人类基因组计划的进展和内容 Human Genome Project HGP

人类基因组计划的进展和内容Human Genome Project HGP

Sequence the 3 billion base pairs of humanDNA and identify the 100,000 genescontained in the human genome• 测定人类染色体DNA上的 30亿个核苷酸的排列顺序• 确定染色体上的大约 10万个基因

人类的染色体组

成

基因和染色体的关系

HGP 的基本任务

• 遗传图谱：基因连锁图

• 物理图谱： 人类基因组的不同载体 DNA 克隆片 段重叠群图，大片段

限制性内切酶切点图， DNA 片段（探针）或一段特异 DNA 序列（ STS ）的路标图，以及基因组中广泛存在的特征性序列等的标记图，人类基因组的细胞遗传学图，最终在分子水平上与序列图的统一。

• 序列图谱： 30 亿个核苷酸组成的人类基因组的序列图• 基因图谱： 人类基因组中鉴别出占据 2-5% 长度的

全部基因的位置、结构与功能

人类基因组计划大事记• 一九九○年十月

誉为生命科学「阿波罗登月计划」的国际人类基因组计划启动。• 一九九八年五月

一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉遗传公司，目标是投入三亿美元，到二○○一年绘制出完整的人体基因组图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。十月二十三日美国国家人类基因组研究所在美国《科学》杂志上发表声明说，人类基因组计划的全部基因测序工作将比原计划提前两年，即在二○○三年完成。

• 1999年九月中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的百分之一，也就是三号染色体上的三千万个硷基对。中国是继美、英、日、德、法之後第六个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。十二月一日国际人类基因组计划联合研究小组宣布，他们完整地破译出人体第二十二对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。2000 年四月底中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了百分之一人类基因组的工作框架图。2000六月二十六日科学家公布人类基因组工作草图。

不同的生物基因组序列大小比较

Human 3.0 x 109

Mouse 3.0 x 109

Worm 1.0 x 108

Drosophila 1.1 x 108

Yeast 1.2 x 107

Bacteria 1.0 - 5.0 x 106

Dictyostellium 3.4 x 107

BCM-BCM-HGSCHGSC

基因组测序

鸟枪法测序的原理及过程

全基因组鸟枪法测序的主要步骤

第一，建立高度随机、插入片段大小为 2kb 左的基因组文库。第二，高效、大规模的末端测序。对文库中每一个克隆，进行两端测序。第三，序列集合。 TIGR 发展了新的软件，修改了序列集合规则以最大限度地排除错误的连锁匹配。第四，填补缺口。

高等真核生物（如人类）基因组中有大量重复序列，导致判断失误

对鸟枪法的改进(1) Clone contig 法。首先用稀有内切酶把待测基因组降解为数百 kb 以上的片段，再

分别测序。(2) 靶标鸟枪法 (direted shotgun) 。首先根据染色体上已知基因和标记的位置来确

定部分 DNA 片段的相对位置，再逐步缩小各片段之间的缺口。

Regional mapping

已知基因位置

由已知基因向两端未知区域分别测序

Regional mapping

片段之间还存在未知缺口序列

Minimal tiling path selected for sequencing.

Regional mapping

缺口片段逐渐减少，最后完成拼接

>20 kbp

~300 bp

Molecular weightmarker every

5th laneRestriction fragmentfingerprinting

- BAC clones are grown

in 96-well format

- Hind III digest

- 1% agarose

限制性酶切指纹图谱

Contig assembly

Clone A B C D E F G

FPC* Overlap identification by

restriction pattern similarities Facilitated contig assembly

*Sanger Centre C. Soderlund, I Longden and R. Mott

*

*

*

*

*

*

All restriction fragments withina clone selected for the tilingpath must be verified by theirpresence in overlapping clones. : vector fragments

: insert fragments

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Shotgun Sequencing I :RANDOM PHASE

Bac Clone: Bac Clone: 100-200 kb100-200 kb

Sheared DNA: Sheared DNA: 1.0-2.0 kb1.0-2.0 kb

SequencingSequencingTemplates: Templates:

RandomRandomReadsReads

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing II:ASSEMBLY

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Low Base Low Base QualityQuality

SingleSingleStrandedStrandedRegionRegion

Mis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Low Base Low Base QualityQuality

SingleSingleStrandedStrandedRegionRegion

Mis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing III: FINISHING

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

SingleSingleStrandedStrandedRegionRegion

Mis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing III: FINISHING

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Mis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing III: FINISHING

ConsensusConsensusMis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing III: FINISHING

BCM-BCM-HGSCHGSC

Shotgun Sequencing III: FINISHING

High Accuracy Sequence:High Accuracy Sequence:< 1 error/ 10,000 bases< 1 error/ 10,000 bases

Whole Genome Shotgun Sequencing

Whole Genome: Whole Genome: 3,000 Mb3,000 Mb

Sheared DNA: Sheared DNA: 1.0-2.0 kb1.0-2.0 kb

SequencingSequencingTemplates: Templates:

RandomRandomReadsReads

BCM-BCM-HGSCHGSC

Whole Genome Shotgun Sequencing:Assembly

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Low Base Low Base QualityQuality

SingleSingleStrandedStrandedRegionRegion

Mis-AssemblyMis-Assembly

((InvertedInverted))

BCM-BCM-HGSCHGSC

Whole Genome Shotgun Sequencing:Assembly

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Low Base Low Base QualityQuality

BCM-BCM-HGSCHGSC

BCM-BCM-HGSCHGSC

基因图谱

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人类基因组计划

人类基因组计划的意义