生物信息学与基因组学课件.ppt

1、生物信息学与基因组学n人类基因组计划人类基因组计划研究的背景、目标研究的背景、目标n意义意义n后基因组时代后基因组时代DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质多肽链或质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。故一个基序列）。故一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、包括为保证转录所必需的调控序列、5非翻译序列、内含非翻译序列、内含子以及子

2、以及3非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基因）。基因）。基因基因基因组：基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。用来描述组成携带生物体全部遗传信息的核酸量。用来描述组成一种生物每个细胞内一种生物每个细胞内DNA的全部序列。的全部序列。人类基因组是目前已知基因组中最大、最复杂的基因组。人类基因组是目前已知基因组中最大、最复杂的基因组。20世纪世纪80年代后期生命科学领域出现了一个新的研究领域年代后期生命科学领域出现了一个新的研究领域基因组学基因组学(genomics)。基因组学基因组学产生背景及概念产生背景及概念 1.背景：背景：1985年提出

3、年提出HGP，随着，随着HGP的提出和实施，产生的的提出和实施，产生的基因组学。基因组学。2.概念：概念：从整体上研究一个物种的所有基因结构和功能的新科从整体上研究一个物种的所有基因结构和功能的新科学。学。人类基因组计划（HGP）n人类基因组计划的主要目标是测定人类基因组全序列。人人类基因组计划的主要目标是测定人类基因组全序列。人类基因组类基因组DNA由四种核苷酸（由四种核苷酸（A、T、C、G）按一定的顺）按一定的顺序排列而成，基因组所含核苷酸总数为序排列而成，基因组所含核苷酸总数为30亿对。亿对。月末月末 我国科学家按照国际人类基因组计划的部署，我国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成完

4、成 了人类基因组的工作框架图。了人类基因组的工作框架图。月月 国际人类基因组计划完成时间再度提前，预计国际人类基因组计划完成时间再度提前，预计 从原定从原定 的年月提前至年月。的年月提前至年月。月日月日 由德国和日本等国科学家组成的国际科研由德国和日本等国科学家组成的国际科研 小组宣小组宣 布，他们已经基本完成了人体第对染色体的测布，他们已经基本完成了人体第对染色体的测 序工作。序工作。月日月日 各国科学家公布了人类基因组工作草图。各国科学家公布了人类基因组工作草图。1年年 2月月15日日 公布了人类基因组全序列及其分析结果，公布了人类基因组全序列及其分析结果，宣告人类有宣告人类有30,000

5、-40,000条编码蛋白质的基因条编码蛋白质的基因,仅占人类基因仅占人类基因 组序列的组序列的15，成人各种组织中又只有约，成人各种组织中又只有约10的基因表达的基因表达为蛋白质为蛋白质。一、相关的背景知识人类了解自己的过程人类了解自己的过程器官水平整体水平细胞水平基因水平解剖图组织细胞图基因图二、人类基因组计划（HGP）的提出迫切性：迫切性：对人类健康和疾病与基因间紧密联系认识的需求。对人类健康和疾病与基因间紧密联系认识的需求。单基因遗传病，多基因病等。单基因遗传病，多基因病等。可行性：可行性：现代科技的快速发展现代科技的快速发展 分子生物学，信息学，材料学，计算机科学，微电子科学等。分子生

6、物学，信息学，材料学，计算机科学，微电子科学等。人类基因组计划的提出和背景the formation and background of HGPn人类基因组计划的提出人类基因组计划的提出n生存与健康是人类的头等大事。人类许多疾病都与基因生存与健康是人类的头等大事。人类许多疾病都与基因有关。旧的顽有关。旧的顽 症症 挥之末去，新的疾病此起彼伏，已近绝挥之末去，新的疾病此起彼伏，已近绝迹的传染病又卷土重来，医疗费用大幅度增加，凡此迹的传染病又卷土重来，医疗费用大幅度增加，凡此 种种种，都使人类面临着生老病死以及环境、资源的严峻挑种，都使人类面临着生老病死以及环境、资源的严峻挑战。这一切呼唤着科技创

7、新时代战。这一切呼唤着科技创新时代 的到来。的到来。n人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗等月计划并人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗等月计划并称的人类科学史上的重大工程。该计划于称的人类科学史上的重大工程。该计划于1990年首先在年首先在美国启动，后有英（美国启动，后有英（1989年）、日（年）、日（1990年）、法年）、法（1990年）、中（年）、中（1993年）年）、德（、德（1995年）等国的科学年）等国的科学家先后正式加入。家先后正式加入。曼哈顿原子弹计划曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划阿波罗登月计划人类基因组计划人类基因组计划人类基因组计划的背景n早期的基础研究早期的基础研

8、究n两件大事两件大事核辐射对人类基因的突变作用核辐射对人类基因的突变作用肿瘤十年计划肿瘤十年计划n尽管很多国家的人类基因组的研究在尽管很多国家的人类基因组的研究在70年代开始，年代开始，80年年代初具一定规模，然而，代初具一定规模，然而，列入国家级项目的大规模研究列入国家级项目的大规模研究是在美国率先启动的。是在美国率先启动的。n1984年在美国年在美国Utah州的州的Alta专家小组会专家小组会 议上讨论了人类议上讨论了人类全基因组全基因组DNA测序前景和意义；测序前景和意义；n1985年在美国能源部的加州会议上指出了测定人年在美国能源部的加州会议上指出了测定人 类基因类基因组全序列的动议，

9、并形成了计划草案；组全序列的动议，并形成了计划草案；n1986年年3月，月，Dulbecco R 在在Science杂志杂志 上发表的上发表的短文对启动人类基因组计划起到了关键性作用，他指出短文对启动人类基因组计划起到了关键性作用，他指出“要从整体上研究和分析整要从整体上研究和分析整 个人类基因组个人类基因组”，“这一计这一计划的意义，可以与征服宇宙的计划相媲美。划的意义，可以与征服宇宙的计划相媲美。”人类基因组计划发展历程人类基因组计划发展历程1990年年 10月国际人类基月国际人类基 因组计划正式起动。因组计划正式起动。1998年年 5月一批科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉基因公司，目月一批

10、科学家在美国罗克威尔组建塞莱拉基因公司，目 标是投入标是投入0亿美元，到亿美元，到2001年绘制出完整的人体基因图谱，年绘制出完整的人体基因图谱，与国际人类基因组计划展开竞争。与国际人类基因组计划展开竞争。10月月23日日 美国国家人类基因组研究所在美国美国国家人类基因组研究所在美国 科学科学 杂杂志上发表声明说，人类基因组计划的全部测序工作将比原计划志上发表声明说，人类基因组计划的全部测序工作将比原计划提前两年，即在提前两年，即在2003年完成。年完成。1999年年 3月月15日日 英国韦尔科姆基金会宣布，由于科学家加快工英国韦尔科姆基金会宣布，由于科学家加快工 作步伐，人类基因组工作草图将

11、提前至作步伐，人类基因组工作草图将提前至2000年年 完成。完成。月月 中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类 基因基因 组全部序列的组全部序列的，也就是，也就是 号染色体上的号染色体上的 3000 万个碱万个碱 基对，使中国成为继美、英、日、德、法之后第六基对，使中国成为继美、英、日、德、法之后第六 个国际个国际 人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一 发展中发展中 国家。国家。月日月日 国际人类基因组计划联合研究小组宣布，国际人类基因组计划联合研究小组宣布，他们他们 完整地译出人体第对染色体的遗传密

12、码，这是人完整地译出人体第对染色体的遗传密码，这是人 类首类首 次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。年年 月日月日 美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表 联合声联合声 明，呼吁将人类基因组研究成果公开，以便世界各明，呼吁将人类基因组研究成果公开，以便世界各 国的科国的科 学家都能自由地使用这些成果。学家都能自由地使用这些成果。月日月日 塞莱拉公司宣布已破译出一名实验者的完塞莱拉公司宣布已破译出一名实验者的完 整遗传整遗传 密码。密码。n美国当地东部时间美国当地东部时间2000年年6月月26日上午日上午10时，是人类

13、时，是人类科学史上值得纪念的日子。由科学史上值得纪念的日子。由6国国(美、美、英、法、德、英、法、德、日、中日、中)合作、合作、公众支持的国际人类基因组计划协作公众支持的国际人类基因组计划协作组在全球同一时间联合宣布：人类生命蓝图组在全球同一时间联合宣布：人类生命蓝图人类人类基基 因组因组“工作框架图工作框架图”已经完成。这是人类基因组计已经完成。这是人类基因组计划（划（Human Genome Project，HGP）取得）取得 的重大的重大成果，也是自然科学史上最重要的里程碑。它的问世成果，也是自然科学史上最重要的里程碑。它的问世标志着人类在研究自身规律的过标志着人类在研究自身规律的过 程

14、中迈出了至关重要程中迈出了至关重要的一步，也预示着人类在探索生命奥秘的历史进程中的一步，也预示着人类在探索生命奥秘的历史进程中翻开了新的篇章。翻开了新的篇章。这项全人类共同协作的伟大工程将这项全人类共同协作的伟大工程将永载人类发展的史册。永载人类发展的史册。三、人类基因组计划研究的目标三、人类基因组计划研究的目标n1990年美国国立卫生研究院年美国国立卫生研究院NIH和美国能源部和美国能源部DOE两家机两家机构制定了人类基因组第一个五年计划构制定了人类基因组第一个五年计划（19911995），），包括人类基因组的遗传图谱、物理图谱和几种模式生物的包括人类基因组的遗传图谱、物理图谱和几种模式生物

15、的DNA序列。经过序列。经过 大大 量细致的工作，第一个五年计划提前量细致的工作，第一个五年计划提前完成。完成。1993年，为了扩展和修改第一个计划项目，又年，为了扩展和修改第一个计划项目，又 制制定了定了19941998年的目标策略。主要内容包括：年的目标策略。主要内容包括：n1.人类基因组的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基人类基因组的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱绘制。因图谱绘制。基因鉴定、基因鉴定、鉴定人类基因组和模式生物基因组的所有鉴定人类基因组和模式生物基因组的所有基因。基因。基因组研究技术的建立、创新与改进、长期的目标是基因组研究技术的建立、创新与改进、长期的目标是在现有技

16、术的基础上建立基础实验室能方便操作的技在现有技术的基础上建立基础实验室能方便操作的技术方法，并适用于其他生术方法，并适用于其他生 物基因组的测序。物基因组的测序。n2、模式生物基因组的作图和测序、模式生物基因组的作图和测序 完成和继续进行大肠杆菌（完成和继续进行大肠杆菌（E.coli）、酵母）、酵母（S.cesevisiae）、美丽线虫（）、美丽线虫（C.elegans）、果蝇）、果蝇（Drosoohila）基因组测）基因组测 序；序；1998年底结束对有应年底结束对有应用价值的人类与小鼠相似的基因序列的研究。用价值的人类与小鼠相似的基因序列的研究。n3、建立生物信息数据系统建立生物信息数据系

17、统 开发信息储存、处理开发信息储存、处理及相应的软件，建立数据交流的有效的工具标准。研及相应的软件，建立数据交流的有效的工具标准。研究基因组比究基因组比 较和转译的手段。较和转译的手段。n4、解决人类基因组所涉及的伦理、法律和社会问题、解决人类基因组所涉及的伦理、法律和社会问题（ELSI）继续制定与继续制定与HGP相关的政策法规，制定、宣传与基因相关的政策法规，制定、宣传与基因实验有关以及有应用价值的基因的政策。实验有关以及有应用价值的基因的政策。n5、技术转让技术转让 鼓励和加强基因组研究中的技术转让。鼓励和加强基因组研究中的技术转让。基因组计划的外延目标基因组计划的外延目标 1998年底，

18、根据第一个五年计划的目标完成情况，又出年底，根据第一个五年计划的目标完成情况，又出台了台了19982003年第二个五年计划的年第二个五年计划的 具体目标。具体目标。n1、人类基因组测序目标、人类基因组测序目标 n 2003年底完成人类基因组的全序列测定包括特殊区域年底完成人类基因组的全序列测定包括特殊区域的测定。基因库要扩大的测定。基因库要扩大23倍。倍。n 2001年前完成年前完成1/3的人类的人类DNA核苷酸序列测定任务。核苷酸序列测定任务。增加互补增加互补DNA(cDNA)和细菌人工染色体和细菌人工染色体(BAC)克隆文库，克隆文库，完成高精确完成高精确 性、跨度大的序列的测定，分析人类

19、和非人性、跨度大的序列的测定，分析人类和非人类基因组的序列差异，确定类基因组的序列差异，确定“空洞空洞”（gap）序）序 列的位列的位置和大小。置和大小。n2、测序技术的发展目标、测序技术的发展目标 n 继续提高测序反应效率，通过技术创新降低成本，继续提高测序反应效率，通过技术创新降低成本，通过自动化、微型化、技术配套等手段每年测序达到通过自动化、微型化、技术配套等手段每年测序达到500Mb，每个碱基降到，每个碱基降到25美分。美分。n 支持新技术研究，利用微电子结构系统快速、大规支持新技术研究，利用微电子结构系统快速、大规模检测模检测DNA并进行蛋白质测序。并进行蛋白质测序。n 探索简便快捷

20、的方法使新技术得到大规模应用。探索简便快捷的方法使新技术得到大规模应用。四、国际合作n美国美国 54%2、3、4、5、7、8、9、10-、11、12、15、16、17、18、19 X和和Y染色体测序分析染色体测序分析n英国英国 33%1、6、9、10、11、13、20、22和和X染色体测染色体测序分析序分析n日本日本 7%2、6、8、11、18、21、22号染色体测序分析号染色体测序分析n法国法国 2.8%14号染色体测序分析号染色体测序分析n“协作协作”精神精神n“高度负责高度负责”精神精神HGP研究进展n前半段时间，进展缓慢前半段时间，进展缓慢n1997年，年，5%的任务的任务n1998年

21、，加速了进程年，加速了进程n1999年，年，22号染色体号染色体n2000年年4月，美国月，美国5、16、19n2000年年5月，德、日月，德、日21 号染色体号染色体n2000年年 6月，公布草图月，公布草图n人类遗传基因数量比原先估计的少很多人类遗传基因数量比原先估计的少很多n基因分布不均匀基因分布不均匀n99.9%的基因密码是相同的的基因密码是相同的n带动了大肠杆菌（带动了大肠杆菌（E.coli）、酵母）、酵母（S.cesevisiae）、美）、美丽线虫（丽线虫（C.elegans）、果蝇（）、果蝇（Drosoohila）、小鼠等模）、小鼠等模式生物的全基因组破译。式生物的全基因组破译。

22、河豚鱼河豚鱼 与人类基因数大致相当且内含子少与人类基因数大致相当且内含子少果蝇果蝇 无脊椎动物中在进化保守序列上与人类最为接近的无脊椎动物中在进化保守序列上与人类最为接近的我国的人类基因组计划研究进展我国的人类基因组计划研究进展n我国是我国是1999年提出参加年提出参加HGP国际合作计划的，经中科院国际合作计划的，经中科院遗传所杨焕明教授等人的积极努力，遗传所杨焕明教授等人的积极努力，在同年在同年9月举行的月举行的第五届国际人类基因组战略会议上，中国得以承担第五届国际人类基因组战略会议上，中国得以承担3号染号染色体短臂的色体短臂的1%测序任务，约测序任务，约3千万个碱基对的全序列测千万个碱基对

23、的全序列测定。定。n经过中科院遗传所人类基因组中心、国家人类基因组南经过中科院遗传所人类基因组中心、国家人类基因组南方、北方中心科技人员的共同努力，于方、北方中心科技人员的共同努力，于2000年年6月如期完月如期完成了承担的任务。成了承担的任务。n1993年，我国就开始启动人类基因组的项目研究，年，我国就开始启动人类基因组的项目研究，1993年和年和1997年分别开展了年分别开展了“中华民族基因组中若干基因结中华民族基因组中若干基因结构位点的研究构位点的研究”和和“重大疾病相关基因的定位、克隆、重大疾病相关基因的定位、克隆、结构与功能研究结构与功能研究”。n科学家首次发现位于科学家首次发现位于

24、1 1号染色体上的神经性耳聋的致病号染色体上的神经性耳聋的致病基因；基因；n给鼻咽癌基因在染色体上定位（给鼻咽癌基因在染色体上定位（3和和7号号）；）；n克隆出若干白血病基因并针对其结构和功能进行了深克隆出若干白血病基因并针对其结构和功能进行了深入研究；入研究；n对原发性高血压、精神病等多基因病患者及家系进行对原发性高血压、精神病等多基因病患者及家系进行全基因组扫描；全基因组扫描；n定位了定位了X X染色体上视网染色体上视网 膜色素变性的相关区域；克隆膜色素变性的相关区域；克隆了数百条来自造血、内分泌、神经、心血管、生殖系了数百条来自造血、内分泌、神经、心血管、生殖系统等有关统等有关 的新基因

25、的全长基因；的新基因的全长基因；n血友病血友病B致病基因的基因治疗取得突破性进展；对血友病致病基因的基因治疗取得突破性进展；对血友病A（FV）和马凡式综合症（）和马凡式综合症（Marfan）等致病基因与疾）等致病基因与疾病的关系进行了有价值的探索；病的关系进行了有价值的探索；n建立了我国西南地建立了我国西南地 区、东北地区区、东北地区12个少数民族（傣、景个少数民族（傣、景颇、德昂、藏、壮、黎、彝、布朗、基诺、鄂伦春、达颇、德昂、藏、壮、黎、彝、布朗、基诺、鄂伦春、达 斡尔、鄂温克斡尔、鄂温克)及南、北方两个汉族人群的及南、北方两个汉族人群的733个永生细胞个永生细胞株库。株库。HGP的意义诞

26、生了新学科、新领域n生物信息学生物信息学n比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)以跨物种、跨群体的以跨物种、跨群体的DNA序列比较为基础，利用模式序列比较为基础，利用模式生物与人类基因组之间便码顺序和组成、结构上的同生物与人类基因组之间便码顺序和组成、结构上的同源性，研究物种起源、进化、基因功能演化、差异表源性，研究物种起源、进化、基因功能演化、差异表达和定位、克隆人类疾病基因达和定位、克隆人类疾病基因n蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)n以蛋白质整体水平表达和空间构象与功能的相关性为主要以蛋白质整体水平表达和空间构象与功能的相关性为主要目标，以研究基因

27、组目标，以研究基因组DNA序列与蛋白质之间错综复杂关系序列与蛋白质之间错综复杂关系为主要内容的为主要内容的n医学基因组学医学基因组学(medical genomics)n以基因组学与临床医学、医药产业的密切结合为基本特征、以基因组学与临床医学、医药产业的密切结合为基本特征、以基因治疗为突破口，研究不同个体疾病、药物反应与以基因治疗为突破口，研究不同个体疾病、药物反应与DNA多态关系的多态关系的人类基因组研究方向人类基因组研究方向 基因组学（基因组学（genomics）作为一门专门学科。它涵盖以下作为一门专门学科。它涵盖以下几个方面：几个方面：结构基因组学，结构基因组学，主要研究核酸或蛋白质的结

28、构、定位、主要研究核酸或蛋白质的结构、定位、功能及其相互作用；与蛋白质组学内容密切相关。功能及其相互作用；与蛋白质组学内容密切相关。功能基因组学，功能基因组学，主要研究基因的表达、调控、功能及主要研究基因的表达、调控、功能及基因间的相互作用；基因间的相互作用；比较基因组学比较基因组学,包括对不同进化阶段生物基因组的比包括对不同进化阶段生物基因组的比较研究，也包括不同人种、族群和群体基因组的比较研较研究，也包括不同人种、族群和群体基因组的比较研究。究。药物基因组学、疾病基因组学药物基因组学、疾病基因组学等分支学科也不断发展等分支学科也不断发展起来。起来。结构基因组学结构基因组学（一）概念和目的（

29、一）概念和目的 以全基因组测序为目标的基因结构研究，弄清基因组中以全基因组测序为目标的基因结构研究，弄清基因组中全部基因的位置和结构，为基因功能的研究奠定基础。其全部基因的位置和结构，为基因功能的研究奠定基础。其目的是建立高分辨的遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序目的是建立高分辨的遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱。列图谱。1.遗传图谱（连锁图谱）：遗传图谱（连锁图谱）：指基因或指基因或DNA标志在染色体上的标志在染色体上的相对位置与遗传距离。通过该图谱可分清各基因或相对位置与遗传距离。通过该图谱可分清各基因或DNA片片段之间的相对距离与方向，如靠近着丝粒或端粒。段之间的相对距离与方向，如靠

30、近着丝粒或端粒。2.物理图谱：物理图谱：指指DNA序列上两点间的实际距离序列上两点间的实际距离(bp)。3.序列图谱（分子水平的物理图谱）：序列图谱（分子水平的物理图谱）：以某一染色体上所含以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱。的全部碱基顺序绘制的图谱。4.基因图谱：在人类基因组中鉴别出占据基因图谱：在人类基因组中鉴别出占据2%-5%长度的全部长度的全部基因的位置、结构与功能。基因的位置、结构与功能。比较基因组学n通过比较人类基因组与其他模式生物基因组的异同，以便通过比较人类基因组与其他模式生物基因组的异同，以便更好地了解人类基因组的结构和便于蛋白组学研究。更好地了解人类基因组的结构和便

31、于蛋白组学研究。n大肠杆菌大肠杆菌（E.coli）、酵母）、酵母（S.cesevisiae）、美丽线虫）、美丽线虫（C.elegans）、果蝇（）、果蝇（Drosoohila）、小鼠等模式生物。）、小鼠等模式生物。人类基因组人类基因组“工作框架图工作框架图”诞诞生的意义生的意义n一、鉴定人类基因，揭开人类生命奥秘一、鉴定人类基因，揭开人类生命奥秘n二、二、DNA序列的诠释将把人类带入基因医学的新时代。序列的诠释将把人类带入基因医学的新时代。n三、人类三、人类DNA序列图谱的建立带动了对小鼠的大肠杆菌、序列图谱的建立带动了对小鼠的大肠杆菌、酵母、美丽线虫以及近酵母、美丽线虫以及近30多种多种 微

32、生微生 物全基因组破译和一物全基因组破译和一些其他生物些其他生物DNA图谱绘制。图谱绘制。n四、四、人类基因组计划会使以人类基因组计划会使以DNA序列为基础的生物制序列为基础的生物制药产业发生空前的变革。药产业发生空前的变革。n五、五、随着人类基因组计划研究的进一步深入，有关伦随着人类基因组计划研究的进一步深入，有关伦理、法律等社会问题将受到不同程度的影响，人类固理、法律等社会问题将受到不同程度的影响，人类固有的传统观念将发生变化。有的传统观念将发生变化。n六、基因组工程的开展将推动生物进化、物种多样性、六、基因组工程的开展将推动生物进化、物种多样性、环境对生物作用等方面理论研究的逐步深入。环

33、境对生物作用等方面理论研究的逐步深入。n 七、七、基因组学是从整体上研究一个物种的所有基因结基因组学是从整体上研究一个物种的所有基因结构和功能的新科学，它将从整体上揭示生物各组织器构和功能的新科学，它将从整体上揭示生物各组织器官生长、发育、衰老、死亡的奥秘。官生长、发育、衰老、死亡的奥秘。n八、基因组学作为应用科学将对生命科学、生物技术八、基因组学作为应用科学将对生命科学、生物技术产业及社会、经济各方面的发展产生重大的推动作用。产业及社会、经济各方面的发展产生重大的推动作用。n九、人类基因组计划的发展诞生了许多新学科、新产九、人类基因组计划的发展诞生了许多新学科、新产业。业。基因组医学及相关的

34、社会、伦理、法律问题n预测医学的发展趋势预测医学的发展趋势相关基因的检测作为症状前诊断依据是今后预测医学相关基因的检测作为症状前诊断依据是今后预测医学的重要内容的重要内容n应用基因组学的发展应用基因组学的发展疾病的基因诊断与产前诊断疾病的基因诊断与产前诊断药物个体反应性评价药物个体反应性评价DNA身份鉴定与亲子鉴定身份鉴定与亲子鉴定植入前遗传学诊断与胎儿选择植入前遗传学诊断与胎儿选择基因治疗基因治疗基因制药与基因疫苗基因制药与基因疫苗转基因动物转基因动物遗传咨询与遗传伦理学的新范畴遗传咨询与遗传伦理学的新范畴科学技术方面科学技术方面经济发展方面经济发展方面社会发展方面社会发展方面 n在科学上，

35、基因组科学将成为领头科学。基因组结构和功在科学上，基因组科学将成为领头科学。基因组结构和功能的阐明已经和正在给信息科学等学科的发展带来无限机能的阐明已经和正在给信息科学等学科的发展带来无限机遇，为解释生命现象和疾病发生机理提供了新的可能性，遇，为解释生命现象和疾病发生机理提供了新的可能性，这将彻底改变现存的医疗模式。这将彻底改变现存的医疗模式。n在经济发展上，基因组科学是基础理论研究与应用相在经济发展上，基因组科学是基础理论研究与应用相结合的典范。由于遗传结构语言的破译和基因功能的结合的典范。由于遗传结构语言的破译和基因功能的阐明可直接指导基因产业和医疗卫生工作，其社会效阐明可直接指导基因产业

36、和医疗卫生工作，其社会效益和经济效益将不可估量。基因组产业将成为益和经济效益将不可估量。基因组产业将成为21世纪世纪朝阳产业，它的巨额经济效益吸引着投资商和企业向朝阳产业，它的巨额经济效益吸引着投资商和企业向这一领域汇聚。目前国际的一些著名公司正在进行着这一领域汇聚。目前国际的一些著名公司正在进行着一场重组和改造，把主要目标放在与基因相关的产业一场重组和改造，把主要目标放在与基因相关的产业开发上。开发上。n在社会发展方面，人类将面临一场新的挑战。必须解决人在社会发展方面，人类将面临一场新的挑战。必须解决人基因组研究带来的社会、伦理和法律问题，必须改变传统基因组研究带来的社会、伦理和法律问题，必

37、须改变传统观念，以适应科学的发展。观念，以适应科学的发展。后基因组计划n解读、破译这些基因的结构与功能，以及基因之间的相互解读、破译这些基因的结构与功能，以及基因之间的相互关系与调控作用。关系与调控作用。n一个以基因组功能研究为主要内容的一个以基因组功能研究为主要内容的“后基因组时代后基因组时代”即功能基因组学（即功能基因组学（functional genomics)时代已经到来。时代已经到来。n以人基因组结构为主要研究内容的称为基因组学以人基因组结构为主要研究内容的称为基因组学n以结构研究之后的基因组功能为主要研究内的称为后基因以结构研究之后的基因组功能为主要研究内的称为后基因组学组学n人类

38、后基因组研究是在基因组序列的研究基础上开展起来人类后基因组研究是在基因组序列的研究基础上开展起来的实质性的核心研究。的实质性的核心研究。n后基因组时代生物学的中心任务是揭示基因组及其所包含后基因组时代生物学的中心任务是揭示基因组及其所包含的全部基因功能，并在此基础上阐明遗传、发育、进化、的全部基因功能，并在此基础上阐明遗传、发育、进化、功能调控等基本生物学问题，以及与人类健康和疾病相关功能调控等基本生物学问题，以及与人类健康和疾病相关的生物医学问题。的生物医学问题。n主要阐明由基因组内基因编码产生的真正执行生命活动的主要阐明由基因组内基因编码产生的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功

39、能，全部蛋白质的表达规律和生物功能，n揭示基因组内核苷酸序列所蕴藏的生物学功能和意义。揭示基因组内核苷酸序列所蕴藏的生物学功能和意义。后基因组时代 功能基因组学的研究内容n人类基因的识别和鉴定人类基因的识别和鉴定采用生物信息学、计算机生物技术和生物学实验手段采用生物信息学、计算机生物技术和生物学实验手段以及两者结合的方法进行比较基因组的研究。以及两者结合的方法进行比较基因组的研究。人类基因组多样性计划n人类基因组多样性计划主要研究人类群体的分子多态性和人类基因组多样性计划主要研究人类群体的分子多态性和表型多样性的变化规律及其不同群体和个体之间疾病易感表型多样性的变化规律及其不同群体和个体之间疾

40、病易感性和抗性上的差异原因。通过对人类的起源、进化、迁移性和抗性上的差异原因。通过对人类的起源、进化、迁移与分子多态的变化事件相互关系研究，探索生物起源、进与分子多态的变化事件相互关系研究，探索生物起源、进化的规律性的遗传证据。化的规律性的遗传证据。人类基因组单体图（Hapmap)n目的是在通过测序了解遗传基本信息的基础上，进一步确目的是在通过测序了解遗传基本信息的基础上，进一步确立世界上主要族群基因组的遗传变异图谱。立世界上主要族群基因组的遗传变异图谱。n主要内容是对亚、非、欧裔全基因组中主要内容是对亚、非、欧裔全基因组中DNA序列上的多态序列上的多态位点进行测定和分析，由此构建出整合了人类

41、遗传多态信位点进行测定和分析，由此构建出整合了人类遗传多态信息的每条染色体的息的每条染色体的“单体型图单体型图”n研究全基因组研究全基因组SNPs的最大局限是其巨大的经费投入。的最大局限是其巨大的经费投入。nHapmap国际协作组于国际协作组于2002年年10月月27-29日在美国华盛顿日在美国华盛顿召开了召开了“第一届国际人类基因组单体型图计划的战略会第一届国际人类基因组单体型图计划的战略会议议”，在闭幕式上向全球公布了在闭幕式上向全球公布了“国际遗传变异图谱计国际遗传变异图谱计划划”这一重大国际计划的正式启动。这一重大国际计划的正式启动。n人类基因组的序列图纸反映了基因组稳定的一面，而未反

42、人类基因组的序列图纸反映了基因组稳定的一面，而未反应其变异多态的一面。应其变异多态的一面。n中国中国 10%n美国美国 31%n日本日本 25%n英国英国 24%n加拿大加拿大 10%n采集采集200至至400人的血液样本，从中提取人的血液样本，从中提取DNA进行分析，进行分析，研究工作的过程将在确保调查对象完全知情同意下进行。研究工作的过程将在确保调查对象完全知情同意下进行。蛋白质组(proteinome)n基因基因 mRNA 蛋白质，蛋白质，构成了遗传信息的流程图。构成了遗传信息的流程图。n不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身

43、的生理状态有关。的生理状态有关。n后期加工、修饰以及转运定位后期加工、修饰以及转运定位n所谓蛋白质组，由一个细胞或一个组织的基因组所表达的所谓蛋白质组，由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质，即指基因组编码的全部蛋白质。全部相应的蛋白质，即指基因组编码的全部蛋白质。n蛋白质组与蛋白质组与基因组基因组相对应，也是一个整体的概念，是基因相对应，也是一个整体的概念，是基因组表达的全部蛋白质的存在及其活动方式。组表达的全部蛋白质的存在及其活动方式。n两者的不同两者的不同一个有机体只有一个确定的基因组一个有机体只有一个确定的基因组蛋白质组是一个动态的概念蛋白质组是一个动态的概念n蛋白质组，

44、即指某一物种、个体、器官、组织、细胞乃至蛋白质组，即指某一物种、个体、器官、组织、细胞乃至体液在精确控制其环境条件下，特定时刻的全部蛋白质表体液在精确控制其环境条件下，特定时刻的全部蛋白质表达图谱。达图谱。n基因功能的主要体现者是蛋白质。基因功能的主要体现者是蛋白质。基因功能的研究n绘制所有基因的表达谱绘制所有基因的表达谱不同组织细胞、细胞不同发育阶段、正常的、病理状不同组织细胞、细胞不同发育阶段、正常的、病理状态下。态下。细胞计划n阐明发生在细胞中一切生命现象的奥秘。阐明发生在细胞中一切生命现象的奥秘。任务n基因组与生物学基因组与生物学n基因组与健康基因组与健康n基因组与社会基因组与社会n基

45、因组与生命基因组与生命基因组与生物学n阐明基因组的结构与功能阐明基因组的结构与功能补平缺口补平缺口遗传多样性研究遗传多样性研究了解基因与蛋白质的功能了解基因与蛋白质的功能基因组与健康n将基因组信息转化，为人类健康服务将基因组信息转化，为人类健康服务个体化医学与药物基因组学个体化医学与药物基因组学基因预测医学和预防医学基因预测医学和预防医学疾病基因组学与化学基因组学疾病基因组学与化学基因组学基因组与社会n趋利避害的使用基因组资源，使之服务于全社会。趋利避害的使用基因组资源，使之服务于全社会。新政策保障基因资源的合理利用新政策保障基因资源的合理利用基因组与种族、民族的关系基因组与种族、民族的关系反生物恐怖反生物恐怖基因组与生命n利用环境微生物造福于人类利用环境微生物造福于人类基因组分析基因组分析生物信息学分析生物信息学分析