《人类基因组概况》课件.ppt
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- 人类基因组概况 人类基因组 概况 课件
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1、Department of Microbiology Fuquan Hoo人类基因组概要人类基因组概要 Outline of Human Genome精选ppt2有科学史以来的过去几百年中,人们对于人类基因有科学史以来的过去几百年中,人们对于人类基因组的认识大多限于染色体和个别基因的认识。真正组的认识大多限于染色体和个别基因的认识。真正对于人类基因组有对于人类基因组有“整体序列水平整体序列水平”的认识是在人的认识是在人类基因组计划完成之后。因此,我们要讨论人类基类基因组计划完成之后。因此,我们要讨论人类基因组就不得不先谈一谈因组就不得不先谈一谈“人类基因组计划人类基因组计划”(Human Ge
2、nome Project,HGP)精选ppt31.1.什么是人类基因组计划?什么是人类基因组计划?HGPHGP是研究人类基因组(及相关的大肠杆菌、酵母、线是研究人类基因组(及相关的大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇及拟南芥基因组)的、宏大的跨国科研计划,虫、果蝇及拟南芥基因组)的、宏大的跨国科研计划,它可与阿波罗计划媲美。它可与阿波罗计划媲美。HGPHGP在在2020世纪世纪8080年代中期提出年代中期提出,自,自19901990年正式开始,计划用年正式开始,计划用1515年时间,耗资年时间,耗资 30 30 亿美亿美元,完成人类基因组的测序和基本注释,完成元,完成人类基因组的测序和基本注释,完成 4
3、 4 套图套图谱:谱:遗传图谱、物理图谱、序列图谱及基因图谱。遗传图谱、物理图谱、序列图谱及基因图谱。一一.人类基因组计划人类基因组计划 精选ppt4美国马萨诸塞州的美国马萨诸塞州的CambridgeCambridge基因组研究中心的基因组研究中心的 Whitehead InstituteWhitehead Institute英国剑桥的英国剑桥的 Sanger CenterSanger Center美国密苏里的美国密苏里的 Washington UniversityWashington University美国加州的美国加州的 DOE DOE 联合基因组研究所联合基因组研究所美国得州的美国得州
4、的 Baylor College Of MedicineBaylor College Of Medicine美国的一些其它单位美国的一些其它单位中国、德国、法国、日本中国、德国、法国、日本2.2.哪些国家和单位参加了哪些国家和单位参加了HGP?HGP?精选ppt5精选ppt63.谁的谁的DNA被用来测序?被用来测序?在构建文库实验室附近刊登了为在构建文库实验室附近刊登了为HGPHGP捐献捐献DNADNA的广告,选择的广告,选择了不同人种的健康捐献者。采集样品经匿名处理:取样实验室了不同人种的健康捐献者。采集样品经匿名处理:取样实验室撕去所有样品标记,记以随机号码,交样品处理室。样品处理撕去所有
5、样品标记,记以随机号码,交样品处理室。样品处理室再撕去原标记并重新标记。最终使用的每一样品大约收集了室再撕去原标记并重新标记。最终使用的每一样品大约收集了5 51010个样本。捐献者与个样本。捐献者与DNADNA样品之间不再有任何联系样品之间不再有任何联系,所以捐献所以捐献者的身份是不被知道的。者的身份是不被知道的。而而 Celera Celera 的测序样本来自的测序样本来自5 5个人:分别属于西班牙裔、个人:分别属于西班牙裔、亚洲裔、非洲裔、美洲裔和高加索裔(亚洲裔、非洲裔、美洲裔和高加索裔(2 2男男3 3女),是从女),是从2121个志个志愿者样本中挑选的。愿者样本中挑选的。最后公布的
6、序列图谱中还标记了最后公布的序列图谱中还标记了140140万个万个SNPSNP位点,因此,位点,因此,它不是某一个确定人物的图谱,而是它不是某一个确定人物的图谱,而是“人类人类”的图谱。的图谱。精选ppt74.HGP4.HGP的目标的目标 ldetermine the sequences of the 3 billion chemical base pairs that make up human DNA,lidentify all the genes in human DNA,lstore this information in databases,limprove tools for da
7、ta analysis,ltransfer related technologies to the world publicladdress the ethical,legal,and social issues(ELSI)that may arise from the project.精选ppt8两个两个“人类基因组计划人类基因组计划”前面提到的由多个国家合作进行的计划,称为前面提到的由多个国家合作进行的计划,称为“国际合国际合作作”计划。这个计划是由国家拨款资助,自计划。这个计划是由国家拨款资助,自1990年开始,轰年开始,轰轰烈烈干了整轰烈烈干了整8年,做了大量艰苦、细致的工作,也使得测
8、序年,做了大量艰苦、细致的工作,也使得测序方法得到相当的完善,大规模自动化测序仪已经出现,不用方法得到相当的完善,大规模自动化测序仪已经出现,不用做遗传图和物理图的做遗传图和物理图的“鸟枪法测序鸟枪法测序”技术于技术于1995年在流感嗜年在流感嗜血杆菌中获得成功血杆菌中获得成功.1998年有一个私人公司年有一个私人公司 CeleraCelera突然宣布,突然宣布,要用要用3 3年时间抢在年时间抢在“国际合作组织国际合作组织”之前完成人类基因组测序之前完成人类基因组测序计划计划,并将人类基因专利注册。并将人类基因专利注册。私人公司的介入,引入了竞争机制,迫使私人公司的介入,引入了竞争机制,迫使“
9、公共合作组公共合作组织织”不得不加大投资、加快速度。结果两个计划都在不得不加大投资、加快速度。结果两个计划都在2001年年完成了完成了“草图草图”。精选ppt9The HGP consortium published its working draft in Nature 409(15 February).Celera publishes its working draft in Science(16 February).精选ppt10精选ppt11“草图草图”(Draft Genome Sequence)Draft Genome Sequence)意味着什么?意味着什么?“草图草图”还不是完
10、成图,还有还不是完成图,还有10001000多个多个“缺口缺口”,缺口主要集中在异染色质区域。缺口主要集中在异染色质区域。目前,没有一个真核生物的基因组被测序到目前,没有一个真核生物的基因组被测序到100100。有一些区域通常是高度重复区域用当今的技术很有一些区域通常是高度重复区域用当今的技术很难或根本不可能被克隆或测序。难或根本不可能被克隆或测序。但是,公布的草图中,但是,公布的草图中,90909393常染色质区域(富常染色质区域(富含基因区)已经被测序。含基因区)已经被测序。精选ppt12 20032003年,人类基因组计划完成它的年,人类基因组计划完成它的“完成图完成图”,9898以上的
11、基因编码区已被测序,精度达以上的基因编码区已被测序,精度达 99.99%99.99%,至此,至此,人类基因组计划宣告它的完成。这一年,正值,人类基因组计划宣告它的完成。这一年,正值James James Watson and Francis Crick Watson and Francis Crick 发表发表DNADNA双螺旋结构双螺旋结构5050周周年。人类基因组计划的完成为年。人类基因组计划的完成为5050周年庆典送了一份大周年庆典送了一份大礼!礼!NatureNature和和ScienceScience分别发表了专文,介绍了人类基分别发表了专文,介绍了人类基因组计划在因组计划在2001
12、200120032003这两年中又取得的进展及人类这两年中又取得的进展及人类基因组学今后的发展方向。基因组学今后的发展方向。基因组的完成图基因组的完成图精选ppt131.Barbara R.Jasny and Leslie Roberts:Introduction,Science Apr 11 2003:277。2.Francis S.Collins,Michael Morgan,Aristides Patrinos:The Human Genome Project:Lessons from Large-Scale Biology。Science Apr 11 2003:286。3.Marvi
13、n E.Frazier,Gary M.Johnson,David G.Thomassen,Carl E.Oliver,Aristides Patrinos:Realizing the Potential of the Genome Revolution:The Genomes to Life Program。Science Apr 11 2003:290。4.Francis S.Collins,Eric D.Green,Alan E.Guttmacher,Mark S.Guyer:A Vision for the Future of Genomics Research.A blueprint
14、for the genomic era.Nature Apr 24 2003:835.5.Sean B.Carroll:Genetics and the Making of Homo sapiens.Nature Apr 24 2003:849.6.Jonathan Arnold,Nelson Hilton:Genome Sequencing:Revelations from a Bread Mould.Nature Apr 24 2003:821.精选ppt14It is essentially immoral not to get it(the human genome sequence)
15、done as fast as possible.James Watson 精选ppt15人类基因组计划的完成,使得我们今天有可能来探人类基因组计划的完成,使得我们今天有可能来探讨基因组的概,但我们仍然无法来谈论细节。讨基因组的概,但我们仍然无法来谈论细节。基于我们人类今天知识的局限性,目前我们还无法基于我们人类今天知识的局限性,目前我们还无法完全读懂这本天书完全读懂这本天书基于我们个人的知识局限性,没有任何一个人能完基于我们个人的知识局限性,没有任何一个人能完全读懂这本天书全读懂这本天书既使是集人类集体之智慧,我们也无法将目前人类既使是集人类集体之智慧,我们也无法将目前人类能够认识到的有关基
16、因组的全部知识集中到一篇论能够认识到的有关基因组的全部知识集中到一篇论文中来。文中来。因此,今天只能讨论有关基因组的概况。因此,今天只能讨论有关基因组的概况。精选ppt16二二.人类基因组概况(对草图的统计)人类基因组概况(对草图的统计)基因组大小基因组大小2.912.91GbpGbpA+TA+T含量含量54%54%G+CG+C含量含量38%38%不能确定的碱基不能确定的碱基9 9重复序列(不含异染色质)重复序列(不含异染色质)35%35%编码序列编码序列(基因)数目基因)数目2658826588功能未知基因比例功能未知基因比例42%42%外显子最多的基因外显子最多的基因TitinTitin(
17、234234)SNPSNP数量数量约约300300万个万个SNPSNP密度密度1/12500 1/12500 bpbp精选ppt17最长的染色体最长的染色体2(240 Mbp)最短的染色体最短的染色体Y(19 Mbp)基因最多的染色体基因最多的染色体1(2453)基因最少的染色体基因最少的染色体Y(104)基因密度最大的染色体基因密度最大的染色体19(23/Mb)基因密度最小的染色体基因密度最小的染色体13,Y(5/Mb)重复序列含量最高的染色体重复序列含量最高的染色体19(57%)重复序列含量最低的染色体重复序列含量最低的染色体2,8,10,13,18(36%)编码外显子序列的比例编码外显子
18、序列的比例1.11.4%基因的平均长度基因的平均长度27 Kb精选ppt18精选ppt19精选ppt20女女平均平均男男染色体上距着丝粒越远,重组率越高染色体上距着丝粒越远,重组率越高精选ppt21 在遗传作图中,各遗传标记之间的距离是用重组率来表示在遗传作图中,各遗传标记之间的距离是用重组率来表示的,将遗传标记距着丝粒的实际距离对重组率作图,的,将遗传标记距着丝粒的实际距离对重组率作图,不难看出下述关系:不难看出下述关系:着丝粒附近的重组受到抑制,着丝粒附近的重组受到抑制,距着丝粒序列距离越远,距着丝粒序列距离越远,重组率越高重组率越高 染色体长臂的平均重组率为染色体长臂的平均重组率为 1
19、cM/Mb 染色体短臂的平均重组率为染色体短臂的平均重组率为 2 cM/Mb 女性染色体重组率比男性高女性染色体重组率比男性高精选ppt22三三.人类基因组人类基因组GC含量与含量与CpG岛岛人类基因组的人类基因组的GCGC含量围绕平均含量含量围绕平均含量4141长距离波动。长距离波动。存在存在GCGC富含区及富含区及GCGC贫乏区。贫乏区。GCGC富含区及富含区及GCGC贫乏区具贫乏区具有不同的生物学意义。有不同的生物学意义。GCGC富含区与基因密度程正相关富含区与基因密度程正相关 GCGC贫乏区存在大量重复序列贫乏区存在大量重复序列 染色体染色体深色深色G G带带对应的是对应的是低低GCG
20、C含量区含量区 染色体染色体浅色浅色G G带带对应的是对应的是高高GCGC含量区含量区 GCGC含量的含量的“板块板块”变化是由于基因组进化过程中转座事变化是由于基因组进化过程中转座事 件导致的件导致的“区域镶嵌区域镶嵌”。精选ppt23GC含量与基因密度呈正相关含量与基因密度呈正相关精选ppt24 基因组序列基因组序列GC含量直方图(含量直方图(20Kb 窗口)窗口)精选ppt25基因组中的基因组中的CpGCpG岛岛人类基因组中的人类基因组中的CpGCpG岛出现率很低。岛出现率很低。预计值:预计值:胞嘧啶与嘌呤的比列的乘积胞嘧啶与嘌呤的比列的乘积,约约4 4 实际值:实际值:约约0.8%0.
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