人类基因组计划人类基因组计划及及

后基因组时代后基因组时代HGP & Later Genome TimesHGP & Later Genome Times

————0202 级级 11 班 郭政 闫佳班 郭政 闫佳洁洁

人类基因组计划的终极目标是绘制出人人类基因组计划的终极目标是绘制出人类基因“完成图”类基因“完成图”

人类基因组计划于人类基因组计划于 19901990年正式启动。其核心内年正式启动。其核心内容是构建容是构建 DNADNA 序列图，序列图，即分析人类基因组即分析人类基因组 DNADNA分子的基本成分及碱基分子的基本成分及碱基的排列顺序，绘制成序的排列顺序，绘制成序列图。人的基因组由列图。人的基因组由 44种碱基构成，通常缩写种碱基构成，通常缩写为为 AA 、、 TT 、、 CC 和 和 GG ，，正是这些“字母”决定正是这些“字母”决定和影响着我们的肤色、和影响着我们的肤色、身高，甚至生老病死。身高，甚至生老病死。

这一计划与“曼哈顿原子弹研制计划”、“阿波罗登月计划”并称为人类科学史上的“三大计划”。

中国、德国、法国、日本、英国与美国 6 个国家的 16 个中心组成国际协作组，

人类基因组计划所倡导的是“全球合作、免费共享”的原则。

中国科学家的参与中国科学家的参与深受国际同行的欢迎和发展中国家的称颂深受国际同行的欢迎和发展中国家的称颂 19991999 年年 77 月月 77 日，中国科学院遗传研究所人类基因组中日，中国科学院遗传研究所人类基因组中

心注册参与国际人类基因组计划，北京华大基因研究中心心注册参与国际人类基因组计划，北京华大基因研究中心作为实施单位业应运而生。作为实施单位业应运而生。

同年同年 99 月，国际协作组接受了我国的申请，为我国划定了月，国际协作组接受了我国的申请，为我国划定了工作区域。我国承担的工作区域，位于工作区域。我国承担的工作区域，位于人类人类 33 号染色体短号染色体短臂上臂上。由于该区域约占人类整个基因组的。由于该区域约占人类整个基因组的 1 %1 % ，因此简称，因此简称““ 1 % 1 % 项目”。项目”。

这一项目主要由中国科学院与国家科技部资助。国家人类这一项目主要由中国科学院与国家科技部资助。国家人类基因组南方研究中心、国家人类基因组北方研究中心也积基因组南方研究中心、国家人类基因组北方研究中心也积极参与了这一项目。 极参与了这一项目。

作为“ 1% 任务”的主要承担者，中国科学院基因组信息学中心暨北京华大基因研究中心现有 81 台测序仪，曙光 2000 、曙光 3000 大型计算机和高容量 PC 机群，具有每天完成 3000 万对碱基的测序和分析能力，已成长为世界第 6 大测序中心，形成了 300 多人的学科、产业队伍。该中心还启动了以充分开发、利用中国特有生物资源的“中国生物资源基因组计划”，包括中国超级杂交水稻基因组研究、家猪基因组研究、中华民族基因多态性与疾病相关性遗传图谱等项目。这些工作必将对中国生命科学研究与生物产业发展产生巨大而长远的影响。

ShotgunShotgun 测序测序DNADNA 的提取和纯化的提取和纯化载体预备：和载体预备：和 DNADNA片断结合，从而能够在细菌中片断结合，从而能够在细菌中扩增。扩增。DNADNA片段的制备：将片段的制备：将 DNADNA 用超声波切成能够测用超声波切成能够测序的小片断序的小片断转化培养：小片断和载体结合，植入细菌中进行转化培养：小片断和载体结合，植入细菌中进行扩增。扩增。提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒提质粒：从细菌中提取出繁殖好的质粒电泳检测：检测质量的好坏电泳检测：检测质量的好坏测序：上测序仪测序测序：上测序仪测序

我们能干什么？我们能干什么？测序之前全是生物学问题。测序之前全是生物学问题。测序之后就全是形式化的计算机问题。测序之后就全是形式化的计算机问题。天然的形式化：天然的形式化： ATCGATCG

核心问题：核心问题：– 字符串比对：两个字符串的距离字符串比对：两个字符串的距离– 拼接问题拼接问题– 蛋白质结构预测：如何从一维预测三维结构？蛋白质结构预测：如何从一维预测三维结构？

中国科学家的成功探索――促使全社会广泛参与中国科学家的成功探索――促使全社会广泛参与

人类基因组计划带动和促进了生物产业和生命科学的发展。人类基因组计划带动和促进了生物产业和生命科学的发展。它着眼于基因组的整体理论、策略和技术，前所未有的加速了它着眼于基因组的整体理论、策略和技术，前所未有的加速了人的新基因发现及其功能研究的速度，因此对与人相关的方方人的新基因发现及其功能研究的速度，因此对与人相关的方方面面产生不可估量的、深远的影响。它在带动和促进生物产业面面产生不可估量的、深远的影响。它在带动和促进生物产业和生命科学发展的同时，生命科学从此开始了以和生命科学发展的同时，生命科学从此开始了以 DNADNA 序列为序列为基础的，以生物信息学为导向的新纪元，而且使未来生命科学基础的，以生物信息学为导向的新纪元，而且使未来生命科学研究的思想和方法论也带来了革命性的改变，一改“模型导研究的思想和方法论也带来了革命性的改变，一改“模型导向”的传统生命科研模式，凸现其“数据导向”的特点，形成向”的传统生命科研模式，凸现其“数据导向”的特点，形成了以生物信息学为导向的新生命科学和产业发展的模式。基因了以生物信息学为导向的新生命科学和产业发展的模式。基因组研究对伦理、法律以及社会等方面产生的冲击也应该引起我组研究对伦理、法律以及社会等方面产生的冲击也应该引起我们的密切关注。 们的密切关注。

基因测序的应用基因测序的应用

为什么有的人在某一环境影响下会生病，为什么有的人在某一环境影响下会生病，有的人则不生病，可能是基因片段上的较有的人则不生病，可能是基因片段上的较大的差异造成的，科学家将深入下去探索。大的差异造成的，科学家将深入下去探索。

基因科研用于人类疾病治疗取得重要进展基因科研用于人类疾病治疗取得重要进展 科学家在对一些遗传性很高或较高的疾病的研究中，如科学家在对一些遗传性很高或较高的疾病的研究中，如地中海地中海贫血贫血、、肌肉萎缩肌肉萎缩、、乳腺癌乳腺癌等疾病的研究中，各国科学家已找到等疾病的研究中，各国科学家已找到了２００至３００个致病基因，约占遗传病的１％。其它疾病了２００至３００个致病基因，约占遗传病的１％。其它疾病如如白血病白血病通过基因分析，也对发病机理有了新的认识。 通过基因分析，也对发病机理有了新的认识。 各国科学通过基因检测和使用基因药物，已能治疗一些疾病。各国科学通过基因检测和使用基因药物，已能治疗一些疾病。如用基因注射法治疗一碰就出血的如用基因注射法治疗一碰就出血的血友病血友病。美国科学家运用破。美国科学家运用破坏性基因治疗坏性基因治疗脑肿瘤脑肿瘤，将外来破坏性基因接入脑肿瘤细胞，已，将外来破坏性基因接入脑肿瘤细胞，已取得了比单纯开刀更好的疗效。取得了比单纯开刀更好的疗效。在今后５至１０年中，各国科学家在基因研究中将携手攻关的在今后５至１０年中，各国科学家在基因研究中将携手攻关的重点放在重点放在糖尿病糖尿病、、动脉硬化动脉硬化、、焦虑症与抑郁症焦虑症与抑郁症、、高血压高血压、、老年老年痴呆痴呆、、精神分裂症精神分裂症、、乳腺癌乳腺癌，以及其它一些癌症的探索上。，以及其它一些癌症的探索上。

人类第人类第 1313号和第号和第 1919号染色体被完整测序号染色体被完整测序 人类第人类第 1313 号和第号和第 1919

号染色体已得到准确号染色体已得到准确而完整的测序，并进而完整的测序，并进行了相关的分析。至行了相关的分析。至此，科学家已对人类此，科学家已对人类2323条染色体中的条染色体中的 99条条进行了精确测序和序进行了精确测序和序列分析，并已发表测列分析，并已发表测序结果。这序结果。这 99条染色条染色体是第体是第 66 、、 77 、、 1313 、、1414 、、 1919 、、 2020 、、 2121 、、2222 号和号和 YY 染色体。染色体。

第 13 号染色体是最大的近端着丝粒染色体，携带若干与乳腺癌有关的基因，包括 BRCA2和 RB1 基因。该染色体在慢性 B淋巴细胞白血病细胞中经常发生重排，它还包括 DAOA基因，该基因与精神分裂症有关。研究人员对 13 号染色体上的 9550 万碱基对进行了序列分析，发现了 633 个基因和 296 个假基因。在比较其他脊椎动物基因组的基础上，大约 95.4%编码蛋白质的基因已被确定。此外，还发现 105 个非编码的 RNA 基因。 13 号染色体是基因密度最低的染色体。

第 19 号染色体是人类所有染色体中基因密度最高的，对其 5580 万碱基对的序列分析揭示了 1461 个蛋白质编码基因和 321 个假基因。它具有高 G+C含量、高复制率和高重排率的特点，这预示该染色体在生物进化中有重要意义。其中许多基因与呈孟德尔式遗传规律的疾病有关，包括家族性高胆固醇血症、非胰岛素依赖性糖尿病等。

人类第２０号染色体被破译人类第２０号染色体被破译

第２０号染色体是迄今破译的３对人类染色体中第２０号染色体是迄今破译的３对人类染色体中最大的一对，也是被破译的第一对具有典型长短最大的一对，也是被破译的第一对具有典型长短臂结构的人类染色体臂结构的人类染色体。。科学家对第２０号染色体上的近６０００万个碱科学家对第２０号染色体上的近６０００万个碱基对完成了测序，已经找到了约７２０个基因，基对完成了测序，已经找到了约７２０个基因，其中包括与其中包括与糖尿病、肥胖症、小儿湿疹糖尿病、肥胖症、小儿湿疹等疾病相等疾病相关的基因，有助于为这些常见疾病寻找新疗法。 关的基因，有助于为这些常见疾病寻找新疗法。 此外，第２０号染色体上还有一个基因能增加部此外，第２０号染色体上还有一个基因能增加部分人群感染分人群感染新型克雅氏症新型克雅氏症的危险，这将增进人们的危险，这将增进人们对该疾病的了解。新型克雅氏症是对该疾病的了解。新型克雅氏症是疯牛病疯牛病在人身在人身上的表现形式，在疯牛病危机之后的英国备受关上的表现形式，在疯牛病危机之后的英国备受关注。 注。

血栓形成也与基因有关血栓形成也与基因有关 迄今为止，我们只知道老年人、血脂高者和缺迄今为止，我们只知道老年人、血脂高者和缺乏锻炼者，其体内较容易形成血栓，但最新一乏锻炼者，其体内较容易形成血栓，但最新一期《自然》杂志却报道说，科学家们已识别并期《自然》杂志却报道说，科学家们已识别并成功地定位出了一个名为“成功地定位出了一个名为“ VKORC1VKORC1”” 的基因。的基因。 ，它在危害人体的血栓形成的过程中发挥着重，它在危害人体的血栓形成的过程中发挥着重要作用要作用。。这一发现将有助于人们进一步寻找出这一发现将有助于人们进一步寻找出治疗心律不齐及冠心病等疾病的新疗法。治疗心律不齐及冠心病等疾病的新疗法。

德国、英国和美国的科学家在各自独立的实验德国、英国和美国的科学家在各自独立的实验中，以产生了抗药性的实验鼠和血栓患者的基中，以产生了抗药性的实验鼠和血栓患者的基因为研究对象，并与天生就具有抗血栓特性人因为研究对象，并与天生就具有抗血栓特性人的基因进行比较，结果科学家们说，这个基因的基因进行比较，结果科学家们说，这个基因可以帮助人们理解血液稀释药物的工作原理。 可以帮助人们理解血液稀释药物的工作原理。

我国国际上首次确定雀斑致病基因位置我国国际上首次确定雀斑致病基因位置 人人都想拥有一张净白无瑕的脸，雀斑一直困人人都想拥有一张净白无瑕的脸，雀斑一直困扰着这些爱美人士。最近，扰着这些爱美人士。最近，我国科学家在国际我国科学家在国际上首次确定雀斑致病基因位置上首次确定雀斑致病基因位置，，发现在人类第发现在人类第44 号染色体的某个区域中存在雀斑致病基因号染色体的某个区域中存在雀斑致病基因。。为找到雀斑致病基因并最终根治雀斑奠定了重为找到雀斑致病基因并最终根治雀斑奠定了重要的基础。 要的基础。 所以，市面上的激光去斑、药物去斑等方法都所以，市面上的激光去斑、药物去斑等方法都只是治标不治本。只是治标不治本。只有从基因上入手，才可能只有从基因上入手，才可能彻底根治雀斑彻底根治雀斑。为此，科学家采用全基因组扫。为此，科学家采用全基因组扫描技术，通过对一个中国汉族雀斑大家族的样描技术，通过对一个中国汉族雀斑大家族的样本进行分型和连锁分析，本进行分型和连锁分析，

导致弱智与癫痫的基因变异导致弱智与癫痫的基因变异 近日科学家首次发现人体内一个基因如果发生变异，近日科学家首次发现人体内一个基因如果发生变异，有可能会同时导致弱智与癫痫。有可能会同时导致弱智与癫痫。这个新基因，位于这个新基因，位于人体Ｘ染色体上人体Ｘ染色体上。他们对全球范围内９个有遗传病。他们对全球范围内９个有遗传病史的家族进行研究后发现，该基因发生特定的变异，史的家族进行研究后发现，该基因发生特定的变异，不仅会引发多种癫痫症状，而且也会导致弱智。不仅会引发多种癫痫症状，而且也会导致弱智。他们的研究还显示，该基因似乎对与人大脑正常认他们的研究还显示，该基因似乎对与人大脑正常认知功能相关的其他一些基因具有调控作用，可以影知功能相关的其他一些基因具有调控作用，可以影响这些基因的工作时间和方式等。科学家们因此推响这些基因的工作时间和方式等。科学家们因此推测，测，受新发现的这种基因控制的其他基因，在癫痫受新发现的这种基因控制的其他基因，在癫痫或弱智的发病过程中可能也起到了一定作用或弱智的发病过程中可能也起到了一定作用。。科学家指出，识别出该基因，科学家指出，识别出该基因，将有助于更好地对有将有助于更好地对有相关病史的家族进行癫痫或弱智的诊治相关病史的家族进行癫痫或弱智的诊治。。

语言产生可能与基因变异有关语言产生可能与基因变异有关 为什么人类可以说话，而动物则不能为什么人类可以说话，而动物则不能 ?? 德德国科学家最新研究发现，国科学家最新研究发现， 2020 万年前发生万年前发生在在一个基因上的两次关键的变异可能和语一个基因上的两次关键的变异可能和语言的产生有关言的产生有关。这一研究为说明该基因在。这一研究为说明该基因在人类语言能力的发展中所扮演的重要角色人类语言能力的发展中所扮演的重要角色提供了强有力的证据。研究人员认为，语提供了强有力的证据。研究人员认为，语言的优势使人类能够排挤掉那些比较原始言的优势使人类能够排挤掉那些比较原始的竞争对手。变异基因赋予人类祖先更好的竞争对手。变异基因赋予人类祖先更好的控制嘴巴和喉咙肌肉的能力，从而使他的控制嘴巴和喉咙肌肉的能力，从而使他们能够发出更丰富、更多变的声音，为语们能够发出更丰富、更多变的声音，为语言的产生打下基础。言的产生打下基础。

人类基因组计划的实施，是一人类基因组计划的实施，是一项造福人类健康的伟大的生命项造福人类健康的伟大的生命科学工程，基因是人类的共同科学工程，基因是人类的共同财富。经过各国科学家用基因财富。经过各国科学家用基因技术探索疾病治疗研究，将为技术探索疾病治疗研究，将为提高人类健康水平带来新的希提高人类健康水平带来新的希望。望。

我国科学家在基因组研究中的测序图谱

SangerSanger 第一步：加入复制终止第一步：加入复制终止剂剂

荧光检测探头

电泳，看谁跑得

快

SangerSanger 第二步：荧光检测第二步：荧光检测

ShotgunShotgun 测序（测序（ 22）——）——

ShotgunShotgun 法序列拼接法序列拼接

ConsensusConsensusSequenceSequence

GapGap

Low Base Low Base QualityQuality

SingleSingleStrandedStrandedRegionRegion

Mis-AssemblyMis-Assembly(Inverted)(Inverted)

拼接错误：拼接错误： RepeatRepeat 的存在的存在

全自动的测序仪器：全自动的测序仪器： MegaBaceMegaBace