基因組學(xué)概論

1、會(huì)計(jì)學(xué)1基因組學(xué)概論基因組學(xué)概論第1頁/共75頁32 32 學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：1616周，周，2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)/ /周周考試方式：考試方式：閉卷考試閉卷考試考試成績(jī)：考試成績(jī)：30%30%平時(shí)成績(jī)（出勤率平時(shí)成績(jī)（出勤率+ +課堂表現(xiàn)）課堂表現(xiàn)）+ +70%70%卷面成績(jī)卷面成績(jī)第1頁/共75頁第2頁/共75頁目目 錄錄n第第1 1章章 基因組學(xué)概論基因組學(xué)概論n第第2 2章章 基因組多態(tài)性基因組多態(tài)性n第第3 3章章 基因組作圖基因組作圖n第第4 4章章 基因組序列的詮釋基因組序列的詮釋n第第5 5章章 基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)n第第6 6章章 重組重組DNADNA技術(shù)及其應(yīng)

2、用技術(shù)及其應(yīng)用n第第7 7章章 分子雜交與印跡技術(shù)分子雜交與印跡技術(shù)n第第8 8章章 PCRPCR技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)及其應(yīng)用n第第9 9章章 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展n第第1010章章 生物芯片的應(yīng)用與發(fā)展生物芯片的應(yīng)用與發(fā)展n第第1111章章 新基因功能研究的策略與方法新基因功能研究的策略與方法n第第1212章章 RNAiRNAi技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展第2頁/共75頁第3頁/共75頁第第1 1章章 基因組學(xué)概論基因組學(xué)概論第3頁/共75頁第4頁/共75頁DNARNA 基因組學(xué) 轉(zhuǎn)錄組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)？蛋白質(zhì)課程的依據(jù)和支撐：課程的依據(jù)和支撐：生命科學(xué)的重大基石

3、生命科學(xué)的重大基石 中心法則中心法則第4頁/共75頁第5頁/共75頁基因組學(xué)概念技術(shù)內(nèi)容發(fā)展第5頁/共75頁第6頁/共75頁一、基因組學(xué)概況一、基因組學(xué)概況（一）基因組學(xué)基本概念（一）基因組學(xué)基本概念（二）基因組學(xué)分支（二）基因組學(xué)分支（三）基因組學(xué)的意義（三）基因組學(xué)的意義第6頁/共75頁第7頁/共75頁（一）基因組學(xué)基本概念（一）基因組學(xué)基本概念1. 1. 基因（基因（genegene）2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）3. 3. 基因組學(xué)（基因組學(xué)（genomicsgenomics）第7頁/共75頁第8頁/共75頁1. 1. 基因基因(Gene)(Gene)基因基因(

4、 (gene)gene)是是19091909年丹麥植物學(xué)家年丹麥植物學(xué)家W.Johannsen W.Johannsen 根據(jù)希根據(jù)希臘文單詞臘文單詞genos(birth,genos(birth,給予生命）創(chuàng)造的。給予生命）創(chuàng)造的?，F(xiàn)代分子生物學(xué)的基因概念：現(xiàn)代分子生物學(xué)的基因概念： 基因是儲(chǔ)存和表達(dá)某一多肽鏈信息或基因是儲(chǔ)存和表達(dá)某一多肽鏈信息或RNARNA分析分析信息所必需的全部核苷酸序列，即一個(gè)基因不僅信息所必需的全部核苷酸序列，即一個(gè)基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)或包括編碼蛋白質(zhì)或RNARNA的核酸序列，還應(yīng)包括為的核酸序列，還應(yīng)包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。 基因

5、是生命體傳遞和表達(dá)遺傳信息的基本單基因是生命體傳遞和表達(dá)遺傳信息的基本單位。位。第8頁/共75頁第9頁/共75頁2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）基因組基因組(genome)(genome)一詞系由德國(guó)漢堡大學(xué)一詞系由德國(guó)漢堡大學(xué)H. WinklesH. Winkles教授于教授于19201920年首創(chuàng)，從年首創(chuàng)，從GENeGENe和和chromosOMEchromosOME組成。用組成。用于表示于表示生物的全部基因和染色體組成的概念生物的全部基因和染色體組成的概念?；蚪M（基因組（genomegenome）：）：生物所具有的攜帶遺傳生物所具有的攜帶遺傳信息的遺傳物質(zhì)的總和

6、信息的遺傳物質(zhì)的總和, ,是指生物細(xì)胞中所有是指生物細(xì)胞中所有的的DNADNA，包括所有的基因和基因間區(qū)域。，包括所有的基因和基因間區(qū)域。人的核基因組：人的核基因組：3030億億bpbp（最新資料說（最新資料說28.528.5億）億） 2 2 2.52.5萬個(gè)蛋白編碼基因萬個(gè)蛋白編碼基因第9頁/共75頁第10頁/共75頁真核生物基因組：真核生物基因組：核基因組線粒體基因組葉綠體基因組原核生物基因組：原核生物基因組：染色體質(zhì)粒病毒基因組：病毒基因組：病毒顆粒攜帶的遺傳物質(zhì)第10頁/共75頁第11頁/共75頁3. 3. 基因組學(xué)（基因組學(xué)（genomicsgenomics）由美國(guó)科學(xué)家Thomas

7、ThomasRoderickRoderick于19861986年首創(chuàng)?；蚪M學(xué)（基因組學(xué)（genomicsgenomics）：）：就是對(duì)所有基因進(jìn)行基因就是對(duì)所有基因進(jìn)行基因作圖、核苷酸序列分析、作圖、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析基因定位和基因功能分析的一門學(xué)科。的一門學(xué)科。第11頁/共75頁第12頁/共75頁簡(jiǎn)言之，簡(jiǎn)言之，基因組學(xué)基因組學(xué)就是在就是在基因組水平基因組水平上研究上研究基基因組結(jié)構(gòu)和功能因組結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，其內(nèi)容包括基因的的科學(xué)，其內(nèi)容包括基因的結(jié)結(jié)構(gòu)、組成、存在方式、表達(dá)調(diào)控模式、基因的構(gòu)、組成、存在方式、表達(dá)調(diào)控模式、基因的功能和相互作用功能和相互作用等，是研究

8、與解讀生物基因組等，是研究與解讀生物基因組所蘊(yùn)藏的所有遺傳信息的一門新的前沿學(xué)科。所蘊(yùn)藏的所有遺傳信息的一門新的前沿學(xué)科。第12頁/共75頁第13頁/共75頁（二）基因組學(xué)分支（二）基因組學(xué)分支結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)比較基因組學(xué)比較基因組學(xué)第13頁/共75頁第14頁/共75頁1. 1. 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)通過基因組作圖、核苷酸通過基因組作圖、核苷酸序列分析，研究基因組結(jié)序列分析，研究基因組結(jié)構(gòu)，確定基因組成、基因構(gòu)，確定基因組成、基因定位的科學(xué)。定位的科學(xué)。第14頁/共75頁第15頁/共75頁（1 1）基因組測(cè)序）基因組測(cè)序 DNADNA測(cè)序測(cè)序:1000bp:

9、1000bp。 細(xì)菌基因組細(xì)菌基因組:58:58萬萬bpbp 人類基因組人類基因組: :3030億億bpbp。因此，首先將整個(gè)基因組的因此，首先將整個(gè)基因組的DNADNA分解為一分解為一 些小片些小片段，然后將這些分散的小片段逐個(gè)測(cè)序，最后將測(cè)段，然后將這些分散的小片段逐個(gè)測(cè)序，最后將測(cè)序的小片段按序列組裝。序的小片段按序列組裝。第15頁/共75頁第16頁/共75頁（2 2）基因組作圖）基因組作圖在長(zhǎng)鏈在長(zhǎng)鏈DNADNA分子的不同分子的不同位置尋找特征性的分子標(biāo)位置尋找特征性的分子標(biāo)記，繪制基因組圖。記，繪制基因組圖。根據(jù)分子標(biāo)記可以準(zhǔn)確無根據(jù)分子標(biāo)記可以準(zhǔn)確無誤地將已測(cè)序的誤地將已測(cè)序的DN

10、ADNA小片段小片段錨定到染色體的位置上。錨定到染色體的位置上。第16頁/共75頁第17頁/共75頁2. 2. 功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)提供的信息和產(chǎn)物，提供的信息和產(chǎn)物，在基因組系統(tǒng)水平在基因組系統(tǒng)水平上全面分析基因功上全面分析基因功能的科學(xué)能的科學(xué)。第17頁/共75頁第18頁/共75頁功能基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容功能基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容: :(1)(1)進(jìn)一步進(jìn)一步識(shí)別基因以及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控信息識(shí)別基因以及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控信息。(2)(2)弄清弄清所有基因產(chǎn)物的功能所有基因產(chǎn)物的功能，這是目前基因組，這是目前基因組功能分析的主要層次。功能分析的主要層次。(3)(3)研究基

11、因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制研究基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，分析基因產(chǎn)物之，分析基因產(chǎn)物之間的間的相互作用關(guān)系相互作用關(guān)系，繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。，繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。第18頁/共75頁第19頁/共75頁3. 3. 比較基因組學(xué)比較基因組學(xué)研究不同物種之間在基因組結(jié)構(gòu)和功能研究不同物種之間在基因組結(jié)構(gòu)和功能方面的親源關(guān)系及其內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科。方面的親源關(guān)系及其內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科。第19頁/共75頁第20頁/共75頁比較基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容比較基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容: :(1)(1)繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹繪制系統(tǒng)進(jìn)化樹，顯示進(jìn)化過程中最主要的，顯示進(jìn)化過程中最主要的變化所發(fā)生的時(shí)間及特點(diǎn)。據(jù)此可以追蹤物種的變化所發(fā)生的時(shí)間及特點(diǎn)。據(jù)此可

12、以追蹤物種的起源和分支路徑。起源和分支路徑。(2)(2)了解了解同源基因的功能同源基因的功能。(3)(3)對(duì)對(duì)序列差異性的研究序列差異性的研究有助于認(rèn)識(shí)產(chǎn)生大自然生有助于認(rèn)識(shí)產(chǎn)生大自然生物多樣性的基礎(chǔ)。物多樣性的基礎(chǔ)。第20頁/共75頁第21頁/共75頁（三）基因組學(xué)的意義（三）基因組學(xué)的意義生物學(xué)研究生物學(xué)研究醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)生物技術(shù)生物技術(shù)制藥工業(yè)制藥工業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生物進(jìn)化生物進(jìn)化倫理，法律及社會(huì)倫理，法律及社會(huì)尤其是人類疾病基因的研究尤其是人類疾病基因的研究第21頁/共75頁第22頁/共75頁(1)(1)單基因病疾病基因研究單基因病疾病基因研究, ,如血友病等如血友病等人類基因組計(jì)劃使我們

13、了解基因組序列。人類基因組計(jì)劃使我們了解基因組序列。現(xiàn)在采用定位候選克隆方法極大地提高了現(xiàn)在采用定位候選克隆方法極大地提高了發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。第22頁/共75頁第23頁/共75頁（2 2）多基因病疾病基因研究，）多基因病疾病基因研究，例如心臟病，糖尿病，癌癥等。例如心臟病，糖尿病，癌癥等。 用比較基因表達(dá)譜的方法來識(shí)別疾病狀態(tài)下基用比較基因表達(dá)譜的方法來識(shí)別疾病狀態(tài)下基因的激活或抑制。因的激活或抑制。第23頁/共75頁第24頁/共75頁（3 3）癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)劃）癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)劃（Cancer Genome Anatomy ProjectCancer Genome

14、 Anatomy Project，CGAPCGAP） 19961996年癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)劃開始。主要由美國(guó)年癌癥基因組解剖學(xué)計(jì)劃開始。主要由美國(guó)癌癥研究所（癌癥研究所（National cancer instituteNational cancer institute）開展。）開展。第24頁/共75頁第25頁/共75頁二、基因組學(xué)的歷史沿革第25頁/共75頁第26頁/共75頁（一）（一）19001900年代以前年代以前: :前遺傳學(xué)時(shí)代前遺傳學(xué)時(shí)代（1 1）1859 1859 年年C.Darwin C.Darwin 在在On the Origin ofOn the Origin ofSpec

15、iesSpecies這一名著中，提出了物種進(jìn)化的這一名著中，提出了物種進(jìn)化的自然選自然選擇學(xué)說擇學(xué)說達(dá)爾文進(jìn)化論達(dá)爾文進(jìn)化論。生物的來源生物的來源進(jìn)化進(jìn)化生物的性狀生物的性狀遺傳遺傳進(jìn)化的動(dòng)力進(jìn)化的動(dòng)力選擇選擇前遺傳學(xué)時(shí)代前遺傳學(xué)時(shí)代第26頁/共75頁第27頁/共75頁（2 2）18651865年年G.MendelG.Mendel發(fā)表豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了遺發(fā)表豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了遺傳學(xué)的兩大遺傳規(guī)律傳學(xué)的兩大遺傳規(guī)律分離規(guī)律分離規(guī)律和和獨(dú)立分配規(guī)律獨(dú)立分配規(guī)律，并認(rèn)，并認(rèn)為是為是生物體內(nèi)的生物體內(nèi)的遺傳因子遺傳因子或或遺傳顆粒遺傳顆粒控制生物性狀控制生物性狀。前遺傳學(xué)時(shí)代前遺傳學(xué)時(shí)代第

16、27頁/共75頁第28頁/共75頁（二）（二）1900195019001950年代年代: :經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：（標(biāo)志： 1900 1900年年, ,孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生）孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生）人們開始把控制生物遺傳性狀的遺傳單人們開始把控制生物遺傳性狀的遺傳單位稱為位稱為基因基因(gene)(gene)。生命科學(xué)的研究基本生命科學(xué)的研究基本上都是圍繞著上都是圍繞著基因基因來進(jìn)行。來進(jìn)行。經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第28頁/共75頁第29頁/共75頁18391839年年 細(xì)胞學(xué)說的提出；細(xì)胞學(xué)說的提出；18691869年年 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNAD

17、NA；隨后，；隨后，RNARNA也被發(fā)現(xiàn)；也被發(fā)現(xiàn)；18791879年年 染色體的發(fā)現(xiàn)，并認(rèn)為染色體最可能是染色體的發(fā)現(xiàn)，并認(rèn)為染色體最可能是DNA DNA 、RNARNA和蛋白質(zhì)的一種；和蛋白質(zhì)的一種；19021902年年 染色體學(xué)說染色體學(xué)說的產(chǎn)生的產(chǎn)生, ,合理解釋了合理解釋了MendelMendel的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果; ;19101910年年 發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的第三大遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的第三大遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律（決定兩對(duì)性狀的兩對(duì)基因位于同一對(duì)染色體上，就會(huì)發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象）（決定兩對(duì)性狀的兩對(duì)基因位于同一對(duì)染色體上，就會(huì)發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象）證明基因的確存在于染色體上，并呈

18、線狀排列。證明基因的確存在于染色體上，并呈線狀排列。19441944年年 證實(shí)了證實(shí)了DNADNA是攜帶遺傳信息、構(gòu)成染色體的生物大是攜帶遺傳信息、構(gòu)成染色體的生物大分子；分子；經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第29頁/共75頁第30頁/共75頁肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(Griffith, 1928;Avery,1944)(Griffith, 1928;Avery,1944)遺傳物質(zhì)是D DN NA A經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第30頁/共75頁第31頁/共75頁遺傳物質(zhì)是RNA噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)遺傳物質(zhì)是DNA煙草花葉病毒侵染實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒侵染實(shí)驗(yàn)經(jīng)典遺傳學(xué)

19、時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第31頁/共75頁第32頁/共75頁總之總之，自從人們認(rèn)識(shí)到，自從人們認(rèn)識(shí)到“基因決定生物性基因決定生物性狀狀”，“基因的本質(zhì)就是基因的本質(zhì)就是核酸核酸主要是主要是DNADNA”之后，就之后，就從來沒有停止對(duì)基因的研究從來沒有停止對(duì)基因的研究。經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代經(jīng)典遺傳學(xué)時(shí)代第32頁/共75頁第33頁/共75頁（三）（三）1950199019501990年代年代: :分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代 （前基因組學(xué)時(shí)代）（前基因組學(xué)時(shí)代）（標(biāo)志：（標(biāo)志：Watson & Crick Watson & Crick 的的DNADNA雙螺旋結(jié)雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) Natu

20、reNature1953.4.251953.4.25，標(biāo)志，標(biāo)志著分子生物學(xué)時(shí)代的開始）著分子生物學(xué)時(shí)代的開始）分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第33頁/共75頁第34頁/共75頁19531953年年，J.WatsonJ.Watson，F(xiàn).CrickF.Crick根據(jù)根據(jù)DNADNA的的X X射線衍射圖射線衍射圖譜，提出了譜，提出了DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，解釋，解釋基因復(fù)制的機(jī)制基因復(fù)制的機(jī)制，從而真正開始從分子水平上研究生命活動(dòng)。從而真正開始從分子水平上研究生命活動(dòng)。 生物學(xué)研究也從此進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。生物學(xué)研究也從此進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第34

21、頁/共75頁第35頁/共75頁James Dewey Watson（1928）Francis Harry Compton Crick（19162004）分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第35頁/共75頁第36頁/共75頁1953197019531970年年，分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展: : mRNAmRNA、DNADNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)；聚合酶的發(fā)現(xiàn)；DNADNA半保留復(fù)制機(jī)理、操縱子學(xué)說等的提出；半保留復(fù)制機(jī)理、操縱子學(xué)說等的提出；遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；6464個(gè)密碼子破譯；個(gè)密碼子破譯；中心法則：中心法則：“DNA

22、RNADNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”的建立的建立, ,標(biāo)志著標(biāo)志著分子生物學(xué)學(xué)科理論體系形成；分子生物學(xué)學(xué)科理論體系形成；重組重組DNADNA技術(shù)的建立技術(shù)的建立，使得分子生物學(xué)的，使得分子生物學(xué)的技術(shù)體系技術(shù)體系初初步形成步形成，或者說，生命科學(xué)進(jìn)入了，或者說，生命科學(xué)進(jìn)入了前基因組學(xué)時(shí)代前基因組學(xué)時(shí)代。分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第36頁/共75頁第37頁/共75頁1.1.逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則中心法則：DNADNARNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNARNA？蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯？翻譯翻譯分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第37頁/共75頁第38頁/

23、共75頁2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，年代，人們從瘋牛病等疾病中發(fā)現(xiàn)其感染人們從瘋牛病等疾病中發(fā)現(xiàn)其感染因子因子是一種與正常細(xì)胞膜蛋白（是一種與正常細(xì)胞膜蛋白（PrPCPrPC）一級(jí)結(jié)構(gòu)完）一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同，但高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化特性不同的全相同，但高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化特性不同的PrPScPrPSc或或prionprion蛋白蛋白（阮蛋白？）。（阮蛋白？）。 目前的研究提示，這種不含有核酸的目前的研究提示，這種不含有核酸的prionprion蛋白蛋白似乎具有自身復(fù)制的能力，似乎具有自身復(fù)制的能力，也就是說這種蛋白本身也就是說這種蛋白本身就儲(chǔ)備了生命活動(dòng)必需的遺傳信息。就儲(chǔ)備了生命活動(dòng)必需的遺傳信息。2.P

24、rion2.Prion蛋白的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)中心法則的演變蛋白的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)中心法則的演變分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第38頁/共75頁第39頁/共75頁？蛋白質(zhì)DNARNA比較完善的中心法則個(gè)人觀點(diǎn)轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代第39頁/共75頁第40頁/共75頁3.3.工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組DNADNA技術(shù)的建立技術(shù)的建立4.“斷裂基因斷裂基因”的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)5.DNA測(cè)序測(cè)序方法建立，讀取遺傳信息成為可能；方法建立，讀取遺傳信息成為可能；6.PCR技術(shù)技術(shù)建立，建立，7.基因基因表達(dá)與調(diào)控表達(dá)與調(diào)控研究的不斷拓寬和深入；研究的不斷拓寬和深入；8.轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因技術(shù)的

25、建立與轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的成功；技術(shù)的建立與轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的成功；9.人類疾病的人類疾病的基因診斷基因診斷和和基因治療基因治療 分子生物學(xué)時(shí)代分子生物學(xué)時(shí)代盡管人類很早就開始了對(duì)盡管人類很早就開始了對(duì)基因基因的的研究研究，但真，但真正有系統(tǒng)地正有系統(tǒng)地研究基因組、解碼生命研究基因組、解碼生命還是于還是于19901990年年人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)后才開始的。人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)后才開始的。第40頁/共75頁第41頁/共75頁（四）（四）1990200019902000年代：基因組學(xué)時(shí)代年代：基因組學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：人類基因組計(jì)劃的實(shí)施標(biāo)志著基因（標(biāo)志：人類基因組計(jì)劃的實(shí)施標(biāo)志著基因組學(xué)時(shí)代的開始）組學(xué)時(shí)代的開始）

26、基因組學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第41頁/共75頁第42頁/共75頁1.1.人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃人們回顧過去的20世紀(jì)一百年中所取得的輝煌成就時(shí)，認(rèn)為最激動(dòng)人心的偉大創(chuàng)舉之一就是和“曼哈頓原子彈計(jì)劃”、“阿波羅人類登月計(jì)劃”一起被譽(yù)為20世紀(jì)科學(xué)史上三個(gè)里程碑的“人類基因組計(jì)劃”(human genome project,HGP)?；蚪M學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第42頁/共75頁第43頁/共75頁19851985年年5 5月，美國(guó)能源部月，美國(guó)能源部提出提出“人類基因組計(jì)劃草案人類基因組計(jì)劃草案；19861986年年3 3月月7 7日，日，Dulbecco RDulbecco R在在ScienceS

27、cience上發(fā)表了上發(fā)表了一篇有關(guān)開展人類基因組計(jì)劃的短文一篇有關(guān)開展人類基因組計(jì)劃的短文, ,推動(dòng)了全世界的人推動(dòng)了全世界的人類基因組計(jì)劃的發(fā)展；類基因組計(jì)劃的發(fā)展；19901990年年1010月月1 1日日美國(guó)國(guó)會(huì)美國(guó)國(guó)會(huì)正式批準(zhǔn)正式批準(zhǔn)的的“人類基因組計(jì)人類基因組計(jì)劃劃”。計(jì)劃在。計(jì)劃在1515年內(nèi)投入年內(nèi)投入3030億美元以上的資金進(jìn)行人類億美元以上的資金進(jìn)行人類基因組的分析，即對(duì)人類基因組的分析，即對(duì)人類3 310109 9個(gè)核苷酸進(jìn)行測(cè)序。個(gè)核苷酸進(jìn)行測(cè)序。基因組學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第43頁/共75頁第44頁/共75頁（1 1）HGP(human genome project,HG

28、P)HGP(human genome project,HGP)的內(nèi)容：的內(nèi)容：人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、基因組研究技術(shù)的建立與創(chuàng)新、模式生物基因基因組研究技術(shù)的建立與創(chuàng)新、模式生物基因組作圖和測(cè)序、信息系統(tǒng)的建立、儲(chǔ)存及相應(yīng)組作圖和測(cè)序、信息系統(tǒng)的建立、儲(chǔ)存及相應(yīng)軟件的開發(fā)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。軟件的開發(fā)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。2.HGP2.HGP的內(nèi)容、任務(wù)與進(jìn)展的內(nèi)容、任務(wù)與進(jìn)展基因組學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第44頁/共75頁第45頁/共75頁（2 2）HGPHGP的任務(wù)的任務(wù)HGPHGP的基本任務(wù)可用的基本任務(wù)可用4 4張圖譜來概括，即張圖譜來概括，

29、即遺傳遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖（基因圖）、序列圖圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖（基因圖）、序列圖?；蚪M學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第45頁/共75頁第46頁/共75頁A.A. 遺傳圖遺傳圖(genetic map)(genetic map)：又稱連鎖圖又稱連鎖圖( (linkagemaplinkagemap),),是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)記作為是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)記作為“位標(biāo)位標(biāo)”，遺傳，遺傳學(xué)距離為學(xué)距離為“圖距圖距”的基因組圖。的基因組圖。 需要應(yīng)用多態(tài)性標(biāo)志需要應(yīng)用多態(tài)性標(biāo)志RFLPRFLP、VNTRVNTR（串聯(lián)重復(fù)順序（串聯(lián)重復(fù)順序多態(tài)性）、多態(tài)性）、SNPSNP。B.B.物理圖譜（物理圖譜（ph

30、ysical mapphysical map）：）：是以一段已知核苷是以一段已知核苷酸的酸的DNADNA片段為片段為“位標(biāo)位標(biāo)”, ,以以DNADNA實(shí)際長(zhǎng)度實(shí)際長(zhǎng)度(Mb(Mb或或Kb)Kb)作作為圖距的基因組圖。為圖距的基因組圖?；蚪M學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第46頁/共75頁第47頁/共75頁C.C.轉(zhuǎn)錄圖（轉(zhuǎn)錄圖（transcription map)transcription map)：是以表達(dá)是以表達(dá)序列標(biāo)記序列標(biāo)記(expressed sequence tags,EST)(expressed sequence tags,EST)作為位標(biāo)，實(shí)際上就是人類作為位標(biāo)，實(shí)際上就是人類“ “ 基因

31、圖基因圖” ” 的的雛雛形形，又稱，又稱cDNAcDNA圖或圖或“表達(dá)序列圖表達(dá)序列圖”。D.D.序列圖序列圖(sequence map)(sequence map)：也就是人類基因組也就是人類基因組核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳盡的物理圖。盡的物理圖?；蚪M學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第47頁/共75頁第48頁/共75頁物理圖譜序列圖譜遺傳圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜這四張圖被譽(yù)為人類這四張圖被譽(yù)為人類“分子水平上的的解剖圖分子水平上的的解剖圖”或或“生命元素周期表生命元素周期表”，可見其重要性。，可見其重要性?；蚪M學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第48頁/共75頁第49頁/共7

32、5頁3. HGP3. HGP的幾個(gè)階段性工作的幾個(gè)階段性工作（1 1）在）在20002000年年6 6月月完成完成“工作框架圖工作框架圖”。（2 2）在）在20012001年年2 2月月1515日、日、1616日日NatureNature、ScienceScience幾乎同時(shí)幾乎同時(shí)發(fā)表人類基因組的草圖發(fā)表人類基因組的草圖, ,人類基因組計(jì)劃的測(cè)序基本完成。人類基因組計(jì)劃的測(cè)序基本完成。（3 3）20012001年年完成的序列圖譜完成的序列圖譜。基因組學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代（4 4）20032003年年4 4月）月）HGPHGP正式宣告全部完成正式宣告全部完成, ,各項(xiàng)指標(biāo)均如各項(xiàng)指標(biāo)均如期完成。

33、期完成。（5 5） 2005 2005年年2 2月月1818日首次公布人類日首次公布人類基因差異圖譜基因差異圖譜，從而，從而向真正向真正個(gè)人化醫(yī)療個(gè)人化醫(yī)療邁進(jìn)了一大步。邁進(jìn)了一大步。（6 6）20042004年年1010月月2121日日, ,認(rèn)為人類只有認(rèn)為人類只有2 2萬萬 2.52.5萬個(gè)基因萬個(gè)基因, ,比原先預(yù)計(jì)的比原先預(yù)計(jì)的1010萬個(gè)基因數(shù)要少得多。萬個(gè)基因數(shù)要少得多。第49頁/共75頁第50頁/共75頁最新研究顯示人類基因數(shù)量比原先估計(jì)少得多，這是人最新研究顯示人類基因數(shù)量比原先估計(jì)少得多，這是人類與其他種類基因數(shù)量的比較類與其他種類基因數(shù)量的比較 (2004.10.21(20

34、04.10.21NatureNature) )30,000Mouse基因組學(xué)時(shí)代基因組學(xué)時(shí)代第50頁/共75頁第51頁/共75頁（五）（五）20012001后基因組學(xué)時(shí)代后基因組學(xué)時(shí)代（標(biāo)志：標(biāo)志：功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的興起標(biāo)志著后基因組學(xué)時(shí)代的開始興起標(biāo)志著后基因組學(xué)時(shí)代的開始）后基因組學(xué)時(shí)代后基因組學(xué)時(shí)代第51頁/共75頁第52頁/共75頁三、后基因組學(xué)產(chǎn)生的背景第52頁/共75頁第53頁/共75頁遺傳信息并不直接參與生命活動(dòng)遺傳信息并不直接參與生命活動(dòng)。一個(gè)基因所。一個(gè)基因所含的遺傳信息，通過一系列復(fù)雜的反應(yīng)，最終含的遺傳信息，通過一系列復(fù)雜的反應(yīng)，最終導(dǎo)致

35、了相應(yīng)的蛋白質(zhì)形成，導(dǎo)致了相應(yīng)的蛋白質(zhì)形成，蛋白質(zhì)再參與到生蛋白質(zhì)再參與到生命的各種活動(dòng)中去。命的各種活動(dòng)中去。第53頁/共75頁第54頁/共75頁不管怎么說，人類基因組計(jì)劃（不管怎么說，人類基因組計(jì)劃（HGPHGP）經(jīng)過各）經(jīng)過各國(guó)科學(xué)家十幾年的的努力，人類基因組計(jì)劃已取國(guó)科學(xué)家十幾年的的努力，人類基因組計(jì)劃已取得了巨大成績(jī)得了巨大成績(jī), ,整個(gè)計(jì)劃已提前完成整個(gè)計(jì)劃已提前完成. .所取得的劃所取得的劃時(shí)代研究成果時(shí)代研究成果人類基因草圖的完成宣告了一個(gè)人類基因草圖的完成宣告了一個(gè)新的紀(jì)元新的紀(jì)元“ “ 后基因組學(xué)（后基因組學(xué)（post-genomicspost-genomics）時(shí)）時(shí)代代

36、”的到來。的到來。第54頁/共75頁第55頁/共75頁后基因組學(xué)時(shí)代要做的工作，就是后基因組學(xué)時(shí)代要做的工作，就是如何將人如何將人類基因組計(jì)劃所獲知的人類基因序列轉(zhuǎn)變?yōu)轭惢蚪M計(jì)劃所獲知的人類基因序列轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)人類自身奧秘的認(rèn)識(shí)？如何對(duì)這些基因加對(duì)人類自身奧秘的認(rèn)識(shí)？如何對(duì)這些基因加以利用？以利用？功能基因組學(xué)將成為新世紀(jì)最大戰(zhàn)略資源功能基因組學(xué)將成為新世紀(jì)最大戰(zhàn)略資源人類基因資源奪戰(zhàn)的重要人類基因資源奪戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)場(chǎng)” ” 。第55頁/共75頁第56頁/共75頁功能基因組學(xué)主要是采用一系列新技術(shù)，對(duì)功能基因組學(xué)主要是采用一系列新技術(shù)，對(duì)成千上萬的基因表達(dá)進(jìn)行分析比較，并成千上萬的基因表達(dá)進(jìn)

37、行分析比較，并從基從基因整體水平上因整體水平上對(duì)基因的活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行闡述。對(duì)基因的活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行闡述。它拋棄了經(jīng)典分子生物學(xué)它拋棄了經(jīng)典分子生物學(xué)零敲碎打地零敲碎打地研究各研究各別基因的習(xí)慣，力求從細(xì)胞水平上解決基因別基因的習(xí)慣，力求從細(xì)胞水平上解決基因組問題組問題，以建立對(duì)生命現(xiàn)象的，以建立對(duì)生命現(xiàn)象的整體認(rèn)識(shí)整體認(rèn)識(shí)。第56頁/共75頁第57頁/共75頁在過去的在過去的5050多年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)生命科學(xué)的多年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)生命科學(xué)的主主要目標(biāo)要目標(biāo)是尋找是尋找特定的特定的基因基因或或蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，從，從而在分子水平上根據(jù)而在分子水平上根據(jù)個(gè)別的個(gè)別的基因基因或或蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)行為來行為來解釋生命活動(dòng)解釋生命

38、活動(dòng)。第57頁/共75頁第58頁/共75頁隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，過去得隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，過去得到的圖景過于到的圖景過于簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單。生命實(shí)際上是一個(gè)由。生命實(shí)際上是一個(gè)由成成千上萬種千上萬種基因、蛋白質(zhì)和其他化學(xué)分子基因、蛋白質(zhì)和其他化學(xué)分子相互相互作用構(gòu)成的作用構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)；對(duì)于高等生物而言，；對(duì)于高等生物而言，除了除了分子層面分子層面的復(fù)雜行為外，還有著的復(fù)雜行為外，還有著細(xì)胞、細(xì)胞、組織和器官等不同層面組織和器官等不同層面的復(fù)雜活動(dòng)；生命現(xiàn)的復(fù)雜活動(dòng)；生命現(xiàn)象是這樣一種復(fù)雜系統(tǒng)的整體行為。象是這樣一種復(fù)雜系統(tǒng)的整體行為。第58頁/共75頁第59頁/共75頁四

39、、后基因組學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容與發(fā)展趨勢(shì)第59頁/共75頁第60頁/共75頁 20 20世紀(jì)是以世紀(jì)是以核酸的研究核酸的研究為中心，帶動(dòng)了生命為中心，帶動(dòng)了生命科學(xué)不斷向縱深發(fā)展：科學(xué)不斷向縱深發(fā)展： 50 50年代的年代的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋結(jié)構(gòu)， 60 60年代的操縱子學(xué)說，年代的操縱子學(xué)說， 70 70年代的年代的DNADNA重組重組, , 80 80年代的年代的PCRPCR技術(shù)，技術(shù)， 90 90年代的年代的DNADNA測(cè)序測(cè)序, , 21 21世紀(jì)的蛋白質(zhì)組技術(shù)、基因（生物）芯片技世紀(jì)的蛋白質(zhì)組技術(shù)、基因（生物）芯片技術(shù)、術(shù)、RNAiRNAi技術(shù)、干細(xì)胞研究等都具有里程碑的意義

40、。技術(shù)、干細(xì)胞研究等都具有里程碑的意義。第60頁/共75頁第61頁/共75頁將生命科學(xué)帶向一個(gè)：將生命科學(xué)帶向一個(gè)：由宏觀到微觀再到宏由宏觀到微觀再到宏觀、由分析到綜合的時(shí)代觀、由分析到綜合的時(shí)代。那么，。那么，2121世紀(jì)生命世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)怎樣呢？隨著科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)怎樣呢？隨著“人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃”的實(shí)施和完成，人類基因組研究的重點(diǎn)正在由的實(shí)施和完成，人類基因組研究的重點(diǎn)正在由“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”向向“功能功能”轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移。在在2121世紀(jì)的生命科學(xué)世紀(jì)的生命科學(xué)后基因組學(xué)后基因組學(xué)時(shí)代，主要時(shí)代，主要的的重點(diǎn)研究領(lǐng)域重點(diǎn)研究領(lǐng)域有那些呢？有那些呢？第61頁/共75頁第62頁/共75頁

41、（一）功能基因組學(xué)（一）功能基因組學(xué)（Functional genomicsFunctional genomics）（二）轉(zhuǎn)錄組學(xué)（二）轉(zhuǎn)錄組學(xué)（TranscriptomicsTranscriptomics）（三）蛋白質(zhì)組學(xué)（三）蛋白質(zhì)組學(xué) （Proteomics)Proteomics)（四）代謝組學(xué)（四）代謝組學(xué) (Metabolomics)(Metabolomics)（五）糖組學(xué)（五）糖組學(xué) (Glycomics)(Glycomics)（六）表型組學(xué)（六）表型組學(xué)(Phenomics)(Phenomics) 因此，我們認(rèn)為，因此，我們認(rèn)為，2121世紀(jì)的生命科學(xué)主要世紀(jì)的生命科學(xué)主要的的重

42、點(diǎn)研究領(lǐng)域重點(diǎn)研究領(lǐng)域有：有：（七）相互作用組學(xué)（七）相互作用組學(xué)(Interactomics)(Interactomics)第62頁/共75頁第63頁/共75頁以上內(nèi)容構(gòu)成了后基因組學(xué)的以上內(nèi)容構(gòu)成了后基因組學(xué)的時(shí)代特征時(shí)代特征、主要、主要研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容和和發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)。我們有理由相信，后基因組計(jì)劃將比人類基因我們有理由相信，后基因組計(jì)劃將比人類基因組計(jì)劃更宏偉，將給人類社會(huì)和人們的生活帶來更組計(jì)劃更宏偉，將給人類社會(huì)和人們的生活帶來更加深刻的影響。加深刻的影響。（九）生物信息學(xué)（九）生物信息學(xué)(Bioinformatics)(Bioinformatics)( (十十) ) 腦研究腦研

43、究(Brain Research(Brain Research；腦計(jì)劃；腦計(jì)劃,Brain,BrainProject ) Project ) （神經(jīng)、認(rèn)知、記憶、智力等等）（神經(jīng)、認(rèn)知、記憶、智力等等）（八）免疫組學(xué)（八）免疫組學(xué)(Immnuomins)(Immnuomins)第63頁/共75頁第64頁/共75頁所需要的生物學(xué)技術(shù)所需要的生物學(xué)技術(shù)1. 1. 重組重組DNADNA技術(shù)；技術(shù)；2. PCR2. PCR技術(shù)；技術(shù)；3. DNA3. DNA測(cè)序技術(shù)；測(cè)序技術(shù)；4. 4. 轉(zhuǎn)基因技術(shù)；轉(zhuǎn)基因技術(shù)；5. 5. 基因敲出與基因敲入；基因敲出與基因敲入；6. RNAi6. RNAi技術(shù)；技術(shù)

44、；7. 7. 生物信息學(xué)技術(shù)；生物信息學(xué)技術(shù)；8. 8. 蛋白質(zhì)研究技術(shù)；蛋白質(zhì)研究技術(shù)；9. 9. 組合化學(xué)技術(shù)；組合化學(xué)技術(shù)；10.10.生物芯片（生物芯片（DNADNA芯片、蛋白芯片）技術(shù)；芯片、蛋白芯片）技術(shù)；第64頁/共75頁第65頁/共75頁思考題思考題1.1.基因組與基因組學(xué)的概念基因組與基因組學(xué)的概念. .2.2.基因組學(xué)包括哪些研究?jī)?nèi)容基因組學(xué)包括哪些研究?jī)?nèi)容? ?3.3.基因組學(xué)的歷史變革與發(fā)展趨勢(shì)基因組學(xué)的歷史變革與發(fā)展趨勢(shì)? ?4.4.凡是疾病都與基因有關(guān)凡是疾病都與基因有關(guān) ? ?5.5.基因組學(xué)的發(fā)展與人類的生存、生活及健基因組學(xué)的發(fā)展與人類的生存、生活及健 康的關(guān)系？康的關(guān)系？第65頁/共75頁第66頁/共75頁第66頁/共75頁第67頁/共75頁（一）基因組學(xué)基本概念（一）基因組學(xué)基本概念1. 1. 基因（基因（genegene）2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）3. 3. 基因組學(xué)（基因組學(xué)（genomicsgenomics）第67頁/共75頁第68頁/共75頁簡(jiǎn)言之，簡(jiǎn)言之，基因組學(xué)基因組學(xué)就是在就是在基因組水平基因組水平上研究上研究基基因組結(jié)構(gòu)和功能因組結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，其內(nèi)容包括基因的的科學(xué)，其內(nèi)容包括基因的結(jié)結(jié)