醫(yī)學(xué)遺傳學(xué) 王培林傅松濱主編第三章人類基因組學(xué) PPT教案

第三章

人類基因組學(xué)

（humangenomics)第一節(jié)人類基因組和基因組學(xué)

基因組（genome）生殖細(xì)胞含1套基因組

1套來自父本生殖細(xì)胞體細(xì)胞含2套基因組

1套來自母本生殖細(xì)胞

完整的人類基因組包含：1-22號(hào)常染色體核基因組

X和Y染色體

線粒體基因組

基因組學(xué)（genomics）

是從基因組整體層次上系統(tǒng)地研究各生物種群基因組的結(jié)構(gòu)和功能及相互關(guān)系的學(xué)科?；蚪M學(xué)研究?jī)?nèi)容的三個(gè)基本方面：

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）由此又派生出其他研究分支。第二節(jié)人類基因組計(jì)劃

人類基因組計(jì)劃（humangenomeproject,HGP）

是20世紀(jì)90年代開始的，由世界多個(gè)國家參與合作的系統(tǒng)地研究人類基因組的重大科研項(xiàng)目。

HGP的科學(xué)目標(biāo)：

是測(cè)定組成人類基因組的全部DNA序列，從而為闡明人類所有基因的結(jié)構(gòu)與功能，解碼人類生命奧秘奠基。HGP的基本任務(wù)：

構(gòu)建人類基因組遺傳圖，物理圖，序列圖，為最終完成基因圖打下基礎(chǔ)。HGP的技術(shù)成果:

主要體現(xiàn)在對(duì)人類基因組整體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，即人類基因組遺傳圖、物理圖、序列圖的完成，從而奠定了人類結(jié)構(gòu)基因組學(xué)基礎(chǔ)。而人類基因圖的完成，仍有大量工作要做。

人類基因組計(jì)劃的三個(gè)主要目標(biāo)圖示

遺傳圖（geneticmap）

又稱連鎖圖（linkagemap）

是將每條染色體上的基因或遺傳標(biāo)記的相對(duì)位置經(jīng)連鎖分析確定下來，構(gòu)成圖譜。遺傳距離：連鎖圖中兩個(gè)基因間圖距以1厘摩（cM）1厘摩（cM）=減數(shù)分裂時(shí)兩個(gè)基因間重組值為1%。遺傳標(biāo)記（geneticmarker）

可以是任何一種呈孟德爾遺傳的性狀或物質(zhì)形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多態(tài)標(biāo)記等。確定其在基因組中的位置后，可作為參照標(biāo)記用于遺傳重組分析。

第一代（1975）限制片斷長度多態(tài)（RFLP）分布數(shù)量105

多態(tài)程度較低,利用價(jià)值受限第二代（1989）短串連復(fù)制序列長度多態(tài)(STR)分布數(shù)量＞104

高度多態(tài)第三代（1996）單核苷酸多態(tài)（SNP）分布數(shù)量3×106

一般為二態(tài)單體型分析DNA遺傳標(biāo)記l

物理圖（physicalmap）是要將隨機(jī)長度的DNA片斷在染色體上的排列順序確定下來。這些克隆DNA片斷連接起來，形成重疊克隆群（Conting），再將一個(gè)個(gè)（Conting)相連成線狀，覆蓋整個(gè)染色體。這主要靠單拷貝DNA序列標(biāo)定部位（STS）作路標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。DNA序列標(biāo)定部位（seguonestaggedsite,STS)重疊克隆群（conting）YAC(yeastartificialchromosome)BAC(bacterialartificialchromosome)

序列圖（seguencemap）

是通過對(duì)基因組DNA進(jìn)行堿基排列順序分析而建立的。兩種技術(shù)路線：

1.公共序列路線：即在物理圖基礎(chǔ)上，將各個(gè)BAC克隆片段切成更短的片段，形成亞克隆分別進(jìn)行測(cè)序，再將相互重疊的讀出序列組裝成連續(xù)重疊線。2.“鳥槍法”測(cè)序路線：即直接將基因組DNA分割成20kb左右的小片段進(jìn)行隨機(jī)測(cè)序，再用超級(jí)計(jì)算機(jī)組裝成重疊線。所形成的序列圖稱celera序列。……………ACGTCCGATCGGTTCATGCC

TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC…………基因圖（genemap）

即在序列圖基礎(chǔ)上，用不同的方法測(cè)定各個(gè)基因所在區(qū)域位置?；驁D測(cè)定方法：

1.CpG島的應(yīng)用：大多數(shù)持家基因和40%組織特異性基因5’端均存在CpG島序列。制備

探針，染色體涂染指示基因位置分布。

2.計(jì)算機(jī)識(shí)別：研發(fā)計(jì)算機(jī)GRAIL系統(tǒng)，可識(shí)別每個(gè)基因區(qū)的外顯子-內(nèi)含子接頭區(qū)保守序列。

3.cDNA策略：由組織細(xì)胞中表達(dá)mRNA，逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA片段，稱為表達(dá)序列標(biāo)簽（EST），將收獲EST定位后，構(gòu)建的圖稱為轉(zhuǎn)錄圖，是人類基因圖雛形。人類基因組結(jié)構(gòu)的分析1.

人類基因組DNA全長約3×109bp，相當(dāng)3600厘摩（cM）。其中僅有約5%的序列為編碼序列（編碼蛋白或tRNA、rRNA等）。2.

人類基因組中可能有30000-40000個(gè)基因，其中編碼蛋白質(zhì)的外顯子只占基因組DNA的1%，內(nèi)含子則占24%。每個(gè)基因平均長27kb，平均含有9個(gè)外顯子。不同個(gè)體間，基因編碼僅有0.01%的差異。3.

基因在各個(gè)染色體上的分布是不均勻的，17、19、22號(hào)染色體基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色體基因密度最低。人類基因組中約20%的區(qū)段是沒有基因的“沙漠”。后基因組計(jì)劃（past-genomeproject，PGP）PGP的研究領(lǐng)域

人類基因組多樣性計(jì)劃環(huán)境基因組學(xué)

功能基因組學(xué)（蛋白組學(xué)）疾病基因組學(xué)

比較基因組學(xué)藥物基因組學(xué)

生物信息學(xué)

第三節(jié)后基因組計(jì)劃一、人類基因組多樣性計(jì)劃（humangenomediversityproject，HGDP）人類基因數(shù)量一致3-4萬個(gè)人類基因組DNA總量均為3×109bp不同個(gè)體基因編碼僅有0.01%差異種族多樣性族群多樣性個(gè)體特異性人類基因組的多樣性與同一性二、功能基因組學(xué)

功能基因組學(xué)（functionalgenomics）轉(zhuǎn)錄圖基因表達(dá)圖：三維轉(zhuǎn)錄圖。

不同時(shí)間不同基因不同表達(dá)水平不同發(fā)育期不同組織不同表達(dá)水平同一組織同一基因三、比較基因組學(xué)（comparativegenomics）各種模式生物基因組序列的比較生物種類基因組大小預(yù)測(cè)基因組數(shù)目基因平均長度大腸桿菌4.6Mb1800約1kb酵母12Mb5800約2kb秀麗線蟲97Mb18500約5.3kb果蠅116Mb13600約10kb小鼠3000Mb40000約30kb人3164Mb30000-4000027kb生物基因組進(jìn)化的連續(xù)性分析

21%的基因原核生物和真核生物共有

32%的基因真核生物共有而原核生物沒有

24%的基因動(dòng)物所共有

22%的基因脊椎動(dòng)物特有四、環(huán)境基因組學(xué)（enviromentalgenomics）是研究與環(huán)境因素相關(guān)的疾病易感性基因的。

環(huán)境相關(guān)的疾病易感基因基因多態(tài)性分類環(huán)境成份相關(guān)疾病CYP1A1

激活吸煙肺癌GST解毒吸煙肺癌NAT2

解毒吸煙膀胱癌、乳腺癌TCF2轉(zhuǎn)錄因子母親吸煙唇裂、腭裂ALAD生物合成鉛鉛中毒五、疾病基因組學(xué)（morbidgenomics）

主要任務(wù)是分離重要疾病的致病基因與相關(guān)基因，并確定其致病機(jī)制。

1.腫瘤癌基因和抑癌基因的定位與克?。?/p>

2.單基因病致病基因的定位與克??；

3.多基因病數(shù)量性狀基因座（QTL）的定位與克隆。六、藥物基因組學(xué)（pharmacogenomics）是研究藥物及化學(xué)物質(zhì)引起機(jī)體反應(yīng)上的遺傳差異，即藥物多態(tài)性的學(xué)科，以便能更安全有效的使用藥物，和發(fā)現(xiàn)新的藥物。

七、生物信息學(xué)（bioinformatics）是生物學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)交叉的一門新興學(xué)科，對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析，進(jìn)而達(dá)到揭示數(shù)據(jù)所含的生物學(xué)意義有重要作用。國際上三大公共基因數(shù)據(jù)庫：

GeneBank：美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）

EMBL：美國歐洲生物學(xué)信息研究所（EBI）

DDBL：日本信息生物學(xué)中心（CIB）生物信息學(xué)已改變了基礎(chǔ)生命科學(xué)研究的運(yùn)作方式，極大地提高了工作效率。第四節(jié)基因定位與克隆基因定位（genemapping）

就是用一定方法，將各個(gè)基因確定到染色體的實(shí)際位置。基因克?。╣enecloning）

是從基因組中把某一基因用一定方法分離出來，以便進(jìn)行單一基因精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能的研究。一、基因定位工作歷史主要方法

連鎖分析（linkageanalysis）

體細(xì)胞雜交（somaticcellhybridization）

原位雜交（hybridizationinsitu）

放射雜種（radiationhybrid）

計(jì)算機(jī)識(shí)別（computeridentify）1．連鎖分析同一條染色體上的不同基因呈線性連鎖關(guān)系，在減數(shù)分裂后，結(jié)合家系分析，可鑒定子代中的重組體，通過重組值計(jì)算，可推斷待定位基因與已定位基因間的連鎖關(guān)系和遺傳距離，而實(shí)現(xiàn)基因定位。

兩個(gè)基因如非連鎖，則重組值=50%，即隨機(jī)組合。減數(shù)分裂產(chǎn)生配子發(fā)生交換AbaBAbaBABABabababaBABAb兩個(gè)基因如連鎖，則重組值＜50%，且重組值與遺傳距離成正比。體細(xì)胞雜交人/鼠融合細(xì)胞的特點(diǎn)：融合細(xì)胞兼