第九章

基因組學(xué)與后基因組學(xué)基因組：生物體配子中所包含的全部染色體及其基因，還包括細(xì)胞質(zhì)基因組。基因組學(xué):研究生物體內(nèi)基因組的分子特征。以整個(gè)基因組為研究對(duì)象，而不是以單個(gè)基因?yàn)閱挝蛔鳛檠芯繉?duì)象。主要目標(biāo)：認(rèn)識(shí)基因組的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化；

闡明整個(gè)基因組所包含的遺傳信息和相互關(guān)系；

充分利用有效資源，

預(yù)防和治療人類疾病。人類基因組計(jì)劃ＤＮＡ鳥槍法序列分析技術(shù)后基因組學(xué)研究Contents一、人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)

1986年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.Dulbecco（杜爾貝科）提出人類基因組計(jì)劃——測(cè)出人類全套基因組的DNA堿基序列（3X109bp）第一節(jié)人類基因組計(jì)劃1975年，獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

美國政府決定于1990年正式啟動(dòng)HGP，預(yù)計(jì)用15年時(shí)間，投入30億美元，完成HGP。

由國立衛(wèi)生研究院和能源部共同組成“人類基因組研究所”

逐漸地，HGP擴(kuò)展為多國協(xié)作計(jì)劃。參與者包括：英、日、法、德和中國（1993年）二、人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展?fàn)顩r

（1）截至1998年10月，完成1.8X108bp，占計(jì)劃的6％。

（2）完成一系列模式生物全基因組測(cè)定。

這些模式生物全基因組測(cè)定的完成有重大理論與現(xiàn)實(shí)意義。（3）DNA測(cè)序技術(shù)飛速提高

1998.5.9

J.C.Venter等宣布，組建商

業(yè)公司，投入3億美元，3年內(nèi)完成。

接著又有若干家公司成立，總共投入資金約幾十億美元，形成

公”“私”并進(jìn)

格局2000.6

完成并公布人類基因組工作框架圖(90%)。二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成美國國家人類基因組研究所所長弗朗西斯·柯林斯在介紹情況。

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2000年6月公共領(lǐng)域測(cè)序計(jì)劃工作框架圖

2000年12月美、英等國科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜，這是人類首次全部破譯出一種植物的基因序列。2001年2月16日

人類基因組“精細(xì)圖”完成，(99%),同時(shí)發(fā)表論文

美國Science,Vol.291,No.5507

英國Nature,Vol.409,p.860

DNA測(cè)序膠圖２００３年４月１４日，人類基因組序列圖亦稱“完成圖”（99.99%），提前繪制成功。三、人類基因組計(jì)劃的科學(xué)意義（1）確定人類基因組中約5萬個(gè)編碼基因的序列及其在基因組中的物理位置，研究基因的產(chǎn)物及其功能。（2）了解轉(zhuǎn)錄和剪接調(diào)控元件的結(jié)構(gòu)與位置，從整個(gè)基因組結(jié)構(gòu)的宏觀水平上理解基因轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。（3）從整體上了解染色體結(jié)構(gòu)，包括各種重復(fù)序列以及非轉(zhuǎn)錄“框架序列”的大小和組織，了解各種不同序列在形成染色體結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)調(diào)控中的影響與作用。

（4）研究空間結(jié)構(gòu)對(duì)基因調(diào)節(jié)的作用。有些基因的表達(dá)調(diào)控序列與被調(diào)節(jié)基因從直線距離上看，似乎相距甚遠(yuǎn)，但若從整個(gè)染色體的空間結(jié)構(gòu)上看則恰恰處于最佳的調(diào)節(jié)位置，因此，有必要從三維空間的角度來研究真核基因的表達(dá)調(diào)控規(guī)律。（5）發(fā)現(xiàn)與DNA復(fù)制、重組等有關(guān)的序列。DNA的忠實(shí)復(fù)制保障了遺傳的穩(wěn)定性，正常的重組提供了變異與進(jìn)化的分子基礎(chǔ)。局部DNA的推遲復(fù)制、異常重組等現(xiàn)象則導(dǎo)致疾病或者胚胎不能正常發(fā)育，因此，了解與人類DNA正常復(fù)制和重組有關(guān)的序列及其變化，將對(duì)研究人類基因組的遺傳與進(jìn)化提供重要的結(jié)構(gòu)上的依據(jù)。（6）研究DNA突變、重排和染色體斷裂等，了解疾病的分子機(jī)制，包括遺傳性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引發(fā)的分子病理學(xué)改變及其進(jìn)程，為這些疾病的診斷、預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。（7）確定人類基因組中轉(zhuǎn)座子、逆轉(zhuǎn)座子和病毒殘余序列，研究其周圍序列的性質(zhì)。了解有關(guān)病毒基因組侵染人類基因組后的影響，可能指導(dǎo)人類有效地利用病毒載體進(jìn)行基因治療。

（8）研究染色體和個(gè)體之間的多態(tài)性。這些知識(shí)可被廣泛用于基因診斷、個(gè)體識(shí)別、親子鑒定、組織配型、發(fā)育進(jìn)化等許多醫(yī)療、司法和人類學(xué)的研究。此外，這些遺傳信息還有助于研究人類歷史進(jìn)程、人類在地球上的分布與遷移以及人類與其他物種之間的比較。遺傳圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜0.7cM或kb

序列圖譜物理圖譜100kbSTSmap四張圖：物理圖、轉(zhuǎn)錄圖遺傳圖、序列圖

四、HGP的主要任務(wù)１、遺傳圖（連鎖圖）

指基因或DNA標(biāo)記在染色體上的相對(duì)位置與遺傳距離。cM（基因或DAN片段在染色體交換過程中分離的頻率）

多態(tài)性：人的DNA序列上平均每幾百個(gè)堿基會(huì)出現(xiàn)一些變異（variation），并按照孟德爾遺傳規(guī)律由親代傳給子代，從而在不同個(gè)體間表現(xiàn)出不同，因而被稱為多態(tài)性（Polymorphism）。第一代多態(tài)性標(biāo)記是RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism，限制性片段長度多態(tài)性）第二代多態(tài)性標(biāo)記是短的串聯(lián)重復(fù)序列包括小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA，其多態(tài)性主要來自重復(fù)序列拷貝數(shù)的變化小衛(wèi)星DNA—由15-65bp的基本單位串聯(lián)重復(fù)而成，長度一般不超過20kb。重復(fù)次數(shù)（小衛(wèi)星DNA區(qū)的長度）在人群中是高度變異的；按照孟德爾的規(guī)律遺傳微衛(wèi)星DNA/簡短串聯(lián)重復(fù)（STR、STRP或SSLP）重復(fù)單元2-8bp，通常重復(fù)10-60次CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC真核生物基因組中的DNA重復(fù)序列主要有哪些類型？簡要說明基因組重復(fù)序列可能的生物學(xué)意義以及基因組重復(fù)序列在分子標(biāo)記研究中的應(yīng)用（12分）

中國科學(xué)院2002年

碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題第三代多態(tài)性標(biāo)記是單核苷酸的多態(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)

人類99．9％的基因密碼是相同的，而差異不到0．1％，不同人群僅有140萬個(gè)核苷酸差異。這些差異是由“單一核苷酸多樣性”（SNP）產(chǎn)生的，它構(gòu)成了不同個(gè)體的遺傳基礎(chǔ)。在整個(gè)基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。SNP與RFLP和STR標(biāo)記的主要不同之處在于，它不再以DNA片段的長度變化作為檢測(cè)手段，而直接以序列變異作為標(biāo)記。2、物理圖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)作為基本測(cè)量單位（圖距）的基因組圖。3、轉(zhuǎn)錄圖以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。

4、序列圖（分子水平的物理圖）序列圖是指整個(gè)人類基因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。1m

既包括可轉(zhuǎn)錄序列，也包括非轉(zhuǎn)錄序列，是轉(zhuǎn)錄序列、調(diào)節(jié)序列和功能未知序列的總和。人類基因組的序列圖是指測(cè)出30億個(gè)堿基對(duì)的序列，并在基因圖譜上表示出來。這是人類基因組計(jì)劃最繁重、耗時(shí)最多的工作。第二節(jié)ＤＮＡ的鳥槍法序列分析技術(shù)一、基因組DNA大片段文庫的構(gòu)建人工染色體含有三種必需成分：著絲粒、端粒和復(fù)制起點(diǎn)。YAC（酵母人工染色體）載體BAC（細(xì)菌人工染色體）載體用"染色體建造"法用F質(zhì)粒及其調(diào)控基因構(gòu)建細(xì)菌載體，克隆大片段DNA。該質(zhì)粒主要包括oriS，repE（控制F質(zhì)粒復(fù)制）和parA、parB（控制拷貝數(shù)）等成分。

第二節(jié)ＤＮＡ的鳥槍法序列分析技術(shù)*

一、ＤＮＡ的鳥槍法測(cè)序原理

1999年12月用“逐個(gè)克隆法”獲得第一條人類染色體—22號(hào)染色體完成序列

2000年3月用“全基因組鳥槍法”獲得果蠅全基因組序列。二、DNA的鳥槍法測(cè)序的主要步驟（過程）第一，建立高度隨機(jī)、插入片段大小為2kb左右的基因組文庫?？寺?shù)要達(dá)到一定數(shù)量，即經(jīng)末端測(cè)序的克隆片段的堿基總數(shù)應(yīng)達(dá)到基因組5倍以上。第二，高效、大規(guī)模的末端測(cè)序。對(duì)文庫中每一個(gè)克隆，進(jìn)行兩端測(cè)序，T