第十章基因组与比较基因组学
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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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❖ 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。
（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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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
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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。
第十章 基因组与比较基因组学
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wenku.baidu.com
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
（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。
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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。
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，如高血压、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
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”。
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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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❖ 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。
（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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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
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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。
第十章 基因组与比较基因组学
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❖ 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
（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。
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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。
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，如高血压、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
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”。