基因与人类基因组计划

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1、基因与人类基因组计划基因（遗传因子）是产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列。基因支持着 生命的基本构造和性能，储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信 息。环境和遗传的互相依赖，演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过 程。生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它也是决定生命健 康的内在因素。因此，基因具有双重属性：物质性（存在方式）和信息性（根本属性）。 带有遗传讯息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有 些则参与调控遗传讯息的表现。组成简单生命最少要265 到 350 个基因。基因是控制生物 性状的基本遗

2、传单位。基因的特点基因有两个特点，一是能忠实地复制 自己，以保持生物的基本特征；二是在繁衍 后代上，基因能够“突变”和变异，当受精 卵或母体受到环境或遗传的影响，后代的基 因组会发生有害缺陷或突变。绝大多数产生 疾病，在特定的环境下有的会发生遗传。也 称遗传病。在正常的条件下，生命会在遗传 的基础上发生变异，这些变异是正常的变 异。含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由核糖核 酸（RNA）构成以外，多数生物的基因由脱氧核糖核酸（DNA）构成，并在染色体上作线状 排列。在真核生物中，由于染色体在细胞核内，所以又称为核基因。位于线粒体和叶绿体 等细胞器中的基因则称

3、为染色体外基因、核外基因或细胞质基因，也可以分别称为线粒体 基因、质粒和叶绿体基因。在通常的二倍体的细胞或个体中，能维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染 色体称为染色体组或基因组，一个基因组中包含一整套基因。相应的全部细胞质基因构成 一个细胞质基因组，其中包括线粒体基因组和叶绿体基因组等。原核生物的基因组是一个 单纯的 DNA 或 RNA 分子，因此又称为基因带，通常也称为它的染色体。基因在染色体上的位置称为座位，每个基因都有自己特定的座位。在同源染色体上占 据相同座位的不同形态的基因都称为等位基因。在自然群体中往往有一种占多数的等位基 因，称为野生型基因；同一座位上的其他等位基因一般都

4、直接或间接地由野生型基因通过 突变产生，相对于野生型基因，称它们为突变型基因。在二倍体的细胞或个体内有两个同 源染色体，所以每一个座位上有两个等位基因。如果这两个等位基因是相同的，那么就这个基因座位来讲，这种细胞或个体称为纯合 体；如果这两个等位基因是不同的，就称为 杂合体。在杂合体中，两个不同的等位基因 往往只表现一个基因的性状，这个基因称为 显性基因，另一个基因则称为隐性基因。在 二倍体的生物群体中等位基因往往不止两 个，两个以上的等位基因称为复等位基因。不过有一部分早期认为是属于复等位基因的 基因，实际上并不是真正的等位，而是在功能上密切相关、在位置上又邻接的几个基因，所以把它们另称为拟

5、等位基因。某些表型效 应差异极少的复等位基因的存在很容易被忽视，通过特殊的遗传学分析可以分辨出存在于 野生群体中的几个等位基因。这种从性状上难以区分的复等位基因称为同等位基因。属于同一染色体的基因构成一个连锁群。基因在染色体上的位置一般并不反映它们在 生理功能上的性质和关系，但它们的位置和排列也不完全是随机的。在细菌中编码同一生 物合成途径中有关酶的一系列基因常排列在一起，构成一个操纵子；在人、果蝇和小鼠等 不同的生物中，也常发现在作用上有关的几个基因排列在一起，构成一个基因复合体或基 因簇或者称为一个拟等位基因系列或复合基因。基因的功能生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；

6、细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等。基因的认识过程从孟德尔定律的发现，一百多年来人们对基因的认识在不 断深化。1866年，奥地利学者G.J.Mendel在他的豌豆杂交实验论 文中，用大写字母A、B等代表显性性状如圆粒、子叶黄色 等，用小写字母a、b等代表隐性性状如皱粒、子叶绿色等。 他并没有严格地区分所观察到的性状和控制这些性状的遗传因 子。但是从他用这些符号所表示的杂交结果来看，这些符号正 是在形式上代表着基因，而且至今在遗传学的分析中为了方便 起见仍沿用它们来代表基因。20世纪初Mendel的工作被重新发现以后，他的定律又在许多动植物中得到验证。19

7、09年丹麦学者W.L.Johannsen提出了基因这一名词，用它来指任何一种生物中控制任何 性状而其遗传规律又符合于孟德尔定律的遗传因子，并且提出基因型和表现型这样两个术 语，前者是一个生物的基因成分，后者是这些基因所表现的性状。1910年美国遗传学家兼胚胎学家Morgan在果蝇中发现白色复眼突变型，首先说明基 因可以发生突变，而且由此可以知道野生型基因具有使果蝇的复眼发育成为红色这一生理 功能。1911年Morgan又在果蝇的X连锁基因白眼和短翅两品系的杂交子二代中，发现了 白眼、短翅果蝇和正常的红眼长翅果蝇，首先指出位于同一染色体上的两个基因可以通过 染色体交换而分处在两个同源染色体上。交

8、换是一个普遍存在的遗传现象，不过直到40年 代中期为止，还从来没有发现过交换发生在一个基因内部的现象。因此当时认为一个基因是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。40年代以前，对于基因的化学本质并不了解。直到1944 年O.T.Avery等证实肺炎双球菌的转化因子是DNA，才首次用 实验证明了基因是有遗传效应的DNA片段。1955年S.Benzer用大肠杆菌T4噬菌体作材料，研究快 速溶菌突变型rll的基因精细结构，发现在一个基因内部的许 多位点上可以发生突变，并且可以在这些位点之间发生交换， 从而说明一个基因是一个功能单位，但并不是一个突变单位和 交换单位，因为一个基因可以包括许多突

9、变单位（突变子）和 许多重组单位（重组子）。1969 年 J. Shapiro 等从大肠杆菌中分离到乳糖操纵子，并且使它在离体条件下进行转 录，证实了一个基因可以离开染色体而独立地发挥作用，于是颗粒性的遗传概念更加确 立。随着重组 DNA 技术和核酸的顺序分析技术的发展，对基因的认识又有了新的发展，主 要是发现了重叠的基因、断裂的基因和可以移动位置的基因。基因的应用领域生产领域人们可以利用基因技术，生产转基因食品。但是，转基因因为有高科技含量, 有些人 怕吃了转基因食品中的外源基因后会改变人的遗传性状。实际上这些担心都是不必要的， 人们吃的所有食物都来自于其他生物体，几乎所有食物中都含有不计其

10、数的带有异源基因 的DNA，这些DNA分子在消化道类会被降解为单个的脱氧核糖核苷酸，才能被人体吸收用 于自身遗传物质的构建。环境保护 我们可以针对一些破坏生态平衡的动植物，研制出专门的基因药物,既能高效的杀死它们， 又不会对其他生物造成影响，还能节省成本。医疗随着人类对基因研究的不断深入，发现许多疾病是由于基因结构与功能发生改变所引 起的。科学家将不仅能发现有缺陷的基因，而且还能掌握如何进行对基因诊断、修复、治 疗和预防，这是生物技术发展的前沿。所谓基因治疗是指用基因工程的技术方法，将正常 的基因转入病患者的细胞中，以取代病变基因，从而表达所缺乏的产物，或者通过关闭或 降低异常表达的基因等途径

11、，达到治疗某些遗传病的目的。已发现的遗传病有6500 多种， 其中由单基因缺陷引起的就有约3000多种。因此，遗传病是基因治疗的主要对象。 第一 例基因治疗是美国在1990年进行的。当时，两个4岁和9岁的小女孩由于体内腺苷脱氨酶 缺乏而患了严重的联合免疫缺陷症。科学家对她们进行了基因治疗并取得了成功。这一开 创性的工作标志着基因治疗已经从实验研究过渡到临床实验。1991年，我国首例B型血友 病的基因治疗临床实验也获得了成功。基因治疗的最新进展是即将用基因枪技术于基因治疗。其方法是将特定的DNA用改进的基因枪技术导入小鼠的肌肉、肝脏、脾、肠道和皮肤获得成功的表达。这一成功预示着 人们未来可能利用

12、基因枪传送药物到人体内的特定部位，以取代传统的接种疫苗，并用基 因枪技术来治疗遗传病。基因工程药物科学家们正在研究的是胎儿基因疗 法。如果实验疗效得到进一步确证的话， 就有可能将胎儿基因疗法扩大到其它遗传 病，以防止出生患遗传病症的新生儿，从 而从根本上提高后代的健康水平。基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义的说，凡是在药物生产过程中涉及用基 因工程的，都可以成为基因工程药物。基因工程药物研究的开发重点是从蛋白质类药物，如胰岛素、人生长激素、促红细胞 生成素等的分子蛋白质，转移到寻找较小分子蛋白质药物。这是因为蛋白质的分子一般都 比较大，不容易穿过细胞膜，因而影响其药理作用的发挥，而小分

13、子药物在这方面就具有 明显的优越性。另一方面对疾病的治疗思路也开阔了，从单纯的用药发展到用基因工程技 术或基因本身作为治疗手段。农作物培育科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，一场新的绿色革命近 在眼前。这场新的绿色革命的一个显著特点就是生物技术、农业、食品和医药行业将融合 到一起。基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物。科学家 们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。基因技术也使开发农作物新品种 的时间大为缩短。利用传统的育种方法，需要七、八年时间才能培育出一个新的植物品 种，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入到一种植物中，从

14、而培育出一种全 新的农作物品种，时间则缩短一半。分子进化研究分子进化工程是 继蛋白质工程之后的 第三代基因工程。它 通过在试管里对以核酸为主的多分子体系施以选择的压力，模拟自然中生物进化历程，以达到创造新基因、新蛋白质的目的。这需要三个步骤，即扩增、突变和选择。扩增是使所提取的遗传信息DNA片段分子获 得大量的拷贝；突变是在基因水平上施加压力，使DNA片段上的碱基发生变异，这种变异为选择和进化提供原料；选择是在表型水平上通过适者生存，不适者淘汰的方式固定变 异。这三个过程紧密相连缺一不可。科学家已应用此方法，通过试管里的定向进化，获得了能抑制凝血酶活性的DNA分 子，这类DNA具有抗凝血作用，

15、它有可能代替溶解血栓的蛋白质药物，来治疗心肌梗塞、 脑血栓等疾病。人类基因组计划人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出， 于1 990年正式启动的一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。美国、英国、法国、德 国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划 的设想，在2005年，要把人体内约2.5万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的 图谱。换句话说，就是要揭开组成人体2.5万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组 计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生命科学的“登月

16、计 划”。截止到2005年，人类基因组计划的测序工作已经完成。其中，2001年人类基因组 工作草图的发表被认为是人类基因组计划成功的里程碑。HGP的研究历史对人类基因组的研究在70年代已具有 一定的雏形，在80年代在许多国家已形成 一定规模。1984年在犹他州的Alt a, White R和Mendelsonhn M受美国能源部(DOE)的 委托主持召开了一个小型专业会议讨论测定 人类整个基因组的DNA序列的意义和前景 (Cook Deegan RM,1989)。1985年5月在加州圣塔鲁斯由美国DOE 的Sinsheimer RL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议，形成了美国能源部的“人类基因组计划”草案。1986年3月，在新墨西哥州的圣太菲讨论了这一计划的可行性，随后DOE宣布实施这 一计划。1986年，诺贝尔奖得主R.Dulbecc。在科学周刊撰文回顾肿