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海洋生物基因组学专题 高其康 qkgao@zju.edu.cn 浙江大学农生环测试中心 c80720世纪人类科技发展史上的三大创举 40年代第一颗原子弹爆炸； 60年代人类首次登上月球； 90年代人类基因组计划。 contents 人类基因组计划 DNA的鸟枪法序列分析技术（shotgun) 比较基因组及功能基因组研究 第一节 人类基因组计划（HGP） 美国政府决定于1990年正式启动HGP，预计用15年时间，投入30亿美元，完成HGP。 由美国国立卫生研究院（NHI）和能源部（MOE）共同组成“人类基因组研究所”。 逐渐地，HGP扩展为多国协作计划。参与者包括：英、日、法、德和中国（1993年）。 第一节 人类基因组计划 人类基因组草图基本信息 人类基因组 由31.65亿bp组成； 含3~3.5万基因； 与蛋白质合成有关的基因占2%。 人类蛋白质 61%与果蝇同源 43%与线虫同源 46%与酵母同源 第一节 人类基因组计划 2000年12月美、英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。 2001年2月16日 人类基因组“精细图”完成（99%）。 同时发表论文 美国Science,Vol.291,No.5507 英国Nature,Vol.409,p.860 第一节 人类基因组计划 三、人类基因组计划的科学意义 1）确定人类基因组中约5万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能； 2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置；从整个基因组结构的宏观水平上，理解基因转录与转录后调节。 3）从整体水平上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录“框架序列”的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。 4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若从整个染色体的空间结构上看，则恰恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间的角度，来研究真核基因的表达调控规律。 第一节 人类基因组计划的科学意义 5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。 DNA的忠实复制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分子基础。局部DNA的推迟复制、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常发育。因此，了解与人类DNA正常复制和重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传与进化提供重要的结构上的依据。 6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。 7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人体基因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因治疗。 8）研究染色体和个体之间的多态性。 这些知识可能被广泛用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类学的研究。另外，这些遗传信息还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁移以及人类与其他物种之间的比较。 第一节 人类基因组计划 思考题 以人类基因组和拟南芥基因组为例，说明你对海洋生物基因组全序列测定工作的科学意义与社会意义的认识。 第一节 人类基因组计划 人类基因组图谱 1 遗传图（连锁图） 指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。cM(基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率） 2 物理图 3 转录图 4 序列图（分子水平上的物理图） 第一节 人类基因组计划 多态性（polymorphism)：人的DNA序列上平均每几百个碱基会出现一些变异（variation)，并按照孟德尔遗传规律由亲代传给子代，从而在不同个体间表现出不同，因而被称为多态性（polymorphism)。 第一节 人类基因组计划 第一代多态性标记是限制性片段长度多态性（RFLP，restriction fragment length polymorphism) DNA allele 1,2（polymorphic restriction sites,多样的限制性位点） Add the restriction endonnuclease（限制性内切酶） 切割之后形成长度不同的片段数个 Figure 2.4 限制性片段长度多态性（a restriction fragment length polymorphism） 第一节 人类基因组计划 第二代多态性标记是短的串联重复序列 包括小卫星DNA和微卫星DNA，其多态性主要来自重复序列拷贝数的变化； 小