第5章-5 人類基因組計劃簡介[教學(xué)校園]

1、1教資優(yōu)選 1)1)第一階段第一階段: : 醞釀醞釀 2)2)第二階段第二階段: : 論證論證 3)3)第三階段第三階段: : 實施實施 2教資優(yōu)選 19841984年年1212月月, ,在美國猶他州鹽湖城滑雪勝地阿在美國猶他州鹽湖城滑雪勝地阿 爾他爾他, ,由美國能源部資助的一次環(huán)境誘變和致由美國能源部資助的一次環(huán)境誘變和致 癌物防護國際會議上癌物防護國際會議上, , 到會代表在討論中提到會代表在討論中提 出了一個問題出了一個問題: :有什么新辦法可以非常有效地有什么新辦法可以非常有效地, , 直接地檢測出人類基因的突變直接地檢測出人類基因的突變? ?或者說或者說, ,有沒有沒 有新方法可在

2、日本廣島有新方法可在日本廣島, ,長崎原子彈爆炸后的長崎原子彈爆炸后的 幸存者及其子女的群體中直接測定基因突變幸存者及其子女的群體中直接測定基因突變? ? 因為在受輻射傷害的人群中因為在受輻射傷害的人群中, ,能檢測到突變的能檢測到突變的 比率與正常人群相同比率與正常人群相同, ,比預(yù)期低三分之二比預(yù)期低三分之二. . 這是生物科學(xué)家首次討論人類基因組計劃這是生物科學(xué)家首次討論人類基因組計劃. . 3教資優(yōu)選 Alta is a ski area nestled among the Wasatch Mountains (note: Original text said Saguache Mou

3、ntains) in Utah, Salt Lake City. From December 9 to 13, 1984. The Alta meeting was sponsored by the Department of Energy (DOE) and the International Commission for Protection Against Environmental Mutagens and Carcinogens. It was initiated by David Smith of DOE and Mortimer Mendelsohn of the Lawrenc

4、e Livermore National Laboratory. 4教資優(yōu)選 Walter Gilbert. A crucial early proponent, he later tried to set up a company to produce and sell genome data. 5教資優(yōu)選 Robert L. Sinsheimer: The University of California, Santa Cruz, During a Critical Decade, 1977-1987Sinsheimer was appointed chancellor(分校校長分校校長)

5、 by UC President David Saxon in June, 1977. Formerly chairman of the division of biology at the California Institute of Technology (CIA )where his work as a molecular biologist had earned him a distinguished international reputation. 6教資優(yōu)選 1986年年, 1975年醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎得主年醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎得主, 美國美國Salk Institute研究

6、所癌癥研究員杜貝研究所癌癥研究員杜貝 可可(Renato Dulbecco)在在“Science”上發(fā)表題上發(fā)表題 為為“癌癥研究的轉(zhuǎn)折點癌癥研究的轉(zhuǎn)折點:定出人類基因組序定出人類基因組序 列列”一文一文, 引起了美國社會大眾的廣泛關(guān)注引起了美國社會大眾的廣泛關(guān)注, 并使基因組測序計劃的支持者和反對者進并使基因組測序計劃的支持者和反對者進 行了一場為時數(shù)年的爭論行了一場為時數(shù)年的爭論. 杜貝可提出了兩條基因搜尋路線杜貝可提出了兩條基因搜尋路線,即以測序即以測序 為核心的為核心的“DNA序列序列”探測和以作圖為中探測和以作圖為中 心心 的的“基因地圖基因地圖”克隆克隆. 7教資優(yōu)選 In 197

7、5 Dubcco was awarded the Noble prize for Physiology or Medicine with two of his associates David Baltimore and Howard Temin. In 1986 Dubecco proposed the “Human Genome Project” to map the entire genome and to identify some 100 thousand genes which make up the human genome strucrure. From 1988 to 199

8、2, Dubecco served as the President of the Salk Institute. At present, Dubecco, who returned to Italy to work for CNR is supervisor of the “Human Genome Project”(the Iatlian part of the International Project). Dubecco提出了人類基因組計劃提出了人類基因組計劃作圖和測序作圖和測序同時進行的研究路線同時進行的研究路線. 8教資優(yōu)選 人類基因組計劃雖然是一個極富創(chuàng)意的想法人類基因組計劃雖然

9、是一個極富創(chuàng)意的想法, 但在當(dāng)時但在當(dāng)時 的許多方面都超出了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的實際水平的許多方面都超出了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的實際水平, 因而不因而不 可避免遭到各方面的懷疑與反對可避免遭到各方面的懷疑與反對, 其中包括像其中包括像Jacob 這樣大名鼎鼎的生理學(xué)這樣大名鼎鼎的生理學(xué)Noble 獎得主獎得主, MIT和和NIH(美美 國國家健康研究所國國家健康研究所)等著名單位等著名單位. 主要原因在以下幾點主要原因在以下幾點: 1) 科學(xué)上的依據(jù)科學(xué)上的依據(jù): 基因編碼序列僅占人類基因組總量基因編碼序列僅占人類基因組總量 的的2%, 是否值得花很多錢去測序整個基因組是否值得花很多錢去測序整個基因組.以當(dāng)

10、以當(dāng) 時的技術(shù)測序費用太高時的技術(shù)測序費用太高. 2) 技術(shù)上不成熟技術(shù)上不成熟: 按當(dāng)時測序水平按當(dāng)時測序水平, 一個人每天最多一個人每天最多 只能完成只能完成1000 bp測序測序, 30億對堿基僅測序需要億對堿基僅測序需要1000 個人工作個人工作3000年年. 3) 大量的投入將擠占其它領(lǐng)域的研究經(jīng)費大量的投入將擠占其它領(lǐng)域的研究經(jīng)費. 9教資優(yōu)選 1987年春年春, 美國能源部健康和環(huán)境研究顧問委員會在聽取個種美國能源部健康和環(huán)境研究顧問委員會在聽取個種 意見后寫了一份報告意見后寫了一份報告“Human Genome Initiation”, 肯定人類肯定人類 基因組測序計劃的重要性

11、基因組測序計劃的重要性, 并表示愿意獨立承擔(dān)這一計劃并表示愿意獨立承擔(dān)這一計劃. 與此同時與此同時,美國科學(xué)院生命科學(xué)學(xué)部基礎(chǔ)生物委員會指定美國科學(xué)院生命科學(xué)學(xué)部基礎(chǔ)生物委員會指定15名名 科學(xué)家組成科學(xué)家組成“全國研究委員會全國研究委員會”, 經(jīng)過經(jīng)過14個月的努力寫出一份個月的努力寫出一份 報報 告告“人類基因組的作圖與測序人類基因組的作圖與測序”. 報告認為報告認為在開展人類基因組在開展人類基因組 測測 序的同時序的同時,平行開展模式生物大腸桿菌平行開展模式生物大腸桿菌,酵母酵母,線蟲線蟲,果蠅和小鼠果蠅和小鼠 基因組測序研究基因組測序研究.美國國會和商業(yè)委員會也委托所屬技術(shù)評估美國國會

12、和商業(yè)委員會也委托所屬技術(shù)評估 辦公室對人類基因組計劃進行調(diào)查辦公室對人類基因組計劃進行調(diào)查,后者提供了一份報告后者提供了一份報告 “Mapping Our Genes, The Genome Projects: How Big, How Fast”, 其態(tài)其態(tài) 度也是度也是支持這一計劃支持這一計劃.美國國立衛(wèi)生研究院美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)復(fù)雜基因組特復(fù)雜基因組特 別顧問委員會別顧問委員會1988年也提出報告年也提出報告支持人類基因組計劃支持人類基因組計劃. 10教資優(yōu)選 1988年美國國會正式批準(zhǔn)撥出專款資助能年美國國會正式批準(zhǔn)撥出?？钯Y助能 源部和國立衛(wèi)生研究院同時負責(zé)實施人類源部和

13、國立衛(wèi)生研究院同時負責(zé)實施人類 基因組計劃基因組計劃. 一般以一般以1989年為起始執(zhí)行年年為起始執(zhí)行年. 11教資優(yōu)選 第一任首席科學(xué)家第一任首席科學(xué)家: James Watson 因因DNA順序?qū)＠麪幷擁樞驅(qū)＠麪幷?于于1992年辭職年辭職. 第二任首席科學(xué)家第二任首席科學(xué)家 Francis Collins 12教資優(yōu)選 Human Chr.20, completed, February, 2002 Human Chr.14, completed, January, 2003 Human Chr.Y, completed, October, 2003 Human Chr.7, comple

14、ted, October, 2003 Human Chr.6, completed, October, 2003 Human Chr.13, completed, March, 2004 Human Chr.19, completed, March, 2004 Human Chr.9, completed, May, 2004 Human Chr.10, completed, May, 2004 Human Chr.X, completed, March, 2005 Human Chr.2-4, completed, April, 2005 Human Chr.1, completed, Ma

15、y, 2006 截止截止2006年年5月月, 人類基因組計劃已完成人類基因組計劃已完成22 條常染色體和條常染色體和X,Y性染色體的精確測序與性染色體的精確測序與 解讀解讀. 13教資優(yōu)選 The overall budget needs for the effort are still anticipated to be the same as those identified by the OTA and the NRC, namely about $200 million per year for approximately 15 years. (引自引自:The First Five

16、Years: Fiscal Years 1991-1995, published April 1990. DOE/ER-0452P, NIH Publication No. 90-1590.) 預(yù)計預(yù)計: 2002年年: Sequence 500 Mb/year at 1,400 Mb/year at $0.09 per finished base. 14教資優(yōu)選 共共16個單位個單位, 6個國家參加個國家參加: 1) United State 1. Baylor College of Medicine, Houston, Texa 2. Genome Therapeutics Corpora

17、tion, Waltham, MA 3. Joint Genome Institute, U.S. Department of Energy, Walnut Creek, CA 4. Stanford DNA Sequencing and Technology Development Center, Palo Alto, CA 5. University of Washington Genome Center, Seattle, WA 6. University of Washington Multimegabase Sequencing Center, Seattle, WA 7. Whit

18、ehead Institute for Biomedical Research, MIT, Cambridge, MA 8. Washington University Genome Sequencing Center, St. Louis, MO 2) United Kingdom 9. The Sanger Centre, Hinxton 15教資優(yōu)選 3) Germany 10. Max Planck Institute for Molecular Genetics, Berlin 11. Gesellschaft fur Biotechnologische, Forschung mbH

19、, Braunschweig 12. Institute for Molecular Biotechnology, Jena 4) France 13. Genoscope, Evry 5) Japan 14. Keio University, Tokyo 15. RIKEN Genomic Sciences Center, Saitama 6) China 16. 中國華大基因中心中國華大基因中心: 于于1998年申請參加人類基因組年申請參加人類基因組3號染色體端部約號染色體端部約1%基基 因組的測序因組的測序. 16教資優(yōu)選 June 25, 2000 .PRESIDENT CLINTON

20、 ANNOUNCES THE COMPLETION OF THE FIRST SURVEY (初步測序初步測序) OF THE ENTIRE HUMAN GENOME. June 26, 2000 White House 召開記者招待召開記者招待 Venter Collins 會慶賀這一具有歷史意義的重要成就會慶賀這一具有歷史意義的重要成就. 17教資優(yōu)選 人類基因組計劃于人類基因組計劃于1988年實施，原定年實施，原定15年年 于于2003年完成全部順序測序。實際花了年完成全部順序測序。實際花了13 年，于年，于2001年初宣布完成草圖順序。為完年初宣布完成草圖順序。為完 成此項研究，美國能

21、源部（成此項研究，美國能源部（DOE）和美國）和美國 國家健康研究所（國家健康研究所（NIH）共化費共化費3,452.9 百百 萬美元，其中萬美元，其中DOE為為2,484.7百萬美元為百萬美元為 NIH為為968.2。 引自：引自：NIH NEWS，Monday, April 14, 2003 18教資優(yōu)選 1) 遺傳圖與物理圖遺傳圖與物理圖 2) 人類基因組的測序與序列組裝人類基因組的測序與序列組裝 3) 人類基因組草圖與完成圖人類基因組草圖與完成圖 4) 人類基因組序列解讀人類基因組序列解讀 19教資優(yōu)選 20教資優(yōu)選 1）遺傳作圖（遺傳作圖（Genetic mapping） 采用遺傳學(xué)

22、采用遺傳學(xué) 分析方法將基因或其它分析方法將基因或其它DNA順序標(biāo)定在染色體順序標(biāo)定在染色體 上構(gòu)建連鎖圖。這一方法包括雜交實驗，家系分上構(gòu)建連鎖圖。這一方法包括雜交實驗，家系分 析。遺傳圖距單位為厘摩析。遺傳圖距單位為厘摩(cM), 每單位厘摩定義每單位厘摩定義 為為1%交換率。交換率。 2）物理作圖（物理作圖（Physical mapping） 采用分子生采用分子生 物學(xué)技術(shù)直接將物學(xué)技術(shù)直接將DNA分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo)分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo) 定在基因組實際位置。物理圖的距離依作圖方法定在基因組實際位置。物理圖的距離依作圖方法 而異，如輻射雜種（而異，如輻射雜種（radiation hyb

23、rid）作圖的計）作圖的計 算單位為厘鐳算單位為厘鐳(cR), 限制性片段作圖與克隆作圖限制性片段作圖與克隆作圖 的圖距為的圖距為DNA的分子長度，即堿基對的分子長度，即堿基對(bp, kb)。 21教資優(yōu)選 基因組測序的基本策略是將整個基因組分基因組測序的基本策略是將整個基因組分 割成一些小的片段分別測序割成一些小的片段分別測序, 然后將測序的然后將測序的 片段進行組裝片段進行組裝, 使其回歸到原來的位置使其回歸到原來的位置. 為了確保分散的基因片段正確歸位組裝為了確保分散的基因片段正確歸位組裝, 必必 須尋找一批標(biāo)記須尋找一批標(biāo)記,它們在染色體上的位置是它們在染色體上的位置是 已知的、唯一的、確定的已知的、唯一的、確定的, 并位于不同的測并位于不同的測 序片段之中序片段之中. 22教資優(yōu)選 標(biāo)記1 標(biāo)記2 標(biāo)記3 染色體上的基因和DNA順序 均可作為路標(biāo), 路標(biāo)具有 物理屬性,他們由特定的 DNA順序組成. 路標(biāo)位于 染色體上的位置是固定的, 唯一的,不會更改的,因而 提供了作圖的依據(jù) 23教資優(yōu)選 1) 1) 第一代分子標(biāo)記第一代分子標(biāo)記, ,單一順序多態(tài)性單一順序多態(tài)性: : RFLP, AFLP, RAPD RFLP, AFL