高中生物《人類基因組計劃》文字素材4 中圖版必修2

人類基因組計劃

人類基因組計劃簡介

人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學(xué)家于1985年率

先提出，于1990年正式啟動的。美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯(lián)邦共和國、

日本和我國科學(xué)家共同參與了這一價值達30億美元的人類基因組計劃。按照這個計

劃的設(shè)想，在2005年，要把人體內(nèi)約10萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人

類基因的譜圖。換句話說，就是要揭開組成人體4萬個基因的30億個堿基對的秘密。

人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃并稱為三大科學(xué)計劃。

1986年，諾貝爾獎獲得者RenatoDulbecco發(fā)表短文《腫瘤研究的轉(zhuǎn)折點：人類

基因組測序》(Science,231:1055—1056)。文中指出：如果我們想更多地了解腫

瘤，我們從現(xiàn)在起必須關(guān)注細胞的基因組?！瓘哪膫€物種著手努力？如果我們想

理解人類腫瘤，那就應(yīng)從人類開始?！祟惸[瘤研究將因?qū)NA的詳細知識而得

到巨大推動?！?/p>

什么是基因組(Genome)?基因組就是一個物種中所有基因的整體組成。人類基因

組有兩層意義：遺傳信息和遺傳物質(zhì)。要揭開生命的奧秘，就需要從整體水平研究基

因的存在、基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因之間的相互關(guān)系。

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人類基因組計劃的目的

為什么選擇人類的基因組進行研究？因為人類是在“進化”歷程上最高級的生物，

對它的研究有助于認識自身、掌握生老病死規(guī)律、疾病的診斷和治療、了解生命的起

源。

測出人類基因組DNA的30億個堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因，找出它們在

染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。

在人類基因組計劃中，還包括對五種生物基因組的研究：大腸桿菌、酵母、線蟲、

果蠅和小鼠，稱之為人類的五利「'模式生物二

HGP的目的是解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律、認識

種屬之間和個體之間存在差異的起因、認識疾病產(chǎn)生的機制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)

象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。

HGP的誕生和啟動

對人類基因組的研究在70年代已具有一定的雛形，在80年代在許多國家已形成

一定規(guī)模。

1984年在Utah州的Alta,WhiteRandMendelsonhnM受美國能源部（DOE）

的委托主持召開了一個小型專業(yè)會議討論測定人類整個基因組的DNA序列的意義和

前景（CookDeeganRM,1989）

1985年5月在加州SantaCruz由美國DOE的SinsheimerRL主持的會議上提

出了測定人類基因組全序列的動議，形成了美國能源部的“人類基因組計劃”草案。

1986年3月，在新墨西哥州的SantaFe討論了這一計劃的可行性，隨后DOE

宣布實施這一計劃。

1986年遺傳學(xué)家McKusickV提出從整個基因組的層次研究遺傳的科學(xué)稱為“基

因組學(xué)”

1987年初，美國能源部和國立衛(wèi)生研究院為HGP下?lián)芰藛咏?jīng)費約550萬美元

（全年1.66億美元）

1988年，美國成立了“國家人類基因組研究中心”由WatsonJ出任第一任主任

1990年10月1日，經(jīng)美國國會批準美國HGP正式啟動，總體計劃在15年內(nèi)

投入至少30億美元進行人類全基因組的分析.

1987年，意大利共和國國家研究委員會開始HGP研究，其特點是技術(shù)多樣（丫

AC,雜種細胞，cDNA等）、區(qū)域集中（基本上限于Xq24-qter區(qū)域）

1989年2月英國開始HGP,特點是：帝國癌癥研究基金會與國家醫(yī)學(xué)研究委員

會（ICRP-MRC）共同負責(zé)全國協(xié)調(diào)與資金調(diào)控，劍橋附近的Sanger中心注重首先在

線蟲基因組上積累經(jīng)驗，改進大規(guī)模DNA測序技術(shù)；同時建立了YAC庫的篩選與克

隆、特異細胞系、DNA探針、基因組DNA、cDNA文庫、比較生物基因組DNA序列、

信息分析等的“英國人類基因組資源中心可謂"資源集中、全國協(xié)調(diào)

1990年6月法蘭西共和國的HGP啟動。科學(xué)研究部委托國家醫(yī)學(xué)科學(xué)院制定H

GP,主要特點是注重整體基因組、cDNA和自動化。建立了人類多態(tài)性研究中心（C

EPH）,在全基因組YAC重疊群、微衛(wèi)星標記（遺傳圖）的構(gòu)建以及馳名世界的用作

基因組研究的經(jīng)典材料CEPH家系（80個3代多個體家系）方面產(chǎn)生了巨大影響。

1995年德意志聯(lián)邦共和國開始HGP,來勢迅猛，先后成立了資源中心和基因掃

描定位中心，并開始對21號染色體的大規(guī)模測序工作。

1990年6月歐共體通過了“歐洲人類基因組研究計劃'；主要資助23個實驗室重

點用于“資源中心”的建立和運轉(zhuǎn)。還有丹麥王國、俄羅斯聯(lián)邦、日本、大韓民國、澳

大利亞等。

1994年，我國HGP在吳旻、強伯勤、陳竺、楊煥明的倡導(dǎo)下啟動，最初由國家

自然科學(xué)基金會和863高科技計劃的支持下，先后啟動了“中華民族基因組中若干位

點基因結(jié)構(gòu)的研究”和“重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)和功能研究'；1998年在

國家科技部的領(lǐng)導(dǎo)和牽線下，1998年在上海成立了南方基因中心，1999年在北京成

立了北方人類基因組中心，1998年，組建了中科院遺傳所。1999年7月在國際人類

基因組注冊，得到完成人類3號染色體短臂上一個約30Mb區(qū)域的測序任務(wù)，該區(qū)域

約占人類整個基因組的1%。

人類基因組計劃(Humangenomeproject)由美國于1987年啟動，我國于19

99年9月積極參加到這項研究計劃中的，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號染色體上

約3000萬個堿基對的測序任務(wù)。我國因此成為參加這項研究計劃的唯一的發(fā)展中國

家。2000年6月26日人類基因組工作草圖完成。由于人類基因測序和基因?qū)＠赡?/p>

會帶來巨大的商業(yè)價值，各國政府和一些企業(yè)都在積極地投入該項研究，如1997年

AMGE公司轉(zhuǎn)讓了一個與中樞神經(jīng)疾病有關(guān)的基因而獲利3.92億美元。

HGP的研究內(nèi)容

HGP的主要任務(wù)是人類的DNA測序，包括下圖所示的四張譜圖，此外還有測序

技術(shù)、人類基因組序列變異、功能基因組技術(shù)、比較基因組學(xué)、社會、法律、倫理研

究、生物信息學(xué)和計算生物學(xué)、教育培訓(xùn)等目的。

1、遺傳圖譜(geneticmap)

又稱連鎖圖譜(linkagemap),它是以具有遺傳多態(tài)性(在一個遺傳位點上具有

一個以上的等位基因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆高于1%)的遺傳標記為“路標’；以遺傳

學(xué)距離(在減數(shù)分裂事件中兩個位點之間進行交換、重組的百分率，1%的重組率稱

為1cM)為圖距的基因組圖。遺傳圖譜的建立為基因識別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。

意義：6000多個遺傳標記已經(jīng)能夠把人的基因組分成6000多個區(qū)域，使得連鎖分析

法可以找到某一致病的或表現(xiàn)型的基因與某一標記鄰近(緊密連鎖)的證據(jù)，這樣可

把這一基因定位于這一已知區(qū)域，再對基因進行分離和研究。對于疾病而言，找基因

和分析基因是個關(guān)鍵。

第1代標記：經(jīng)典的遺傳標記，例如ABO血型位點標記，HLA位點標記。70年

中后期，限制性片段長度多態(tài)性(RFLP),位點數(shù)目大與105,用限制性內(nèi)切酶特異

性切割DNA鏈，由于DNA的一個“點”上的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可

產(chǎn)生不同長度的片段(等位片段)，可用凝膠電泳顯示多態(tài)性，從片段多態(tài)性的信息

與疾病表型間的關(guān)系進行連鎖分析，找到致病基因。如Huntington癥。但每次酶切2

-3個片段，信息量有限。

第2代標記：1985年，小衛(wèi)星中心(minisatellitecore)、可變串聯(lián)重復(fù)VNTR

(variablenumberoftandemrepeats)可提供不同長度的片段，其重復(fù)單位長度

為6至12個核甘酸，1989年微衛(wèi)星標記(microsatellitemarker)系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)和建

立，重復(fù)單位長度為2~6個核甘酸，又稱簡短串聯(lián)重復(fù)(STR)。

第3代標記：1996年MIT的LanderES又提出了SNP(singlenucleotidepo

lymorphysm)的遺傳標記系統(tǒng)。對每一核甘酸突變率為10-9,雙等位型標記，在人

類基因組中可達到300萬個，平均約每1250個堿基對就會有一個。3~4個相鄰的標

記構(gòu)成的單倍型(haplotype)就可有8T6種。

2、物理圖譜(physicalmap)

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，它是通過對構(gòu)成

基因組的DNA分子進行測定而繪制的。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位置線性而系統(tǒng)地排列出來。DNA物理圖譜是指DNA

鏈的限制性酶切片段的排列順序，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，核甘酸序列不同的DNA,經(jīng)醐切后就會

產(chǎn)生不同長度的DNA片段，由此而構(gòu)成獨特的酶切圖譜。因此，DNA物理圖譜是D

NA分子結(jié)構(gòu)的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶產(chǎn)生的用于測序反應(yīng)的DN

A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)該首先解決

的問題，故DNA物理圖譜是順序測定的基礎(chǔ)，也可理解為指導(dǎo)DNA測序的藍圖。廣

義地說，DNA測序從物理圖譜制作開始，它是測序工作的第一步。制作DNA物理圖

譜的方法有多種，這里選擇一種常用的簡便方法——標記片段的部分酶解法，來說明

圖譜制作原理。

用部分酶解法測定DNA物理圖譜包括二個基本步驟：

(1)完全降解：選擇合適的限制性內(nèi)切酶將待測DNA鏈(已經(jīng)標記放射性同位素)

完全降解，降解產(chǎn)物經(jīng)凝膠電泳分離后進行自顯影，獲得的圖譜即為組成該DNA鏈

的酶切片段的數(shù)目和大小。

(2)部分降解：以末端標記使待測DNA的一條鏈帶上示蹤同位素，然后用上述相

同酶部分降解該DNA鏈，即通過控制反應(yīng)條件使DNA鏈上該酶的切口隨機斷裂，而

避免所有切口斷裂的完全降解發(fā)生。部分酶解產(chǎn)物同樣進行電泳分離及自顯影。比較

上述二步的自顯影圖譜，根據(jù)片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈

上的位置。下面是測定某組蛋白基因DNA物理圖譜的詳細說明。

完整的物理圖譜應(yīng)包括人類基因組的不同載體DNA克隆片段重疊群圖，大片段

限制性內(nèi)切酶切點圖，DNA片段或一特異DNA序列(STS)的路標圖，以及基因組

中廣泛存在的特征型序列(如CpG序列、Alu序列，isochore)等的標記圖，人類基

因組的細胞遺傳學(xué)圖(即染色體的區(qū)、帶、亞帶，或以染色體長度的百分率定標記)，

最終在分子水平上與序列圖的統(tǒng)一。

基本原理是把龐大的無從下手的DNA先“敲碎；再拼接。以Mb、kb、bp作為圖

距，以DNA探針的STS(sequencetagssite)序列為路標。1998年完成了具有5

2,000個序列標簽位點(STS),并覆蓋人類基因組大部分區(qū)域的連續(xù)克隆系的物理圖

譜。構(gòu)建物理圖的一個主要內(nèi)容是把含有STS對應(yīng)序列的DNA的克隆片段連接成相

互重疊的“片段重疊群(contig)'：用"酵母人工染色體(YAC)作為載體的載有人DNA片

段的文庫已包含了構(gòu)建總體覆蓋率為100%、具有高度代表性的片段重疊群'；近幾年

來又發(fā)展了可靠性更高的BAC、PAC庫或cosmid庫等。

3、序列圖譜

隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測序就成為重中之重的工作。DNA序列分析

技術(shù)是一個包括制備DNA片段化及堿基分析、DNA信息翻譯的多階段的過程。通過

測序得到基因組的序列圖譜。

大規(guī)模測序基本策略

逐個克隆法：對連續(xù)克隆系中排定的BAC克隆逐個進行亞克隆測序并進行組裝

（公共領(lǐng)域測序計劃）。

全基因組鳥槍法：在一定作圖信息基礎(chǔ)上，繞過大片段連續(xù)克隆系的構(gòu)建而直接

將基因組分解成小片段隨機測序，利用超級計算機進行組裝（美國Celera公司）。

4、基因圖譜

基因圖譜是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎(chǔ)上繪制的結(jié)合有關(guān)基

因序列、位置及表達模式等信息的圖譜。在人類基因組中鑒別出占具2%~5%長度的

全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過基因的表達產(chǎn)物mRNA反追到

染色體的位置。

其原理是：所有生物性狀和疾病都是由結(jié)構(gòu)或功能蛋白質(zhì)決定的，而已知的所有

蛋白質(zhì)都是由mRNA編碼的，這樣可以把mRNA通過反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA或稱作E

ST的部分的cDNA片段，也可根據(jù)mRNA的信息人工合成cDNA或cDNA片段，然

后，再用這種穩(wěn)定的cDNA或EST作為“探針”進行分子雜交，鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基

因。用PolyA互補的寡聚T或克隆載體的相關(guān)序列作為引物對mRNA雙端尾側(cè)的兒

百個bp進行測序得到EST（表達序列標簽）。2000年6月，EMBL中EST數(shù)量己有

4,229,786,

基因圖譜的意義：在于它能有效地反應(yīng)在正常或受控條件中表達的全基因的時空

圖。通過這張圖可以了解某一基因在不同時間不同組織、不同水平的表達；也可以了

解一種組織中不同時間、不同基因中不同水平的表達，還可以了解某一特定時間、不

同組織中的不同基因不同水平的表達。

人類基因組是一個國際合作項目：表征人類基因組，選擇的模式生物的DNA測

序和作圖，發(fā)展基因組研究的新技術(shù)，完善人類基因組研究涉及的倫理、法律和社會

問題，培訓(xùn)能利用HGP發(fā)展起來的這些技術(shù)和資源進行生物學(xué)研究的科學(xué)家，促進

人類健康。

HGP對人類的重要意義

1、HGP對人類疾病基因研究的貢獻

人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。對于單

基因病，采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的全新思路，導(dǎo)致了亨廷頓舞蹈病、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斷和

基因治療奠定了基礎(chǔ)。對于心血管疾病、腫瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾病（老年性癡

呆、精神分裂癥）、自身免疫性疾病等多基因疾病是目前疾病基因研究的重點。健康

相關(guān)研究是HGP的重要組成部分，1997年相繼提出：“腫瘤基因組解剖計劃"環(huán)境基

因組學(xué)計劃

2、HGP對醫(yī)學(xué)的貢獻

基因診斷、基因治療和基于基因組知識的治療、基于基因組信息的疾病預(yù)防、疾

病易感基因的識別、風(fēng)險人群生活方式、環(huán)境因子的干預(yù)。

3、HGP對生物技術(shù)的貢獻

（1）基因工程藥物：分泌蛋白（多肽激素，生長因子，趨化因子，凝血和抗凝

血因子等）及其受體。

（2）診斷和研究試劑產(chǎn)業(yè)：基因和抗體試劑盒、診斷和研究用生物芯片、疾病

和篩藥模型。

（3）對細胞、胚胎、組織工程的推動：胚胎和成年期干細胞、克隆技術(shù)、器官

再造。

4、HGP對制藥工業(yè)的貢獻

篩選藥物的靶點：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、

醵結(jié)合試驗以知識為基礎(chǔ)的藥物設(shè)計：基因蛋白產(chǎn)物的高級結(jié)構(gòu)分析、預(yù)測、模擬一

藥物作用“口袋

個體化的藥物治療：藥物基因組學(xué)。

5、HGP對社會經(jīng)濟的重要影響

生物產(chǎn)業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)是一個國家的兩大經(jīng)濟支柱；發(fā)現(xiàn)新功能基因的社會和經(jīng)濟

效益；轉(zhuǎn)基因食品；轉(zhuǎn)基因藥物（如減肥藥，增高藥）

6、HGP對生物進化研究的影響

生物的進化史，都刻寫在各基因組的“天書”上；草履蟲是人的親戚一一13億年；

人是由300?400萬年前的一種猴子進化來的；人類第一次“走出非洲”——200萬年

的古猿；人類的“夏娃”來自于非洲，距今20萬年——第二次“走出非洲”？

7、HGP帶來的負面作用

侏羅紀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)；基因與個人隱私。

應(yīng)用實例

1、疾病基因

人類基因組研究的一個關(guān)鍵應(yīng)用是通過位置克隆尋找未知生物化學(xué)功能的疾病

基因?這個方法包括通過患病家族連鎖分析來繪制包含這些基因的染色體區(qū)域圖，然

后檢查該區(qū)域來尋找基因。位置克隆是很有用的，但是也是非常乏味的。當(dāng)在1980s

早期該方法第一次提出時，希望實現(xiàn)位置克隆的研究者們不得不產(chǎn)生遺傳標記來跟蹤

遺傳，進行染色體行走得到覆蓋該區(qū)域的基因組DNA,通過直接測序或間接基因識

別方法分析大約1Mb大小的區(qū)域。最早的兩個障礙在1990s中期在人類基因組項目

的支持下隨著人類染色體的遺傳和物理圖譜的發(fā)展而清除。然而，剩余的障礙仍然是

艱難的。

所有這些將隨著人類基因組序列草圖的實用性而改變。在公共數(shù)據(jù)庫中的人類基

因組序列使得候選基因的計算機快速識別成為可能，隨之進行相關(guān)候選基因的突變檢

測，需要在基因結(jié)構(gòu)信息的幫助。現(xiàn)在，對于孟德爾遺傳疾病，一個基因的搜索在一

個適當(dāng)大小的研究小組經(jīng)常在幾個月實現(xiàn)。至少30個疾病基因直接依賴公共提供的

基因組序列已經(jīng)定位克隆到。因為大多數(shù)人類序列只是在過去的12個月內(nèi)得到，可

能許多類似的發(fā)現(xiàn)還沒有出版。另外，有許多案例中，基因組序列發(fā)揮著支持作用，

例如提供候選微衛(wèi)星標識用于很好的遺傳連鎖分析。（2001年我國上海和北京科學(xué)家

發(fā)現(xiàn)遺傳性乳光牙本質(zhì)II型基因）

基因組序列對于揭示導(dǎo)致許多普通的染色體刪除綜合癥的機制同樣有幫助.在幾

個實例中，再發(fā)生的刪除被發(fā)現(xiàn)，由同源體重組合在大的幾乎同一的染色體內(nèi)復(fù)制的

不等交叉產(chǎn)生。例子包括在第22條染色體上的DiGeorge/velocardiofacial綜合癥區(qū)

和在第7條染色體上的Williams-Beuren綜合癥的重復(fù)刪除。

基因組序列的可用性同樣允許疾病基因的旁系同源性的快速識別，對于兩個理由

是有價值的。首先，旁系同源基因的突變可以引起相關(guān)遺傳疾病。通過基因組序列使

用發(fā)現(xiàn)的一個很好的例子是色盲（完全色盲）。CNGA3基因，編碼視錐體光感受器環(huán)

GMP門控通道的a亞單位，顯示在一些色盲家系中存在突變體。基因組序列的計算

機檢索揭示了旁系同源基因編碼相應(yīng)的b亞單位，CNGB3（在EST數(shù)據(jù)庫中沒有出

現(xiàn)）。CNGB3基因被快速認定為是其他家系的色盲的原因。另一個例子是由早衰1

和早衰2基因提供的，它們的突變可能導(dǎo)致Alzheimer疾病的的早期發(fā)生。第二個理

由是旁系同源體可以提供治療敢于的機會，例子是在鐮刀狀細胞疾病或B地中海貧血

的個體中試圖再次激活胚胎表達的血紅蛋白基因，它是由于小球蛋白基因突變引起

的。

我們在在線人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫（OMIM）和SwissProt或TrEMBL蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)

庫中進行了971個已知的人類疾病基因的旁系同源體的系統(tǒng)檢索。我們識別了286

個潛在的旁系同源體（要求是至少50個氨基酸的匹配，在相同的染色體上一致性大

于70%但小于90%,在不同的染色體上小于95%）?盡管這種分析也許識別一些假基

因，89%的匹配顯示在新靶序列一個外顯子以上的同源性，意味著許多是有功能的。

這種分析顯示了在計算機中快速識別疾病基因的潛能。

2、藥物靶

在過去的世紀里，制藥產(chǎn)業(yè)很大程度上依賴于有限的藥物靶來開發(fā)新的治療手

段。最近的綱要列舉了483個藥物靶被看作是解決了市場上的所有藥物。知道了人類

的全部基因和蛋白質(zhì)將極大的擴展合適藥物靶的尋找。雖然，僅僅人類的小部分基因

可以作為藥物靶，可以預(yù)測這個數(shù)目將在幾千之上，這個前景將導(dǎo)致基因組研究在藥

物研究和開發(fā)中的大規(guī)模開展。一些例子可以說明這一點：

（1）神經(jīng)遞質(zhì)（5-HT）通過化學(xué)門控通道介導(dǎo)快速興奮響應(yīng)。以前識別的5-H

T3A受體基因產(chǎn)生功能受體，但是比在活體內(nèi)有小得多的電導(dǎo)。交叉雜交實驗和ES

T分析在揭示已知受體的其他同源體上都失敗了。然而，最近，通過對人類基因組序

列草圖的低要求檢索，一個推定的同源體被識別，在一個PAC克隆中第11號染色體

長臂上。同源體顯示在紋狀體、尾狀核、海馬中表達，全長CDNA隨后得到。這個編

碼胺受體地基因，被命名為5-HT3B。當(dāng)與5-HT3A組合成異二聚體中，它顯示負責(zé)

大電導(dǎo)神經(jīng)胺通道。假定胺途徑在精神疾病和精神分裂癥的中心作用，一個主要的新

的治療靶的發(fā)現(xiàn)是相當(dāng)有興趣的。

（2）半胱氨?；兹┑氖湛s和炎癥作用，先前認為是過敏反應(yīng)的慢反映物質(zhì)（S

RS-A）,通過特定的受體介導(dǎo)。第二個類似的受體，CysLT2,使用老鼠EST和人類

基因組序列的重組得到識別。這導(dǎo)致了與先前識別的唯一的其它受體有38%氨基酸一

致性的基因的克隆。這個新的受體，顯示高的親和力和幾個白三烯的結(jié)合，映射在與

過敏性哮喘有關(guān)的第13號染色體區(qū)域上。這個基因在氣道平滑肌和心臟中表達。作

為白三烯途徑中抗哮喘藥物開發(fā)中一個重要的靶，新受體的發(fā)現(xiàn)有明顯的重要的作

用。

(3)Alzheimer疾病在老年斑中有豐富的［3-淀粉樣物沉積。如淀粉樣物由前體蛋

白(APP)蛋白水解生成。有一個酶是B位APP裂開酶，是跨膜天冬氨酸蛋白酶。

公共的人類基因組草圖序列計算機搜索最近識別了BACE的一個新的同源序列，編碼

一個蛋白，命名為BACE2,它與BACE有52%的氨基酸序列一致性。包含兩個激活

蛋白酶位點和象APP一樣，映射到第21條染色體的必須Down綜合癥區(qū)域。它提

出了問題，BACE2和APP過多的拷貝是否有功于加速Down綜合癥病人的腦部仍

淀粉樣物沉積。

給出了這些例子，我們在基因組序列中進行系統(tǒng)的識別傳統(tǒng)藥靶蛋白質(zhì)的旁系同

源體。使用的靶列表在SwissPrott數(shù)據(jù)庫中識別了603個入口，有唯一的訪問碼。

3、基礎(chǔ)生物學(xué)

一個例子是：解決了困擾研究者幾十年的一個神秘課題：苦味的分子學(xué)基礎(chǔ)。人

類和其他動物對于某一種苦味有不同的響應(yīng)(響應(yīng)的多態(tài)性)。最近，研究者將這個

特征映射到人類和老鼠中，然后檢索了G蛋白偶合受體的人類基因組序列草圖上的

相關(guān)區(qū)域.這些研究很快導(dǎo)致了該類蛋白的新家族的發(fā)現(xiàn)，證明了它們幾乎都在味蕾

表達，實驗證實了在培養(yǎng)細胞中的受體響應(yīng)特定的苦基質(zhì)。

人體基因組圖譜是全人類的財產(chǎn)，這一研究成果理應(yīng)為全人類所分享、造福全人

類，這是參與人類基因組工程計劃的各國科學(xué)家的共識。值得關(guān)注的是，目前在人類

基因組研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些私營公司爭相為其成果申請專利的現(xiàn)象。美國塞萊拉基

因公司曾表示，想把一部分研究成果申請專利，有償提供給制藥公司。

找到了一批主宰人體疾病的重要基因

如：肥胖基因、支氣管哮喘基因。這類基因的新發(fā)現(xiàn)每年都有新報道。這些基因

的發(fā)現(xiàn)，增進了人們對許多重要疾病機理的理解，并且推動整個醫(yī)學(xué)思想更快的從重

治療轉(zhuǎn)向重預(yù)防。例如：湖南醫(yī)科大學(xué)夏家輝教授組于1998.5.28發(fā)表克隆了人類

神經(jīng)性高頻性耳聾的致病基因(GJB3),這是第一次在中國克隆的基因。

在人類基因組計劃的推動下，涌現(xiàn)了幾門嶄新的學(xué)科。如：基因組學(xué)(genomics)

和生物信息學(xué)(bioinformatics)

生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。一批世界級的大公司紛紛把它們的重心轉(zhuǎn)向生命科學(xué)研究和

生物技術(shù)產(chǎn)品。這種趨勢或潮流也不能不說和人類基因組計劃密切相關(guān)。

HGP進展與未來

2000年6月26日，參加人類基因組工程項目的美國、英國、法蘭西共和國、德

意志聯(lián)邦共和國、日本和中國的6國科學(xué)家共同宣布，人類基因組草圖的繪制工作已

經(jīng)完成。最終完成圖要求測序所用的克隆能忠實地代表常染色體的基因組結(jié)構(gòu)，序列

錯誤率低于萬分之一。95%常染色質(zhì)區(qū)域被測序，每個Gap小于150kb。完成圖將

于2003年完成，比預(yù)計提前2年。

完成人類基因組序列完成圖：

（1）從當(dāng)前物理圖譜生成的克隆產(chǎn)生完成的序列，覆蓋基因組的常染色質(zhì)區(qū)域

大于96%。大約1Gb的完成序列已經(jīng)實現(xiàn)。剩下的也已經(jīng)形成草圖，所有的克隆期

望達到8?10倍的覆蓋率，大約2001年中期（99.99%的正確率），使用已經(jīng)建立的

和日益自動化的協(xié)議。

（2）檢測另外的庫來關(guān)閉gaps.使用FISH技術(shù)或其他方法來分析沒有閉合的

Gaps大小。22,21條染色體用這種方式。2003年經(jīng)完成。

（3）開發(fā)新的技術(shù)來關(guān)閉難度較大的gaps,大約幾百個。

基因組序列工作框架圖（Workingdraft）:通過對染色體位置明確的BAC連續(xù)克

隆系4-5倍覆蓋率的測序（在BAC克隆水平的覆蓋率不應(yīng)低于3倍），獲得基因組90%

以上的序列，其錯誤率應(yīng)低于1%。工作框架圖可用于基因組結(jié)構(gòu)的認識、基因的識

別和解析、疾病基因的定位克隆，SNP的發(fā)現(xiàn)等。

草圖的作用：

1、草圖，許多疾病相關(guān)的基因被識別

2、SNP（人與人之間的區(qū)別），草圖提供了一個理解遺傳基礎(chǔ)和人類特征進化的

框架。

3、草圖后，研究人員有了新的工具來研究調(diào)節(jié)區(qū)和基因網(wǎng)絡(luò)。

4、比較其它基因組可以揭示共同的調(diào)控元件，和其他物種共享的基因的環(huán)境也

許提供在個體水平之上的關(guān)于功能和調(diào)節(jié)的信息。

5、草圖同樣是研究基因組三維壓縮到細胞核中的一個起點。這樣的壓縮可能影

響到基因調(diào)控

6、在應(yīng)用上，草圖信息可以開發(fā)新的技術(shù)，如DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片，作為傳

統(tǒng)方法的補充，目前，這樣的芯片可以包含蛋白質(zhì)家族中所有的成員，從而在特定的

疾病組織中可以找到那些是活躍的。

2001年2月12日，美國Celera公司與人類基因組計劃分別在《科學(xué)》和《自

然》雜志上公布了人類基因組精細圖譜及其初步分析結(jié)果。其中，政府資助的人類基

因組計劃采取基因圖策略，而Celera公司采取了“鳥槍策略'：至此，兩個不同的組織

使用不同的方法都實現(xiàn)了他們共同的目標：完成對整個人類基因組的測序的工作；并

且，兩者的結(jié)果驚人的相似。整個人類基因組測序工作的基本完成，為人類生命科學(xué)

開辟了一個新紀元，它對生命本質(zhì)、人類進化、生物遺傳、個體差異、發(fā)病機制、疾

病防治、新藥開發(fā)、健康長壽等領(lǐng)域，以及對整個生物學(xué)都具有深遠的影響和重大意

義，標志著人類生命科學(xué)一個新時代的來臨。

眾多的發(fā)現(xiàn)

1、分析得知：全部人類基因組約有2.91Gbp,約有39000多個基因；平均的基

因大小有27kbp；其中G+C含量偏低，僅占38%,而2號染色體中G+C的含量最

多；到目前仍有9%的堿基對序列未被確定，19號染色體是含基因最豐富的染色體，

而13號染色體含基因量最少等等（具體信息可參見cmbi特別報道：生命科學(xué)的重

大進展）。

2、目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道

功能，在已知基因中酶占10.28%,核酸酶占7.5%,信號傳導(dǎo)占12.2%,轉(zhuǎn)錄因子占

6.0%,信號分子占1.2%,受體分子占5.3%,選擇性調(diào)節(jié)分子占3.2%,等。發(fā)現(xiàn)并

了解這些功能基因的作用對于基因功能和新藥的篩選都具有重要的意義。

3、基因數(shù)量少得驚人：一些研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有14萬個基因，但Celer

a公司將人類基因總數(shù)定在2.6383萬到3.9114萬個之間，不超過40,000,只是線蟲

或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因只有300個。如此少的基因數(shù)目，而能

產(chǎn)生如此復(fù)雜的功能，說明基因組的大小和基因的數(shù)量在生命進化上可能不具有特別

重大的意義，也說明人類的基因較其他生物體更‘有效'，人類某些基因的功能和控制

蛋白質(zhì)產(chǎn)生的能力與其他生物的不同。這將對我們目前的許多觀念產(chǎn)生重大的挑戰(zhàn)，

它為后基因組時代中生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供新的非凡的機遇。但由于基因剪切，EST數(shù)

據(jù)庫的重復(fù)以及一些技術(shù)和方法上的誤差，將來亦可能人類的基因數(shù)會多于4萬。

4、人類單核甘酸多態(tài)性的比例約為1/1250bp,不同人群僅有140萬個核甘酸差

異，人與人之間99.99%的基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比來自

同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分

之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

5、人類基因組中存在“熱點"和大片"荒漠"。在染色體上有基因成簇密集分布的

區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無用DNA”——不包含或含有極少基因的成分?；蚪M

上大約有1/4的區(qū)域沒有基因的片段。在所有的DNA中，只有1%-1.5%DNA能編

碼蛋白，在人類基因組中98%以上序列都是所謂的“無用DNA'；分布著300多萬個長

片斷重復(fù)序列。這些重復(fù)的“無用”序列，決不是無用的，它一定蘊含著人類基因的新

功能和奧秘，包含著人類演化和差異的信息。經(jīng)典分子生物學(xué)認為一個基因只能表達

一種蛋白質(zhì)，而人體中存在著非常復(fù)雜繁多的蛋白質(zhì)，提示一個基因可以編碼多種蛋

白質(zhì)，蛋白質(zhì)比基因具有更為重要的意義

6、男性的基因突變率是女性的兩倍，而且大部分人類遺傳疾病是在丫染色體上

進行的。所以，可能男性在人類的遺傳中起著更重要的作用。

7、人類基因組中大約有200多個基因是來自于插入人類祖先基因組的細菌基因。

這種插入基因在無脊椎動物是很罕見的，說明是在人類進化晚期才插入我們基因組

的?？赡苁窃谖覀?nèi)祟惖拿庖叻烙到y(tǒng)建立起來前，寄生于機體中的細菌在共生過程

中發(fā)生了與人類基因組的基因交換。

8、發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬個單核甘酸多態(tài)性，并進行了精確的定位，初步確定

了30多種致病基因。隨著進一步分析，我們不僅可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、

糖尿病等危害人類生命健康最嚴重疾病的致病基因，尋找出個體化的防治藥物和方

法，同時對進一步了解人類的進化產(chǎn)生重大的作用。

9、人類基因組編碼的全套蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組）比無脊椎動物編碼的蛋白質(zhì)組更

復(fù)雜。人類和其他脊椎動物重排了已有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，形成了新的結(jié)構(gòu)。也就是說

人類的進化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質(zhì)，更重要的是要靠重排和擴展已有的蛋白

質(zhì)，以實現(xiàn)蛋白質(zhì)種類和功能的多樣性。有人推測一個基因平均可以編碼2-10種蛋

白質(zhì)，以適應(yīng)人類復(fù)雜的功能。

模式生物：酵母(yeast)、大腸桿菌(Escherichiacoli)>果蠅(Drosophilamel

anogaster)>線蟲(Caenorhabditis