普通遺傳學(xué)基因工程和基因組學(xué)

普通遺傳學(xué)基因工程和基因組學(xué)第1頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五重組DNA技術(shù)第2頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)基因工程概述遺傳研究要闡明遺傳與變異的現(xiàn)象和基本規(guī)律，探索遺傳與變異的原因及其物質(zhì)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上：解釋、研究生物進(jìn)化的原因、過程和規(guī)律(遺傳與進(jìn)化)改善動(dòng)、植物和微生物的遺傳特性——按照人類的意愿，創(chuàng)造、培育各種生物的新類型、新品種的人工進(jìn)化過程(育種學(xué))。育種工作的理論和技術(shù)水平在很大程度上取決于遺傳學(xué)所取得的成就。迄今為止，動(dòng)、植物育種的絕大部分成就都是以經(jīng)典遺傳、細(xì)胞遺傳和數(shù)量遺傳理論為基礎(chǔ)所取得的。第3頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五遺傳工程的基礎(chǔ)人類對(duì)自然改造的能力取決于對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)水平。分子遺傳、生物化學(xué)及分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)的理論和技術(shù)發(fā)展使生物遺傳操作的能力正在不斷提高遺傳工程的理論與技術(shù)基礎(chǔ)主要來自于：1.分子遺傳學(xué)的理論2.生物化學(xué)及分子生物學(xué)的理論與技術(shù)3.細(xì)胞生物學(xué)理論和技術(shù)第4頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五遺傳工程的含義生物技術(shù)生物工程：遺傳工程蛋白質(zhì)工程、酶工程微生物工程遺傳工程：在分子遺傳理論、技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過工程設(shè)計(jì)與施工方式，從細(xì)胞、分子水平改造生物遺傳特性作為一個(gè)綜合性的技術(shù)群體系，廣義的遺傳工程包含許多相關(guān)的組成部分，其主要的部分有三個(gè)：1.染色體工程2.細(xì)胞工程3.基因工程狹義的遺傳工程指的是基因工程第5頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

生物技術(shù)(biotechnology)

又稱生物工藝學(xué),生物工程學(xué)。是根據(jù)生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)的原理進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的經(jīng)營和開發(fā)微生物、動(dòng)植物細(xì)胞及其亞細(xì)胞組分,進(jìn)而利用生物體所具有的功能元件(如基因、蛋白質(zhì))等來提供商品或社會(huì)服務(wù)的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。第6頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

細(xì)胞工程(cellengineering)應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)的原理和方法,結(jié)合工程學(xué)的技術(shù)手段,按照人們預(yù)先的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳性的技術(shù),以及在體外大量培養(yǎng)和繁殖細(xì)胞,或獲得細(xì)胞產(chǎn)品,或利用細(xì)胞體本身的技術(shù)領(lǐng)域。主要內(nèi)容包括細(xì)胞融合、細(xì)胞拆合、染色體轉(zhuǎn)移、基因轉(zhuǎn)移、細(xì)胞或組織培養(yǎng)等。由于所用細(xì)胞的來源不同，細(xì)胞工程又分為微生物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程、動(dòng)物細(xì)胞工程等。第7頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五植物細(xì)胞工程第8頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五酶工程(enzymeengineering)又稱酶技術(shù)。它是圍繞著酶所特有的生化催化特性，結(jié)合現(xiàn)代的技術(shù)手段，在體外模擬或在常溫常壓下生成酶反應(yīng)的產(chǎn)品以及利用重組DNA技術(shù)定向改變酶，進(jìn)行酶的修飾，或酶的全人工合成。其主要內(nèi)容包括酶的化學(xué)修飾、酶的固定化、酶反應(yīng)器等。第9頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)是更廣義上的包括酶工程在內(nèi)的蛋白質(zhì)修飾操作，通過對(duì)蛋白質(zhì)及酶的化學(xué)修飾及基因改造獲得具有特殊功能的非天然蛋白質(zhì)的技術(shù)。主要是根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能間的相互關(guān)系，利用基因工程技術(shù)，或用化學(xué)方法，合成基因,改造基因，以便合成新的蛋白質(zhì)，或改變蛋白質(zhì)的活性、功能以及溶解性等。第10頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五一、基因工程的概念（geneticengineering）1、定義：又稱為重組DNA技術(shù)，指將某些特定的基因或DNA片斷，通過載體或其它手段送入受體細(xì)胞，使它們?cè)谑荏w細(xì)胞中增殖并表達(dá)的一種遺傳學(xué)操作。

2、目的:

生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造出生物的新性狀，并能穩(wěn)定遺傳。第11頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五可把來自任何生物的基因轉(zhuǎn)移到與其毫無關(guān)系的任何其他受體細(xì)胞中，可以任意改造生物的遺傳特性，創(chuàng)造出生物的新性狀（分子水平上的操作）某一段DNA可在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，為制備大量純化的DNA片段提供了可能（細(xì)胞水平上的表達(dá)）3、重要特征：第12頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五二、基因工程技術(shù)的誕生

1、基因工程的技術(shù)準(zhǔn)備基因工程技術(shù)的誕生不僅依賴于基因、分子生物學(xué)理論的發(fā)展，同時(shí)也有賴于一些重要的分子生物學(xué)研究方法的建立。最重要的技術(shù)準(zhǔn)備是限制性酶的分離純化、DNA連接酶的分離、大腸桿菌轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破。到1970年，這三大技術(shù)都已經(jīng)建立，“萬事齊備，只欠東風(fēng)”了。到了1972～1973年，兩位科學(xué)助產(chǎn)士Berg和Cohen將基因工程接到了人間。第13頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五2、基因工程技術(shù)的誕生第14頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

第一個(gè)重組體的構(gòu)建

1972年，美國斯坦福大學(xué)P.Berg等在PNAS上發(fā)表了題為∶“BiochemicalmethodeforinsertingnewgeneticinformationintoDNAofSimianVirus40:circularSV40DNAmoleculescotaininglamdaphagegenesandthegalactoseoperonofEscherichiacoli.Proc.Natl.Acad.Sci.USA69:2904-2909,1972”

標(biāo)志著基因工程技術(shù)的誕生。第15頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第一個(gè)重組體構(gòu)建第16頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

第一個(gè)有功能重組體的構(gòu)建雖然Berg的工作具有劃時(shí)代的意義，但是他們并沒有證明體外重組的DNA分子具有生物學(xué)功能。1973年，S.N.Cohen等在美國PNAS上發(fā)表了題為“ConstructionofBiologicallyFunctionalBacterialPlasmidInVitro”（S.N.Cohen,A.C.Y.Chang,H.W.Borer,andR.B.Helling,Proc.Natl.Acad.Sci.USA70:3240-3244,1973）的論文，宣布體外構(gòu)建的細(xì)菌質(zhì)粒能夠在細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá),從而完善了Berg開創(chuàng)的基因重組技術(shù)。第17頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五三、基因工程技術(shù)路線1、DNA片段的取得（目的基因的分離和制備）2、DNA片段和載體的連接——重組體DNA3、外源DNA片段引入受體細(xì)胞——基因克隆和基因文庫4、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞，以擴(kuò)增DNA重組分子，使其整合到受體細(xì)胞的基因組中5、目的基因表達(dá)分/合成切接轉(zhuǎn)增檢第18頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五體外操作與細(xì)胞內(nèi)表達(dá)第19頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1、DNA片段的獲得:從基因所在的生物體直接取得提取總DNA，構(gòu)建基因文庫(genelibrary)，從中調(diào)用目的基因；

人工合成DNA片段（DNA合成儀）利用PCR（polymerasechainreaction）反應(yīng)特異性地?cái)U(kuò)增所需要的目的基因片段，mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA（RT-PCR)用機(jī)械的方法:超聲波第20頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五首字母：大寫：細(xì)菌屬名2-3字母：小寫：細(xì)菌種名如EcoRⅠ4字母:大寫:菌株

Ⅰ，Ⅱ…:分離到的次序工具酶

限制酶（restrictionenzyme）：限制性內(nèi)切酶

Ⅰ類：限制和修飾作用

Ⅱ類：識(shí)別DNA內(nèi)部位點(diǎn)、切割雙鏈1、分類：根據(jù)酶結(jié)構(gòu)、作用及DNA結(jié)合和裂解的特性2、命名：第21頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第22頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

（2）產(chǎn)生平末端(bluntend):3、酶的識(shí)別和切割位點(diǎn):通常4-6bp,具有回文結(jié)構(gòu)(palindrom)（1）產(chǎn)生粘性末端(stickingend)5＇-末端:EcoRⅠ:5＇-GAATTC-3＇

3＇-CTTAAG-5’3＇-末端:PstⅠ:5＇-CTGCAG-3＇

3＇-GACGTC-5＇

SmaⅠ:5＇-CCCGGG-3＇

3＇-GGGCCC-5＇第23頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五5、同尾酶(isoaudamers):

識(shí)別序列不同,但產(chǎn)生相同的粘性末端

BamHⅠ:GGATCC

Sau3AⅠ:NGATCN4、同功異源酶(isochizomers):

來源不同,識(shí)別和切割位點(diǎn)相同如:BamHⅠ和BstⅠ第24頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五限制性內(nèi)切酶限制酶第25頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五切割產(chǎn)生平齊末端（bluntends），如SmaI：第26頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五產(chǎn)生粘性末端（stickyends）：如BamHI、PstI：

識(shí)別特定堿基順序，如回文對(duì)稱序列（palindrome），又稱反向重復(fù)序列，從兩個(gè)方向閱讀其序列相同的序列。第27頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第28頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

大腸桿菌中第一個(gè)發(fā)現(xiàn)，MW109KD

方向：5＇3＇還具有5＇

3＇及3＇

5＇外切酶活性.

缺口平移法標(biāo)記DNA時(shí)常用修飾酶

對(duì)DNA或RNA末端進(jìn)行剪切、補(bǔ)平、連接及化學(xué)修飾的酶。1、DNA聚合酶第29頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

方向：5＇

3＇作用：以RNA為模板合成DNA，構(gòu)建cDNA文庫2、逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase）將3＇-OH與5＇-P連接形成3＇,5＇-磷酸二酯鍵3、T4DNA連接酶（T4DNAligase）第30頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五4、堿性磷酸酶（alkalinephosphatase）6、TaqDNA聚合酶和其它耐熱DNA聚合酶

去除DNAorRNA5＇-P，制備載體時(shí)可防止載體自身連接，提高重組效率。5、末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移酶：末端轉(zhuǎn)移酶作用：在DNA的3＇-OH上，加上dNTPPCR擴(kuò)增第31頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五內(nèi)切酶、堿性磷酸酶、連接酶的作用第32頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五DNA連接酶連接的部位：磷酸二酯鍵（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。第33頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離與基因文庫的構(gòu)建

細(xì)胞內(nèi)總DNA的提取分離程序第34頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

紫外分光光度計(jì)測(cè)定DNA溶液的純度和濃度。第35頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

基因文庫的構(gòu)建將總DNA包含的基因組各片段分別克隆在質(zhì)?；蚴删w載體上，便構(gòu)成了該生物的基因文庫。第36頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）PCR技術(shù)就是在體外中通過酶促反應(yīng)有選擇地大量擴(kuò)增（包括分離）一段目的基因的技術(shù)。加入4種物質(zhì)：

（1）作為模板的DNA序列；

（2）與被分離的目的基因兩條鏈各自5’端序列相互補(bǔ)的DNA引物（20個(gè)左右堿基的短DNA單鏈）；

（3）TaqDNA聚合酶；

（4）dNTP（dATP,dTTP,dGTP和dCTP）。第37頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五PCR的基本反應(yīng)步驟：1、變性：將反應(yīng)系統(tǒng)加熱至95℃，使模板DNA完全變性成為單鏈；2、退火：將溫度下降至50℃左右，使引物與模板DNA退火結(jié)合；3、延伸：將溫度升至72℃，DNA聚合酶以dNTP為底物催化DNA的合成反應(yīng)。上述三個(gè)步驟為一個(gè)循環(huán)，經(jīng)25～30次循環(huán)后，可將模板DNA擴(kuò)增達(dá)百萬倍。第38頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五每一輪聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可使目的基因片段增加一倍30輪循環(huán)可獲得——230（1.07×109)個(gè)基因片段第39頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五PCR儀離心機(jī)第40頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五GenomeDNATotalRNA第41頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

反轉(zhuǎn)錄人工合成互補(bǔ)DNA構(gòu)建基因文庫獲取目的基因存在的問題——

費(fèi)時(shí)費(fèi)事 內(nèi)含子序列反轉(zhuǎn)錄人工合成互補(bǔ)DNA方法的優(yōu)勢(shì)——獲取的DNA片段往往是具有特定功能的目的基因第42頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五2、DNA片段和載體的連接—重組體DNA載體：細(xì)菌中的質(zhì)粒、溫和噬菌體重組體DNA：載體DNA+引入的DNA粘性末端平整末端連接酶第43頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第44頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第45頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五載體（vector）：將“目的”基因?qū)胧荏w細(xì)胞的運(yùn)載工具。DNA載體：質(zhì)粒、噬菌體、病毒、細(xì)菌或酵母菌人工染色體等。DNA片段+適合的載體DNA重組DNA，在載體DNA的運(yùn)載下，高效率地進(jìn)入宿主細(xì)胞，并在其中進(jìn)行復(fù)制。第46頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五①具有復(fù)制原點(diǎn)，能自我復(fù)制；②具多克隆位點(diǎn)(multiplecloningsite，MCS或polylinkerregion)，即有多種限制酶的切點(diǎn)；③選擇時(shí)的遺傳標(biāo)記，如抗生素基因；④易從宿主細(xì)胞中回收。載體的條件：第47頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1．該質(zhì)粒比較小，可以插入一段較長的DNA片段。2．進(jìn)入宿主細(xì)菌細(xì)胞后，pUC18在每個(gè)細(xì)胞中可復(fù)制形成大約500個(gè)拷貝。3．在pUC18中有一小段人為設(shè)計(jì)和插入的具有多種限制性酶切位點(diǎn)的序列，即多克隆位點(diǎn)

細(xì)菌質(zhì)粒pUC18第48頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

pUC18質(zhì)粒的多克隆位點(diǎn)整合在lacZ基因中，該位點(diǎn)如果沒有插入外源目的基因，lacZ基因便可表達(dá)出-半乳糖苷酶，如果平板培養(yǎng)基中含有IPTG和X-gal，X-gal便會(huì)被半乳糖苷酶水解成蘭色，大腸桿菌形成藍(lán)色克隆。在多克隆位點(diǎn)插入外源目的基因，破壞了lacZ基因的結(jié)構(gòu)，大腸桿菌形成白色的克隆。4．利用lacZ基因的插入失活篩選重組質(zhì)粒5．pUC18還攜帶了氨卞青霉素抗性基因，可篩選重組質(zhì)粒。第49頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五λ噬菌體

◆

λ噬菌體基因組全長49kb。λ噬菌體DNA中間約三分之二的序列為中間基因簇(centralgenecluster)，位于兩端的為DNA左、右臂。λ基因組的中間基因簇序列可被外源DNA片段取代,而不影響噬菌體感染細(xì)菌及形成噬菌斑的能力?！籀耸删w載體可接受15kb-23kb的外源DNA片段，它既可作為克隆載體，也可作為表達(dá)載體，在基因庫篩選中，λ噬菌體作載體與細(xì)菌質(zhì)粒相比，具有易操作、陽性克隆數(shù)多等特點(diǎn)，現(xiàn)廣泛用于各類基因庫的構(gòu)建。

第50頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五柯斯質(zhì)粒

◆柯斯質(zhì)粒(cosmid)是利用部分λ噬菌體DNA與部分細(xì)菌質(zhì)粒DNA序列組建而成的。柯斯質(zhì)粒具有λ噬菌體的cos序列(12bp)和細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制原點(diǎn)。柯斯質(zhì)粒也具有抗生素抗性基因◆可接受長達(dá)50kb的外源DNA片段，這在克隆真核生物基因中十分有用，因?yàn)橐粋€(gè)DNA片段就可能具有真核生物基因的編碼序列及其它調(diào)控序列。還與YAC克隆系統(tǒng)結(jié)合，用于基因作圖分析。

第51頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五穿梭載體

穿梭載體(shuttlevectors)是指能在兩種不同的生物中復(fù)制的載體。例如既能在原核生物(如大腸桿菌)中復(fù)制，又能在真核細(xì)胞(如酵母)中復(fù)制的載體。因此，這類載體不僅具有細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制原點(diǎn)及選擇標(biāo)記基因，還有真核生物的自主復(fù)制序列(Autonomouslyreplicatingsequence,ARS)以及選擇標(biāo)記性狀，具有多克隆位點(diǎn)。通常穿梭載體在細(xì)菌中用于克隆、擴(kuò)增克隆的基因，在酵母菌中用于基因表達(dá)分析。

第52頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五BAC載體是基于細(xì)菌的性因子(F因子)質(zhì)粒的一些特點(diǎn)構(gòu)建的。F因子是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)能自我復(fù)制的質(zhì)粒，約100kb，它能在細(xì)菌接合時(shí)轉(zhuǎn)移1000kb的細(xì)菌染色體片段。將F因子經(jīng)基因工程改良構(gòu)成的BAC載體，可用于克隆100kb以上的DNA片段。帶有外源片段的BAC載體在細(xì)菌細(xì)胞中通常僅單個(gè)拷貝，這一特點(diǎn)有利于保持DNA大分子，尤其是重復(fù)序列多的DNA大分子，在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定復(fù)制而不發(fā)生重組。BAC載體本身分子量小，如由小F質(zhì)粒構(gòu)建的載體pBeloBAC11全長7.4kb，僅帶有自我復(fù)制、控制拷貝數(shù)(repE)及質(zhì)粒分配(parE，parA,parB)所必須的最少序列。BAC載體還具有氯霉素抗性選擇基因及多克隆位點(diǎn)。在多克隆位點(diǎn)兩側(cè)，還有T7及SP6啟動(dòng)子位點(diǎn)，用于制備RNA分子，進(jìn)一步分析克隆的基因表達(dá)，作為染色體步行的探針，以及序列測(cè)定克隆的片段。細(xì)菌人工染色體第53頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)菌人工染色體第54頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

酵母人工染色體◆酵母人工染色體（yeastartificialchromosome，YAC）是另一類酵母穿梭載體。同Yep載體一樣具有自主復(fù)制序列、克隆位點(diǎn)以及可在細(xì)菌和酵母菌中選擇的標(biāo)記基因。YAC還具有酵母菌染色體的一些特點(diǎn)。YAC可以接受100-1000kb的外源DNA片段，這一特點(diǎn)使YAC成為人類基因組計(jì)劃及圖位克隆分離基因的重要工具，并促進(jìn)了發(fā)展人類人工染色體(humanartificialchromosome，HAC)的研究。

第55頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五Ti質(zhì)粒及其衍生載體

第56頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五◆

Ti質(zhì)粒具有五個(gè)主要功能區(qū)域，它們分別是T-DNA、質(zhì)粒轉(zhuǎn)移(plasmidtransfer)、冠癭堿代謝(opinecatabolism)、復(fù)制原點(diǎn)(ori)和毒性區(qū)域(vir)。◆

T-DNA中直接參與轉(zhuǎn)移并整合到植物染色體上的序列，僅是T-DNA兩端與其它序列交界處的25bp不完全直接重復(fù)(imperfectdirectrepeats)，右端的序列稱為右界(rightborder,RB),左端的為左界(leftborder,LB)。T-DNA區(qū)域內(nèi)的所有基因與轉(zhuǎn)移無關(guān)，所以將致瘤基因全部缺失即卸甲(disarmed)后，將其它序列插入到這個(gè)區(qū)域，形成的T-DNA仍可將RB至LB內(nèi)的序列轉(zhuǎn)移并整合到植物基因組?！?/p>

Vir區(qū)的毒性基因是T-DNA轉(zhuǎn)移所必需的。

Ti質(zhì)粒是約200-500kb的環(huán)狀DNA分子，很難用作DNA克隆載體進(jìn)行操作.

Ti質(zhì)粒特點(diǎn)第57頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五3、重組體DNA引入受體細(xì)胞受體:大腸桿菌、真核細(xì)胞轉(zhuǎn)基因生物（transgenicanimals）：接受了外源基因，發(fā)生了性狀改變的生物克隆（clones）、無性繁殖系:基因文庫（genelibrary）第58頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第59頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五是一組DNA和cDNA序列克隆的集合體。從基因庫中分離基因，首先要構(gòu)建基因庫。根據(jù)克隆核酸序列、來源，基因庫可分為：核基因庫、染色體庫、cDNA庫、線粒體庫等?；蛭膸欤╨ibrary）：第60頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

以大腸桿菌為宿主菌進(jìn)行基因的克隆將目的基因克隆到大腸桿菌細(xì)胞中的操作步驟：1．獲得目的基因和質(zhì)粒載體；2．形成重組質(zhì)粒；3．制備感受態(tài)細(xì)胞，用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌細(xì)胞；4．培養(yǎng)大腸桿菌，讓重組質(zhì)粒及外源目的基因形成大量拷貝；5．篩選含重組質(zhì)粒的大腸桿菌細(xì)胞，進(jìn)行檢查或鑒定。第61頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

基因組DNA文庫 存在于轉(zhuǎn)化細(xì)菌內(nèi)， 由克隆載體所攜帶的所 有基因組DNA的集合。 簡(jiǎn)稱G－文庫。第62頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

cDNA文庫

用細(xì)胞總mRNA

制備全套雙鏈cDNA后， 建立的基因文庫。簡(jiǎn)稱

c－文庫。

第63頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

一般克隆基因的檢查和鑒定方法

瓊脂糖凝膠電泳分離鑒定大小不等的酶解片段：磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷酶解片段向陽極移動(dòng)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和凝膠阻力

——不同遷移率分子量標(biāo)準(zhǔn)參照物

酶切和電泳方法第64頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五32P標(biāo)記的DNA分子探針雜交放射自顯影法

DNA雜交直接鑒定第65頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五4、選擇基因(轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞和轉(zhuǎn)化子的篩選)核酸分子雜交（molecularhybridization）：遺傳學(xué)方法：篩選轉(zhuǎn)化菌；α互補(bǔ)免疫學(xué)方法：蛋白質(zhì)原位分子雜交：PCR方法：探針（probes）:根據(jù)所需基因的核苷酸順序制成一段與之互補(bǔ)的核苷酸短鏈，并用同位素標(biāo)記。第66頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第67頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

是southern于1975年創(chuàng)建用以鑒定DNA中某一特定的基因片段的技術(shù)，也稱為Southern印跡（SouthernBlot）。通過標(biāo)記的探針DNA與靶DNA結(jié)合，檢測(cè)目的基因的存在及大小。Southern雜交第68頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五Northern雜交

也稱為Northern印跡（NorthernBlot），用以檢測(cè)某一特定的RNA（通常是mRNA）片段的存在及表達(dá)量。因與DNA的雜交（Southern雜交）相對(duì)應(yīng)，故被趣稱為Northern雜交。第69頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五原位雜交細(xì)胞或染色體的原位雜交，用于基因定位。

細(xì)菌菌落的原位雜交：篩選陽性克隆。第70頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五Western(印跡)雜交

蛋白質(zhì)水平上的雜交技術(shù)，又稱為免疫印跡，即檢測(cè)蛋白質(zhì)與標(biāo)記的特定蛋白抗體結(jié)合，經(jīng)放射自顯影顯示條帶，根據(jù)條帶密度確定蛋白質(zhì)表達(dá)量。與DNA、RNA水平上的Southern雜交、Northern雜交相對(duì)應(yīng)，稱為Western雜交。常結(jié)合Northern印跡技術(shù)，檢測(cè)基因表達(dá)調(diào)控。第71頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五Southernblottingwesternblotting第72頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五SDSPCR檢測(cè)第73頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五5、目的基因的表達(dá)

目的基因在插入載體后，在其編碼順序的5’端有能被受體細(xì)胞識(shí)別的啟動(dòng)基因順序及能和核糖體結(jié)合的順序。則該目的基因就可以表達(dá)，從而使基因工程得以實(shí)現(xiàn)。第74頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五基因工程的技術(shù)組合第75頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第76頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五四、基因工程的基礎(chǔ)與應(yīng)用第77頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積年份19961997199819992000面積1701100278039904420年份2001200220032005面積5260587081109000（單位:公頃）第78頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五4種主要轉(zhuǎn)基因作物種植情況（2005年）

作物

大豆

棉花

油菜

玉米面積（公頃）54409804602120占同類作物%60%28%18%14%第79頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五改變花色的轉(zhuǎn)基因矮牽?；ǖ?0頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒光煙草第81頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)基因甜椒第82頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)基因西紅柿第83頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五藍(lán)色玫瑰一直是人類美麗的夢(mèng)想基因工程正在將它變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)第84頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)基因與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因超級(jí)鼠1982年，英國的《自然》雜志發(fā)表了一篇文章：有兩個(gè)美國實(shí)驗(yàn)小組利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將大鼠生長激素重組基因?qū)氲叫∈笫芫阎?培育出具快速生長效應(yīng)的“轉(zhuǎn)基因超級(jí)鼠”。轉(zhuǎn)基因鼠比與它同胎所生的小鼠生長速度快2～3倍，體積大一倍。第85頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)基因組學(xué)Genomics第86頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五基因組學(xué)（genomics）這一名詞是美國人T·H·Rodehck在1986年7月創(chuàng)造出來的，與一個(gè)新的雜志genomics一道問世?；蚪M學(xué)完全改變只能研究單個(gè)基因的狀況，它著眼于研究并解析生物體整個(gè)基因組的所有遺傳信息。基因組學(xué)就是發(fā)展和應(yīng)用DNA制圖、測(cè)序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，分析生命體（包括人類）全部基因組結(jié)構(gòu)及功能的科學(xué)。一、基因組學(xué)的概念及范疇第87頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五基因組學(xué)包括3個(gè)不同的亞領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics)功能基因組學(xué)(functionalgenomics)比較基因組學(xué)(comparativegenomics)基因組學(xué)概念第88頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五二、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics)是通過人類基因組計(jì)劃(HumanGenomeProject,HGP)的實(shí)施來完成的。HGP的內(nèi)容就是制作高分辨率的人類遺傳圖和物理圖，最終完成人類和其它重要模式生物全部基因組DNA序列測(cè)定，因此HGP屬于結(jié)構(gòu)基因組學(xué)范疇。第89頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

二十世紀(jì)人類的“三大計(jì)劃”曼哈頓原子彈計(jì)劃阿波羅登月計(jì)劃人類基因組計(jì)劃第90頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五曼哈頓原子彈計(jì)劃第91頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

我國進(jìn)行的氫彈實(shí)驗(yàn)第92頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五阿波羅登月計(jì)劃第93頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五宇航員登上阿波羅飛船第94頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五阿波羅飛船外形第95頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第96頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五月球車第97頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組計(jì)劃HGP也稱人類基因測(cè)序計(jì)劃，主要目標(biāo)是完成對(duì)人的基因組的所有堿基序列的測(cè)定，闡明人體中全部基因的位置、結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)、調(diào)控方式及致病突變的全部信息。基本任務(wù)是完成遺傳圖、物理圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。人類基因組包括24條染色體，3×109bp，3-4萬個(gè)基因。第98頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1986年，美國杜伯克在《科學(xué)》上撰文，號(hào)召大家聯(lián)合起來，從整體上把人類的基因組搞清。

1990年10月，經(jīng)5年的辯論以后，美國國會(huì)終于批準(zhǔn)被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國際人類基因組計(jì)劃。第99頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組計(jì)劃的目標(biāo)人類基因組計(jì)劃是一項(xiàng)國際性的研究計(jì)劃。它的目標(biāo)是通過以美國為主的全球性的國際合作，在大約15年的時(shí)間里完成人類24條染色體的基因組作圖和DNA全長序列分析，進(jìn)行基因的鑒定和功能分析。人類基因組計(jì)劃的“科學(xué)產(chǎn)品”將是一個(gè)人類遺傳信息數(shù)據(jù)庫，將是一本指導(dǎo)人類進(jìn)化的“說明書”。人類基因組計(jì)劃的最終目標(biāo)就是確定人類基因組所攜帶的全部遺傳信息，并確定、闡明和記錄組成的人類基因組的全部DNA序列。第100頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五與人類登月計(jì)劃相比，HGP的資金投入少，但它對(duì)人類生活的影響都可能更深遠(yuǎn)。隨著這個(gè)計(jì)劃的完成，DNA分子中儲(chǔ)藏約有關(guān)人類生存和繁衍的全部遺傳信息將被破譯，它將幫助我們理解人類如何作為健康人發(fā)揮正常生理功能，還將最終揭示嚴(yán)重危害人類健康疾病的機(jī)理。第101頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1、HGP的主要任務(wù)遺傳圖譜物理圖譜序列圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜第102頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五遺傳圖譜（geneticmap）又稱連鎖圖譜(linkagemap)，它是以具有遺傳多態(tài)性（在一個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)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(biāo)記為“路標(biāo)”，以遺傳學(xué)距離（在減數(shù)分裂事件中兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)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(shí)別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。遺傳圖譜-孟德爾的“新生”

第103頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五遺傳作圖：采用遺傳學(xué)分析方法將基因或其它DNA順序標(biāo)定在染色體上構(gòu)建連鎖圖。遺傳圖距單位為厘摩（cM）。遺傳圖有特征性的位置標(biāo)記用于表示基因組中特定順序所在的位置。遺傳作圖的標(biāo)記有基因標(biāo)記和DNA標(biāo)記兩類。第104頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人基因組全長約3300cM，如兩個(gè)標(biāo)記之間相距1cM，則需3300個(gè)標(biāo)記，如相距2～5cM，則需660～l650個(gè)標(biāo)記。標(biāo)記可以是體質(zhì)性狀，也可以是可檢出的DNA序列，例如基因、限制片段長度多態(tài)性（RFLP）和特定的單一序列等。每一個(gè)標(biāo)記都要用專一序列位點(diǎn)（STS）作鑒定。STS是指其位置及核苷酸序列均已知的、人基因組中只有一份拷貝的DNA短片段（一般長200～500堿基對(duì)）。可用STS來確定這些DNA片段的定位與取向。第105頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五DNA遺傳標(biāo)記1、RFLP(restrictionfragmentlengthpolymorphism，限制性片段長度多態(tài)性)。DNA序列上的微小變化，可能引起限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)的丟失或產(chǎn)生，導(dǎo)致酶切片段長度的變化。第106頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第107頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第108頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

SSLP是一些長度不等的重復(fù)序列、有多個(gè)等位基因位點(diǎn)。多次重復(fù)序列(variablenumberoftandemrepeats，VNTR)：也稱微隨體(minisatellite)，重復(fù)序列長度為幾十個(gè)核苷酸。簡(jiǎn)單重復(fù)序列(simpletandemrepeats，STRs)：又稱為小隨體(microsatellite)，常只有2~4個(gè)核苷酸重復(fù)單位。利用STR作為標(biāo)記更為普遍：

STR分布在整個(gè)基因組中，而VNTR主要集中在染色體末端；

STR的PCR檢測(cè)速度更快、準(zhǔn)確性更高，因?yàn)镾TR長度通常在300bp以下，而VNTR相反。2、簡(jiǎn)單序列長度多態(tài)性(simplesequencelengthpolymor-phisms，SSLP)：第109頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五3、單核苷酸的多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）SNP：是由于單個(gè)核苷酸改變而導(dǎo)致的核酸序列多態(tài)。第一軍醫(yī)大學(xué)2003年分子生物學(xué)

第110頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五基因組合中單個(gè)核苷酸的突變稱為點(diǎn)突變，理論上每個(gè)核苷酸位置最多只有4種形式，即A,T,C,G。某些群體在特定的單核苷酸位置只有2個(gè)或3個(gè)SNP，這些位點(diǎn)稱為雙等位（biallele）或三等位（triallele）。據(jù)估計(jì)，人類基因組中位于基因內(nèi)部的SNP超過200000，基因外部的點(diǎn)突變是基因內(nèi)部的10倍，總數(shù)在3000000左右。第111頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

家系分析法：分析8個(gè)家系134個(gè)成員（186個(gè)減數(shù)分裂），根據(jù)5264個(gè)STR(簡(jiǎn)單重復(fù)序列)標(biāo)記繪制而成。（X染色體分析是利用12家系170個(gè)成員（105個(gè)減數(shù)分裂））。將5264個(gè)標(biāo)記定位在2335個(gè)位點(diǎn)，構(gòu)建的人類基因組遺傳圖譜密度為每個(gè)標(biāo)記599kb。人類基因組遺傳圖譜的構(gòu)建：第112頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五物理圖譜（physicalmap）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(duì)構(gòu)成基因組的DNA分子進(jìn)行測(cè)定而繪制的。物理作圖：采用分子生物學(xué)技術(shù)直接將DNA分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo)定在基因組合實(shí)際位置。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。物理圖-路標(biāo)與路軌第113頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五限制性作圖：是將限制性酶切位點(diǎn)標(biāo)定在DNA分子的相對(duì)位置。依靠克隆的基因組作圖：根據(jù)克隆的DNA片段之間的重疊順序構(gòu)建重疊群，繪制物理連鎖圖。熒光標(biāo)記原為雜交：將熒光標(biāo)記的探針與染色體雜交確定分子標(biāo)記所在位置。順序標(biāo)簽為點(diǎn)左圖：通過PCR或分子雜交將小段DNA順序定位在基因組DNA區(qū)段中。物理作圖的方法有4類：第114頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組的物理圖是指以已知核苷酸序列的DNA片段(序列標(biāo)簽位點(diǎn)，sequence-taggedsite,STS)為“路標(biāo)”，以堿基對(duì)(bp，kb，Mb)作為基本測(cè)量單位(圖距)的基因組圖。STS是基因組中任何單拷貝的長度在100～500bp之間的DNA序列，與核酸內(nèi)切酶識(shí)別序列相關(guān)聯(lián)。得到5套以上包含相關(guān)染色體或整個(gè)基因組的DNA片段是建立STS物理圖的先決條件。然后，可以通過拼接而得STS物理圖。第115頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)2個(gè)片段含有同一STS順序時(shí)，可以確認(rèn)這2個(gè)片段彼此重疊。兩個(gè)STS標(biāo)簽在基因組上靠得近，它們就會(huì)一致同時(shí)出現(xiàn)在DNA大片段上；兩個(gè)STS標(biāo)簽在基因組上相距較遠(yuǎn)，它們同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)DNA大片段上的幾率就會(huì)小得多。物理圖的主要內(nèi)容是建立相互重疊連接的“相連DNA片段群”。只要有一定數(shù)量的STS標(biāo)簽，所有DNA大片段在該染色體或基因組中的位置都能被確定。第116頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五第117頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類部分染色體物理圖譜第118頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

以EST（expressedsequencetag，表達(dá)序列標(biāo)簽）為標(biāo)記，根據(jù)轉(zhuǎn)錄順序的位置和距離繪制的圖譜。EST：通過從cDNA文庫中隨機(jī)挑選的克隆進(jìn)行測(cè)序所獲得的部分cDNA的5'或3'端序列稱為表達(dá)序列標(biāo)簽（EST），一般長300-500bp左右。轉(zhuǎn)錄圖-生命的樂譜第119頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

對(duì)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)產(chǎn)物mRNA互補(bǔ)的cDNA（其片段稱為表達(dá)序列標(biāo)簽，EST）進(jìn)行大規(guī)模測(cè)序是序列標(biāo)簽位點(diǎn)的主要來源，并以此構(gòu)建人類基因組轉(zhuǎn)錄圖（基因圖）。第120頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五獲得各類組織或細(xì)胞的基因表達(dá)譜，從而給出人體200余種基本組織或不同細(xì)胞組成的人體基因圖(bodymap)。轉(zhuǎn)錄圖（基因表達(dá)譜）研究所提供的信息，使人們有可能系統(tǒng)地全面地從mRNA水平了解特定細(xì)胞、組織或器官的基因表達(dá)模式并解釋其生理屬性，深入認(rèn)識(shí)細(xì)胞生長、發(fā)育、分化、衰老和疾病發(fā)生的機(jī)制。第121頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組的序列圖-重中之重人類基因組的核苷酸序列圖(humangenomesequence)是分子水平上最高層次的、最詳盡的物理圖。測(cè)定總長約lm、由30億個(gè)核苷酸組成的全序列。人類所擁有的基因位點(diǎn)都是相同的，不同種族、不同個(gè)體的基因差異(人類基因組的多樣性)以及“正常”與“疾病”基因的差異，只是同一位點(diǎn)上的等位基因的差異。第122頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組與其他動(dòng)物基因組在染色體水平上有“共線”(即同源)現(xiàn)象。人類第21號(hào)染色體HSA21位點(diǎn)與小鼠第16號(hào)染色體MMUl6，MMUl7和MMUl0連鎖圖的比較，兩者之間存在著廣泛的同源性。人類基因組計(jì)劃所提供的人類核酸序列圖，蘊(yùn)藏了決定我們生、老、病、死的所有遺傳信息，將成為人類認(rèn)識(shí)自我、改造自我－使人類健康長壽的知識(shí)源泉，為21世紀(jì)現(xiàn)代生物學(xué)和醫(yī)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。第123頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五3、大規(guī)模基因組測(cè)序

Megabace測(cè)序儀3700測(cè)序儀第124頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五大規(guī)模測(cè)序基本策略逐個(gè)克隆法：對(duì)連續(xù)克隆系中排定的BAC克隆逐個(gè)進(jìn)行亞克隆測(cè)序并進(jìn)行組裝（公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)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(jī)測(cè)序，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝（美國Celera公司）第125頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行序列拼接第126頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類單倍體基因組含30億堿基對(duì)(bp)的DNA序列。編碼序列約占3%，非編碼序列約占97%。包括約4～10萬個(gè)基因，分布于22條常染色體和X、Y性染色體。第127頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五5、我國對(duì)人類基因組計(jì)劃的貢獻(xiàn)1994年，我國HGP在吳旻、強(qiáng)伯勤、陳竺、楊煥明的倡導(dǎo)下啟動(dòng)，最初由國家自然科學(xué)基金會(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；1999年7月在國際人類基因組注冊(cè)，得到完成人類3號(hào)染色體短臂上一個(gè)約30Mb區(qū)域的測(cè)序任務(wù)，該區(qū)域約占人類整個(gè)基因組的1％。第128頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五6、HGP進(jìn)展與未來整個(gè)完成的時(shí)間提前到了2003年，比原計(jì)劃提前了兩年。而原訂于2001年完成的人類基因組的基本構(gòu)圖也提前一年，在2000年6月26日由美國總統(tǒng)克林頓與英國首相布萊爾聯(lián)合宣布完成，這一天也因此成為人類歷史上“值得載入史冊(cè)的一天”。后基因組計(jì)劃，即功能基因組計(jì)劃的開始。第129頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五2000年2000年6月26日，美國國家人類基因組研究所所長弗朗西斯·柯林斯、塞萊拉公司的董事長兼首席科學(xué)家克萊格·文特爾、美國總統(tǒng)克林頓、英國首相布萊爾聯(lián)合宣布人類基因組工作草圖繪制成功。此后，人類基因組研究進(jìn)入繪制“完成圖”的階段。與“框架圖”相比，“完成圖”的覆蓋率從90％擴(kuò)展到100％，準(zhǔn)確率從99％上升到99.99％。第130頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因組草圖基本信息由31.65億bp組成含3~3.5萬基因與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的基因占2%人類基因組人類蛋白質(zhì)61%與果蠅同源43%與線蟲同源46%與酵母同源第131頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五2001年2001年2月12日，參加繪制人類基因組圖譜的美、英、日、法、德、中6國科學(xué)家公布了更加準(zhǔn)確、清晰、完整的人類基因組圖譜，并指出人類基因總數(shù)只有3~3.5萬個(gè),編碼序列占2%。2001年7月10日，中國“人類基因組計(jì)劃”重大項(xiàng)目秘書長楊煥明教授宣布：在人類基因組完成圖的繪制工作中，中國已率先超額（1.13%）完成所承擔(dān)的任務(wù)。第132頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五2003年4月14日，6國科學(xué)家宣布人類基因組序列圖繪制成功，HGP的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)。覆蓋人類基因組所含基因區(qū)域的99%，精確率達(dá)到99.99%，比原計(jì)劃提前兩年多，耗資27億美元。并公開研究數(shù)據(jù)和結(jié)果，贏得了這場(chǎng)競(jìng)賽。2003年第133頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1、人類基因組中只有1%是編碼序列。2、外顯子只約占每條基因的5%，因此基因組中只有25%的序列是來自基因的外顯子加內(nèi)含子。3、人類基因組只有30000-40000條基因。4、約60%的人類基因是可變剪接的。5、多達(dá)80%的可變剪接改變了蛋白質(zhì)序列，因此蛋白質(zhì)組約有50000-60000個(gè)蛋白質(zhì)成員。6、重復(fù)序列占人類基因的50%。人類基因組測(cè)序結(jié)果顯示：第134頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五人類基因的平均長度為22kb，平均有9個(gè)外顯子，而這9個(gè)外顯子總共約長1340bp，因此，編碼序列平均只占基因長度的5%。因?yàn)榇嬖诳勺兗艚?，所以基因的總?shù)比潛在的蛋白質(zhì)數(shù)目少。人類和黑猩猩在DNA序列上相差非常?。ㄐ蛄邢嗨菩源笥?9%），因此，雖然基因極其相似，但它們的功能和一組相似基因的相互作用顯然能夠產(chǎn)生極不相同的結(jié)果。第135頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

水稻的基因組

2002年4月5日我國科學(xué)家完成了水稻基因組定序和初步分析。出人意料的是，水稻的基因竟比人類基因還要多得多。人類基因大約有3-4萬個(gè)，水稻有46022-55615個(gè)基因。因此水稻基因組可說是繼人類基因組之后，完成定序的最大基因組，也是至今已知最大的植物基因組。由于水稻是全球半數(shù)以上人口的主食，對(duì)解決全球糧食問題具有重要意義。第136頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五

由于以人類為對(duì)象的研究實(shí)際上受到諸多限制，也受倫理學(xué)的約束，所以人類基因組計(jì)劃還將對(duì)有關(guān)的模式生物，如酵母、線蟲、果蠅、小鼠、擬南芥等進(jìn)行研究，為人類的基因組研究提供重要的依據(jù)。模式生物基因組研究第137頁，共157頁，2023年，2月20日，星期五1996年，完成酵母菌基因組測(cè)序。19