人类基因组图谱定义(精)
人类基因组谱
人类基因组谱人类基因组谱是指人类所有基因的完整集合，它包含了构成人体的所有基因片段的信息。
人类基因组谱的研究为科学家们提供了深入了解人类遗传信息和疾病发生机制的基础，有助于发展个性化医疗和精准治疗，对于推动医学科学的发展具有重要意义。
一、人类基因组的发现与意义1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了DNA的双螺旋结构，为揭示基因组的组成和功能奠定了基础。
随后，人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）的启动标志着人们对人类基因组研究的探索开端。
通过HGP的努力，科学家们成功测定了人类基因组中3亿个核苷酸的序列，并鉴定出了大约2万至2.5万个编码蛋白质的基因。
人类基因组谱的研究意义重大。
首先，它为遗传病的治疗提供了重要依据。
通过对特定基因的变异与遗传病之间的关联进行研究，可以为医生提供更准确的诊断依据和个性化治疗方案。
其次，人类基因组谱的研究有助于了解人类与其他生物种类之间的遗传差异，进一步深化对人类进化和适应能力的理解。
此外，通过对人类基因组的研究，科学家们还揭示了人类多样性的基因基础，推动了人类遗传学和进化生物学领域的研究进展。
二、人类基因组谱的应用领域1. 遗传病诊断与治疗人类基因组谱的研究为遗传病的诊断和治疗提供了重要依据。
通过对与遗传病相关基因的测序和分析，可以迅速准确地判断一个人是否携带某种病变基因，为个性化的遗传咨询和治疗方案提供指导。
这对于某些无法通过常规方法进行诊断的疾病，如罕见遗传病、先天性疾病等，具有重要的临床意义。
2. 药物开发和个性化治疗基于人类基因组谱的研究成果，医学研究者可以更好地了解不同基因型对药物代谢和药效的影响，从而推动药物的研发和个性化治疗的实现。
个性化药物的研制可以根据患者的基因组信息，制定出更有效的治疗方案，并避免或减少患者对药物的不良反应。
3. 进化生物学研究基于人类基因组谱的研究成果，科学家们可以深入研究人类进化的历史和机制，并进一步了解人类与其他物种之间的遗传差异。
人类基因组结构ppt课件
基因组变异的影响
遗传性疾病
基因组变异可能导致遗传 性疾病的发生，如囊性纤 维化、亨廷顿氏病等。
肿瘤
基因组变异与肿瘤的发 生和发展密切相关，如
肺癌、乳腺癌等。
个体差异
适应性进化
基因组变异导致个体之间 的差异，如身高、体重、
智力等方面的差异。
基因组变异有助于人类适应 环境变化，如对某些疾病的 抵抗力、耐受力的提高等。
碱基配对
DNA中的A与T配对，G与C配对，通过这种配对方式，DNA双链保持稳定。
基因组的重复序列
高度重复序列
这些序列在基因组中重复出现，通常 由简单的DNA序列组成，如多个串 联的AT或GC碱基对。
低度重复序列
这些序列在基因组中重复出现，通常 由较长的DNA片段组成，可以在多个 位置出现。
基因组的单核苷酸多态性
遗传漂变是指基因频率在小群体中随 机变化的现象，也是基因组进化的机 制之一。
自然选择
自然选择是基因组进化的关键机制， 适应环境的突变基因会被保留下来， 不适应环境的突变基因则会被淘汰。
基因组进化与生物多样性的关系
基因组进化是生物多样性的基础，不同的基因组结构会导致生物在形态、生理、行 为等方面产生差异。
药物研发与个性化治疗
基因组结构研究有助于发现新药靶点，开发更有效的药物，同时实 现个性化治疗，提高治疗效果。
精准医学
基于基因组结构信息，可以制定个性化的疾病预防和治疗方案，推 动精准医学的发展。
在生物技术领域的应用
生物制药
01
基因组结构研究有助于发现新的药物靶点，推动生物制药的发
展。
生物能源
02
利用基因组信息改良生物燃料生产菌种，提高生物燃料的产量
人类基因组
全世界的生物学与医学界在 人类基因组计划中，调查人类 基因组中的真染色质基因序列。 发现人类的基因数量比原先预 期的更少，其中的外显子，也 就是能够制造蛋白质的编码序 列，只占总长度的1.5%。
人类只有一个基因组，大约 有2-3万个基因。人类基因组计划 是美国科学家于1985年率先提出 的，旨在阐明人类基因组30亿个 碱基对的序列，发现所有人类基 因并搞清其在染色体上的位置， 破译人类全部遗传信息，使人类 第一次在分子水平上全面地认识 自我。
基因组如何改变未来
人类基因组研究是一项基础性的研究，有科学家把基 因组图谱看成是指路图，类似于化学 中的元素周期表， 也有科学家把基因组图谱比作字典；但不论是从哪个角 度去阐释，人类对自 身在分子水平上的研究，其应用前 景都是相当广阔的，尤其是在促进人类健康、预防疾病、 延 长寿命等方面。国家人类基因组南方中心主任陈竺院 士认为，人类10万个基因的信息以及相应 的染色体位置 被阐明后，将成为医学和生物制药产业知识和技术创新 的源泉。 从目前研究来看， 一些困扰人类健康的主要疾病，例 如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关， 依据已知的基因序列和功能，找出这些基因并针对相应 的靶位进行药物筛选，甚至基于已有的基 因知识来设计 新药。基因药物将成为21世纪医药中的一支新锐。也正 因此，各大生物医药公司 对于基因的争夺才日趋白热化。
构建人类基因组 草图
二、基因
人类与其他物种的基因组比较（大约）
物种 碱基对数量 黴浆菌（生殖器支原体） 580,000 肺炎双球菌 2,200,000 流感嗜血杆菌 4,600,000 大肠杆菌 4,600,000 酿酒酵母 12,000,000 秀丽隐杆线虫 97,000,000 阿拉伯芥（拟南芥） 125,000,000 黑腹果蝇 180,000,000 亚洲稻 466,000,000 家鼠 2,500,000,000 人类 2,900,000,000 基因数量 500 2,300 1,700 4,400 5,538 18,250 25,500 13,350 45,000-55,000 29,000 27000
第十二讲 人类基因组计划PPT课件
是人类第一次系统全面地解读和研究人类遗传物质 DNA的全球性合作计划，它是人类生命科学史上最伟 大的工程之一。
１、人类基因组计划的提出
• 1985年，由美国能源部（DOE）率先提出，旨
在阐明人类基因组 DNA长达3×109碱基对 （ base pair，bp）的序列，发现所有人类基因 并阐明其在染色体上的位置，从而在整体上破 译人类遗传信息。
（linkage map），是指基因或DNA在染色体 上的相对位置与遗传距离。
• 物理图谱（physical map）是指DNA序列上
两点的实际距离，通常由DNA的限制酶片段 或克隆的DNA片段有序排列而成。物理图谱 反应的是DNA序列上两点之间的实际距离， 而遗传not be waited! 世界上每分钟有10个儿童死于营养不良
曼哈顿原子计划 人类基因组计划 阿波罗登月计划
内容
除了具体的测序目标外，HGP的另一个 重要内容是研究人类基因组计划的论理学、 法学和社会学影响与后果，发展生物信息 学和计算生物学也是HGP的重要内容。
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；
• （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》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。”
基因组图谱的构建和应用
基因组图谱的构建和应用自从人类基因组测序工程（Human Genome Project）在2001年成功完成后，基因组图谱（genome map）已经成为了生物学、医学和生物技术领域中不可或缺的工具，对人类健康、精准医疗和新药研发产生了深远的影响。
基因组图谱指的是对一个物种的基因组（genomes）进行详尽的描述和标记，包括基因的数量、位置、序列和功能等信息。
根据在基因组图谱中标记的基因位置，能够定位和诊断与基因相关的疾病或性状，同时也能帮助科学家理解基因组演化、细胞分化和发育等重要生物学问题。
因此，基因组图谱的构建和应用被广泛认为是21世纪生物学领域的重要里程碑之一。
一. 基因组图谱的构建方法基因组图谱的构建有多种方法，但在本文中重点介绍两种：物理图谱（physical map）和遗传图谱（genetic map）。
物理图谱是基于物理化学实验方法，通过测量DNA分子的长度或其他属性来构建的基因组图谱。
较为常见的构建物理图谱方法有：切割点限制酶（restriction enzymes）诱导的切割实验、电泳分离手段、镜像队列（BAC，Bacterial Artificial Chromosome）克隆技术等。
物理图谱的优点在于高度精确、高分辨率、无需建立近缘族谱或已知基因型，但其建图过程较为繁琐。
遗传图谱是依据遗传和连锁原理的图谱，利用位点间遗传距离和亲缘关系来重建基因组图谱。
比较典型的遗传标记是基因多态性位点，如单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）等。
遗传图谱有着可靠的遗传学基础和固有的遗传特性，但由于基因组的复杂性和多样性，有时会出现连锁性断裂、误差等情况，需要通过更加准确和精细的方法来进行校正和修正。
二. 基因组图谱的应用1. 了解种群基因结构与演化个体和种群之间的遗传变异是基因组图谱最基本、最丰富的应用之一。
这种变异可以用来研究种群的起源、演化和迁移历史，以及人类和其他物种的多样性。
遗传标记基因图谱解析
鼠或仓鼠的体细胞进行杂交产生杂种细胞。杂种细胞含有
双亲不同的染色体，但会在其繁殖过程中，保留啮齿类一 方的染色体而逐渐丢失人类的染色体，最后只剩一条或几 条。这种仅保留少数甚至一条人染色体的杂种细胞正是进 行基因连锁分析和基因定位的有用材料
个体表型性状组合类型 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ec + + + sc cv ec sc + + + cv + sc + ec + cv 个体数量 810 828 62 88 89 103
根据这些数据和重组频率公式可计算出每两个基因之间的互换值：
62 88 ec — sc互换值＝ 100％ 7.6％ （810 828 89 103） （62 88）
（ 5 ）对标记基因型数据进行连锁分析， 构建标记连锁图
设计大量的已知连锁基因个体的杂交试 验； 获得的 F1 再同纯隐性个体测交计算重组 频率；
以重组频率的 1% 作为 1 个摩尔根单位 （即1cM）将基因定位在一条直线上。
杂交：♀ec++/ec++ × ♂+sccv/Y ↓ ♀ec++/+sccv ♂ec++/Y 测交：♀ec++/+sccv×♂ecsccv/Y ↓
例如我们根据试验得出如下结果：
人的 标记 基因 人的 染色 体
α β γ ε 1 2 3
A + — + + — + —
B — + — + + — —
人类基因组
展望：通过不断的技术创新和突破，人类基因组研究将为人类健康和生物医学领域的发展带来更多可能性。
总结：人类基因组研究是一项具有重要意义的科学探索，需要不断克服挑战并积极探索未来发展方向。
对未来人类基因组研究的建议和展望
深入研究基因组学与其他生物医学学科的交叉领域，以揭示人类生命活动的规律和疾病发生的机制。
产生机制：DNA复制错误、基因重组、外源因素等
自然选择与进化：变异在自然选择下促进物种进化
遗传疾病与基因组变异：基因组变异与遗传疾病的关系
人类基因组变异的遗传和表观遗传效应
遗传效应：基因突变导致遗传性疾病和癌症
表观遗传效应：环境因素影响基因表达，导致个体差异
DNA甲基化：影响基因表达和染色质结构
组蛋白修饰：影响基因表达和染色质结构
经济发展：基因组研究对生物医药产业和经济发展的影响
人类基因组研究的未来发展趋势和挑战
05
总结与展望
总结人类基因组研究的主要成果和应用前景
添加标题
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人类基因组研究揭示了基因变异与人类健康和疾病的关系，为医学研究提供了新的思路和方向。
人类基因组测序的完成标志着人类对自身遗传信息的理解迈出了重要一步。
人类基因组变异的进化意义和人类适应性的关系
基因组变异与人类生理机制的关系
基因组变异增加人类进化的可能性
基因组变异提高人类适应环境的能力
基因组变异导致遗传性疾病
03
人类基因组的研究和应用
人类基因组研究的主要内容和目标
确定人类基因组的基因序列
分析基因序列中的功能基因和非编码区
研究基因组变异和人类进化的关系
Cell｜人类基因组单细胞染色质可及性图谱
Cell｜人类基因组单细胞染色质可及性图谱本期iProteome为大家带来的是2021年11月14日Cell上发表的由美国加州大学圣地亚哥分校任兵课题组的最新研究成果---人类基因组单细胞染色质可及性图谱。
撰文｜黄敏静Highlights整合了成人胎儿人体组织130万个单细胞染色质图谱222种细胞类型的120万候选顺式调控元件（CRE）图谱成人和胎儿候选CRE的细胞类型特异性解释与复杂性状和疾病相关的非编码变异Significant人体各种器官组织中的细胞是高度特化的，其特化的功能受到CRE的调控。
CRE通过招募细胞特异性的TF进而决定TG的表达模式。
常规分析中，研究者往往采用异质性组织作为材料得到群体平均测量结果，这在研究不同人的细胞类型的基因调控程序以及解释non codingDNA上有很大的局限性。
本文中，研究者对不同捐献者的30个成人组织的染色质可及性进行了分析，从这些组织中提取了60万个细胞核，根据染色质图谱相似性分成111种不同细胞类型，鉴定了与CRE相应的89万个开放染色质区域的联合。
随后将上述的数据与胎儿细胞染色质可及性图谱进行对比，揭示了人类一生中130万个细胞的开放染色质图谱以及222种细胞类型的115万个细胞的开放染色质图谱。
并利用这个CRE图谱解释了240种复杂的人类性状以及与疾病相关的非编码突变体的细胞类型和相应TG，解释细胞的类型与疾病的关系，并在人类细胞类型中提出相关的治疗靶点。
ResultResult1. 30个成人组织的单细胞染色质可及性分析研究者对30个成人捐献者的组织样本进行SCI-ATAC-seq，过滤测序结果后得到61万个染色质图谱。
通过SnapATAC算法,研究者提高了单细胞染色质可及性数据集的数据处理数目，确定了30个主要的细胞群，其中22个是由多亚群组成的。
据此研究者发现了111个不同的细胞团。
作者发现，大多数组织样本中都检测到的细胞，它们的聚类结果更偏向于细胞类型而不是组织偏好性或个体倾向性。
基因组学 2.遗传作图 3 物理图 (2)
转录本图谱：序列图谱。
精品课件
基本概念
比较基因组学：
精品课件
基因组学
最早1986年，由美国霍普金斯大学著名 人类遗传学家和内科教授McKusick （1921-2008）提出来的
随着人类基因组计划的实施，基因组学逐 渐成为一门以结构基因组学为主的高度综 合和跨学科的科学
功能基因组学、比较基因组学、环境基因 组学、药物基因组学等都纷纷出台。
精品课件
•蛋白质-蛋白质功能研究。
精品课件
基因组学的分类
分类：
结构基因组学(Structural Genomics) 比较基因组学(Comparative Genomics) 功能基因组学(Functional Genomics) 药物基因组学(Medical Genomics) 营养基因组学(Nutritional Genomics) 生物信息学(Bioinformatics) 蛋白质组学(Proteomics)
精品课件
重叠群法：contig，指相互间存在重叠顺序的 一组克隆。根据重叠顺序的相对位置将各个克 隆首尾连接，覆盖的物理长度可达百万级碱基 对。在单个的重叠群中，采用鸟枪法测序，然 后在重叠群内进行组装。由上至下。
直接鸟枪法：首先进行全基因组鸟枪法测序， 再以基因组图的分子标记为起点，将鸟枪法 DNA片段进行组装。根据高密度的基因组图分 子标记，检测组装片段是否处在正确的位置， 校正因重复顺序的干扰产生的序列误排。由下 至上
在基因组图谱和测序基础之上，对已知的基因和基 因组结构进行比较，了解基因的功能、表达机理和 物种的进化的学科。
基因组作图ppt课件
➢ 遗传标记可用于连锁分析、基因定位、遗传作图、基因转 移、辅助选择育种等；
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ppt课件.
形态标记 (morphological markers)
细胞学标记 (cytological markers)
➢ 用具染色体变异的材料与正常材料杂交，特定染色体上的 基因在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可测 定基因所在染色体及其位置；
➢ 克服了形态标记易受环境影响的缺点，但标记材料的产生 需大量的人力物力进行培养选择；
➢ 有些物种对染色体变异的耐受性差，难以获得相应的标19 记 材料。
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➢ 形态标记简单直观、经济方便， 容易观察记载。
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形态标记的不足
➢ 可以观察到的标记非常有限，难以建立饱和的遗传图谱； ➢ 许多形态标记受环境、生育期等因素的影响； ➢ 复等位基因位点很难全部鉴定、标记出来。
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2.1.2 细胞学标记
➢ 指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。染色体的结构和 数量特征是常见的细胞学标记；
20世纪80年代后期,人们开始应用微卫星序列(microsatellite,MS)绘制图谱。1994
年底，美、法完成了以RFLP及微卫星ＤＮＡ为标志的遗传图谱.图谱包含了
5826位点，覆盖4000cM，分辨率高达0.7cM．1996年法国报道了完全以微卫星
DNA标志构建的遗传连锁图，包含2335位点，分辩率为1.6cM
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RFLP标记的特征
ppt课件.
➢ 同一亲本及其子代相同位点上的多态性不变；
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人类基因组图谱定义
1543年，比利时解剖学家A·维萨里（1514－1564）发表了划时代的著作《人体的构造》，开创了人体
解剖学，使人们从宏观上了解了自己。“人类基因组计划”建立的人类基因组图，被誉为“人体的第二张解剖
图”，它将从微观上或者说从根本上使人类了解自己。
人类第一个基因组草图
2000年6月26日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合宣布：人类有史以来的第一个基因组草图
已经完成。2001年2月12日 中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因
组图谱及初步分析结果。
人类基因组计划中最实质的内容，就是人类基因组的DNA序列图，人类基因组计划起始、争论焦点、
主要分歧、竞争主战场等都是围绕序列图展开的。在序列图完成之前，其他各图都是序列图的铺垫。也就
是说，只有序列图的诞生才标志着整个人类基因组计划工作的完成。
2003年4月15日，在DNA双螺旋结构模型发表50周年前夕，中、美、日、英、法、德六国元首或
政府首脑签署文件，六国科学家联合宣布：人类基因组序列图完成。
人类基因组图谱的绘就，是人类探索自身奥秘史上的一个重要里程碑。它被很多分析家认为是生物技
术世纪诞生的标志，也就是说，21世纪是生物技术主宰世界的世纪。正如一个世纪前量子论的诞生被认为
揭开了物理学主宰的20世纪一样。
全球专家拟绘癌症基因图谱
国际癌症基因组协会4月29日在英国伦敦成立。这一组织计划通过统筹各国和地区专家的合作，耗
资10亿美元，历时10年，绘制较为完整的致癌基因突变图谱。目前已有英国、中国和美国等9国加入这
一计划。
专家认为，图谱将为癌症预防、诊断和治疗带来一场革命，开辟癌症个案化治疗的新时代。
方法
国际癌症基因组协会计划利用更加先进、快速的基因组测序新技术，详细研究50种不同类别的癌症，
希望找到所有与癌症相关的基因突变现象。
英国剑桥韦尔科姆基金会桑格研究所是这一计划的主要参与者之一。
英国《泰晤士报》援引桑格研究所专家迈克·斯特拉顿的话说：“借助更快速的脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）
测序新技术，国际癌症基因组协会雄心勃勃，志在为数以千计癌症基因组测序，制作一个涵盖所有ＤＮＡ
变异的目录，绘制完整的癌变图谱。”
越来越多科研成果表明，癌症并非单一类型。而每种癌症都包括大量由不同类型基因突变导致的不同
亚种类别，需要分别对症治疗。
国际癌症基因组协会计划在每种癌症的研究中，提取500名病人的细胞并测序基因组，与健康细胞作
比对，以期找出导致癌细胞形成和扩散的基因突变。
意义
专家认为，图谱绘制对于癌症治疗具有革命性意义。
如果图谱绘制成功，医生就可准确掌握单个患癌病人的致癌基因突变因素，进而更为轻松地对症下药，
寻找对特定病人或特定癌症种类具有针对性的治疗药物。
比如，医学界目前普遍认为，赫赛汀（Herceptin）是特定种类乳癌的治疗药物。
图谱还有助于发明新的癌症治疗药物。
韦尔科姆基金会负责人马克·沃尔波特说，识别致癌基因突变是癌症治疗领域内的一次“大跨步”进展，
目的在于实现“对症治疗”。
沃尔波特披露，桑格研究所的斯特拉顿等专家已启动一项致力于研发癌症治疗新药的计划。
合作
国际癌症基因组协会成立的作用还在于促进各国专家合作。
目前已确定加入这一计划的国家为英国、中国、美国、澳大利亚、加拿大、法国、印度、日本和新加
坡。
协会计划对每一种类癌症的研究资助2000万美元，因而整个研究项目将耗资约10亿美元。
这一协会的成立基于桑格研究所在癌症基因组研究方面已取得的成功。这一研究所设立的“英国癌症
基因组工程”已发现不少新的致癌基因突变，它也计划承担国际癌症基因组协会全部基因测序工作的三分
之一。
英国首相戈登·布朗对国际癌症基因组协会的成立表示欢迎。他说，“卫生科研领域内的国际合作至关
重要”，这有助于使成功几率最大化，“找到人类所面临的一些最严重疾病的治疗方法”。
《泰晤士报》提供的统计数据显示，2007年全球超过750万人死于癌症，确诊超过1200万个癌症病
例。由于全球人口增长和人类平均寿命延长，预计2050年，癌症致死病例和新确诊癌症病例将分别增至
1750万和2700万例。