第八課人類基因組計劃

第八課人類基因組計劃第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2美國能源部廣島國際人類基因組計劃的啟動的重要原因是美國能源部的推動。1984年，在美國猶他州的Alta，由美國能源部資助的一個旨在討論日益發(fā)展的DNA重組技術的會議上，科學家們第一次討論了人類基因組測序的價值。而首次對于人類基因組測序的可行性進行認真的探討是在1986年由羅伯特·辛西默（RobertSinsheimer）主持的一個會議上。與會者的發(fā)言非常地大膽：“這一啟動計劃（人類基因組啟動計劃）的最終目標是了解人類基因組”，“就像了解人類身體構造對于目前醫(yī)學發(fā)展的貢獻，對人類基因組的了解將對醫(yī)學和其他健康科學研究提供必不可少的支持”。隨后，美國能源部健康與環(huán)境研究項目主任查爾斯·德利西（CharlesDeLisi）決定對人類基因組啟動計劃進行資助，資助金額為五百三十萬美元，用于發(fā)展關鍵性技術與資源。第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三3晚年的Watson人類基因組計劃徽章Collins1988年，人類基因組計劃再次得到顯著的推動，DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)者和諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲得者詹姆斯·沃森領導著國家衛(wèi)生研究院中新成立的一個基因組研究中心，加入了這個計劃。對于人類基因組計劃，沃森的評價是：“不盡快將它（人類基因組計劃）完成將是非常不道德的”，[10]“我有幸有機會讓我的科學生涯從雙螺旋跨越到三十億步（指的是人類基因組計劃的三十億美元投資）的人類基因組”。[11]但由于與上司意見不一，沃森不得不于1992年離開該計劃，其位置由弗朗西斯·柯林斯取代。第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三41990年，投資三十億美元的人類基因組計劃由美國能源部和國家衛(wèi)生研究院正式啟動，預期在15年內完成。隨后，該計劃擴展為國際合作的人類基因組計劃，英國、日本、法國、德國和中國先后加入，形成了國際基因組測序聯(lián)盟。為了協(xié)調各國人類基因組研究，1988年在維克多·馬克庫斯克（VictorMcKusick）等科學家的倡導下，國際人類基因組組織（HUGO）宣告成立。中國的人類基因組計劃在中國國家自然科學基金委員會的支持下，于1994年啟動，并得到國家高技術發(fā)展計劃和國家自然科學基金的資助。1998年，中國南方基因組中心成立；1999年北方基因組中心和中國科學院基因組中心成立。1999年9月，中國正式加入人類基因組計劃，承擔1％的測序工作。2000年4月，完成人第3號染色體上3000萬個堿基對的工作草圖。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三5Venter在國際人類基因組計劃啟動八年后的1998年，美國科學家克萊格·溫特創(chuàng)辦了一家名為塞雷拉基因組（CeleraGenomics）的小私立公司，開展自己的人類基因組計劃。與國際人類基因組計劃相比，公司希望能以更快的速度和更少的投資（3億美元，僅為國際計劃的十分之一）來完成。塞雷拉基因組的另起計劃被認為對人類基因組計劃是一件好事，因為塞雷拉基因組的競爭促使國際人類基因組計劃不得不改進其策略，進一步加速其工作進程，使得人類基因組計劃得以提前完成。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三6DNA定序：Sanger'sDideoxyMethodSanger第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三7第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三8ddATPddTTPddCTPddGTPdNTPdNTPdNTPdNTPP32P32P32P32第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三9第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三10?AutomatedDNAsequencing第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三11第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三12利用質粒擴增目標DNA第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三13KaryMullis1944年生于美國。喬治亞理工科大學畢業(yè)后，在加利福尼亞大學伯克力分校獲得博士學位。1979年任塞托斯公司的研究員。1993年因開發(fā)了聚合酶鏈式反應法（簡易DNA擴增法）獲諾貝爾化學獎。自1988年以來，他以核酸化學方面的私人顧問身份向各類機構提供咨詢服務，同時又成立了自己的公司，出任副經(jīng)理及會長。第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三14聚合酶鏈反應第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三15利用鳥槍法得到流感嗜血桿菌基因組序列的方法第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三16第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三17第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三18人類基因組計劃重點在于研究人類基因組的結構，主要包括四張圖，即遺傳圖、物理圖、轉錄圖與序列圖的制作。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三191、遺傳圖

遺傳圖（geneticmap）又稱連鎖圖（linkagemap）：以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標記為位標，以遺傳學距離為圖距的基因組圖。

遺傳學距離以厘摩（centi-Morgan,cM）表示。連鎖的遺傳標志之間的重組頻率為1%時，它們的相對距離為1cM，相當于106bp(1Mb)。

遺傳多態(tài)性標記為：RFLP、MS/STR、SNP。第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三20第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三21第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三22限制性酶切片段長度多態(tài)性（restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP）第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三23微衛(wèi)星標記（microsatellite,MS）：又稱為短串聯(lián)重復序列(shorttandemrepeat,STR)，指基因組中兩個或兩個以上的核苷酸短串聯(lián)重復，由于在不同個體中重復單位的數(shù)目變異非常大，具有遺傳學多態(tài)性。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三24單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism,SNP）：是指基因組中單個堿基位置上的變異，變異在人群中的頻率等于或高于1%。

AAGGTTAATGGTTA第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三25SNP第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三26第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2711號染色體局部遺傳圖第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三28遺傳圖的準確率有限釀酒酵母3號染色體遺傳圖與物理圖的比較第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三29

2、物理圖

物理圖（physicalmap）：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（稱為序列標簽位點，sequencetaggedsite,STS）為位標，對構成基因組的DNA分子進行測定，從而對某段DNA序列在染色體上的相對位置做一線性排列。以kb或Mb作為圖距而繪制的基因組圖。第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三30第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三311998年10月，完成了包含52,000個（原計劃為30,000）序列標簽位點的物理圖譜的繪制。第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三323、轉錄圖

轉錄圖（transcriptionmap）：在人類基因組中鑒別出占2%長度的全部蛋白編碼基因的位置、結構和功能。主要通過獲得mRNA（或cDNA）序列。

表達序列標記（expressedsequencetag,EST）是cDNA的部分序列，長度為300-500bp，通過對特定組織或器官cDNA文庫中的cDNA克隆進行隨機測序而獲得的序列。人類基因分布圖第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三334、序列圖

序列圖（sequencemap）:核苷酸序列圖即最詳盡的物理圖。通過測序得到基因組的序列，是一般意義上的人類基因組計劃。

第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三341990年啟動的人類基因組計劃經(jīng)過包括中國在內的多國科學家的10年努力，于2001年“大功告成”。2001年2月15日出版的英國《nature》雜志和2001年2月16日出版的美國《science》雜志，分別正式公布了人類基因組計劃和塞萊拉遺傳公司的人類基因組全序列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三35第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三362001年國際人類基因組組織（HUGO）又啟動了一項十分艱難、但非常必要的“糾錯補漏”程序,用了2年多的時間將草圖一點點地豐滿起來。在2003－2006年之間，終于將此草圖轉化為一張既高度精確又相當完整的人類基因組圖。人類基因組精確測序工作發(fā)表在2004年10月21日Ｎature（2004，431：931）上。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三37基因組序列共包含28．5億個核苷酸，它近乎完整，涵蓋了99％以上的常染色質基因組序列；準確率為99．999％，誤差小于1/10萬分之一的精確版人類基因組圖譜，也就是說誤差率只有1個bp／10萬個bp，比最初制訂的目標精確了10倍。而且還進一步糾正了蛋白編碼基因的數(shù)量，僅為2萬～2．5萬個，而非原先估計的10萬個。第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三38重大事件與進展1999年至2006年，完成了全部23條染色體的測序工作，具體如下：1999年12月，22號染色體測序完成；2000年5月，21號染色體測序完成；2001年12月，20號染色體測序完成；2003年2月，14號染色體測序完成；2003年6月，男性特有的Y染色體測序完成；2003年5月和7月，7號染色體測序完成；2003年10月，6號染色體測序完成；2004年4月，13號和19號染色體測序完成；2004年5月，9號和10號染色體測序完成；2004年9月，5號染色體測序完成；2004年12月，16號染色體測序完成；2005年3月，X染色體測序完成；2005年4月，2號和4號染色體測序完成；2005年9月，18號染色體測序完成；2006年1月，8號染色體測序完成；2006年3月，11號,12號和15號染色體測序完成；2006年4月，17號和3號染色體測序完成；HumanGenomeProjectInformation2006年5月，1號染色體測序完成；HumanGenomeProjectInformation第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三39人類基因組學的研究，將破譯DNA序列中蘊藏的全部信息，揭示人體生理和病理過程的分子基礎，并逐步認識生命的起源、進化、遺傳、發(fā)育、衰老以及死亡的本質，為人類疾病的預測、診斷、預防和治療提供最為合理和有效的方法和途徑。從基因組到基因組醫(yī)學第39頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三40癌癥研究有很大進展，直腸癌在美國有90％治愈率，即五年生存率，而這個數(shù)字在十年前是60％?，F(xiàn)在美國多數(shù)癌癥平均5年生存率為