基因組學概論

1、會計學1基因組學概論基因組學概論第1頁/共75頁32 32 學時：學時：1616周，周，2 2學時學時/ /周周考試方式：考試方式：閉卷考試閉卷考試考試成績：考試成績：30%30%平時成績（出勤率平時成績（出勤率+ +課堂表現(xiàn)）課堂表現(xiàn)）+ +70%70%卷面成績卷面成績第1頁/共75頁第2頁/共75頁目目 錄錄n第第1 1章章 基因組學概論基因組學概論n第第2 2章章 基因組多態(tài)性基因組多態(tài)性n第第3 3章章 基因組作圖基因組作圖n第第4 4章章 基因組序列的詮釋基因組序列的詮釋n第第5 5章章 基因組的進化與分子系統(tǒng)學基因組的進化與分子系統(tǒng)學n第第6 6章章 重組重組DNADNA技術及其應

2、用技術及其應用n第第7 7章章 分子雜交與印跡技術分子雜交與印跡技術n第第8 8章章 PCRPCR技術及其應用技術及其應用n第第9 9章章 轉基因動物技術的應用與發(fā)展轉基因動物技術的應用與發(fā)展n第第1010章章 生物芯片的應用與發(fā)展生物芯片的應用與發(fā)展n第第1111章章 新基因功能研究的策略與方法新基因功能研究的策略與方法n第第1212章章 RNAiRNAi技術的應用與發(fā)展技術的應用與發(fā)展第2頁/共75頁第3頁/共75頁第第1 1章章 基因組學概論基因組學概論第3頁/共75頁第4頁/共75頁DNARNA 基因組學 轉錄組學蛋白質組學？蛋白質課程的依據(jù)和支撐：課程的依據(jù)和支撐：生命科學的重大基石

3、生命科學的重大基石 中心法則中心法則第4頁/共75頁第5頁/共75頁基因組學概念技術內(nèi)容發(fā)展第5頁/共75頁第6頁/共75頁一、基因組學概況一、基因組學概況（一）基因組學基本概念（一）基因組學基本概念（二）基因組學分支（二）基因組學分支（三）基因組學的意義（三）基因組學的意義第6頁/共75頁第7頁/共75頁（一）基因組學基本概念（一）基因組學基本概念1. 1. 基因（基因（genegene）2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）3. 3. 基因組學（基因組學（genomicsgenomics）第7頁/共75頁第8頁/共75頁1. 1. 基因基因(Gene)(Gene)基因基因(

4、 (gene)gene)是是19091909年丹麥植物學家年丹麥植物學家W.Johannsen W.Johannsen 根據(jù)希根據(jù)希臘文單詞臘文單詞genos(birth,genos(birth,給予生命）創(chuàng)造的。給予生命）創(chuàng)造的?，F(xiàn)代分子生物學的基因概念：現(xiàn)代分子生物學的基因概念： 基因是儲存和表達某一多肽鏈信息或基因是儲存和表達某一多肽鏈信息或RNARNA分析分析信息所必需的全部核苷酸序列，即一個基因不僅信息所必需的全部核苷酸序列，即一個基因不僅包括編碼蛋白質或包括編碼蛋白質或RNARNA的核酸序列，還應包括為的核酸序列，還應包括為保證轉錄所必需的調控序列。保證轉錄所必需的調控序列。 基因

5、是生命體傳遞和表達遺傳信息的基本單基因是生命體傳遞和表達遺傳信息的基本單位。位。第8頁/共75頁第9頁/共75頁2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）基因組基因組(genome)(genome)一詞系由德國漢堡大學一詞系由德國漢堡大學H. WinklesH. Winkles教授于教授于19201920年首創(chuàng)，從年首創(chuàng)，從GENeGENe和和chromosOMEchromosOME組成。用組成。用于表示于表示生物的全部基因和染色體組成的概念生物的全部基因和染色體組成的概念。基因組（基因組（genomegenome）：）：生物所具有的攜帶遺傳生物所具有的攜帶遺傳信息的遺傳物質的總和

6、信息的遺傳物質的總和, ,是指生物細胞中所有是指生物細胞中所有的的DNADNA，包括所有的基因和基因間區(qū)域。，包括所有的基因和基因間區(qū)域。人的核基因組：人的核基因組：3030億億bpbp（最新資料說（最新資料說28.528.5億）億） 2 2 2.52.5萬個蛋白編碼基因萬個蛋白編碼基因第9頁/共75頁第10頁/共75頁真核生物基因組：真核生物基因組：核基因組線粒體基因組葉綠體基因組原核生物基因組：原核生物基因組：染色體質粒病毒基因組：病毒基因組：病毒顆粒攜帶的遺傳物質第10頁/共75頁第11頁/共75頁3. 3. 基因組學（基因組學（genomicsgenomics）由美國科學家Thomas

7、ThomasRoderickRoderick于19861986年首創(chuàng)?；蚪M學（基因組學（genomicsgenomics）：）：就是對所有基因進行基因就是對所有基因進行基因作圖、核苷酸序列分析、作圖、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析基因定位和基因功能分析的一門學科。的一門學科。第11頁/共75頁第12頁/共75頁簡言之，簡言之，基因組學基因組學就是在就是在基因組水平基因組水平上研究上研究基基因組結構和功能因組結構和功能的科學，其內(nèi)容包括基因的的科學，其內(nèi)容包括基因的結結構、組成、存在方式、表達調控模式、基因的構、組成、存在方式、表達調控模式、基因的功能和相互作用功能和相互作用等，是研究

8、與解讀生物基因組等，是研究與解讀生物基因組所蘊藏的所有遺傳信息的一門新的前沿學科。所蘊藏的所有遺傳信息的一門新的前沿學科。第12頁/共75頁第13頁/共75頁（二）基因組學分支（二）基因組學分支結構基因組學結構基因組學功能基因組學功能基因組學比較基因組學比較基因組學第13頁/共75頁第14頁/共75頁1. 1. 結構基因組學結構基因組學通過基因組作圖、核苷酸通過基因組作圖、核苷酸序列分析，研究基因組結序列分析，研究基因組結構，確定基因組成、基因構，確定基因組成、基因定位的科學。定位的科學。第14頁/共75頁第15頁/共75頁（1 1）基因組測序）基因組測序 DNADNA測序測序:1000bp:

9、1000bp。 細菌基因組細菌基因組:58:58萬萬bpbp 人類基因組人類基因組: :3030億億bpbp。因此，首先將整個基因組的因此，首先將整個基因組的DNADNA分解為一分解為一 些小片些小片段，然后將這些分散的小片段逐個測序，最后將測段，然后將這些分散的小片段逐個測序，最后將測序的小片段按序列組裝。序的小片段按序列組裝。第15頁/共75頁第16頁/共75頁（2 2）基因組作圖）基因組作圖在長鏈在長鏈DNADNA分子的不同分子的不同位置尋找特征性的分子標位置尋找特征性的分子標記，繪制基因組圖。記，繪制基因組圖。根據(jù)分子標記可以準確無根據(jù)分子標記可以準確無誤地將已測序的誤地將已測序的DN

10、ADNA小片段小片段錨定到染色體的位置上。錨定到染色體的位置上。第16頁/共75頁第17頁/共75頁2. 2. 功能基因組學功能基因組學利用結構基因組學利用結構基因組學提供的信息和產(chǎn)物，提供的信息和產(chǎn)物，在基因組系統(tǒng)水平在基因組系統(tǒng)水平上全面分析基因功上全面分析基因功能的科學能的科學。第17頁/共75頁第18頁/共75頁功能基因組學的研究內(nèi)容功能基因組學的研究內(nèi)容: :(1)(1)進一步進一步識別基因以及基因轉錄調控信息識別基因以及基因轉錄調控信息。(2)(2)弄清弄清所有基因產(chǎn)物的功能所有基因產(chǎn)物的功能，這是目前基因組，這是目前基因組功能分析的主要層次。功能分析的主要層次。(3)(3)研究基

11、因的表達調控機制研究基因的表達調控機制，分析基因產(chǎn)物之，分析基因產(chǎn)物之間的間的相互作用關系相互作用關系，繪制基因調控網(wǎng)絡圖。，繪制基因調控網(wǎng)絡圖。第18頁/共75頁第19頁/共75頁3. 3. 比較基因組學比較基因組學研究不同物種之間在基因組結構和功能研究不同物種之間在基因組結構和功能方面的親源關系及其內(nèi)在聯(lián)系的學科。方面的親源關系及其內(nèi)在聯(lián)系的學科。第19頁/共75頁第20頁/共75頁比較基因組學的研究內(nèi)容比較基因組學的研究內(nèi)容: :(1)(1)繪制系統(tǒng)進化樹繪制系統(tǒng)進化樹，顯示進化過程中最主要的，顯示進化過程中最主要的變化所發(fā)生的時間及特點。據(jù)此可以追蹤物種的變化所發(fā)生的時間及特點。據(jù)此可

12、以追蹤物種的起源和分支路徑。起源和分支路徑。(2)(2)了解了解同源基因的功能同源基因的功能。(3)(3)對對序列差異性的研究序列差異性的研究有助于認識產(chǎn)生大自然生有助于認識產(chǎn)生大自然生物多樣性的基礎。物多樣性的基礎。第20頁/共75頁第21頁/共75頁（三）基因組學的意義（三）基因組學的意義生物學研究生物學研究醫(yī)學醫(yī)學生物技術生物技術制藥工業(yè)制藥工業(yè)社會經(jīng)濟社會經(jīng)濟生物進化生物進化倫理，法律及社會倫理，法律及社會尤其是人類疾病基因的研究尤其是人類疾病基因的研究第21頁/共75頁第22頁/共75頁(1)(1)單基因病疾病基因研究單基因病疾病基因研究, ,如血友病等如血友病等人類基因組計劃使我們

13、了解基因組序列。人類基因組計劃使我們了解基因組序列?，F(xiàn)在采用定位候選克隆方法極大地提高了現(xiàn)在采用定位候選克隆方法極大地提高了發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。第22頁/共75頁第23頁/共75頁（2 2）多基因病疾病基因研究，）多基因病疾病基因研究，例如心臟病，糖尿病，癌癥等。例如心臟病，糖尿病，癌癥等。 用比較基因表達譜的方法來識別疾病狀態(tài)下基用比較基因表達譜的方法來識別疾病狀態(tài)下基因的激活或抑制。因的激活或抑制。第23頁/共75頁第24頁/共75頁（3 3）癌癥基因組解剖學計劃）癌癥基因組解剖學計劃（Cancer Genome Anatomy ProjectCancer Genome

14、 Anatomy Project，CGAPCGAP） 19961996年癌癥基因組解剖學計劃開始。主要由美國年癌癥基因組解剖學計劃開始。主要由美國癌癥研究所（癌癥研究所（National cancer instituteNational cancer institute）開展。）開展。第24頁/共75頁第25頁/共75頁二、基因組學的歷史沿革第25頁/共75頁第26頁/共75頁（一）（一）19001900年代以前年代以前: :前遺傳學時代前遺傳學時代（1 1）1859 1859 年年C.Darwin C.Darwin 在在On the Origin ofOn the Origin ofSpec

15、iesSpecies這一名著中，提出了物種進化的這一名著中，提出了物種進化的自然選自然選擇學說擇學說達爾文進化論達爾文進化論。生物的來源生物的來源進化進化生物的性狀生物的性狀遺傳遺傳進化的動力進化的動力選擇選擇前遺傳學時代前遺傳學時代第26頁/共75頁第27頁/共75頁（2 2）18651865年年G.MendelG.Mendel發(fā)表豌豆雜交實驗結果，提出了遺發(fā)表豌豆雜交實驗結果，提出了遺傳學的兩大遺傳規(guī)律傳學的兩大遺傳規(guī)律分離規(guī)律分離規(guī)律和和獨立分配規(guī)律獨立分配規(guī)律，并認，并認為是為是生物體內(nèi)的生物體內(nèi)的遺傳因子遺傳因子或或遺傳顆粒遺傳顆?？刂粕镄誀羁刂粕镄誀?。前遺傳學時代前遺傳學時代第

16、27頁/共75頁第28頁/共75頁（二）（二）1900195019001950年代年代: :經(jīng)典遺傳學時代經(jīng)典遺傳學時代（標志：（標志： 1900 1900年年, ,孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn)標志著遺傳學的誕生）孟德爾遺傳規(guī)律再發(fā)現(xiàn)標志著遺傳學的誕生）人們開始把控制生物遺傳性狀的遺傳單人們開始把控制生物遺傳性狀的遺傳單位稱為位稱為基因基因(gene)(gene)。生命科學的研究基本生命科學的研究基本上都是圍繞著上都是圍繞著基因基因來進行。來進行。經(jīng)典遺傳學時代經(jīng)典遺傳學時代第28頁/共75頁第29頁/共75頁18391839年年 細胞學說的提出；細胞學說的提出；18691869年年 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNAD

17、NA；隨后，；隨后，RNARNA也被發(fā)現(xiàn)；也被發(fā)現(xiàn)；18791879年年 染色體的發(fā)現(xiàn)，并認為染色體最可能是染色體的發(fā)現(xiàn)，并認為染色體最可能是DNA DNA 、RNARNA和蛋白質的一種；和蛋白質的一種；19021902年年 染色體學說染色體學說的產(chǎn)生的產(chǎn)生, ,合理解釋了合理解釋了MendelMendel的實驗結果的實驗結果; ;19101910年年 發(fā)現(xiàn)了遺傳學的第三大遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)了遺傳學的第三大遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律連鎖遺傳規(guī)律（決定兩對性狀的兩對基因位于同一對染色體上，就會發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象）（決定兩對性狀的兩對基因位于同一對染色體上，就會發(fā)生連鎖遺傳現(xiàn)象）證明基因的確存在于染色體上，并呈

18、線狀排列。證明基因的確存在于染色體上，并呈線狀排列。19441944年年 證實了證實了DNADNA是攜帶遺傳信息、構成染色體的生物大是攜帶遺傳信息、構成染色體的生物大分子；分子；經(jīng)典遺傳學時代經(jīng)典遺傳學時代第29頁/共75頁第30頁/共75頁肺炎雙球菌的轉化實驗肺炎雙球菌的轉化實驗(Griffith, 1928;Avery,1944)(Griffith, 1928;Avery,1944)遺傳物質是D DN NA A經(jīng)典遺傳學時代經(jīng)典遺傳學時代第30頁/共75頁第31頁/共75頁遺傳物質是RNA噬菌體侵染細菌實驗噬菌體侵染細菌實驗遺傳物質是DNA煙草花葉病毒侵染實驗煙草花葉病毒侵染實驗經(jīng)典遺傳學

19、時代經(jīng)典遺傳學時代第31頁/共75頁第32頁/共75頁總之總之，自從人們認識到，自從人們認識到“基因決定生物性基因決定生物性狀狀”，“基因的本質就是基因的本質就是核酸核酸主要是主要是DNADNA”之后，就之后，就從來沒有停止對基因的研究從來沒有停止對基因的研究。經(jīng)典遺傳學時代經(jīng)典遺傳學時代第32頁/共75頁第33頁/共75頁（三）（三）1950199019501990年代年代: :分子生物學時代分子生物學時代 （前基因組學時代）（前基因組學時代）（標志：（標志：Watson & Crick Watson & Crick 的的DNADNA雙螺旋結雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)構的發(fā)現(xiàn) Natu

20、reNature1953.4.251953.4.25，標志，標志著分子生物學時代的開始）著分子生物學時代的開始）分子生物學時代分子生物學時代第33頁/共75頁第34頁/共75頁19531953年年，J.WatsonJ.Watson，F(xiàn).CrickF.Crick根據(jù)根據(jù)DNADNA的的X X射線衍射圖射線衍射圖譜，提出了譜，提出了DNADNA雙螺旋結構模型雙螺旋結構模型，解釋，解釋基因復制的機制基因復制的機制，從而真正開始從分子水平上研究生命活動。從而真正開始從分子水平上研究生命活動。 生物學研究也從此進入了分子生物學時代。生物學研究也從此進入了分子生物學時代。分子生物學時代分子生物學時代第34

21、頁/共75頁第35頁/共75頁James Dewey Watson（1928）Francis Harry Compton Crick（19162004）分子生物學時代分子生物學時代第35頁/共75頁第36頁/共75頁1953197019531970年年，分子生物學的迅猛發(fā)展分子生物學的迅猛發(fā)展: : mRNAmRNA、DNADNA聚合酶、聚合酶、RNARNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)；聚合酶的發(fā)現(xiàn)；DNADNA半保留復制機理、操縱子學說等的提出；半保留復制機理、操縱子學說等的提出；遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)，其通用性的證明；6464個密碼子破譯；個密碼子破譯；中心法則：中心法則：“DNA

22、RNADNARNA蛋白質蛋白質”的建立的建立, ,標志著標志著分子生物學學科理論體系形成；分子生物學學科理論體系形成；重組重組DNADNA技術的建立技術的建立，使得分子生物學的，使得分子生物學的技術體系技術體系初初步形成步形成，或者說，生命科學進入了，或者說，生命科學進入了前基因組學時代前基因組學時代。分子生物學時代分子生物學時代第36頁/共75頁第37頁/共75頁1.1.逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)，修正和完善了中心法則中心法則：DNADNARNARNA蛋白質蛋白質DNARNA？蛋白質轉錄轉錄逆轉錄轉錄逆轉錄翻譯？翻譯翻譯分子生物學時代分子生物學時代第37頁/共75頁第38頁/

23、共75頁2020世紀世紀8080年代，年代，人們從瘋牛病等疾病中發(fā)現(xiàn)其感染人們從瘋牛病等疾病中發(fā)現(xiàn)其感染因子因子是一種與正常細胞膜蛋白（是一種與正常細胞膜蛋白（PrPCPrPC）一級結構完）一級結構完全相同，但高級結構、理化特性不同的全相同，但高級結構、理化特性不同的PrPScPrPSc或或prionprion蛋白蛋白（阮蛋白？）。（阮蛋白？）。 目前的研究提示，這種不含有核酸的目前的研究提示，這種不含有核酸的prionprion蛋白蛋白似乎具有自身復制的能力，似乎具有自身復制的能力，也就是說這種蛋白本身也就是說這種蛋白本身就儲備了生命活動必需的遺傳信息。就儲備了生命活動必需的遺傳信息。2.P

24、rion2.Prion蛋白的發(fā)現(xiàn)進一步推動中心法則的演變蛋白的發(fā)現(xiàn)進一步推動中心法則的演變分子生物學時代分子生物學時代第38頁/共75頁第39頁/共75頁？蛋白質DNARNA比較完善的中心法則個人觀點轉錄逆轉錄翻譯分子生物學時代分子生物學時代第39頁/共75頁第40頁/共75頁3.3.工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組工具酶的發(fā)現(xiàn)、重組DNADNA技術的建立技術的建立4.“斷裂基因斷裂基因”的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)5.DNA測序測序方法建立，讀取遺傳信息成為可能；方法建立，讀取遺傳信息成為可能；6.PCR技術技術建立，建立，7.基因基因表達與調控表達與調控研究的不斷拓寬和深入；研究的不斷拓寬和深入；8.轉基因轉基因技術的

25、建立與轉基因動植物的成功；技術的建立與轉基因動植物的成功；9.人類疾病的人類疾病的基因診斷基因診斷和和基因治療基因治療 分子生物學時代分子生物學時代盡管人類很早就開始了對盡管人類很早就開始了對基因基因的的研究研究，但真，但真正有系統(tǒng)地正有系統(tǒng)地研究基因組、解碼生命研究基因組、解碼生命還是于還是于19901990年年人類基因組計劃啟動后才開始的。人類基因組計劃啟動后才開始的。第40頁/共75頁第41頁/共75頁（四）（四）1990200019902000年代：基因組學時代年代：基因組學時代（標志：人類基因組計劃的實施標志著基因（標志：人類基因組計劃的實施標志著基因組學時代的開始）組學時代的開始）

26、基因組學時代基因組學時代第41頁/共75頁第42頁/共75頁1.1.人類基因組計劃人類基因組計劃人們回顧過去的20世紀一百年中所取得的輝煌成就時，認為最激動人心的偉大創(chuàng)舉之一就是和“曼哈頓原子彈計劃”、“阿波羅人類登月計劃”一起被譽為20世紀科學史上三個里程碑的“人類基因組計劃”(human genome project,HGP)?；蚪M學時代基因組學時代第42頁/共75頁第43頁/共75頁19851985年年5 5月，美國能源部月，美國能源部提出提出“人類基因組計劃草案人類基因組計劃草案；19861986年年3 3月月7 7日，日，Dulbecco RDulbecco R在在ScienceS

27、cience上發(fā)表了上發(fā)表了一篇有關開展人類基因組計劃的短文一篇有關開展人類基因組計劃的短文, ,推動了全世界的人推動了全世界的人類基因組計劃的發(fā)展；類基因組計劃的發(fā)展；19901990年年1010月月1 1日日美國國會美國國會正式批準正式批準的的“人類基因組計人類基因組計劃劃”。計劃在。計劃在1515年內(nèi)投入年內(nèi)投入3030億美元以上的資金進行人類億美元以上的資金進行人類基因組的分析，即對人類基因組的分析，即對人類3 310109 9個核苷酸進行測序。個核苷酸進行測序?；蚪M學時代基因組學時代第43頁/共75頁第44頁/共75頁（1 1）HGP(human genome project,HG

28、P)HGP(human genome project,HGP)的內(nèi)容：的內(nèi)容：人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、人類基因組作圖及序列分析，基因的鑒定、基因組研究技術的建立與創(chuàng)新、模式生物基因基因組研究技術的建立與創(chuàng)新、模式生物基因組作圖和測序、信息系統(tǒng)的建立、儲存及相應組作圖和測序、信息系統(tǒng)的建立、儲存及相應軟件的開發(fā)、相關產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。軟件的開發(fā)、相關產(chǎn)業(yè)的開發(fā)等。2.HGP2.HGP的內(nèi)容、任務與進展的內(nèi)容、任務與進展基因組學時代基因組學時代第44頁/共75頁第45頁/共75頁（2 2）HGPHGP的任務的任務HGPHGP的基本任務可用的基本任務可用4 4張圖譜來概括，即張圖譜來概括，

29、即遺傳遺傳圖、物理圖、轉錄圖（基因圖）、序列圖圖、物理圖、轉錄圖（基因圖）、序列圖。基因組學時代基因組學時代第45頁/共75頁第46頁/共75頁A.A. 遺傳圖遺傳圖(genetic map)(genetic map)：又稱連鎖圖又稱連鎖圖( (linkagemaplinkagemap),),是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標記作為是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標記作為“位標位標”，遺傳，遺傳學距離為學距離為“圖距圖距”的基因組圖。的基因組圖。 需要應用多態(tài)性標志需要應用多態(tài)性標志RFLPRFLP、VNTRVNTR（串聯(lián)重復順序（串聯(lián)重復順序多態(tài)性）、多態(tài)性）、SNPSNP。B.B.物理圖譜（物理圖譜（ph

30、ysical mapphysical map）：）：是以一段已知核苷是以一段已知核苷酸的酸的DNADNA片段為片段為“位標位標”, ,以以DNADNA實際長度實際長度(Mb(Mb或或Kb)Kb)作作為圖距的基因組圖。為圖距的基因組圖。基因組學時代基因組學時代第46頁/共75頁第47頁/共75頁C.C.轉錄圖（轉錄圖（transcription map)transcription map)：是以表達是以表達序列標記序列標記(expressed sequence tags,EST)(expressed sequence tags,EST)作為位標，實際上就是人類作為位標，實際上就是人類“ “ 基因

31、圖基因圖” ” 的的雛雛形形，又稱，又稱cDNAcDNA圖或圖或“表達序列圖表達序列圖”。D.D.序列圖序列圖(sequence map)(sequence map)：也就是人類基因組也就是人類基因組核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳核苷酸序列圖，是分子水平上最高層次、最詳盡的物理圖。盡的物理圖?；蚪M學時代基因組學時代第47頁/共75頁第48頁/共75頁物理圖譜序列圖譜遺傳圖譜轉錄圖譜這四張圖被譽為人類這四張圖被譽為人類“分子水平上的的解剖圖分子水平上的的解剖圖”或或“生命元素周期表生命元素周期表”，可見其重要性。，可見其重要性。基因組學時代基因組學時代第48頁/共75頁第49頁/共7

32、5頁3. HGP3. HGP的幾個階段性工作的幾個階段性工作（1 1）在）在20002000年年6 6月月完成完成“工作框架圖工作框架圖”。（2 2）在）在20012001年年2 2月月1515日、日、1616日日NatureNature、ScienceScience幾乎同時幾乎同時發(fā)表人類基因組的草圖發(fā)表人類基因組的草圖, ,人類基因組計劃的測序基本完成。人類基因組計劃的測序基本完成。（3 3）20012001年年完成的序列圖譜完成的序列圖譜?；蚪M學時代基因組學時代（4 4）20032003年年4 4月）月）HGPHGP正式宣告全部完成正式宣告全部完成, ,各項指標均如各項指標均如期完成。

33、期完成。（5 5） 2005 2005年年2 2月月1818日首次公布人類日首次公布人類基因差異圖譜基因差異圖譜，從而，從而向真正向真正個人化醫(yī)療個人化醫(yī)療邁進了一大步。邁進了一大步。（6 6）20042004年年1010月月2121日日, ,認為人類只有認為人類只有2 2萬萬 2.52.5萬個基因萬個基因, ,比原先預計的比原先預計的1010萬個基因數(shù)要少得多。萬個基因數(shù)要少得多。第49頁/共75頁第50頁/共75頁最新研究顯示人類基因數(shù)量比原先估計少得多，這是人最新研究顯示人類基因數(shù)量比原先估計少得多，這是人類與其他種類基因數(shù)量的比較類與其他種類基因數(shù)量的比較 (2004.10.21(20

34、04.10.21NatureNature) )30,000Mouse基因組學時代基因組學時代第50頁/共75頁第51頁/共75頁（五）（五）20012001后基因組學時代后基因組學時代（標志：標志：功能基因組學、蛋白質組學的功能基因組學、蛋白質組學的興起標志著后基因組學時代的開始興起標志著后基因組學時代的開始）后基因組學時代后基因組學時代第51頁/共75頁第52頁/共75頁三、后基因組學產(chǎn)生的背景第52頁/共75頁第53頁/共75頁遺傳信息并不直接參與生命活動遺傳信息并不直接參與生命活動。一個基因所。一個基因所含的遺傳信息，通過一系列復雜的反應，最終含的遺傳信息，通過一系列復雜的反應，最終導致

35、了相應的蛋白質形成，導致了相應的蛋白質形成，蛋白質再參與到生蛋白質再參與到生命的各種活動中去。命的各種活動中去。第53頁/共75頁第54頁/共75頁不管怎么說，人類基因組計劃（不管怎么說，人類基因組計劃（HGPHGP）經(jīng)過各）經(jīng)過各國科學家十幾年的的努力，人類基因組計劃已取國科學家十幾年的的努力，人類基因組計劃已取得了巨大成績得了巨大成績, ,整個計劃已提前完成整個計劃已提前完成. .所取得的劃所取得的劃時代研究成果時代研究成果人類基因草圖的完成宣告了一個人類基因草圖的完成宣告了一個新的紀元新的紀元“ “ 后基因組學（后基因組學（post-genomicspost-genomics）時）時代代

36、”的到來。的到來。第54頁/共75頁第55頁/共75頁后基因組學時代要做的工作，就是后基因組學時代要做的工作，就是如何將人如何將人類基因組計劃所獲知的人類基因序列轉變?yōu)轭惢蚪M計劃所獲知的人類基因序列轉變?yōu)閷θ祟愖陨韸W秘的認識？如何對這些基因加對人類自身奧秘的認識？如何對這些基因加以利用？以利用？功能基因組學將成為新世紀最大戰(zhàn)略資源功能基因組學將成為新世紀最大戰(zhàn)略資源人類基因資源奪戰(zhàn)的重要人類基因資源奪戰(zhàn)的重要“戰(zhàn)場戰(zhàn)場” ” 。第55頁/共75頁第56頁/共75頁功能基因組學主要是采用一系列新技術，對功能基因組學主要是采用一系列新技術，對成千上萬的基因表達進行分析比較，并成千上萬的基因表達進

37、行分析比較，并從基從基因整體水平上因整體水平上對基因的活動規(guī)律進行闡述。對基因的活動規(guī)律進行闡述。它拋棄了經(jīng)典分子生物學它拋棄了經(jīng)典分子生物學零敲碎打地零敲碎打地研究各研究各別基因的習慣，力求從細胞水平上解決基因別基因的習慣，力求從細胞水平上解決基因組問題組問題，以建立對生命現(xiàn)象的，以建立對生命現(xiàn)象的整體認識整體認識。第56頁/共75頁第57頁/共75頁在過去的在過去的5050多年內(nèi)，實驗生命科學的多年內(nèi)，實驗生命科學的主主要目標要目標是尋找是尋找特定的特定的基因基因或或蛋白質蛋白質，從，從而在分子水平上根據(jù)而在分子水平上根據(jù)個別的個別的基因基因或或蛋白蛋白質質行為來行為來解釋生命活動解釋生命

38、活動。第57頁/共75頁第58頁/共75頁隨著科學的發(fā)展，人們逐漸認識到，過去得隨著科學的發(fā)展，人們逐漸認識到，過去得到的圖景過于到的圖景過于簡單簡單。生命實際上是一個由。生命實際上是一個由成成千上萬種千上萬種基因、蛋白質和其他化學分子基因、蛋白質和其他化學分子相互相互作用構成的作用構成的復雜系統(tǒng)復雜系統(tǒng)；對于高等生物而言，；對于高等生物而言，除了除了分子層面分子層面的復雜行為外，還有著的復雜行為外，還有著細胞、細胞、組織和器官等不同層面組織和器官等不同層面的復雜活動；生命現(xiàn)的復雜活動；生命現(xiàn)象是這樣一種復雜系統(tǒng)的整體行為。象是這樣一種復雜系統(tǒng)的整體行為。第58頁/共75頁第59頁/共75頁四

39、、后基因組學的主要研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢第59頁/共75頁第60頁/共75頁 20 20世紀是以世紀是以核酸的研究核酸的研究為中心，帶動了生命為中心，帶動了生命科學不斷向縱深發(fā)展：科學不斷向縱深發(fā)展： 50 50年代的年代的DNADNA雙螺旋結構，雙螺旋結構， 60 60年代的操縱子學說，年代的操縱子學說， 70 70年代的年代的DNADNA重組重組, , 80 80年代的年代的PCRPCR技術，技術， 90 90年代的年代的DNADNA測序測序, , 21 21世紀的蛋白質組技術、基因（生物）芯片技世紀的蛋白質組技術、基因（生物）芯片技術、術、RNAiRNAi技術、干細胞研究等都具有里程碑的意義

40、。技術、干細胞研究等都具有里程碑的意義。第60頁/共75頁第61頁/共75頁將生命科學帶向一個：將生命科學帶向一個：由宏觀到微觀再到宏由宏觀到微觀再到宏觀、由分析到綜合的時代觀、由分析到綜合的時代。那么，。那么，2121世紀生命世紀生命科學發(fā)展趨勢怎樣呢？隨著科學發(fā)展趨勢怎樣呢？隨著“人類基因組計劃人類基因組計劃”的實施和完成，人類基因組研究的重點正在由的實施和完成，人類基因組研究的重點正在由“結構結構”向向“功能功能”轉移。轉移。在在2121世紀的生命科學世紀的生命科學后基因組學后基因組學時代，主要時代，主要的的重點研究領域重點研究領域有那些呢？有那些呢？第61頁/共75頁第62頁/共75頁

41、（一）功能基因組學（一）功能基因組學（Functional genomicsFunctional genomics）（二）轉錄組學（二）轉錄組學（TranscriptomicsTranscriptomics）（三）蛋白質組學（三）蛋白質組學 （Proteomics)Proteomics)（四）代謝組學（四）代謝組學 (Metabolomics)(Metabolomics)（五）糖組學（五）糖組學 (Glycomics)(Glycomics)（六）表型組學（六）表型組學(Phenomics)(Phenomics) 因此，我們認為，因此，我們認為，2121世紀的生命科學主要世紀的生命科學主要的的重

42、點研究領域重點研究領域有：有：（七）相互作用組學（七）相互作用組學(Interactomics)(Interactomics)第62頁/共75頁第63頁/共75頁以上內(nèi)容構成了后基因組學的以上內(nèi)容構成了后基因組學的時代特征時代特征、主要、主要研究內(nèi)容研究內(nèi)容和和發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢。我們有理由相信，后基因組計劃將比人類基因我們有理由相信，后基因組計劃將比人類基因組計劃更宏偉，將給人類社會和人們的生活帶來更組計劃更宏偉，將給人類社會和人們的生活帶來更加深刻的影響。加深刻的影響。（九）生物信息學（九）生物信息學(Bioinformatics)(Bioinformatics)( (十十) ) 腦研究腦研

43、究(Brain Research(Brain Research；腦計劃；腦計劃,Brain,BrainProject ) Project ) （神經(jīng)、認知、記憶、智力等等）（神經(jīng)、認知、記憶、智力等等）（八）免疫組學（八）免疫組學(Immnuomins)(Immnuomins)第63頁/共75頁第64頁/共75頁所需要的生物學技術所需要的生物學技術1. 1. 重組重組DNADNA技術；技術；2. PCR2. PCR技術；技術；3. DNA3. DNA測序技術；測序技術；4. 4. 轉基因技術；轉基因技術；5. 5. 基因敲出與基因敲入；基因敲出與基因敲入；6. RNAi6. RNAi技術；技術

44、；7. 7. 生物信息學技術；生物信息學技術；8. 8. 蛋白質研究技術；蛋白質研究技術；9. 9. 組合化學技術；組合化學技術；10.10.生物芯片（生物芯片（DNADNA芯片、蛋白芯片）技術；芯片、蛋白芯片）技術；第64頁/共75頁第65頁/共75頁思考題思考題1.1.基因組與基因組學的概念基因組與基因組學的概念. .2.2.基因組學包括哪些研究內(nèi)容基因組學包括哪些研究內(nèi)容? ?3.3.基因組學的歷史變革與發(fā)展趨勢基因組學的歷史變革與發(fā)展趨勢? ?4.4.凡是疾病都與基因有關凡是疾病都與基因有關 ? ?5.5.基因組學的發(fā)展與人類的生存、生活及健基因組學的發(fā)展與人類的生存、生活及健 康的關系？康的關系？第65頁/共75頁第66頁/共75頁第66頁/共75頁第67頁/共75頁（一）基因組學基本概念（一）基因組學基本概念1. 1. 基因（基因（genegene）2. 2. 基因組（基因組（genomegenome）3. 3. 基因組學（基因組學（genomicsgenomics）第67頁/共75頁第68頁/共75頁簡言之，簡言之，基因組學基因組學就是在就是在基因組水平基因組水平上研究上研究基基因組結構和功能因組結構和功能的科學，其內(nèi)容包括基因的的科學，其內(nèi)容包括基因的結結