生命科学概论专题之十.pptx
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1、生命科学概论生命科学概论专题之十专题之十 主讲人主讲人 杨婉身杨婉身前言前言 一一.HGP概述概述 二二.HGP的方法论理念的方法论理念 三三.HGP的对人类的影响的对人类的影响 四、四、人类基因组计划的伦理价值的思考人类基因组计划的伦理价值的思考 20世世纪纪90年年代代,被被誉誉为为生生命命科科学学“登登月月计计划划”的的伟伟大大科科学学工工程程“人人类类基基因因组组计计划划”(Human Genome Project,HGP)正正式式启启动动,近近二二十十年年来来科科学学家家们们所所走走过过的的是是一一条条充充满满艰艰辛辛的的路路,同同时时也也是是一一条条谱谱写写辉辉煌煌的的路路。回回顾
2、顾这这段段将将在在人人类类历历史史上上永永载载史史册册的的光辉历程,相信对每一位科学殿堂里的探索者都会大有启迪光辉历程,相信对每一位科学殿堂里的探索者都会大有启迪.一、人类基因组计划概述一、人类基因组计划概述 全球共有,国际合作,即时公布,免费共享全球共有,国际合作,即时公布,免费共享1、与基因组有关的、与基因组有关的基本知识基本知识2、HGP大事记大事记3、HGP的的科学目标科学目标4、HGP的科学精神的科学精神1 1、与基因组有关的知识、与基因组有关的知识 生命的最小功能单位生命的最小功能单位细胞细胞 遗传物质的载体遗传物质的载体染色体染色体 遗传信息的载体遗传信息的载体DNADNA 遗传
3、信息的基本单位遗传信息的基本单位基因基因(gene)(gene)遗传信息的总和遗传信息的总和基因组基因组 遗传信息的表达遗传信息的表达蛋白质组蛋白质组 遗传信息传递的传递规律遗传信息传递的传递规律中心法则中心法则生命的最小功能单位生命的最小功能单位细胞细胞遗传物质的载体遗传物质的载体染色体染色体(chromosome)染色体是遗传物质的载体。染色体是遗传物质的载体。人类每个体细胞内有人类每个体细胞内有46条条(23对对)染色体,其中染色体,其中44条条(22对对)为常染为常染色体色体(男女共有男女共有),2条条(1对对)为性为性染色体,其与性别有关,男性染色体,其与性别有关,男性为为,女性为女
4、性为.每条染色体每条染色体由两条染色单体组成,彼此借由两条染色单体组成,彼此借一个着丝粒相连。一个着丝粒相连。每条染色单每条染色单体由一个体由一个DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)分分子和相关蛋白质组成。子和相关蛋白质组成。人类染色体图示人类染色体图示DNA的双螺旋结构的形成的双螺旋结构的形成53535353磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基T-A碱基对碱基对C-G碱基对碱基对真核生物染色体真核生物染色体DNA组装不同层次的结构组装不同层次的结构DNA(2nm)核小体链(核小体链(11nm,每个核小体,每个核小体200bp)纤丝(纤丝(30nm,每圈,每圈6个核小体)个核小体)突环(突环(150nm,每
5、个突环大约,每个突环大约75000bp)玫瑰花结(玫瑰花结(300nm,6个突环)个突环)螺旋圈(螺旋圈(700nm,每圈,每圈30个玫瑰花)个玫瑰花)染色体(染色体(1400nm,每个染色体含每个染色体含10个玫瑰花个玫瑰花200bp)DNA遗传功能的证明遗传功能的证明肺炎球菌转化实验图解肺炎球菌转化实验图解III S型细胞型细胞(有毒)(有毒)II R型细胞型细胞(无毒)(无毒)破碎细胞破碎细胞II R型细胞接受型细胞接受III S型型DNA大多数仍大多数仍为为II R型型少数少数II R型细胞被转化型细胞被转化产生产生III S型荚膜型荚膜S(光滑)(光滑)SRR(粗糙)(粗糙)+DNA
6、遗传信息的基本单位遗传信息的基本单位基因(基因(genegene)基基因因是是在在染染色色体体上上占占有有一一定定位位置置的的遗遗传传单单位位,从从分分子子水水平平看看,基基因因是是DNA分分子子的的一一个个片片段段。其其储储存存有有遗遗传传信信息息,可可以以准准确确的的复复制制,也也可可发发生生突突变,并可经过转录和翻译控制蛋白质的合成,从而表达各种遗传性状。变,并可经过转录和翻译控制蛋白质的合成,从而表达各种遗传性状。在在一一种种细细胞胞内内存存在在的的全全部部蛋蛋白白质质称称为为蛋蛋白白质质组组。在在特特定定时时间间、特特定定环环境境和和实实验验条条件件下下基基因因组组活活跃跃表表达达的
7、的蛋蛋白白质质为为功功能能蛋蛋白白质质组组(Functiond Proteome),蛋白质组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容,蛋白质组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容(对象对象)。基因组基因组(genemo)(genemo)蛋白质组(蛋白质组(proteomeproteome)基基因因组组是是指指人人体体所所有有遗遗传传信信息息的的总总和和,携携带带有有细细胞胞或或生生物物机机体体的的一一整整套遗传指令套遗传指令的核酸量称为基因组。的核酸量称为基因组。遗传信息传递的遗传信息传递的中心法则中心法则(central-dogma)中中心心法法则则总总结结了了生生物物体体内内遗遗传传信信息
8、息的的流流动动规规律律,揭揭示示遗遗传传的的分分子子基基础础,不不仅仅使使人人们们对对细细胞胞的的生生长长、发发育育、遗遗传传、变变异异等等生生命命现现象象有有了了更更深深刻刻的的认认识识,而而且且以以这这方方面面的的理理论论和和技技术术为为基基础础发发展展了了基基因因工工程程,给给人人类类的的生生产产和生活带来了深刻的革命。和生活带来了深刻的革命。多肽链多肽链蛋白质蛋白质mRNADNADNA转录转录复制复制翻译翻译翻译后加工翻译后加工DNA序列和遗传信息序列和遗传信息规定各种蛋规定各种蛋白质和白质和RNA结构的信息结构的信息规定各种基因选规定各种基因选择性表达的信息择性表达的信息 DNA的核
9、苷酸序列通的核苷酸序列通过过mRNA规定蛋白质的规定蛋白质的氨基酸序列,同时信息氨基酸序列,同时信息的转换还要通过蛋白质的转换还要通过蛋白质以外的因子以外的因子,如如tRNA、核糖体等来完成核糖体等来完成 储存在储存在DNA的精细结的精细结构中,直接表现为特定的构中,直接表现为特定的空间结构,即空间结构,即“密码结构密码结构域域”,通过,通过DNA有关序有关序列形成特异性结构与有关列形成特异性结构与有关蛋白质因子结合来体现蛋白质因子结合来体现 顺式行顺式行为元件为元件反式行反式行为元件为元件已已测测序序的的生生物物2、HGP大事记大事记 1985年年:美国能源部:美国能源部(Departmen
10、t of Energy,DOE)在加州大学圣克鲁滋会议在加州大学圣克鲁滋会议上第一次对人类基因组全部测序进行可行性论证形成上第一次对人类基因组全部测序进行可行性论证形成“人类基因组计划人类基因组计划”草案草案 1986年年:著名的诺贝尔奖获得者著名的诺贝尔奖获得者Dulbecco在在Science上发表文章,高瞻远瞩地上发表文章,高瞻远瞩地率先向世界公开提出人类基因组计划,并倡导全世界有能力的科学家共同完成率先向世界公开提出人类基因组计划,并倡导全世界有能力的科学家共同完成这一国际性大课题。这一国际性大课题。1990年年:NRC(美国国家科学研究委员会)和(美国国家科学研究委员会)和DOE宣布
11、这年的宣布这年的10月月1日为人日为人类基因组计划正式启动时间。类基因组计划正式启动时间。1992年年:美国和法国的两支研究队伍分别完成了人类染色体和第:美国和法国的两支研究队伍分别完成了人类染色体和第21条染色条染色体的第一张物理图谱;随后又分别完成了鼠和人的遗传图谱。体的第一张物理图谱;随后又分别完成了鼠和人的遗传图谱。1993年年:位于英国剑桥的位于英国剑桥的Sanger中心加入人类基因组计划,并成为一个重要中心加入人类基因组计划,并成为一个重要的测序中心。的测序中心。1994年年:美国与法国完成了人类基因组中的第一个完整遗传连接图谱:美国与法国完成了人类基因组中的第一个完整遗传连接图谱
12、 1996年年:各国科学家聚集在百慕大群岛,讨论并通过了充分体现各国科学家聚集在百慕大群岛,讨论并通过了充分体现HGP精神精神 (全球共有,国际合作,即时公布,免费共享全球共有,国际合作,即时公布,免费共享)的百慕大原则。)的百慕大原则。1997年年:大肠杆菌基因组(:大肠杆菌基因组(5Mb)全部测序完成,毛细管测序仪上市)全部测序完成,毛细管测序仪上市HGP大事记大事记(续续)1998年年:Venter宣布成立宣布成立Celera公司,并宣称将采用公司,并宣称将采用“全基因组鸟枪法全基因组鸟枪法”完成人类基因组的全部测序。从此,人类基因组测序在完成人类基因组的全部测序。从此,人类基因组测序在
13、“公公”“私私”之之间展开了激烈竞争;间展开了激烈竞争;同年,线虫基因组测序完成。同年,线虫基因组测序完成。1999年年:中国获准参加中国获准参加HGP,承担测定人类基因组承担测定人类基因组1%测序任务测序任务;英国日英国日本和美国共同完成了第一条人染色体本和美国共同完成了第一条人染色体第第22条染色体的全部测序工作条染色体的全部测序工作。2000年年:6月月26日日,HGP与与Celera公公司司的的领领导导人人在在白白宫宫的的庆庆祝祝仪仪式式上上共共同同宣宣布布了了人人类类基基因因组组工工作作框框架架图图的的完完成成,并并约约定定将将双双方方的的研研究究成成果果同同时时发发表表;Celer
14、a公公司司完完成成了了果果蝇蝇基基因因组组(180)的的全全部部测测序序工工作作,证证明明了了“全全基基因因组组鸟鸟枪枪法法”的的可可行行性性;德德国国和和日日本本的的科科学学家家公公布布了了人人类类第第21条条染染色色体体的的测测序结果;第一个植物基因组序结果;第一个植物基因组拟南芥基因组(拟南芥基因组(125Mb)被全部测序。)被全部测序。2001年:年:HGP将人类基因组工作框架图发表在将人类基因组工作框架图发表在Nature;Celera公司公司则将其成果发表在则将其成果发表在Science上。上。“工作框架图工作框架图”已能覆盖人类基因组的已能覆盖人类基因组的97%,其中至少,其中至
15、少92%的序列已组装得准确无误,并显示其中只有的序列已组装得准确无误,并显示其中只有3万到万到3.5万个编码蛋白质的基因,这是人类基因组研究的一个重要里程碑。万个编码蛋白质的基因,这是人类基因组研究的一个重要里程碑。3 3、HGPHGP的科学目标的科学目标 基本目标与任务基本目标与任务 在制图的基础上测序,最后获得四张图谱(遗传图、物理图、在制图的基础上测序,最后获得四张图谱(遗传图、物理图、转录图、序列图),这四张图组成人类不同层次的、分子水平的转录图、序列图),这四张图组成人类不同层次的、分子水平的“第二张解剖图第二张解剖图”,成为人类认识自我的新的知识源泉。,成为人类认识自我的新的知识源
16、泉。遗传图遗传图 物理图物理图 转录图转录图 序列图序列图 后基因组时代后基因组时代 人类基因组计划基本目标与任务只是一个以测序为主的结人类基因组计划基本目标与任务只是一个以测序为主的结构基因组学研究,随着该目标的实现,构基因组学研究,随着该目标的实现,“生物信息学生物信息学”、“功功能基因组学能基因组学”、“蛋白质组学蛋白质组学”兴起,兴起,HGPHGP研究的重心逐步由结研究的重心逐步由结构向功能转移,即基因组功能信息的提取、鉴定和开发利用,构向功能转移,即基因组功能信息的提取、鉴定和开发利用,以及与此相关的数据资料和技术手段的储存和使用以及与此相关的数据资料和技术手段的储存和使用。人人体体
17、解解剖剖图图遗传图遗传图 以以具具有有遗遗传传多多态态性性的的遗遗传传标标记记为为路路标标,以以遗遗传传学学距距离离为为图图距距绘绘制制的的基基因因组组图图。此此处处的的遗遗传传多多态态性性定定义义为为在在某某个个遗遗传传位位点点上上具具有有一一个个以以上上的的等等位位基基因因,且且其其在在群群体体中中出出现现的的频频率率均均高高于于1%。而而遗遗传传学学距距离离则则是是指指在在减减数数分分裂裂事事件件中中,两两个个位位点点之之间间进进行行交交换换、重重组组的的百百分分率率,并并规规定定1%的的重重组组率率为为1。多态性标志多态性标志第一代:第一代:限制性酶切片段长度多态性限制性酶切片段长度多
18、态性(restriction fragmentrestriction fragment length polymophism length polymophism,RFLPRFLP)第二代:第二代:简单序列长度多态性(简单序列长度多态性(simple sequence length simple sequence length polymophism polymophism,SSLPSSLP)第三代:第三代:单个核苷酸多态性(单个核苷酸多态性(sequence tagged sitesequence tagged site,SNPSNP)物理图物理图 以以一一段段已已知知核核苷苷酸酸序序列列的
19、的DNA片片段段为为标标记记,以以Mb或或Kb作作为为图图距距绘绘制制的的基基因因组组图图。该该DNA片片段段称称序序列列标标记记位位置置(sequence tagged site,STS)。物物理理图图的的意意义义在在于于STS可可把把经经典典遗遗传传学学与与细细胞胞遗遗传传学学的的位位点点信信息息转转化化为为基基因因组组位位点点的的物物理理信信息息,基基于于STS位位点点信信息息的的相相连连片片段段群群又又提提供供了了研研究究区区域域的的实实验验材材料料,以以这这些些片片段段的的材材料便可进行该区域的基因组研究或在该区域寻找新基因。料便可进行该区域的基因组研究或在该区域寻找新基因。转录图转
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