人类基因组结构.ppt

201103青岛农业大学1201103青岛农业大学2201103青岛农业大学3201103青岛农业大学4201103青岛农业大学一、什么是基因和基因组一、什么是基因和基因组 1 1、基因、基因：DNADNA分子上具有特定遗传效应分子上具有特定遗传效应的一段特定的核苷酸序列。遗传效应：的一段特定的核苷酸序列。遗传效应：有蛋白质产物或有蛋白质产物或RNARNA产物或对其它基因产物或对其它基因起调节效应的功能。起调节效应的功能。2 2、基因组、基因组：是一个单倍体染色体组中是一个单倍体染色体组中所包含的全部遗传物质。有核基因组和所包含的全部遗传物质。有核基因组和线拉体基因组之分。线拉体基因组之分。图图4-14-1 5201103青岛农业大学6201103青岛农业大学二、人类基因组结构二、人类基因组结构 人类基因组结构庞大、复杂：基因组人类基因组结构庞大、复杂：基因组DNA总长度为总长度为3109bp，3-4万个基因分布在万个基因分布在24条染色体上，非编码区远远多于编码区，条染色体上，非编码区远远多于编码区，占占90%以上，结构基因占以上，结构基因占3%，以单拷贝形，以单拷贝形式存在。式存在。1、DNA序列中的组成结构序列中的组成结构可分为可分为3种类型：种类型：（1）单一序列单一序列(非重复序列、单拷贝序列）非重复序列、单拷贝序列）占占60-65%，绝大多数为蛋白质编码的结，绝大多数为蛋白质编码的结构基因构基因7201103青岛农业大学（2）中度重复序列中度重复序列：占占20-30%，拷贝数，拷贝数为为104-105，包括组蛋白基因、免疫球蛋白包括组蛋白基因、免疫球蛋白基因及基因及RNA基因，绝大多数中度重复序列基因，绝大多数中度重复序列为不编码序列，成为间隔区，如人类为不编码序列，成为间隔区，如人类Alu序序列家族由列家族由300bp的短序列构成，重复达的短序列构成，重复达30万万-50万拷贝，占基因组万拷贝，占基因组3-6%。（3）高度重复序列高度重复序列：又称为卫星又称为卫星DNA通常是小于通常是小于10bp的短小序列组成基本单的短小序列组成基本单元，重复达元，重复达105以上，占基因组的以上，占基因组的10%，不，不能转录，组成异染色质。能转录，组成异染色质。8201103青岛农业大学2、结构基因、结构基因（1）概念概念：为蛋白质编码的基因叫为蛋白质编码的基因叫-。其。其DNA序列大多数是不连续的，编码序列之中序列大多数是不连续的，编码序列之中往往还插入有非编码序列。往往还插入有非编码序列。（2）结构结构：内含子：内含子：非编码的序列叫非编码的序列叫。外显子：外显子：编码序列的片段叫编码序列的片段叫。一个结构基因常常是由多个内含子和多一个结构基因常常是由多个内含子和多个外显子相间排列组成的。图个外显子相间排列组成的。图4-2，n个内含个内含子嵌合排列在子嵌合排列在n+1外显子之间，故有内外之外显子之间，故有内外之分。分。9201103青岛农业大学10201103青岛农业大学（3）功能功能：内含子的长度比外显子的大好几倍，内含子的长度比外显子的大好几倍，一起转录成一起转录成RNA以后，必须经过剪接加工过程，以后，必须经过剪接加工过程，将内含子部分切除，使外显子连接起来，才能形将内含子部分切除，使外显子连接起来，才能形成成熟的成成熟的mRNA，成为翻译蛋白质的模板。内含，成为翻译蛋白质的模板。内含子，含而不显的片段对基因的表达有重要的调控子，含而不显的片段对基因的表达有重要的调控作用。作用。图图4-3。3、多基因家族和基因簇多基因家族和基因簇：（1）多基因家族：）多基因家族：真核生物的基因组中有许真核生物的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组基因称为基因家族的一组基因称为基因家族11201103青岛农业大学12201103青岛农业大学如血红蛋白基因家族。（指进化过程中由某一如血红蛋白基因家族。（指进化过程中由某一个祖先基因经过多次重复和变异所产生的一大个祖先基因经过多次重复和变异所产生的一大类群序列相似、功能相似的基因群。）类群序列相似、功能相似的基因群。）a、有的集中在一条染色体上共同发挥作用，有的集中在一条染色体上共同发挥作用，合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族中的合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族中的5种组种组蛋白基因集中在蛋白基因集中在7号染色体的长臂上的。号染色体的长臂上的。b、有的多基因家族成员是分散存在于几条染有的多基因家族成员是分散存在于几条染色体上，如人的色体上，如人的rRNA基因家族成员分别位于基因家族成员分别位于13、14、15、21、22，5条染色体的短臂的核仁组织条染色体的短臂的核仁组织区中。区中。13201103青岛农业大学每个区中包含几十个每个区中包含几十个rRNA基因单位，大量转基因单位，大量转录录18SrRNA、28SrRNA、5.8SrRNA。假基因：假基因：是基因组中因突变而失活的基因，是基因组中因突变而失活的基因，它和同一家族中的活跃基因在结构上和它和同一家族中的活跃基因在结构上和DNA序列上有相似性，但是没有蛋白质产物。序列上有相似性，但是没有蛋白质产物。（在多基因家族中，有少数成员不产生有功（在多基因家族中，有少数成员不产生有功能的蛋白质，这样的基因叫能的蛋白质，这样的基因叫。假基因与正。假基因与正常基因从序列上看是同源的，但是在进化过常基因从序列上看是同源的，但是在进化过程中发生突变丧失了功能活性。）程中发生突变丧失了功能活性。）14201103青岛农业大学16号染色体上的号染色体上的基因簇基因簇51235个基因个基因,两个假基因两个假基因zi：tpsai15201103青岛农业大学11号染色体上的号染色体上的基因簇基因簇5G-36个基因，一个假基因个基因，一个假基因epsailendelt16201103青岛农业大学（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，一些结构和功能更为相似的基因彼此靠近一些结构和功能更为相似的基因彼此靠近成串地排列在一起，形成一个基因簇。如成串地排列在一起，形成一个基因簇。如人类类人类类珠蛋白基因族、类珠蛋白基因族、类珠蛋白基因族。珠蛋白基因族。在人类基因组中，有中等重复序列构成在人类基因组中，有中等重复序列构成的大的基因群，包含有几百个功能相关的的大的基因群，包含有几百个功能相关的基因，紧密成簇状排列，称为基因，紧密成簇状排列，称为超基因。超基因。如如人类组织相容性抗原复合体人类组织相容性抗原复合体HLA，及免疫，及免疫球蛋白的重链和轻链基因。球蛋白的重链和轻链基因。17201103青岛农业大学4、线粒体基因组、线粒体基因组（1）概述：）概述：核基因组、线粒体基因组、叶绿核基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组体基因组（2）线粒体基因组：）线粒体基因组：很小、但是数量不少，很小、但是数量不少，因为一个细胞中有几十到几千个线粒体，所以因为一个细胞中有几十到几千个线粒体，所以线粒体基因组总数达到几千份拷贝线粒体基因组总数达到几千份拷贝（3）结构：）结构：线粒体线粒体DNA上只有上只有1.7万个碱基对，万个碱基对，只能编码只能编码2种种rRNA，22种种tRNA和和13种蛋白质种蛋白质（图（图4-4）。18201103青岛农业大学（4）特点：）特点：严格细胞质遗传，又称为母系严格细胞质遗传，又称为母系遗传，即只有母亲的线粒体基因传递给子遗传，即只有母亲的线粒体基因传递给子女，为什么？先了解受精过程：精子所携女，为什么？先了解受精过程：精子所携带的父亲的线粒体位于精子的颈部，只有带的父亲的线粒体位于精子的颈部，只有精子的头部（精核）进入卵细胞而颈部精子的头部（精核）进入卵细胞而颈部19201103青岛农业大学及以下的尾巴却被折断留在卵细胞的外部，及以下的尾巴却被折断留在卵细胞的外部，所以受精卵分化发育而成的所有细胞中的线所以受精卵分化发育而成的所有细胞中的线粒体基因组是由母亲的线粒体粒体基因组是由母亲的线粒体DNA为模板复为模板复制而来。根据人类线粒体进化的推测，人类制而来。根据人类线粒体进化的推测，人类共同的老祖母共同的老祖母夏娃是来自非洲古大陆。夏娃是来自非洲古大陆。（5）功能）功能a、相对独立，能自行合成所需蛋白质；但相对独立，能自行合成所需蛋白质；但是其所需要的酶又都是由核基因编码，又受是其所需要的酶又都是由核基因编码，又受核基因控制，因此被称为半自主性细胞器。核基因控制，因此被称为半自主性细胞器。20201103青岛农业大学b、是能量供应器，如果线粒体基因组发生突是能量供应器，如果线粒体基因组发生突变，导致细胞生理功能的异常，人体发生疾病。变，导致细胞生理功能的异常，人体发生疾病。如线粒体脑肌病是病者的线粒体基因组大段缺失，如线粒体脑肌病是病者的线粒体基因组大段缺失，引起脑、神经、肌肉的全身性病变。引起脑、神经、肌肉的全身性病变。5、调控基因和调控序列、调控基因和调控序列（1）调控基因）调控基因：指编码产生各种调控蛋白质，指编码产生各种调控蛋白质，对结构基因表达起调控作用的基因。对结构基因表达起调控作用的基因。调控序列调控序列：指虽然不能产生蛋白质、对结构：指虽然不能产生蛋白质、对结构基因表达也能起调控作用的基因表达也能起调控作用的DNA序列，称为调控序列，称为调控序列。图序列。图4-5。21201103青岛农业大学（2）部位：）部位：结构基因的两侧、结构基因结构基因的两侧、结构基因内部的内含子之中内部的内含子之中。22201103青岛农业大学（3）种类：）种类：很多，一小部分基因在表达，绝大很多，一小部分基因在表达，绝大部分基因保持沉默，基因组的基因是受高度有部分基因保持沉默，基因组的基因是受高度有序而精确的四维时空表达程序严格调控，进一序而精确的四维时空表达程序严格调控，进一步依靠那些众多的调节基因、调控序列、调控步依靠那些众多的调节基因、调控序列、调控因子组成的多层次的调控系统来协调实现的。因子组成的多层次的调控系统来协调实现的。（4）常见的调控基因、调控序列）常见的调控基因、调控序列同源异形盒基因同源异形盒基因a、1995年，美国加洲理工学院诺贝尔奖得主年，美国加洲理工学院诺贝尔奖得主B.Lewis在果蝇中发现一组同源异形基因，来自在果蝇中发现一组同源异形基因，来自于同一基因的转化，都含有一段同源的保守序于同一基因的转化，都含有一段同源的保守序列，这些基因的功能是各管果蝇幼虫体节发育列，这些基因的功能是各管果蝇幼虫体节发育的。的。23201103青岛农业大学b、X射线照射后，某基因会发生突变，该基因射线照射后，某基因会发生突变，该基因所控制的性状就会发生变化。如触角足所控制的性状就会发生变化。如触角足AntpYu的果的果蝇突变体，原该长触角的头顶长出了两只长脚。图蝇突变体，原该长触角的头顶长出了两只长脚。图4-6。锌指基因：锌指基因：a、起调控作用的保守序列、所编码的蛋白质结起调控作用的保守序列、所编码的蛋白质结构之中有一个或数个呈手指状的空间构型，叫构之中有一个或数个呈手指状的空间构型，叫-。b、稳定维持这种构型，与锌离子的连接有关，稳定维持这种构型，与锌离子的连接有关，故称为锌指。这类蛋白质依靠故称为锌指。这类蛋白质依靠锌指锌指能特异性识别某能特异性识别某种核苷酸序列，它与某些结构基因中相应的序列相种核苷酸序列，它与某些结构基因中相应的序列相结合，以对基因表达起调控作用。人类许多激素受结合，以对基因表达起调控作用。人类许多激素受体上都存在锌指结构。体上都存在锌指结构。24201103青岛农业大学25201103青岛农业大学 启启动动子子promoter：位位于于每每个个基基因因编编码码序序列列5端端，控控制制基基因因转转录录起起始始的的效效率率，是是RNA聚聚合酶的结合位点。合酶的结合位点。增增强强子子enhancer：能能极极大大的的激激发发启启动动子子的的活活性性，具具有有远远程程效效应应，只只要要是是共共处处于于一一条条DNA上上都都能能对对其其发发挥挥作作用用，对对各各种种基基因因的的启启动子都有效。动子都有效。26201103青岛农业大学20世纪人类科学史上三大计划：世纪人类科学史上三大计划：n40年代的曼哈顿（年代的曼哈顿（Manhatton）原子弹）原子弹计划计划n60年代的阿波罗（年代的阿波罗（Apollo）登月计划）登月计划n9090年代的人类基因组计划年代的人类基因组计划 27201103青岛农业大学（一）（一）人类基因组计划产生的背景人类基因组计划产生的背景人类基因组计划的产生人类基因组计划的产生与与“肿瘤计划肿瘤计划”的搁浅的搁浅是分不开的。是分不开的。美国从美国从7070年代起启动了年代起启动了“肿瘤计划肿瘤计划”，但是，不惜血本的投入换来的是令人失望的，但是，不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。人们渐渐认识到，包括癌症在内的各种人结果。人们渐渐认识到，包括癌症在内的各种人类疾病都与基因直接或间接相关。测出基因的碱类疾病都与基因直接或间接相关。测出基因的碱基序列，则是基因研究的基础。这时，科学家们基序列，则是基因研究的基础。这时，科学家们面临两种选择：要么面临两种选择：要么“零敲碎打零敲碎打”地从人类基因地从人类基因组中分离和研究出几个肿瘤基因，要么组中分离和研究出几个肿瘤基因，要么对人类基对人类基因组进行全测序因组进行全测序。三、人类基因组计划三、人类基因组计划28201103青岛农业大学（二）世界的行动（二）世界的行动1、1984年在科罗拉多州举行的一个科学会议上，美年在科罗拉多州举行的一个科学会议上，美能源部科学家建议发动全国的科技力量来做人类基因组能源部科学家建议发动全国的科技力量来做人类基因组图谱的分析工作，结果支持者寥寥。因为以当时的技术图谱的分析工作，结果支持者寥寥。因为以当时的技术水平，每分析一个碱基对需要水平，每分析一个碱基对需要3-5美元，美元，搞清搞清30亿个碱亿个碱基对的排序需要基对的排序需要150亿美元的巨资。亿美元的巨资。1986年年3月月7日，日，Dulbecco.R在在Science（Science,231:10551056）上发表了一）上发表了一篇名为篇名为癌症研究的转折点癌症研究的转折点-人类基因组全序列分析人类基因组全序列分析的有关开展人类的有关开展人类基因组基因组计划的短文，引起了全世界的计划的短文，引起了全世界的强烈反响。强烈反响。不仅推动了美国，也推动了全世界的人类不仅推动了美国，也推动了全世界的人类基基因组因组计划的发展；计划的发展；1987年初，美国能源部和国家健康研年初，美国能源部和国家健康研究院为究院为“人类人类基因组基因组计划计划”下拨了启动经费下拨了启动经费550万美元，万美元，全年全年1.66亿美元。亿美元。29201103青岛农业大学1988年年2月，国家科学研究委员会的专家成立了月，国家科学研究委员会的专家成立了国国家人类家人类基因组基因组研究中心研究中心，由沃森任第一任主任。但是，由沃森任第一任主任。但是，美国国会正式批准的美国国会正式批准的“人类人类基因组基因组计划计划”到到1990年年10月月1日才正式启动，其规模在世界上是最大的，计划在日才正式启动，其规模在世界上是最大的，计划在15年内投入年内投入30亿亿美元以上的资金进行人类美元以上的资金进行人类基因组基因组的分的分析。析。至此，被誉为生命科学至此，被誉为生命科学“阿波罗登月计划阿波罗登月计划”的国的国际人类基因组计划开始启动。际人类基因组计划开始启动。在在Dulbecco短文的影响下，整个欧洲都行动起来了，短文的影响下，整个欧洲都行动起来了，并且各具特色。并且各具特色。2、1987年，意大利国家的年，意大利国家的HGP启动，其特色是技启动，其特色是技术多样（术多样（YAC、杂交细胞、杂交细胞、cDNA等）、区域集中（等）、区域集中（X染色体的染色体的q24qter区域）。区域）。3、1989年年2月，英国国家的月，英国国家的HGP启动；其特色是启动；其特色是资源集中、全国协调（资金、技术资源集中、全国协调（资金、技术Sanger测序）。测序）。30201103青岛农业大学4、1990年年6月，法国国家的月，法国国家的HGP启动，其特色是启动，其特色是注重整体基因组、注重整体基因组、cDNA和自动化，而且法国为世界和自动化，而且法国为世界HGP的研究做出了不可磨灭的功献。法国不仅建立了的研究做出了不可磨灭的功献。法国不仅建立了多态性中心、全基因组的多态性中心、全基因组的YAC重叠群和微卫星标记技重叠群和微卫星标记技术，而且法国民众进行了捐资，还有驰名中外的用作术，而且法国民众进行了捐资，还有驰名中外的用作基因组研究的经典材料基因组研究的经典材料CEPH家系（家系（3代代80多个家系）。多个家系）。5、1990年年6月，欧共体通过月，欧共体通过欧洲人类欧洲人类基因组基因组计划计划。主要资助。主要资助23个实验室重点用于个实验室重点用于“资源中心资源中心”的建的建立和运转。立和运转。6、1995年，德国国家的年，德国国家的HGP启动，其特色是先启动，其特色是先后建立了资源中心和基因扫描定为中心，并开始了对后建立了资源中心和基因扫描定为中心，并开始了对21号染色体进行大规模的测序工作。号染色体进行大规模的测序工作。31201103青岛农业大学7、中国的中国的HGP始于始于1994年，是在吴旻，强伯勤，年，是在吴旻，强伯勤，陈竺，杨焕明等人的倡导下启动的。最初由国家自然陈竺，杨焕明等人的倡导下启动的。最初由国家自然科学基金委员会和科学基金委员会和“863”高科技计划的支持下，先后高科技计划的支持下，先后启动了启动了“中华民族中华民族基因组基因组中若干位点基因结构的研究中若干位点基因结构的研究”和和“重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能研究研究”。1998年年3月由陈竺院士挂帅成立上海中心，月由陈竺院士挂帅成立上海中心，10月改月改名为中国南方基因中心。同时，决定成立由国家卫生名为中国南方基因中心。同时，决定成立由国家卫生部牵头的若干中国人类遗传资源保护中心。部牵头的若干中国人类遗传资源保护中心。1999年由年由强伯勤院士挑头在北京先后成立了中国科学院北京人强伯勤院士挑头在北京先后成立了中国科学院北京人类类基因组基因组中心和北方人类中心和北方人类基因组基因组中心。中心。1999年年7月我国月我国在国际人类基因组在国际人类基因组HGSI注册，注册，9月中国获准加入人类月中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%，也，也就是就是3号染色体上的号染色体上的3000万个碱基对。万个碱基对。32201103青岛农业大学中国是继美、英、日、德、法之后第六个中国是继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。可见，人类基因组计划划的唯一发展中国家。可见，人类基因组计划发展成一个由多国政府支持的国际项目，先后发展成一个由多国政府支持的国际项目，先后有美、英、日、德、法及中国等国家参加，有有美、英、日、德、法及中国等国家参加，有16个实验室及个实验室及1100名生物科学家、计算机专家名生物科学家、计算机专家和技术人员参加。和技术人员参加。在对人类在对人类23对染色体上多达对染色体上多达30亿对碱基的亿对碱基的测定上，美国人的贡献率最大，承担了测定上，美国人的贡献率最大，承担了54%，其次是英国，承担了其次是英国，承担了33%,日本为日本为7%,法国为法国为2.8%，德国为，德国为2.2%，中国科学家承担了，中国科学家承担了1%的的测序任务。测序任务。33201103青岛农业大学此外，丹麦，日本，韩国，俄罗斯和澳大此外，丹麦，日本，韩国，俄罗斯和澳大利亚也加入行动行列，除政府投资利亚也加入行动行列，除政府投资HGP外，世外，世界几乎所有的医药公司都参与人类基因组的研界几乎所有的医药公司都参与人类基因组的研究，与国际人类基因组计划展开竞争。究，与国际人类基因组计划展开竞争。可见，人类基因组计划发展成一个由多国政可见，人类基因组计划发展成一个由多国政府支持的国际项目，先后有府支持的国际项目，先后有美、英、日、德、美、英、日、德、法及中国法及中国等国家参加，有等国家参加，有16个实验室及个实验室及1100名名生物科学家生物科学家、计算机专家计算机专家和和技术人员技术人员参加。参加。34201103青岛农业大学 杨焕明，杨焕明，杨焕明，杨焕明，1952195219521952年年年年10101010月月月月6 6 6 6日生于浙江温州。日生于浙江温州。日生于浙江温州。日生于浙江温州。1982198219821982年在南京铁道医学院生物系获硕士学位，年在南京铁道医学院生物系获硕士学位，年在南京铁道医学院生物系获硕士学位，年在南京铁道医学院生物系获硕士学位，1988198819881988年在丹麦哥本哈根大学医学遗传学研究所获年在丹麦哥本哈根大学医学遗传学研究所获年在丹麦哥本哈根大学医学遗传学研究所获年在丹麦哥本哈根大学医学遗传学研究所获博士学位。后到法国马赛免疫中心人类分子遗传博士学位。后到法国马赛免疫中心人类分子遗传博士学位。后到法国马赛免疫中心人类分子遗传博士学位。后到法国马赛免疫中心人类分子遗传实验室进行研究。曾先后在美国哈佛大学、洛杉实验室进行研究。曾先后在美国哈佛大学、洛杉实验室进行研究。曾先后在美国哈佛大学、洛杉实验室进行研究。曾先后在美国哈佛大学、洛杉矶大学加州分校攻读博士后。矶大学加州分校攻读博士后。矶大学加州分校攻读博士后。矶大学加州分校攻读博士后。1997199719971997年任中国医学年任中国医学年任中国医学年任中国医学科学院、中国协和医科大学医学遗传学教授，博科学院、中国协和医科大学医学遗传学教授，博科学院、中国协和医科大学医学遗传学教授，博科学院、中国协和医科大学医学遗传学教授，博士生导师。士生导师。士生导师。士生导师。现任现任现任现任中科院遗传所人类基因组中心主任中科院遗传所人类基因组中心主任中科院遗传所人类基因组中心主任中科院遗传所人类基因组中心主任，联合国教科文组织，联合国教科文组织，联合国教科文组织，联合国教科文组织生物伦理委员会委员，国际人类基因组计划中国协调人，中国人生物伦理委员会委员，国际人类基因组计划中国协调人，中国人生物伦理委员会委员，国际人类基因组计划中国协调人，中国人生物伦理委员会委员，国际人类基因组计划中国协调人，中国人类基因组计划秘书长，中国人类基因组多样性委员会秘书长。类基因组计划秘书长，中国人类基因组多样性委员会秘书长。类基因组计划秘书长，中国人类基因组多样性委员会秘书长。类基因组计划秘书长，中国人类基因组多样性委员会秘书长。杨焕明教授与于军、汪建等创立杨焕明教授与于军、汪建等创立杨焕明教授与于军、汪建等创立杨焕明教授与于军、汪建等创立华大基因中心华大基因中心华大基因中心华大基因中心，为中国争取，为中国争取，为中国争取，为中国争取了人类基因组测序了人类基因组测序了人类基因组测序了人类基因组测序1 1 1 1的任务，并提前完成。不久前他们又对袁的任务，并提前完成。不久前他们又对袁的任务，并提前完成。不久前他们又对袁的任务，并提前完成。不久前他们又对袁隆平院士的超级杂交稻进行测序，在隆平院士的超级杂交稻进行测序，在隆平院士的超级杂交稻进行测序，在隆平院士的超级杂交稻进行测序，在2002200220022002年的美国年的美国年的美国年的美国科学科学科学科学杂志杂志杂志杂志上发表论文，被国际生物学界认为是一个里程碑式的成就。上发表论文，被国际生物学界认为是一个里程碑式的成就。上发表论文，被国际生物学界认为是一个里程碑式的成就。上发表论文，被国际生物学界认为是一个里程碑式的成就。2002200220022002年年年年科学美国人科学美国人科学美国人科学美国人把杨焕明评为年度科研领袖人物把杨焕明评为年度科研领袖人物把杨焕明评为年度科研领袖人物把杨焕明评为年度科研领袖人物。35201103青岛农业大学（三）目的和意义（三）目的和意义1、目的、目的HGP最终的目的是对生命进行系统地最终的目的是对生命进行系统地和科学地解码，以此达到了解和认识生命的起源、和科学地解码，以此达到了解和认识生命的起源、种间和个体间存在差异的原因、疾病产生的机制种间和个体间存在差异的原因、疾病产生的机制以及长寿和衰老等生命现象，为疾病的诊治提供以及长寿和衰老等生命现象，为疾病的诊治提供科学依据。科学依据。人类基因作图被喻为人体基因组的解剖学。人类基因作图被喻为人体基因组的解剖学。1990年，全世界人类基因组作图计划实施以来，年，全世界人类基因组作图计划实施以来，已经成为整个生命科学研究领域的重中之重，研已经成为整个生命科学研究领域的重中之重，研究成果正带动和促进其他学科的进步和发展。究成果正带动和促进其他学科的进步和发展。36201103青岛农业大学2、意义：、意义：首先，首先，它可以使人类对自身的了解进一步加深，它可以使人类对自身的了解进一步加深，这给整个生命科学甚至整个人类社会所带来的巨大影这给整个生命科学甚至整个人类社会所带来的巨大影响都是不可估量的；响都是不可估量的；其次，其次，对于人类基因组的精确了解有助于对人类对于人类基因组的精确了解有助于对人类基因的表达调控等进行更为深人的研究；基因的表达调控等进行更为深人的研究；第三，第三，获得人类的全部基因序列将有助于人类认获得人类的全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据；同时，也有诊断、基因治疗等新方法提供理论依据；同时，也有助于人们了解人的发育过程，从而有利于人类的健康；助于人们了解人的发育过程，从而有利于人类的健康；最后最后，对于人类基因组的了解将有助于人们了解，对于人类基因组的了解将有助于人们了解人类的发展、进化历史。人类的发展、进化历史。37201103青岛农业大学（四）（四）HGP的任务的任务HGP的基本任务可用的基本任务可用4张图谱来概括，即张图谱来概括，即遗传图遗传图谱谱，物理图谱物理图谱，序列图谱序列图谱和和基因图谱基因图谱。（1）种类）种类：根据研究的不同层次分：基因图、细胞遗传图、根据研究的不同层次分：基因图、细胞遗传图、染色体图染色体图好比军事地图、交通图、航空图、旅游好比军事地图、交通图、航空图、旅游图等；图等；根据不同测量绘制技术分：连锁图、缺失图、根据不同测量绘制技术分：连锁图、缺失图、限制酶图、限制酶图、STS图等图等好比地面实测图、航空测好比地面实测图、航空测量图、卫星遥测图。但是大体上可归纳为两大类，量图、卫星遥测图。但是大体上可归纳为两大类，遗传图遗传图和物理图和物理图。图。图4-738201103青岛农业大学（2）遗传图）遗传图（geneticmap）或称为遗传连锁图：或称为遗传连锁图：是根据基因或者遗传标记之间的交换（重组）值是根据基因或者遗传标记之间的交换（重组）值来确定基因在染色体上的相对距离、位置的图谱。来确定基因在染色体上的相对距离、位置的图谱。其距离单位是厘摩（其距离单位是厘摩（centimorgan，cM），以此），以此纪念现代遗传学奠基人摩尔根，纪念现代遗传学奠基人摩尔根，1cM相当于相当于1%的交换值，大约相当于的交换值，大约相当于1000kb。（3）物理图）物理图（physicalmap）：）：是应用物理或是应用物理或化学技术直接确定基因或遗传标记在染色体上或化学技术直接确定基因或遗传标记在染色体上或DNA上的具体位置。其距离是以具体的物理长上的具体位置。其距离是以具体的物理长度为单位的（核苷酸对的数目、染色体显带的标度为单位的（核苷酸对的数目、染色体显带的标号）。号）。39201103青岛农业大学40201103青岛农业大学（五）（五）HGP的研究计划的进展的研究计划的进展1、1998年年10月月23日日美国国家人类基因组研究美国国家人类基因组研究所在美国所在美国科学科学杂志上发表声明说，人类杂志上发表声明说，人类基因组计划的全部因因测序工作将比原计划基因组计划的全部因因测序工作将比原计划提前两年，即在提前两年，即在2003年完成。年完成。2、1999年年3月月15日日英国韦尔科姆基金会宣布，英国韦尔科姆基金会宣布，由于科学家加快工作步伐，人类基因组工作由于科学家加快工作步伐，人类基因组工作草图将提前至草图将提前至2000年绘出。年绘出。3、1999年年12月月1日日国际人类基因组计划联合研国际人类基因组计划联合研究小组宣布，他们完整地破译出人体第究小组宣布，他们完整地破译出人体第22对对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。成人体染色体基因完整序列的测定。41201103青岛农业大学4、2000年年3月月14日日美国总统克林顿和英国首相美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表联合声明，呼呈将人类基因组研究布莱尔发表联合声明，呼呈将人类基因组研究成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地使用这些成果。使用这些成果。5、2000年年4月月6日日美国塞莱拉公司宣布破译出一美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整遗传密码。但不少欧美科学家名实验者的完整遗传密码。但不少欧美科学家对此表示质疑认为该公司的研究对此表示质疑认为该公司的研究“没有提供有没有提供有关基因序列的长度和完整性的可靠参数关基因序列的长度和完整性的可靠参数”，因，因而是而是“有漏洞的有漏洞的”。6、2000年年4月底月底中国科学家按照国际人类基因中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了组计划的部署，完成了1%人类基因组计划完人类基因组计划完成时间再度提前，预计从原定的成时间再度提前，预计从原定的2003年年6月提月提前至前至2001年年6月。月。42201103青岛农业大学7、2000年年5月月8日日由德国和日本等国科学家组成由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组宣布，他们已基本完成了人的国际科研小组宣布，他们已基本完成了人体第体第21对染色体的测序工作。对染色体的测序工作。8、2000年年6月月26科学家公布人类基因组工作草科学家公布人类基因组工作草图。图。9、2001年年2月，月，人类基因组精细图谱绘制完成人类基因组精细图谱绘制完成,并进行了初步解读。并进行了初步解读。10、至至2001年年，包包括括小小鼠鼠、果果蝇蝇、线线虫虫、拟拟南南芥芥、酵酵母母、大大肠肠杆杆菌菌、枯枯草草杆杆菌菌等等在在内内的的模模式式生生物物基基因因组组测测序序完完成成，发发现现并并克克隆隆到到许许多多基因。基因。43201103青岛农业大学（六）（六）HGP的结果的结果1、全部人类基因组约有全部人类基因组约有2.91Gbp，约有，约有39000多个基多个基因；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，仅占仅占38%，而，而2号染色体中号染色体中G+C的含量最多；到目的含量最多；到目前仍有前仍有9%的碱基对序列未被确定；美国和英国科的碱基对序列未被确定；美国和英国科学家学家2006年年5月月18日在英国日在英国自然自然杂志网络版上杂志网络版上发表了人类最后一个染色体发表了人类最后一个染色体1号染色体的基因号染色体的基因测序测序。在人体全部。在人体全部22对常染色体中，对常染色体中，1号染色体包号染色体包含基因数量最多，达含基因数量最多，达3141个，是平均水平的两倍，个，是平均水平的两倍，共有超过共有超过2.23亿个碱基对，亿个碱基对，破译难度也最大。一个破译难度也最大。一个由由150名英国和美国科学家组成的团队历时名英国和美国科学家组成的团队历时10年，年，才完成了才完成了1号染色体的测序工作。号染色体的测序工作。而而13号染色体含号染色体含基因量最少；基因量最少；44201103青岛农业大学2、目前已经发现和定位了目前已经发现和定位了26000多个功能基因，多个功能基因，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%，信号传导占，信号传导占12.2%，转录因子占，转录因子占6.0%，信号分子占，信号分子占1.2%，受，受体分子占体分子占5.3%，选择性调节分子占，选择性调节分子占3.2%，等。发，等。发现并了解这些功能基因的作用对于基因功能和新现并了解这些功能基因的作用对于基因功能和新药的筛选都具有重要的意义药的筛选都具有重要的意义3、基因数量少得惊人：一些研究人员曾经预测人基因数量少得惊人：一些研究人员曾经预测人类约有类约有14万个基因，但万个基因，但Celera公司将人类基因总公司将人类基因总数定在数定在2.6383万到万到3.9114万个之间，不超过万个之间，不超过40,000，只是线虫或果蝇基因数量的两倍，人有而鼠没，只是线虫或果蝇基因数量的两倍，人有而鼠没有的基因只有有的基因只有300个。个。45201103青岛农业大学4、人类单核苷酸多态性的比例约为人类单核苷酸多态性的比例约为1/1250bp，不同人，不同人群仅有群仅有140万个核苷酸差异，人与人之间万个核苷酸差异，人与人之间99.99的基的基因密码是相同的。并且发现，来自因密码是相同的。并且发现，来自不同人种的人比来不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似自同一人种的人在基因上更为相似。在整个基因组序。在整个基因组序列中，列中，人与人之间的变异仅为万分之一人与人之间的变异仅为万分之一，从而说明人，从而说明人类不同类不同“种属种属”之间并没有本质上的区别；之间并没有本质上的区别；5、人类基因组中存在人类基因组中存在“热点热点”和大片和大片“荒漠荒漠”。在在染色体上有基因成簇密集分布的区域，也有大片的区染色体上有基因成簇密集分布的区域，也有大片的区域只有域只有“无用无用DNA”不包含或含有极少基因的成分。不包含或含有极少基因的成分。基因组上大约有基因组上大约有14的区域没有基因的片段。的区域没有基因的片段。在所有在所有的的DNA中中,只有只有1%-1.5%DNA能编码蛋白能编码蛋白，在人类基，在人类基因组中因组中98%以上序列都是所谓的以上序列都是所谓的“无用无用DNA”,分布着分布着300多万个长片断重复序列。多万个长片断重复序列。46201103青岛农业大学6、男男性性的基因的基因突变突变率是率是女性女性的两倍，而且大的两倍，而且大部分人类遗传疾病是在部分人类遗传疾病是在Y染色体染色体上进行的。所上进行的。所以，可能男性在人类的遗传中起着更重要的以，可能男性在人类的遗传中起着更重要的作用；作用；7、人类基因组中大约有人类基因组中大约有200多个基因是来自多个基因是来自于插入人类祖先基因组的细菌基因。这种插于插入人类祖先基因组的细菌基因。这种插入基因在无脊椎动物是很罕见的，说明是在入基因在无脊椎动物是很罕见的，说明是在人类进化晚期才插入我们基因组的。可能是人类进化晚期才插入我们基因组的。可能是在我们人类的免疫防御系统建立起来前，寄在我们人类的免疫防御系统建立起来前，寄生于机体中的细菌在共生过程中发生了与人生于机体中的细菌在共生过程中发生了与人类基因组的基因交换；类基因组的基因交换；47201103青岛农业大学8、发现了大约一百四十万个单核苷酸多态性，并进行发现了大约一百四十万个单核苷酸多态性，并进行了精确的定位，初步确定了了精确的定位，初步确定了30多种致病基因。随着进多种致病基因。随着进一步分析，我们不仅可以确定遗传病、肿瘤、心血管一步分析，我们不仅可以确定遗传病、肿瘤、心血管病、糖尿病等危害人类生命健康最严重疾病的致病基病、糖尿病等危害人类生命健康最严重疾病的致病基因，寻找出个体化的防治药物和方法，同时对进一步因，寻找出个体化的防治药物和方法，同时对进一步了解