人类基因组学 朱德裕

主要内容 一、概念 二、人类基因组计划 三、后基因组学

一、概念 19世纪，遗传学的奠基人孟德尔提出生物每一个性状都是通过遗传因子来传递的。 1909年约翰逊（W.Johansen ）提出“基因”概念，以此来替代孟德尔假定的“遗传因子”,但仍然是未经证实，仅靠逻辑推理得出的概念。 1926年摩尔根的巨著《基因论》出版，建立了著名的基因学说。这种认识把基因与染色体联系起来，说明了基因的物质性。但人们仍然不了解基因的化学本质。

1944年艾弗里首次用实验明确：DNA是遗传信息的载体。 1953年沃森（J.D. Watson）和克里克（F.H.C. Crick）提出了著名的DNA双螺旋结构模型，进一步说明基因成分就是DNA，基因就是DNA分子的一个区段，它控制着蛋白质合成。

基因（gene）是指携带有遗传信息的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位。 一个基因相当于DNA分子上的一定区段，它携带的遗传信息或者被转录为RNA或被翻译成多肽链。 基因组（genome）是指包含在某个生物的DNA中（部分病毒是RNA）的全部遗传信息。基因组包括基因和非编码DNA。 更精确地讲，一个生物体的基因组是指一套染色体中的完整的DNA序列。 基因组(genome)最早是于德国遗传学家H. Winkler在1920年将gene（基因）和chromosome(染色体)两个词缩合而创造的一个新词，意思是指染色体上的全部基因。

基因组（genome） 生殖细胞含1套基因组 1套来自父本生殖细胞 体细胞含 2套基因组 1套来自母本生殖细胞

     完整的人类基因组包含： 1-22号常染色体 核基因组 X和Y染色体 线粒体基因组

人线粒体基因组 （共16569 bp） 1. 基因排列得非常紧凑，共有37个基因，除启动区域外，无内含子序列。基因间隔区总共只有 87bp，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠。 2. 这37个基因中，22个编码tRNA，2个编码核糖体核糖核酸（ 16SrRNA和12SrRNA），13个编码蛋白质，即细胞色素b、细胞色素 氧化酶的3个亚基、ATP酶的2个亚基以及NADH脱氢酶的7个亚基。 3.mtDNA为母系遗传。 4.部分mtDNA的密码子不同于核内DNA的密码子。

短重复序列

而分子人类学研究里，在研究的材料方法上有两个基本点: 一个是非基因，一个是单倍遗传。 线粒体DNA和Y染色体DNA就是单倍遗传分子。在Y染色 体上，基因也很少，大部分都是非基因序列。在非基因序列中，会分析两种突变类型。一种叫做单核苷酸多态突变(即SNP)，它的突变很罕见，也很稳定。同一 个突变历史上不会重复出现，也不会变回去。 另一种叫做短串联重复突变(STR)，这种突变是在不断 变长变短的，而且变化是匀速的。所以只要调查到突变的总量，再除以突变的速度，就可以得到各种类型的产生时间了。

单倍群 在分子进化的研究中，单倍群是一组类似的单倍型，它们有一个共同的单核苷酸多态性祖先。单核苷酸多态性试验被用来确认单倍型。单倍群以字母来标记，并且以数字和一些字母来做补充 。 单倍型 是单倍体基因型的简称，在遗传学上是指在同一染色体上进行共同遗传的多个基因座上等位基因的组合；更进一步的讲，单倍型也是指一个染色单体里面具有统计学关联性的一类单核苷酸多态性（SNPs）。 祖先染色体经过反复的重组事件后，某些没有被重组打破的片段会在许多后代个体的DNA序列中出现，而其相互间被那些发生了重组的区域隔开，这些区段就是单倍型。

在人类遗传学中，最普遍被研究的单倍群是人类Y染色体脱氧核糖核酸单倍群和人类线粒体脱氧核糖核酸单倍群，这两个都可以被用来定义遗传群体。 A=M91和B=M60也是非洲居民的特征。而出走到非洲以外的居民后裔，其Y染色体上都带有M168的突变点 。在8.9万～3.5万年左右，Y染色体上的某一位点发生了从碱基C到T的突变，从而产生了一个M168突变型。 Y染色体变迁图

基因组学 是以分子生物学技术，计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探讨生命活动的内在规律及其与内外环境的关系的一门科学。 “基因组学”与传统经典的“基因学”相同之处仍是研究基因,不同之处是在策略上,前者是“零敲碎打”,而后者是“整体阐明”，从整体层次上系统地研究各生物种群基因组的结构和功能及相互关系的学科。

建立基因组的遗传图、物理图、转录图和序列图等，一句话，完成基因组DNA序列测定的学科。 根据研究目的，基因组学可分为： 结构基因组学 （structural genomics） 建立基因组的遗传图、物理图、转录图和序列图等，一句话，完成基因组DNA序列测定的学科。 功能基因组学 （functional genomics） 研究基因组中各基因的功能，包括基因的表达及其调控模式的学科。 比较基因组学 （comparative genomics） 对已知的基因和基因组结构进行比较以了解基因的功能、表达机制和物种进化的学科。 由此又派生出其他研究分支。      

结构基因组学 结构基因组学(structural genomics)范畴中主要指人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)。 HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定。

人类科学史上三大工程 二、人类基因组计划（HGP） 1.曼哈顿计划 ( Manhattan Project ) 2.阿波罗计划（Apollo Project ） 3.人类基因组计划（ Human Genome Project ）

1.曼哈顿计划 ( Manhattan Project ) 1942年,美国陆军部实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划 1945年成功。促进了第二次世界大战后系统工程的发展。 曼哈顿计划首席科学家 罗伯特·奥本海默 “原子弹之父”

2.阿波罗计划（Apollo Project ） 美国20世纪60-70年代从事的一系列载人登月飞行任务。 从1969年阿波罗11号第一次登月成功，到1972年12月阿波罗17号飞船第6次登月成功结束。 世界航天史上具有划时代意义的一项成就，为人类探索宇宙提供了实践。

讨论 我国的登月工程的重要意义

3. 人类基因组计划 创意的产生 ---- 医学发展遇到瓶颈 1984年,在美国犹他州举行的“环境诱变和致瘤防护”会议上， 针对癌症诊断和治疗遇到的瓶颈，美国科学家怀特和门德尔 松提出:　 只有测定人类基因组的完整序列，通过比较分析查出所有突 变位点，才能精确测定致癌物所引发突变频率。 这一观点得到了与会科学家的一致认同。 1985年5月，美国能源部提出“人类基因组计划”草案。

他指出“这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美，我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作。” 1986年3月7日，美国生物学家、诺贝尔奖得主杜尔贝科Dulbecco R在《Science》上发表了一篇有关开展人类基因组计划的短文，题为“肿瘤研究的一个转折点：人类基因组的全序列分析”，他提出包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关，呼吁科学家们联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列。 他指出“这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美，我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作。” 引起了全世界的强烈反响，不仅推动了美国，也推动了全世界的人类基因组计划的发展。 杜尔贝科（1914～ ) Renato Dulbecco

1987年初，美国能源部和国家健康研究院为“人类基因组计划”下拨了启动经费550万美元，全年共1.66亿美元。 1988年2月，国家科学研究委员会的专家成立了“国家人类基因组研究中心”，由沃森任第一任主任。 美国国会正式批准的“人类基因组计划”到1990年10月1日才正式启动，其规模在世界上是最大的，计划在15年内投入30亿美元以上的资金进行人类基因组的分析。

在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。 总体计划： 在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。 人类单倍体基因组： 含30亿碱基对(bp)的DNA序列，包括约2-2.5万个基因，分布于22条常染色体和X、Y性染色体。 同时，也包括其它5种模式生物（包括小鼠、果蝇、线虫、斑马鱼、酵母等）的基因组计划。

各国所承担工作比例约为 美国５４％ 英国３３％ 日本 ７％ 法国 ２.８％ 德国２.２％ 中国 １％ 日本 ７％ 法国 ２.８％ 德国２.２％ 中国 １％ （我国于1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务。该区域约占人类整个基因组的1％，简称“1％项目”。）

中国的人类基因组计划于1994年启动 由强伯勤、陈竺等倡导启动 最初的经费来源 启动的研究项目 国家自然科学基金委员会 “863”高科技计划 中华民族基因组中若干位点基因结构的研究 重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能研究

陈竺 1998年3月由陈竺院士挂帅成立上海中心，10月改名为中国南方基因中心。同时，决定成立由国家卫生部牵头的若干中国人类遗传资源保护中心。

强伯勤 1999年由强伯勤院士牵头在北京先后成立了中国医学科学院北京人类基因组中心和北方人类基因组中心。

杨焕明 1998年由杨焕明和余军教授组织了中国科学院遗传所人类基因组中心。 1999年9月1日，杨焕明教授在第五次伦敦国际人类基因组战略讨论会上介绍情况，会议正式接受中国加入国际合作，划定了测序区域，正式承担１％的测序任务。

HGP的研究目标 identify all the approximately 20,000-25,000 genes in human DNA, determine the sequences of the 3 billion chemical base pairs that make up human DNA, store this information in databases, improve tools for data analysis, transfer related technologies to the private sector, and address the ethical, legal, and social issues (ELSI) that may arise from the project.

HGP的主要目标是测定全部DNA序列，因目前的测序技术 因组这一巨大的研究对象，将其分为容易操作的小的区域， 这个过程简称为染色体作图。根据使用的标记和手段的不 同，HGP的基本任务可用4张图谱来概括； 即遗传图谱，物理图谱，转录图谱和序列图谱。

遗传图谱（连锁图谱） 构建遗传图谱的基本原理是真核生物遗传过程中会发生减数分裂，此过程中两条同源染色体要进行交换重组，重组百分率可以反映出染色体上两点之间相对距离，称遗传距离，单位为厘摩尔根（cM）。距离越近，重组率越小。根据遗传距离,可以确定同一染色体上基因间的相互距离,绘制遗传图谱。 1cM的遗传距离表示在100个配子中有1个重组子。在哺乳动物中，遗传图谱上1cM的距离大约相当于物理图谱上1,000,000bp。人类基因组的全长约3600cM。

遗传图是将每条染色体上的基因或遗传标记的相对位置经连锁分析确定下来，构成图谱，因此，需借助相应的遗传标记。 DNA技术的建立为人类提供了大量新的遗传标记。 遗传标记有三代 长臂1区3带 着丝粒两侧的部分，较长的部分为长臂（q），较短的部分为短臂（p） 。

为何要用分子标记进行 基因组作图 基因组测序的基本策略是将整个基因组分 割成一些小的片段分别测序, 然后将测序的 片段进行组装, 使其回归到原来的位置. 为了确保分散的基因片段正确归位组装, 必 须寻找一批标记,它们在染色体上的位置是 已知的、唯一的、确定的, 并位于不同的测 序片段之中.

基因组路标(landmarker) 均可作为路标, 路标具有 物理属性,他们由特定的 DNA顺序组成. 路标位于 染色体上的位置是固定的, 唯一的,不会更改的,因而 提供了作图的依据 标记1 标记2 标记3

第一代DNA遗传标记是RFLP（限制性片段长度多态性）。DNA序列上的微小变化，甚至1个核苷酸的变化，也能引起限制性内切酶切点的丢失或产生，导致酶切片段长度的变化。

第二代DNA遗传标记利用了存在于人类基因组中的大量重复序列： 重复单位长度在2-6个核苷酸之间的微卫星DNA，又称为简短串联重复（STR、STRP或SSLP）。 卫星DNA分类 特征 卫星DNA 串联重复的基本单位首尾相接，在基因组中呈不均匀分布，但主要集中于着丝粒、端粒等特定部位，高度或中等重复，分属三个大家族。 α卫星DNA 中等重复，基本单位长171bp。 小卫星DNA 中等重复，基本单位长15~65bp。 微卫星DNA 中等重复，基本单位长2~8bp

第二代DNA遗传标记 STRP的优点是“多态性”与“高频率”。由于(A)n， (CA)n，(CGG)n等短重复序列在进化上不受选择，在同 一位点上可重复单位数量变化很大，配对时又容易产生 “错配”，使这样的位点遍布于整个基因组。 已有5264个STRP为主体的遗传标记“连锁图”，平均 分辨率已达600kb，其中第17号染色体上平均每495 kb 有一个标记，第9号染色体上平均每767 kb有一个标记 ，整个基因组中只有三处标记间距大于4Mb。

第三代DNA遗传标记，可能也是最好的遗传标记，是分散于 基因组中的单个碱基的差异，即单核苷酸的多态性（SNP） ，包括单个碱基的缺失、插入和替换。 SNP有可能在密度上达到人类基因组“多态”位点数目的极 限。估计人类基因组中可能有300万个SNP位点！ SNP与RFLP和STRP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。

遗传图谱绘制的意义 “遗传图”的建立为人类疾病相关基因的分离克隆奠 定了基础。拥有5000多个遗传学位点，相当于把整个 人类基因组划分为5000多个小区，并分别设置了“标 牌”。如果在家系中证实该基因与某个标记不连锁（ 重组率为50%），表明该基因不在这一标记附近。 如果发现该基因与某个标记有一定程度的“连锁”（ 重组率小于50%但大于0），表明它可能位于这个标记 附近。 如果该基因与某标记间不发生重组（重组率等于0）， 我们就推测该标记与所研究的疾病基因可能非常接近 。

物 理 图 人类基因组的物理图是指以已知核苷酸序列的 DNA片段（序列标签位点，STS）为“路标”，以碱基 对（bp，kb，Mb）作为基本测量单位（图距）的基因 组图，即把DNA片段按照实际的物理位置进行排序 ，通常是指高分辨率的基因组长度片段限制性酶切图 谱和重叠克隆图谱。 STS是基因组中任何单拷贝的长度在100～500bp之间 的DNA序列，与核酸内切酶识别序列相关联。 物理图主要内容是建立相互重叠连接的“相连DNA片 段群”。

序 列 图 人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最高层次、最详尽 的物理图。测定总长约1米、由30亿个核苷酸组成的全序列 是人类基因组计划的最终目标。 人类所拥有的基因位点都是相同的，不同种族、不同个体的 基因差异(人类基因组的多样性)以及“正常”与“疾病”基 因的差异，只是同一位点上的等位基因的差异。 人类基因组计划所提供的人类核酸序列图，蕴藏了决定我们 生、老、病、死的所有遗传信息，将成为人类认识自我、改 造自我－使人类健康长寿的知识源泉，为21世纪现代生物学 和医学奠定了基础。

转录图又称为基因图 生物性状是由蛋白决定的，功能蛋白是由信使RNA（mRNA）编码的，mRNA又是由编码蛋白功能基因转录而来的。转录图就是测定这些可表达片段（EST）的标记图。事实上，整个人类基因组中有97％的部分由不被转录的DNA组成，只有2％－3％的DNA序列具有编码蛋白质的功能。在人体某一特定的组织中仅有10％的基因被表达。如果将这些mRNA通过一种反转录的过程构建成cDNA文库，然后再测定这些DNA的序列，最终绘制成一张可表达基因图--转录图。即通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。 基本含义是鉴别人类目前认识的全部基因，包括编码蛋白质的基因和决定各类RNA的基因。

基因图的绘制 CpG岛的应用 CpG岛(CpG island)：描述哺乳动物基因组DNA中的一部分序列，其特点是C和G的总和超过4种碱基总和的50%，即每10个核苷酸约出现一次双核苷酸序列CG。具有这种特点的序列仅占基因组DNA总量的10%左右。 从已知的DNA序列统计发现，几乎所有的管家基因(House-Keeping gene)及约占40%的组织特异性基因的5‘末端含有CpG岛，其序列可能包括基因转录的启动子及第一个外显子。因此，在大规模DNA测序计划中，每发现一个CpG岛，则预示可能在此存在基因。

基因图的绘制 计算机应用及cDNA策略 计算机应用：通过软件进行预测（生物信息学） cDNA策略：把特定组织中的mRNA分离出来，经反转录合成cDNA片段，建立EST位标，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。 是染色体DNA某一区域内所有可转录序列的分布图，是基因图的雏形。

人类基因组计划的实施—负责人 第一任首席科学家: James Watson 第二任首席科学家 Francis Collins 因DNA顺序专利争论 于1992年辞职. 第二任首席科学家 Francis Collins

人类基因组计划的中国发起者 中国参与完成人类基因组计划的1%

私立公司 1998年， Applera Corporation与科学家Dr. J. Craig Venter 等人组建Celera公司，同时开展人类基因组测序计划（采用全基因组鸟枪法），与HUGO（human genome organisation）竞争。 J. Craig Venter（1946-）

HGP进展 美国基因组研究中心成立 1992 建立第二代人类遗传图（STS） 在《科学》杂志上发表新的HGP五年计划（93至97） 英国Sanger测序中心成立 完成遗传作图 完成物理作图 通过基因非歧视法案 首张人类遗传图问世 测序初步研究开始 完成面包酵母基因组测序 完成小鼠遗传作图 公布百慕大原则（基因组数据快速公开）

美国国家基因组研究所（NHGRI）成立 完成大肠杆菌基因组测序 法国国家基因组测序中心（Genoscope）成立 绘制3万个遗传位点的遗传图 在《科学》发表新的HGP五年计划（1998年至2003 年） 日本RIKEN基因组科学中心成立 完成线虫基因组测序 启动SNP作图计划 中国人类基因组中心成立 大规模基因组测序开始 完成首条人类染色体（22号）的测序

1999 年 12 月英、日、美三国科学家联合完成首条人类染色体（22 号染色体）的测序任务

2000 年 3 月塞莱拉公司宣布完成果蝇基因组的测序工作。 年 （3月）完成果蝇基因组测序 （6月）完成人类基因组工作草图 （12月）完成拟南芥基因组测序 2000 年 3 月塞莱拉公司宣布完成果蝇基因组的测序工作。

2000年6月公共领域测序计划工作框架图

2000年6月26日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成

2000 年 12 月美、英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列。

2001年2月，工作草图的具体序列信息、测序所采用的方法以及序列的分析结果被国际人类基因组测序联盟和塞雷拉基因组的科学家分别公开发表于《自然》与《科学》杂志。这一工作草图覆盖了基因组序列的83％，包括常染色质区域的90％ 。

完成和发表小鼠基因组初稿 完成和发表水稻基因组初稿 完成大鼠基因组初稿 2003 人类基因组计划完成 2003 人类基因组计划完成 ２００３年４月１４日，官方宣布根据国际人类基因组计划所采用的定义，基因组的测序已经完成。覆盖基因组的常染色质区域大于96%，准确率超过99.99％的全DNA序列图 。 事实上，基因组中仍有许多的区域未获得测序。这其中的首要原因是在每条染色体的中心区域（称为着丝粒）含有大量重复DNA序列，用目前的技术进行测序的难度较大。着丝粒含有数百万（可能接近千万）的碱基对，其中的大多数完全没有得到测序。第二个原因是在染色体末端区域（称为端粒）同样含有高度重复的DNA序列。

人类基因组测序的耗费 实际: 2002年: Sequence >1,400 Mb/year at <$0.09 per finished base.

人类基因组精确测序进展 截止2006年5月, 人类基因组计划已完成22 条常染色体和X,Y性染色体的精确测序与 解读. Human Chr.20, completed, February, 2002 Human Chr.14, completed, January, 2003 Human Chr.Y, completed, October, 2003 Human Chr.7, completed, October, 2003 Human Chr.6, completed, October, 2003 Human Chr.13, completed, March, 2004 Human Chr.19, completed, March, 2004 Human Chr.9, completed, May, 2004 Human Chr.10, completed, May, 2004 Human Chr.X, completed, March, 2005 Human Chr.2-4, completed, April, 2005 Human Chr.1, completed, May, 2006 截止2006年5月, 人类基因组计划已完成22 条常染色体和X,Y性染色体的精确测序与 解读.

讨论 人类基因组计划

后基因组计划（post-genome project） 完成测序后意味着结构基因组学的结束。人类迈入了后基因组时代－功能基因组的研究时代， 其研究内容是对基因组的功能进行探索。 功能基因组学 核心问题主要包括：基因组的多样性研究，基因组的表达及其时间、空间调控；模式生物体基因组研究等。其中以生物芯片测试功能基因表达图谱，以遗传工程模式动物测试基因功能为主要手段。模式动物构建的关键在于转基因或基因敲除。还包括： “蛋白质组”计划、“环境基因组学” 、 “药物基因组学”、 “癌肿基因组解剖学计划” 总之，人类基因组计划的内涵和外延将不断地扩展。 。 　

转基因和基因敲除技术 转基因技术 用实验方法，把外源目的基因整合到动物受精卵或胚胎干细胞的基因组中，再导入动物子宫，使之发育成个体，并把目的基因遗传给子代的动物。 世界上第一只转基因动物巨鼠，是将大白鼠生长激素基因导入小白鼠的受精卵中，再将这个受精卵移入借腹怀胎的母鼠子宫中，产下小白鼠比一般的大一倍。这只在遗传学上具有重大意义的转基因动物的研究培育成功，展现出诱人的光明前景。 由注射癌症相关基因的胚胎培养而成的“癌症小鼠”已获得专利。这些小鼠已用作癌症研究中的治疗模型。　　

同源重组 同源重组（Homologus Recombination) 是指发生在姐妹染色单体（sister chromatin) 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。即当外源DNA片段大且与宿主基因片段同源性强者并互补结合时，结合区的任何部分都有与宿主的相应片段发生交换(即重组)的可能。 同源重组反应通常根据holliday结构（Holiday Juncture Structure) 的形成和拆分分为三个阶段，即前联会体阶段、联会体形成和Holiday 结构的拆分。

基因敲除 针对某个序列已知但功能未知的遗传基因，从分子水平上设计实验，将该基因去除，中止某一基因的表达外（还包括引入新基因及引入定点突变），令特定的基因功能丧失作用，使部分功能被屏障，并可进一步对生物体造成影响，然后从整体观察实验动物，推测相应基因的功能。 基因敲除就是通过同源重组将外源基因定点整合入靶细胞基因组上某一确定的位点，以达到定点修饰改造染色体上某一基因的目的。简单的说基因敲除是指将目标基因从基因组中删除。 举一个简单的例子:比如有一段"序列":"1234567890"(原基因),敲除后为:"123 7890",一般一个敲除载体还会在其中插入一段外源基因,如"ABC",则新的基因为:"123ABC7890"；或者不插入基因直接连接，则为“1237890”。

基因敲除的技术步骤 （1）构建重组基因载体：把目的基因（外源基因）和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA 分子都重组到带有标记基因(如neo 基因)的载体上。 （2）用电穿孔、显微注射等方法把重组DNA转入受体细胞核内﹔ （3）用选择培养基筛选已击中的细胞﹔ （4）将击中细胞转入胚胎使其生长成为转基因动物，对转基因动物进行形态观察及分子生物学检测。 基因敲除的技术路线虽不复杂，但由于细胞内外源DNA与靶细胞DNA序列发生同源重组的机率非常低，约为百万分之一 。

2007 诺贝尔生理医学奖 奥利弗·史密斯 马里奥·卡佩基 马丁·埃文斯

人类基因组研究的应用 人类基因组计划的成果不仅可以揭示人类生命活动的奥 秘，而且人类6千多种单基因遗传性疾病和严重危害人类健 康的多基因易感性疾病的致病机理有望得到彻底阐明，为这 些疾病的诊断、治疗和预防奠定基础。同时，人类基因组计 划的实施还将带动医药业、农业、工业等相关行业的发展， 产生极其巨大的经济效益和无法估量的社会效益。各种人类 基因组图谱使寻找与特定遗传疾病有关的基因的工作变得容 易。

１、 在医学领域的应用 （1）对特殊疾病基因的确定 人体的各种器官和组织常受到各种特殊疾病的侵袭，但常规医疗手段无法进行诊断和治疗。通过认识这些疾病的基因序列及确定发生了规律性改变的DNA片段，为这类疾病的诊断和治疗提供了可能。比如，家族性早老年痴呆症、杜兴肌营养不良、视网膜母细胞瘤、亨廷顿舞蹈症和等基因就是依赖于人类基因组计划的实施。 利用DNA克隆库和限制酶切图谱，人们可以对正常的患者的DNA进行有效的分析比较，达到对某一疾病的基因进行定位的目的。 人类基因组的DNA全序列将有助于证实假定存在的所有基因，可为分析病人DNA样品的序列提供一个数据库。

（2）有利于优生和产前诊断 医生和遗传学家可以通过基因检测，识别出带有遗传疾病的胚胎细胞，如：镰状细胞性贫血。在不久的将来，胎儿期的检测也许能够预测一般的常见病，比如：肥胖症、抑郁症和心脏病等。 （3）加强对癌症的认识和治疗 癌症的高死亡率严重地威胁着人类生命。癌症是由于细胞生长失控造成的。而失控是因特定基因的异常造成的。遗传的缺陷会使人体对特定的癌症具有高的易感性。寻找与癌症相关的基因的研究是当前医学研究的热点之一。一旦确定了易感基因，就可以进行癌前或早期癌症的特殊监护和治疗。 人类对癌症的认识已有很大的进步，但仍然存在着许多问题，这些问题的解决将依赖于人类基因组计划的研究。

２、在基础理论研究方面的应用 （1）确定人类基因组中基因的序列、组织和物理位置，有 利于研究基因的功能以及它们相互之间在表达和调控机制方面 的联系上理解基因转录与转录后的调控。 （2）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非转录序列的大小。在染色体结构、DNA复制、基因转录和表达调控中的影响和作用。 (3)研究空间结构对基因调控的作用。基因表达调控是功能 基因组学研究的主要内容之一。不同条件下基因表达谱的变化 是基因组调控的结果。

（4）研究正常基因与突变基因的差别，会帮助阐明与正常的生理学和疾病发生有关的新的生化和细胞学机制。尽快地确定出疾病基因，能使研究者对该基因的蛋白产物及其细胞生物学效应进行深入的研究。 （5）利于确立有重要功能意义的基因组组构的特征。 人类染色体含有许多不是基因的片段，一些特定片段对细胞分裂前染色体复制和确保染色体组正确地分配到两个子细胞中是不可缺少的。 这些片段的性质及功能的机制鲜为人知，人类基因组的物理图谱将为探讨这些特定片段性质及作用的实验打下基础。 （6）发现新的基因和蛋白质。迄今仅有少数参与正常和疾病的人类基因被确定。对人类基因组作图和测序将会确定出大量新的人类基因及其编码的蛋白质。另外，物理图谱将有助于对那些已大体定位在染色体上，但尚未分离出的基因进行精确定位。

讨论 人类基因组计划的未来意义

本来基因是不应申请专利的，被授于专利的只限于发明，而不是发现。 但是，每克隆一个与疾病有关的基因，搞清它的作用机制、并制成基因药物用于临床，平均要投入1亿美元。有投入就必须有回报，如果投入者的成果最后大家都能享用，那么经过商业竞争新产品就只能以略高于成本的价格出售。如果是这样，投入者的先期投入将无法收回。其后果一是打击了投入者的积极性，二是限制了投入者对新项目投入的能力。

所以，人类基因现在也被授予了专利。如肥胖基因，该基因的克隆曾被一家生物制药公司以3000万美元收购；但该公司并未自己生产减肥药物，而是在第二年以7000万美元的高价转手获利，年利率高达250％。可见，与基因有关的买卖将会在今后大量涌现。

人造生命 人造生命是指建立新染色体，随后将其嵌入已经被剔除了遗传密码的细胞之中，最终由这些人工染色体控制这个细胞，发育变成新的生命体。2007年10月8日，美国科学家克雷格·文特尔表示，已经在实验室成功地制造出一个合成的人造染色体。2010年5月20日，克雷格·文特尔研究所宣布世界首例人造生命——完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生，并将“人造生命”起名为“辛西娅”。

讨论 创造新生命