第十章基因组与比较基因组学

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1990年10月 被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组
计划启动。
1998年 一批科学家在美国罗克威尔（Rockville）组建塞莱拉遗传公
司，与国际人类基因组计划展开竞争。
1998年12月 一种小线虫完整基因组序列的测定工作宣告完成，这是
科学家第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。
1999年9月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全
事实上，对人类自身更深入的了解是人类活动最重要 的组成部分，因为任何自然科学研究，都没有比人类尽快 找出解决自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、 疾病危害、能源资源匮乏、生态平衡破坏、生物物种消亡 等一系列难题更为重要、更为迫切。
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基因及基因组研究大事记：
1860至1870年 奥地利科学家孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子 概念，并总结出孟德尔遗传定律。 1909年 丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词， 用以表达孟德尔的遗传因子概念。 1944年 3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸），并发现 DNA是携带生命遗传物质的分子。 1953年 美国人沃森（Watson）和英国人克里克（Crick）通过实验提 出了DNA分子的双螺旋模型。 1969年 科学家成功分离了第一个基因。
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（4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调 控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若 从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位置， 因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表达调控 规律。 （5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复 制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分 子基础。局部DNA的推迟复制、异常重组等现象则导致疾 病或者胚胎不能正常发育，因此，了解与人类DNA正常复 制和重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传 与进化提供重要的结构上的依据。
部序列的1%。中国是继美、英、日、德、法之后第6个国际人类基
因组计划参与过，也是参与这一计划的唯一发展中国家。
1999年12月1日 国际人类基因组计划联合研究小组宣告，完整破译
出人体第22对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染
色体完整基因序列的测定。
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2000年4月6日 美国塞莱拉公司宣布破译出一名实验者的完整密码， 但遭到不少科学家的质疑。 2000年4月底 中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了 1%人类基因组的工作框架图。 2000年5月8日 德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第21对染 色体的测序工作。 2000年6月26日 科学家公布人类基因组工作草图，标志着人类在解 读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。 2000年12月14日 美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。 这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。 2001年2月12日 中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公 司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 科学家首次公布人类 基因组草图“基本信息”。
各种遗传病的发生，都源于基因的突变。突变是 基因在分子结构上的改变，这种DNA分子结构的改变 会导致基因功能的异常，从而导致遗传病。例如人类2 号染色体长臂某段DNA分子的改变，就会导致并指畸 形的产生。至于一些复杂的疾病，如高血Байду номын сангаас、冠心病 、糖尿病、癌等，则可能涉及多个基因的突变。
一、人类基因组计划的科学意义
（1）确定人类基因组中约5万个编码基因的序列及其在 基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。 （2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基 因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。 （3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及 非转录“框架序列”的大小和组织，了解各种不同序列在 形成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的 影响与作用。
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（6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的 分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚 至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾 病的诊断、预防和治疗提供理论依据。 （7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列， 研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基 因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基 因治疗。 （8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛 用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进 化等许多医疗、司法和人类学的研究。此外，这些遗传信 息还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁 移以及人类与其他物种之间的比较。
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❖ 一、人类基因组计划的科学意义 ❖ 二、遗传图的绘制 ❖ 三、物理图（Physical Map） ❖ 四、转录图（Expression Profiling） ❖ 五、人类基因组的序列图（Human Genome
Sequence）
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基因控制着细胞中的蛋白质合成，控制着生物的各种 遗传性状。基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特 定物种细胞内全部DNA分子的总和。人体是一个多细胞体 系，每个细胞中都包含46条两两配对的染色体，每23条染 色体构成一个染色体组。大约有30亿对核苷酸，编码了5-6 万个基因，人类基因组中携带了有关人类个体生长发育、 生老病死的全部遗传信息。从整体上看，不同人类个体的 基因是相同的，因此，我们说“人类只有一个基因组”， 人生来是平等的。当然，不同的人可能拥有不同的等位基 因，这一点决定了人与人之间个体上的差异。
（Human Genome Project，HGP）
DNA 双螺旋结构的发现者之一、美国国家卫生研究院 （NIH）人类基因组研究所第一任所长J.D.Watson 1990年 在《Science》上撰文指出，与人类登月计划相比，HGP的 资金投入少，但它对人类生活的影响却可能更深远。
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随着这个计划的完成，DNA分子中储藏的有关人类生 存和繁衍的全部遗传信息将被破译，它将不仅帮助我们理 解人类如何作为健康人发挥正常生理功能，还将最终揭开 基因在癌症、早老性痴呆症、精神分裂症等严重危害人类 健康的疾病中的作用。
第十章 基因组与比较基因组学
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目录
❖ 第一节 人 类 基 因 组计划 ❖ 第二节 DNA的鸟枪法序列分析技术 ❖ 第三节 比较基因组学（Comparative
genomics）及功能基因组学研究
20世纪人类科技发展史上的三大创举
❖ 1940年代第一颗原子弹爆炸； ❖ 1960年代人类首次登上月球； ❖ 1990年代提出并基本完成的人类基因组计划