人類基因體計(jì)畫(huà)

人類基因體計(jì)畫(huà)1/12/20231人類基因體計(jì)畫(huà)Thesequenceofthehumangenome人類基因體計(jì)畫(huà)(續(xù))1/12/20232人類基因體計(jì)畫(huà)1/12/20233人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體計(jì)畫(huà)(HumanGenomeProject,HGP)1985年美國(guó)能源部（DOE）健康總署和環(huán)境部門(mén)提出1987年啟動(dòng)1988年9月美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院（NIH）建立專門(mén)機(jī)構(gòu)1988年Celera公司加入基因定序研究2001年2月宣布人類基因輿圖完成

→完成人類DNA中30億個(gè)鹼基的排序→辨識(shí)出人類DNA中30,000個(gè)基因→生物技術(shù)進(jìn)入人類基因圖譜後世代(Post-genomicera)1/12/20234人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體計(jì)畫(huà)(續(xù))1/12/20235人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體計(jì)畫(huà)1/12/20236人類基因體計(jì)畫(huà)已完成排序的大基因體1995-2002–About35bacterialgenomes;

細(xì)菌0.5-5Mb;hundredsto2000genes1996April–Yeast

(Saccharomycescerevisiae)12Mb,5,500genes

酵母1998Dec.-Worm

(Caenorhabditiselegans)

97Mb,19,000genes

線蟲(chóng)2000March-Fly

(Drosophilamelanogaster)

137Mb,13,500genes

果蠅2000Dec.-Mustard

(Arabidopsisthaliana)

125Mb,25,498genes

阿拉伯芥2000June–Human

(Homosapiens)1stroughdraft2001Feb15/16–Human,“workingdraft”

人類3000Mb,35,000~40,000genes已完成排序的大基因體CBL@NCU1/12/20237人類基因體計(jì)畫(huà)Sequencedeukaryoticgenomes1/12/20238人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體的定序概況人類基因體計(jì)劃在草圖完成主要的突破人類遺傳圖譜的完成定序技術(shù)進(jìn)步任意定序方式(shotgun)EST的發(fā)展其他物種定序的完成最困難的部分異染色絲(Heterochromatin)重複性的序列(repetitivesequence)重複區(qū)段(duplicate)1/12/20239人類基因體計(jì)畫(huà)霰彈槍法決定全基因體序列由上而下的策略需做基因庫(kù)(library)與定序兩種人才決定圖譜(mapping)是的速率決定步驟霰彈槍法決定全基因體序列做完基因庫(kù)後,只需定序人才增加定序儀,即可增加定序的速率單一步驟,可平行處理1/12/202310人類基因體計(jì)畫(huà)具爭(zhēng)議性的CraigVenter表現(xiàn)序列標(biāo)幟(expressedsequencetag,EST)以霰彈槍法決定微生物的全基因體序列以霰彈槍法決定果蠅與人的全基因體序列Picturetakenfrom/time/poy2000/mag/venter.html1/12/202311人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體的基本特性人類基因體初估3200Mb，可找到30000多個(gè)基因基因的密度約為每12~15Mb出現(xiàn)一個(gè)基因在染色體富含G，C的地方，通?；蜉^多在3.2Gb的基因體中，2.95Gb為真染色絲(euchromatin)超過(guò)一半的基因體都是一些重複性的序列估計(jì)有1.4×106個(gè)SNP在染色體中節(jié)及末端附近有許多從染色體其他處甚至其他染色體複製來(lái)的區(qū)段(duplicate)基因大小平均為30kb，差異很大1/12/202312人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體的基本特性人類基因的複雜性高，不需以增加基因數(shù)量來(lái)進(jìn)化蛋白質(zhì)的複雜性較高一個(gè)基因產(chǎn)生多個(gè)蛋白質(zhì)產(chǎn)物基因的調(diào)控方式較精緻人類基因數(shù)量可能被低估人類基因的intron較長(zhǎng)有些地方尚未定序完成－異染色絲區(qū)基因預(yù)測(cè)軟體是根據(jù)已知的基因?yàn)榛A(chǔ)預(yù)測(cè)序列中含有基因之可能性，對(duì)於一些完全未知的基因則無(wú)法偵測(cè)1/12/202313人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因體及基他已定序生物的比較負(fù)責(zé)基本生命現(xiàn)象的基因仍佔(zhàn)多數(shù)人類在演化上並未增加太多新的domain人類在每個(gè)蛋白質(zhì)家族中的數(shù)量較其他動(dòng)物多1/12/202314人類基因體計(jì)畫(huà)人類基因序列能給我們什麼訊息人類基因體包含約三十一億六千四百七十萬(wàn)個(gè)（3,164,700,00）核甘酸鹼基（A,C,T,G）一般的基因平均含有三千個(gè)鹼基，但其大小變異很大，最大的人類基因是dystrophin，含有二百四十萬(wàn)個(gè)鹼基基因總數(shù)估計(jì)在30,000至35,000之間，這比以前估計(jì)的在80,000至140,000之間少，原因是以前是根據(jù)富含基因區(qū)域基因數(shù)推延所估計(jì)，相對(duì)於現(xiàn)在是基因富含區(qū)與基因貧乏區(qū)所組合而成所有的人類中，幾乎是所有的（99.9%）的核甘酸鹼基是完全相同的在已發(fā)現(xiàn)的基因中，超過(guò)的50%基因其功能仍是未知1/12/202315人類基因體計(jì)畫(huà)生物資訊的應(yīng)用(1/2)生物醫(yī)學(xué):找尋造成疾病的基因遺傳學(xué):DNA序列的變異個(gè)人識(shí)別(基因指紋技術(shù))人類學(xué):SNPs個(gè)體間之遺傳變化分類學(xué):序列分析生物分類演化學(xué):序列比對(duì)物種演化關(guān)係診斷疾病的方法瞭解疾病的成因?qū)ふ抑委熂膊〉乃幬飩€(gè)人化醫(yī)療族群大小遷移模式歷史性變化線索1/12/202316人類基因體計(jì)畫(huà)生物資訊的應(yīng)用(2/2)藥理學(xué):蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)藥物設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)學(xué):SNPs:探討造成此類個(gè)體差異之來(lái)源個(gè)人化的營(yíng)養(yǎng)規(guī)劃「飲食營(yíng)養(yǎng)因子」與基因之交互作用飲食營(yíng)養(yǎng)因子影響基因之表現(xiàn)?；蜃儺愑绊憼I(yíng)養(yǎng)之吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存、代謝利用，進(jìn)而影響功能，最終影響健康。生態(tài)學(xué):物種分佈資訊與生態(tài)環(huán)境因子之關(guān)係預(yù)測(cè)未來(lái)生物的分佈。1/12/202317人類基因體計(jì)畫(huà)分子醫(yī)學(xué)（MolecularMedicine）增進(jìn)疾病的診斷由於遺傳產(chǎn)生疾病的早期偵測(cè)合理的藥物設(shè)計(jì)基因療法和藥物的控制系統(tǒng)基因藥物學(xué)---量身定作的藥

1/12/202318人類基因體計(jì)畫(huà)生物資訊1/12/202319人類基因體計(jì)畫(huà)生物學(xué)突破性進(jìn)展1959:DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有具體模型去瞭解遺傳原理 分子生物學(xué)蓬勃發(fā)展對(duì)複製現(xiàn)象有深入了解1973:遺傳工程技術(shù)的建立有改變活細(xì)胞性質(zhì)的能力使某一段特定DNA片段能被增值出來(lái)做探針使某一段特定DNA片段能被大量表現(xiàn)為蛋白質(zhì)為基因體分析壂定良好基礎(chǔ)1990:「人類基因體」分析計(jì)劃:生物、數(shù)理、與資訊科學(xué)的整合生物資訊學(xué)科學(xué)月刊2002年1月生物資訊1/12/202320人類基因體計(jì)畫(huà)YM-Biochem發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)遺傳工程技術(shù)的建立「人類基因體」分析計(jì)畫(huà)？數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、統(tǒng)計(jì)、電腦科學(xué)的整合195319731990生物資訊(續(xù))1/12/202321人類基因體計(jì)畫(huà)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)PotentialBiotechIndustries生物醫(yī)學(xué)Biomedical生物食品Biofood-products生物材料Biomaterial生物農(nóng)業(yè)Bioagriculture生物資源Bioresurces生物環(huán)保Bioenvironmental生物電子Bioelectronics生物製程BioindustrialProcess1/12/202322人類基因體計(jì)畫(huà)9008012000年之前，瓶頸：資訊產(chǎn)出1990US$3-5/base1997

US$0.5/base2000US$0.2/base2002US$0.1/base2003US$0.01/base2004US$0.05/base2000年之後，瓶頸：資訊解讀基因資訊發(fā)展趨勢(shì)1/12/202323人類基因體計(jì)畫(huà)900801Bioinformatics生物資訊學(xué)生物資訊學(xué)（Bioinformatics)是有系統(tǒng)地收集、分類、比對(duì)、整理、連結(jié)生物分子的基因序列與各層次生物構(gòu)造及其互動(dòng)機(jī)制之科學(xué)與技術(shù)，其目的在了解生物細(xì)胞生理機(jī)制，提供解決生物及醫(yī)學(xué)難題之方法。DNADNARNAProteinReplicationTranscriptionTranslationCell複製轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯Lead-targetinteractiondataClinicaltrialdataDrugResponsedataDNAandProteinsequencedataGenomesandmapsExpressiondataProtein3-Dstructureandactivitydata1/12/202324人類基因體計(jì)畫(huà)利用大量資訊做觀察,形成假說(shuō),再測(cè)試假說(shuō)。(不全靠實(shí)驗(yàn)做觀察)主要任務(wù)是將紊亂的數(shù)據(jù)(data)整理為資訊(information),再消化這些資訊而轉(zhuǎn)化為知識(shí)(knowledge)。即利用ComputationalBiology的理論基礎(chǔ)及分析方式來(lái)瞭解序列中存在的資訊。Comparativegenomics藉由不同物種(或族群)間基因序列變異性或相似性來(lái)重建分子演化歷史。Functionalgenomics分析鑑定不同發(fā)育過(guò)程中相關(guān)的功能性基因及不同組織中相關(guān)基因的表現(xiàn)程度。Proteomics/structuralgenomics藉由同源及基因表現(xiàn)的分析定性基因產(chǎn)物proteomics或預(yù)測(cè)基因產(chǎn)物(蛋白質(zhì))結(jié)構(gòu)及相關(guān)蛋白質(zhì)交互作用structuralgenomics

Bioinformatics生物資訊學(xué)1/12/202325人類基因體計(jì)畫(huà)900801ExperimentApplications

&ServicesSpecializedDatabaseUser-InterfaceSoftware

DevelopmentProgramming&ComputingMethodology&AlgorithmSequenceAlignmentPatternRecognitionDataFilteringOptimizationStatisticalAnalysisComputer

ProgrammingParallelComputingTesting&

VerificationExperimentalBiology

MicrarrayCrystallography生物資訊技術(shù)及應(yīng)用

BioinformaticsTechnologies&ApplicationsDataIntegrationDatabase

ManagementStandardizationClinicalInformationData

SourcingGenomeSequencing

MicroarrayCrystallographyLiteratureHardwareDevelopmentGeneDiscoveryGeneFunctionsDrugTargetsGeneVariants

ProteomicsPhylogenics1/12/202326人類基因體計(jì)畫(huà)多態(tài)性（polymorphisms）我們每一個(gè)人的遺傳基因，多少含有一些遺傳變異。大部分的遺傳變異不會(huì)致病，稱為（遺傳的）多態(tài)性（polymorphisms）。人類的ABO血型就是一種多態(tài)性，由於ABO血型基因的多態(tài)性（正常變異）（normalvariations）。導(dǎo)致人類有A型、B型、AB型、及O型種種不同血型。☆SNP在人類基因組中約分布著1,420,000個(gè)單鹼基多態(tài)性(single

nucleotide

polymorphisms,

SNPs)分佈密度非常大每1910個(gè)鹼基就有一個(gè)SNP1/12/202327人類基因體計(jì)畫(huà)重複片段序列STRs(ShortTandemRepeats)VNTR:VariableNumberofTandemRepeatsHypervariableRegionsofHumanDNAShortsequenceofDNAthatisrepeatedinahead-to-tailfashionOccurataspecificchromosomallocusInterspersedthroughoutthehumangenomeNumberofrepeatedunitsvarybetweenindividuals1aatttttgtattttttttagagacggggtttcaccatgttggtcaggctgactatggagt61tattttaaggttaatatatataaagggtatgatagaacacttgtcatagtttagaacgaa121ctaacgatagatagatagatagatagatagatagatagatagatagatagatagacagat

181tgatagtttttttttatctcactaaatagtctatagtaaacatttaattaccaatatttg241gtgcaattctgtcaatgaggataaatgtggaatcgttataattcttaagaatatatattc301cctctgagtttttgatacctcagattttaaggccExample:D7S280

1/12/202328人類基因體計(jì)畫(huà)微生物基因體學(xué)

（MicrobialGenomics）病源菌的快速偵測(cè)與治療新能源（生物燃料）環(huán)境監(jiān)測(cè)以偵測(cè)污染物保護(hù)免於生物和化學(xué)戰(zhàn)的傷害安全、有效的有毒廢棄物清除

1/12/202329人類基因體計(jì)畫(huà)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（RiskAssessment）評(píng)估放射線暴露對(duì)健康所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)與傷害評(píng)估暴露於致突變化學(xué)物和致癌毒物對(duì)健康所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)與傷害降低遺傳性突變的可能性

1/12/202330人類基因體計(jì)畫(huà)古生物學(xué)、人類學(xué)、演化和人類遷移

（Bioarchaeology,Anthropology,Evolution,andHumanMigration）在系譜中經(jīng)由生殖細(xì)胞的突變研究演化基於母系遺傳研究不同族群的遷移變化研究染色體的突變，以追溯男性的系譜和遷移將突變演化中之轉(zhuǎn)折點(diǎn)與族群的年齡和歷史事件作比較

1/12/202331人類基因體計(jì)畫(huà)比較蛋白質(zhì)/DNA序列可找出

基因/物種的親緣關(guān)係簡(jiǎn)化生命樹(shù)人類酵母大腸桿菌人類/線蟲(chóng)/果蠅核受體蛋白質(zhì)親緣樹(shù)CBL@NCU真細(xì)菌真核生物古細(xì)菌1/12/202332人類基因體計(jì)畫(huà)有很多方法比較生命序列的異同有很多方法比較生命序列的異同簡(jiǎn)化生命樹(shù)紅：序列比對(duì)法黑：寡核甘酸頻率法真細(xì)菌真核生物古細(xì)菌

CBL@NCU＋內(nèi)蒙古大學(xué)1/12/202333人類基因體計(jì)畫(huà)DNA指認(rèn)（法醫(yī)學(xué)）

DNAIdentification(Forensics)指認(rèn)可能的嫌犯，其DNA與留在犯罪現(xiàn)場(chǎng)的證據(jù)相符合為被錯(cuò)誤指控的無(wú)辜人員洗清嫌疑。指認(rèn)犯罪和災(zāi)難的受害者。建立親子與其他親屬的關(guān)係。指認(rèn)瀕臨絕種和保育類動(dòng)物，以協(xié)助保育動(dòng)物官員執(zhí)行任務(wù)。偵測(cè)可能污染空氣、水源、土壤和食物的細(xì)菌和其他病媒。在器官移植手術(shù)中，檢查捐獻(xiàn)者與接受者的吻合性。決定植物種子或家畜品種的系譜。對(duì)消費(fèi)品的認(rèn)證，如魚(yú)子醬或葡萄酒等

1/12/202334人類基因體計(jì)畫(huà)農(nóng)業(yè)、家畜品種和生物加工

Agriculture,LivestockBreeding,andBioprocessing抗病、抗蟲(chóng)害、抗乾旱的作物較健康、生產(chǎn)效能較高、抗疾病的家畜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的農(nóng)產(chǎn)品生物性殺蟲(chóng)劑與食物產(chǎn)品結(jié)合的可食用疫苗使用植物做為清除環(huán)境污染之用

1/12/202335人類基因體計(jì)畫(huà)我們?nèi)晕粗模?）基因總數(shù)、確定位置、和其功能基因調(diào)控DNA序列的組織架構(gòu)染色體的結(jié)構(gòu)與組織非編碼DNA的種類、數(shù)量、分佈、資訊內(nèi)容和功能基因表現(xiàn)、蛋白質(zhì)合成、和轉(zhuǎn)譯後事件的協(xié)調(diào)在複雜的分子機(jī)器中蛋白質(zhì)的交互作用預(yù)期相對(duì)於實(shí)驗(yàn)證明的基因功能有機(jī)體之間在演化上的保守性（conservation）1/12/202336人類基因體計(jì)畫(huà)我們?nèi)晕粗模?）蛋白