人類基因組計(jì)劃與后基因組時(shí)代人類基因組技術(shù)專家講座第1頁TransgenicMouse,1982AchievementsofgeneengineeringTransgenicplant人類基因組技術(shù)專家講座第2頁克隆羊“多莉”克隆羊“多莉”研究者伊斯維姆.穆特Nucleustransferringcloning人類基因組技術(shù)專家講座第3頁BiochipHumanGenomeProject人類基因組技術(shù)專家講座第4頁中心法則（TheCentralDogma）﹡DNA是遺傳信息載體，能夠?yàn)樯锘钚援a(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）編碼DNA功效片段稱為基因(gene)。﹡DNA經(jīng)過復(fù)制，將遺傳信息代代相傳。﹡經(jīng)過基因表示（轉(zhuǎn)錄和翻譯），將DNA分子攜帶遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子氨基酸信息或RNA信息，從而表現(xiàn)出生物體各種遺傳性狀。﹡RNA參加遺傳信息表示過程。﹡RNA也可作為遺傳信息載體。﹡以RNA攜帶遺傳信息病毒能夠RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA。人類基因組技術(shù)專家講座第5頁

核酸(nucleicacid) 是以核苷酸為基本組成單位生物信息大分子，起攜帶和傳遞遺傳信息作用。人類基因組技術(shù)專家講座第6頁核酸分類、分布及功效

脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA):

90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于線粒體內(nèi)。

儲(chǔ)存和攜帶遺傳信息。

核糖核酸(ribonucleicacid,RNA):

分布于胞核、胞質(zhì)、線粒體中。

參加遺傳信息表示，病毒RNA也可作為遺傳信息載體。人類基因組技術(shù)專家講座第7頁

核酸可在核酸酶作用下水解成核苷酸，所以核苷酸是核酸基本組成單位。核苷酸又由堿基、戊糖和磷酸組成。人類基因組技術(shù)專家講座第8頁

一、堿基(base)

人類基因組技術(shù)專家講座第9頁

堿基結(jié)構(gòu)：人類基因組技術(shù)專家講座第10頁

人類基因組技術(shù)專家講座第11頁嘌呤和嘧啶環(huán)中共軛雙鍵對(duì)260nm左右紫外光含有較強(qiáng)光吸收。此特點(diǎn)可用作對(duì)核酸、核苷酸、核苷及堿基進(jìn)行定性和定量分析。人類基因組技術(shù)專家講座第12頁

二、戊糖

戊糖結(jié)構(gòu)：人類基因組技術(shù)專家講座第13頁

三、核苷（ribonucleoside)：

嘌呤堿N-9或嘧啶堿N-1與核糖或脫氧核糖C-1′經(jīng)過C-N糖苷鍵相連形成核苷或脫氧核苷。核苷命名就是在核苷前面加上堿基名稱，如腺嘌呤核苷，簡(jiǎn)稱腺苷；假如由脫氧核糖組成，就再加上“脫氧”二字，如脫氧胞嘧啶核苷，簡(jiǎn)稱脫氧胞苷，依次類推（P.156表9－1）。人類基因組技術(shù)專家講座第14頁人類基因組技術(shù)專家講座第15頁

四、核苷酸（nucleotide）核苷（或脫氧核苷）與磷酸經(jīng)過酯鍵結(jié)合組成核

苷酸（或脫氧核苷酸）。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸都是5’-核苷酸。

人類基因組技術(shù)專家講座第16頁核苷酸命名：“核苷”＋“磷酸”：核苷一磷酸（nucleosidemonophosphate,NMP）核苷二磷酸（nucleosidediphosphate,NDP）核苷三磷酸（nucleosidetriphosphate,NTP）再加上堿基名稱，就組成了各種核苷酸命名。人類基因組技術(shù)專家講座第17頁人類基因組技術(shù)專家講座第18頁人類基因組技術(shù)專家講座第19頁

人類基因組技術(shù)專家講座第20頁五、核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)

指核酸中核苷酸排列次序。又稱為核苷酸序列或堿基序列。核苷酸之間經(jīng)過3，5

-磷酸二酯鍵相連形成線性大分子，稱為核苷酸鏈。(是前一核苷酸3

-OH和后一核苷酸5

-磷酸形成)人類基因組技術(shù)專家講座第21頁

書寫方法：從5

到3

方向人類基因組技術(shù)專家講座第22頁DNA與RNA區(qū)分核酸堿基核糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖人類基因組技術(shù)專家講座第23頁

第二節(jié)DNA結(jié)構(gòu)與功效人類基因組技術(shù)專家講座第24頁

一、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)—雙螺旋結(jié)構(gòu) （一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)研究背景

Chargaff規(guī)則：A=T，G=C；不一樣生物種屬DNA堿基組成不一樣；同一個(gè)體不一樣器官或組織DNA堿基 組成相同。另外，F(xiàn)ranklin取得了DNAX線衍射照片，提醒DNA是雙鏈螺旋形分子。人類基因組技術(shù)專家講座第25頁

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1953年，Watson和Crick以Chargaff 規(guī)則為基礎(chǔ)，經(jīng)過對(duì)DNA晶體X－射線衍 射分析，提出了右手DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

人類基因組技術(shù)專家講座第26頁

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型關(guān)鍵點(diǎn):1.DNA分子由兩條反向平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸組成雙螺旋結(jié)構(gòu)，一條鏈走向是5’-3’，另一條鏈走向是3’-5’。兩條鏈均為右手雙螺旋（doublehelix)。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(cè)，堿基垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)。表面有大溝和小溝。這些溝狀結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)、DNA之間相互識(shí)別相關(guān)。3.螺旋直徑2nm，堿基平面與螺旋軸垂直，相鄰堿基距離為0.34nm,其旋轉(zhuǎn)夾角為36°，每圈螺旋含10個(gè)堿基對(duì)（bp），螺距為3.4nm，人類基因組技術(shù)專家講座第27頁

5′

5′3′

3′人類基因組技術(shù)專家講座第28頁

4.兩條鏈經(jīng)過堿基間氫鍵相連，AT配對(duì)含兩 個(gè)氫鍵，CG配對(duì)含三個(gè)氫鍵，這種A-T、C-G 配正確規(guī)律，稱為堿基互補(bǔ)規(guī)則。

5.維持雙螺旋穩(wěn)定原因：橫向?yàn)闅滏I，縱 向?yàn)閴A基間堆積力。人類基因組技術(shù)專家講座第29頁

人類基因組技術(shù)專家講座第30頁

堿基互補(bǔ)配對(duì)：

人類基因組技術(shù)專家講座第31頁

人類基因組技術(shù)專家講座第32頁

（三）DNA結(jié)構(gòu)多樣性 B型DNA雙螺旋是核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)主要 形式。當(dāng)改變了溶液離子強(qiáng)度和相對(duì)濕度 時(shí)，DNA螺旋結(jié)構(gòu)能夠改變，除B型外，還 有Z型及A型。 在體內(nèi)，不一樣構(gòu)象DNA可能與基因表 達(dá)調(diào)控相關(guān)。

人類基因組技術(shù)專家講座第33頁

人類基因組技術(shù)專家講座第34頁

三種類型DNA雙螺旋比較

類型螺旋方向螺距(nm)每圈bp數(shù)螺旋直徑骨架走行存在條件A型右手螺旋2.311變寬平滑體外脫水B型右手螺旋3.4102nm平滑隨機(jī)DNA生理?xiàng)l件下Z型左手螺旋4.512變窄鋸齒型CG間隔排列區(qū)段人類基因組技術(shù)專家講座第35頁

二、DNA超級(jí)結(jié)構(gòu) （一）超螺旋：原核生物DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)。正超螺旋，負(fù)超螺旋人類基因組技術(shù)專家講座第36頁

（二）核小體、

真核生物染色質(zhì)基本組成單位是核小體。

人類基因組技術(shù)專家講座第37頁

核小體：DNA與組蛋白組成；

1.H2A,H2B,H3,H4各兩分子組成八聚體（關(guān)鍵組蛋白），DNA雙鏈纏繞形成關(guān)鍵顆粒人類基因組技術(shù)專家講座第38頁2.連接DNA與組蛋白H1結(jié)合，將各關(guān)鍵顆粒連接成串株樣結(jié)構(gòu)。人類基因組技術(shù)專家講座第39頁

3.由許多核小體形成串珠樣結(jié)構(gòu)又深入盤曲成直徑為30nm中空染色質(zhì)纖維，稱為螺線管。

人類基因組技術(shù)專家講座第40頁

螺線管再經(jīng)幾次卷曲才能形成染色單體。人類細(xì)胞核中有46條染色體，這些染色體DNA總長達(dá)1.7m,經(jīng)過這么折疊壓縮，46條染色體總長亦不過200nm左右。

人類基因組技術(shù)專家講座第41頁

三、DNA功效

以基因形式攜帶遺傳信息；并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄模板。它是生命遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)（基因物質(zhì)基礎(chǔ)），也是個(gè)體生命活動(dòng)信息基礎(chǔ)。

基因：（從結(jié)構(gòu)上定義）是指DNA分子中特定區(qū)段，其中核苷酸排列次序決定了基因功效。（從功效上定義）是為生物活性物質(zhì)編碼DNA功效片段。人類基因組技術(shù)專家講座第42頁mRNA功效：

把核內(nèi)DNA堿基次序(遺傳信息),按照堿基互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn),抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì),在蛋白質(zhì)合成中用以翻譯成蛋白質(zhì)中氨基酸排列次序(作為蛋白質(zhì)合成模板)。mRNA分子上每3個(gè)核苷酸為一組,稱為三聯(lián)體密碼(tripletcode)。人類基因組技術(shù)專家講座第43頁

tRNA功效：

在蛋白質(zhì)合成中作為氨基酸載體人類基因組技術(shù)專家講座第44頁三、rRNA結(jié)構(gòu)與功效

大亞基rRNA+核蛋白體蛋白→核蛋白體

(ribosome)小亞基

人類基因組技術(shù)專家講座第45頁核蛋白體組成亞基原核生物（70S）真核生物（80S）蛋白質(zhì)rRNA蛋白質(zhì)rRNA小亞基21種30S16S33種40S18S大亞基31種50S23S5S49種60S28S5.8S5S人類基因組技術(shù)專家講座第46頁

rRNA功效：

參加組成核蛋白體，核蛋白體是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所。

人類基因組技術(shù)專家講座第47頁人類基因組計(jì)劃問世和實(shí)施即使人類已經(jīng)經(jīng)過多年努力，但解開生命之謎愿望還未實(shí)現(xiàn)。以往失敗使大家認(rèn)識(shí)到，單靠一門學(xué)科獨(dú)自努力太局限了，難以完成人類對(duì)本身認(rèn)識(shí)和保護(hù)。美國投巨款腫瘤十年計(jì)劃基本上以失敗告終就說明這個(gè)問題?，F(xiàn)在，人們認(rèn)識(shí)到先認(rèn)識(shí)全局再研究局部可能會(huì)訊捷和方便多。于是，決定開始進(jìn)行人基因組研究，由此形成了基因組學(xué)和人類基因組計(jì)劃.

人類基因組技術(shù)專家講座第48頁年6月26日，六國科學(xué)家宣告完成了99%測(cè)序計(jì)劃，取得了HGP“工作框架圖”（WorkingDraft），此為人類基因組計(jì)劃中一個(gè)主要里程碑。月4月,人類基因組計(jì)劃宣告測(cè)序工作全部提前完成。人類基因組計(jì)劃最初目標(biāo)是：測(cè)定30億個(gè)堿基正確排列次序，確定基因在染色體上位置，破譯人類全部遺傳信息。人類基因組計(jì)劃開展至今，對(duì)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)和制藥工業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，一批新交叉學(xué)科如功效基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，藥品基因組學(xué)和生物信息學(xué)等應(yīng)運(yùn)而生，并得到了快速發(fā)展，成為新千年中生物科學(xué)研究中最活躍領(lǐng)域。人類基因組技術(shù)專家講座第49頁基因是控制生物體遺傳性狀基本單元?；蚪M則是表示一個(gè)生物體全部遺傳信息總和。人單倍體基因組包含3×109堿基對(duì)（bp）?？傞L度約1米。有大約5萬～10萬個(gè)基因。一個(gè)生物體基因組所包含信息決定了該生物體生長、發(fā)育、繁殖和消亡等全部生命現(xiàn)象。人類基因組核基因組

分布在22條常染色體和X、Y性染色體上。線粒體基因組（雙鏈環(huán)狀DNA）人類基因組技術(shù)專家講座第50頁人類基因組技術(shù)專家講座第51頁經(jīng)典“基因?qū)W”與“基因組學(xué)”相同之處是研究基因,不一樣之處是在策略上,前者是“零敲碎打”,而后者是“整體說明”，從整體上研究人類整個(gè)基因組序列基因組學(xué)是以分子生物學(xué)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究伎倆，以生物體內(nèi)全部基因?yàn)檠芯繉?duì)象，在全基因背景下和整體水平上探討生命活動(dòng)內(nèi)在規(guī)律及其與內(nèi)外環(huán)境關(guān)系一門科學(xué)?；蚪M學(xué)分類依據(jù)研究目標(biāo)可分為：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)；建立高分辨率遺傳、物理轉(zhuǎn)錄和序列等圖譜。功效基因組學(xué)；確定并分析基因組全部功效。人類基因組技術(shù)專家講座第52頁HGP首要目標(biāo)是測(cè)定全部DNA序列，因當(dāng)前測(cè)序技術(shù)不能進(jìn)行很長DNA測(cè)序，所以計(jì)劃第一階段要分解基因組這一巨大研究對(duì)象，將其分為輕易操作小區(qū)域，這個(gè)過程簡(jiǎn)稱為染色體作圖。依據(jù)使用標(biāo)識(shí)和伎倆不同，HGP基本任務(wù)可用4張圖譜來概括；即遺傳圖譜，物理圖譜，序列圖譜和表示圖譜。

人類基因組技術(shù)專家講座第53頁1、遺傳圖譜（geneticmap）遺傳圖譜又稱遺傳連鎖圖（linkagemap）。是指基因或DNA標(biāo)志在染色體上相對(duì)位置與遺傳距離。遺傳距離用重組率來衡量。即經(jīng)過計(jì)算兩個(gè)連鎖遺傳標(biāo)識(shí)在每次減數(shù)分裂中重組概率，確定二者相對(duì)距離。其單位用厘摩（cM）表示。1厘摩表示每次減數(shù)分裂重組頻率為１％。厘摩值越高表明遺傳標(biāo)志物兩點(diǎn)之間距離越遠(yuǎn)，值越低則兩點(diǎn)間距離越近。此基因定位屬遺傳學(xué)研究范圍。遺傳圖既然是圖，就應(yīng)在圖上設(shè)標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)越細(xì)找到東西就越方便，在過去若干年里，標(biāo)識(shí)已經(jīng)有幾次從“粗”演變到“細(xì)”。遺傳圖譜繪制需要應(yīng)用多態(tài)性標(biāo)志。全部“遺傳多態(tài)性”分子基礎(chǔ)都是核酸差異,人類基因組研究主要內(nèi)容

人類基因組技術(shù)專家講座第54頁遺傳多態(tài)性（Polymorphism）標(biāo)志

人類DNA序列上平均每幾百個(gè)堿基會(huì)出現(xiàn)一些變異，這些變異通常不產(chǎn)生病理性后果，并按照遺傳規(guī)律由親代傳給子代，從而在不一樣個(gè)體間表現(xiàn)出不一樣，既遺傳多態(tài)性。多態(tài)性可用作為遺傳標(biāo)志。限制性片段長度多態(tài)性（RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLP）。RFLP是最早得到應(yīng)用多態(tài)性標(biāo)識(shí)；不一樣個(gè)體DNA在用某種限制性內(nèi)切酶水解時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種不一樣長度水解片段。是因?yàn)橐粋€(gè)多態(tài)性位點(diǎn)出現(xiàn)在某種限制性內(nèi)切酶酶切位點(diǎn)上造成。RFLP最成功利用是在Hungtington舞蹈癥基因定位上。

但因?yàn)檫@類標(biāo)識(shí)數(shù)量較少，多態(tài)性信息因而較低。人類基因組技術(shù)專家講座第55頁80年代發(fā)展起來第二代多態(tài)性標(biāo)識(shí)包含:

可變數(shù)目標(biāo)串聯(lián)重復(fù)（VariableNumberTandemRepeats，VNTR）

VNTR分布在人類基因組非編碼區(qū)，是一些串聯(lián)排列十幾個(gè)堿基重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)普通在十次左右。VNTR等位基因經(jīng)常在10個(gè)以上，信息量比RFLP大得多。

短串聯(lián)重復(fù)序列（shorttandemrepeat,STR）,又稱微衛(wèi)星(micro-satellite,MS)標(biāo)志。是一些由2-6個(gè)堿基組成重復(fù)序列。微衛(wèi)星標(biāo)識(shí)在人類基因組中分布比較平均，數(shù)目較多，提供信息量相對(duì)很大。

MS出現(xiàn)不但使遺傳圖精度得到了深入提升，同時(shí)也成為物理圖譜上標(biāo)志，從而促進(jìn)了遺傳圖譜與物理圖譜整合。人類基因組技術(shù)專家講座第56頁單核苷酸多態(tài)性（SingleNucleotidePolymorphism，SNP）第三代SNP是一個(gè)雙等位多態(tài)性標(biāo)識(shí)，多態(tài)性僅表現(xiàn)為單個(gè)核苷酸差異。SNP在基因組中數(shù)目多，可到達(dá)300萬個(gè)，平均每1000個(gè)堿基對(duì)就有一個(gè)。因而成為一個(gè)信息量非常大遺傳標(biāo)識(shí)系統(tǒng)。SNP可能在密度上到達(dá)人類基因組“多態(tài)”位點(diǎn)數(shù)目標(biāo)極限。SNP與RFLP、STR等DNA標(biāo)識(shí)不一樣,是不再以“長度”差異作為檢測(cè)伎倆,而直接以序列差異作為標(biāo)識(shí)。SNP成為研究基因多樣性和識(shí)別、定位疾病基因一個(gè)新型伎倆這種標(biāo)識(shí)覆蓋密度大，為DNA芯片技術(shù)應(yīng)用于遺傳作圖提供了基礎(chǔ)。SNP一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是能夠利用各種技術(shù)伎倆方便檢出，因而在醫(yī)藥領(lǐng)域含有遼闊應(yīng)用前景。

人類基因組技術(shù)專家講座第57頁SNP人類基因組技術(shù)專家講座第58頁2、遺傳圖譜應(yīng)用

經(jīng)過遺傳圖譜，可大致了解各個(gè)基因或DNA片斷之間相對(duì)距離與方向，如哪個(gè)基因更靠近著絲粒，哪個(gè)更靠近端粒等。遺傳距離是經(jīng)過遺傳連鎖分析取得，遺傳圖譜不但是定位基因主要伎倆，即使在人類基因組物理圖譜建立起來之后，它依然是研究人類基因組遺傳與變異主要伎倆。

人類基因組技術(shù)專家講座第59頁二.物理圖譜

即確定兩個(gè)遺傳標(biāo)識(shí)之間實(shí)際（絕對(duì)）距離。物理圖以一段已知核苷酸序列片段STS序列為路標(biāo)，以堿基對(duì)數(shù)目多少為圖距表示，圖距基本單位是Mb、kb、bp。序列標(biāo)簽位點(diǎn)（SequenceTaggedSites，STS）用來確定相連或重合DNA片段,近而確定片段在基因組位置。首先，物理圖要取得大量定位明確STS，其次，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建覆蓋每條染色體大片段DNA連續(xù)克隆系，為最終完成全序列測(cè)定奠定基礎(chǔ)。

人類基因組技術(shù)專家講座第60頁2、物理圖譜應(yīng)用

首先，物理圖要取得大量定位明確STS，每個(gè)基因、每條染色體，每一個(gè)個(gè)體基因組都含有其特異物理圖。其次在此基礎(chǔ)上構(gòu)建覆蓋每條染色體大片段DNA連續(xù)克隆系，為最終完成大規(guī)模全序列測(cè)定奠定基礎(chǔ)。物理圖譜是進(jìn)行DNA分析和基因結(jié)構(gòu)研究基礎(chǔ)。

人類基因組技術(shù)專家講座第61頁三、序列圖譜

是分別將各染色體全部堿基序列繪制圖譜。包含轉(zhuǎn)錄序列和非轉(zhuǎn)錄序列。當(dāng)前策略是把龐大基因組分成若干有路標(biāo)區(qū)域后，進(jìn)行測(cè)序分析。將測(cè)出每一個(gè)DNA片段按其染色體位置進(jìn)行準(zhǔn)確排列，從而得到人類基因組DNA序列全貌。測(cè)序方法有各種：全基因組“鳥槍法”測(cè)序策略，cDNA測(cè)序，及BACDNA測(cè)序等。當(dāng)前，我們能夠從基因網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中查到全部基因序列人類基因組技術(shù)專家講座第62頁

人類基因組技術(shù)專家講座第63頁人類基因組測(cè)序中國試驗(yàn)室探密

1990年10月，被譽(yù)為生命科學(xué)″阿波羅登月計(jì)劃″國際人類基因組計(jì)劃開啟。1999年9月，中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測(cè)定全部序列1％。負(fù)擔(dān)"1％"主要測(cè)序任務(wù)中科院遺傳所人類基因組中心坐落在北京順義空港工業(yè)園B區(qū)，一座并不顯眼四層樓內(nèi)。

人類基因組技術(shù)專家講座第64頁1998年8月11日，中科院遺傳所"人類基因組中心"開張。1999年2月，中心決定搞大規(guī)?；蚪M測(cè)序，以創(chuàng)造加入"國際測(cè)序俱樂部"條件。同年7月7日，中國在國際人類基因組測(cè)序協(xié)作組登記，申請(qǐng)加入"國際測(cè)序俱樂部"。9月1日，在倫敦舉行第五次人類基因組測(cè)序戰(zhàn)略會(huì)議上，北京中心（中科院遺傳所人類基因組中心）作為新會(huì)員加入。當(dāng)前我國已開啟了"中國生物資源基因組計(jì)劃"，第一個(gè)項(xiàng)目是水稻；第二個(gè)將是豬，人類器官移植需要它們；第三個(gè)是血吸蟲，現(xiàn)在血吸蟲病還沒有毀滅，而且還在回頭。

人類基因組技術(shù)專家講座第65頁中國科學(xué)家今年4月提前完成了人類基因組計(jì)劃1％測(cè)序任務(wù)，使得這一由六國參加重大生物工程于6月26日準(zhǔn)期完成。經(jīng)過參加這一國際項(xiàng)目，中國基因組測(cè)序能力一舉進(jìn)入世界四強(qiáng)，為21世紀(jì)中國生物產(chǎn)業(yè)帶來了光明和希望。人類基因組技術(shù)專家講座第66頁生物信息學(xué)（bioinformatics）是一門新興交叉學(xué)科。既包括生物又包括物理。是伴隨基因組研究而產(chǎn)生?；蚪M研究需要依賴生物信息學(xué)。因伴伴隨研究，相關(guān)信息出現(xiàn)了爆炸性增加，需要對(duì)海量信息進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)分析。更為本質(zhì)原因是基因組數(shù)據(jù)復(fù)雜性。怎樣讀懂它是個(gè)極大難題。要處理問題就得發(fā)展分析理論、方法、技術(shù)、工具，必須依賴計(jì)算機(jī)信息處理。人類基因組研究目標(biāo)，不是為了單純地積累數(shù)據(jù)，而是要揭示大量數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)藏內(nèi)在規(guī)律，從而更加好地認(rèn)識(shí)和保護(hù)生命。人類基因組技術(shù)專家講座第67頁基因組研究最終是把生物學(xué)問題轉(zhuǎn)化成對(duì)數(shù)字符號(hào)處理問題。要處理數(shù)據(jù)問題，就必須依賴計(jì)算機(jī)信息處理。Supercomputer人類基因組技術(shù)專家講座第68頁詳細(xì)地說，是把基因組序列信息作為源頭，找到序列中代表蛋白質(zhì)和基因編碼區(qū)；同時(shí)說明基因組中大量存在非編碼區(qū)信息實(shí)質(zhì)，破譯隱藏在序列中遺傳語言規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，歸納、整理與基因組遺傳信息釋放及其調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜數(shù)據(jù)，從而認(rèn)識(shí)代謝、發(fā)育、分化、進(jìn)化規(guī)律。有兩項(xiàng)生物信息學(xué)是主要：*構(gòu)建與疾病相關(guān)人類基因信息數(shù)據(jù)庫（包含SNP數(shù)據(jù)庫）*發(fā)展有效地分析基因分型數(shù)據(jù)生物信息學(xué)算法，尤其是將SNP數(shù)據(jù)與疾病和致病原因相關(guān)計(jì)算方法。HGP決定性成功取決于生物信息學(xué)和計(jì)算機(jī)生物學(xué)發(fā)展和應(yīng)用，主要表達(dá)在數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力和分析工具開發(fā)。這些都將成為人類基因組計(jì)劃延伸篇中主要內(nèi)容。。人類基因組技術(shù)專家講座第69頁。

后基因組計(jì)劃（post-genomeproject）

完成測(cè)序后意味著結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)束。人類邁入了后基因組時(shí)代－功效基因組研究時(shí)代，其研究?jī)?nèi)容是對(duì)基因組功效進(jìn)行探索。功效基因組學(xué)關(guān)鍵問題主要包含：基因組多樣性研究，基因組表示及其時(shí)間、空間調(diào)控；模式生物體基因組研究等。其中以生物芯片測(cè)試功效基因表示圖譜，以遺傳工程模式動(dòng)物測(cè)試基因功效為主要伎倆。模式動(dòng)物構(gòu)建關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)基因或基因敲除。還包含：“蛋白質(zhì)組”計(jì)劃、“環(huán)境基因組學(xué)”、“藥品基因組學(xué)”、“癌腫基因組解剖學(xué)計(jì)劃”總之，人類基因組計(jì)劃內(nèi)涵和外延將不停地?cái)U(kuò)展。

人類基因組技術(shù)專家講座第70頁用試驗(yàn)方法，把外源目標(biāo)基因整合到動(dòng)物受精卵或胚胎干細(xì)胞基因組中，再導(dǎo)入動(dòng)物子宮，使之發(fā)育成個(gè)體，并把目標(biāo)基因遺傳給子代動(dòng)物。世界上第一只轉(zhuǎn)基因動(dòng)物巨鼠，是將大白鼠生長激素基因?qū)胄“资笫芫阎?，再將這個(gè)受精卵移入借腹懷胎母鼠子宮中，產(chǎn)下小白鼠比普通大一倍。這只在遺傳學(xué)上含有重大意義轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究培育成功，展現(xiàn)出誘人光明前景。

由注射癌癥相關(guān)基因胚胎培養(yǎng)而成“癌癥小鼠”已取得專利。這些小鼠已用作癌癥研究中治療模型。轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因和基因敲除技術(shù)人類基因組技術(shù)專家講座第71頁人類基因組技術(shù)專家講座第72頁第一代轉(zhuǎn)基因和基因敲除技術(shù)起源于80年代末期。它對(duì)于生命科學(xué)研究帶來了革命性改變。但第一代技術(shù)不具備時(shí)間和空間特異性。

1993年第二代區(qū)域和組織特異性基因敲除和轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究。1996年首次創(chuàng)造了國際上第一個(gè)腦區(qū)特異性基因敲除模式動(dòng)物。被譽(yù)為條件性基因敲除研究里程碑。第三代基因敲除技術(shù)以時(shí)間可調(diào)性和區(qū)域特異性為標(biāo)志。當(dāng)前，第四代（特定蛋白質(zhì)條件性可誘導(dǎo)敲除）基因工程技術(shù)研究也取得了突破性進(jìn)展。

人類基因組技術(shù)專家講座第73頁制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物三個(gè)必不可少步驟是：·欲轉(zhuǎn)移DNA構(gòu)建——轉(zhuǎn)基因可經(jīng)過常規(guī)重組DNA技術(shù)完成。包含目標(biāo)基因以及基因有效表示所必需開啟子或調(diào)控區(qū)。·基因構(gòu)建物插人以及引導(dǎo)其進(jìn)入基因組

．構(gòu)建子插入到受精卵或胚胎中一旦證實(shí)基因得到表示，該雜合子與非轉(zhuǎn)基因小鼠雜交，所產(chǎn)生雜合子代之間相互雜交以產(chǎn)生雜合轉(zhuǎn)基因小鼠。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)已用于魚、小鼠、大鼠、豬、綿羊、山羊以及奶牛等。人類基因組技術(shù)專家講座第74頁轉(zhuǎn)基因動(dòng)物基因操作技術(shù)：當(dāng)前制備方法有受精卵或早期胚胎直接操作或體外多能干細(xì)胞操作。以下方法可將基因直接導(dǎo)入哺乳動(dòng)物種系中：．經(jīng)過顯微注射將DNA直接導(dǎo)人受精卵前核中。．利用攜帶目標(biāo)基因逆轉(zhuǎn)錄病毒感染植入前胚胎。．利用胚胎干細(xì)胞滅活或破壞特定基因(靶基因置換)。

人類基因組技術(shù)專家講座第75頁在功效基因組時(shí)代各種疾病模型動(dòng)物需求量大增。

基因敲除（geneknockout）技術(shù)（或基因靶向滅活）是80年代發(fā)展起來一門新技術(shù)。指有目標(biāo)去除動(dòng)物體內(nèi)某一特定基因技術(shù)。應(yīng)用DNA同源重組技術(shù)將滅活基因?qū)肱咛ジ杉?xì)（ES），以取代目標(biāo)基因，篩選已靶向滅活細(xì)胞，微注射入小鼠囊胚，該細(xì)胞參加胚胎發(fā)育，形成嵌合型小鼠，深入傳代培育，可得到純合基因剔除鼠?；蚯贸稍诩?xì)胞水平進(jìn)行而建立新細(xì)胞系，或在整體水平，然后從整體觀察試驗(yàn)動(dòng)物，推測(cè)對(duì)應(yīng)基因功效。該項(xiàng)技術(shù)將成為“后基因時(shí)代”研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。世界各國已經(jīng)開始投巨款于這一領(lǐng)域。北京市在此方面已具備了一定產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

人類基因組技術(shù)專家講座第76頁制備基因敲除小鼠主要步驟1。取得外源目標(biāo)基因；與宿主基因組序列必須有同源性。2。靶向載體；必須是真核表示載體。含較高效率開啟子，含選擇性標(biāo)識(shí)基因，新霉素抗性基因neo可

阻斷目標(biāo)基因。3。構(gòu)建同源打靶重組子；目標(biāo)是使體內(nèi)特定野生基因失活。滅活特定基因可用標(biāo)志基因插入或置換目標(biāo)基因一個(gè)外顯子，或控制基因轉(zhuǎn)錄調(diào)整序列，就能夠滅活或敲除特定內(nèi)源性野生基因。經(jīng)過序列置換載體，將選擇標(biāo)志因及其開啟子插在同源重組子中間，使外源靶向基因被分隔在選擇標(biāo)志基因兩側(cè)，可使小鼠體內(nèi)同源基因發(fā)生重組取代。4。小鼠ES細(xì)胞準(zhǔn)備。5。打靶重組子導(dǎo)入ES細(xì)胞及藥品篩選。人類基因組技術(shù)專家講座第77頁

在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用*建立疾病動(dòng)物模型，探討疾病發(fā)生機(jī)制。如高脂血癥/動(dòng)脈硬化動(dòng)物模型。*作為新治療方法和藥品篩選。基因敲除可快速定位致病靶基因，進(jìn)而針對(duì)該致病基因開發(fā)有效藥品。在我國留美學(xué)者主動(dòng)參加下，美國密蘇里大學(xué)在世界上首次利用基因敲除技術(shù)，培育出基本不含人體免疫排斥基因克隆豬?？晒┮浦踩梭w器官不足一直是困擾醫(yī)學(xué)界難題。為處理這一問題，科學(xué)家們將目光投向了豬。

豬器官在大小、結(jié)構(gòu)和功效上與人體器官相近，一向是異種器官移植主要研究目標(biāo)。但豬細(xì)胞表面有一個(gè)半乳糖基轉(zhuǎn)移酶，會(huì)造成人體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈排異反應(yīng)。用基因敲除伎倆抑制這一酶活性，再結(jié)合克隆技術(shù)，用克隆豬器官處理器官移植，能大量生產(chǎn)適合人體移植豬器官，所以，基因敲除克隆豬培育成功消息備受關(guān)注。科學(xué)界普遍認(rèn)為，這是向異種器官移植邁出關(guān)鍵一步。

人類基因組技術(shù)專家講座第78頁生物芯片技術(shù)（biochip）是90年代中期以來影響最深遠(yuǎn)重大科技進(jìn)展之一，是融微電子學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)為一體高度交叉新技術(shù)，含有重大基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值，又含有顯著產(chǎn)業(yè)化前景。該技術(shù)含有各種應(yīng)用價(jià)值，如基因表示譜測(cè)定、突變檢測(cè)、多態(tài)性分析、基因組文庫作圖及雜交測(cè)序。該技術(shù)被評(píng)為1998年度世界十大科技進(jìn)展之一。人類基因組技術(shù)專家講座第79頁

生物芯片技術(shù)DNA微陣列(DNAMicroarray)。指采取光導(dǎo)原位合成或微量點(diǎn)樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、等生物樣品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等）表面，組成密集二維分子排列，然后與標(biāo)識(shí)待測(cè)生物樣品中靶分子雜交，經(jīng)過特定儀器檢測(cè)雜交后芯片熒光強(qiáng)度分布，快速得出所要信息。因?yàn)閼T用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過程模擬計(jì)算機(jī)芯片制備技術(shù)，所以稱之為生物芯片技術(shù)。依據(jù)芯片上固定探針不一樣，生物芯片包含基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片、組織芯片。而基因芯片中，最成功是DNA芯片，即將無數(shù)預(yù)先設(shè)計(jì)好寡核苷酸或cDNA在芯片上做成點(diǎn)陣，與樣品中同源核酸分子雜交芯片。人類基因組技術(shù)專家講座第80頁

芯片雜交熒光檢測(cè)掃描結(jié)果

基因芯片雜交結(jié)果由計(jì)算機(jī)綜合處理解讀生物學(xué)意義

人類基因組技術(shù)專家講座第81頁應(yīng)用領(lǐng)域：它能在同一時(shí)間內(nèi)分析大量基因，使人們準(zhǔn)確高效地破譯遺傳密碼。這將是繼大規(guī)模集成電路后又一次意義深遠(yuǎn)科技革命。這種面積為2.25平方厘米芯片上可承載幾千至上百萬個(gè)基因點(diǎn)，用它進(jìn)行病理測(cè)試時(shí)，人體內(nèi)全部“生病”基因均可顯示，這么就給醫(yī)生治療提供了依據(jù)。1.基因表示水平檢測(cè)2.基因診療3.藥品篩選4.測(cè)序5.生物信息學(xué)研究

人類基因組技術(shù)專家講座第82頁人類基因組研究應(yīng)用

人類基因組計(jì)劃結(jié)果不但能夠揭示人類生命活動(dòng)奧秘，而且人類6千各種單基因遺傳性疾病和嚴(yán)重危害人類健康多基因易感性疾病致病機(jī)理有望得到徹底說明，為這些疾病診療、治療和預(yù)防奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，人類基因組計(jì)劃實(shí)施還將帶動(dòng)醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等相關(guān)行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)生極其巨大經(jīng)濟(jì)效益和無法估量社會(huì)效益。各種人類基因組圖譜使尋找與特定遺傳疾病相關(guān)基因工作變得容易。

人類基因組技術(shù)專家講座第83頁１、

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

（1）對(duì)特殊疾病基因確實(shí)定人體各種器官和組織常受到各種特殊疾病侵襲，但常規(guī)醫(yī)療伎倆無法進(jìn)行診療和治療。經(jīng)過認(rèn)識(shí)這些疾病基因序列及確定發(fā)生了規(guī)律性改變DNA片段，為這類疾病診療和治療提供了可能。比如，家族性早老年癡呆癥、杜興肌營養(yǎng)不良、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、亨廷頓舞蹈癥和等基因就是依賴于人類基因組計(jì)劃實(shí)施。

利用DNA克隆庫和限制酶切圖譜，人們能夠?qū)φ；颊逥NA進(jìn)行有效分析比較，到達(dá)對(duì)某一疾病基因進(jìn)行定位目標(biāo)。

人類基因組DNA全序列將有利于證實(shí)假定存在全部基因，可為分析病人DNA樣品序列提供一個(gè)數(shù)據(jù)庫。

人類基因組技術(shù)專家講座第84頁（2）有利于優(yōu)生和產(chǎn)前診療醫(yī)生和遺傳學(xué)家能夠經(jīng)過基因檢測(cè)，識(shí)別出帶有遺傳疾病胚胎細(xì)胞，如：鐮狀細(xì)胞性貧血。在很快未來，胎兒期檢測(cè)可能能夠預(yù)測(cè)普通常見病，比如：肥胖癥、抑郁癥和心臟病等。

（3）加強(qiáng)對(duì)癌癥認(rèn)識(shí)和治療

癌癥高死亡率嚴(yán)重地威脅著人類生命。癌癥是因?yàn)榧?xì)胞生長失控造成。而失控是因特定基因異常造成。遺傳缺點(diǎn)會(huì)使人體對(duì)特定癌癥含有高易感性。尋找與癌癥相關(guān)基因研究是當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究熱點(diǎn)之一。一旦確定了易感基因，就能夠進(jìn)行癌前或早期癌癥特殊監(jiān)護(hù)和治療。

人類對(duì)癌癥認(rèn)識(shí)已經(jīng)有很大進(jìn)步，但依然存在著許多問題，這些問題處理將依賴于人類基因組計(jì)劃研究。

人類基因組技術(shù)專家講座第85頁

２、在基礎(chǔ)理論研究方面應(yīng)用（1）確定人類基因組中基因序列、組織和物理位置，有利于研究基因功效以及它們相互之間在表示和調(diào)控機(jī)制方面聯(lián)絡(luò)上了解基因轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。（2）從整體上了解染色體結(jié)構(gòu)，包含各種重復(fù)序列以及非轉(zhuǎn)錄序列大小。在染色體結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄和表示調(diào)控中影響和作用。(3)研究空間結(jié)構(gòu)對(duì)基因調(diào)控作用。基因表示調(diào)控是功效基因組學(xué)研究主要內(nèi)容之一。不一樣條件下基因表示譜改變是基因組調(diào)控結(jié)果。人類基因組技術(shù)專家講座第86頁（4）研究正常基因與突變基因差異，會(huì)幫助說明與正常生理學(xué)和疾病發(fā)生相關(guān)新生化和細(xì)胞學(xué)機(jī)制。盡快地確定出疾病基因，能使研究者對(duì)該基因蛋白產(chǎn)物及其細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行深入研究。（5）利于確立有主要功效意義基因組組構(gòu)特征。

人類染色體含有許多不是基因片段，一些特定片段對(duì)細(xì)胞分裂前染色體復(fù)制和確保染色體組正確地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中是不可缺乏。

這些片段性質(zhì)及功效機(jī)制鮮為人知，人類基因組物理圖譜將為探討這些特定片段性質(zhì)及作用試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。（6）發(fā)覺新基因和蛋白質(zhì)。迄今僅有少數(shù)參加正常和疾病人類基因被確定。對(duì)人類基因組作圖和測(cè)序?qū)?huì)確定出大量新人類基因及其編碼蛋白質(zhì)。另外，物理圖譜將有利于對(duì)那些已大致定位在染色體上，但還未分離出基因進(jìn)行準(zhǔn)確定位。人類基因組技術(shù)專家講座第87頁３、在生物學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用

（1）生物進(jìn)化研究

人類基因組記載著人類進(jìn)化史。假如知道了人和其它生物基因組全序列，就有可能追溯出人類基因起源。因?yàn)槿坎溉閯?dòng)物有著相同蛋白質(zhì)譜，所以哺乳動(dòng)物之間差異主要表現(xiàn)在受控基因表示時(shí)間、表示水平，以及細(xì)胞類型專一調(diào)控信號(hào)等方面。人胚胎有序發(fā)育需要特定場(chǎng)所和時(shí)間活化，使多潛能細(xì)胞成為新類型細(xì)胞，這一過程最少部分地受控于位于基因附近調(diào)整次序。這些次序在其活化基因中大多是同源。對(duì)人類基因組進(jìn)行次序分析，并將與其它哺乳動(dòng)物進(jìn)行比較，將使我們能確定出大量調(diào)整次序。另外，我們將了解基因調(diào)控規(guī)律，及其在人從其它哺乳動(dòng)物分化出來過程中在分子水平上所發(fā)生改變。

人類基因組技術(shù)專家講座第88頁

（2）分子考古研究真核生物基因組中，編碼序列僅占一小部分，而絕大部