醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件

CatalogueChapter1Introduction（2.0）Chapter2GeneandChromosome（3.0）

Chapter3HumanGenomeandGenomics（1.0）

Chapter4

Single-geneDisorders

（4.0）

PrinciplesofMedicalGenetics,2ndEdition

byTD.Gelehrter,FS.CollinsandD.GinsburgInstantNotesinGenetics,byPC.Winter,GI.HickeyandHL.FletcherInstantNotesinMolecularBiology,byPC.Turner，AG.McLennanMendelianInheritanceinMan(MIM),byVA.McKusickReferences

Chapter1IntroductionSection1.

Medicalgeneticsandit’spositioninthemedicaleducation

MedicalGeneticsMedicalgenetics:

asyntheticsubjectwhichstudieshumangeneticdiseasesandgeneticmechanismofdevelopmentinhumandisordersbymakinguseofhereditarytheoryandmethods

Pageⅲ:Prefaceinthe2ndEdition（+line14)Pageⅳ：Prefaceinthe1stEdition（+line6)一、ABriefHistoryandbranchesofMedicalGenetics

1865,MendelG——

ExperimentsinPlantHybridization——Hereditaryfactor,Aa——MendelianLaws(lawofsegregationandindependentassortment）

MendelG.1900，LandsteinerK—ABOblood-types1902,GarrodAE——inbornerrorsofmetabolism1908,Hardy-Weinberglaw1909,Nilsson-EhleH——multifactorialinheritance1910，MorganTH——Theoryofchromosome;1926,TheoryofgeneLawoflinkageandcrossover

MorganTH.1924,BernsteinF——multipleallelesBranches:HumancytogeneticsBiochemicalgeneticsMoleculargenetics

1923,PainterTS——2n=48;XX,XY1952,HsuTC——hypotonicshock

1956,TjioJH——2n=46。

㈠Humancytogenetics1959,FordCE——Turner(XO)1959,JacobPA——Klinefelter(XXY)1959,NowellP——

Phchromosome1960,Denversystem1961,LyonM——

Lyonhypothesis1969,CasperssonT——bandingpattern1971,SeabrightM——

Gband

1975,YunisJJ——

Microcytogenetics1969,PardueML——insitehybridization,ISH1986,PenkelD——FISH㈡Biochemicalgenetics1902,GarrodAE——theincidenceofalkaptonuria:astudyinclinicalindividuality

Theoryof“defectofinbornMetabolism”1941,BeadleGW&TatumEL——theOneGene-OneEnzymeTheory

1949,PaulingL——sicklecelldisease;moleculardisease1956,IngramVM——6GluVal1963,GuthrieRnewbornscreening

㈢Moleculargenetics

1944,AveryOT,etal——DNAAveryOTMacLeodCMMcCartyM1953,WatsonJD&CrickFHC——DNAdoublehelixstructure

1957,Jacob&MonadJ——lactoseoperon1967，KhoranaHG,etalgeneticcode1968,ArberW&

NathansD——restrictionendonucleases

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978ArberWNathansDSmithH"forthediscoveryofrestrictionenzymesandtheirapplicationtoproblemsofmoleculargenetics"1970,BaltimoreD&TeminHM——reversetranscriptaseTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1975

BaltimoreDTeminHM"fortheirdiscoveriesconcerningtheinteractionbetweentumourvirusesandthegeneticmaterialofthecell"1977,SangerF——dideoxysequencing

TheNobelPrizeinChemistry1980SangerF"fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"1985,MullisK——polymerasechainreactionTheNobelPrizeinChemistry1993MullisF"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method"1978,KanYWgenediagnosis(RFLP)forHerriksyndrome(sickleanemiasyndrome)1986,WooLC——genediagnosis(ASO)1983,Adrian——genetherapy(ADA)forADA1990,humangenomeproject(HGP)

㈣Otherbranchesmorbidgenomicsbioinformaticsepigeneticshealthbirthsciencepopulationgeneticsimmunogeneticspharmacogeneticstumorgeneticsdevelopmentalgenetics㈤majoradvancementsinseveral

domainsofmedicalgenetics

humangenomeproject;HGPtransgenicorganismAnimalclone

genediagnosisgenetherapygeneticimmunizationRNAinterference1.HGP

2．transgenicorganismTransgenicbacteria

transgenicplants

transgenicanimals

3．Animalclone

SexualAnimalclone

AsexualAnimalcloneIsmanreplicatedsuccessfully?B.Buwasoliye

2005年3月4日

二、RoleofmedicalgeneticsinthemodernmedicineTheHazardofGeneticDisease15millionneonates1.3%birthdefect&congenitalmalformation70%～80%(130~150thousands)relatetogeneticfactor15millionneonates15%spontaneousabortion7%-8%(1.12million)

relatetochromosomalaberration15millionneonates70%~80%(130~150thousands)relatetogeneticfactorInthecrowd,monogenicdisease3%~5%

polygenicdisease15%~20%

chromosomedisease1%Thefirstorthesecondinthedeathreason:Malignanttumor(somaticcellgeneticdisease)2.2%mentalretardationmorethan1/3relatetogeneticfactorProbably,thereis20％～25％personswhosufferedfromacertaingeneticdiseaseinthecrowd.每年新增先天殘疾兒60萬(wàn)

據(jù)新華社南京2002年8月13日電，提高入口素質(zhì)，實(shí)行優(yōu)生優(yōu)育，是人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。世界上許多國(guó)家實(shí)施積極的人口政策，應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)干預(yù)出生缺陷，不斷降低了先天性病殘兒的發(fā)生率。

Section2Heredity&disease一、Roleofgeneticfactorinoccurrenceofdiseases

NatureandNurture二、characteristicsof

geneticdiseaseGeneticdiseases：

Thediseaseswhichareduetoalteredgeneticmaterials(genesorchromosomes).

1.verticaltransmission2.genemutation&chromosomalaberration3.alteredgeneticmaterialsingermcell&fertilizedeggs4.familialaggregationphenomenon5.“familialdisease”andgeneticdisease6.“congenitaldisease”andgeneticdisease7.genomicimprinting8.dynamicmutation

三、MajorTypesof

GeneticDiseases

MonogenicDisease

PolygenicDiseaseChromosomeDiseaseSomaticCellGeneticDiseasesSection1

Structureandfunctionofgene

一、Structureand

compositionofDNAmoleculeAdenine(A)Guanine(G)Cytosine(C)Thymine(T)二、Existing

patternsofDNAGenomeuniquesequenceHighlyrepetitivesequenceIntermediaterepetitivesequenceMultigenefamily&Pseudogene

㈡HighlyRepetitiveSequence1.SatelliteDNAG

T

CC

T

G

A

CC

G

T

G

T

C

A

GG

A

TC

A

G

G

A

C

T

GG

C

A

C

A

G

T

CC

T

AG

T

CC

T

G

A

CG

T

C

A

GG

A

TC

A

G

G

A

C

T

GC

A

G

T

CC

T

APalindromeHighlyRepetitiveSequence2.Invertedrepeatsequence枯眼望遙山隔水，往來(lái)曾見(jiàn)幾心知，

壺空怕酌一杯酒，筆下難成和韻詩(shī)。

途路隔人離別久，訊音無(wú)雁寄回遲。

孤燈夜守長(zhǎng)廖寂，夫憶妻兮父憶兒。鶯啼岸柳弄春晴,柳弄春晴夜月明;明月夜晴春弄柳,晴春弄柳岸啼鶯。AlufamilyIntermediateRepetitiveSequence1.SINE(shortinterspersingelement)2.LINE(longinterspersingelement)KpnⅠfamily三、MoleculeStructureofEukaryoticGeneGene：astructuralunitofinheritance.AsequenceofchromosomeDNAthatisrequiredforproductionofafunctionalproduct.MoleculeStructureofEukaryoticGeneSplitgene：genescontainingcodingregions(exons)thatareinterruptedbynoncodingregions(introns).MoleculeStructureofEukaryoticGeneMoleculeStructureofEukaryoticGeneGT–AGlawExonIntronFlankingsequencePromoterTATAboxCAATboxGCboxEnhancerPolyAHognessBoxMoleculeStructureofEukaryoticGeneCAATboxTATAboxExonIntronCAATboxGGCAATCTCTMoleculeStructureofEukaryoticGeneGCboxGGCGGGCAATboxGCboxTATAboxExonIntronMoleculeStructureofEukaryoticGeneCAATboxGCboxEnhancerTATAboxExonIntronCoresequenceGGTGTGGGAAATTTMoleculeStructureofEukaryoticGeneRegulatorSequenceCAATboxGCboxAATAAAEnhancerTATAboxExonIntronPolyA㈠

MultigeneFamily:Asetofgenesdescendedbyduplicationandvariationfromsomeancestralgene.Suchgenesmaybeclusteredtogetheronthesamechromosomeordispersedondifferentchromosomes.HistonegeneGlobingene四、MultigeneFamily&Pseudogene

Adult:HbA(α2β2，97％)HbA2(α2δ2，2％)HbF(α2γ2，1％)

Fetus:HbF；

Fetus

:HbGower1(ζ2ε2)

（Week1-8）

HbGower2(α2ε2)HbPortland(ζ2γ2)

PseudogeneAninactivegenewithinagenefamily,derivedbymutationofanancestralactivegeneandfrequentlylocatedwithinthesameregionofthechromosomeasitsfunctionalcounterpart.

一、Replicationofgene(omit)

二、Transcriptionofgene

三、Translationofgene（omit）Section2.Replicationandexpressionofgene二、Transcriptionofgene㈠RNAediting

LivercellentericepitheliumApoB500kDa240kDaN-tide6666CCUCodonCAAUAA二、轉(zhuǎn)錄RNA編輯

～:指導(dǎo)致生成的mRNA分子在編碼區(qū)的核苷酸順序不同于它的DNA模板相應(yīng)順序的過(guò)程。是二十世紀(jì)八十年代后期發(fā)現(xiàn)的mRNA前體修飾的一種特殊類型,經(jīng)過(guò)這一過(guò)程,改變mRNA前體的順序。因此,相應(yīng)的成熟的mRNA的順序不同于基因組中編碼mRNA前體的外顯子。RNA編輯與真核生物mRNA前體的修飾(如戴帽、加尾和剪接等)不同,后者不改變DNA的編碼序列。

RNA的編輯屬遺傳信息加工的一類，編輯的形成包括：①尿嘧啶核苷酸的加人或刪除；②C→U，A→G或G→A的RNA堿基轉(zhuǎn)換；③C→G，G→C或U→A的堿基顛換。編輯從mRNA的3′→5′方向進(jìn)行。

RNA編輯的生物學(xué)意義主要表現(xiàn)在：①通過(guò)編輯的mRNA具有翻譯活性；②使該mRNA能被通讀；③在一些轉(zhuǎn)錄物5′末端可創(chuàng)造生成起始密碼子AUG，以調(diào)節(jié)翻譯活性；④RNA編輯可能與生物進(jìn)化有關(guān)；⑤RNA編輯不偏離中心法則，因?yàn)樘峁┚庉嫷男畔⒃慈匀粊?lái)源于DNA貯藏的遺傳信息。㈡siRNA

siRNA即短鏈干擾RNA，是由dsRNA分子切割為21～23個(gè)核苷酸的片段，即siRNA，其3′端修飾物很短，與dsRNA共同組成了雙鏈復(fù)合體,在RNAi（RNAinterfering）過(guò)程中作為中介物，可以有效地降解哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的mRNA。RNAi

可以應(yīng)用siRNA的這種能力，特異性的降解與疾病相關(guān)的突變基因的mRNA，從而阻斷這些基因編碼蛋白危害效應(yīng)。當(dāng)前的研究表明，siRNA可以特異性的沉默培養(yǎng)基中哺乳動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的靶基因。

Section3.Chromatin&chromosome一、Formationofchromosomeand

spiralizationofchromatin(omit)二、Euchromatinandheterochromatin

（omit）三、Sexchromatin(一)Xchromatin(二)Ychromatin三、

Sexchromatin

(一)Xchromatin1949年，Barr等發(fā)現(xiàn)雌貓神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的間期核中有一個(gè)深染的小體，稱為X染色質(zhì)(Xchromatin)，又叫Barr小體。

X染色質(zhì)即正常女性間期細(xì)胞核中緊貼核膜內(nèi)緣的一個(gè)染色較深、直徑約為1μm的橢圓形小體。正常男性無(wú)X染色質(zhì)。

有兩條X染色體的女性的基因產(chǎn)物為什么不比只有一條X染色體的男性的相應(yīng)基因產(chǎn)物多？某一X連鎖的突變基因純合子的女性病情為什么并不比半合子男性嚴(yán)重呢？

1961年Lyon提出了X染色體失活的假說(shuō)。提出這一假說(shuō)的主要根據(jù)是間期細(xì)胞核內(nèi)X染色質(zhì)的數(shù)目總比中期看到的X染色體數(shù)目少一個(gè)。即X染色質(zhì)數(shù)＝X染色體數(shù)-l。Lyon假說(shuō)(Lyonhypothesis)的要點(diǎn)是：

1．雌性哺乳類動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)兩條X染色體中，只有一條具有活性，另一條是失活的，在間期細(xì)胞核中螺旋化而呈異固縮，形成濃染的X染色質(zhì)。

2．異固縮的X染色體可以來(lái)自父親，也可以來(lái)自母親，其失活是隨機(jī)發(fā)生的。一旦決定了哪一條X染色體失活后，那么，由這一細(xì)胞增殖出的所有細(xì)胞都是這條X染色體失活。

3．失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，大約在胚胎第16天。

由于雌性細(xì)胞中的兩條X染色體中的一個(gè)發(fā)生異固縮，保證了雌雄兩性細(xì)胞中都只有1條X染色體保持轉(zhuǎn)錄活性，使兩性X連鎖基因產(chǎn)物的量保持在相同水平上。這種效應(yīng)稱為X染色體的劑量補(bǔ)償。

需要指出的是：失活的X染色體上基因并非都失活，部分基因仍保持一定活性，因此X染色體數(shù)目異常的個(gè)體在表型上有別于正常個(gè)體，出現(xiàn)多種異常臨床癥狀。如47，XXY的個(gè)體不同于46，XY的個(gè)體；47，XXX的個(gè)體不同于46,XX的個(gè)體，而且X染色體越多時(shí)，表型的異常更嚴(yán)重。

(二)Ychromatin男性間期細(xì)胞核中，用熒光染料(QH)染色后，有一個(gè)代表Y染色體長(zhǎng)臂一部分的強(qiáng)熒光小體，直徑約0．3μm，稱Y染色質(zhì)(Ychromatin)。

利用間期核中特有的X染色質(zhì)和Y染色質(zhì)，臨床上可用口腔上皮細(xì)胞、羊水中的脫落細(xì)胞和絨毛細(xì)胞，快速地作出性別診斷。Section4Cellularreproduction—mitosis(omit)一、Gametogenesis

㈠spermatogenesis㈡oogenosis

Section5.Gametogenesisandmeiosis

1.Periodofproliferation2.Periodofgrowth3.Periodofmaturation4.Periodoftransformation

㈠spermatogenesis1.Periodofproliferation2.Periodofgrowth3.Periodofmaturation

㈡oogenosis

卵子發(fā)生從胚胎期就開(kāi)始了，卵原細(xì)胞的增殖在女性胎兒發(fā)育到五個(gè)月時(shí)就繁殖到約400萬(wàn)～500萬(wàn)個(gè)。這時(shí)期有絲分裂往往停止，卵原細(xì)胞→初級(jí)卵母細(xì)胞。出生后大部分初級(jí)卵母細(xì)胞退化，大約只有400個(gè)繼續(xù)發(fā)育，但停止在第一次成熟分裂前期的雙線期。性成熟后，每月只有一個(gè)初級(jí)卵母細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育，完成第一次成熟分裂。排卵時(shí)停止于第二次成熟分裂中期，受精時(shí)，次級(jí)卵母細(xì)胞才完成第二次成熟分裂，形成卵細(xì)胞。所以，一旦形成卵細(xì)胞，就意味著是一個(gè)受精卵。

DifferentpointsofgametogenesisSpermOvum場(chǎng)所：睪丸的曲細(xì)精管生精上皮

卵巢的生發(fā)上皮數(shù)目：1個(gè)精原細(xì)胞4個(gè)精子

1個(gè)卵原細(xì)胞1個(gè)卵子

發(fā)生時(shí)期：性成熟后開(kāi)始

胚胎期開(kāi)始生長(zhǎng)期：體積增大不明顯

體積增大明顯變形期：有

無(wú)

精卵發(fā)生過(guò)程的差異可能具有一定的遺傳學(xué)意義：

1．隨母親年齡的增加，女性生殖細(xì)胞減數(shù)分裂前期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可能與引起減數(shù)分裂不分離的風(fēng)險(xiǎn)增高有關(guān)。如21三體患病風(fēng)險(xiǎn)隨母親年齡的增加而增高。

2．精子發(fā)生時(shí)，遺傳信息多次復(fù)制，發(fā)生錯(cuò)誤的機(jī)率增加，可以解釋父親年齡較大時(shí)，?？梢钥吹叫峦蛔兊漠a(chǎn)生。Intervalofpro-meiosisMeiosisⅠIntervalbetweenmeiosisMeiosisⅡ二、Meiosis㈠

Intervalofpro-meiosis

㈡MeiosisⅠ1.ProphaseⅠ2.MetaphaseⅠ3.AnaphaseⅠ4.TelophaseⅠ⑴leptotene⑵zygotene⑶pachytene⑷diplotene⑸diakinesis

㈢Intervalbetweenmeiosis㈣MeiosisⅡ1.ProphaseⅡ2.MetaphaseⅡ3.AnaphaseⅡ4.TelophaseⅡ

㈤Significanceofmeiosis

在減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體發(fā)生分離，非同源染色體重新組合，同時(shí)還發(fā)生部分同源染色體間的交換，結(jié)果使生殖細(xì)胞的遺傳基礎(chǔ)多樣化，既保證了后代染色體數(shù)目的穩(wěn)定，又使遺傳基礎(chǔ)發(fā)生許多新的變異。保證物種染色體數(shù)目恒定性奠定生物變異的物質(zhì)基礎(chǔ)：1.配子染色體組合的多樣性：2n=23對(duì)cs.;

形成配子的數(shù)目＝2232.合子種類＝223x223=(223)23.交叉互換＝2.36交叉／2價(jià)體=54.24.兩個(gè)個(gè)體完全相同的概率：

P=[(223)2x(

223)2x54.2]-1

減數(shù)分裂是生物遺傳與變異的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，是構(gòu)成遺傳學(xué)三大基本定律的全部細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)（？），是保證遺傳性狀的連續(xù)性、穩(wěn)定性和遺傳性狀變異的多樣性的根本機(jī)制。

。Section6.GenemutationBasepairsubstitutionFrameshiftmutationDynamicmutation

DNA分子中的核苷酸順序發(fā)生改變，使遺傳密碼編碼產(chǎn)生相應(yīng)的改變，導(dǎo)致組成蛋白質(zhì)的氨基酸發(fā)生變化，以致引起表型的改變。TransitionTransversion一、Basepairsubstitution

Differenteffectsofbase-pairsubstitution1.Samesensemutation2.Missensemutationeg.HbSβ6GAG→GUG3.Nonsensemutation

eg.ApoB6666CAA→UAATyrLysSerTyrArgLysGlyTyrSerProThrGluArgGluUAC

AGU

CCU

ACA

GAAAGGGAGTyrValLeuGlnLysGlyUAC

AAG

UCCUAC

AGA

AAGGGA

GInsertionUAC

GUCCUA

CAG

AAAGGG

AGDeletion二、FrameshiftmutationFraXsyndrome(CGG)nn=6～46；normaln=60～200；pre-mutationn=200～230；patient三、DynamicMutation

組成DNA分子中的核苷酸重復(fù)序列拷貝數(shù)發(fā)生不同程度的擴(kuò)增。1in1250malesFragileXchromosomesyndrome(FraX)CharacteristicsShowmildtoseverementalretardationLarge,protrudingearsEnlargedtestesNarrowfacewithaprominentchinBehavioralproblemsChromosomeDiseaseinClinicalHuntingtonchorea(MIM143100)(發(fā)病年齡的變化）Section7.GenomicimprintingThephenomenonwherebythedegreetowhichageneexpressesitselfdependsupontheparenttransmittingit.(Geneticimprinting&Parentalimprinting)UniparentaldisomyGenomicimprinting：指在哺乳動(dòng)物某些組織細(xì)胞中，控制某一表型的一對(duì)等位基因因親源不同而呈差異性表達(dá)。即機(jī)體轉(zhuǎn)錄來(lái)自親本一方的等位基因，而與自身性別無(wú)關(guān)。迄今已有7個(gè)基因被確認(rèn)是小鼠和人類中的印記基因。

一、基因組印記的證明

基因組印記的證據(jù):

（1）首先取自鼠合子的原核移植實(shí)驗(yàn)，如果從受精卵中移去雄性原核而代之以雌性原核，結(jié)果胚胎不能正常發(fā)育；同樣，如果移去雌性原核而代之以雄性原核，胚胎發(fā)育也是異常的。

只有來(lái)自雙親的移植原核的合子卻可以正常發(fā)育。近期的研究表明，父源的遺傳信息：維持胚胎；母源的遺傳信息：受精卵的早期發(fā)育。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似于人類的某些情況葡萄胎——含有同樣兩條父源性的染色體，胚胎細(xì)胞缺如；卵巢畸胎瘤——染色體均為母源性，發(fā)育異常。uniparentaldisomy：指一個(gè)個(gè)體具有正常的二倍體染色體，但只是繼承了雙親一方的一對(duì)同源然色體，或者是來(lái)自父母一方的染色體片段被另一方的同源部分取代。例如已有第7號(hào)染色體單親二體性的病例報(bào)道，主要表現(xiàn)為出生體重輕。

（3）人類的某些染色體異常與畸變?nèi)旧w的親緣有關(guān)。在人類中發(fā)現(xiàn)基因組印記的證據(jù)是對(duì)Prader-Willi綜合征(PWS，又稱低肌張力－低智能－性發(fā)育低下－肥胖綜合征)和Angelman綜合征(AS，曾稱愉快木偶綜合征)兩種罕見(jiàn)綜合征的研究。Prader-Willisyndrome(PWS)&Anglemansyndrome(AS)PaternaldeletionsinPWSMaternaldeletionsinAS

del(15)(q11-q13)chromo15PWSAS表2-2遺傳病的基因組印記效應(yīng)——————————————————————————————————————————————————

疾病染色體定位印記效應(yīng)——————————————————————————————————————————————————Huntington舞蹈病4父源傳遞發(fā)病年齡提前脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)6父源傳遞發(fā)病年齡提前強(qiáng)直性肌萎縮19母源傳遞癥狀嚴(yán)重、發(fā)病提前神經(jīng)纖維瘤I17母源傳遞癥狀加重神經(jīng)纖維瘤II22母源傳遞發(fā)病年齡提前——————————————————————————————————————————————————Section8.RepairofDNAdamage(omit）思考題

1．解釋并區(qū)分下列名詞：

(l)外顯子與內(nèi)含子

(2)轉(zhuǎn)換與顛換

(3)(4)啟動(dòng)子與增強(qiáng)子

(5)基因組與基因家族

(6)(7)TATA框與CAAT框(8)單一順序與高度重復(fù)順序

(9)(10)X染色質(zhì)與Y染色質(zhì)

(ll)染色質(zhì)與染色體(12)(13)減數(shù)分裂與有絲分裂(14)基因組與基因

(15)斷裂基因與假基因

(16)(17)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)2．什么是GT—AG法則？有何意義?8．人類精子發(fā)生和卵子發(fā)生過(guò)程各有何特點(diǎn)?9．名詞解釋：

(l)基因突變(2)堿基替換

(3)移碼突變

(4)同義突變(5)錯(cuò)義突變(6)無(wú)義突變

(7)(8)動(dòng)態(tài)突變(9)單親二體

(10)基因組印記SectionOneHumanGenomeandGenomicsGenome:sumofgeneticinformationinaorganism.Germcell:1genome

onecomefromfather’Somatic:2genomes

cell

onecomefrommother’

Humangenome

=nucleargenome(N0.1-22autosomes+Xchromosome+Ychromosome)+mitochondrialgenome

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。

3directions：

StructuralGenomics

FunctionalGenomics

ComparativegenomicsSection2

Humangenomeproject(HGP)

HGP是美國(guó)科學(xué)家1985年率先提出、1990年實(shí)施的、旨在闡明人類基因組DNA3.2x109bp序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并闡明其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使得人類第一次在分子水平上全面的認(rèn)識(shí)自我的一項(xiàng)宏偉的科學(xué)工程。

ObjectiveandtaskinHGP：

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。

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)。ResultsinHGP:

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。

Geneticmap/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(lái)，構(gòu)成圖譜。Geneticdistance：連鎖圖中兩個(gè)基因間圖距以cM(centiMorgan）

1cM=1%互換率（重組值）。Geneticmarker（pp39)：

可以是任何一種呈孟德?tīng)栠z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。

1st

G（1975）RFLP分布數(shù)量105

多態(tài)程度較低,利用價(jià)值受限2ndG（1989）STR分布數(shù)量＞104

高度多態(tài)3rdG（1996）SNP分布數(shù)量3×106

一般為二態(tài)單體型分析DNAgeneticmarkersTheVisibleGeneticMapofHumanChromosome11.

l

Physicalmap:

是要將隨機(jī)長(zhǎng)度的DNA片斷在染色體上的排列順序確定下來(lái)。這些克隆DNA片斷連接起來(lái)，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(lái)實(shí)現(xiàn)。Sequencetaggedsite(STS)ContingYAC(yeastartificialchromosome)BAC(bacterialartificialchromosome)

pYACYACmethod利用酵母染色體結(jié)構(gòu)和復(fù)制系統(tǒng)（著絲點(diǎn)、端粒、復(fù)制子）來(lái)復(fù)制人的DNA分子；可克隆200～2000kb的DNA；特點(diǎn)：克隆片段大，可達(dá)Mb級(jí)別，用作自動(dòng)分析材料。圖3-2人類Huntington病以YAC為基礎(chǔ)的STS圖Sequencemap:

是通過(guò)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(niǎo)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…………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。所以，在大規(guī)模測(cè)序中，每發(fā)現(xiàn)一個(gè)CpG島，就預(yù)示可能在此處有一個(gè)基因。制備探針，染色體涂染指示基因位置分布。

2.計(jì)算機(jī)應(yīng)用：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。

圖3-316p上17kb(含人類多囊腎部分基因)中由計(jì)算機(jī)演算系統(tǒng)的外顯子與實(shí)際序列外顯子的比較

3.cDNA策略：由組織細(xì)胞中表達(dá)的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。

Analysesofhumangenomicstructure

1.

人類基因組DNA全長(zhǎng)約3.2×109bp，相當(dāng)3600厘摩（cM）。其中僅有約2%的序列為編碼序列。

2.

人類基因組中有2.0萬(wàn)-2.5萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)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%。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(méi)有基因的“沙漠”。重要發(fā)現(xiàn)

1.每個(gè)細(xì)胞的DNA中有32億個(gè)堿基對(duì)；2.人類基因的DNA中，超過(guò)97%其功能不明；3.不同個(gè)體的人類其DNA的差異只有0.1%；4.人類與黑猩猩的DNA相似度高達(dá)98.8%；5.人類的基因總數(shù)約20,000~25,000個(gè)。HGP與中國(guó)

1998年8月11日，中科院遺傳所“人類基因組中心”成立。

1999年2月，中心決定進(jìn)行大規(guī)?；蚪M測(cè)序，以創(chuàng)造加入“國(guó)際測(cè)序俱樂(lè)部”的條件。同年7月7日，中國(guó)在國(guó)際人類基因組測(cè)序協(xié)作組登記，申請(qǐng)加入“國(guó)際測(cè)序俱樂(lè)部”。并承擔(dān)了1%的染色體測(cè)序任務(wù)。ResearchdomainsinPGP：humangenomediversityproject，HGDPfunctionalGenomics

（proteomics

）environmentalgenomics

Section3Past-genomeproject，PGP）morbidgenomicscomparativegenomicspharmacogenomicsbioinformatics

一、Humangenomediversityproject(HGDP）人類基因數(shù)量一致2-2.5萬(wàn)個(gè)人類基因組DNA總量均為3.2×109bp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、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、Comparativegenomics各種模式生物基因組序列的比較生物種類基因組大小基因組數(shù)目基因平均長(zhǎng)度大腸桿菌4.6Mb1800約1kb

酵母12Mb5800約2kb

秀麗線蟲(chóng)97Mb18500約5.3kb

果蠅116Mb13600約10kb

小鼠3000Mb40000約30kb

人3164Mb20000-2500027kb

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(méi)有；

24%的基因動(dòng)物所共有；

22%的基因脊椎動(dòng)物特有。四、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、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??；

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、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、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(mén)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(guó)際上三大公共基因數(shù)據(jù)庫(kù)：GeneBank：美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（NCBI）EMBL：美國(guó)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。Section4Genemappingandcloninggenemapping

用一定方法將各個(gè)基因確定到染色體的實(shí)際位置。genecloning

從基因組中把某一基因用一定方法分離出來(lái)，以便進(jìn)行單一基因精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能的研究。一、Genemapping

Majormethods:

linkageanalysis

somaticcellhybridization

hybridizationinsitu

radiationhybrid

computeridentify1．Linkageanalysis

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(guò)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。Logoddsscore，LODZ(θ)=log10L(θ)L(0.5)

L(θ)表示重組值為時(shí)連鎖的似然性。L（0.5）表示重組值為50%，即完全不連鎖的似然性。二者之比的對(duì)數(shù)，即對(duì)數(shù)優(yōu)勢(shì)分值，記為L(zhǎng)OD值（LODscore）用Z表示。判定連鎖的標(biāo)準(zhǔn)為：Z值≥3時(shí)，可確定連鎖，Z值≤-2時(shí)，可否定連鎖，-2<Z值<3時(shí)，需做進(jìn)一步分析。

用以分析某一遺傳病基因位點(diǎn)與遺傳標(biāo)記的連鎖關(guān)系：Somaticcellhybridization

人/鼠融合細(xì)胞的特點(diǎn)：融合細(xì)胞兼有有雙親細(xì)胞染色體，但鼠一方染色體一般全部保留，而人一方染色體在細(xì)胞增殖過(guò)程中優(yōu)先丟失，以至最后僅剩少數(shù)幾條，乃至1條人染色體是基因定位的好材料。結(jié)合染色體顯帶和生化分析技術(shù)，可把某些生化性狀決定基因定位在保留的一條染色體上。雜種細(xì)胞克隆嵌板雜種克隆保留的人類染色體12345678A++++－－－－B++－－++－－C+－+－+－+－

3.Hybridizationinsitu

是核酸分子雜交技術(shù)在基因定位中的應(yīng)用。用經(jīng)放射性同位素標(biāo)記的探針，同染色體標(biāo)本載玻片上原位變性的染色體DNA進(jìn)行分子雜交，通過(guò)放射自顯影來(lái)檢測(cè)與探針雜交結(jié)合的染色體同源序列，依據(jù)放射性探針在染色體上的顯影位置進(jìn)行基因定位。熒光原位雜交（FISH）4.Radiationhybrid

是用射線輻射人體細(xì)胞染色體，使其隨機(jī)片段化，再與鼠細(xì)胞融合，形成人/鼠細(xì)胞放射雜種，人的隨機(jī)染色體片段，整合入鼠細(xì)胞染色體中。構(gòu)建放射雜種細(xì)胞系克隆嵌板，可用于基因定位。二、Genecloningstrategiesofgenecloning：

functionalcloningpositionalcloningcardidatecloning

1.Functionalcloning⑴根據(jù)目的遺傳性狀的特征，分析決定基因的功能，推測(cè)有關(guān)蛋白質(zhì)。⑵分析純化這一蛋白質(zhì)，并測(cè)出部分氨基酸順序。⑶根據(jù)遺傳密碼推測(cè)可能的mRNA序列。⑷設(shè)計(jì)相應(yīng)的寡核苷酸探針，雜交篩選cDNA或基因組DNA文庫(kù)，最終獲得決定基因的基因克隆。2.Positionalcloning⑴收集目的遺傳病的家系，選擇遺傳標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析，建立目的遺傳病與基因組中某染色體區(qū)域中遺傳標(biāo)記的連鎖關(guān)系。⑵根據(jù)這一位置信息，將遺傳圖中初步確定的位置，轉(zhuǎn)變成物理圖中相應(yīng)區(qū)域的DNA“鄰接克隆群”。⑶從相應(yīng)區(qū)域的“鄰接克隆群”中篩選可表達(dá)的結(jié)構(gòu)基因，作為候選基因；⑷在若干個(gè)候選基因中進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)和突變鑒定分析，最終將目的遺傳病的決定基因精確定位和分離克隆該基因。Strategyof

positionalcloning:DNA測(cè)序遺傳家系遺傳圖譜連鎖定位分析物理圖譜候選克隆表達(dá)圖譜候選基因MetValSerLeuGlnProATGGTCTCACTGCAACCGATGGTCTCACTGTAACCGMetValSerLeuStop突變檢測(cè)功能克隆與定位克隆的比較3.Cardidatecloning

候選克隆策略是在已定位和已克隆的基因越來(lái)越多的背景下，形成的一種新的基因克隆途徑。分為：定位候選克隆功能候選克隆

定位候選克隆

將目的表型（遺傳性狀或疾?。┙?jīng)連鎖分析或其他方法基本定位后，通過(guò)檢索該定位區(qū)域之中所有已知基因，包括與目的表型已有聯(lián)系或未建立聯(lián)系的已知基因，或已知的EST，或已知的模式生物“同源板塊”上的基因，把這些都作為候選基因，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析或致病突變鑒定，從中篩選出目的表型的決定基因克隆。

功能候選克隆

根據(jù)目的性狀決定基因的可能功能，檢索生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)的基因功能域，將具有接近功能域的基因，都作為候選基因，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析和致病突變鑒定，從中篩選出目的表型決定基因克隆。

從系列候選基因克隆中，鑒定某遺傳病決定基因克隆的方法：

⑴特異突變篩選法

⑵在體外恢復(fù)正常表型法

⑶構(gòu)建小鼠疾病模型法

特異突變篩選法是最常用的篩查候選基因的特異突變的方法。在某些無(wú)關(guān)受累者個(gè)體中鑒定突變，可強(qiáng)有力地認(rèn)為選擇了正確候選基因。在體外恢復(fù)正常表型法

有些疾病的突變通常引起功能的喪失，而表型是可逆的。如果一個(gè)病人的培養(yǎng)細(xì)胞能顯示突變的表型，人們可轉(zhuǎn)染一個(gè)克隆的正常等位基因到培養(yǎng)的有病的細(xì)胞中，即可通過(guò)遺傳缺陷的互補(bǔ)性而產(chǎn)生正常表型的恢復(fù)。構(gòu)建小鼠疾病模型法

一旦目的候選基因被鑒定，就可構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠模型。如果人的表型是功能喪失所至，可用基因打靶以在小鼠中產(chǎn)生種系的剔除突變；如果人的疾病是由于獲得功能所至，即可制備一個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠模型，導(dǎo)入該病的等位基因到小鼠的種系。這突變的小鼠預(yù)期會(huì)表達(dá)出相似的人類疾病。

BasicConceptionDominant

——

AHomozygote

——

AAoraaHeterozygote

——

AaGenotype&PhenotypeRecessive

——

a單基因遺傳病指某種疾病的發(fā)生主要受一對(duì)等位基因控制，它們的傳遞方式遵循孟德?tīng)柗蛛x律。

等位基因（alleles）是指在一對(duì)同源染色體某一座位上所具有的不同形式的基因，它們影響著同一相對(duì)性狀的形成。Allele?

性狀：生物所具有的形態(tài)的、技能的或生化的特點(diǎn)。

相對(duì)性狀：指這些形狀相互排斥，一個(gè)個(gè)體非此即彼，不能同時(shí)具有兩種形狀。

Autosomaldominant（AD)Autosomalrecessive(AR)X-linked(XL):X-linkeddominant（XD)X-linkedrecessive（XR)Y-linked(YL)Mitochondrial｛TypesofmonogenicdiseasesMcKusick:《MendelianInheritanceinMan》OMIMStatisticsforFebruary17,2005

NumberofEntries

AutosomalX-LinkedY-LinkedMitochondrialTotal*Genewithknownsequence9530423483710038+Genewithknownsequence

andphenotype3603800398#Phenotypedescription,

molecularbasisknown15221372271688%

Mendelian

phenotype

or

locus,

molecularbasisunknown1321134401459Other,mainlyphenotypeswith

suspectedmendelianbasis2147153202302Total148808855664

15885OMIMStatisticsforFebruary25,2006

NumberofEntries

AutosomalX-LinkedY-LinkedMitochondrialTotal*Genewithknownsequence1074464483710623+Genewithknownsequence

andphenotype3533200385#Phenotypedescription,

molecularbasisknown16751482261851%

Mendelian

phenotype

or

locus,

molecularbasisunknown1365134401503Other,mainlyphenotypeswith

suspectedmendelianbasis2087146202235Total15554924566316597SynopsisoftheHumanGeneMapChr.

Loci1

872

2

569

3

492

4

348

5

437

6

568

7

423

8

325

Chr.

Loci9

328

10

312

11

578

12

479

13

159

14

277

15

263

16

348

Chr.

Loci17

531

18

138

19

603

20

215

21

121

22

228

X

541

Y

46

Totalnumberofloci:9201

（2005）/→

9534(2006)

AutosomalX-LinkedY-LinkedMitochondrialTotal*Genewithknownsequence10729498483711312+Genewithknownsequence

andphenotype3533200385#Phenotypedescription,

molecularbasisknown18711722262071%

Mendelian

phenotype

or

locus,

molecularbasisunknown1418133401555Other,mainlyphenotypeswith

suspectedmendelianbasis2011144202157Total163829795663

17480NumberofEntriesOMIMStatisticsforMarch6,2007

15885(2005)→16597(2006)→17480(2007)15885（2005）

16597（2006）17480（2007）SynopsisoftheHumanGeneMap，Mar.6,2007Totalnumberofloci:10012Chr.

Loci1

960

2

624

3

537

4

374

5

485

6

601

7

445

8

348

Chr.

Loci9

368

10

346

11

621

12

527

13

188

14

304

15

292

16

380

Chr.

Loci17

573

18

144

19

660

20

245

21

132

22

245

X