《遗传与变异-人类基因组PPT演示课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遗传与变异-人类基因组PPT演示课件（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 遗传与变异遗传与变异人类基因组人类基因组l1 人类基因组及其组成人类基因组及其组成l2 人类遗传性疾病人类遗传性疾病l3 癌基因与恶性肿瘤癌基因与恶性肿瘤l4人类基因组计划人类基因组计划21 人类基因组及其组成人类基因组及其组成1.1 人类基因组的人类基因组的DNA序列组成序列组成l1. 基因组及基因组学基因组及基因组学(1)基因组基因组: 遗传学名词遗传学名词第二版中对第二版中对“基因组基因组”的释义的释义是指：一个单倍体细胞核中是指：一个单倍体细胞核中、一个细胞器一个细胞器( (如线粒如线粒体体, , 叶绿体叶绿体) )中或一个病毒毒粒中所含的全部中或一个病毒毒粒中所含的全部DNA(
2、(或或RNA) )分子的总称分子的总称。3基因组基因组(Genome)l可分为核基因组、可分为核基因组、线粒体线粒体基因组、基因组、叶绿体叶绿体 基因组基因组及病毒及病毒基因组。基因组。l一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基基因组因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。l可是基因组测序的结果发现基因编码序列只可是基因组测序的结果发现基因编码序列只 占整个基因组序列的很小一部分。占整个基因组序列的很小一部分。4l因此，因此，基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非
3、编码序列在内的全部和非编码序列在内的全部DNA分子。分子。l说的更确切些，核基因组是单倍体细胞核内的说的更确切些，核基因组是单倍体细胞核内的全部全部DNA分子；分子；l线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部DNA分子；分子；l叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部DNA分子。分子。5不同的生物不同的生物, ,基因组的大小差别很大基因组的大小差别很大l基因组是基因组是原核细胞内构成染色体的一个原核细胞内构成染色体的一个DNA分子(霍乱菌有一大一小两个环状霍乱菌有一大一小两个环状DNA分子分子)。l而真核生物有细胞核和细胞
4、质而真核生物有细胞核和细胞质, ,染染色色体在细胞核体在细胞核内内, ,细胞器在细胞质中。细胞器在细胞质中。l真核生物的真核生物的基因组是基因组是指单倍体细胞核内整套染色指单倍体细胞核内整套染色体所包含的的DNA分子。6 l而细胞器中的而细胞器中的基因组则应区分基因组则应区分线粒体线粒体的的 基因组基因组 (动动、植物均有植物均有) )和叶绿体和叶绿体基因组基因组 (行光合作用的行光合作用的植物植物) ) 。l人类的核基因组是指单倍体细胞核中人类的核基因组是指单倍体细胞核中 整套染色整套染色体上(22+X+Y)所具有的全部的全部 DNA分子。7(2) 基因组学l基因组学（英文基因组学（英文ge
5、nomics）台湾译作基因体学，）台湾译作基因体学，基因组学出现于基因组学出现于19世纪世纪80年代，年代，1919世纪世纪90年代随年代随着几个物种基因组计划的启动，基因组学取得长着几个物种基因组计划的启动，基因组学取得长远发展。远发展。l2020世纪末基因组研究的迅猛发展而形成的世纪末基因组研究的迅猛发展而形成的 一个新的遗传学分支学科，其研究基因以及在遗一个新的遗传学分支学科，其研究基因以及在遗传中的功能。传中的功能。8基因组学的分类:l基因组学是研究生物基因组和如何利用基因组学是研究生物基因组和如何利用 基因的一门学问基因的一门学问。l该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试该学科
6、提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学和工业领域的重大问题。图解决生物，医学和工业领域的重大问题。l基因组学分成结构基因组学基因组学分成结构基因组学( (structuralgenomics) )和功能基因组学和功能基因组学 ( (functionalgenomics) )。9结构基因组学和功能基因组学的概念结构基因组学和功能基因组学的概念: :l结构基因组学结构基因组学:是研究基因和基因组的结是研究基因和基因组的结构构, ,各种遗传元件的组成各种遗传元件的组成 物质的物质的序列特征序列特征序列特征序列特征, , , ,基因定位基因定位基因定位基因定位和和基因组的作图基因组的作
7、图基因组的作图基因组的作图等。等。l功能基因组学功能基因组学:旨在是基因组水平上阐明旨在是基因组水平上阐明DNA序列的功能序列的功能, ,着重着重 研究不同的序列结构所具有的不同功能研究不同的序列结构所具有的不同功能, ,基因的基因的 表达与调控表达与调控, ,基因与环境之间的相互作用等。基因与环境之间的相互作用等。10l基因组学能为基因组学能为一些疾病提供新的诊断和治疗一些疾病提供新的诊断和治疗 方法。方法。l例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为例如，对刚诊断为乳腺癌的女性，一个名为 “OncotypeDX”的基因组测试，能用来评估的基因组测试，能用来评估 病人乳腺癌复发的个体危险率以及化
8、疗效果，病人乳腺癌复发的个体危险率以及化疗效果， 这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性这有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性 化医疗。化医疗。l基因组学还基因组学还被用于食品与农业部门被用于食品与农业部门。11基因组学的主要工具和方法包括：基因组学的主要工具和方法包括：l生物信息学、遗传分析、基因表达测量和基因生物信息学、遗传分析、基因表达测量和基因 功能鉴定。功能鉴定。l近年来基因组学研究如雨后春笋般蓬勃兴起近年来基因组学研究如雨后春笋般蓬勃兴起, , 该领域的研究成果已经包括该领域的研究成果已经包括599种病毒和类病毒种病毒和类病毒( (viroid),),205种天然质粒种天然质粒
9、, , 185种细胞器种细胞器, ,31种种 真细菌真细菌, ,7种古细菌种古细菌, ,1种单细胞真核生物种单细胞真核生物, , 2种种 动物和动物和1 1种植物的全基因组序列的测定。种植物的全基因组序列的测定。122.人类基因组的DNA序列组成l人类基因组有总长约人类基因组有总长约3.2109bp的的DNA，只有，只有3.43.5万个基因万个基因，涵盖编码各种，涵盖编码各种蛋白蛋白, ,也也包括包括 编码编码tRNA和和rRNA的基因。的基因。l基因内存在大量的非编码序列基因内存在大量的非编码序列, ,如内元和调节如内元和调节 序列序列(如启动子区如启动子区)等。等。13 l人类基因组拥有数
10、量巨大的基因外人类基因组拥有数量巨大的基因外DNA, , 约占总数的约占总数的80%90%。l主要包括各种类型的重复序列主要包括各种类型的重复序列, ,如卫星如卫星DNA , ,小卫星小卫星DNA和和微微卫星卫星DNA等等。等等。141.2 人类基因组各组成成分的基本特征1.基因（Gene,Mendelianfactor）l是指携带有遗传信息的是指携带有遗传信息的DNA或或RNA序列，也称为序列，也称为遗传因子，是控制生物性状的基本遗传单位遗传因子，是控制生物性状的基本遗传单位,在在染染色体色体上呈上呈线性线性排列。排列。l基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的基因通过指导蛋白质的合成来表
11、达自己所携带的遗传信息，从而遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。控制生物个体的性状表现。152. 基因外DNAl大多数基因外大多数基因外DNA序列序列(70%80%)是以单一是以单一或低拷贝数的形式存在或低拷贝数的形式存在的的, ,其余其余(20%30%)是是中度或高度重复序列。中度或高度重复序列。l重复序列重复序列(repetitivesequence)是指在基因组中是指在基因组中重复出现的重复出现的DNA序列。序列。l人类基因组中有大量的重复序列。人类基因组中有大量的重复序列。16 l高度重复序列：重复高度重复序列：重复几百万几百万次，一般是少于次，一般是少于10个核个核苷酸残基组成的短
12、片段。苷酸残基组成的短片段。l如异染色质上的卫星如异染色质上的卫星DNA。它们是不翻译的。它们是不翻译的DNA片段。在小鼠中约占基因组的片段。在小鼠中约占基因组的10。l中度重复序列：重复次数为中度重复序列：重复次数为几十次到几千次几十次到几千次。l在小鼠中约占在小鼠中约占20。如。如rRNA基因、基因、tRNA基因和基因和某些蛋白质（如组蛋白、肌动蛋白、角蛋白等）的某些蛋白质（如组蛋白、肌动蛋白、角蛋白等）的基因。基因。17重复序列分成两大类重复序列分成两大类l根据重复序列在基因组中的组织形式根据重复序列在基因组中的组织形式, ,分为分散分为分散重复序列重复序列(dispersedrepet
13、itivesequence)和串联和串联重复序列重复序列(tandemrepetitivesequence)两类。两类。l单一序列是在整个基因组里只出现单一序列是在整个基因组里只出现一次或少数一次或少数几次几次的的DNA序列序列, ,基因序列多半是单一序列基因序列多半是单一序列, ,但有但有些基因在些基因在基因组内的拷贝数也不止一基因组内的拷贝数也不止一个个, ,同时同时基基因序列也有单一序列。因序列也有单一序列。18 l单一序列在小鼠中约占基因组的单一序列在小鼠中约占基因组的70。l如珠蛋白基因、卵清蛋白基因、丝心蛋白基因。如珠蛋白基因、卵清蛋白基因、丝心蛋白基因。l实验证明，实验证明，所有
14、真核生物染色体可能均含所有真核生物染色体可能均含重复序列而原核生物一般只含单一序列。重复序列而原核生物一般只含单一序列。l高度和中度重复序列的含量随真核生物高度和中度重复序列的含量随真核生物物种的不同而变化。物种的不同而变化。193. 分散重复序列l这些这些DNA序列一般属于序列一般属于中度重复中度重复序列序列, ,以散在以散在的的方式分布于基因组中。方式分布于基因组中。l依重复单位的长度又分为长分散重复序列依重复单位的长度又分为长分散重复序列(LINE)和短分散重复序列和短分散重复序列(SINE)。l人类基因组中最典型的人类基因组中最典型的SINE的代表是的代表是Alu家族家族,由由于这种于
15、这种DNA序列中有限制酶序列中有限制酶Alu的的识别序列识别序列ACCT,故称为故称为Alu重复序列。重复序列。20Alu家族的结构和功能lAlu家族是人类基因组中含量最丰富的中度重复家族是人类基因组中含量最丰富的中度重复序序列列, ,在在整个人类基因组中散布有整个人类基因组中散布有100万份拷万份拷贝贝, , 平均每平均每46kb就有一个就有一个Alu序序列列, ,每个每个序列的平均序列的平均长度为长度为282bp。lAlu重复序列较集中在染色体的基因转录最活跃的重复序列较集中在染色体的基因转录最活跃的区段。区段。l其功能可能与转录调节及其功能可能与转录调节及DNA复制的起始有关。复制的起始
16、有关。21LINE的结构和功能lLINE有更长有更长的序列的序列, ,重复单元重复单元的长度在的长度在1000bp以上以上, ,在人类基因组中有在人类基因组中有上万份拷贝。上万份拷贝。lLINE是一类反转录元件是一类反转录元件(或或称因子称因子),),这些这些序列序列在人类基因组中通过在人类基因组中通过转座转座(transposition)而移动而移动位置。位置。l人类基因组中著名的人类基因组中著名的LINE是是LINE-1(L1)。224. 簇状重复序列l人类基因组中有广泛的区域含有人类基因组中有广泛的区域含有首尾相连成长串联首尾相连成长串联状的重复序列状的重复序列。l这些序列称为串联重复序
17、列或称这些序列称为串联重复序列或称簇状重复序列簇状重复序列。l根据重复单元的大小或重复序列簇的长度根据重复单元的大小或重复序列簇的长度, ,分为分为 卫星卫星DNA、小卫星、小卫星DNA和微卫星和微卫星DNA3种。种。l卫星卫星DNA是一类重复单元很大的高度重复序列重复单元很大的高度重复序列, ,其长其长度为度为1005000bp。l一般分布在染色体的一般分布在染色体的异染色质区异染色质区(端粒、着丝粒端粒、着丝粒) 。23l小卫星小卫星DNA的长度的长度通常在通常在970kb之间。之间。l重复单元的数目重复单元的数目(n)为几个至几百个为几个至几百个。l主要存在于主要存在于染色体末端靠近端粒
18、的区域染色体末端靠近端粒的区域。l由于同一物种不同个体间由于同一物种不同个体间, ,在给定的基因座上在给定的基因座上, ,重复重复数目是可变的数目是可变的, ,所以小卫星所以小卫星DNA串联重复又称数目串联重复又称数目可变串联重复可变串联重复。l微卫星微卫星DNA分布于染色体的任何区域分布于染色体的任何区域, ,由由1-41-4个核个核苷酸苷酸的单元重复串联而成的单元重复串联而成, ,可长达几十个碱基对地可长达几十个碱基对地几百个碱基对几百个碱基对, ,在在基因的间隔区和内元等非编码区基因的间隔区和内元等非编码区内内广泛存在广泛存在。24 l在人类在人类基因组中至少有基因组中至少有3万个微卫星
19、序列万个微卫星序列基因座基因座。l基因组中两个核苷酸的重复基因组中两个核苷酸的重复(如如CA重复重复)非常普遍，平非常普遍，平均每均每3060kb就存在一个这类重复序列就存在一个这类重复序列, ,其重复其重复次数次数(n)大约为大约为1560。l这类短序列的微卫星这类短序列的微卫星DNA又称短串联重复又称短串联重复(shorttandemrepeat, ,STR)。252人类遗传性疾病人类遗传性疾病l人类遗传性疾病人类遗传性疾病humangeneticdiseases 是指遗传物质发生改变或者由致病基因所控制的疾病是指遗传物质发生改变或者由致病基因所控制的疾病, ,通常通常具有具有垂直传递和终
20、身性的特征。垂直传递和终身性的特征。l遗传病具有遗传病具有由亲代向后代由亲代向后代传递的特点。传递的特点。l这种传递不仅是指疾病的传递这种传递不仅是指疾病的传递, ,最根本的是指最根本的是指致病基因的传致病基因的传递递。所以。所以, , 发病表现出发病表现出一定的家族性一定的家族性。l父母的父母的生殖细胞生殖细胞( (精子或卵细胞精子或卵细胞) )里携带的致病基里携带的致病基 因因, ,通过生殖传给子女并引起发病通过生殖传给子女并引起发病, ,而且这些子女结婚后还而且这些子女结婚后还可能把致病基因传给下一代可能把致病基因传给下一代。262.1 染色体病chromosomediseasel由于染
21、色体的由于染色体的数目或形态、结构异常引起的遗传性数目或形态、结构异常引起的遗传性疾病。疾病。l迄今已知的染色体病约迄今已知的染色体病约300余种。余种。l染色体病的典型实例是染色体病的典型实例是第第5号染色体缺失号染色体缺失导致的导致的“猫叫综合征猫叫综合征”( (criduchat,“cat-cry”) )。l患有患有 “猫叫综合征猫叫综合征”的新生儿的新生儿, ,表现出智力迟缓表现出智力迟缓, ,头小头小, ,耳位低耳位低, ,眉间宽眉间宽, ,眼裂外斜眼裂外斜, ,通贯手通贯手, ,哭声像小哭声像小猫的咪呜咪呜叫。猫的咪呜咪呜叫。l患者往往在幼年或童年早期死亡。患者往往在幼年或童年早期
22、死亡。27染色体病的种类和染色体病的种类和临床表现l常染色体病由常染色体异常引起常染色体病由常染色体异常引起，临床表现先天性，临床表现先天性智力低下、发育滞后及多发畸形。智力低下、发育滞后及多发畸形。l如如 “猫叫综合征猫叫综合征”和和2121三体。三体。l性染色体病由性染色体异常引起性染色体病由性染色体异常引起，临床表现性发育，临床表现性发育不全、智力低下、多发畸形等。不全、智力低下、多发畸形等。l如原发性小睾丸症、卵巢退化症、如原发性小睾丸症、卵巢退化症、XXY、多、多Y男人男人(XYY、XXYY)、多、多X女人女人(XXXY、XXXXY、XXX)和和XO、性染色体嵌合体性染色体嵌合体如如
23、46(XX)/47(XXY)嵌合体和嵌合体和46(XY)/45(X)嵌合体嵌合体等。等。28唐氏综合征唐氏综合征l21三体综合征三体综合征, ,又称先天性愚型或又称先天性愚型或唐氏综合征唐氏综合征 ( (Downssynrome) )是人类是人类21条染色体在减数分裂条染色体在减数分裂时发生不分离时发生不分离, ,那么一半配子会携带那么一半配子会携带一条多余的一条多余的21号染色体号染色体。l当这些带有当这些带有一条多余的一条多余的21号染色体号染色体的配子与正常的的配子与正常的配子结合时配子结合时, , 21三体就产生了。三体就产生了。l发病率为发病率为1/600-1/800, ,不会生育不
24、会生育。29Klinefeler综合征综合征l男性携带一条多余的男性携带一条多余的X染色体染色体( (XXY),),发病率为发病率为1/1000-1/2000。l多数患多数患KlinefelerKlinefeler综合征综合征, ,外貌男性外貌男性, ,具有男性具有男性 性器官性器官, ,但是但是睾丸异常缩小睾丸异常缩小并且导致并且导致不育不育, ,身长身长 比一般男性高比一般男性高。l这种综合征伴有这种综合征伴有乳房增大乳房增大和其他和其他女性身体的轮廓女性身体的轮廓, , 患者智力往往正常。患者智力往往正常。l携带超过携带超过一条多余的性染色体的个体也会一条多余的性染色体的个体也会患患Kl
25、inefeler综合征综合征, , 如如XXYY、XXXY、XXXXY。30Turner综合征综合征l具有具有一条多余的一条多余的X染色体的染色体的女性称为女性称为“超雌超雌”( (XXX) ,) ,表现正常但生殖力有问题。表现正常但生殖力有问题。l缺少一条缺少一条X染色体的女性染色体的女性( (XO) )不育不育, ,因为卵巢完全因为卵巢完全缺失缺失, ,原发性闭经原发性闭经, ,她们成年后性器官仍未成熟。她们成年后性器官仍未成熟。l这些女性患有这些女性患有Turner综合征综合征, ,她们身材矮小她们身材矮小, ,不能发不能发育第二性征。育第二性征。l发病率为发病率为1/3500 。31性
26、染色体的影响性染色体的影响l多一条或少一条性染色体多一条或少一条性染色体, ,常使常使性腺发育不全性腺发育不全, , 失去生育能力失去生育能力。少一条性染色体的影响比多一条。少一条性染色体的影响比多一条性染色体的影响要大。性染色体的影响要大。XO个体远比个体远比XXY少见。少见。lY染色体有强烈染色体有强烈( (特殊特殊) )的男性化作用。的男性化作用。l有有Y染色体存在染色体存在, ,性别分化趋向男性性别分化趋向男性, ,体内出现睾丸体内出现睾丸等男性器官等男性器官, ,外貌像男性外貌像男性( (因为因为Y染色体上存在决定染色体上存在决定雄性睾丸的发育基因雄性睾丸的发育基因, ,能产生能产生
27、H-Y抗原抗原) ) 。l而没有而没有Y Y染色体存在时染色体存在时, ,性别分化趋向女性性别分化趋向女性, ,体内出体内出现卵巢现卵巢, ,外貌像女性外貌像女性, ,不能产生不能产生H-Y抗原抗原。322.2 单基因病（monogenicdisorder）：）：l主要与主要与一对致病基因一对致病基因有关有关, ,它们按简单的它们按简单的孟德尔方孟德尔方式遗传式遗传。l至今已知有至今已知有60006000多种遗传性疾病是由单基因多种遗传性疾病是由单基因显性或显性或隐性隐性突变引起的。突变引起的。l人类的体细胞核中染色体是成对的，其染色体上的人类的体细胞核中染色体是成对的，其染色体上的基因也是成
28、对的。基因也是成对的。l如果一种遗传病的发病涉及一对基因，这对基因就如果一种遗传病的发病涉及一对基因，这对基因就成为主基因，它所导致的疾病就成为单基因病。成为主基因，它所导致的疾病就成为单基因病。33突变基因可在突变基因可在常染色体上或性染色体常染色体上或性染色体上上l根据致病基因所在的染色体和显、隐性关系根据致病基因所在的染色体和显、隐性关系, , 可有可有6种遗传方式种遗传方式: :常染色体显性遗传常染色体显性遗传, ,常染色体常染色体 隐性遗传隐性遗传, , X连锁显性遗传连锁显性遗传, , X连锁隐性遗传和连锁隐性遗传和 Y连锁遗传及线粒体病。连锁遗传及线粒体病。l线粒体病：致病基因在
29、细胞质中，只有母系线粒体病：致病基因在细胞质中，只有母系 ( (母亲母亲) )遗传。遗传。341.隐性遗传病隐性遗传病l(1)常染色体隐性遗传病常染色体隐性遗传病:已发现已发现千余千余种种, ,如白化病、苯丙酮尿症、黑尿如白化病、苯丙酮尿症、黑尿症、先天性聋哑、镰刀型细胞贫血症、症、先天性聋哑、镰刀型细胞贫血症、半乳糖血半乳糖血症和呆小症等。症和呆小症等。l(2)X连锁隐性遗传病连锁隐性遗传病:已发现已发现两百余两百余种种,如红绿色盲、血友病、肛门如红绿色盲、血友病、肛门闭锁症、血鳞癣症、进行性肌肉营养不良等。闭锁症、血鳞癣症、进行性肌肉营养不良等。352.显性遗传病显性遗传病l(1)常染色体
30、显性遗传病常染色体显性遗传病:已发现已发现1000多种，如多发性结肠息肉、软骨成多种，如多发性结肠息肉、软骨成骨发育不全侏儒症、骨发育不全侏儒症、享氏舞蹈症、享氏舞蹈症、秃头、并指、多秃头、并指、多指指(趾趾)、偏头痛症等。、偏头痛症等。l(2)X连锁显性遗传病连锁显性遗传病:目前只发现目前只发现十十余种，如遗传性肾炎、钟摆型眼余种，如遗传性肾炎、钟摆型眼球震颤症、抗维生素球震颤症、抗维生素D佝偻症等。佝偻症等。363. X连锁遗传病l包括包括X连锁显性遗传病和连锁显性遗传病和X连锁隐性遗传病。连锁隐性遗传病。l血友病血友病X连锁遗传病的特点连锁遗传病的特点:只有只有XX同时有致病基因才表现患
31、病同时有致病基因才表现患病, ,男性男性只要只要X染色体上有致病基因就表现患病。因此染色体上有致病基因就表现患病。因此, , 社会调查表明伴性遗传病总是男性多于女性患者。社会调查表明伴性遗传病总是男性多于女性患者。lX连锁伴性遗传病是由连锁伴性遗传病是由男性通过他的女儿传给男性通过他的女儿传给他的外孙，是交叉遗传他的外孙，是交叉遗传。37Y连锁遗传病连锁遗传病的特点的特点:l基因位于性染色体上，遗传总是和性别相关联的，基因位于性染色体上，遗传总是和性别相关联的，叫做伴性遗传。叫做伴性遗传。l包括包括X连锁显性遗传病和连锁显性遗传病和X连锁隐性遗传病及连锁隐性遗传病及Y连连锁遗传病锁遗传病。lY
32、连锁遗传病，全雄遗传病，限雄遗传病，如外耳连锁遗传病，全雄遗传病，限雄遗传病，如外耳道多毛症道多毛症(毛耳毛耳:耳廓上长出浓密而硬的长毛耳廓上长出浓密而硬的长毛)、刺猬、刺猬皮症等。皮症等。l致病基因随致病基因随Y染色体而染色体而传递传递, ,由父传子由父传子, ,子传孙子传孙, , 女女性不会患此病。性不会患此病。382.3 多基因遗传病l多基因遗传病多基因遗传病(polygenicdisease)是由是由许多对基因许多对基因共同控制共同控制的。的。l是由是由遗传因素和环境因素共同作用而呈现的性状变遗传因素和环境因素共同作用而呈现的性状变异。异。l如哮喘、糖尿病、原发性高血压、先天性心脏病、
33、如哮喘、糖尿病、原发性高血压、先天性心脏病、先天性畸形足、先天畸形先天性畸形足、先天畸形(唇裂、腭裂唇裂、腭裂)、肿瘤、心、肿瘤、心血管病、精神分裂症血管病、精神分裂症(神经神经-精神类疾病精神类疾病)、代谢性疾、代谢性疾病、免疫性疾病、无脑儿等常见病。病、免疫性疾病、无脑儿等常见病。39多基因遗传病的特点多基因遗传病的特点:l(1)有家族聚集现象有家族聚集现象, ,在患者亲属发病率较高在患者亲属发病率较高, ,在一般在一般群体中发病率较低群体中发病率较低, ,大约只在大约只在1%10%之间。之间。l(2)病症表现程度是多基因作用效应的病症表现程度是多基因作用效应的累积累积, ,单个基单个基因
34、作用效应是微弱的因作用效应是微弱的, , 易受环境因素影响。在同类易受环境因素影响。在同类患者之间存在有许多中间类型患者之间存在有许多中间类型, ,如农作物的高度、如农作物的高度、产量等。产量等。l(3)生过患儿的夫生过患儿的夫妇，其后代再生孩子妇，其后代再生孩子, ,则复发危险则复发危险率增高。因为他们带有相当多的致病基因率增高。因为他们带有相当多的致病基因, ,以脊椎以脊椎裂为例裂为例, ,生了一个病儿后复生了一个病儿后复发危险率为发危险率为4%，生了两，生了两个病儿后复发危险率为个病儿后复发危险率为10%。40优生和优生学优生和优生学l优生优生是是1883年由人类学家高尔顿年由人类学家高
35、尔顿( (Galton) )首先提首先提 出来的出来的, ,主张通过主张通过选择性婚配减少不良遗传素质选择性婚配减少不良遗传素质。l优生学优生学（eugenics）是是应用医学遗传学的原理来研应用医学遗传学的原理来研究改善人类遗传素质的一门科学。究改善人类遗传素质的一门科学。专门研究使一个专门研究使一个民族未来的遗传素质在肉体和精神两方面向前进或民族未来的遗传素质在肉体和精神两方面向前进或衰退的社会因素的学科。研究如何改良人的遗传素衰退的社会因素的学科。研究如何改良人的遗传素质，产生优秀后代的学科。质，产生优秀后代的学科。l主要措施涉及各种影响婚姻和生育的社会因素，如主要措施涉及各种影响婚姻和
36、生育的社会因素，如宗教法律、经济政策、道德观念、婚姻制度等。宗教法律、经济政策、道德观念、婚姻制度等。413 癌基因与恶性肿瘤l肿瘤肿瘤( (tumor) )是一类疾病的总称是一类疾病的总称, ,其基本特征是正常其基本特征是正常的细胞增殖与凋亡失控的细胞增殖与凋亡失控, ,扩张性增生的细胞群形成扩张性增生的细胞群形成肿块。肿块。l其中的一类恶性肿瘤其中的一类恶性肿瘤( (malignanttumor) )就是我们通就是我们通常所指的癌症常所指的癌症( (cancer),),它区别于良性肿瘤的重要它区别于良性肿瘤的重要特性是一群能侵袭周围组织和器官的癌细胞有特性是一群能侵袭周围组织和器官的癌细胞
37、有远端远端转移能力转移能力, ,破坏受侵染的脏器破坏受侵染的脏器, ,最终使机体衰亡。最终使机体衰亡。42 l肿瘤分为良性肿瘤和恶性肿瘤，一般所说的癌肿瘤分为良性肿瘤和恶性肿瘤，一般所说的癌即指恶性肿瘤而言。即指恶性肿瘤而言。l恶性肿瘤从组织学上分为上皮性癌和非上皮性的恶性肿瘤从组织学上分为上皮性癌和非上皮性的肉瘤及血液癌。肉瘤及血液癌。l良性和恶性的区别常根据临床的预后加以判定。良性和恶性的区别常根据临床的预后加以判定。l两者的鉴别常常很难有严格的区别。两者的鉴别常常很难有严格的区别。43良性肿瘤和恶性肿瘤的区别良性肿瘤和恶性肿瘤的区别l良性肿瘤和恶性肿瘤由良性肿瘤和恶性肿瘤由各个肿瘤细胞所
38、处的环境条各个肿瘤细胞所处的环境条件来决定。件来决定。l有的学者主张良性肿瘤和恶性肿瘤之间是存在着连有的学者主张良性肿瘤和恶性肿瘤之间是存在着连续的阶段，可是有的良性肿瘤例如前列腺腺瘤、乳续的阶段，可是有的良性肿瘤例如前列腺腺瘤、乳腺纤维腺瘤、子宫肌瘤、血管球瘤等是和内分泌、腺纤维腺瘤、子宫肌瘤、血管球瘤等是和内分泌、神经等机体调节机制有密切关系的组织增生，因而神经等机体调节机制有密切关系的组织增生，因而有的学者主张它和恶性肿瘤有本质上的区别。有的学者主张它和恶性肿瘤有本质上的区别。l恶性肿瘤对人类健康和生命的威胁很大，它和心血恶性肿瘤对人类健康和生命的威胁很大，它和心血管疾患已经成为医学上的
39、两大难关，是管疾患已经成为医学上的两大难关，是疾病导致死疾病导致死亡原因的头两位亡原因的头两位。443癌基因与恶性肿瘤癌基因与恶性肿瘤3.1 原癌基因与抑癌基因l1.病毒癌基因和原癌基因病毒癌基因和原癌基因l病毒癌基因：病毒癌基因：l存在于病毒（大多是逆转录病毒）基因组中能使存在于病毒（大多是逆转录病毒）基因组中能使靶细胞发生恶性转化的基因。靶细胞发生恶性转化的基因。l它不编码病毒结构成分，对病毒无复制作用，但是它不编码病毒结构成分，对病毒无复制作用，但是当受到外界的条件激活时可产生诱导肿瘤发生的作当受到外界的条件激活时可产生诱导肿瘤发生的作用。用。45原癌基因（原癌基因（oncogene）l
40、是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。l当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因 产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖， 从而形成肿瘤。从而形成肿瘤。l肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因，在正常肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因，在正常 细胞中有与之同源的正常细胞中有与之同源的正常基因基因, ,被称为被称为原癌基因原癌基因。46原癌基因表达的特点：l(1)(1)正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，正常细
41、胞中原癌基因的表达水平一般较低， 而且是受生长调节的，其表达主要有三个特点：而且是受生长调节的，其表达主要有三个特点： l具有分化阶段特异性；具有分化阶段特异性；l细胞类型特异性；细胞类型特异性；l细胞周期特异性。细胞周期特异性。l( (2) )肿瘤细胞中原癌基因的表达肿瘤细胞中原癌基因的表达有有2个比较普遍个比较普遍 突出的特点：突出的特点：47原癌基因表达的特点：l(2)肿瘤细胞中原癌基因的表达有肿瘤细胞中原癌基因的表达有2个比较普遍个比较普遍突出的特点：突出的特点：l一些原癌基因具有高水平的表达成过度表达一些原癌基因具有高水平的表达成过度表达l原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再原癌基
42、因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。具有细胞周期特异性。l(3)细胞分化与原癌基因表达细胞分化与原癌基因表达在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。482.抑癌基因l抑癌基因也称为抗癌基因。抑癌基因也称为抗癌基因。l早在早在1960年，有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞年，有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体时就可表现为正常表型，但是随着染色体的染色体时就可表现为正常表
43、型，但是随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。丢失又可重新出现恶变细胞。l这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，使瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，使激活的癌基因发挥作用而致癌。激活的癌基因发挥作用而致癌。493.2 癌症的遗传学基础癌症的遗传学基础l1.基基因突变因突变(genemutation)是一个是一个基因基因内部可以内部可以遗传的结构的改变遗传的结构的改变 。l又称为点突变，通常可引起一定的表型变化又称为点突变，通常可引起一定的表型变化 。l广义的突变包括广义的突变包括染色体畸变染色体
44、畸变。l狭义的突变专指狭义的突变专指点突变点突变。实际上畸变和点突变的界。实际上畸变和点突变的界限并不明确，特别是微细的限并不明确，特别是微细的畸变畸变更是如此。更是如此。l野生型基因通过突变成为突变型基因。突变型一词野生型基因通过突变成为突变型基因。突变型一词既指突变基因，也指具有这一突变基因的个体。既指突变基因，也指具有这一突变基因的个体。50基因突变的特性l随机性：随机性：l指基因突变的发生在时间上、在发生这一个突变的指基因突变的发生在时间上、在发生这一个突变的个体上、在发生突变的基因上都是随机的。个体上、在发生突变的基因上都是随机的。l在高等植物中所发现的无数突变都说明基因突变的在高等
45、植物中所发现的无数突变都说明基因突变的随机性。在细菌中则情况远为复杂。随机性。在细菌中则情况远为复杂。 l可逆性：可逆性：l突变基因又可以通过突变而成为野生型基因，突变基因又可以通过突变而成为野生型基因， 这一过程称为回复突变。这一过程称为回复突变。51基因突变的特性l正向突变率总是高于回复突变，一个突变基因内部正向突变率总是高于回复突变，一个突变基因内部只有一个位置上的结构改变只有一个位置上的结构改变, ,才能使它恢复原状。才能使它恢复原状。l稀有性：稀有性：l突变是极为稀有的，野生型基因以极低的突变率发突变是极为稀有的，野生型基因以极低的突变率发生突变。生突变。l少利多害性：少利多害性：l
46、一般基因突变会产生不利的影响，被淘汰或死亡，一般基因突变会产生不利的影响，被淘汰或死亡，但有极少数会使物种增强适应性。但有极少数会使物种增强适应性。522.多次遗传改变的致癌作用l致癌作用致癌作用(carcinogenesis)l是指环境有害因素引起或增进正常细胞发生恶性是指环境有害因素引起或增进正常细胞发生恶性 转化并发展成为肿瘤的过程。转化并发展成为肿瘤的过程。l化学致癌化学致癌(chemicalcarcinogenesis)l是指化学物质引起或增进正常细胞发生恶性转化是指化学物质引起或增进正常细胞发生恶性转化 并发展成为肿瘤的过程。并发展成为肿瘤的过程。533.3改变生活方式能降低癌症的
47、危险性改变生活方式能降低癌症的危险性l具有这类作用的化学物质称为化学致癌物具有这类作用的化学物质称为化学致癌物( (chemicalcarci-nogen) )。l在毒理学中，在毒理学中，“癌癌”的概念广泛，包括上皮的恶性的概念广泛，包括上皮的恶性病变病变( (癌癌) )，也包括间质的恶性病变（肉瘤）及良性，也包括间质的恶性病变（肉瘤）及良性肿瘤。肿瘤。l这是因为迄今为止尚未发现只诱发良性肿瘤的致癌这是因为迄今为止尚未发现只诱发良性肿瘤的致癌物，而且良性肿瘤有恶变的可能。物，而且良性肿瘤有恶变的可能。544人类基因组计划人类基因组计划4.1什么是人类基因组计划什么是人类基因组计划l人类基因组人
48、类基因组计划计划(humangenomeproject,HGP)是美国科学家沃森等先提出了测定人类基因组是美国科学家沃森等先提出了测定人类基因组全序列的建议，是在全序列的建议，是在1985年年5月，能源部在美国月，能源部在美国加利福尼亚州的圣克鲁兹召开的一次会议上，加利福尼亚州的圣克鲁兹召开的一次会议上，第一次认真讨论这个建议，由此形成了美国能源第一次认真讨论这个建议，由此形成了美国能源部的部的“人类基因组计划人类基因组计划”草案。草案。l于于1990年年10月月1日日正式启动的。正式启动的。55 l美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和
49、我国科学家共同参与了这一价值达日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿亿美元的人类基因组计划。美元的人类基因组计划。l这一计划旨在为这一计划旨在为30多亿个多亿个碱基碱基对构成的人类对构成的人类 基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其 在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息， 使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。 56“人类基因组计划人类基因组计划”分为两个阶段：分为两个阶段：l具有具有DNA序列图以前的计划和序列图以前的计划和DNA序列图计划。序列图计划。lDNA序
50、列图以前的计划包括物理图、转录图、遗传序列图以前的计划包括物理图、转录图、遗传图。图。lDNA序列图计划包括序列图、基因图。序列图计划包括序列图、基因图。l结构基因组学时代正向功能基因组学时代过渡，新结构基因组学时代正向功能基因组学时代过渡，新时代的最终目的是阐明基因组所表达的真正执行生时代的最终目的是阐明基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能。命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能。57“人类基因组计划人类基因组计划”l是解读人类的基因组上的所有基因，分析是解读人类的基因组上的所有基因，分析24条条染色体染色体DNA分子中的四种碱基对。分子中的四种碱基对。l30亿个碱
51、基对是一个很长的序列，为了更好地亿个碱基对是一个很长的序列，为了更好地搞清这个长序列，需要有其他辅助工作配合。搞清这个长序列，需要有其他辅助工作配合。l1994年完成了具有年完成了具有5826个动态性标志，分辨率个动态性标志，分辨率高达高达0.7cM的遗传图谱。的遗传图谱。l1998年成立的美国年成立的美国Celera公司宣布将用公司宣布将用“全基因组全基因组鸟枪法鸟枪法”策略在策略在3年内测定人类基因组全序列。年内测定人类基因组全序列。58“人类基因组计划人类基因组计划”l经过全球经过全球16个中心的科学家的共同努力，终于个中心的科学家的共同努力，终于实现了既定目标，而实现了既定目标，而Ce
52、lera公司也取得了重大公司也取得了重大进展，最终双方达成协议，于进展，最终双方达成协议，于2000年年6月月26日日共同宣布了工作框架图的成果。共同宣布了工作框架图的成果。l科学家发现人类基因数目大约为科学家发现人类基因数目大约为3.4万至万至3.5万个，万个，仅比果蝇多仅比果蝇多2万个，远少于原先万个，远少于原先10万基因的估计。万基因的估计。l2004年年4月月14日中午日中午在华盛顿宣布，人类基因组序在华盛顿宣布，人类基因组序列图绘制成功。列图绘制成功。所有目标全部实现的时间所有目标全部实现的时间59“人类基因组计划人类基因组计划” 的意义的意义l人类基因组计划人类基因组计划(简称简称
53、HGP)经过经过10年的研究，已取年的研究，已取得巨大成果。得巨大成果。l其中包括在四张图谱上：遗传图谱、物理图谱、转其中包括在四张图谱上：遗传图谱、物理图谱、转录图谱和序列图谱。录图谱和序列图谱。l人类基因组计划是继曼哈顿原子弹计划、阿波罗登人类基因组计划是继曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划之后科学史上的第三大科学计划。月计划之后科学史上的第三大科学计划。l与曼哈顿原子弹计划和与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划阿波罗计划并称为三大科学并称为三大科学计划。计划。604.2人类基因组计划内容人类基因组计划内容1.绘制人类基因连锁图绘制人类基因连锁图遗传图谱又称连锁图谱遗传图谱又称连锁图谱(linka
54、gemap)，它是以具，它是以具有遗传多态性的遗传标记为有遗传多态性的遗传标记为“路标路标”，以遗传学离，以遗传学离为图距的基因组图。为图距的基因组图。遗传多态性是在一个遗传位点上具有一个以上的遗传多态性是在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%。61 l遗传学距离遗传学距离在减数分裂事件中两个位点之间进行交在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，换、重组的百分率，1%的重组率称为的重组率称为1cM。l遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。条件。l但是现在所知的具多
55、态性的性状不多，等位基因的但是现在所知的具多态性的性状不多，等位基因的数量有限，信息量不足。数量有限，信息量不足。l这样就限制了人类基因组的遗传分析工作。这样就限制了人类基因组的遗传分析工作。l所幸的是，所幸的是，DNA重组技术的建立提供了新一代的遗重组技术的建立提供了新一代的遗传达室标记。传达室标记。62遗传图谱的意义l6000多个遗传标记已经能够把人的基因组分成多个遗传标记已经能够把人的基因组分成6000多个区域，使得连锁分析法可以找到某一致病多个区域，使得连锁分析法可以找到某一致病的或表现型的基因与某一标记邻近（紧密连锁）的的或表现型的基因与某一标记邻近（紧密连锁）的证据，这样可把这一基
56、因定位于这一已知区域，再证据，这样可把这一基因定位于这一已知区域，再对基因进行分离和研究。对基因进行分离和研究。l对于疾病而言，对于疾病而言，找基因和分析基因是个关键找基因和分析基因是个关键。632. 绘制物理图l物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进分子进行测定而绘制的。行测定而绘制的。l是一个是一个“物理标记物理标记”作为标路，以作为标路，以Mb，kb，bp等等作为图距的基因组图单位。物理图谱与遗传图谱相作为图距的基因组图单位。物理图谱与遗传图谱相互参照，可以互
57、参照，可以把遗传学的信息转化为物理信息。把遗传学的信息转化为物理信息。64 lDNA物理图谱是指物理图谱是指DNA链的限制性酶切片段的链的限制性酶切片段的排列顺序，即酶切片段在排列顺序，即酶切片段在DNA链上的定位。链上的定位。l因限制性内切酶在因限制性内切酶在DNA链上的切口是以特异序列为基链上的切口是以特异序列为基础的，核苷酸序列不同的础的，核苷酸序列不同的DNA，经酶切后就会产生不，经酶切后就会产生不同长度的同长度的DNA片段，由此而构成独特的酶切图谱。片段，由此而构成独特的酶切图谱。l因此，因此，DNA物理图谱是物理图谱是DNA分子结构的特征之一。分子结构的特征之一。65 lDNA是很
58、大的分子，由限制酶产生的用于测序反应是很大的分子，由限制酶产生的用于测序反应的的DNA片段只是其中的极小部分，这些片段在片段只是其中的极小部分，这些片段在DNA链中所处的位置关系是首先解决的问题，故链中所处的位置关系是首先解决的问题，故DNA物理图谱是顺序测定的基础物理图谱是顺序测定的基础, ,也也可理解为指导可理解为指导DNA测序的蓝图。测序的蓝图。l广义地说，广义地说，DNA测序从物理图谱制作开始，它是测测序从物理图谱制作开始，它是测序工作的第一步。序工作的第一步。66 l制作制作DNA物理图谱的方法有多种，这里选择一种常物理图谱的方法有多种，这里选择一种常用的简便方法用的简便方法第三代标
59、记，第三代标记是称作第三代标记，第三代标记是称作单核苷酸多态性标记单核苷酸多态性标记（singlenucleotidepolymorphsmSNP）的遗传标记系统。）的遗传标记系统。l人类群体有很大的遗传多样性，而在大多数基因位人类群体有很大的遗传多样性，而在大多数基因位点上都会有若干个等位型（点上都会有若干个等位型（alleles），对每一个核），对每一个核苷酸来说，在任何一代人群中大约每苷酸来说，在任何一代人群中大约每1x109个个体个个体就会发生一次变异。就会发生一次变异。l由这种方式产生的单碱基变异就形成许多双等位型由这种方式产生的单碱基变异就形成许多双等位型标记。这种标记在人类标记。
60、这种标记在人类基因组基因组中可达到中可达到300万个，万个，平均每平均每1000个碱基对就有一个双等位型标记。个碱基对就有一个双等位型标记。67双等位型标记的意义l因此，因此，34个相邻的这种标记构成的单倍型个相邻的这种标记构成的单倍型（haplotype）就可以有）就可以有816种，相当于一个微卫星种，相当于一个微卫星标记形成的多态性。标记形成的多态性。l这种标记数目多，覆盖密度大，它的开发和应用摒这种标记数目多，覆盖密度大，它的开发和应用摒弃了遗传标记分析技术的弃了遗传标记分析技术的“瓶颈瓶颈”凝胶电泳，为凝胶电泳，为DNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础。芯片技术应用于遗传作图提供了基础
61、。l物理图谱还有更重要的作用，有了前面标志的序列物理图谱还有更重要的作用，有了前面标志的序列位置，就可以将克隆的位置，就可以将克隆的DNA片段，一个一个接起来。片段，一个一个接起来。68中国人类基因组计划l据中国人类基因组计划负责人杨焕明教授说：据中国人类基因组计划负责人杨焕明教授说：“如果两个克隆的如果两个克隆的DNA片段，都含有某一路标的序片段，都含有某一路标的序列，就说明这两个片段的一部分是重叠的。我们整列，就说明这两个片段的一部分是重叠的。我们整个基因组的个基因组的DNA就是由这些相互重叠的就是由这些相互重叠的DNA片段片段全部覆盖。换言之，这些全部覆盖。换言之，这些DNA片段，就是我
62、们人类片段，就是我们人类基因组这一区域的代表，这些片段的克隆就是我们基因组这一区域的代表，这些片段的克隆就是我们研究这一区域的实验材料。研究这一区域的实验材料。”693.人类基因组测序（sequencing）l序列图谱是指通过测序得到基因组的序列图谱。序列图谱是指通过测序得到基因组的序列图谱。l序列图谱的概念太简单。序列图谱的概念太简单。l随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。之重的工作。lDNA序列分析技术是一个包括制备序列分析技术是一个包括制备DNA片段及碱片段及碱基分析、基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。信息翻译的多阶段的
63、过程。l通过测序得到基因组的序列图谱。通过测序得到基因组的序列图谱。703.序列图谱l可以说序列图谱是人类基因组在可以说序列图谱是人类基因组在分子水平分子水平上最高层上最高层次，最为详尽的次，最为详尽的物理图谱物理图谱。l测定总长为测定总长为1米，由米，由30亿对核苷酸组成的基因组全亿对核苷酸组成的基因组全部部DNA序列，是基因组计划中最为明确，最为艰巨序列，是基因组计划中最为明确，最为艰巨的定时、定量、定质的新任务。的定时、定量、定质的新任务。l人类人类3.43.5万个基因的信息以及相应的染色体位置万个基因的信息以及相应的染色体位置已经被阐明，序列图谱已经成功。已经被阐明，序列图谱已经成功。
64、l通过测序得到基因组的序列图谱。通过测序得到基因组的序列图谱。71基因图谱基因图谱l基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。式等信息的图谱。l我们知道生物性状是由结构或功能蛋白决定的，功我们知道生物性状是由结构或功能蛋白决定的，功能蛋白是由能蛋白是由mRNA编码的，编码的，mRNA又是由编码蛋白又是由编码蛋白质的功能基因转录而来的。质的功能基因转录而来的。72基因图谱的原理基因图谱的原理l在人类基因组中鉴别出占具在人类基因组中鉴别出占具2%5%
65、长度的全部长度的全部基因的位置、结构与功能，最主要的方法是通过基因的位置、结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。反追到染色体的位置。l所有生物的性状和疾病都是由结构蛋白质或功能所有生物的性状和疾病都是由结构蛋白质或功能蛋白质决定的，而已知的所有蛋白质都是由蛋白质决定的，而已知的所有蛋白质都是由mRNA编码的，这样可以把编码的，这样可以把mRNA通过反转录酶合成通过反转录酶合成cDNA或称作表达序列标签或称作表达序列标签（EST）的部分的）的部分的cDNA片段。片段。73表达序列标签（EST）l也可根据也可根据mRNA的信息人工合成的信息人工合成c
66、DNA或或cDNA片段，然后再用这种稳定的片段，然后再用这种稳定的cDNA或或EST作为作为“探针探针”进行分子杂交，鉴别出与转录有关的进行分子杂交，鉴别出与转录有关的基因。基因。l用用PolyA互补的寡聚互补的寡聚T或克隆载体的相关序列作为或克隆载体的相关序列作为引物对引物对mRNA双端尾侧的几百个双端尾侧的几百个bp进行测序得到进行测序得到EST（表达序列标签）。（表达序列标签）。744.其他物种基因组的分析l人类基因组计划人类基因组计划(HGP)还包括对大肠杆菌和其他还包括对大肠杆菌和其他细菌、酵母菌、线虫、拟南芥、黑腹果蝇及细菌、酵母菌、线虫、拟南芥、黑腹果蝇及小白鼠等物种的基因组的比
67、较分析，帮助我们小白鼠等物种的基因组的比较分析，帮助我们解读人类的百科全书，以便更好地了解我们解读人类的百科全书，以便更好地了解我们自己的基因。自己的基因。754.3基因组研究成果基因组研究成果l1.HGP对人类疾病基因的研究贡献对人类疾病基因的研究贡献l人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息。完整性至关重要的信息。l人类现在有人类现在有2035类类18000种疾病，都直接或间接与种疾病，都直接或间接与基因有关。基因有关。l可分为三大类：可分为三大类：单基因病、多基因病、获得性基因病。单基因病、多基因病、获得性基因病。76单基因
68、病的发现过程单基因病的发现过程l对于单基因病，采用对于单基因病，采用“定位克隆定位克隆”和和“定位候选定位候选克隆克隆”的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病单基因遗传病致病基因的致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。基础。l对于心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经对于心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经-精神类疾精神类疾病（老年性痴呆、精神分裂症）、自身免疫性疾病病（老年性痴呆、精神分裂症）、自身免疫性疾病等等多基因疾病多基因疾病是目前疾病基因研究的
69、重点。是目前疾病基因研究的重点。77 l获得性基因病由病原微生物通过感染将其基因入侵获得性基因病由病原微生物通过感染将其基因入侵到宿主基因引起。到宿主基因引起。 l现代科学已证明：基因健康，细胞活泼，则人体健现代科学已证明：基因健康，细胞活泼，则人体健康；基因受损，细胞变异，则人患疾病。康；基因受损，细胞变异，则人患疾病。l因此，疾病基因的定位，克隆和鉴定，是因此，疾病基因的定位，克隆和鉴定，是HGP各种各种竞争中居于核心部分，也是竞争中居于核心部分，也是HGP启动以来在社会上启动以来在社会上显示度最大的成就。健康相关研究是显示度最大的成就。健康相关研究是HGP的的重要组重要组成部分成部分，1
70、997年相继提出：年相继提出：“肿瘤基因组解剖计划肿瘤基因组解剖计划”和和“环境基因组学计划环境基因组学计划”。782. HGP对医学的贡献l就其对医学的影响来说，人类基因组图谱的确定将就其对医学的影响来说，人类基因组图谱的确定将大大加速人们对疾病基因的鉴定，利用人类基因组大大加速人们对疾病基因的鉴定，利用人类基因组图谱和顺序，我们可以对正常人和患者的图谱和顺序，我们可以对正常人和患者的DNA进行进行有效的分析比较，大大加快寻找特定疾病的基因工有效的分析比较，大大加快寻找特定疾病的基因工作。作。l基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息
71、的疾病的预防、疾病易感基因的基于基因组信息的疾病的预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。79基因治疗的概念l基因图谱的最大最直接用途当属医疗诊断，特别基因图谱的最大最直接用途当属医疗诊断，特别 像许多癌症和心脏病等源于遗传基因变异的疾病。像许多癌症和心脏病等源于遗传基因变异的疾病。l基因治疗基因治疗是指将遗传物质导入载体或受体细胞，是指将遗传物质导入载体或受体细胞， 通过替代缺陷基因，修正错误基因，结识异常的通过替代缺陷基因，修正错误基因，结识异常的 基因，调节基因产物的表达方式以实现治疗疾病基因，调节基因产物的表达方式以实现治疗疾
72、病 为目的的一种治疗方法。为目的的一种治疗方法。80基因治疗 l人们可以根据引起疾病的基因缺陷，通过定向人们可以根据引起疾病的基因缺陷，通过定向纠正，替换那些错误的基因，达到治病的目的。纠正，替换那些错误的基因，达到治病的目的。l当然，基因治疗真正走上临床还有待时日。当然，基因治疗真正走上临床还有待时日。l发现和开发新的蛋白质和多肽类药物，目前市场上发现和开发新的蛋白质和多肽类药物，目前市场上和正在开发的基因工程药物仅几百种，而人类有基和正在开发的基因工程药物仅几百种，而人类有基因因3.43.5万个。万个。l在这些新药基因中，还有许多可被开发和生产新的在这些新药基因中，还有许多可被开发和生产新
73、的蛋白质蛋白质多肽药物多肽药物。813. HGP对生物进化研究的影响l人类基因组序列的测定具有重大的科学价值。人类基因组序列的测定具有重大的科学价值。l人类基因组的破译和解读将会导致新的生物学人类基因组的破译和解读将会导致新的生物学 革命。革命。l 首先首先，该计划的实施将极大地促进生命科学领域，该计划的实施将极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展，阐明基因的结构与功能关一系列基础研究的发展，阐明基因的结构与功能关系，细胞的发育、生长、分化的分子机理，疾病发系，细胞的发育、生长、分化的分子机理，疾病发生的机理等。生的机理等。82垃圾DNA有没有用？l在人类和其他生物的染色体中，只有很少一部
74、分在人类和其他生物的染色体中，只有很少一部分DNA片断是可以表达为性状的基因，大部分片断是可以表达为性状的基因，大部分DNA片断并不表达，因此称为冗余片断并不表达，因此称为冗余DNA或垃圾或垃圾DNA。l这些片断真的没有功能吗？可能并不都是如此。这些片断真的没有功能吗？可能并不都是如此。l研究发现，一些片断也许对细胞分裂前染色体复制研究发现，一些片断也许对细胞分裂前染色体复制和确保染色体组正确地分配到两个子细胞来说是必和确保染色体组正确地分配到两个子细胞来说是必不可少的，还为进化提供原材料，但大部分这些片不可少的，还为进化提供原材料，但大部分这些片断的性质和行使功能的机制仍鲜为人知。断的性质和
75、行使功能的机制仍鲜为人知。83人类基因组的研究l随着人类基因组的工作框图的确定和解读，这些片随着人类基因组的工作框图的确定和解读，这些片断的功能和起作用的机理将逐步得到阐明。断的功能和起作用的机理将逐步得到阐明。l随着人类基因组的工作框图的确定和解读，细胞的随着人类基因组的工作框图的确定和解读，细胞的发育、生长、分化的分子机理和疾病发生的机理等发育、生长、分化的分子机理和疾病发生的机理等也将随之得到阐明。也将随之得到阐明。l其次其次，人类基因组的研究将有利于对生物是如何进，人类基因组的研究将有利于对生物是如何进化的理解。化的理解。84人类多数基因的起源l所有生物都是历史上的生物进化来的。所有生
76、物都是历史上的生物进化来的。l这种进化不仅表现在生物的表型上，而且表现在生这种进化不仅表现在生物的表型上，而且表现在生物的基因型中。物的基因型中。l我们人类的基因组就记录着我们人类的进化史。我们人类的基因组就记录着我们人类的进化史。l如果我们知道了人类和其他生物其因的全序列，就如果我们知道了人类和其他生物其因的全序列，就可以追溯出人类多数基因的起源。可以追溯出人类多数基因的起源。85哺乳动物之间的蛋白质差异l现在人们已知道，所有哺乳动物都有着相似的蛋白现在人们已知道，所有哺乳动物都有着相似的蛋白质谱，哺乳动物之间的差异主要在于受控基因的表质谱，哺乳动物之间的差异主要在于受控基因的表达时间和水平
77、，及细胞类型专一的调控信号方面。达时间和水平，及细胞类型专一的调控信号方面。l人胚胎的有序发育需要特定的基因群在特定的场所人胚胎的有序发育需要特定的基因群在特定的场所和时间的活化，使多潜能细胞成为新类型的细胞，和时间的活化，使多潜能细胞成为新类型的细胞，这一过程部分地受控于位于基因附近的调控顺序。这一过程部分地受控于位于基因附近的调控顺序。86哺乳动物之间的蛋白质差异l这些顺序在其活化的基因中大多是同源的。这些顺序在其活化的基因中大多是同源的。l对人类基因组进行序列分析，并将其与其他哺乳对人类基因组进行序列分析，并将其与其他哺乳 动物，比如小鼠的基因组序列进行比较，将使动物，比如小鼠的基因组序
78、列进行比较，将使 我们能确定出大量的调节顺序。我们能确定出大量的调节顺序。l这不仅能使我们理解基因调控的规律，而且能使这不仅能使我们理解基因调控的规律，而且能使 我们理解人从其它哺乳动物进化出来的过程中所我们理解人从其它哺乳动物进化出来的过程中所 发生的变化。发生的变化。874. 人类基因组计划的进展与未来l国际国际HGP研究的飞速发展和日趋激烈的基因抢夺研究的飞速发展和日趋激烈的基因抢夺战已引起了中国政府和科学界的高度重视。战已引起了中国政府和科学界的高度重视。l在政府的资助和一批高水平的生命科学家的带领在政府的资助和一批高水平的生命科学家的带领下，我国已建成了一批实力较强的国家级生命下，我
79、国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室，组建了北京和上海人类基因组科学重点实验室，组建了北京和上海人类基因组研究中心。研究中心。88中国的HGP研究的进展l有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和建立了一批基因组研究中的新技术。建立了一批基因组研究中的新技术。l中国的中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了较大进展。了较大进展
80、。89人类基因组计划给医学带来了新的模式人类基因组计划给医学带来了新的模式l人类基因组计划对未来人类健康的最大意义莫过于人类基因组计划对未来人类健康的最大意义莫过于给给21世纪医学带来了新的模式。世纪医学带来了新的模式。l首先首先是医学带来的变化，不是一般的描述症状，而是医学带来的变化，不是一般的描述症状，而是在本质上、在分子水平上、在遗传信息上找到对是在本质上、在分子水平上、在遗传信息上找到对疾病易感性的依据。如对于非典型性肺炎疾病易感性的依据。如对于非典型性肺炎（SARS），你得先有诊断依据。），你得先有诊断依据。l现在由于人类基因组能识别基因，使得我们的证据现在由于人类基因组能识别基因，
81、使得我们的证据不仅仅是对疾病表现的描述，而且能深入到分子水不仅仅是对疾病表现的描述，而且能深入到分子水平。平。90人类基因组计划给医学带来了新的模式人类基因组计划给医学带来了新的模式l其次其次, ,人们利用基因可以改良果蔬品种，提高农作人们利用基因可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和转基因动物、转基物的品质，更多的转基因植物和转基因动物、转基因食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作因食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。物。l通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或 修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的修复人体细胞和器官
82、的功能，甚至改变人类的 进化过程。进化过程。 91潜伏着新的危险和面临着新的困境潜伏着新的危险和面临着新的困境l人类基因组计划发展突飞猛进，但是人类基因组潜人类基因组计划发展突飞猛进，但是人类基因组潜伏着新的危险和面临着新的困境。伏着新的危险和面临着新的困境。l人类基因组研究从一开始就与许多伦理问题纠缠在人类基因组研究从一开始就与许多伦理问题纠缠在一起。一起。l例如，在遗传学家取血样作例如，在遗传学家取血样作DNA分析前要不要向提分析前要不要向提供供DNA样品的人讲清楚为什么，并取得他的知情同样品的人讲清楚为什么，并取得他的知情同意？意？ 修改人类胚胎！修改人类胚胎！92潜伏着新的危险潜伏着新
83、的危险l同时在同时在21世纪的生老病死的人工安排（基因干预、世纪的生老病死的人工安排（基因干预、辅助生殖、生命维持技术）将在更大程度上代替辅助生殖、生命维持技术）将在更大程度上代替自然安排，人体结构、心理、行为将在更大程度上自然安排，人体结构、心理、行为将在更大程度上受到人工改变（如药物、脑芯片、脑移植、基因操受到人工改变（如药物、脑芯片、脑移植、基因操纵）。纵）。l在这种情况下利用生命科技的发展侵犯人权的可能在这种情况下利用生命科技的发展侵犯人权的可能性和机会也就更大更多。性和机会也就更大更多。93面临着新的困境面临着新的困境l个人隐私被侵犯，个人的自主权或自我决定权受到个人隐私被侵犯，个人
84、的自主权或自我决定权受到侵犯，人被当作侵犯，人被当作“客体客体”或或“东西东西”对待的可能性对待的可能性增加，即人易被增加，即人易被“客体化客体化”。l所以，当人们为人类基因组研究取得可喜进展而所以，当人们为人类基因组研究取得可喜进展而 欢呼的同时，应冷静地思考一下它可能在社会、欢呼的同时，应冷静地思考一下它可能在社会、 法律、伦理方面产生的负面效应。法律、伦理方面产生的负面效应。9495 遗传学名词第二版对“基因组”的释义: 单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的全部DNA分子或RNA分子。96979899100原癌基因表达的特点原癌基因表达的特点：l、正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，而且是受生长调节，其表达主要有三个特点：具有分化阶段特异性；细胞类型特异性；细胞周期特异性。2、肿瘤细胞中原癌基因的表达有2个比较普遍和突出的特点：一些原癌基因具有高水平的成过度表达。原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。3、细胞分化与原癌基因表达在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。101102
