HGP——人类基因组计划

• 我国的人类基因组计划(CHGP)是于1993 年启动，由国家自然科学基金委员会、 国家高技术计为J（863）和国家重点基 础研究计划（973）所共同资助的。
• 根据实际情况，我国HGP的初期目标主 要是充分利用我国丰富的人类遗传资源， 进行基因组多样性和疾病基因识别的研 究。
• 格雷(H．Gray) 绘制了第一张人体解剖图， 解开了体的第二张解剖图，从基因水 平上揭示出人体的奥秘，奠定21世纪医 学和生物学飞跃发展的基础。
• ⑥得到所有基因的全长c DNA；⑦发展 在基因组尺度上分析生物功能的技术； ⑧在模式生物基因组研究方面，大肠杆 菌、酵母菌、短小丽杆线虫的全基因组 序列已经全部完成并发表公布，到2002 年完成果蝇的全基因组序列，2005年完 成小鼠的全基因组序列。
• 除了具体的测序目标外，HGP的另一个 重要内容是研究人类基因组计划的论理 学、法学和社会学影响与后果，发展生 物信息学和计算生物学也是HGP的重要 内容。
• 第三张图是序列图，可以说它是人类基 因组在分子水平上最高层次、最为详尽 的物理图。测定总长为1米、由30亿对核 昔酸组成的基因组全部DNA序列，是基 因组计划中最为明确、最为艰巨的定时、 定量、定质的硬任务。
• 首先让我们来了解一下DNA序列分析的 原理和基本技术
• 目前，主要采用桑格（Sanger）于对年代 发明的"双脱氧核糖核酸链末端终止法"进 行测定。测序反应事实上就是一个在 DNA聚合酶作用下的DNA复制过程。
• 1996年初，所建立的遗传图已含有6000 多个以STR为主体的遗传标记，平均分 辨率即两个遗传标记间的平均距离为0.7 分摩，这个距离大致对应于0.7Mb的物理 距离。
• 有6000多个遗传标记作为路标，把基因组分成 6000多个区域，只要以连锁分析的方法，找到 某一表现型的基因与其中一种遗传标记邻近 （即紧密连锁）的证据，就可以把这一基因图 定位于这一标记所界定的区域内。这样，如果 想确定与某种已知疾病有关的基因，即可根据 决定疾病性状的位点与选定的遗传标记间的遗 传距离，来确定与疾病相关的基因在基因组中 的位置。
• 物理图是基因组计划的第二张图。物理 图以一个"物理标记"作为路标，以Mb、 Kb、bP作为图距的基因组图。物理图与 遗传图相互参照就可以把遗传学的信息 转化为物理学信息。
• 如某一区域的大小为多少CM可以基本折算为 某一区域大小为多少Kb。物理图的绘制需要筛 选大量的物理标记以及进行大量复杂和繁琐的 分析。1995年，第一张以称为序列标签位点 STS为物理标记的物理图谱问世，它包括了94 ％的基因组和1500多个标记位点，平均间距为 200Kb（这就是所谓的分辨率）。这样，物理 图就把人类庞大基因组分成具有界标的1500个 小区域。
• 第二代遗传标记是被称为简短串联重复片段的STR。 在检测RFLP的过程中，人们发现有一种类型是由于 DNA重复序列造成的。这些DNA重复序列在人类基因 组中有很多拷贝，它们可以头对头或头对尾地串联成 一簇，分布于基因组的各个位点。在某一位点上，不 同数量的重复序列（VNTR）也可以提供不同的长度片 断。有的VNTR重复单位长度为6－12个碱基，称为小 卫星；有的VNTR重复单位为2－6个碱基，称为微卫星 或简短串联重复（STR）。STR具有高度多态性，同一 遗传位点数目变化很大，在群体中也可形成多达几十 种的等位基因，这是其他遗传标记所不能比拟的；此 外，还可以利用PCR的DNA体外扩增技术， 实现操作 机器自动化。
• 所以，人类基因现在也被授予了专利。 如肥胖基因，该基因的克隆曾被一家生 物制药公司以3000万美元收购；但该公 司并未自己生产减肥药物，而是在第二 年以7000万美元的高价转手获利，年利 率高达250％。可见，与基因有关的买卖 将会在今后大量涌现。
• 1997年11月11日联合国教科文组织在巴 黎召开大会，通过了《人类基因宣言 》。 宣言指出：每个人身上的基因物质是"人 类的共同遗产"，不应成为盈利的手段。 这就是说，科学研究应该与商业行为分 开，科学研究可以从商业机构那里得到 资助，但科学成果应该是人类的共同财 富。
• 这无疑是一项探索生命奥秘的伟大计划， 曾被称为"跨世纪的曼哈顿工程"。
• 最后一个五年计划的主要目标是：①得 到标记间距为1厘摩（1厘摩=重组频率为 1%的两个基因间的遗传距离）的遗传图 谱；②得到至少有30万个序列标记位点 （STS）的物理图谱，1998年10月实际已 经有5.2万个 STS被作图；
• 用机器进行自动测序，一次可读400－ 800个碱基。尽管全自动测序较为方便省 时，但由于测定的序列长度有一定限制， 相对于庞大的人类基因组来说可谓"老虎 吃天，无从下口"。因此，测序的策略问 题就被提出来了。
• 目前，常用的测序策略是"鸟枪法"。形象 地说，就是将较长的基因片段打断，构 建一系列的随机亚克隆，然后测定每个 亚克隆的序列，用计算机分析以发现重 叠区域，最终对大片段的DNA定序。
• 测序技术也在不断地发展和提高。过去 两年内，通过在一个测序的电泳胶上增 加电泳泳道和测序胶的长度，使自动测 序仪的通读水平提高了2－3倍。此外， 一些不依赖于电泳技术来分离DNA片段 的方法如质谱分析也正在或已经建立。 杂交测序也是一项非电泳类方法。目前 还有一种可用电子显微镜直接观察的方 法。
• 有了一张总的转录图，我们就可以了解 某基因在不同的时间、不同组织的表达 情况；可以了解不同组织中不同基因的 表达；还可以了解正常条件下与异常状 况下基因表达的差异。
• 关于EST的序列是否应公布于众，EST序 列能否申请专利问题的争论也近乎白热 化。
• 本来基因是不应申请专利的，被授于专 利的只限于发明，而不是发现。
• 但是，每克隆一个与疾病有关的基因，搞清它 的作用机制、并制成基因药物用于临床，平均 要投入1亿美元。有投入就必须有回报，如果 投入者的成果最后大家都能享用，那么经过商 业竞争新产品就只能以略高于成本的价格出售。 如果是这样，投入者的先期投入将无法收回。 其后果一是打击了投入者的积极性，二是限制 了投入者对新项目投入的能力。
• ③2001年得到人类基因组序列的"草稿"， 2003年得到最后"定稿"；④测序能力要达 到每年500Mb(1Mb=1000kb),每个碱基对 的分析费用要少于25美分，支持毛细管 阵列电泳、DNA芯片等的测序技术的发 展；⑤增加测定人类基因组变异的内容， 得到10万个作图定位了的单核苷酸多态 性（SNP）；
HGP——人类基因组计划
张挺 3001511062
• HGP(Human Genome Project)是了解人类 自身奥秘的计划
1985年，美国能源部（DOE）率先提出，旨在阐明 人类基因组 DNA长达3×109碱基对（ base pair， bp）的序列。发现所有人类基因并阐明其在染 色体上的位置，从而在整体上破译人类遗传信 息。1986年美国宣布启动"人类基因组启动计划"； 1989年，美国国家卫生研究院（NIH）建立国家 人类基因组研究中心（NCHGR）；1990年， NIH和DOE联合提出美国人类基因组计划，正式 启动HGP，计划于15年内提供30亿美元的资助， 在2005年完成人类基因组全部序列的测定。
• 建立人类遗传图的关键是要有足够的高 度多态的遗传标记。但是，目前所知的 具多态性的性状不多，等位基因的数目 有限，信息量不足。这样，就限制了人 类基因组的遗传分析工作。所幸DNA重 组技术的建立提供了新一代的遗传标记。
• 第一代的DNA标记是RFLP（限制性片段长度 多态性）分析。这些RFLP片断可被某些限制 性内切酶特异识别并切割。DNA序列的改变甚 至是一个碱基的改变，将会改变限制性内切酶 酶切片段的长度变化，并可通过一种称为凝胶 电泳的方法来方便地显示这种长度的"多态性"。 RFLP在整个基因组中都存在，根据对RFLP片 段的多态性分析，可对某些疾病进行诊断并将 与疾病有关的基因进行定位。但RFLP提供的 信息量有限，在检测RFLP片段时需用到放射 性同位素，不太安全。
• 第四张图是转录图。
• 我们知道，生物性状是由结构或功能蛋 白决定的，功能蛋白是由信使RNA （mRNA）编码的，mRNA又是由编码蛋 白功能基因转录而来的。转录图就是测 定这些可表达片段（EST）的标记图。
• 事实上，整个人类基因组中有97％的部分由不 被转录的DNA组成，只有2％－3％的DNA序列 具有编码蛋白质的功能。在人体某一特定的组 织中仅有10％的基因被表达。也就是说，只有 不足1万个不同类型的RNA分子（只有在胎儿 的脑组织中，可能有30％－60％）的基因被表 达。如果将这些mR成一张可表达基因图--转录图。
• 这张解剖图将包括4张小图，包括了人类 基因组计划的全部主要内容，它们分别 是遗传图（连锁图）、物理图、序列图 和转录图
• 第一张图是遗传图，又叫连锁图。它是 以在某个遗传位点上具有多个等位基因 的遗传标记作为"路标"，以遗传学上的距 离即两个遗传位点之间进行交换、重组 的百分率cM作为"图距"，反映基因遗传 效应的基因组图。
• 以一条链为模板，在一个测序引物的牵引下， 新的DNA链得以不断延伸。但如果加人一些双 脱氧核糖核苷酸即ddNTPs，就不能使延伸反应 继续下去，最终随机产生许多大小不等的末端 是双脱氧核苷酸的DNA片段，这些片段之间大 小相差一个碱基，在电压驱动下，从一种由聚 丙烯酰胺做成的凝胶上可间接地读出这些有差 异的代表其末端终止位置处碱基种类的片段， 那么一系列的连续片段就代表了整个模板DNA 的全部序列。
• 人类基因组物理图的问世是基因组计划 中的一个重要里程碑，被遗传学家誉为 20世纪的"生命（生物学）周期表"。
• 利用一张遗传图，研究人员可将一种特 定的遗传病的遗传模式同标记顺序的遗 传模式进行比较，迅速确定引起该遗传 病的基因的位置。然后，计算机把数据 固定在物理图框架内。遗传图与物理图 结合在一起，就能迅速确定与疾病有联 系的基因。物理图的问世标志着离人类 基因组全序列测定仅有一步之遥了。