第三章 人类基因组计划

转录图谱
又称cDNA图谱，是用基因表达的各种 mRNA产物
在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘 制的结合有关基因序列、位臵及表达模式等信息的 图谱。在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的全 部基因的位臵、结构与功能，最主要的方法是通过 基因的表达产物mRNA反追到染色体的位臵。 逆转录酶
HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生
命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存 在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰 老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。 列分析，遗传图、物理图、序列图是最优先考虑的 目标，必须保质保量完成的是DNA序列图。
HGP的主要任务是人类基因组的基因图的构建和序
在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的
研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之 为人类的五种“模式生物”。
HGP的研究进展
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。 1990年8月，NIH对大肠杆菌、酵母、线虫进行大规 模测序。 1992年12月NIH和能源部发布数据和资源共享的规 定，鼓励数据迅速分享，并允许研究者可私自保留 数据6个月。 1993年4月，柯林斯出任“国家人类基因组研究中心” 主任。
人类基因组是全人类的共同财富和遗产。人类 基因组序列图不仅奠定了人类认识自我的基石，推 动了生命与医学科学的革命性进展，而且为全人类 的健康带来了福音，使我们向着更加幸福的未来迈 出了意义非凡的一步。 我们向参与“人类基因组计划”的所有工作人 员致以热烈的祝贺！他们的创新与奉献，在科学技 术发展史上书写了光辉的一页；他们的杰出成就， 将永远成为人类历史上的一个里程碑！ 我们积极倡议，全世界来共同庆祝“人类基因 组计划”所取得的科学成就。
1986年3月，美国能源部提出人类基因组计划的草
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
案。 1986年3月，美国科学家、诺贝尔奖获得者杜尔贝克 在《科学》杂志上发表一篇题为“癌症研究的转折 点－－人类基因组的全序列分析”的短文，正式以 书面形式提出测定人类基因组全序列的必要性和艰 巨性，文章指出这一计划的意义可以与人类征服宇 宙的计划媲美，这项工作应成为国际级项目。 1986年6月，诺贝尔奖获得者吉尔伯特在美国冷泉港 提出人类基因组计划的实施需要30亿美元。
德国
1995年德国开始HGP，来势迅猛，先后成立了资源
中心和基因扫描定位中心，并开始对21号染色体的 大规模测序工作。
中国
1994年，中国HGP启动。 中国HGP研究机构：以强伯勤为主任的中国人类基因组北方
中心（北京协和医科大学）；以陈竺为主任的中国人类基因 组南方中心（上海瑞金医院）； 1999 年 7 月，以杨焕明为主 任的中科院遗传所人类基因组研究中心（北京）在国际人类 基因组组织注册。 1999年9月中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基 因组全部序列的1%，也就是3号染色体上的3000万个碱基对。 2004年4月中国科学家完成3号染色体上的3000万个碱基对的 测序。 使中国成为继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因 组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。
基因组：一个生物体的染色体上完整的一套
遗传物质（DNA上所有基因序列的总和）称为基 因组。人类基因组就是在人类细胞核内23对染色 体上整套的DNA。
人类基因组计划(HGP)启动背景
20世纪80年代，通过大量的实验和研究，科学家们
发现癌症并不是人们想象的那么简单，癌是基因突 变而导致基因调控失灵，从而使正常细胞无序生长 和不断突变。世界各国科学家一致认为：要破译癌 症之谜或生命之谜，首先破译基因之谜。 1984年12月9日－13日，在美国举行的“环境诱变物 和致癌物防护”的国际会议上，美国能源部邀请科 学家讨论测定人类基因组DNA序列的意义和前景 ， 由于需要的资金庞大，没有人“敢”向政府提议。 1985年5月，美国加利福尼亚州立大学圣克鲁斯分校 校长辛夏默提出“人类基因组测序”可行性设想。
日本
在美国的推动下于1990年开始的 。
日本对DNA序列图的贡献7％。 但与日本的其它领域的领先地位相比，日本的人类
基因组仍略逊一筹，但这几年进展很快。
法国
“国家人类基因组计划”成立于1990年年底，诺贝
尔奖金获得者道赛特以自己的奖金建立了“人类多 态性研究中心”。法国民众至少捐助了5000万美元。 “人类多态性研究中心”与相关机构为基因组研究， 主要特点是注重整体基因组、cDNA和自动化。尤 其是第一代物理图与遗传图的构建作出了不可磨灭 的贡献。
“人类基因组计划”宣言
我们，美国、英国、日本、法国、德国与中国 的政府首脑，骄傲地向全世界宣布：我们六国的科 学家已完成了人类生命的分子指南——由30亿对碱 基组成的人类基因组DNA的关键序列图。 人类“生命天书”全部章节的解读，适逢 DNA双螺旋结构发表五十周年。五十年前的这个月， 沃森与克里克这一里程碑 的发现，使基因科学与生 物技术取得了举世瞩目的进展；五十年后的这一天， “国际人类基因组测序协作组”公布了人类基因组 序列信息，全世界都可以通过国际互联网从公共数 据库中自由分享，免费使用而不受任何限制。
2000年4月6日塞莱拉公司宣布已破译出一名实验者
的完整遗传密码，并可在3～6星期内拼接成人体基 因组草图。但不少欧美科学家对塞莱拉公司的成果 表示质疑，认为该公司的研究“没有提供有关基因 序列的长度和完整性的可靠参数”，因而是“有漏 洞的”。 将在6月公布第一张人类遗传草图。
2000年5月，国际人类基因组计划完成时间再度提前，
2000年5月8日，由德国和日本等国科学家组成的国
际科研小组宣布，他们已经基本完成了人体第21号 染色体的测序工作。
2000年6月26日，国家人类基因组研究所和塞莱拉公
司在白宫的庆功会上达成协议，允诺同时公布人类 基因组草图及初步分析结果。
2001 年 2 月， HGP 在《自然》杂志（ 2 月 15 日），塞
物理图谱
根据DNA序列上的碱基位臵来确定基因的位臵，是
确定基因的顺序和间隔的最基本的工作。 绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其 在每条染色体上的相对位臵线性而系统地排列出来。
遗传图谱
又称连锁图谱，是根据基因之间的连锁关系构建的。
它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一 个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%） 的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分 裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率， 1%的重组率称为1cM）为图距的基因组图。 遗传图谱的建立为致病基因识别和基因定位创造了 条件。
我们殷切期盼，生命科学和医学界尽快应用这 些成就，为尽早解除人类病痛再创辉煌！ 法兰西共和国总统 雅克〃希拉克 美利坚合众国总统 乔治〃布什 联合王国首相 托尼〃布莱尔 德意志联邦共和国总理 格哈德〃施罗德 日本首相 小泉纯一郎 中华人民共和国总理 温家宝
2003年4月14日
HGP的世界大联盟
HGP从1990年10月1日开始实施，到2000年6月26日人
莱拉公司在《科学》杂志（2月16日）各自公布人类 基因组草图。
大肠杆菌、枯草杆菌等在内的模式生物基因组测序 完成，发现并克隆到许多新基因。 同绘制完成人类基因组序列图。2004年10月，人类 基因组完成图公布。
2001年，包括小鼠、果蝇、线虫、拟南芥、酵母、
2003年4月14日，美、英、日、法、德和中国宣布共
美国
一直是HGP的主角，策划和完成了人类基因组计划
的50％以上。 检测了酵母、线虫的全部基因序列，绘制出大肠杆 菌基因图谱。 美国民营公司 “塞莱拉遗传公司”的参与，使HGP 提前完成。
英国
1989年2月，英国开始了人类基因组计划。它提出全
国协调、资源集中的任务。全国有关的实验室统一 从“英国人类基因组资源中心”获得免费实验技术 和实验材料服务。自1993年开始，伦敦的桑格尔中 心成为全世界最大的测序中心，它独立完成了人类 基因组30%以上的测序任务。
类基因组草图的初步绘制完成，历时10余年。 期间共有6个国家的16所实验室的1100多名生物学家 和计算机专家参与了这一人类有史以来最为庞大的 科学研究计划。 6个国家分别为：美国、英国、日本、法国、德国、 中国，测序所占份额依次为：54％、33％、7％、3%、 2％、1％。 加拿大、丹麦、以色列、瑞典、芬兰、挪威、澳大 利亚、新加坡、前苏联和东德也都开始了不同规模、 各有特色的人类基因组研究。
1994年9月，美国完成人体基因组的完整遗传连锁图。 1995年12月，美、法科学家公布一张含有15000个标
记的人体基因物理图。 1996年10月，国际研究联盟发表酵母菌的全基因组 序列。 1998年5月一批科学家在美国罗克威尔组建“塞莱拉 遗传公司”，目标是投入3亿美元，到2001年绘制出 完整的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开 竞争。
1987年初，美国能源部和国立卫生研究院（NIH）
为HGP下拨了启动经费约550万美元（全年1.66亿美 元）。 1988年9月，“国际人类基因组组织”成立，旨在协 调全球范围内的人类基因组研究。 1989年，美国成立了“国家人类基因组研究中心”， 由Watson 出任第一任主任，Watson提出从基因组预 算中取出3%用于社会和伦理学研究。 1990年10月1日，经美国国会批准，美国HGP正式启 动，计划在15年内(1990～2005年）投入至少30亿美 元，进行人类全基因组的分析。
国际人类基因组计划 负责人柯林斯
塞莱拉公司总裁文特尔（基因 魔鬼），采用测序方法“霰弹 法”，被评为“2000年度全球最 杰出的科学家”，被誉为“人类 基因组序列测序的开拓者”。
人类只有一个基因组，基因组信息是全人类
的。2003年4月14日，六国政府首脑共同发表 了“人类基因组计划”宣言,认为：人类基因 组是全人类的共同财富和遗产，全世界都可 以通过国际互联网从公共数据库中自由分享， 免费使用而不受任何限制。
序列图谱
序列图谱是指完整的人类基因组图谱，是人类基因
组计划中最重要、最难“画”的一张图。 DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱 基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程，通过测序 得到基因组的序列图谱。 HGP能提前完成，在一定程度上也是分子生物学技 术的迅速发展，尤其是DNA测序的自动化和生物芯 片技术的问世。
1998年10月23日，美国国家人类基因组研究所在美
国《Science》杂志上发表声明说，人类基因组计划 的全部测序工作将比原计划提前两年，即在2003年6 月完成。
1999年3月15日，美国国家人类基因组研究所宣布，
由于科学家加快工作步伐，人类基因组工作草图将 提前至2001年6月完成。
人类基因组计划和 后基因组时代
20世纪，人类科学历程中的三大研究计划将 永垂史册：
40年代的曼哈顿原子弹计划 60年代的阿波罗登月计划 90的人类基因组计划（生命科学登月计
划）
基因、基因组的概念
基因：是遗传的基本物质和功能单位，DNA序列
中的一段脱氧核苷酸序列，是DNA分子中最小 的 功能单位。或者说，基因是决定一个生物物种的 所有生命现象的最基本的因子。
1999年12月1日，英国、日本、美国科学家完整地译
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基因完整序列的测定。
2000年3月，塞莱拉遗传公司不同意对HGP数据的开
放政策，终止合作计划。3月14日美国总统克林顿和 英国首相布莱尔发表联合声明，呼吁将人类基因组 研究成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地 使用这些成果。
欧共体
1990年6月欧共体通过了“欧洲人类基因组研究计
划”，主要资助23个实验室重点用于“资源中心” 的建立和运转。还有丹麦、俄罗斯、日本、韩国、 澳大利亚等。
HGP的研究内容
HGP的主要任务是人类的
DNA测序，内容是完成4 张图谱：物理图谱、遗传 图谱 、序列图谱 和转录 图谱，这四张图称为“人 类基因解剖图” 。 样本选择人种：白种、黑 种和黄种3大人种，并在样 本选择前，移除所有的标 识物。