第三章人類基因組學(xué)

第三章人類基因組學(xué)基因（gene）：是控制生物遺傳性狀的基本單位。是具有特定“遺傳效應(yīng)”的DNA片段，它決定細(xì)胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)的合成，從而決定生物的遺傳性狀。基因組（genome）：一個(gè)生命體遺傳信息的總和。它是基因和非基因的DNA序列的總和?；蚪M學(xué)（genomics）：是20世紀(jì)90年代逐漸形成的以基因組為研究對(duì)象，在基因組水平研究基因和基因組的結(jié)構(gòu)與功能，包括大量非基因DNA序列的結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科。第一節(jié)讀出“天書”——

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)人類基因組計(jì)劃(HGP)首先由美國(guó)能源部（1986年）倡議，于1990年正式啟動(dòng)。由美國(guó)（54%）、英國(guó)（33%）、日本（7%）、法國(guó)（2.8%）、德國(guó)（2.2%）、中國(guó)（1%）6個(gè)國(guó)家20個(gè)研究所，全球2800余名科學(xué)家參加的人類基因組全序列分析工作原計(jì)劃10～15年完成，耗資30億美元。我國(guó)科學(xué)家參加了這項(xiàng)計(jì)劃，任務(wù)是完成3p末端的30Mb區(qū)域的測(cè)序工作，占人類基因組的1%。由國(guó)家人類基因組北、南方研究中心和中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究中心共同合作完成。旨在發(fā)現(xiàn)人類DNA上25000-30000個(gè)基因，及其在染色體上的位置，確定人類DNA上3.2×109堿基對(duì)序列信息并闡明人類所有基因，從而從整體上破譯人類遺傳信息；測(cè)序信息存儲(chǔ)和分析；設(shè)計(jì)新的測(cè)序信息數(shù)據(jù)分析軟件，發(fā)展新的測(cè)序技術(shù)；解決該計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中的倫理、道德和社會(huì)問(wèn)題。

目標(biāo)：一、人類基因組計(jì)劃的背景與目標(biāo)具體目標(biāo)完成分辨率達(dá)2-5厘摩(cM)的遺傳圖完成帶有30000個(gè)序列標(biāo)簽位點(diǎn)（sequencetaggedsite，STS)的物理圖完成人類95%以上的DNA序列測(cè)定，且精度達(dá)99.99%完成100000個(gè)單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism，SNP)的序列變異的測(cè)定完成人類全長(zhǎng)cDNA及基因的識(shí)別完成大腸埃希桿菌（E.coli）、啤酒酵母（S.cerevisiae）、秀麗線蟲（C.elegans）、果蠅（D.melanogaster）等模式生物基因組的測(cè)序創(chuàng)立基因組水平的相關(guān)測(cè)序技術(shù)。二、基因組作圖（一）遺傳連鎖圖譜（geneticlinkagemap）是指通過(guò)計(jì)算相互連鎖的遺傳標(biāo)志之間的重組率以獲得某性狀與遺傳標(biāo)記間的相對(duì)距離，一般以厘摩（centimorgen，cM)表示。多態(tài)性遺傳標(biāo)志：限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP)、微衛(wèi)星（MS,又稱短串聯(lián)重復(fù)序列STR)、單核苷酸多態(tài)性（SNP)（二）物理圖譜（physicalmap）用堿基對(duì)（bp）的個(gè)數(shù)來(lái)表示，用以確定各遺傳標(biāo)志之間的物理距離。首先以一段已知核苷酸序列的DNA片段（稱為序列標(biāo)簽位點(diǎn)，STS)為“位標(biāo)”，以bp、kb和Mb作為圖距的基因組圖?；驹硎窍取扒盟椤?，再拼接。（三）序列圖（sequencemap）是人類基因組的核苷酸序列圖。由約32億核苷酸組成的序列圖。三、人類基因組計(jì)劃的完成情況四、人類基因組計(jì)劃的主要發(fā)現(xiàn)人類常染色質(zhì)區(qū)域共有28.5億個(gè)核苷酸組成，編碼蛋白質(zhì)的基因?yàn)?2287個(gè)，其中已知基因19438個(gè)，預(yù)測(cè)基因2188個(gè)。在這些基因中共有231667個(gè)外顯子，平均每個(gè)基因含有10.4個(gè)外顯子。編碼外顯子的總長(zhǎng)約34Mb，約占常染色質(zhì)的1.2%。人類基因組中基因、轉(zhuǎn)座子、GC含量、CpG島等的分布很不均一，既有密集區(qū)，又有稀少區(qū)；在染色體末端重組率較高，而著絲粒附近較低；染色體的重組率與染色體長(zhǎng)度成反比，即染色體越短重組率越高；基因組中大部分轉(zhuǎn)座子活性明顯下降，而長(zhǎng)散在重復(fù)元件1（LINE1)和Alu元件卻成為優(yōu)勢(shì)家族。人類基因組中已發(fā)現(xiàn)1000多萬(wàn)個(gè)SNP,構(gòu)建了人類基因組差異的公眾數(shù)據(jù)庫(kù)（）。五、人類基因組學(xué)未來(lái)研究方向第二節(jié)讀通和讀懂“天書”——功能基因組學(xué)一、基因組內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能元件二、基因組表達(dá)產(chǎn)物的功能研究三、基因組多樣性的研究四、比較基因組學(xué)研究第三節(jié)用好“天書”——疾病基因組學(xué)一、疾病基因的定位與識(shí)別（一）基因定位全基因組掃描法(genome-widescan)

關(guān)聯(lián)分析(associationstudy)

（二）基因識(shí)別二、基于基因組的疾病診斷（一）基因芯片技術(shù)用于疾病的診斷（二）外顯子組捕獲技術(shù)用于疾病的診斷

（三）全基因組關(guān)聯(lián)分析用于疾病的定位與診斷三、基于基因組的個(gè)性化治療外顯子組捕獲(exomecapture)技術(shù)

小家系：全外顯子組測(cè)序（Exomesequencing）?發(fā)現(xiàn)外顯子區(qū)的絕大部分的疾病相關(guān)變異?可發(fā)現(xiàn)常見變異和頻率<5%低頻突變?只對(duì)基因組的約1%測(cè)序，更加經(jīng)濟(jì)、高效?在相同預(yù)算情況下，可提供更高深度測(cè)序?只需要3個(gè)病人和1個(gè)正常人樣本即可進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wideassociationstudies,GWAS)多基因遺傳病：

GWAS是通過(guò)對(duì)大規(guī)模的群體(病例/對(duì)照)DNA樣本進(jìn)行包括單核苷酸多態(tài)性變異(Single-nucleotidepolymorphisms,SNPs)、拷貝數(shù)變異(Copynumbervariation,CNV)在內(nèi)的全基因組高密度遺傳標(biāo)記并分型,從而尋找與復(fù)雜疾病相關(guān)的遺傳因素的研究方法。【目的要求】一、掌握人類基因組計(jì)劃的目標(biāo)二、熟悉1、基因組作圖2、人類基因組計(jì)劃的完成情況和主要發(fā)現(xiàn)三、了解1.基因組測(cè)序的方