人類基因組學(xué)

1、緒論和基因,醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)是應(yīng)用遺傳學(xué)的理論和方法研究人類遺傳性疾病和人類疾病發(fā)生的遺傳學(xué)問題的一門綜合性學(xué)科。,①基因突變或染色體畸變是其發(fā)病原因；②垂直傳遞；③只有生殖細胞或受精卵發(fā)生的遺傳物質(zhì)改變才能遺傳；④常有家族性聚集現(xiàn)象。,遺傳性疾?。骸铩锸侵高z傳物質(zhì)改變(基因突變或染色體畸變）所引起的疾病。,遺傳性疾病特點：,緒論和基因,五大類遺傳?。?1.單基因病 2.多基因病 3.染色體病 4. 線粒體病 5.體細胞遺傳病,基因：是

2、一段制造功能產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的完整的DNA片段。,人類結(jié)構(gòu)基因：斷裂基因（外顯子-內(nèi)含子）+側(cè)翼序列（啟動子，終止子，增強子）,突變：染色體畸變（數(shù)目，結(jié)構(gòu)） 基因突變：堿基替換（同義，錯義，無義），移碼突變，動態(tài)突變,緒論和基因,緒論和基因,緒論和基因,脆性X染色體綜合征,FMR-1基因表達下調(diào)：,5’,ATG,(CCG)n,正常：n=6-60患者：n>200,動態(tài)突變：三核酸拷貝數(shù)增加,第三章 人

3、類基因組學(xué),基因組（genome）:一個生命體遺傳物質(zhì)的總和。生殖細胞含1套基因組 1套來自父本生殖細胞體細胞含 2套基因組 1套來自母本生殖細胞,,完整的人類基因組包含： 1-22號常染色體 核基因組 X和Y染色體 線粒體基因組,,,基因組學(xué)（genomi

4、cs） 是從基因組整體層次上系統(tǒng)地研究各生物種群基因組的結(jié)構(gòu)和功能及相互關(guān)系的學(xué)科。基因組學(xué)研究內(nèi)容的三個基本方面： 結(jié)構(gòu)基因組學(xué) （structural genomics）功能基因組學(xué) （functional genomics）比較基因組學(xué) （comparative genomics）由此又派生出其他研究分支。,人類基因組計劃,（ human genome project, HGP）,HGP的科學(xué)目標：

5、測定組成人類基因組的全部DNA序列，從而為闡明人類所有基因結(jié)構(gòu)與功能、解碼人類生命奧秘奠基。HGP的技術(shù)成果: 主要體現(xiàn)在對人類基因組整體結(jié)構(gòu)的認識，即人類基因組遺傳圖、物理圖、序列圖的完成，奠定了人類結(jié)構(gòu)基因組學(xué)基礎(chǔ)。而人類基因圖的完成，仍有大量工作要做。,遺傳圖（genetic map） 又稱連鎖圖（linkage map），是將每條染色體上的基因或遺傳標記的相對位置經(jīng)連鎖分析確定下來，構(gòu)成圖譜。,連鎖圖中兩個基因間

6、圖距以單位厘摩（cM）衡量。1厘摩（cM）=減數(shù)分裂時兩個基因間重組值為1%。人類基因組全長3600 cM。,遺傳標記：,第一代 限制片斷長度多態(tài)（RFLP） 第二代 短串連復(fù)制序列長度多態(tài)(STR)第三代 單核苷酸多態(tài)（SNP）,物理圖（physical map）　是確定各種遺傳標志之間的物理距離的圖譜，以堿基對的數(shù)量表示。,DNA序列標定部位（seguones tagged site, STS)重疊克隆群

7、（conting）YAC (yeast artificial chromosome)BAC (bacterial artificial chromosome),通過單拷貝DNA序列標定部位（STS）作路標來確定隨機長度的DNA片斷在染色體上的排列順序。這些克隆DNA片斷連接起來，形成重疊克隆群（Conting），再將一個個（Conting)相連成線狀，覆蓋整個染色體。,序列圖（seguence map） 是通過對基因組D

8、NA進行序列分析而建立的圖譜。,兩種技術(shù)路線：,1.公共序列路線,2.“鳥槍法”測序路線,在物理圖基礎(chǔ)上，將各個BAC克隆片段切成更短的片段，形成亞克隆分別進行測序，再將相互重疊的讀出序列組裝成連續(xù)重疊線。,直接將基因組DNA分割成20kb左右的小片段進行隨機測序，再用超級計算機組裝成重疊線。所形成的序列圖稱celera序列?！?ACGTCCGATCGGTTCATGCC

9、 TCGGTTCATGCCAATGCCGTCC…………,,基因圖（gene map） 在序列圖基礎(chǔ)上，用不同方法測定各個基因所在區(qū)域位置。,大多數(shù)持家基因和40%組織特異性基因5’端均存在CpG島序列。制備探針進行染色體涂染，間接指示基因位置分布。,基因圖測定方法：,1.CpG島的應(yīng)用：,2.計算機識別：,研發(fā)計算機GRAIL系統(tǒng)，可識別每個基因區(qū)的外顯子-內(nèi)含子接頭區(qū)保守序列。,3.cDNA策略：,由組織細胞中表達mRNA

10、，逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA片段，稱為表達序列標簽（EST），將收獲EST定位后，構(gòu)建的圖稱為轉(zhuǎn)錄圖，是人類基因圖雛形。,目前對人類基因組結(jié)構(gòu)的認識,1. 人類基因組DNA全長約3×109bp，相當3600cM。其中僅有約5%的序列為編碼序列（編碼蛋白或tRNA、rRNA等）。2. 人類基因組中約有3.6萬基因，其中編碼蛋白質(zhì)的外顯子只占基因組DNA的1%，內(nèi)含子則占24%。不同個體間，基因編碼僅有0.01%的

11、差異。 ３.基因在各個染色體上的分布是不均勻的，17、19、22號染色體基因密度最高，而4、13、18、X、Y染色體基因密度最低。人類基因組中約20%的區(qū)段是沒有基因的“沙漠”。,后基因組計劃（past-genome project，PGP）,人類基因組多樣性計劃 人類基因組的多樣性（種族多樣性、族群多樣性、個體特異性）。 功能基因組學(xué)（蛋白組學(xué)） 繪制基因表達圖 比較基因組學(xué) 各種

12、模式生物基因組序列的比較，生物基因組進化的連續(xù)性分析。 環(huán)境基因組學(xué) 研究與環(huán)境因素相關(guān)的疾病易感性基因。 疾病基因組學(xué) 分離重要疾病的致病基因與相關(guān)基因并確定其致病機制。 藥物基因組學(xué) 研究藥物多態(tài)性 生物信息學(xué) 應(yīng)用數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)檢索、獲取生物學(xué)數(shù)據(jù)并加工、存儲、分析。,研究領(lǐng)域,基因定位與克?。╣ene mapping and cloning ）,基因定位：,用一定方法，將各個基因

13、確定到染色體的實際位置。,主要方法 連鎖分析（linkage analysis） 體細胞雜交（somatic cell hybridization） 原位雜交（hybridization in situ） 放射雜種（radiation hybrid） 計算機識別（computer identify）,1．連鎖分析,兩個基因如連鎖，則重組值＜50%，且重組值與遺傳距離成正比。,兩個基因如非連鎖，則重組值=50%，即隨機

14、組合。,2.體細胞雜交,人/鼠融合細胞的特點： 融合細胞兼有有雙親細胞染色體，但鼠一方染色體一般全部保留，而人一方染色體在細胞增殖過程中優(yōu)先丟失，以至最后僅剩少數(shù)幾條，乃至1條人染色體是基因定位的好材料。結(jié)合染色體顯帶和生化分析技術(shù)，可把某些生化性狀決定基因定位在保留的一條染色體上。,3.原位雜交,熒光原位雜交（FISH）,,,,,,,,,,是核酸分子雜交技術(shù)在基因定位中的應(yīng)用。用經(jīng)放射性同位素標記的探針，同染色體標本載玻片上原

15、位變性的染色體DNA進行分子雜交，通過放射自顯影來檢測與探針雜交結(jié)合的染色體同源序列，依據(jù)放射性探針在染色體上的顯影位置進行基因定位。,4.放射雜種,,基因克隆,從基因組中把某一基因用一定方法分離出來，以便進行單一基因精細結(jié)構(gòu)和功能的研究。,基因克隆的三種策略： 功能克隆（functional clonins） 定位克?。╬ositional clonins） 候選克?。╟ardidate clonins）,1.