第二十章基因组与医学.doc

PAGE PAGE 14 第二十章 基因组学与医学 本章要求 1.了解基因组学与人类基因组研究计划的关系，掌握人类编码基因DNA序列特征; 2.通过肿瘤细胞相关性基因与艾滋病HIV病毒基因熟悉内源性基因突变与外源性基因 引入对人类健康影响的分子机制; 3.了解基因诊断的概念、特点和任务与几种基因诊断检测的策略; 4.熟悉以基因增补为目的的基因治疗基本程序。 第一节 人类基因组学与编码基因DNA序列特征 在基因遗传信息流动篇中，我们认识到编码基因（gene）主要是指存在于染色体DNA中的一段功能性片段或转录单位，转录单位包括转录调节序列DNA与编码基因编码序列DNA等。基因组（genome）是指一套染色体上全部基因DNA序列的总和。真核细胞中除染色体DNA含有基因遗传信息外，线粒体DNA、叶绿体DNA中也含有各自功能不同的基因，因此分别称为染色体基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组。不同生物种类包括原核生物与真核生物，如人类、大鼠、小鼠、昆虫、酵母、细菌、病毒、质粒等均含有各自相应生物种类的基因组。现在主要代表性生物种系都已经建立了相应的基因组信息数据库，其中人类基因组数据库是关于人类1～22号常染色体、X、Y性染色体和线粒体上遗传信息的基因数据库，是基因组信息库的重要组成部分。 基因组学（Genomics）是研究不同生物中基因组遗传信息DNA的全部物理性序列、不同基因在该基因组上的排列方式、不同基因的生物功能以及不同生物间相同或相似基因遗传信息进化关系的一门学科，于1986年美国科学家Thomas Roderick首次提出，但真正作为一门新兴学科却是以“人类基因组计划（human genome program，HGP）”的启动开始的。基因组学实际上包括3个不同的研究亚领域，即结构基因组学（structural genomics）、功能基因组学（functional genomics）和比较基因组学（comparative genomics）（表20-1）。 表20-1 基因组学概念 亚 领 域 内 容 结构基因组学 测定整个基因组的遗传图、物理图及DNA序列。 功能基因组学 注释、分析整个基因组所包含的基因、非基因序列及其功能。 比较基因组学 比较不同物种间整个基因组结构与功能，增强对各基因组功能及发育相关性认识。 一、整个人类基因组DNA序列的确定是结构基因组学研究的基础 确定整个基因组DNA序列是人类基因组计划HGP工作的基石。现代分子生物学技术发展为人类基因组计划的实现奠定了重要的技术保证，这些技术包括高容量人工酵母菌载体、识别多碱基数目的限制性核酸内切酶、高分子量DNA脉冲电泳分离技术、高通量亚克隆技术与自动化荧光标记DNA测序技术等。人类基因组计划HGP包括以下结构基因组学的主要内容。 （一）构建物理图谱就是在基因组大片段之间设置适当的路标 HGP中的物理图（physical map）是指染色体上诸如限制性核酸内切酶识别位点，或序列标志位点（sequence tagged sites， STSs）等标志的位置图。位点之间的距离以bp（碱基对）来表示。人类基因组测序采用了将超长、超大片段DNA进行分割，然后将较小片段DNA进一步亚克隆成再小的随机DNA片段基因组文库，这些随机DNA片段之间次序的联系需要适当的物理路标进行相互对照关联。 （二）制备遗传图谱就是建立不同编码基因在基因组上的线型排列次序 出现在同一染色体上两个或两个以上基因之间的相互联系，称“连锁”。连锁图（genetic map）又称连锁图（linkage map），是指基因根据重组频率在染色体上的线性排列或分布。HGP中所说的遗传制图（genetic mapping）是指主要利用基因之间的遗传连锁关系确定遗传标志位点在一条染色体上的线性排列顺序。标志位点间的图距以遗传学（重组）距离表示，单位为分摩尔根（centimorgen，cM）。在人类1cM相当于106的DNA碱基对。 （三）结构基因组学的基础目标就是测定人类1～22号和X、Y染色体的由3×109个核苷酸组成的全部DNA序列 随着整个HGP中物理图、遗传图的制备及DNA测序工作的开展，必然产生大量的如STSs资料，ETS克隆资料，遗传的、物理的和整合的图谱资料，限制性片段、DNA片段和cDNA序列资料等，而这些资料有未加工的，也有经加工的；这些资料需要累计、组织、储存、分析、比较、综合等，因此必须建立计算机资料库和管理系统。此外，还需要建立计算机网络系统与Internet连接以便世界范围内科学家与相关人员共享这些资源，从而又形成了以基因组