人类基因组染色体课件

第二章第二章 基因组基因组陈艳陈艳生物化学教研室生物化学教研室第二章 基因组陈艳1 基因组基因组(genome)(genome)细胞或生物体中细胞或生物体中,一套完整单倍体的遗传物质的总一套完整单倍体的遗传物质的总和和,称为基因组。称为基因组。例：人类基因组包含例：人类基因组包含2222条常染色体条常染色体和和X X、Y Y两条性染色体上全部的遗传物质以及胞浆两条性染色体上全部的遗传物质以及胞浆线粒线粒体上的遗传物质体上的遗传物质。基因组大小的表示：基因组大小的表示：基因组的大小通常用基因组的大小通常用DNADNA含量来表示。含量来表示。单倍体基因组中全部的单倍体基因组中全部的DNADNA量称为量称为C C值。值。第一节第一节 基因组基因组 基因组(genome)例：人类基因组包含22条常2一、原核生物基因组一、原核生物基因组细菌染色体细菌染色体DNADNA质粒质粒DNADNA以大肠杆菌以大肠杆菌（Escherichia coli）为例为例一、原核生物基因组细菌染色体DNA以大肠杆菌（Escheri3类核（类核（nucleoid）：）：细菌染色体在细菌染色体在 细胞内形成的一个致密区域细胞内形成的一个致密区域大肠杆菌细胞结构大肠杆菌细胞结构nucleoidnucleoid质粒质粒plasmid类核（nucleoid）：细菌染色体在 细胞内4大肠杆菌染色体结构大肠杆菌染色体结构 蛋白质蛋白质核心核心超螺旋超螺旋DNADNA环环大肠杆菌染色体结构 蛋白质核心超螺旋DNA环5（一）原核生物基因组结构特点（一）原核生物基因组结构特点1.1.基因组通常仅由一条环状双链基因组通常仅由一条环状双链DNADNA分子组成。分子组成。DNADNA是与蛋白质是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构。细菌染色体结合，但并不形成染色体结构。细菌染色体DNADNA在胞内形成一在胞内形成一个致密区域，即类核，类核无核膜将之与胞浆分开。个致密区域，即类核，类核无核膜将之与胞浆分开。2.2.基因组中只有基因组中只有1 1个复制起点。个复制起点。3.3.具有操纵子结构。具有操纵子结构。操纵子（操纵子（operonoperon）是指数个功能相关的结构基因串联在一起，是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。下游的转录终止信号构成的基因表达单位。（一）原核生物基因组结构特点64.4.编码顺序一般不会重叠编码顺序一般不会重叠。基因组中任何一段。基因组中任何一段DNADNA不会用于不会用于编码编码2 2种蛋白质。种蛋白质。5.5.编码区和非编码区在基因组中约各占编码区和非编码区在基因组中约各占50%50%，编码区比例远，编码区比例远远大于真核基因组，但又远小于病毒基因组。远大于真核基因组，但又远小于病毒基因组。6.6.基因序列是连续的，无内含子结构。基因序列是连续的，无内含子结构。基因组中的重复序列基因组中的重复序列很少。很少。7.7.基因组中重复序列很少。基因组中重复序列很少。编码蛋白质的结构基因多为单拷编码蛋白质的结构基因多为单拷贝。贝。4.编码顺序一般不会重叠。基因组中任何一段DNA不会用于编码78.8.具有编码同功酶的基因具有编码同功酶的基因 这是一类结构不完全相同，而功这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。能相同的基因。9.9.细菌基因组中存在可移动的细菌基因组中存在可移动的DNADNA序列序列，包括插入序列和转，包括插入序列和转座子。座子。10.10.在在DNADNA分子中具有多种功能的识别区域，分子中具有多种功能的识别区域，如复制起始区、如复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区等。复制终止区、转录启动区和终止区等。8.具有编码同功酶的基因 这是一类结构不完全相同，而功能相同8（二）染色体外的遗传物质（二）染色体外的遗传物质质粒质粒 质粒（质粒（plasmidplasmid）是独立于许多细菌及某些真核细是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外的共价闭合环状胞染色体外的共价闭合环状DNADNA分子，是能独立复制的分子，是能独立复制的最小遗传单位。最小遗传单位。质粒的特性：在宿主细胞内质粒的特性：在宿主细胞内可自主复制；细胞分裂时恒可自主复制；细胞分裂时恒定地传给子代；所携带的遗定地传给子代；所携带的遗传信息能赋予宿主特定的遗传信息能赋予宿主特定的遗传性状；质粒可以转移传性状；质粒可以转移。（二）染色体外的遗传物质质粒质粒的特性：在宿主细胞内可9（三）转位因子（三）转位因子 转位因子（转位因子（transposable elementtransposable element）即可移动的即可移动的基因成分，是指能够在一个基因成分，是指能够在一个DNADNA分子内部或两上分子内部或两上DNADNA分子之分子之间移动的间移动的DNADNA片段。在细菌中指在质粒和染色体之间或在质片段。在细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的粒和质粒之间移动的DNADNA片段。片段。（三）转位因子10 移动基因最早由美国的女科学家移动基因最早由美国的女科学家B.MClintockB.MClintock（芭芭拉（芭芭拉麦克林托克）于上个世纪麦克林托克）于上个世纪4040年代在玉米中首次发现的。年代在玉米中首次发现的。6060年代，年代，为为J.A.Shapirc J.A.Shapirc 研究大肠杆菌高效突变实验证实。研究大肠杆菌高效突变实验证实。19831983年荣获年荣获诺贝尔生物学医学奖。诺贝尔生物学医学奖。“如果你能脚踏实地从事研究并如实报告观察结果，同时保持健康长寿，那么，你有可能获诺贝尔奖诺贝尔奖。”移动基因最早由美国的女科学家B.MClintock（11 （四）原核生物基因组研究及意义（四）原核生物基因组研究及意义v更好的了解病原微生物的治病机理更好的了解病原微生物的治病机理v加快致病微生物致病基因的发现加快致病微生物致病基因的发现v提高临床诊断的效率和准确性提高临床诊断的效率和准确性v筛选有效药物及发展疫苗筛选有效药物及发展疫苗（四）原核生物基因组研究及意义更好的了解病原微生物的治病机12二、真核生物基因组二、真核生物基因组染色体染色体DNADNA线粒体线粒体DNADNA二、真核生物基因组染色体DNA13 真核生物具有细胞核，真核生物具有细胞核，DNADNA为线状，与组蛋白、为线状，与组蛋白、非组蛋白结合成染色质，染色质组装在核内，外有非组蛋白结合成染色质，染色质组装在核内，外有核膜包裹。核膜包裹。除核基因组外，真核生物还具有线粒体基因组，除核基因组外，真核生物还具有线粒体基因组，另外植物细胞的叶绿体也含有遗传物质。另外植物细胞的叶绿体也含有遗传物质。真核生物具有细胞核，DNA为线状，与组蛋白、非组蛋14 人类基因组染色体人类基因组染色体（一）染色体（一）染色体DNADNA的组成的组成核小体核小体 人类基因组染色体（一）染色体DNA的组成核小体15（二）真核生物基因组结构特点（二）真核生物基因组结构特点1.1.真核生物都有一定的染色体数目，除了配子细胞真核生物都有一定的染色体数目，除了配子细胞为单倍体外，体细胞内的基因组是双份的（即双倍为单倍体外，体细胞内的基因组是双份的（即双倍体），即有两份同源的基因组。体），即有两份同源的基因组。2.2.真核生物基因组远大于原核生物的基因组，结构真核生物基因组远大于原核生物的基因组，结构复杂，基因数庞大，具有许多复制起点，多是线性复杂，基因数庞大，具有许多复制起点，多是线性双链双链DNADNA分子。分子。3.3.真核细胞基因转录产物为单顺反子真核细胞基因转录产物为单顺反子mRNAmRNA。（二）真核生物基因组结构特点1.真核生物都有一定的染色体数目164.4.真核生物基因组中非编码序列占整个基因组的真核生物基因组中非编码序列占整个基因组的95%95%。5.5.真核生物的基因是不连续的，即基因内部的编码序真核生物的基因是不连续的，即基因内部的编码序列（外显子）被非编码序列（内含子）所分隔；除真列（外显子）被非编码序列（内含子）所分隔；除真核细胞病毒外，原核生物的基因是连续的，基因内部核细胞病毒外，原核生物的基因是连续的，基因内部没有非编码序列。没有非编码序列。6.6.功能相关的基因构成各种基因家族。功能相关的基因构成各种基因家族。7.7.真真核核基基因因组组中中有有大大量量的的重重复复序序列列。可可分分为为高高度度重重复复序列、中度重复序列和单拷贝序列。序列、中度重复序列和单拷贝序列。4.真核生物基因组中非编码序列占整个基因组的95%。17 病病毒毒是是最最简简单单的的生生命命形形式式，病病毒毒是是不不能能单单独独繁繁殖殖的的生生物物体体，它它是是一一类类只只能能在在宿宿主主细细胞胞内内进进行复制的最小微生物。行复制的最小微生物。病病毒毒基基因因组组的的主主要要功功能能就就是是保保证证基基因因组组的的复复制制及及其其向向子子代代传传递递，整整套套的的基基因因组组所所编编码码的的蛋蛋白白质质都都是是与与基基因因复复制制、病病毒毒颗颗粒粒包包装装以以及及病病毒毒向向其其它它宿宿主细胞传递密切相关的。主细胞传递密切相关的。三、病毒基因组三、病毒基因组 病毒是最简单的生命形式，病毒是不能单独繁殖的生物体，18 病毒核酸与原、真核生物的核酸组比较，最病毒核酸与原、真核生物的核酸组比较，最为突出的特点是为突出的特点是每种病毒颗粒只含每种病毒颗粒只含1 1种核酸，或种核酸，或DNADNA或或RNARNA，两者不共存于，两者不共存于1 1种病毒颗粒中。种病毒颗粒中。据此，据此，病毒可以分成两组，即病毒可以分成两组，即DNADNA病毒病毒和和RNARNA病毒病毒。RNA RNA病毒基因组所携带的遗传信息一般在同一病毒基因组所携带的遗传信息一般在同一条链上，因而病毒条链上，因而病毒RNARNA链有正负之分。链有正负之分。序列与序列与mRNAmRNA相同的为正股（相同的为正股（+）；）；序列与序列与mRNAmRNA互补的为正股（互补的为正股（-）。）。病毒核酸与原、真核生物的核酸组比较，最为突出的特点是19 病毒基因组结构功能特点病毒基因组结构功能特点（一）（一）病毒核酸可以是病毒核酸可以是ssDNAssDNA、dsDNAdsDNA或或RNARNA分子，分分子，分子结构有发夹、环状、线型、节段型。子结构有发夹、环状、线型、节段型。（二）（二）基因重叠基因重叠 即同一段基因可以编码即同一段基因可以编码2 2种或以种或以上的基因产物，所以是病毒核酸较为独特结构能使上的基因产物，所以是病毒核酸较为独特结构能使小小病毒携带较多的遗传信息。小小病毒携带较多的遗传信息。病毒基因组结构功能特点20（三）（三）连续的和不连续的基因连续的和不连续的基因 病毒基因结构特病毒基因结构特征往往与其宿主细胞基因结构相似。征往往与其宿主细胞基因结构相似。原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有内含子；内含子；真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，有内含子。有内含子。除了（除了（+）RNARNA病毒外，真核病毒基因都是先病毒外，真核病毒基因都是先转成转成mRNAmRNA前体，再经过剪接等步骤能成为成熟的前体，再经过剪接等步骤能成为成熟的mRNA.mRNA.（三）连续的和不连续的基因 病毒基因结构特征往往与其宿主21(四四)节段性基因节段性基因 大部分病毒核酸都是由一条双链或单链大部分病毒核酸都是由一条双链或单链构成，少数病毒核酸由数个片段构成。这类病毒一般为构成，少数病毒核酸由数个片段构成。这类病毒一般为RNARNA病毒。如病毒。如flu-vflu-v由由6-76-7个片段构成，各段在天然状态下不连接，个片段构成，各段在天然状态下不连接，而且可以转录成而且可以转录成6-76-7个片段相应的个片段相应的 mRNAmRNA。单独的片段没有感。单独的片段没有感染性，要一起感染才发挥作用。染性，要一起感染才发挥作用。(五五)除了逆转录外，所有的病毒基因都是单倍体基因除了逆转录外，所有的病毒基因都是单倍体基因 即每即每个基因在某个病毒颗粒中只出现一次。个基因在某个病毒颗粒中只出现一次。(六六)编码区编码区 非编码区（非编码区（95%/5%95%/5%）病毒核酸大多数序列都用病毒核酸大多数序列都用来编码蛋白质。来编码蛋白质。(四)节段性基因 大部分病毒核酸都是由一条双链或单链构22(七七)基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的功能相关蛋白质基因在基因组的1 1个或几个特定部位，丛个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNAmRNA模板。模板。(八八)结构基因不规则结构基因不规则(九九)DNADNA或或RNARNA 1 1种病毒基因组只是种病毒基因组只是1 1种核酸。种核酸。(七)基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关23Human Genome Project1990年启动年启动 2003年完成年完成第二节第二节 人类基因组计划人类基因组计划Human Genome Project1990年启动 242020世纪人类科技发展史上的三大创举世纪人类科技发展史上的三大创举 9090年代人类基因组计划年代人类基因组计划4040年代第一颗原子弹爆炸年代第一颗原子弹爆炸6060年代人类首次登上月球年代人类首次登上月球20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划425一、人类基因组计划的目标一、人类基因组计划的目标 人类基因组人类基因组人类基因组人类基因组计划是一项国际性的研究计计划是一项国际性的研究计计划是一项国际性的研究计计划是一项国际性的研究计划。它的目标是通过以美国为主的全球性的划。它的目标是通过以美国为主的全球性的划。它的目标是通过以美国为主的全球性的划。它的目标是通过以美国为主的全球性的国际合作，在大约国际合作，在大约国际合作，在大约国际合作，在大约15151515年的时间里完成人类年的时间里完成人类年的时间里完成人类年的时间里完成人类24242424条染色体的基因组作图和条染色体的基因组作图和条染色体的基因组作图和条染色体的基因组作图和全长序列分全长序列分全长序列分全长序列分析，进行基因的鉴定和功能分析。析，进行基因的鉴定和功能分析。析，进行基因的鉴定和功能分析。析，进行基因的鉴定和功能分析。一、人类基因组计划的目标 人类基因组计划是一项国际性的研究计2620012001年年2 2月月1616日日 人类基因组人类基因组“精细图精细图”完成，完成，(99%),(99%),美国美国 ScienceScience,Vol.291,No.5507 ,Vol.291,No.5507 英国英国 NatureNature,Vol.409,p.860,Vol.409,p.86020032003年月年月1414日日 人类基因组序列图亦称人类基因组序列图亦称“完成图（完成图（99.99%99.99%），），提前绘制成功。提前绘制成功。2001年2月16日27二、人类基因组计划的内容二、人类基因组计划的内容 人类基因组计划就是人类基因组计划就是分析测定人类基因组分析测定人类基因组的核苷酸序列。主要的核苷酸序列。主要内容包括绘制人类基内容包括绘制人类基因组的四张图：遗传因组的四张图：遗传图、物理图、转录图图、物理图、转录图和序列图。和序列图。遗传图谱遗传图谱转录图谱转录图谱0.7 cM 或或 kb 序列图谱序列图谱物理图谱物理图谱100 kb100 kbSTS mapSTS map二、人类基因组计划的内容 人类基因组计划就是分析测定人类281.1.遗传图谱遗传图谱 （连锁图谱）（连锁图谱）（1 1）概念：人类基因组内基因以及专一的多态）概念：人类基因组内基因以及专一的多态性性DNADNA标记相对位置的图。以某个遗传位点上具有标记相对位置的图。以某个遗传位点上具有多个等位基因的遗传标记做多个等位基因的遗传标记做“路标路标”，以两个位点，以两个位点之间进行交换、重组的百分率之间进行交换、重组的百分率 cMcM作为图距反映基作为图距反映基因遗传效应的基因组图。基因组计划启动时人类学因遗传效应的基因组图。基因组计划启动时人类学研究已将研究已将1.61.6万个基因确定了相对位置。万个基因确定了相对位置。(2(2）图距单位：）图距单位：cMcM，相对距离，相对距离 (3(3）图谱意义：育种的字典、基因组测序的路）图谱意义：育种的字典、基因组测序的路标。标。1.遗传图谱（连锁图谱）29（4 4）图图谱谱的的遗遗传传标标记记：遗遗传传标标记记指指可可以以识识别别的的等等位位基基因因或或一一些些等等位位性性的的片片段段。随随着着分分子子遗遗传传学学的的发发展展和和基基因因概概念念的的发发展展遗遗传传标标记记也也在在不不断断从从形形态态、细细胞水平发展到生化和分子水平。胞水平发展到生化和分子水平。图谱标记：可用基因和图谱标记：可用基因和DNADNA作为鉴别的标记。作为鉴别的标记。基基因因标标记记：基基因因控控制制性性状状的的表表现现，利利用用可可鉴鉴别别的的形形态态、生生化化等等表表型型性性状状作作标标记记根根据据连连锁锁交交换换原原理理来来分分析析基基因因之之间间的的连连锁锁关关系系和和遗遗传传距距离离绘绘制制连连锁锁图图谱谱。缺缺点点：基基因因数数目目有有限限，所所构构建建的的遗遗传传图图谱谱不不详细，标记间的遗传距离较大。详细，标记间的遗传距离较大。（4）图谱的遗传标记：遗传标记指可以识别的等位基因或一些等位30 DNADNA分子标记分子标记第一代：第一代：RFLPRFLP（限制性片段长度多态性）（限制性片段长度多态性）限制性内切酶能识别和切割特异核苷酸序列。由限制性内切酶能识别和切割特异核苷酸序列。由于于DNADNA某一位点上的变异有可能引起该位点特异性的某一位点上的变异有可能引起该位点特异性的酶切位点的改变，当用限制性内切酶处理不同生物个酶切位点的改变，当用限制性内切酶处理不同生物个体的体的DNADNA时，致使酶切片段长度发生变化，个体间出时，致使酶切片段长度发生变化，个体间出现限制性片段长度的差异。现限制性片段长度的差异。DNADNA序列能或不能被某一序列能或不能被某一酶酶切，实际上相当于一对等位基因的差异。酶酶切，实际上相当于一对等位基因的差异。DNA分子标记31 如一对同源染色体的两个如一对同源染色体的两个DNADNA分子分子,一个具一个具有某种酶切位点有某种酶切位点,另一个无此位点另一个无此位点,酶切后形成酶切后形成的的DNADNA片段长度就有差异片段长度就有差异,即即RFLPRFLP。根据该等位。根据该等位基因的遗传基因的遗传,将将RFLPRFLP作为标记定位在基因组的某作为标记定位在基因组的某一位置上。一位置上。RFLPRFLP表现为共显性遗传。表现为共显性遗传。如一对同源染色体的两个DNA分子,一个具有某种酶切位32第二代：微卫星第二代：微卫星DNA/DNA/短串联重复（短串联重复（STR)/STR)/简单序简单序列重复列重复(SSR)(SSR)STRSTR：重复序列只有：重复序列只有2-62-6个核苷酸，分布在整个个核苷酸，分布在整个基因组基因组,长度为长度为 100-200bp100-200bp，也呈共显性遗传。，也呈共显性遗传。CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC第二代：微卫星DNA/短串联重复（STR)/简单序列重复(S33第三代：第三代：SNPSNP（单核苷酸多态性）（单核苷酸多态性）同一物种不同个体基因组同一物种不同个体基因组DNADNA的等位序列上单个的等位序列上单个核苷酸存在差异的现象。比较的的是核苷酸存在差异的现象。比较的的是DNADNA相同序相同序列长度里的单个碱基的差别。基因中的点突变列长度里的单个碱基的差别。基因中的点突变数量多，其中有些可产生数量多，其中有些可产生RFLPRFLP。第三代：SNP（单核苷酸多态性）34 SNPSNP存在频率较高，既可存在于编码序列中，存在频率较高，既可存在于编码序列中，也可存在与非编码序列中。人类基因组中约有也可存在与非编码序列中。人类基因组中约有300300万个以上，平均每万个以上，平均每500-1000bp500-1000bp就有一个。其中编就有一个。其中编码序列中约有码序列中约有2020万个万个SNPSNP标记，非编码序列中约有标记，非编码序列中约有1010倍以上的标记。倍以上的标记。SNP SNP位点必须满足该位点的变异在人群中出现位点必须满足该位点的变异在人群中出现的频率大于的频率大于1%1%。任何两个个体之间所存在的基因。任何两个个体之间所存在的基因组序列差异仅为组序列差异仅为0.1%0.1%。而人。而人DNADNA变异的变异的90%90%是由是由SNPSNP贡献的。贡献的。SNP存在频率较高，既可存在于编码序35SNP与RFLP和STR标记的主要不同之处在于，它不再以DNA片段的长度变化作为检测手段，而直接以序列变异作为标记。SNP与RFLP和STR标记的主要不同之处在于，它不再以DN36 （2 2）物理图）物理图 DNADNA序列上两点之间的实际序列上两点之间的实际距离。基因或距离。基因或DNADNA标记之间标记之间的物理距离以核苷酸数目的的物理距离以核苷酸数目的多少来表示。以已知核苷酸多少来表示。以已知核苷酸序列的序列的DNADNA片段（序列标签片段（序列标签位点，位点，sequence-tagged sequence-tagged site,STSsite,STS）为）为“路标路标”，以，以碱基对作为基本测量单位碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。（图距）的基因组图。（2）物理图37 项目项目 遗传图谱遗传图谱 物理图谱物理图谱 标标 记记 基因基因 多态性序列多态性序列 STSSTS 单单 位位 cM bp kb MbcM bp kb Mb 信信 息息 生物信息生物信息 物理信息物理信息 标标 志志 路标路标 界标界标 距距 离离 相对距离相对距离 绝对距离绝对距离 位位 置置 连锁关系连锁关系 相对位置相对位置 位置关系位置关系 绝对位置绝对位置 分辨率分辨率 低低 ,600kb ,600kb 高，高，100kb100kb 精确性精确性 低低 高高 操操 作作 难度大难度大 容易容易 项目 遗传图谱 物理38（3 3）转录图）转录图 又又称称cDNAcDNA计计划划或或基基因因图图谱谱。转转录录图图谱谱确确定定编编码码蛋蛋白白质质的的序序列列及及其其在在基基因因组组中中的的位位置置，是是真真正正的的人人类类基基因图谱。因图谱。基基因因组组中中97%97%的的序序列列不不转转录录，3%3%转转录录，特特定定组组织织中中仅仅10%10%的的 基因表达。基因表达。以以ESTEST（expressed expressed sequence sequence tag tag，表表达达序序列列标标签签）为为标标记记，根根据据转转录录顺顺序序的的位位置置和和距距离离绘绘制制的的图图谱谱。ESTEST：通通过过从从cDNAcDNA文文库库中中随随机机挑挑选选的的克克隆隆进进行行测测序序所所获获得得的的部部分分cDNAcDNA的的55或或33端端序序列列称称为为表表达达序序列列标标签签（ESTEST），一般长），一般长300-500bp300-500bp左右。左右。（3）转录图 以EST（expressed seque39 （4 4）序列图）序列图（分子水平的物理图）序序列列图图是是指指整整个个人人类类基基因因组组的的核核苷苷酸酸序序列列图图，也也是是最最详详尽尽的的物理图。物理图。既既包包括括可可转转录录序序列列，也也包包括括非非转转录录序序列列，是是转转录录序序列列、调调节节序列和功能未知序列的总和。序列和功能未知序列的总和。31.647 31.647亿亿bpbp，一个个核苷酸排列起来可达到，一个个核苷酸排列起来可达到50005000公里长，公里长，500500页的书页的书30003000本才能写完。本才能写完。人与人之间基因组人与人之间基因组9999，99%99%是相同的，差异仅万分之一。是相同的，差异仅万分之一。（4）序列图（分子水平的物理图）40人类基因组概况人类基因组概况基因组大小2.91GbpA+G含量54%G+C含量38%重复序列（不含异染色质）35%编码序列数目26588功能未知基因比例42%外显子最多的基因Titin（234）SNP数量300万个SNP密度1/1250bp最长的染色体2（240 Mbp）最短的染色体Y（19Mbp）基因最多的染色体1（2453）基因最少的染色体Y（104）基因密度最大的染色体19（23/Mb）基因密度最小的染色体13，Y（5/Mb）重复序列含量最高的染色体19（57%）重复序列含量最低的染色体2，8，10，13，18（36%）人类基因组概况基因组大小2.91GbpA+G含量54%G+C413.3.人类基因组计划的科学意义人类基因组计划的科学意义（1 1）确定人类基因组中约）确定人类基因组中约5 5万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位万个编码基因的序列及其在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。置，研究基因的产物及其功能。（2 2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。水平上理解基因转录与转录后调节。（3 3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录“框架序框架序列列”的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色体结构、的大小和组织，了解各种不同序列在形成染色体结构、DNADNA复制、复制、基因转录及表达调控中的影响与作用。基因转录及表达调控中的影响与作用。（4 4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调控序列与被调）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若从整个染色体的空间结节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但若从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间的角度构上看则恰恰处于最佳的调节位置，因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表达调控规律。来研究真核基因的表达调控规律。3.人类基因组计划的科学意义（1）确定人类基因组中约5万个编42（5 5）发现与）发现与DNADNA复制、重组等有关的序列。复制、重组等有关的序列。DNADNA的忠实复制的忠实复制保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的保障了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分子基础。局部分子基础。局部DNADNA的推迟复制、异常重组等现象则导致的推迟复制、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常发育，因此，了解与人类疾病或者胚胎不能正常发育，因此，了解与人类DNADNA正常正常复制和重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组复制和重组有关的序列及其变化，将对研究人类基因组的遗传与进化提供重要的结构上的依据。的遗传与进化提供重要的结构上的依据。（6 6）研究）研究DNADNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至机制，包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾感染性疾病引发的分子病理学改变及其进程，为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据。病的诊断、预防和治疗提供理论依据。（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制保43（7 7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基研究其周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因组后的影响，可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因治疗。因治疗。（8 8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化于基因诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司法和人类学的研究。此外，这些遗传信息等许多医疗、司法和人类学的研究。此外，这些遗传信息还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁移还有助于研究人类历史进程、人类在地球上的分布与迁移以及人类与其他物种之间的比较。以及人类与其他物种之间的比较。（7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其444.4.后基因组后基因组 人类基因组计划已开始进入由结构基因组学向功能基因组学过人类基因组计划已开始进入由结构基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程。在功能基因组学研究中，可能的核心问题有：基渡、转化的过程。在功能基因组学研究中，可能的核心问题有：基因组的表达及其调控、基因组的多样性、模式生物体基因组研究等。因组的表达及其调控、基因组的多样性、模式生物体基因组研究等。（1 1）研究基因转录表达关键问题是要解析控制整个发育过程或反）研究基因转录表达关键问题是要解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络的机制。蛋白质组学研究是从整体水平上研应通路的基因表达网络的机制。蛋白质组学研究是从整体水平上研究蛋白质的水平和修饰状态，建立蛋白质相互关系的目录。究蛋白质的水平和修饰状态，建立蛋白质相互关系的目录。（2 2）基因组多样性的研究将成为疾病基因组学的主要内容之一，）基因组多样性的研究将成为疾病基因组学的主要内容之一，而群体遗传学将日益成为生物医药研究中的主流工具。而群体遗传学将日益成为生物医药研究中的主流工具。（3 3）模式生物体的研究方向是将人类基因组）模式生物体的研究方向是将人类基因组8 81010万个编码基因的万个编码基因的大部分转化为已知生化功能的多成分核心机制。大部分转化为已知生化功能的多成分核心机制。4.后基因组 人类基因组计划已开始进入由结构基因组45