How Big?How Fast?NTIS order#PB88-212402 31ppt课件.人类基因组计划的实施人类基因组计划的实施负责人负责人 第一任首席科学家第一任首席科学家:James Watson 因因DNA顺序专利争论顺序专利争论 于于1992年辞职年辞职.第二任首席科学家第二任首席科学家 Francis Collins32ppt课件.Watson与与Venter关于关于DNA顺序专利之争顺序专利之争(1)That newfound harmony was shattered in June 1991,when Venter,who ran a That newfound harmony was shattered in June 1991,when Venter,who ran a large sequencing lab at the National Institute for Neurological large sequencing lab at the National Institute for Neurological Disorders and Stroke,went public with an iconoclastic plan:Why not Disorders and Stroke,went public with an iconoclastic plan:Why not focus on finding the genes-the real goods that both scientists and focus on finding the genes-the real goods that both scientists and companies were clamoring for-and leave tedious sequencing until later?companies were clamoring for-and leave tedious sequencing until later?Venter and colleague Mark Adams had developed a new technique,called Venter and colleague Mark Adams had developed a new technique,called expressed sequence tags,that enabled them to find genes at expressed sequence tags,that enabled them to find genes at unprecedented speed.Never one of Watsons inner circle,Venter boasted unprecedented speed.Never one of Watsons inner circle,Venter boasted that this new approach was a bargain in comparison to the genome that this new approach was a bargain in comparison to the genome project and project and claimed he could find 80%to 90%of the genes within a few claimed he could find 80%to 90%of the genes within a few years,years,for a fraction of the cost(for a fraction of the cost(ScienceScience,21 June 1991,p.1618).,21 June 1991,p.1618).Watson dismissed Venters cream-skimming approach,but their feud Watson dismissed Venters cream-skimming approach,but their feud remained subterranean until a few weeks later,remained subterranean until a few weeks later,when Venter described when Venter described his work at a congressional hearing.NIH was so impressed with his his work at a congressional hearing.NIH was so impressed with his progress,progress,Venter said,that it was filing patent applications on the Venter said,that it was filing patent applications on the partial genes he was identifying-at a rate of 1000 a month.partial genes he was identifying-at a rate of 1000 a month.33ppt课件.Watson与与Venter关于关于DNA顺序专利之争顺序专利之争(2)Watson erupted,denouncing the patenting scheme as sheer Watson erupted,denouncing the patenting scheme as sheer lunacy and noting that virtually any monkey could do lunacy and noting that virtually any monkey could do what Venters group was doing(what Venters group was doing(ScienceScience,11 October 1991,p.,11 October 1991,p.184).What irked him was that Venter and NIH had no clue 184).What irked him was that Venter and NIH had no clue about the function of the genes from which these fragments about the function of the genes from which these fragments came.If the patents held,that meant anybody could lay came.If the patents held,that meant anybody could lay claim to most of the human genes,undercutting patent claim to most of the human genes,undercutting patent protection for biologists who labored long and hard to protection for biologists who labored long and hard to identify whole genes and figure out what they did.I am identify whole genes and figure out what they did.I am horrified,Watson told Congress.horrified,Watson told Congress.Watson also went to war on this issue with his boss,NIH Watson also went to war on this issue with his boss,NIH Director Bernadine Healy.Director Bernadine Healy.The fight cost him his jobThe fight cost him his job.In.In April 1992 he returned to Cold Spring Harbor Laboratory,April 1992 he returned to Cold Spring Harbor Laboratory,muttering that no one could work with that woman(muttering that no one could work with that woman(ScienceScience,17 April 1992,p.301).17 April 1992,p.301).34ppt课件.数据与资源共享声明数据与资源共享声明At its December 7,1992At its December 7,1992,meeting,meeting,the DOE-NIHthe DOE-NIH JointSubcommittee JointSubcommittee on the Human Genome approved the following sharing guidelines,on the Human Genome approved the following sharing guidelines,developed from the DOE draft of September 1991developed from the DOE draft of September 1991After extensive discussion with the community of genome After extensive discussion with the community of genome researchers,the advisors of the NIH and DOE genome programs researchers,the advisors of the NIH and DOE genome programs have determined that consensus is developing around the concept have determined that consensus is developing around the concept that a that a 6-month period from the time the data or materials are 6-month period from the time the data or materials are generated to the time they are made available publicly is a generated to the time they are made available publicly is a reasonable maximum in almost all cases.reasonable maximum in almost all cases.More rapid sharing is More rapid sharing is encouraged.encouraged.Whenever possible,Whenever possible,data should be deposited in public databases data should be deposited in public databases and materials in public repositoriesand materials in public repositories.Where appropriate.Where appropriate repositories do not exist or are unable to accept the data or repositories do not exist or are unable to accept the data or materials,investigators should accommodate requests to the materials,investigators should accommodate requests to the extent possible.extent possible.35ppt课件.人类基因组计划的目标人类基因组计划的目标l鉴别人类鉴别人类DNA中的全部约三万个基因。中的全部约三万个基因。l测定组成人类测定组成人类DNA的的30亿碱基对的顺序。亿碱基对的顺序。l将这些信息存贮于数据库。将这些信息存贮于数据库。l转化相关技术。转化相关技术。l应对人类基因组计划引起的伦理、法律和社会问题。应对人类基因组计划引起的伦理、法律和社会问题。36ppt课件.人类基因组计划的进展人类基因组计划的进展l1985年，开始讨论人类基因组测序问题。年，开始讨论人类基因组测序问题。l1990年年10月，美国能源部和卫生部启动人类基月，美国能源部和卫生部启动人类基因组计划。因组计划。l2000年年6月，人类基因组工作框架图宣告完成。月，人类基因组工作框架图宣告完成。l2001年年2月，发表对工作框架图的分析结果。月，发表对工作框架图的分析结果。l2003年年4月，月，HGP计划提前两年圆满完成。计划提前两年圆满完成。l2006年年5月，最后一条人类染色体分析完成。月，最后一条人类染色体分析完成。37ppt课件.人类基因组计划的协作人类基因组计划的协作38ppt课件.人类基因组的基本数据人类基因组的基本数据l人类基因组包含人类基因组包含31.647亿碱基对（亿碱基对（A,C,G,T）。）。l平平均均每每个个基基因因的的碱碱基基数数为为3000，最最大大的的dystrophin基因含基因含240万碱基。万碱基。l基因总数为基因总数为22.5万，远低于原估计的万，远低于原估计的8万万14万。万。l不同个体间的碱基顺序有不同个体间的碱基顺序有99.9%相同。相同。l已发现的基因中约有一半功能未知。已发现的基因中约有一半功能未知。39ppt课件.人类基因组的组织人类基因组的组织l在在人人类类DNADNA中中有有基基因因密密集集的的“城城市市中中心心”，GCGC含含量量很很高高。而而在在基因稀少的基因稀少的“沙漠沙漠”区，区，ATAT含量很高。含量很高。lGCGC富富含含区区和和ATAT富富含含区区在在显显微微镜镜下下分分别别对对应应于于染染色色体体的的浅浅带带和和深带。深带。l基基因因似似乎乎富富集集于于基基因因组组的的随随机机区区域域，基基因因富富集集区区之之间间有有大大量量的非编码的非编码DNADNA序列。序列。l紧紧邻邻基基因因富富集集区区处处常常有有GCGC重重复复区区，可可达达三三万万拷拷贝贝，这这种种CpGCpG岛岛将基因富集区与将基因富集区与“junk DNAjunk DNA”隔离开来，并可调节基因活性。隔离开来，并可调节基因活性。l基因最多的是基因最多的是1 1号染色体（号染色体（29682968），最少的是），最少的是Y Y染色体（染色体（231231）。）。40ppt课件.人类染色体区带人类染色体区带41ppt课件.显带染色体：pq321123464321 5213121212354121324用特殊的染色方法使染色体沿其长轴显示出明暗交替或染色深浅不同的横纹带。正常男性：46，XY正常女性：46，XX正常人体细胞染色体带型模式图42ppt课件.人类基因组的功能区人类基因组的功能区l人类基因组中的蛋白质编码区不足人类基因组中的蛋白质编码区不足2%。l人人类类基基因因组组中中不不编编码码蛋蛋白白质质的的重重复复顺顺序序（“junk DNA”)超过超过50%。l重重复复顺顺序序可可能能没没有有直直接接的的功功能能，但但参参与与染染色色体体的的结结构构形形成成和和动动态态变变化化。在在进进化化过过程程中中，这这些些重重复复顺顺序序还还与与基基因因组组重重排排、新新基基因因产产生生、已已有有基基因因修修饰饰和和重重排有关。排有关。l人人类类基基因因组组中中的的重重复复顺顺序序（50%）明明显显高高于于拟拟南南芥芥（11%）、线虫（）、线虫（7%）和果蝇（）和果蝇（3%）。）。43ppt课件.人类基因组的特色人类基因组的特色l人人类类的的基基因因富富集集区区似似乎乎随随机机出出现现于于基基因因组组中中，而而其其他他生生物物的的基因富集区则分布较均匀。基因富集区则分布较均匀。l由由于于mRNA“可可变变剪剪接接”和和蛋蛋白白质质化化学学修修饰饰都都可可使使一一个个基基因因产产生生多多种种蛋蛋白白质质，人人类类蛋蛋白白质质约约为为线线虫虫或或果果蝇蝇的的三三倍倍（基基因因约两倍）。约两倍）。l在在基基因因家家族族类类型型方方面面，人人类类与与线线虫虫、果果蝇蝇和和植植物物相相似似，但但家家族成员增多，尤其是与发育和免疫相关的家族。族成员增多，尤其是与发育和免疫相关的家族。l人人类类似似乎乎在在5千千万万年年前前停停止止积积累累重重复复DNA，但但啮啮齿齿类类似似乎乎还还在在继继续续积积累累。所所以以两两个个物物种种虽虽然然基基因因接接近近，但但基基因因组组存存在在很很大差异。大差异。l科科学学家家正正试试图图解解释释人人与与其其他他生生物物在在寿寿命命、体体型型、生生育育和和遗遗传传漂变等方面的差异。漂变等方面的差异。44ppt课件.基因组片段比较基因组片段比较45ppt课件.基因分布比较基因分布比较46ppt课件.人类基因的分布人类基因的分布47ppt课件.基因组大小基因组大小48ppt课件.各种基因组计划各种基因组计划49ppt课件.人类人类DNA突变突变l已已经经发发现现了了3百百万万个个人人类类单单核核苷苷酸酸差差异异（SNP）位位点点。这这将将革革命命性性地地改改变变人人类类疾疾病病相相关关序序列列定定位和追溯人类历史的方法学。位和追溯人类历史的方法学。l精精子子和和卵卵子子的的突突变变比比为为2比比1。精精