第八课人类基因组计划

第八课人类基因组计划第1页，共41页，2023年，2月20日，星期三2美国能源部广岛国际人类基因组计划的启动的重要原因是美国能源部的推动。1984年，在美国犹他州的Alta，由美国能源部资助的一个旨在讨论日益发展的DNA重组技术的会议上，科学家们第一次讨论了人类基因组测序的价值。而首次对于人类基因组测序的可行性进行认真的探讨是在1986年由罗伯特·辛西默（RobertSinsheimer）主持的一个会议上。与会者的发言非常地大胆：“这一启动计划（人类基因组启动计划）的最终目标是了解人类基因组”，“就像了解人类身体构造对于目前医学发展的贡献，对人类基因组的了解将对医学和其他健康科学研究提供必不可少的支持”。随后，美国能源部健康与环境研究项目主任查尔斯·德利西（CharlesDeLisi）决定对人类基因组启动计划进行资助，资助金额为五百三十万美元，用于发展关键性技术与资源。第2页，共41页，2023年，2月20日，星期三3晚年的Watson人类基因组计划徽章Collins1988年，人类基因组计划再次得到显著的推动，DNA双螺旋结构的发现者和诺贝尔生理学或医学奖的获得者詹姆斯·沃森领导着国家卫生研究院中新成立的一个基因组研究中心，加入了这个计划。对于人类基因组计划，沃森的评价是：“不尽快将它（人类基因组计划）完成将是非常不道德的”，[10]“我有幸有机会让我的科学生涯从双螺旋跨越到三十亿步（指的是人类基因组计划的三十亿美元投资）的人类基因组”。[11]但由于与上司意见不一，沃森不得不于1992年离开该计划，其位置由弗朗西斯·柯林斯取代。第3页，共41页，2023年，2月20日，星期三41990年，投资三十亿美元的人类基因组计划由美国能源部和国家卫生研究院正式启动，预期在15年内完成。随后，该计划扩展为国际合作的人类基因组计划，英国、日本、法国、德国和中国先后加入，形成了国际基因组测序联盟。为了协调各国人类基因组研究，1988年在维克多·马克库斯克（VictorMcKusick）等科学家的倡导下，国际人类基因组组织（HUGO）宣告成立。中国的人类基因组计划在中国国家自然科学基金委员会的支持下，于1994年启动，并得到国家高技术发展计划和国家自然科学基金的资助。1998年，中国南方基因组中心成立；1999年北方基因组中心和中国科学院基因组中心成立。1999年9月，中国正式加入人类基因组计划，承担1％的测序工作。2000年4月，完成人第3号染色体上3000万个碱基对的工作草图。第4页，共41页，2023年，2月20日，星期三5Venter在国际人类基因组计划启动八年后的1998年，美国科学家克莱格·温特创办了一家名为塞雷拉基因组（CeleraGenomics）的小私立公司，开展自己的人类基因组计划。与国际人类基因组计划相比，公司希望能以更快的速度和更少的投资（3亿美元，仅为国际计划的十分之一）来完成。塞雷拉基因组的另起计划被认为对人类基因组计划是一件好事，因为塞雷拉基因组的竞争促使国际人类基因组计划不得不改进其策略，进一步加速其工作进程，使得人类基因组计划得以提前完成。第5页，共41页，2023年，2月20日，星期三6DNA定序：Sanger'sDideoxyMethodSanger第6页，共41页，2023年，2月20日，星期三7第7页，共41页，2023年，2月20日，星期三8ddATPddTTPddCTPddGTPdNTPdNTPdNTPdNTPP32P32P32P32第8页，共41页，2023年，2月20日，星期三9第9页，共41页，2023年，2月20日，星期三10➣AutomatedDNAsequencing第10页，共41页，2023年，2月20日，星期三11第11页，共41页，2023年，2月20日，星期三12利用质粒扩增目标DNA第12页，共41页，2023年，2月20日，星期三13KaryMullis1944年生于美国。乔治亚理工科大学毕业后，在加利福尼亚大学伯克力分校获得博士学位。1979年任塞托斯公司的研究员。1993年因开发了聚合酶链式反应法（简易DNA扩增法）获诺贝尔化学奖。自1988年以来，他以核酸化学方面的私人顾问身份向各类机构提供咨询服务，同时又成立了自己的公司，出任副经理及会长。第13页，共41页，2023年，2月20日，星期三14聚合酶链反应第14页，共41页，2023年，2月20日，星期三15利用鸟枪法得到流感嗜血杆菌基因组序列的方法第15页，共41页，2023年，2月20日，星期三16第16页，共41页，2023年，2月20日，星期三17第17页，共41页，2023年，2月20日，星期三18人类基因组计划重点在于研究人类基因组的结构，主要包括四张图，即遗传图、物理图、转录图与序列图的制作。第18页，共41页，2023年，2月20日，星期三191、遗传图

遗传图（geneticmap）又称连锁图（linkagemap）：以具有遗传多态性的遗传标记为位标，以遗传学距离为图距的基因组图。

遗传学距离以厘摩（centi-Morgan,cM）表示。连锁的遗传标志之间的重组频率为1%时，它们的相对距离为1cM，相当于106bp(1Mb)。

遗传多态性标记为：RFLP、MS/STR、SNP。第19页，共41页，2023年，2月20日，星期三20第20页，共41页，2023年，2月20日，星期三21第21页，共41页，2023年，2月20日，星期三22限制性酶切片段长度多态性（restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP）第22页，共41页，2023年，2月20日，星期三23微卫星标记（microsatellite,MS）：又称为短串联重复序列(shorttandemrepeat,STR)，指基因组中两个或两个以上的核苷酸短串联重复，由于在不同个体中重复单位的数目变异非常大，具有遗传学多态性。第23页，共41页，2023年，2月20日，星期三24单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism,SNP）：是指基因组中单个碱基位置上的变异，变异在人群中的频率等于或高于1%。

AAGGTTAATGGTTA第24页，共41页，2023年，2月20日，星期三25SNP第25页，共41页，2023年，2月20日，星期三26第26页，共41页，2023年，2月20日，星期三2711号染色体局部遗传图第27页，共41页，2023年，2月20日，星期三28遗传图的准确率有限酿酒酵母3号染色体遗传图与物理图的比较第28页，共41页，2023年，2月20日，星期三29

2、物理图

物理图（physicalmap）：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（称为序列标签位点，sequencetaggedsite,STS）为位标，对构成基因组的DNA分子进行测定，从而对某段DNA序列在染色体上的相对位置做一线性排列。以kb或Mb作为图距而绘制的基因组图。第29页，共41页，2023年，2月20日，星期三30第30页，共41页，2023年，2月20日，星期三311998年10月，完成了包含52,000个（原计划为30,000）序列标签位点的物理图谱的绘制。第31页，共41页，2023年，2月20日，星期三323、转录图

转录图（transcriptionmap）：在人类基因组中鉴别出占2%长度的全部蛋白编码基因的位置、结构和功能。主要通过获得mRNA（或cDNA）序列。

表达序列标记（expressedsequencetag,EST）是cDNA的部分序列，长度为300-500bp，通过对特定组织或器官cDNA文库中的cDNA克隆进行随机测序而获得的序列。人类基因分布图第32页，共41页，2023年，2月20日，星期三334、序列图

序列图（sequencemap）:核苷酸序列图即最详尽的物理图。通过测序得到基因组的序列，是一般意义上的人类基因组计划。

第33页，共41页，2023年，2月20日，星期三341990年启动的人类基因组计划经过包括中国在内的多国科学家的10年努力，于2001年“大功告成”。2001年2月15日出版的英国《nature》杂志和2001年2月16日出版的美国《science》杂志，分别正式公布了人类基因组计划和塞莱拉遗传公司的人类基因组全序列数据，人类基因组草图诞生了。第34页，共41页，2023年，2月20日，星期三35第35页，共41页，2023年，2月20日，星期三362001年国际人类基因组组织（HUGO）又启动了一项十分艰难、但非常必要的“纠错补漏”程序,用了2年多的时间将草图一点点地丰满起来。在2003－2006年之间，终于将此草图转化为一张既高度精确又相当完整的人类基因组图。人类基因组精确测序工作发表在2004年10月21日Ｎature（2004，431：931）上。第36页，共41页，2023年，2月20日，星期三37基因组序列共包含28．5亿个核苷酸，它近乎完整，涵盖了99％以上的常染色质基因组序列；准确率为99．999％，误差小于1/10万分之一的精确版人类基因组图谱，也就是说误差率只有1个bp／10万个bp，比最初制订的目标精确了10倍。而且还进一步纠正了蛋白编码基因的数量，仅为2万～2．5万个，而非原先估计的10万个。第37页，共41页，2023年，2月20日，星期三38重大事件与进展1999年至2006年，完成了全部23条染色体的测序工作，具体如下：1999年12月，22号染色体测序完成；2000年5月，21号染色体测序完成；2001年12月，20号染色体测序完成；2003年2月，14号染色体测序完成；2003年6月，男性特有的Y染色体测序完成；2003年5月和7月，7号染色体测序完成；2003年10月，6号染色体测序完成；2004年4月，13号和19号染色体测序完成；2004年5月，9号和10号染色体测序完成；2004年9月，5号染色体测序完成；2004年12月，16号染色体测序完成；2005年3月，X染色体测序完成；2005年4月，2号和4号染色体测序完成；2005年9月，18号染色体测序完成；2006年1月，8号染色体测序完成；2006年3月，11号,12号和15号染色体测序完成；2006年4月，17号和3号染色体测序完成；HumanGenomeProjectInformation2006年5月，1号染色体测序完成；HumanGenomeProjectInformation第38页，共41页，2023年，2月20日，星期三39人类基因组学的研究，将破译DNA序列中蕴藏的全部信息，揭示人体生理和病理过程的分子基础，并逐步认识生命的起源、进化、遗传、发育、衰老以及死亡的本质，为人类疾病的预测、诊断、预防和治疗提供最为合理和有效的方法和途径。从基因组到基因组医学第39页，共41页，2023年，2月20日，星期三40癌症研究有很大进展，直肠癌在美国有90％治愈率，即五年生存率，而这个数字在十年前是60％。现在美国多数癌症平均5年生存率为