1、第十节第十节 人类基因组及基因组学人类基因组及基因组学一、基因组学概况一、基因组学概况二、人类基因组计划二、人类基因组计划三、遗传的分子基础三、遗传的分子基础四、基因组序列复杂性四、基因组序列复杂性五、基因与基因家族五、基因与基因家族六、人类基因组六、人类基因组1 2（一）基因组学基本概念（一）基因组学基本概念（二）基因组学分支（二）基因组学分支（三）基因组学的意义（三）基因组学的意义345基因组（基因组（genomegenome）一词系由德国汉堡大学）一词系由德国汉堡大学H. H. Winkles Winkles 教授于教授于19201920年首创，从年首创，从GENeGENe和和chrom
2、osOMEchromosOME组成。用于表示生物的全部基因和染组成。用于表示生物的全部基因和染色体组成的概念。色体组成的概念。基因组（基因组（genomegenome）：生物所具有的携带）：生物所具有的携带 遗传信息的遗传物质的总和。遗传信息的遗传物质的总和。6真核生物基因组真核生物基因组 核基因组核基因组 线粒体基因组线粒体基因组 叶绿体基因组叶绿体基因组原核生物基因组原核生物基因组 染色体染色体 质粒质粒78由美国科学家由美国科学家Thomas RoderickThomas Roderick于于19861986年首创。年首创。基因组学（基因组学（genomicsgenomics）：涉及）：
3、涉及基因组作图、测序和整个基因组基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。功能分析的一门学科。9 1980 1980年，噬菌体年，噬菌体（5,368 5,368 碱基对碱基对）完全测序，成为完全测序，成为第一个测定的基因组。第一个测定的基因组。 19901990年，人类基因组计划开始实施。年，人类基因组计划开始实施。 20002000年，人类基因组草图完成。年，人类基因组草图完成。 20032003年，人类基因组计划完成。年，人类基因组计划完成。 目前，已完成基因组测序的模式生物包括小鼠，果目前，已完成基因组测序的模式生物包括小鼠，果蝇，酵母等。蝇，酵母等。10基因转录及其调控的研究基因
4、转录及其调控的研究 解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络。解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络。 蛋白质组学研究蛋白质组学研究 从整体上研究蛋白质的水平和修饰状态。从整体上研究蛋白质的水平和修饰状态。 研究蛋白质之间的相互关系。研究蛋白质之间的相互关系。 基因组多样性的研究基因组多样性的研究 对人类对人类DNADNA的再测序的再测序 对其它生物的测序对其它生物的测序 1112 结构基因组学：结构基因组学： 通过基因组作图、核苷酸通过基因组作图、核苷酸 序列分析确定基因组成、序列分析确定基因组成、 基因定位的科学。基因定位的科学。13 目前目前DNADNA测序每次反应仅能读取不到
5、测序每次反应仅能读取不到 1000bp1000bp的长度。已知最小的细菌基因组的长度。已知最小的细菌基因组 为为580000bp580000bp。人类基因组为。人类基因组为3030多亿多亿bpbp。 因此，首先将整个基因组的因此，首先将整个基因组的DNADNA分解为分解为 一一 些小片段，然后将这些分散的小片段些小片段，然后将这些分散的小片段 逐个测序，最后将测序的小片段按序列组逐个测序，最后将测序的小片段按序列组 装。装。14在长链DNA分子的不同位置寻找特征性的分子标记，绘制基因组图。根据分子标记可以准确无误地将已测序的DNA小片段锚定到染色体的位置上。15 功能基因组学：功能基因组学：
6、利用结构基因组学利用结构基因组学 提供的信息和产提供的信息和产 物，在基因组系统物，在基因组系统 水平上全面分析基水平上全面分析基 因功能的科学。因功能的科学。1617 比较基因组学比较基因组学：研究不同物种之间在基因组结：研究不同物种之间在基因组结构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学构和功能方面的亲源关系及其内在联系的学科。科。 18n通过研究不同生物基因组结构和功能上的相似之处，通过研究不同生物基因组结构和功能上的相似之处，不仅能勾画出一张详尽的系统进化树，而且将显示不仅能勾画出一张详尽的系统进化树，而且将显示进化过程中最主要的变化所发生的时间及特点。据进化过程中最主要的变化所发生的时间
7、及特点。据此可以追踪物种的起源和分支路径。此可以追踪物种的起源和分支路径。n了解同源基因的功能。了解同源基因的功能。n对序列差异性的研究有助于认识产生大自然生物多对序列差异性的研究有助于认识产生大自然生物多样性的基础。样性的基础。19生物学研究生物学研究 例如：人类疾病基因研究例如：人类疾病基因研究医学医学生物技术生物技术制药工业制药工业社会经济社会经济生物进化生物进化伦理，法律及社会伦理，法律及社会20疾病的遗传学基础。疾病的遗传学基础。致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究中占据致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究中占据着核心位置。着核心位置。 对疾病的预防，诊断，治疗等有重要意义。对疾
8、病的预防，诊断，治疗等有重要意义。人类基因组计划的直接动因是要解决包括肿瘤在内人类基因组计划的直接动因是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的遗传学基础问题。的人类疾病的遗传学基础问题。21单基因病疾病基因研究 例如血友病。多基因病疾病基因研究 例如心脏病，糖尿病，癌症等。22人类基因组计划使我们了解基因组序列。人类基因组计划使我们了解基因组序列。 现在采用定位候选克隆方法现在采用定位候选克隆方法 极大地提高了发现疾病基因的效率。极大地提高了发现疾病基因的效率。23通过遗传分析等方法将疾病基因定位到染色体区段通过遗传分析等方法将疾病基因定位到染色体区段上。上。对人类基因组图上该区段内的基因进行功能分析
9、，对人类基因组图上该区段内的基因进行功能分析，并筛选出疾病基因并筛选出疾病基因24 单基因病疾病基因克隆单基因病疾病基因克隆 导致了导致了亨廷顿舞蹈病亨廷顿舞蹈病、遗传性、遗传性结肠癌结肠癌和和乳腺癌乳腺癌等一等一大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。基因诊断和基因治疗奠定了基础。 25比单基因病困难，目前疾病基因研究的重点比单基因病困难，目前疾病基因研究的重点 。用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的激活或抑制。激活或抑制。 癌肿基因组解剖学计划（癌肿基因组解剖学
10、计划（Cancer Genome Anatomy Cancer Genome Anatomy ProjectProject，CGAPCGAP）2619961996年癌肿基因组解剖学计划开始。年癌肿基因组解剖学计划开始。主要由美国癌症研究所（主要由美国癌症研究所（National cancer instituteNational cancer institute）开）开展。展。27细胞以前细胞以前是分子黑箱。是分子黑箱。人们在以前人们在以前不知道细胞不知道细胞在分子水平在分子水平的活动。的活动。也不能回也不能回答为什么正答为什么正常细胞会变常细胞会变成肿瘤细胞成肿瘤细胞这样的问题这样的问题28细
11、胞现在是开细胞现在是开放的箱子。因放的箱子。因为科学技术的为科学技术的进步，科学家进步，科学家们逐步发现细们逐步发现细胞在分子水平胞在分子水平的活动。的活动。2930313233343536373839404142434445462. 有些基因只在某一特定的组织中表达。474849505152535455生物学研究生物学研究 例如：人类疾病基因研究例如：人类疾病基因研究医学医学生物技术生物技术制药工业制药工业社会经济社会经济生物进化生物进化伦理，法律及社会伦理，法律及社会56诊断诊断治疗治疗 预防预防 疾病易感基因的识别疾病易感基因的识别 风险人群生活方式、环境因子的干预风险人群生活方式、环境因子的干预 5758 人与人之间有很大的不同。这些差异有很大一部分是由基因组的差异所决定的。59606162636465单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（SNPSNP） 是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。SNPSNP在人基因组中的发生频率比较高，是最常见的在人基因组中的发生频率比较高，是最常见的基因组差异。基因组差异。SNPSNP和人类的健康有着密切的关系。和人类的健康有着密切的关系。6667686970717273747576777879808182838485868788899091
