基因組學(xué)與后基因組時(shí)代研究熱點(diǎn)演示文稿

基(Ji)因組學(xué)與后基(Ji)因組時(shí)代研究熱點(diǎn)演示文稿第一頁，共五十六頁。優(yōu)選基因組學(xué)與后(Hou)基因組時(shí)代研究熱點(diǎn)第二頁，共五十六頁。第一節(jié)基因組和基因組學(xué)第二節(jié)蛋白組學(xué)第三節(jié)代謝組學(xué)第四(Si)節(jié)人類元基因組計(jì)劃本章內(nèi)容安排第三頁，共五十六頁。重(Zhong)點(diǎn)掌握：HGP計(jì)劃的進(jìn)展及重要意義；鳥槍法序列分析技術(shù)；HapMap計(jì)劃內(nèi)容；人類元基因組計(jì)劃基因組、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組、蛋白組學(xué)及代謝組學(xué)概念及進(jìn)展第四頁，共五十六頁?；蜓?Yan)究是20世紀(jì)生命科學(xué)的主線★20世紀(jì)的上半葉，以遺傳學(xué)為代表，生命科學(xué)通過對(duì)基因分離、獨(dú)立分配、連鎖及化學(xué)屬性等的研究，最后以作為遺傳信息載體的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出而告捷。第五頁，共五十六頁?！?0世紀(jì)下半葉，以分(Fen)子生物學(xué)為代表，生命科學(xué)通過對(duì)基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯及遺傳密碼的分析與破譯，最終以統(tǒng)一生命世界各層次，生命科學(xué)各分支的“中心法則”的問世而集成。第六頁，共五十六頁?！?0世紀(jì)90年代,隨著全球(Qiu)基因組計(jì)劃，尤其是人類基因組計(jì)劃(HGP)規(guī)?？涨?、速度驚人的推進(jìn)，基因研究已接近“登峰造極”，人類對(duì)生命世界的理性認(rèn)識(shí)達(dá)到了前所未有的深度與廣度。第七頁，共五十六頁。第一節(jié)基因組(Zu)和基因組(Zu)學(xué)

（GenomeandGenomics）

第八頁，共五十六頁。1.1基(Ji)因組（Genome）:基因組一詞是從genes和chromosomes合成而來，用來描述生物的全部基因和染色體組成的概念。第九頁，共五十六頁?！?986年,美國科學(xué)家ThomasRoderick首先提出了基因組學(xué)(genomics)的概念。指對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖（包(Bao)括遺傳圖譜，物理圖譜和轉(zhuǎn)錄圖譜），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析。第十頁，共五十六頁?！锘蚪M學(xué)應(yīng)該(Gai)包括兩方面內(nèi)容：以全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structuralgenomics)和以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)(functionalgenomics)，后者又稱后基因組研究(post-genome).第十一頁，共五十六頁。1986年３月７日，美國科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、腫瘤病毒專家雷托·杜伯克在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇題為《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)—人類基因組的全序列分析(Xi)》的短文，提出有關(guān)分析(Xi)人類基因組全序列的重要科學(xué)構(gòu)想。第十二頁，共五十六頁。杜伯克在這篇文章后來被稱為“人類基因組計(jì)劃課題標(biāo)書”，成為日后國際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)和實(shí)施的重要推動(dòng)力。經(jīng)過反復(fù)討論，數(shù)(Shu)易其稿，1990年美國國會(huì)正式批準(zhǔn)了人類基因組計(jì)劃。

第十三頁，共五十六頁。第十四頁，共五十六頁。1.2人類基因(Yin)組計(jì)劃

(humangenomeproject,HGP

)★1990年十月，國際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)，美、英、日、法、德、中六國相繼加入其中。計(jì)劃用15年時(shí)間、30億美元的經(jīng)費(fèi)，測(cè)定大約30億堿基對(duì)的DNA序列和識(shí)別其中所有的基因。中國完成1％的任務(wù)。第十五頁，共五十六頁?！颒GP的本質(zhì)是對(duì)人類基因組進(jìn)行作圖和序列測(cè)定，旨在破(Po)譯人類所有的遺傳信息。第十六頁，共五十六頁。In1998,

CraigVenter挑戰(zhàn)國際(Ji)人類基因組計(jì)劃

第十七頁，共五十六頁。GREATEXPECTATIONS26thJUNE2000Thefullysequencedhumangenome:"Withoutadoubtthisisthemostimportantandmostwondrousmapeverproducedbymankind.Thiswillsymbolisethestartofaneweraofmedicaltreatmentanddiagnosiswhichwillhaveaprofoundeffectonhumankindforcenturiestocome".第十八頁，共五十六頁?！?/p>

2001年2月12日,美,日,德,法,英,中六國科學(xué)家和美國賽萊拉公司聯(lián)合公布了人(Ren)類基因組圖譜（草圖）及初步分析結(jié)果.

第十九頁，共五十六頁。文特爾小組所做的人類基因組測(cè)序報(bào)告發(fā)表在《科學(xué)》雜志上（99%)，科林斯帶領(lǐng)的公共資金支持的實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合體的報(bào)告同時(shí)發(fā)表在《自然》雜志上（85%)—兩個(gè)研(Yan)究組織同時(shí)公開他們的研(Yan)究成果，但不是聯(lián)合研(Yan)究的成果。私人公司公開與公共研(Yan)究機(jī)構(gòu)叫板，最后與對(duì)手一起站在領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上。第二十頁，共五十六頁。"Shotgunsequencing"determinatethegenomesequence

ofHaemophilusinfluenzae(H.influenzae)“鳥槍法”測(cè)定流感嗜血桿菌（H.influenzae）基因(Yin)組步驟將1.8Mb的基因組DNA剪成很多隨機(jī)片段，平均長度1kb；將這些片段重組克隆到質(zhì)粒DNA載體；從單個(gè)重組DNA菌落中制備DNA；雙脫氧法測(cè)序；用計(jì)算機(jī)程序?qū)λ鶞y(cè)序列組裝。第二十一頁，共五十六頁。MechanismofDNAshotgunsequencing第二十二頁，共五十六頁。SequencingStrategyofHumangenome第二十三頁，共五十六頁?！锶祟惢蚪M精細(xì)序列圖于2003年4月23日(Ri)宣告完成，完成，但其中大量基因的結(jié)構(gòu)和功能尚不清楚。第二十四頁，共五十六頁?！锱c(Yu)人類同步進(jìn)行基因組測(cè)序的模式生物有：大腸埃希菌、酵母、線蟲、果蠅、小鼠、擬南芥及一些與人類關(guān)系密切的哺乳動(dòng)物。Yeastisthefirstsingle-cellulareukaryotesequenced(1996),酵母是第一個(gè)完成測(cè)序的單細(xì)胞真核生物(1996)，Elegansisthefirstmulticellularorganismssequenced(1998),線蟲是第一個(gè)完成測(cè)序的多細(xì)胞生物(1998)。其他生物基因組的研究第二十五頁，共五十六頁。狗2003.9玉米200310蜜蜂2004.1小鼠（Musmusculus）2004.10腔棘魚2004.11稻瘟病菌(MagnaportheGrisea)2005.4海藻栽培品種——壇紫菜2005.4變形蟲“阿米巴”（Dictyosteliumdiscoideum）2005.5Sino-DanishPigGenomeProject2005.6黑猩猩2005.9牛的全基因組2006.8石(Shi)油去污菌的基因組2006.8聚羥基脂肪酸酯類(Polyhydroxyalkanoates,

PHAs)產(chǎn)生菌富養(yǎng)羅爾斯通氏菌(Ralstonia

eutropha

H16)基因組2006.915種小鼠品系2006.10黑曲霉基因組測(cè)序2007.2Syntrophusaciditrophicus一種極端厭氧菌基因組2007.4恒河猴2007.4第一張馬基因組圖譜草圖公布一種灰色短尾負(fù)鼠（Monodelphis

domestica）的基因組，首個(gè)有袋動(dòng)物基因組家貓基因組測(cè)序完成九種靈長類動(dòng)物分別為黑猩猩、大猩猩、倭黑猩猩、猩猩、長臂猿、短尾猿、狒狒、狨和狐猴。屠志堅(jiān)等人參與完成伊蚊基因組測(cè)序工作葡萄基因組測(cè)定完成

阿聯(lián)酋生技中心將測(cè)序海棗基因組

煙草基因組計(jì)劃

抗藥TB(結(jié)核桿菌）基因組序列公布黑曲霉基因組測(cè)序計(jì)劃完成人類基因組差異圖譜：在美國《科學(xué)》雜志評(píng)出的今年十大科學(xué)進(jìn)展中，有關(guān)“人類基因組差異”的研究被列為年度最重要的科學(xué)進(jìn)展。

人類DNA堿基對(duì)因人而異，差異約為0.1%。這種差異使人有可能患癌癥等疾病，而且會(huì)影響藥物的療效。

ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者之一的詹姆斯·沃森成為世界上首個(gè)擁有這種圖譜的人。

第二十六頁，共五十六頁。比較基因組(Zu)學(xué)(ComparativeGenomics)：是基于基因組圖譜和測(cè)序基礎(chǔ)上，對(duì)已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。利用模式生物基因組與人類基因組之間編碼順序上和結(jié)構(gòu)上的同源性，克隆人類疾病基因，揭示基因功能和疾病分子機(jī)制，闡明物種進(jìn)化關(guān)系，及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。第二十七頁，共五十六頁。國(Guo)際人類基因組單體型圖計(jì)劃(Theinternationalhumangenomehaplotypemapproject,HapMapproject)

是描述人類基因組中最常見差異(SNP)的圖譜,將大大促進(jìn)疾病和人類進(jìn)化的研究。啟動(dòng)于2002年10月29日，由加拿大、日本、尼日利亞、中國、英國和美國六國11個(gè)研究中心的科學(xué)家共同承擔(dān)。其中，美國完成31％，日本完成25％，英國完成24％，加拿大完成10％，中國完成10％的任務(wù)。此外，亞、非、歐裔各提供90份樣本。除了上世紀(jì)80年代在美國采集的歐裔樣本，亞裔樣本由中國和日本各提供一半，非裔樣本由尼日利亞提供。全部血樣品送到美國國立衛(wèi)生院下屬的人類遺傳細(xì)胞存儲(chǔ)中心，轉(zhuǎn)化成細(xì)胞株后統(tǒng)一提取成DNA分送至各參加中心進(jìn)行SNP分型檢定。第二十八頁，共五十六頁。中國承擔(dān)的具體研究任務(wù)是3號(hào)、21號(hào)和8號(hào)染色體短臂單體型圖的繪制，以及提供45份亞裔樣品。該計(jì)劃“中國卷”的實(shí)施得到科技部、中國科學(xué)院、香港創(chuàng)新科技署和香港大學(xué)教育資助委員會(huì)的高度重視，2002年列入科技部“十五(Wu)”國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，撥款5000萬元。同時(shí)香港特區(qū)政府對(duì)參與HapMap“中國卷”的三所香港大學(xué)給予資助。2003年3月，中華單體型圖協(xié)作組在北京成立。第二十九頁，共五十六頁。中科院北京基因組研究所所長楊煥明博士任主席。從美國得州大學(xué)休斯頓醫(yī)學(xué)院回國，在基因組研究所擔(dān)任SNP研究項(xiàng)目的首席科學(xué)家及科研部部長的曾長青博士被委以重任，負(fù)責(zé)國際“人類(Lei)基因組單體型圖”計(jì)劃的“中國卷”的實(shí)施與協(xié)調(diào)。中科院北京基因組研究所負(fù)責(zé)3號(hào)染色體的大部分及其8號(hào)染色體短臂，約占整個(gè)基因組長度的6％。香港小組的港大平臺(tái)負(fù)責(zé)3號(hào)染色體短臂的70MB的一段區(qū)域，約占整個(gè)基因組的2.5％。國家人類基因組南方中心負(fù)責(zé)21號(hào)染色體的HapMap構(gòu)建，占整個(gè)基因組的1.1％。第三十頁，共五十六頁。第三十一頁，共五十六頁。Nature：“Andnowfortheproteome”（409:747,2001)

Science：“Proteomicsingenomeland”（291:1221,2001)第三十二頁，共五十六頁。第二(Er)節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)

（Proteomics）第三十三頁，共五十六頁。蛋白質(zhì)(Zhi)組（proteome）：根據(jù)WilkinsMr等的定義，Proteome一詞源于PROTEin與genOME的雜合，意指一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)；Swinbanks則指出proteome代表一完整生物的全套蛋白質(zhì)；KahnP則認(rèn)為proteome反映不同細(xì)胞的不同蛋白質(zhì)組合。由此可見，proteome的含義：一個(gè)基因組、一種生物或一種細(xì)胞/組織所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)。第三十四頁，共五十六頁。WhatareProteomics??StudyoftheProteome“?proteincomplementofthegenomeinacell,tissueororganism“?proteinscanbealternativelysplicedand/orpost-translationallymodified(PTMs)GenomeProteomeCell-specificexpressionstressdrugsMetabolicstateCultureconditions第三十五頁，共五十六頁。第三十六頁，共五十六頁。

蛋白質(zhì)組研究的(De)開端Proteome一詞由MareWilkins于1994年在意大利Siena的一次2-DE會(huì)議上首次提出。1995年，悉尼大學(xué)HumpherySmithI實(shí)驗(yàn)室與Williams等4家實(shí)驗(yàn)室合作，對(duì)至今已知最小的自我復(fù)制生物Mycoplasmagenitalium（一種支原體）進(jìn)行了蛋白質(zhì)成分的大規(guī)模分離與鑒定，并在文獻(xiàn)中首次公開使用“proteome”一詞。第三十七頁，共五十六頁。Thesmallestgenome:

Mycoplasmagenitaium★1995年，分離和鑒定了一種最小的能自我復(fù)制(Zhi)的生物Mycoplasmagenitaium(580kb,468ORFs)的全部蛋白質(zhì)，并首次提出蛋白質(zhì)組(Proteome)的概念。一個(gè)獨(dú)立生存的細(xì)胞生命至少需要多少個(gè)基因和表達(dá)蛋白?第三十八頁，共五十六頁。蛋白質(zhì)組研究(Jiu)的重要?dú)v史事件★1994年，MarcWilkins最早提出了蛋白質(zhì)組(Proteomics)的概念?！?995年，悉尼大學(xué)HumpherySmith實(shí)驗(yàn)室與Willams等四家實(shí)驗(yàn)室共同分離與鑒定Mycoplasmagenitaium的蛋白質(zhì)組，“Proteome”首次出現(xiàn)。(Electrophoresis,1995,16:1090-4)★2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織(HumanProteomeOrganization,HUPO)宣告成立?！?002年，第一次國際人類蛋白質(zhì)組大會(huì)召開?！叭祟愌獫{蛋白質(zhì)組計(jì)劃(HumanPlasmaProteomeProject,HPPP)”和人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃(HumanLiverProteomeProject,HLPP)首批執(zhí)行計(jì)劃啟動(dòng)。第三十九頁，共五十六頁。ElevenHUPO-sponsoredScientificInitiatives:HumanLiverProteomeProject(HLPP)，中國牽頭的人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃。HumanBrainProteomeProject(HBPP)，德國牽頭的人類腦蛋白質(zhì)組計(jì)劃。ProteomicStandardsInitiative(PSI)，英國牽頭的蛋白質(zhì)組標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃。HumanAntibodyInitiative(HAI)，瑞士牽頭的大規(guī)?？贵w計(jì)劃。PlasmaProteomeProject(PPP)，美國牽頭的人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃。MouseModelsofHumanDisease(MMHD)，加拿大牽頭的模式動(dòng)物蛋白質(zhì)組計(jì)劃。HumanDiseaseGlycomics/ProteomeInitiative(HGPI)，日本科學(xué)家牽頭的糖蛋白質(zhì)組計(jì)劃。HUPOCardiovascularInitiative(HUPOCVI)，英國牽頭的心血管蛋白質(zhì)組計(jì)劃。ProteomeBiologyofStemCellsInitiative，新西蘭牽頭的干細(xì)胞(Bao)蛋白質(zhì)組計(jì)劃。DiseaseBiomarkersInitiatives，加拿大牽頭的疾病生物分子標(biāo)志計(jì)劃。HumanKidneyandUrineProteomeProject（HKUPP），日本牽頭的人類腎臟和尿蛋白質(zhì)組計(jì)劃。第四十頁，共五十六頁。第三(San)節(jié)代謝組學(xué)

Metabolomics

第四十一頁，共五十六頁。1999年，英國帝國理工學(xué)院尼科爾森等3名科研人員共同發(fā)表了(Liao)第一篇“代謝組學(xué)”研究論文，一個(gè)新的學(xué)科從此誕生。短短7年，有關(guān)“代謝組學(xué)”的研究論文和專利快速增長。隨著研究的深入，“代謝組學(xué)”在疾病的個(gè)性化治療、心血管病診斷、環(huán)境毒理等領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

第四十二頁，共五十六頁。代謝(Xie)組（Metabolome）：指一個(gè)生物樣品（如生物體）所包含的一整套小分子代謝物（如代謝中間物、荷爾蒙及其他信號(hào)分子、次生代謝物等）。Metabolomereferstothecompletesetofsmall-moleculemetabolites(suchasmetabolicintermediates,hormonesandothersignallingmolecules,andsecondarymetabolites)tobefoundwithinabiologicalsample,suchasasingleorganism.第四十三頁，共五十六頁。代謝組學(xué)Metabolomics:

屬物理學(xué)、分析化學(xué)、生物學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，是系統(tǒng)生物學(xué)不可缺少的一部分。它把人體等生物系統(tǒng)作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行研究，著重考(Kao)察人體等生物系統(tǒng)的內(nèi)源性代謝物及其網(wǎng)絡(luò)在疾病和藥物作用下的變化規(guī)律。第四十四頁，共五十六頁。第四十五頁，共五十六頁。繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后，代謝組學(xué)已成為生命科學(xué)和新藥研發(fā)領(lǐng)域又一個(gè)重要研究手段。代謝組學(xué)在中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究領(lǐng)域具有特別廣泛的應(yīng)用前景。有專家預(yù)測(cè)，代謝組學(xué)是我國未來15年(Nian)的研究重點(diǎn)之一。第四十六頁，共五十六頁?！按x組學(xué)”主要研究手段是基于核磁共振波譜和質(zhì)譜的代謝產(chǎn)物分子質(zhì)量測(cè)定。3年前，武漢物數(shù)所依托“波譜與原子分子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,開始(Shi)進(jìn)行“代謝組學(xué)”探索。去年，英國帝國理工學(xué)院唐惠儒博士回國加盟武漢物數(shù)所后，該所正式設(shè)立了“代謝組學(xué)分析”項(xiàng)目組，從“代謝組學(xué)”方法學(xué)的研究入手，為疾病早期診斷、中醫(yī)藥現(xiàn)代化、血吸蟲病防治等方面開展基礎(chǔ)性研究。

第四十七頁，共五十六頁。第四節(jié)人類微生物群系項(xiàng)目(人類元基因(Yin)組計(jì)劃)

HumanMicrobiomeProject(HMP)

第四十八頁，共五十六頁。Anenormousnumberofmicroorganisms,thevastmajorityofwhicharebacteria,colonizeandformspecificcommunities(microbiota)atmanyhumanbodysites.Thehumanmicrobiota,includingthemostabundantgutmicrobiota,togetherwithhostcellsformsacomplexecosystemthatcollaborativelyconductsvariousbiologicalprocesses.Thus,wemustconsiderourselvesas'superorganisms'madeupofbothhumancellsandourindigenousmicrobes,whosecompositegenomeisreferredtoasthehuman'metagenome'.Theaveragehumanadultgutmicrobiotacomprises109-11ou