人类基因组简介ppt课件.ppt

人类基因组我们的DNA,1,人体具有十个相互依赖的系统：骨骼系统，肌肉系统，循环系统，神经系统，呼吸系统，消化系统，分泌系统，内分泌系统，生殖系统和免疫系统,每个系统由许多相互作用的组织和器官构成一个网络,每个组织和细胞都由其独特的细胞类型组合,细胞尽管具有相似的结构，但所表现出的形态和功能具有极大的多样性,每个细胞都含有相同的遗传信息，通过不同基因的开启和关闭导致细胞的多样性基因表达的组合限定了某一特定细胞的物理特性及其在生物体内的功能,人体的生物学功能是由什么决定的？,2,在细胞核中，细长的线状DNA盘绕而成的棒状结构称为染色体,正常人体有46条染色体，排列成23对，其中22对是常染色体，1对是性染色体,DNA是由A,T,G,C四个碱基与磷酸分子及糖分子组成的核苷酸连接而成的链状结构,所有23对染色体构成的DNA排列序列及其对其中基因的注释构成人类的基因组,遗传信息储存于何处？,DNA的四种碱基根据遗传密码排列可翻译成编码蛋白质基本单位的氨基酸,制造蛋白质的氨基酸是通过中心法则先经转录成RNA再翻译成蛋白质的氨基酸序列,3,人类基因组约有32亿对碱基对，和大约31，000个基因，基因数目不到2的序列编码数目，人的基因长度差别很大，基因的蛋白编码区平均维10002000个碱基，但分布在外显子之间的非编码区序列却可长达20，000100，000个碱基对,生物的复杂程度及其基因组大小间没有必然联系，例如变性虫的基因组是人类的200多倍，而人的基因组大小是酵母的200多倍，人类基因组核青蛙和鲨鱼的基因组大小相当。,人类基因组的全貌如何？是生物中最复杂的基因组吗？,4,三连体的密码子是生命通用的遗传语言，因此如果我们知道一个物种的基因就能利用该信息从别的物种中寻找基因，并可实现不同物种间的常规研究手段：转基因。,非编码区的功能还不清楚，但确实还有有用的信息，可帮助控制蛋白质再何时、何处表达。,基因组的灵魂是什么？生命的通用语言是什么？,5,人类基因组的测序工作流程是怎样的？,选取测序的对象从对象中分离DNA，获得大量高质量的样品把经纯化的DNA随机切割成大小合适的重叠片断把DNA片断连接到载体上测出每一个DNA片断的碱基顺序确定片断间的重叠并把序列组装成最终的基因组序列构建出基因组的图谱，包括物理图谱和遗传图谱或连锁图谱对基因组进行注释从基因组中找到基因并将相应的功能进行标注,6,测序的对象是谁？5个人的样本：2男3女，分别属于西班牙裔，亚洲裔，非洲裔，美洲裔，高加索裔,人类基因组单个个体间的差异是非常小的，碱基总数不到0.01，但在碱基上表现出来的是100300万个碱基不同。,人类基因组测的是谁的序列？每个人的基因差异大吗？,7,工作草图：是完成开始时先进行的只有45倍覆盖度的中间阶段图，真正的完成图每个碱基至少重复测定9次，没有空隙，准确率达99。99,遗传图谱：给出各个标记再基因组上的相对位置，不是物理位置或真实距离，它主要用于鉴定有生理学或形态学特性的基因。遗传图谱再鉴定重要的疾病基因上具有重要作用。,物理图谱：标注了各种标记在基因组上精确的物理位置。,何为基因组的工作草图？遗传图谱？物理图谱？,8,在物理图谱上，能通过特定的限制性内切酶酶切加以识别的标记称为：限制性片断长度多态性（restrictionfragmentlengthpolymerphism,RFLP),在物理图谱上标记维短的重复序列，因重复单位不同而重现多态，称为：可变数目串连重复（variablenumberoftandemrepeat,VNTR),在基因上有唯一性，长度约200500bp碱基对的短序列称为:序列标签位点（sequencetaggedsite,STS),RPLP,VNTR,STS分别代表什么意思？,9,苍蝇的基因数目比我们稍微少一点，但他们是相对复杂的生物，它们有四个翅膀，还能飞，人类没有翅膀也不能飞。,基因编码的蛋白质根据功能分为不同的蛋白质家族，人类和苍蝇、线虫和植物拥有大部分相同的蛋白家族，在现已确定的蛋白质和蛋白质功能域中只有7是脊椎动物所特有的。,人类的蛋白家族中，在信号转导方面的具有明显优势。,人类也有一些额外的基因，它们并没有翻译出行动蛋白质种类，而是用新的方法重新构建了古老蛋白的一些新的部位，导致一些新的功能产生。,人类虽然拥有高贵的血统，但仍然摆脱不了自己身体结构里不可磨灭的来自低等动物的印记。18091882达尔文,人类进化之父所说的这句话是否正确？,10,更多的生物学发生在蛋白质水平而不是DNA水平,细胞中的一种基因可以产生一种以上的蛋白，它可以通过把一个基因中不同组合的外显子剪接后连在一起，或者，一个基因在产生蛋白产物后，通过添加能改变其性质的不同化学基团加以修饰，产生不同的功能。,人类的基因中有60以上具有两个或多个有选择性剪切的RNA，所以每个基因平均生成几个蛋白质。,更多的影响因素是：每个基因都有转录因子控制其表达的开关和数量，进行微妙的调节，实现基因和蛋白质间的复杂性和精密性的控制。,一个基因可以产生多少个蛋白质？,11,遗传与变异是如何产生的？,常染色体通过有丝分裂进行增长，而性染色体通过减数分裂方式进行，二者DNA的复制方式相同，但细胞分裂的次数不同。,染色体在进行减数分裂时，同源染色体配对，在相同的位点断裂，交换相应部分的DNA，然后重新连上，该过程称为“同源重组”。新产生的染色体带有父母任何一方的一部分，但与父母双方均不相同，即得到的是嵌合的染色体，因此具有新的特性。,人类基因组单个个体间的差异是非常小的，不到0.01，但在碱基上表现出来的就是100300万个碱基的不同,12,在正常体细胞DNA分裂过程中发生的变异，不会遗传，但使产生疾病的可能性增加。癌症大多数时由体细胞突变造成生长和分裂失控引起的。,一个单细胞的突变积累到一定数量，特别是：原癌基因、肿瘤抑制基因和DNA修复基因发生突变，常常会引发癌症。,癌症会遗传吗？,13,一些差异没有明显的表型，而另一些会影响我们的外表、行为、对疾病的易感性以及对药物治疗的反应。,人类不同个体之间基因的差异在DNA水平上仅表现为这里多几个碱基，那里少几个碱基，而且绝大多数的变化发生在基因组中不编码基因的区域。,最常见的变异是在某个特定的区域，某个碱基被其它碱基所取代，即单核苷酸多态性（SNP),序列差异最常见的类型是SNP，平均酶10002000个碱基就有一个SNP位点。,何为SNP?,14,遗传变异是对生物而言是好事还是坏事？,任何种群基因组的变化都会使该物种具有更广泛的适应环境变化的能力。,不利的突变会引起疾病。有4000多种遗传性疾病使由单基因突变引起的。,大多数遗传病发生的概率很小，但总体而言会影响相当一部分人群。,遗传疾病在婴幼儿中发病率最高，在婴儿死亡率中占很大比例。,DNA复制过程中的变异如果发生在生殖细胞的分裂过程中，就会遗传给下一代，并代代相传。,15,人类基因组测序完成后，由于人类基因多样性的数据增长，科学家可以把常见的复杂疾病和潜在的基因组多样性联系起来，利用计算机对公共数据库进行查询，追踪疾病基因。,完整的疾病基因研究可以为新药的开发提供靶标，为新的治疗提供巨大所潜力。,基因药物的研发对人类是好还是坏？,16,遗传诊断会引发人性的尴尬局面和伦理问题吗？,遗传检测（DNA检测）提取检测者DNA进行相关疾病核酸片断突变位点的检测，目前商业化的可检测单个基因突变引起的家族遗传病的方法有100种左右，包括地中海贫血，亨廷顿综合症等。,单基因疾病占疾病的极少数，大部分常见疾病，如：癌症、心脏病、哮喘、糖尿病等，病因很复杂，环境因素也具有巨大的影响。因此，揭开遗传和环境因子对复杂疾病的作用是研究的难点。,17,在整个人类基因组序列中，基因只占很小的一部分，不到2，而这部分区域中，外显子又仅占24。基因不均衡地散布在基因组中（果蝇、线虫和拟南芥的基因分布要规则得多），非基因区的序列情况如何？,半数是由重复序列组成的，这些重复序列约45是转座子成分，是寄生在DNA序列中的，他们片断较长且没有活性。,人类基因组中目前已知的有活力的转座成分只有两个：LINE1和Alu。这两者占所有重复序列的60。,这些重复序列在一亿年前就进入人类祖先的基因组中，在人类进化的过程中变迁，这为遗传考古学提供了物种的发展模式和人类进化时刻表。,18,重复基因组可能对人类家族基因的扩充具有重要意义。例如编码味道嗅觉受体的基因家族。基因组中散布着1000多个嗅觉基因，而60是没有功能的假基因，这说明人类较其它哺乳动物对嗅觉的依赖程度低。,在精子和卵子的产生过程中，同源染色体发生重组的过程中，由于大量重复序列的大片断参与，造成基因组的大片断重复序列的增加，该区域由于新的片断进入导致基因缺失。,唐氏综合症：患者22号染色体存在缺失，导致患者数个基因缺失而引起包括面部特征异常、心脏发育缺陷和内分泌缺陷。,WilliamsBeuren综合症：患者7号染色体的重排和丢失导致面部、心血管、牙齿、听觉和肾脏器官等异常。,何谓假基因？假基因是如何产生的？,19,保守区段的研究有何作用？,人和鼠的进化距离有2亿年，但很大部分的基因都保留在保守区域中。事实上，人与鱼甚至无脊椎动物间都存在保守区段。,研究保守区段的作用：可被用于证实物种间的直系进化关系可用于研究疾病进化表型可通过已知的功能序列对不同物种间的未知功能进行预测,20,因为染色体成对出现，大多数的基因都具有两个拷贝，这种成对的基因被称为：等位基因。每个基因的单个等位基因是分别从父母那里继承来的。不同的等位基因产生不同的遗传特性。,如果突变使一个基因的一个拷贝失活了，另一个拷贝可以作为备份来补偿这一缺陷，因此，一些遗传疾病只有在一个基因的两个拷贝都有缺陷时才会发生，这种疾病被称为隐性的遗传病。如：囊性纤维化。,如果等位基因的一个拷贝变化就足以引起疾病，这种疾病被称为显性的遗传病。因为基因的缺陷拷贝相对于正常拷贝占有优势，即我们所说的显性基因。如亨廷顿舞蹈病。,和爷爷、奶奶都在世的人结婚更好吗？,21,Marfansyndrome（马方综合症）是全身性结缔组织疾病，主要影响眼部，骨骼和心血管系统，发生率为1/1000。,该病是由人类第15号染色体编码的原纤蛋白单个基团突变导致的遗传病，该病在家族中的遗传方式是常染色体显性遗传。,患者特征表型为：躯高、体瘦、肢长；手指和脚趾特别细长；躯体上半部与下半部比例较常人小；两臂长度大于身高；常有近视。,患者常由于夹层动脉瘤破裂而突发死亡，海曼和朱刚死于此病。,她（他）的好身材让人产生疑问,22,男人和女人，谁更需要关爱？,Y染色体具有一些显著特点：较X染色体短，有大段重复区域（数目安全性），约3500万个基因在不同男性Y染色体上的伸展方向相反，基因中有较多的突变，是X染色体的两倍。,对应的解释为：很多突变是因为积累了太多的突变而被关闭，然后就丢失了，同时为了保住性状，通过增加数目来保障安全性，男性更能适应环境的变化同时由于基因功能的破坏而更容易导致疾病。,不同的男性，在性征、生殖能力等男性特征方面具有两大明显差异。,23,生物信息学的主要应用范畴,基因组相关信息的收集、储存、管理（如：从NCBI等数据库获取资源）各类数据的分析和解释（如：序列比对和结构比对）新基因的结构功能的研究与鉴定（如：利用肽指纹图谱鉴定未知蛋白）为生物学应用提供新的思路和方法（如：新药开发生物信息学是基因组到药物的桥梁）,24,生物信息学的主要应用范畴,基因组相关信息的收集、储存、管理（如：从NCBI等数据库获取资源）各类数据的分析和解释（如：序列比对和结构比对）新基因的结构功能的研究与鉴定（如：利用肽指纹图谱鉴定未知蛋白）为生物学应用提供新的思路和方法（如：新药开发生物信息学是基因组到药物的桥梁）,25,一个蛋白所参与的生物学过程（如：在整个生物学过程中的行为，具体做什么的？）其分子功能是什么（是一个怎样的分子，作为单一分子是如何起作用的？与其它物质间的相互作用如何进行的？）该分子在细胞中的定位（在什么位置、什么情况下发生怎样的作用）,生物医学研究要回答的主要问题,生物医学研究的目的,利用已知的基因组学和蛋白组学扩展生物学知识，使之为改进人类健康的能力作出贡献。