人类基因组计划 Human Genome Project, HGP

概述： 缘起、目标、意义 研究进展 基因组工业的前景

人类科学史上的三大工程 曼哈顿原子计划 人类基因组计划 阿波罗登月计划

1、缘起： （1）美国“肿瘤计划”的搁浅 （2）科学家的胆略 诺贝尔奖获得者 Renato Dulbecco（杜伯克）1986 年发表于《 Science（科学）》杂志 的短文《 肿瘤研究的转折点：人类基因组测序 》中指出： “如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组 。…… 从哪个物种着手努力 ？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始 … … 。 人类肿瘤研究将因对 DNA 的详细知识而得到巨大推动。”

人类基因组计划 于1990年10月正式启动！

2、目标： 完成人类基因组全部DNA序列测定。 人类单倍体基因组 含30亿碱基对(bp)的DNA序列，包括约3-4万个基因，分布于22条常染色体和X、Y性染色体。

模式生物体的研究 通过对进化不同阶段的生物体基因 组序列的比较，发现基因组结构 组成和功能调节的规律  利用酵母、线虫、果蝇、斑马鱼、 小鼠等模式生物体进行基因的除 或转基因的研究，从而在整体 水平认识基因的功能。

Discovery can not be waited! 世界上每分钟有10个儿童死于营养不良 每小时有11个美国人死于用药不当 爱兹病毒每天在一个病人身上扩增一亿倍 DNA

人类基因组计划大事记 1986 年 3 月诺贝尔奖获得者雷纳托·杜贝科在《科学》杂志上撰文，呼吁早日实施人类基因组（HGP）测序计划 　　1987 年 10 月科学家公布首个有 403 个位点的遗传图 　　1990 年 4 月美国宣布基因组测序的 5 年计划 1990 年 8 月美国国立健康研究院开始在大肠杆菌等 4 种模式生物体上实施大规模的测序工作 　　1990 年 10 月美国确定把当年的 10 月 1 日作为官方实施 HGP 的起始日期，被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动 　　1991 年 10 月日本宣布实施水稻基因组测序计划 　　1992 年 6 月克里格·文特创建私人的基因组研究机构 1992 年 10 月美国和法国研究小组分别完成首个 Y 染色体和第二代 20 号染色体的物理图

1992 年 12 月美法两国科学家完成了小鼠和人的遗传图 1993 年 10 月美国公布了 1993－1998 年的 5 年测序计划，并预计到 2005 年能够完成人类基因组的测序工作 　　1995 年 12 月美、法两国科学家公布了有 15000 个标记的人类基因组的物理图 　　1996 年 2 月百慕大会议召开，国际人类基因组计划的参与者一致同意人类基因组的测序数据在 24 小时内向公众公开 　　1996 年 4 月 DNA 芯片进入商业化应用 1996 年 10 月酵母菌的完整序列被测出 1998 年 2 月日本、美国、欧洲、中国等科学家商定联合开展水稻基因组的测序工作 　　1998 年 10 月人类基因组计划的公立阵营宣布提前于 2001 年完成人类基因组的工作草图，整个终图的完成期将从 2005 提前到2003 年 　　1998 年 12 月英国的桑格中心和华盛顿大学的科学家宣布破译美丽线虫的基因组序列

　　1999 年 9 月公立阵营宣布将在未来三年内花费 1.3 亿美元破译老鼠的基因组序列 　　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，这是已被破译的基因数量最大的一个基因组 　　2000 年 5 月德国和日本的科学家公布了人类 21 号染色体的全部序列 　　2000 年 6 月美国白宫召开会议，宣布人类基因组“工作框架图”完成 2000 年 10 月科学家宣布将在 2001 年 3 月前完成河豚鱼基因的测序工作 　　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 月人类基因组计划公立阵营在 15 日出版的《自然》杂志、塞莱拉公司在 16 日出版的《科学》杂志上公布各自的人类基因组测序草图

1999 年 12 月用“逐个克隆法”获得第一条人类染色体 —22号染色体完成序列

2000 年3 月用“全基因组鸟枪法”获得果蝇全基因组序列。

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。

六国科学家公布人类基因组细节研究成果 一、基因数量少得惊人。一些研究人员曾经预测人类约有14万个基因，但塞莱拉公司将人类基因总数定在2.6383万—3.9114万个之间。如果最终确定出的基因数在这个范围内，比如3万个左右，那么，人类只比果蝇多大约1.3万个基因。塞莱拉公司的科学家测出的序列准确地覆盖了基因组的95%，并已经确定了所有基因的2／3，平均测序精度为99.96%。 二、人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”。人类基因组序列中所谓的“荒漠”就是包含极少或根本不包含基因的部分，基因组上大约1／4的区域是长长的、没有基因的片段。基因密度在第17、第19和第22号染色体上最高，在X染色体、第4、第18号和Y染色体上相对贫瘠。 三、35.3%的基因组包含重复的序列。这意味着所有这些重复序列，即原来被认为的“垃圾DNA”应该被进一步研究。事实上，第19号染色体57%是重复的。除了重复片段，科学家还鉴定了210万个人与人之间不同的基因序列，这些序列被称为“单核苷酸多态性”，它们通常是无害的。 四、地球上人与人之间99.99%的基因密码是相同的。研究发现，来自不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似。在整个基因组序列中，人与人之间的变异仅为万分之一。

2003.5.28—2003.6.2 冷泉港 人类基因组完成图发布会

人类基因组研究国内研究进展： 1999年7月，中国科学院遗传所人类基因组中心在国际人类基因组HGSI注册，承担了其中1%，即3号染色体上3000万个碱基的测序任务，使我国成为继美、英、德、日、法之后第六个参与该计划的国家，也是唯一的发展中国家。 2001年8月经过来自中国科学院基因组信息学中心、国家人类基因组南方中心以及国家人类基因组北方中心的科学家和工作人员的共同努力，国际人类基因组计划中国部分"完成图"提前两年绘就。

基因组工业的前景： 1、以功能基因开发为基础的“基因产业”正在形成 2、基因组研究带动了生物信息和生物芯片等新型学科 和产业的发展 3、人类基因组研究成为生物医药技术产业创新的重要 源头

基因科研用于人类疾病治疗取得重要进展 科学家在对一些遗传性很高或较高的疾病的研究中，如地中海贫血、肌肉萎缩、乳腺癌等疾病的研究中，各国科学家已找到了２００至３００个致病基因，约占遗传病的１％。其它疾病如白血病通过基因分析，也对发病机理有了新的认识。 各国科学通过基因检测和使用基因药物，已能治疗一些疾病。如用基因注射法治疗一碰就出血的血友病。美国科学家运用破坏性基因治疗脑肿瘤，将外来破坏性基因接入脑肿瘤细胞，已取得了比单纯开刀更好的疗效。 在今后５至１０年中，各国科学家在基因研究中将携手攻关的重点放在糖尿病、动脉硬化、焦虑症与抑郁症、高血压、老年痴呆、精神分裂症、乳腺癌，以及其它一些癌症的探索上。

人类第13号和第19号染色体被完整测序 人类第13号和第19号染色体已得到准确而完整的测序，并进行了相关的分析。至此，科学家已对人类23条染色体中的9条进行了精确测序和序列分析，并已发表测序结果。这9条染色体是第6、7、13、14、19、20、21、22号和Y染色体。

第13号染色体是最大的近端着丝粒染色体，携带若干与乳腺癌有关的基因，包括BRCA2和RB1基因。该染色体在慢性B淋巴细胞白血病细胞中经常发生重排，它还包括DAOA基因，该基因与精神分裂症有关。研究人员对13号染色体上的9550万碱基对进行了序列分析，发现了633个基因和296个假基因。在比较其他脊椎动物基因组的基础上，大约95.4%编码蛋白质的基因已被确定。此外，还发现105个非编码的RNA基因。13号染色体是基因密度最低的染色体。

第19号染色体是人类所有染色体中基因密度最高的，对其5580万碱基对的序列分析揭示了1461个蛋白质编码基因和321个假基因。它具有高G+C含量、高复制率和高重排率的特点，这预示该染色体在生物进化中有重要意义。其中许多基因与呈孟德尔式遗传规律的疾病有关，包括家族性高胆固醇血症、非胰岛素依赖性糖尿病等。

人类第２０号染色体被破译 第２０号染色体是迄今破译的３对人类染色体中最大的一对，也是被破译的第一对具有典型长短臂结构的人类染色体。 科学家对第２０号染色体上的近６０００万个碱基对完成了测序，已经找到了约７２０个基因，其中包括与糖尿病、肥胖症、小儿湿疹等疾病相关的基因，有助于为这些常见疾病寻找新疗法。 此外，第２０号染色体上还有一个基因能增加部分人群感染新型克雅氏症的危险，这将增进人们对该疾病的了解。新型克雅氏症是疯牛病在人身上的表现形式，在疯牛病危机之后的英国备受关注。

血栓形成也与基因有关 迄今为止，我们只知道老年人、血脂高者和缺乏锻炼者，其体内较容易形成血栓，但最新一期《自然》杂志却报道说，科学家们已识别并成功地定位出了一个名为“VKORC1”的基因。 ，它在危害人体的血栓形成的过程中发挥着重要作用。这一发现将有助于人们进一步寻找出治疗心律不齐及冠心病等疾病的新疗法。 德国、英国和美国的科学家在各自独立的实验中，以产生了抗药性的实验鼠和血栓患者的基因为研究对象，并与天生就具有抗血栓特性人的基因进行比较，结果科学家们说，这个基因可以帮助人们理解血液稀释药物的工作原理。

我国国际上首次确定雀斑致病基因位置 人人都想拥有一张净白无瑕的脸，雀斑一直困扰着这些爱美人士。最近，我国科学家在国际上首次确定雀斑致病基因位置，发现在人类第4号染色体的某个区域中存在雀斑致病基因。为找到雀斑致病基因并最终根治雀斑奠定了重要的基础。 所以，市面上的激光去斑、药物去斑等方法都只是治标不治本。只有从基因上入手，才可能彻底根治雀斑。为此，科学家采用全基因组扫描技术，通过对一个中国汉族雀斑大家族的样本进行分型和连锁分析，

导致弱智与癫痫的基因变异 近日科学家首次发现人体内一个基因如果发生变异，有可能会同时导致弱智与癫痫。这个新基因，位于人体Ｘ染色体上。他们对全球范围内９个有遗传病史的家族进行研究后发现，该基因发生特定的变异，不仅会引发多种癫痫症状，而且也会导致弱智。 他们的研究还显示，该基因似乎对与人大脑正常认知功能相关的其他一些基因具有调控作用，可以影响这些基因的工作时间和方式等。科学家们因此推测，受新发现的这种基因控制的其他基因，在癫痫或弱智的发病过程中可能也起到了一定作用。 科学家指出，识别出该基因，将有助于更好地对有相关病史的家族进行癫痫或弱智的诊治。

语言产生可能与基因变异有关 为什么人类可以说话，而动物则不能?德国科学家最新研究发现，20万年前发生在一个基因上的两次关键的变异可能和语言的产生有关。这一研究为说明该基因在人类语言能力的发展中所扮演的重要角色提供了强有力的证据。研究人员认为，语言的优势使人类能够排挤掉那些比较原始的竞争对手。变异基因赋予人类祖先更好的控制嘴巴和喉咙肌肉的能力，从而使他们能够发出更丰富、更多变的声音，为语言的产生打下基础。

人类基因组计划的实施，是一项造福人类健康的伟大的生命科学工程，基因是人类的共同财富。经过各国科学家用基因技术探索疾病治疗研究，将为提高人类健康水平带来新的希望。