第一章-基因组概论.pptVIP

全国高等学校医学规划教材－分子诊断学 第一章 基因组概论 第一节 基因组的功能单位——基因 早期的基因概念 Morgan等把遗传性状与特定的染色体区段联系起来，并提出“一个基因，一个酶”和“一个基因，一条多肽链”的概念。 分子生物学的基因概念 基因是一段携带功能产物（多肽，蛋白质，tRNA和rRNA和某些小分子RNA）信息的DNA片段，是控制某种性状的的遗传单位。 1. 基因组大小与C值佯谬 基因组大小在不同生物之间差异很大；如HBV 仅3200 bp，而某些显花植物和两栖类动物可达1011bp。 基因组大小用C值（C value）表示； C值大小基本上反映生物进化程度的差异； 但这种相关性并不很精确； 这种生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象称为C值佯谬（ C value paradox ）； C值矛盾主要是由于各种生物基因组的结构特征的差异造成的，低等和高等生物差别明显。 2. 基因总数与N值佯谬 基因总数（ N表示） 人类为3万多个，仅比大肠杆菌大7倍，比低等动物秀丽线虫大1.6倍，水稻高达5万。 果蝇在进化上比秀丽线虫高等，基因总数只有后者的0.6倍。 基因组中基因数目与生物进化程度或复杂程度的不对称性，称为N值佯谬（N value paradox）。 既然一切生物性状都是由基因决定的，那么生物体的DNA含量（C值）和质量（N值）就应该与生物进化阶梯及复杂性成正相关。 生物体结构与功能的复杂程度不仅取决于一定的基因数量，更重要的是在于基因功能及其相互作用网络的复杂性和精确性。 HGP的研究进程 Dulbecco（1986）首次提出HGP的概念，1990美国国会批准正式启动。 1995年以STS为标志的物理图谱问世，其分辨率为200bp、覆盖率高达94%； 同年，汇集了人类基因组初步的全物理图，3、12、16、22号染色体高密度物理图，以及30余万个左右cDNA（EST）序列信息； 由于卫星多态性标志的应用，遗传制图已于1994年提前完成，确定的全部标志密度为0.7cM，含5826个转座子，大小为4000cM的线性遗传图； 1994年人类基因组遗传图谱发表。 人类基因组工作框架已于2000年6月由人类基因组计划国际合作组完成。 在此基础上经整理、分类和排列后，人类基因组图谱及其初步分析结果于2001年2月12日正式公布。 2004年10月发表了人类基因组常染色质全序列，（人类基因组的常染色质部分中）其中99%的序列已被确定，其精度达到每10万个碱基中只有一个测量误差。 其他基因组计划 微生物基因组计划和人类基因组计划分别于1986年和1990年启动， 其后又启动了各种模式生物（model organisms）基因组计划（如线虫、果蝇、小鼠等）， 致病生物体基因组计划， 环境相关基因组计划， 以及具有重要经济价值的动植物基因组计划等。 到目前为止已经完成了数百种生物体的基因组测序工作。 第四节 基因组学 基因组学（Genomics） 指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。 基因组学研究包括两亚领域 以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics） 以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional genomics)又称为后基因组学（postgenome）研究。 后基因组计划 21世纪生物学的发展方向——功能基因组学 对整个基因组所包含的基因、非基因序列的功能进行大规模分析；认识基因在发育、分化和病理状态下的功能变化及其调节机制。 后基因组时代的主角——蛋白质组学 蛋白质组(proteome)是指细胞或组织表达的全部蛋白质。 人类2.4万个基因，几十万种蛋白质； 重点分析生命不同时期、不同组织、不同（疾病）状态蛋白质的变化 蛋白质组学(proteomics):是从整体上采取高通量/大规模手段研究所有蛋白组成及其活动规律. 基因组学的延伸——模式生物基因组学 五大模式生物：E.coli、酿酒酵母、黑腹果蝇、秀丽线虫和小鼠，其序列分析被列为HGP的内容； 不同物种间功能基因有相当大保守性，如99%鼠基因与人对应； 最终目的：比较基因组学——比较不同物种的全基因组，增强对各基因功能的认识。 从分子水平上升到细胞水平——细胞计划 在阐明以基因为核心的生命物质的本质后，以信号传导为主线阐明在细胞内一切生命现象的本质。 1950年代生物学从细胞水平深入到分子水平是一次飞跃，但现在似乎又正返回到细胞水平！ 新型学科与产业的发展——生物信息学和生物芯片 基因组学研究推动了生物产业发展 人类基因组计划的实施带动了基因组学的发展。基因组学的重要性就在于它是整个生命科学产业的上游部分，掌握了基因的知