第三節(jié)基因組教案

第三節(jié)基因組教學(xué)目的：1、掌握基因組的概念的定義、基因組的特點(diǎn)和人類基因組，各類生物基因組的特點(diǎn)。2、掌握基因組的染色體的單倍體、遺傳圖譜、基因圖譜、物理圖譜、序列圖譜的定義3、熟悉遺傳圖譜和基因圖譜4、理解人類基因的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：1、掌握基因組的有關(guān)定義、基因組的特點(diǎn)和人類基因組2、掌握基因組的染色體的單倍體、遺傳圖譜、基因圖譜、物理圖譜、序列圖譜的義教學(xué)難點(diǎn)：遺傳圖譜、基因圖譜、物理圖譜、序列圖譜教學(xué)學(xué)時(shí)：6時(shí)教學(xué)辦法：運(yùn)用多媒體及視頻作輔助教學(xué)、講授教學(xué)教學(xué)內(nèi)容：從簡(jiǎn)樸的病毒到復(fù)雜的高等動(dòng)植物細(xì)胞，都有一套決定于生物基本特性和功效的遺傳信息，貯存于病毒或細(xì)胞的核酸中；RNA和蛋白質(zhì)的構(gòu)造信息都以基因的形式貯存于DNA（或RNA）中；DNA中有大量非編碼序列，在真核生物中高達(dá)95%以上；含有一種生物的一整套遺傳信息的遺傳物質(zhì)，稱為基因組。病毒、原核生物及真核生物所貯存的遺傳信息量有巨大的差別，其基因組的構(gòu)造與組織形式上也各有特點(diǎn)。一、基因組的定義：基因組：一種細(xì)胞或者生物體所攜帶的一套完整的單倍體（單倍體：是體細(xì)胞染色體組數(shù)等于本物種配子染色體組數(shù)的個(gè)體）序列（DNA分子是由4種核苷酸（A,T,G,C）排列構(gòu)成，DNA序列就是構(gòu)成某一DNA分子的核苷酸的排列次序。），涉及全套基因和間隔序列。可是基因組測(cè)序的成果發(fā)現(xiàn)基因編碼序列只占整個(gè)基因組序列的很小一部分。因此，基因組是指單倍體細(xì)胞中涉及編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部DNA分子。全部生命都含有指令其生長(zhǎng)發(fā)育、維持其構(gòu)造與功效所必需的遺傳信息，生物中攜帶遺傳信息的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組。說(shuō)的更確切些，核基因組是單倍體細(xì)胞核內(nèi)的全部DNA分子；線粒體基因組則是一種線粒體所包含的全部DNA分子；葉綠體基因組則是一種葉綠體所包含的全部DNA分子。對(duì)細(xì)菌和噬菌體（噬菌體是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的細(xì)菌病毒的總稱）而言，它們的基因組是單個(gè)染色體上所含的全部基因。而真核生物的基因組是維持配子或配子體正常功效的最基本的一套染色體及其所攜帶的全部基因。基因組不是簡(jiǎn)樸的基因隨機(jī)組合，而是有功效性的高級(jí)構(gòu)造。中國(guó)研究人員成功破高山倭wēi蛙基因組迄今為止破譯的首個(gè)當(dāng)代蛙類基因組。二、基因組的構(gòu)造特點(diǎn)細(xì)菌和真核生物基因組及高等真核生物和低等真核生物基因組之間，基因構(gòu)造和基因在基因組中的組織方式有明顯不同。細(xì)菌和大多數(shù)低等真核生物有高度復(fù)雜的高基因密度的小基因組，基因組的大部分是可體現(xiàn)的單一DNA次序，其特點(diǎn)是基因小，沒(méi)有內(nèi)含子。而高級(jí)真核生物的基因組大，重要是非編碼的DNA，能夠是單一次序或重復(fù)次序?；虼笮∽兓艽?，包含多個(gè)內(nèi)含子，內(nèi)含子普通比外顯子大。在細(xì)菌中，基因經(jīng)常根據(jù)功效成簇排列成操縱子，但在真核生物中極少。構(gòu)造：指不同的基因功效區(qū)域在核酸分子中的分布和排列狀況。功效：貯存和體現(xiàn)遺傳信息特點(diǎn)：1）、基因組儲(chǔ)存了生物體整套的遺傳信息基因組：泛指一種細(xì)胞或病毒的全部遺傳信息。在真核生物體中，基因組是指一套完整單倍體DNA(染色體DNA)和線粒體DNA的全部序列，既涉及編碼序列，也涉及大量存在的非編碼序列。人類基因組包含22條常染色體和X、Y兩條性染色體上的全部遺傳物質(zhì)（核基因組）以及胞漿線粒體上的遺傳物質(zhì)（線粒體基因組）。某些病毒的基因組由RNA構(gòu)成。2）、不同生物基因組蘊(yùn)含的遺傳信息量有著巨大的差別基因組的大小普通以其DNA含量來(lái)表達(dá)，單倍體基因組中的全部DNA量稱為C值；DNA的長(zhǎng)度是根據(jù)堿基對(duì)的多少推算出來(lái)的。各門生物存在著一種C值范疇，在每一門中隨著生物復(fù)雜性的增加，其基因組大小的最低程度也隨之增加。不同生物的基因組大小差別很大。基因組大小和DNA含量隨著生物進(jìn)化復(fù)雜程度的增加以及生物構(gòu)造和功效復(fù)雜程度的增加而逐步上升；高等生物含有比低等生物更復(fù)雜的生命活動(dòng)，因此，理論上應(yīng)當(dāng)是它們的C值也應(yīng)當(dāng)更高。但是事實(shí)上C值沒(méi)有體現(xiàn)出與物種進(jìn)化程度有關(guān)的趨勢(shì)。高等生物的C值不一定就意味著它的C值高于比它低等的生物。這種生物學(xué)上的DNA總量的比較和矛盾，稱為C值悖論。C值矛盾：如人的C值只有109bp，肺魚的C值為1011bp；基因組的大小與基因的數(shù)目沒(méi)有直接的線性關(guān)系。3）、不同生物基因組的構(gòu)造與組織形式也明顯不同原核生物的基因組普通較小，構(gòu)造比較簡(jiǎn)樸；病毒基因組的大小和構(gòu)造差別較大；真核生物基因組普通較龐大，但構(gòu)造基因在基因組中所占的比例較小，其中編碼序列更小，且存在大量重復(fù)序列；人的基因組中只有2~3%的DNA序列是編碼序列。4）、不同的生物體，其基因組的大小和復(fù)雜程度各不相似，進(jìn)化程度越高的生物其基因組越復(fù)雜。真核生物、原核生物和病毒的基因組有不同的特點(diǎn)：原核生物的基因組普通較小，構(gòu)造比較簡(jiǎn)樸；病毒基因組的大小和構(gòu)造差別較大；核生物基因組普通較龐大，但構(gòu)造基因在基因組中所占的比例較小，其中編碼序列更小，且存在大量重復(fù)序列；人的基因組中只有2~3%的DNA序列是編碼序列。一）、真核生物基因組特點(diǎn)：1.基因組較大。真核生物的基因組由多條線形的染色體構(gòu)成，每條染色體有一種線形的DNA分子，每個(gè)DNA分子有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；2.不存在操縱子構(gòu)造。真核生物的同一種基因簇的基因，不會(huì)像原核生物的操縱子構(gòu)造那樣，轉(zhuǎn)錄到同一種mRNA上；3.存在大量的重復(fù)序列。真核生物的基因組里存在大量重復(fù)序列，通過(guò)其重復(fù)程度可將其分成高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列、低度重復(fù)序列和單一序列；4.有斷裂基因。大多數(shù)真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因都含有“居間序列”，即不為多肽編碼，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在mRNA前體的加工過(guò)程中被切除的成分；5.真核生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋樱?.功效有關(guān)基因構(gòu)成多個(gè)基因家族。二）原核生物基因組特點(diǎn)1.基因組較小，普通只有一種環(huán)形或線形的DNA分子；2.普通只有一種DNA復(fù)制起點(diǎn)；3.非編碼區(qū)重要是調(diào)控序列；4.存在可移動(dòng)的DNA序列；5.基因密度非常高，基因組中編碼區(qū)不不大于非編碼區(qū)；6.構(gòu)造基因沒(méi)有內(nèi)含子，多為單拷貝，構(gòu)造基因無(wú)重疊現(xiàn)象；基因重疊：指基因組DNA中某些序列被兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因所共用。這些基因序列之間互相有重疊，因此稱基因重疊7.重復(fù)序列極少，重復(fù)片段為轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座因子(TE)是細(xì)胞中能變化本身位置的一段DNA序列）；轉(zhuǎn)座因子變化位置，如：從染色體的一種位置轉(zhuǎn)移到另一種位置，或者從質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到染色體的行為稱為轉(zhuǎn)座。8.有編碼同工酶的等基因；9.基因組的大部分序列是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)的，基因之間的間隔序列很短；10.廣泛存在操縱子構(gòu)造。操縱子是指數(shù)個(gè)功效上有關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，構(gòu)成一種基因的體現(xiàn)單位。三）病毒基因組特點(diǎn)1.不同病毒基因組大小相差較大；2.不同病毒基因組能夠是不同構(gòu)造的核酸；3.除逆轉(zhuǎn)錄病毒外，普通為單倍體基因組（某物種的基因組稱之為它的單倍體基因組）；4.有的病毒基因組是持續(xù)的，有的病毒基因組分節(jié)段；5.有的基因有內(nèi)含子；6.病毒基因組大部分為編碼序列；7.基因重疊。即同一段DNA片段能夠編碼兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)分子，這種現(xiàn)象在其它生物細(xì)胞中僅見于線粒體和質(zhì)粒DNA三、基因組的染色體倍數(shù)性和數(shù)目基因的劑量：指一種細(xì)胞中某基因的拷貝數(shù)。將一種細(xì)胞中特定基因的拷貝數(shù)目定義為劑量，而整個(gè)基因組的拷貝數(shù)被定義為細(xì)胞的倍數(shù)性，在真核生物中這就是染色體的數(shù)目。真核細(xì)胞如只有一組染色體則為單倍體，有兩組則為二倍體。細(xì)胞的倍數(shù)性——指細(xì)胞中整套染色體的拷貝數(shù)，真核細(xì)胞就是指染色體的數(shù)目，如2倍體細(xì)胞，4倍體細(xì)胞等在真核生物中，一倍體數(shù)目是代表基因組一份拷貝的染色的數(shù)目，即一套染色體中染色體的數(shù)目。單倍數(shù)是配子（配子是指生物進(jìn)行有性繁殖時(shí)由生殖細(xì)胞所產(chǎn)生的成熟性細(xì)胞。例如，精子和卵子。）中染色體的數(shù)目，在大多數(shù)真核生物中，配子包含一套染色體，二倍體數(shù)目為大多數(shù)動(dòng)物體細(xì)胞中染色體總數(shù)。C值是單倍體基因組中DNA的總量，它可用堿基對(duì)、分子量來(lái)表達(dá)。有時(shí)染色體倍數(shù)性可用C值表達(dá)，如二倍體細(xì)胞為2C.。核型是描述總?cè)旧w數(shù)目和性染色體構(gòu)象的方式。在異常細(xì)胞中，核型增加表達(dá)特定染色體異常。四、遺傳圖譜、基因圖譜、物理圖譜、序列圖譜1、遺傳圖譜定義：某一物種的染色體圖譜（也就是我們所知的連鎖圖譜），顯示所知的基因和/或遺傳標(biāo)記的相對(duì)位置，而不是在每條染色體上特殊的物理位置。它是以含有遺傳多態(tài)性（遺傳多態(tài)性：同一群體中兩種或兩種以上變異類型并存的現(xiàn)象，其中最少的一種類型也并非由于重復(fù)突變才得以維持，并且變異類型不涉及持續(xù)性變異如人的高度等。）的遺傳標(biāo)記為“路標(biāo)”，以遺傳學(xué)距離為圖距的基因組圖。它的原理是真核生物遺傳過(guò)程中會(huì)發(fā)生減數(shù)分裂，此過(guò)程中染色體要進(jìn)行重組和交換，這種重組和交換概率會(huì)隨著染色體上任意兩點(diǎn)間相對(duì)距離的遠(yuǎn)近而發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化。由此就能夠推斷出同一條染色體兩點(diǎn)間的相對(duì)距離和位置關(guān)系，得到的這張圖譜也就只能顯示標(biāo)記之間的相對(duì)距離。如果同一條染色體上的兩個(gè)基因相對(duì)距離越長(zhǎng)，那么他們減數(shù)分裂發(fā)生重組的概率將越大，共同遺傳的概率也就越小。因此能夠根據(jù)他們后裔性狀的分離能夠判斷他們的交換率，也就能夠判斷他們?cè)谶z傳圖譜上的相對(duì)距離。我們稱這一相對(duì)距離為遺傳距離，由此構(gòu)建的圖譜被稱為遺傳圖譜。重要作用：通過(guò)遺傳重組所得到的基因在具體染色體上線性排列圖稱為遺傳連鎖圖。它是通過(guò)計(jì)算連鎖的遺傳標(biāo)志之間的重組頻率，擬定他們的相對(duì)距離，普通用厘摩(cM，即每次減數(shù)分裂的重組頻率為1%)來(lái)表達(dá)。繪制遺傳連鎖圖的辦法有諸多，但是在DNA多態(tài)性技術(shù)未開發(fā)時(shí)，鑒定的連鎖圖極少，隨著DNA多態(tài)性的開發(fā)，使得可運(yùn)用的遺傳標(biāo)志數(shù)目快速擴(kuò)增。早期使用的多態(tài)性標(biāo)志有RFLP(限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性)、RAPD(隨機(jī)引物擴(kuò)增多態(tài)性DNA)、AFLP(擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性)；80年代后出現(xiàn)的有STR(短串聯(lián)重復(fù)序列，又稱微衛(wèi)星)DNA遺傳多態(tài)性分析和90年代發(fā)展的SNP(單個(gè)核苷酸的多態(tài)性)分析。構(gòu)建遺傳圖譜的基本辦法：雜交實(shí)驗(yàn)和家系分析首先要根據(jù)遺傳材料選擇適宜的作圖群體,再應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)基因型進(jìn)行標(biāo)記分析,擬定標(biāo)記間的連鎖關(guān)系.重要涉及構(gòu)建適宜的遺傳群體,涉及親本的選擇,分離群體類型的選擇及群體大小的擬定等；運(yùn)用適宜的分子標(biāo)記進(jìn)行分析；運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行圖譜構(gòu)建,建立標(biāo)記間的連鎖排序和遺傳距離；運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件繪出遺傳圖譜這幾個(gè)部分.構(gòu)建連鎖圖譜是基于染色體的交換與重組上的.在細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí),非同源染色體上的基因互相獨(dú)立自由組合,同源染色體上的基因產(chǎn)生交換與重組.位于同一染色體上的相鄰基因在減數(shù)分裂過(guò)程中體現(xiàn)為基因連鎖,如果同一條染色體上的兩個(gè)基因相對(duì)距離越長(zhǎng),那么他們減數(shù)分裂發(fā)生重組的概率將越大,共同遺傳的概率也就越小.因此能夠根據(jù)他們后裔性狀的分離能夠判斷他們的交換率,也就能夠判斷他們?cè)谶z傳圖譜上的相對(duì)距離.普通用重組率來(lái)表達(dá)基因間的遺傳距離,圖距單位用厘摩表達(dá),一種厘摩的大小相稱于1%的重組率.2、基因圖譜基因圖譜是鑒別人類現(xiàn)在認(rèn)為的全部6萬(wàn)~10萬(wàn)個(gè)基因，其中涉及決定各類RNA的基因。理解基因行使得功效及其在全部基因中所占的比例，搞清全部基因以及基因組中其它序列的構(gòu)造與功效，才是人類基因組計(jì)劃的最后目的?；驁D譜是用以表達(dá)基因在一種DNA分子(染色體或質(zhì)粒)上相對(duì)位置、連鎖關(guān)系或物理構(gòu)成(序列)的圖示.基因圖譜就是31億個(gè)“字母”——A、T、G、C的排列組合。對(duì)生物的基因進(jìn)行鑒定，此測(cè)定它的染色體上的特定為止，然后用圖的方式把他表達(dá)出來(lái)，就行成了基因圖譜?；驁D譜的重要作用：中國(guó)人有自己的基因背景，有著悠久歷史、文化傳統(tǒng)的中華民族，在長(zhǎng)久的進(jìn)化發(fā)展中形成了本身獨(dú)特的生活方式和習(xí)慣，對(duì)環(huán)境適應(yīng)和疾病的發(fā)生也有其不同于其它族群和群體之處。建立中國(guó)人和亞洲人的參考基因組圖譜，對(duì)中華民族的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)和健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有著不言而喻的重要性和必要性。如人們想懂得為什么肝病、鼻咽癌等疾病在中國(guó)人群里發(fā)病率非常高，有些病，如中國(guó)人很普通的流行性感冒，對(duì)于白種人來(lái)說(shuō)可能非常厲害。因此想理解中國(guó)人自己的遺傳背景，就先要把中國(guó)人自己的基因測(cè)定清晰。1）如果有了自己的基因圖譜，就能夠懂得自己和疾病之間的關(guān)系。如懂得自己得糖尿病的幾率比較高，就能夠控制飲食，提前鍛煉，經(jīng)常去檢查身體，提早治療。人類的基因決定了人的生老病死，它存在于人體每一種細(xì)胞內(nèi)的脫氧核糖核酸分子即DNA分子。DNA分子在細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，由兩條互相盤繞的鏈構(gòu)成，每一條鏈都是由單一成分首位相接縱向排列而成，這種單一成分被稱為堿基（由于這些化合物溶于水中能形成堿性溶液）。堿基有4種，分別簡(jiǎn)寫為A、T、G、C。它們排列組合構(gòu)成了基因。2）個(gè)人基因圖譜承載著個(gè)人的全部生命秘密，個(gè)體此后的愛好、愛好，體能，飲食習(xí)慣、性格及多個(gè)潛在的遺傳病等都清晰地寫在個(gè)人的基因圖譜上。3）個(gè)人基因圖譜最成功的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是預(yù)測(cè)遺傳疾病。科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了大概1400種遺傳疾病基因。含有遺傳病家族史的人，只要做一張個(gè)人基因圖譜檢測(cè)，在醫(yī)生的協(xié)助下就能夠懂得患有何種遺傳病、何時(shí)發(fā)病、何時(shí)治療等信息。這是最樂(lè)觀的、對(duì)部分遺傳病的預(yù)測(cè)。但是人類的大部分遺傳疾病病因十分復(fù)雜，大多數(shù)狀況下一種遺傳病是多基因的共同作用的成果，而不是單基因引發(fā)的。例如科學(xué)家推測(cè)，精神分裂癥就很可能與多基因互相作用有關(guān)。但要想理解終究是哪些基因發(fā)生了作用，可能需要對(duì)上千名患者進(jìn)行基因組測(cè)序，然后再與健康人群進(jìn)行比對(duì)。在個(gè)人基因組測(cè)序的成本超出50萬(wàn)英鎊的條件下，這幾乎是不現(xiàn)實(shí)的。如果基因測(cè)序和分析的成本減少到100英鎊下列，相信會(huì)有諸多人渴望繪制出屬于自己的基因圖，這樣，諸多遺傳疾病就能夠通過(guò)基因組測(cè)序和分析來(lái)找到病因。4）繪制個(gè)人基因組圖譜尚有一種極為重要的潛在利好，就是徹底戰(zhàn)勝人類絕癥——癌癥。對(duì)于這種人類的最大殺手，科學(xué)家認(rèn)為，其形成的因素重要是由于正常細(xì)胞發(fā)生基因突變形成癌變細(xì)胞所致。每個(gè)癌變細(xì)胞都有一套完整的基因，過(guò)去人們只能檢測(cè)和研究很小一部分基因。如果大規(guī)模繪制個(gè)人基因圖譜成為可能，醫(yī)生就能夠通過(guò)比對(duì)細(xì)胞的基因差別，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)基因的變異狀況，從而找到治療癌癥的手段。更為重要的是，每個(gè)癌癥患者的基因變異狀況可能不盡相似，通過(guò)比對(duì)癌癥細(xì)胞與正常細(xì)胞，有助于醫(yī)生根據(jù)每個(gè)患者的不同狀況，設(shè)計(jì)出最有針對(duì)性的個(gè)性化治療手段。5）繪制個(gè)人基因圖譜不僅僅對(duì)有遺傳家族史的人以及癌癥患者有益，對(duì)于我們平時(shí)所認(rèn)為的健康人群同樣含有十分重要的意義。事實(shí)上，我們諸多人是處在對(duì)自己健康風(fēng)險(xiǎn)的無(wú)知狀態(tài)，直到有一天發(fā)現(xiàn)自己患有疾病時(shí)，可能早已錯(cuò)失了最佳治療時(shí)間。有了個(gè)人基因圖譜，我們不僅能夠提早預(yù)知自己的健康風(fēng)險(xiǎn)，盡早采用方法把疾病消亡在萌芽狀態(tài)，并且還能夠從防止疾病的角度出發(fā)，變化不利于健康的生活習(xí)慣，改善生活環(huán)境，從而使短暫的生命能得以延長(zhǎng)，過(guò)得健康，過(guò)得充實(shí)。6）人類基因組圖譜被譽(yù)為“人體的第二張解剖圖”，通過(guò)分析人體24條染色體的堿基序列，獲得個(gè)人基因組，有助于防止遺傳疾病，為新藥品研制以及新醫(yī)療辦法提供根據(jù)。3、物理圖譜物理圖譜是指有關(guān)構(gòu)成基因組的全部基因的排列和間距的信息，它是通過(guò)對(duì)構(gòu)成基因組的DNA分子進(jìn)行測(cè)定而繪制的。繪制物理圖譜的目的是把有關(guān)基因的遺傳信息及其在每條染色體上的相對(duì)位置線性而系統(tǒng)地排列出來(lái)。DNA物理圖譜是指DNA鏈的限制性酶切片段的排列次序，即酶切片段在DNA鏈上的定位。因限制性內(nèi)切酶在DNA鏈上的切口是以特異序列為基礎(chǔ)的，核苷酸序列不同的DNA，經(jīng)酶切后就會(huì)產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的DNA片段，由此而構(gòu)成獨(dú)特的酶切圖譜。因此，DNA物理圖譜是DNA分子構(gòu)造的特性之一。DNA是很大的分子，由限制酶產(chǎn)生的用于測(cè)序反映的DNA片段只是其中的極小部分，這些片段在DNA鏈中所處的位置關(guān)系是應(yīng)當(dāng)首先解決的問(wèn)題，故DNA物理圖譜是次序測(cè)定的基礎(chǔ)，也可理解為指導(dǎo)DNA測(cè)序的藍(lán)圖。廣義地說(shuō)，DNA測(cè)序從物理圖譜制作開始，它是測(cè)序工作的第一步。制作DNA物理圖譜的辦法有多個(gè)，這里選擇一種慣用的簡(jiǎn)便辦法──標(biāo)記片段的部分酶解法，來(lái)闡明圖譜制作原理。物理圖譜構(gòu)建的辦法：輻射雜種和克隆作圖4、序列圖譜隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完畢，測(cè)序就成為重中之重的工作。序列圖譜，人類基因組計(jì)劃的最后目的之一。序列分析采用一種區(qū)域的DNA序列重疊群使測(cè)序工作不停延伸，使用其中的序列標(biāo)記位點(diǎn)（STS）作為兩個(gè)片段間的重疊區(qū)域，使分別被測(cè)序的短序列進(jìn)行對(duì)的的拼接，最后獲得DNA全序列圖譜。五、人類基因組1、人類基因組的定義它是多對(duì)人類本身認(rèn)識(shí)生物體一種細(xì)胞所包含DNA構(gòu)造的一整套基因，攜帶著決定生物特性的全部遺傳信息，參加即統(tǒng)計(jì)基因組全部DNA序列。人類基因組就是人體一種細(xì)胞內(nèi)包含的全部遺傳物質(zhì)的總稱。其中涉及22對(duì)體染色體、1條X染色體和1條Y染色體和線粒體中的全部DNA序列。人類基因組含有約30億個(gè)DNA堿基對(duì)，堿基對(duì)是以氫鍵相結(jié)合的兩個(gè)含氮堿基，以胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）四種堿基排列成堿基序列，其中A與T之間由兩個(gè)氫鍵連接，G與C之間由三個(gè)氫鍵連接，堿基對(duì)的排列在DNA中也只能是A對(duì)T，G對(duì)C。其中一部分的堿基對(duì)構(gòu)成了大概0到25000個(gè)基因。全世界的生物學(xué)與醫(yī)學(xué)界在人類基因組計(jì)劃中，調(diào)查人類基因組中的真染色質(zhì)基因序列，發(fā)現(xiàn)人類的基因數(shù)量比原先預(yù)期的少得多，其中的外顯子，也就是能夠制造蛋白質(zhì)的編碼序列，只占總長(zhǎng)度的1.5%。（一）人類基因組計(jì)劃產(chǎn)生的背景人類基因組計(jì)劃的產(chǎn)生與“腫瘤計(jì)劃”的擱淺是分不開的。美國(guó)從70年代起啟動(dòng)了“腫瘤計(jì)劃”，但是，不惜血本的投入換來(lái)的是令人失望的成果。人們漸漸認(rèn)識(shí)到，涉及癌癥在內(nèi)的多個(gè)人類疾病都與基因直接或間接有關(guān)。測(cè)出基因的堿基序列，則是基因研究的基礎(chǔ)。這時(shí)，科學(xué)家們面臨兩種選擇：要么“零敲碎打”地從人類基因組中分離和研究出幾個(gè)腫瘤基因，要么對(duì)人類基因組進(jìn)行全測(cè)序。（二）世界的行動(dòng)1、1984年在科羅拉多州舉辦的一種科學(xué)會(huì)議上，美能源部科學(xué)家建議發(fā)動(dòng)全國(guó)的科技力量來(lái)做人類基因組圖譜的分析工作，成果支持者寥寥。由于以當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，每分析一種堿基對(duì)需要3-5美元，搞清30億個(gè)堿基對(duì)的排序需要150億美元的巨款。1986年3月7日，Dulbecco.R在《Science》》（Science,231:1055－1056）上發(fā)表了一篇名為《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)-----人類基因組全序列分析》的有關(guān)開展人類基因組計(jì)劃的短文，引發(fā)了全世界的強(qiáng)烈反響。不僅推動(dòng)了美國(guó)，也推動(dòng)了全世界的人類基因組計(jì)劃的發(fā)展；1987年初，美國(guó)能源部和國(guó)家健康研究院為“人類基因組計(jì)劃”下?lián)芰藛?dòng)經(jīng)費(fèi)550萬(wàn)美元，全年1.66億美元。1988年2月，國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)的專家成立了"國(guó)家人類基因組研究中心"，由沃森任第一任主任。但是，美國(guó)國(guó)會(huì)正式同意的“人類基因組計(jì)劃”到1990年10月1日才正式啟動(dòng)，其規(guī)模在世界上是最大的，計(jì)劃在內(nèi)投入30億美元以上的資金進(jìn)行人類基因組的分析。至此，被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國(guó)際人類基因組計(jì)劃開始啟動(dòng)。在Dulbecco短文的影響下，整個(gè)歐洲都行動(dòng)起來(lái)了，并且各具特色。2、1987年，意大利國(guó)家的HGP啟動(dòng)，其特色是技術(shù)多樣（YAC、雜交細(xì)胞、cDNA等）、區(qū)域集中（X染色體的q24—qter區(qū)域）。3、1989年2月，英國(guó)國(guó)家的HGP啟動(dòng)；其特色是資源集中、全國(guó)協(xié)調(diào)（資金、技術(shù)Sanger測(cè)序）。4、1990年6月，法國(guó)國(guó)家的HGP啟動(dòng)，其特色是重視整體基因組、cDNA和自動(dòng)化，并且法國(guó)為世界HGP的研究做出了不可磨滅的功獻(xiàn)。法國(guó)不僅建立了多態(tài)性中心、全基因組的YAC重疊群和微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)，并且法國(guó)民眾進(jìn)行了捐資，尚有馳名中外的用作基因組研究的典型材料CEPH家系（3代80多個(gè)家系）。5、1990年6月，歐共體通過(guò)"歐洲人類基因組計(jì)劃"。重要資助23個(gè)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)用于“資源中心”的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)。6、1995年，德國(guó)國(guó)家的HGP啟動(dòng)，其特色是先后建立了資源中心和基因掃描定為中心，并開始了對(duì)21號(hào)染色體進(jìn)行大規(guī)模的測(cè)序工作。7、中國(guó)的HGP始于1994年，是在吳旻，強(qiáng)伯勤，陳竺，楊煥明等人的倡導(dǎo)下啟動(dòng)的。最初由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和“863”高科技計(jì)劃的支持下，先后啟動(dòng)了“中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因構(gòu)造的研究”和“重大基因有關(guān)基因的定位、克隆、構(gòu)造與功效研究”。1998年3月由陳竺院士掛帥成立上海中心，10月改名為中國(guó)南方基因中心。同時(shí)，決定成立由國(guó)家衛(wèi)生部牽頭的若干中國(guó)人類遺傳資源保護(hù)中心。1999年由強(qiáng)伯勤院士挑頭在北京先后成立了中國(guó)科學(xué)院北京人類基因組中心和北方人類基因組中心。1999年7月我國(guó)在國(guó)際人類基因組HGSI注冊(cè)，9月中國(guó)獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測(cè)定人類基因組全部序列的1%，也就是3號(hào)染色體上的3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)。中國(guó)是繼美、英、日、德、法之后第六個(gè)國(guó)際人類基因組計(jì)劃參加國(guó)，也是參加這一計(jì)劃的唯一發(fā)展中國(guó)家。在對(duì)人類23對(duì)染色體上多達(dá)30億對(duì)堿基的測(cè)定上，美國(guó)人的奉獻(xiàn)率最大，承當(dāng)了54%，另首先是英國(guó)，承當(dāng)了33%,日本為7%,法國(guó)為2.8%，德國(guó)為2.2%，中國(guó)科學(xué)家承當(dāng)了1%的測(cè)序任務(wù)。另外，丹麥，日本，韓國(guó)，俄羅斯和澳大利亞也加入行動(dòng)行列，除政府投資HGP外，世界幾乎全部的醫(yī)藥公司都參加人類基因組的研究，與國(guó)際人類基因組計(jì)劃展開競(jìng)爭(zhēng)。可見，人類基因組計(jì)劃發(fā)展成一種由多國(guó)政府支持的國(guó)際項(xiàng)目，先后有美、英、日、德、法及中國(guó)等國(guó)家參加，有16個(gè)實(shí)驗(yàn)室及1100名生物科學(xué)家、計(jì)算機(jī)專家和技術(shù)人員參加。2．人類基因組計(jì)劃研究的意義人類基因組計(jì)劃（HGP）是20世紀(jì)90年代開始的在全球范疇內(nèi)廣泛參加和合作的一項(xiàng)研究計(jì)劃，目的是全方面而透徹地認(rèn)識(shí)人類基因組的正常構(gòu)造、功效及基因的異常構(gòu)造（變異）與人類疾病，對(duì)生命進(jìn)行系統(tǒng)和科學(xué)的解碼，以達(dá)成理解和認(rèn)識(shí)生命的來(lái)源、種間和個(gè)體存在的差別的起因、疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長(zhǎng)壽與衰老等生命現(xiàn)象的目的。人類基因組研究重要分為兩個(gè)部分，一是人類基因組DNA全部序列測(cè)定，二是基因DNA序列的識(shí)別和正常功效，基因變異與人類疾病的研究。它的意義能夠從下列幾個(gè)方面反映出來(lái):HGP對(duì)人類疾病基因研究的奉獻(xiàn)人類疾病有關(guān)的基因是人類基因組中構(gòu)造和功效完整性至關(guān)重要的信息。對(duì)于單基因病,采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的全新思路,造成了亨廷頓舞蹈病、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等一大批單基因遺傳病致病基因的發(fā)現(xiàn),為這些疾病的基因診療和基因治療奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于心血管疾病、腫瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾病(老年性癡呆、精神分裂癥)、本身免疫性疾病等多基因疾病是現(xiàn)在疾病基因研究的重點(diǎn)。健康有關(guān)研究是HGP的重要構(gòu)成部分,1997年相繼提出:“腫瘤基因組解剖計(jì)劃”“環(huán)境基因組學(xué)計(jì)劃”。HGP對(duì)醫(yī)學(xué)的奉獻(xiàn)基因診療、基因治療和基于基因組知識(shí)的治療、基于基因組信息的疾病防止、疾病易感基因的識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)人群生活方式、環(huán)境因子的干預(yù)。HGP對(duì)生物技術(shù)的奉獻(xiàn)(1)基因工程藥品:分泌蛋白(多肽激素,生長(zhǎng)因子,趨化因子,凝血和抗凝血因子等)及其受體。(2)診療和研究試劑產(chǎn)業(yè):基因和抗體試劑盒、診療和研究用生物芯片、疾病和篩藥模型。(3)對(duì)細(xì)胞、胚胎、組織工程的推動(dòng):胚胎和成年期干細(xì)胞、克隆技術(shù)、器官再造。HGP對(duì)制藥工業(yè)的奉獻(xiàn)篩選藥品的靶點(diǎn):與組合化學(xué)和天然化合物分離技術(shù)結(jié)合,建立高通量的受體、酶結(jié)合實(shí)驗(yàn)以知識(shí)為基礎(chǔ)的藥品設(shè)計(jì):基因蛋白產(chǎn)物的高級(jí)構(gòu)造分析、預(yù)測(cè)、模擬—藥品作用“口袋”。個(gè)體化的藥品治療:藥品基因組學(xué)。HGP對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要影響生物產(chǎn)業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)是一種國(guó)家的兩大經(jīng)濟(jì)支柱;發(fā)現(xiàn)新功效基因的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益;轉(zhuǎn)基因食品;轉(zhuǎn)基因藥品(如減肥藥,增高藥)6）HGP對(duì)生物進(jìn)化研究的影響生物的進(jìn)化史,都刻寫在各基因組的“天書”上;草履蟲是人的親戚——13億年;人是由300～400萬(wàn)年前的一種猴子進(jìn)化來(lái)的;人類第一次“走出非洲”——200萬(wàn)年的古猿;人類的“夏娃”來(lái)自于非洲,距今20萬(wàn)年——第二次“走出非洲”?7）、HGP帶來(lái)的負(fù)面作用侏羅紀(jì)公園不只是科幻故事;種族選擇性滅絕性生物武器;基因?qū)＠麘?zhàn);基因資源的掠奪戰(zhàn);基因與個(gè)人隱私。3、人類基因組計(jì)劃研究的內(nèi)容HGP的重要任務(wù)是人類的DNA測(cè)序，涉及下圖所示的四張譜圖，另外尚有測(cè)序技術(shù)、人類基因組序列變異、功效基因組技術(shù)、比較基因組學(xué)、社會(huì)、法律、倫理研究