第3章 人类基因组学

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1、第三章人类基因组学（Humangenomics)第一节人类基因组人类基因组(humangenome):是人类个体具有的遗传物质的总和。人类单倍体基因组DNA序列约含3.2×109bp，总共构成约2万～2.5万个基因。生殖细胞含1套基因组1套来自父本生殖细胞体细胞含2套基因组1套来自母本生殖细胞完整的人类基因组包含：1～22号常染色体核基因组X和Y染色体线粒体基因组第二节人类基因组学基因组学（genomics）是从基因组整体层次上系统地研究各生物种群基因组的结构和功能及相互关系的学科。基因组学的研究内容主要包括：结构基因组学（s

2、tructuralgenomics）功能基因组学（functionalgenomics）由此又派生出其他研究分支。一、人类基因组计划人类基因组计划（humangenomeproject,HGP）概述是20世纪90年代开始的，由世界多个国家参与合作的系统地研究人类基因组的重大科研项目。HGP的科学目标：是测定组成人类基因组的全部DNA序列，从而为阐明人类所有基因的结构与功能，解码人类生命奥秘奠定基础。HGP的基本任务：构建人类基因组遗传图，物理图，序列图，为最终完成基因图打下基础。HGP的技术成果:主要体现在对人类基因组整体结构的认

3、识，即人类基因组遗传图、物理图、序列图的完成，从而奠定了人类结构基因组学基础。而人类基因图的完成，仍有大量工作要做。人类基因组计划的三个主要目标图示（一）遗传图（geneticmap）遗传图又称连锁图（linkagemap）是将每条染色体上的基因或遗传标记的相对位置经连锁分析确定下来，构成的图谱。遗传距离：连锁图中两个基因间图距用厘摩（cM）衡量1厘摩（cM）=减数分裂时两个基因间重组值为1%。遗传标记（geneticmarker）可以是任何一种呈孟德尔遗传的性状或物质形式，如：基因、血型、血清蛋白、DNA多态标记等。确定其在基因

4、组中的位置后，可作为参照标记用于遗传重组分析。第一代（1975）限制片断长度多态（RFLP）分布数量105多态程度较低,利用价值受限第二代（1989）短串联重复序列长度多态(STR)分布数量＞104高度多态第三代（1996）单核苷酸多态（SNP）分布数量3×106覆盖密度高DNA遗传标记l（二）物理图（physicalmap）即确定各遗传标志之间的物理距离的图谱，以碱基对（bp，kb，mb）数量表示。将随机长度的DNA片断在染色体上的排列顺序确定下来。这些克隆DNA片断连接起来，形成重叠克隆群（Conting），再将一个个（Cont

5、ing)相连成线状，覆盖整个染色体。这主要靠单拷贝DNA序列即序列标签部位（STS）作路标来实现。序列标签部位（sequencetaggedsite,STS)重叠克隆群（conting）YAC(yeastartificialchromosome)BAC(bacterialartificialchromosome)（三）序列图（seguencemap）是通过对基因组DNA进行碱基排列顺序分析而建立的图。两种技术路线：1.公共序列路线：即在物理图基础上，将各个BAC克隆片段切成更短的片段，形成亚克隆分别进行测序，再将相互重叠的读出序列组

6、装成连续重叠线。2.“鸟枪法”测序路线：即直接将基因组DNA分割成2kb左右的小片段进行随机测序，再用超级计算机组装成重叠线。所形成的序列图称celera序列。……………ACGTCCGATCGGTTCATGCCTCGGTTCATGCCAATGCCGTCC…………（四）基因图（genemap）即在序列图基础上，用不同的方法测定各个基因所在区域位置。基因图测定方法：1.CpG岛的应用：大多数持家基因和40%组织特异性基因5’端均存在CpG岛序列。制备探针，染色体涂染指示基因位置分布。2.计算机识别：研发计算机GRAIL系统，可识别每

7、个基因区的外显子-内含子接头区保守序列。3.cDNA策略：由组织细胞中表达mRNA，逆转录合成cDNA片段，称为表达序列标签（EST），将收获EST定位后，构建的图称为转录图，是人类基因图雏形。人类基因组结构的分析1.人类基因组DNA全长约3.2×109bp，相当3600厘摩（cM）。其中仅有约5%的序列为编码序列（编码蛋白或tRNA、rRNA等）。2.人类基因组中可能有20000～25000个基因，其中编码蛋白质的外显子只占基因组DNA的1%，内含子则占24%。每个基因平均长27kb，平均含有9个外显子。3.基因在各个染色体上的分

8、布是不均匀的，17、19、22号染色体基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色体基因密度最低。人类基因组中约20%的区段是没有基因的“沙漠”。后基因组计划（past-genomeproject，PGP）在基因组层次上研究所有基因的表