基因與基因組學ppt課件-資料下載頁

　　

【正文】 A? ? ? ??2 ??1 Alu 10 kb 珠蛋白基因簇中的假基因 與有功能的基因相似，不表達基因產(chǎn)物的基因。 第三節(jié) 基因組學（ genomics） ? 1986年提出，至今 20年，已經(jīng)發(fā)展成為遺傳學中最重要的分支學科。 ? 對物種的所有基因進行定位、作圖、測序和功能分析 99 生物學進入 基因組 (Genome) 時 代 100 ?人類基因組包括分布于 人 46條染色體 30億核苷酸的 30,00035,000個基因 。 ?人類基因組計劃最終目的是 測定基因組的全部序列，弄清整個基因組的的結(jié)構(gòu)、功能及其表達產(chǎn)物，徹底了解人類生命活動本質(zhì) 。 101 ? 這一計劃的科學意義重大，可與產(chǎn)生原子彈的曼哈頓工程和人類登月阿波羅飛行任務相媲美，是當前國際生物學、醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)一項引人注目的工程，是人類自然科學史上最重大的研究項目之一，將推動整個生命科學的發(fā)展 。 102 人類基因組計劃的意義 ?生物與醫(yī)學基礎(chǔ)研究 ?基因診斷 、 基因療法 、 基因藥物 ?帶動一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 103 人類基因組計劃的啟動 ? 1985 年 ， 美 國 能 源 部 （ Department of Energy, DOE） 提出 ， 要將共包含約 3 109堿基對的人類基因組全部堿基序列分析清楚； ? 1986年 ， 美國宣布啟動 “ 人類基因組計劃（ Human Genome Project, HGP） ” 。 104 人類基因組計劃的發(fā)展 ? 1999年 12月 1日 ， 首條人類染色體完成測序 ，人類第 22號染色體 DNA全序列測定宣布完成 。 ? 2022年 4月 6日 ， 美國 Celera遺傳信息公司宣布 ， 該公司已破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼 。 ? 2022年 5月 ， 科學家聚集美國冷泉港 ， 宣布人類基因組草圖的完成 。 105 6國科學家組成的國家人類基因組中心主要研究比例 ? 美國 ： WASH＆ MIT等 7家研究中心，貢獻率為 54％。 ? 英國 ： SANGER一家研究中心，貢獻率為 33％ 。 ? 日本： RIKEN等兩家研究中心，貢獻率為 7％。 ? 法國： GENOSCOPE研究中心，貢獻率為 ％。 ? 德國： IMB等 3家研究中心，貢獻率為 ％。 ? 中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究 中心等三家，貢獻率為 1％。 106 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 107 108 這是人類基因組計劃首席科學家、 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 bp組成 ? 含 3~ ? 與蛋白質(zhì)合成有關(guān) 的基因占 2% 109 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 人類基因組研究成果表明 1. 基因數(shù)量少得驚人 2. 人類基因組中存在 “ 熱點 ” 和大片 “ 荒漠 ” 3. 三分之一為 “ 垃圾 ” DNA 4. 種族歧視毫無根據(jù) 5. 男性基因突變比例更高 110 中國人類基因組計劃 ? 1993年 ， 中國人類基因組計劃 （ CHGP） 啟動 ， 首先開展了 “ 中華民族基因組中若干位點基因結(jié)構(gòu)的研究 ” 。 ? 1997年 ， 我國啟動了 “ 重大疾病相關(guān)基因的定位 、 克隆 、 結(jié)構(gòu)與功能研究 ” 項目 。 ? 之后 ， 在 上海 和 北京 相繼成立了國家人類基因組南 、 北兩個中心 。 111 中國人類基因組計劃研究成果 1. 1%測序任務， 第三條染色體 3000萬 bp 2. 精確度 % 3. 發(fā)現(xiàn) 142個基因， 其中 80個為預測基因 112 人類基因組計劃 1%測序中國實驗室 113 后基因組時代序幕拉開 114 哈佛大學科學家麥克貝斯說，人類基因組圖譜并沒有告訴我們所有基因的 “ 身份 ” 以及它們所編碼的蛋白質(zhì)。人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的 “ 磚塊 ”角色，其中可能藏著開發(fā)疾病診斷方法和新藥的 “ 鑰匙 ” 。 ? 基因組 : 人類細胞中的全部基因 ? 蛋白組 : 由全套基因組編碼控制 的蛋白質(zhì) ? 藥物基因組 : 即為一個病人的基 因組對單個藥物反應的相互關(guān)系 ? 人類基因組、蛋白組和藥物基因組 是生命科學研究路上的三個階段 115 116 117 基因組學研究的最終目標 ? 獲得生物體全部基因組序列 ? 鑒定所有基因的功能 ? 明確基因之間的相互作用關(guān)系 ? 闡明基因組的進化規(guī)律 118 基因組學的研究內(nèi)容 ? 結(jié)構(gòu)基因組學 ? 功能基因組學 ? 蛋白質(zhì)組學 119 結(jié)構(gòu)基因組學（ structural genomics） ? 基因定位 ? 基因組作圖 ? 測定核苷酸序列 120 功能基因組學（ functional genomics） 又稱后基因組學（ postgenomics) ? 基因的識別、鑒定、克隆 ? 基因結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系 ? 基因表達調(diào)控的研究 121 ? 完成基因組測序 ， 僅僅是基因組計劃的第一步 ， 更重要的工作在于弄清楚： ① 基因組序列中所包含的全部遺傳信息是什么； ② 基因組作為一個整體如何行使功能 。 ? 就是對基因組序列進行詮釋的過程，也就是功能基因組學的研究內(nèi)容。 122 基因功能研究 計算機預測基因功能（生物信息學） ? 依據(jù)仍然是同源性比較。同源基因擁有一個共同的祖先基因，它們之間有許多相似的序列。 ? 種間同源基因 ? 種內(nèi)同源基因 123 基因功能研究 實驗確認基因功能 基因克隆 基因敲除 （ knockout） 基因的超表達 反義 RNA技術(shù) RNAi 轉(zhuǎn)座子插入突變 124 反義 RNA（ antisense RNA） 技術(shù) 125 蛋白質(zhì)組學（ proteomics） ? 鑒定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生過程、結(jié)構(gòu)、功能和相互作用方式 126 ? 不同于基因組是由 DNA—— 只含有 4種堿基的簡單線性分子組成，蛋白質(zhì)是一種由 20種氨基酸的不同成分組成的復雜結(jié)構(gòu)，而且更重要是由于不存在度量修飾蛋白質(zhì)種類的尺度，人們也許永遠不能像確定基因組核苷酸序列那樣，準確地統(tǒng)計出生物體內(nèi)蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)總數(shù)，更別提各種蛋白修飾手段。 127 ? 目前在蛋白質(zhì)組學中采用的手段，如雙向電泳，質(zhì)譜分析等等，還僅僅是初略的，較為宏觀的分析，實驗上機體內(nèi)存在的蛋白質(zhì)數(shù)量遠遠不止一個雙向電泳膠上那些點。而且蛋白質(zhì)的變化更是難以捉磨。有些蛋白的功能與其表達量有關(guān)，而有些則是與其磷酸化、乙?；蚣谆嘘P(guān)，而與量關(guān)系并不大，而現(xiàn)有的研究手段來說，對于分清哪些蛋白質(zhì)在疾病或癥狀中取到主要作用，其研究復雜程度遠遠高于功能基因組學，而且成本也非常高。目前的研究僅僅提供一些初步的認識和結(jié)果，或者說，現(xiàn)有的手段僅僅是傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)表達研究的延伸和強化，還算不上真正意義上的蛋白質(zhì)組學的研究。 ? 而更為復雜的，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)構(gòu)成了復雜的信號網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)相互作用，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖譜的形式更是千千萬萬。網(wǎng)絡(luò)之間的相互影響不是線性的，而是立體的！現(xiàn)有的一切研究手段還不能對信號的定量，定位有很好地闡述?，F(xiàn)有的蛋白質(zhì)組學，可以稱為是結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學的研究，還沒有達到功能性蛋白質(zhì)組學水平，更沒有達到網(wǎng)絡(luò)蛋白質(zhì)組學層次。 ? 但對于將來而言，解決細胞內(nèi)的信號的定位， cascade，定量的傳導，以及信號網(wǎng)絡(luò)間的相互作用關(guān)系這是研究的重點，只有徹底了解到蛋白質(zhì)分子的定量，定位，以及時間性三個因素，我們才能真正意義上了解蛋白。 128 基因組學的未來建立在人類 基因組 計劃的基礎(chǔ)上 129 ? 人類基因組學還需要從橫向縱向多方面延伸，從 2022年國際人類基因組大會的內(nèi)容就可以一瞥這種趨勢：在芬蘭首都赫爾辛基舉行的國際人類基因組大會議題就包括了表觀基因組、感官遺傳學、個人基因組、RNA干擾、比較基因組學、基因組的多樣性和差異性、腫瘤基因組學、綜合性疾病基因?qū)W等等內(nèi)容。 130