人类基因组技术.ppt

1、,人类基因组计划与后基因组时代,Transgenic Mouse,1982,Achievements of gene engineering,Transgenic plant,克隆羊“多莉”,克隆羊“多莉”的研究者 伊斯维姆.穆特,Nucleus transferring,cloning,Biochip,Human Genome Project,中心法则（The Central Dogma）,DNA是遗传信息的载体，能够为生物活性产物（蛋白质或RNA） 编码的DNA功能片段称为基因(gene)。 DNA通过复制，将遗传信息代代相传。 通过基因表达（转录和翻译），将DNA分子携带的遗传信息转变

2、为蛋白质分子的氨基酸信息或RNA的信息，从而表现出生物体的 各种遗传性状。 RNA参与遗传信息的表达过程。 RNA也可作为遗传信息的载体。 以RNA携带遗传信息的病毒可以RNA为模板逆转录合成DNA。,核酸 (nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位 的生物信息大分子，起携带和传递遗 传信息的作用。,核酸的分类、分布及功能,脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA): 90%以上分布于细胞核，其余分布于线粒体内。 储存和携带遗传信息。 核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA): 分布于胞核、胞质、线粒体中。 参与遗传信息的表达，病毒RNA

3、也可作为遗传信息的载体。,核酸可在核酸酶的作用下水解成核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本构成单位。核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸组成。,一、碱基 (base),碱基结构：,嘌呤和嘧啶环中的共轭双键对260nm左右的紫外光具有较强的光吸收。 此特点可用作对核酸、核苷酸、核苷及碱基进行定性和定量分析。,二、戊糖 戊糖结构：,三、核苷（ribonucleoside)： 嘌呤碱N-9或嘧啶碱N-1与核糖或脱氧核糖C-1通过C-N糖苷键相连形成核苷或脱氧核苷。 核苷的命名就是在核苷的前面加上碱基的名称，如腺嘌呤核苷，简称腺苷；如果由脱氧核糖构成的，就再加上“脱氧”二字，如脱氧胞嘧啶核苷，简称脱氧胞苷，依次类推（

4、P.156 表91）。,四、核苷酸（nucleotide） 核苷（或脱氧核苷）与磷酸通过酯键结合构成核 苷酸（或脱氧核苷酸）。生物体内多数核苷酸都是5- 核苷酸。,核苷酸的命名： “核苷”“磷酸”： 核苷一磷酸 （nucleoside monophosphate, NMP） 核苷二磷酸 （nucleoside diphosphate, NDP） 核苷三磷酸 （nucleoside triphosphate, NTP） 再加上碱基的名称，就构成了各种核苷酸的命名。,五、核酸的一级结构 指核酸中核苷酸的排列顺序。又称为核苷酸序列或碱基序列。 核苷酸之间通过3，5-磷酸二酯键相连形成的线性大分子，称

5、为核苷酸链。(是前一核苷酸的3 -OH和后一核苷酸的5 -磷酸形成的),书写方法：从5 到3方向,DNA 与RNA的区别,第二节 DNA的结构与功能,一、DNA的二级结构双螺旋结构 （一） DNA双螺旋结构研究背景 Chargaff规则： A=T，G=C； 不同生物种属的DNA碱基组成不同； 同一个体的不同器官或组织的DNA碱基 组成相同。 此外，Franklin获得了DNA的X线衍射照片，提示 DNA是双链的螺旋形分子。,（二）DNA双螺旋结构 1953年，Watson和Crick以Chargaff 规则为基础，经过对DNA晶体的X射线衍 射分析，提出了右手DNA双螺旋结构模型。,DNA双螺

6、旋结构模型的要点: 1.DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴 构成的双螺旋结构，一条链的走向是5-3，另一条链的走 向是3-5。两条链均为右手双螺旋（double helix)。 2.磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴 而伸入内侧。表面有大沟和小沟。这些沟状结构与蛋白质、 DNA之间的相互识别有关。 3.螺旋直径2nm ，碱基平面与螺旋轴垂直，相邻碱基的距离 为0.34nm,其旋转夹角为36，每圈螺旋含10个碱基对（bp）， 螺距为3.4nm ，,5,5,3,3,4.两条链通过碱基间的氢键相连，AT配对含两 个氢键，CG配对含三个氢键，这种A-T、C-G 配对的规律

7、，称为碱基互补规则。 5.维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵 向为碱基间的堆积力。,碱基互补配对：,（三）DNA结构的多样性 B型DNA双螺旋是核酸二级结构的重要 形式。当改变了溶液的离子强度和相对湿度 时，DNA螺旋结构可以改变，除B型外，还 有Z型及A型。 在体内，不同构象的DNA可能与基因表 达的调控有关。,三种类型DNA双螺旋的比较,二、DNA的超级结构 （一）超螺旋：原核生物DNA的高级结构。 正超螺旋，负超螺旋,（二）核小体、 真核生物染色质的基本组成单位是核小体。,核小体：DNA与组蛋白构成； 1.H2A,H2B,H3,H4各两分子构成八聚体（核心组蛋白），DNA双链缠绕形成核

8、心颗粒,2.连接DNA与组蛋白H1结合，将各核心颗粒连接成串株样结构。,3.由许多核小体形成的 串珠样结构又进一步盘曲 成直径为 30nm 的中空的 染色质纤维，称为螺线管。,螺线管再经几次卷曲才能形成染色单体。 人类细胞核中有 46条染色体，这些染色 体的DNA总长达1.7m,经过这样的折叠 压缩，46 条染色体总长亦不过 200nm 左右。,三、DNA的功能 以基因的形式携带遗传信息；并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础（基因的物质基础），也是个体生命活动的信息基础。 基因：（从结构上定义）是指DNA分子中的特定区段， 其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。 （从功能上定义）

9、是为生物活性物质编码的DNA功能片段。,mRNA的功能： 把核内DNA的碱基顺序(遗传信息),按照碱基互补的原则,抄录并转送至胞质,在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序(作为蛋白质合成的模板)。mRNA分子上每3个核苷酸为一组,称为三联体密码(triplet code)。,tRNA的功能： 在蛋白质合成中作为氨基酸的载体,三、rRNA的结构与功能 大亚基 rRNA + 核蛋白体蛋白核蛋白体 (ribosome) 小亚基,核蛋白体的组成,rRNA的功能： 参与构成核蛋白体，核蛋白体是蛋白质合成的场所。,人类基因组计划的问世和实施 虽然人类已经经过多年的努力，但解开生命之谜的愿望还 未

10、实现。以往的失败使大家认识到，单靠一门学科的独自 努力太局限了，难以完成人类对自身的认识和保护。美国 投巨资的肿瘤十年计划基本上以失败告终就说明这个问题 。现在，人们认识到先认识全局再研究局部也许会讯捷和 方便的多。于是，决定开始进行人的基因组的研究，由此 形成了基因组学和人类基因组计划.,2000年6月26日，六国科学家宣布完成了99%的测序计划，获得了HGP的“工作框架图”（Working Draft），此为人类基因组计划中的一个重要的里程碑。 2003月4月, 人类基因组计划宣布测序工作全部提前完成。 人类基因组计划最初的目标是：测定30亿个碱基对的排列顺序，确定基因在染色体上的位置，破

11、译人类全部遗传信息。 人类基因组计划开展至今，对生命科学、医学、生物技术和制药工业产生了深远的影响，一批新的交叉学科如功能基因组学，蛋白质组学，药物基因组学和生物信息学等应运而生，并得到了迅速发展，成为新千年中生物科学研究中最活跃的领域。,基因是控制生物体遗传性状的基本单元。基因组则是表示一 个生物体所有遗传信息的总和。人的单倍体基因组包括 3109 碱基对（ bp）。总长度约1米。有大约5万10万个基因。 一个生物体基因组所包含的信息决定了该生物体的生长、发 育、繁殖和消亡等所有生命现象。,人类基因组,核基因组 分布在22条常染色体和X、Y性染色体上。,线粒体基因组 （双链环状DNA）,经典

12、的“基因学”与“基因组学”的相同之处是研究基因,不同之处是在策略上,前者是“零敲碎打”,而后者是“整体阐明”，从整体上研究人类整个基因组的序列 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。 基因组学的分类 根据研究的目的可分为： 结构基因组学；建立高分辨率的遗传、物理转录和序列等图谱。 功能基因组学；确定并分析基因组的全部功能。,HGP的首要目标是测定全部DNA序列，因目前的测序技术 不能进行很长的DNA测序，因此计划的第一阶段要分解基 因组这一巨大的研究对象，将

13、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，序列图谱和表达图谱。,1、遗传图谱（genetic map） 遗传图谱又称遗传连锁图（linkage map）。 是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离。遗传距离用重组率来衡量。即通过计算两个连锁的遗传标记在每次减数分裂中的重组概率，确定两者的相对距离。其单位用厘摩（cM ）表示。1厘摩表示每次减数分裂的重组频率为。 厘摩值越高表明遗传标志物两点之间距离越远，值越低则两点间距离越近。此基因定位属遗传学的研究范畴。 遗传图既然是图，就应在图上

14、设标记，标记越细找到东西就越方便，在过去若干年里，标记已有几次从“粗”演变到“细”。遗传图谱的绘制需要应用多态性标志。所有“遗传多态性”的分子基础都是核酸的差异,人类基因组研究的主要内容,遗传多态性（Polymorphism）标志 人类的DNA序列上平均每几百个碱基会出现一些变异，这些变异通常不产生病理性后果，并按照遗传规律由亲代传给子代，从而在不同个体间表现出不同，既遗传多态性。多态性可用作为遗传标志。 限制性片段长度多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）。 RFLP是最早得到应用的多态性标记；不同个体的DNA在用某种限制性内切酶

15、水解时，会产生两种不同长度的水解片段。是因为一个多态性位点出现在某种限制性内切酶的酶切位点上造成的。 RFLP最成功的运用是在Hungtington舞蹈症的基因定位上。 但由于这类标记数量较少，多态性信息因而较低。,80年代发展起来的第二代多态性标记包括: 可变数目的串联重复（Variable Number Tandem Repeats，VNTR） VNTR分布在人类基因组的非编码区，是一些串联排列的十几个碱基的重复序列，重复次数一般在十次左右。VNTR的等位基因常常在10个以上，信息量比RFLP大得多。 短串联重复序列（short tandem repeat, STR）, 又称微卫星(mic

16、ro-satellite, MS)标志。 是一些由2-6个碱基组成的重复序列。微卫星标记在人类基因组中分布比较平均，数目较多，提供的信息量相对很大。 MS的出现不但使遗传图的精度得到了进一步提高，同时也成为物理图谱上的标志，从而促进了遗传图谱与物理图谱的整合。,单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP） 第三代SNP是一种双等位的多态性标记，多态性仅表现为单个核苷酸的差异。SNP在基因组中的数目多，可达到300万个，平均每1000个碱基对就有一个。因而成为一种信息量非常大的遗传标记系统。SNP可能在密度上达到人类基因组“多态”位点数目的极限。 SNP

17、与RFLP、STR等DNA标记的不同,是不再以“长度”的差异作为检测手段,而直接以序列的差异作为标记。 SNP成为研究基因多样性和识别、定位疾病基因的一种新型手段这种标记覆盖密度大，为DNA芯片技术应用于遗传作图提供了基础。 SNP的一个突出优点是可以利用多种技术手段方便的检出，因而在医药领域具有广阔的应用前景。,SNP,2、遗传图谱的应用通过遗传图谱，可大致了解各个基因或DNA片断之 间的相对距离与方向，如哪个基因更靠近着丝粒，哪个 更靠近端粒等。遗传距离是通过遗传连锁分析获得的， 遗传图谱不仅是定位基因的重要手段，即使在人类基因 组物理图谱建立起来之后，它依然是研究人类基因组遗 传与变异的

18、重要手段。,二. 物理图谱 即确定两个遗传标记之间的实际（绝对）距离。物理图以 一段已知核苷酸序列的片段STS序列为路标，以碱基对数目 的多少为图距表示，图距基本单位是Mb、kb、bp。 序列标签位点（Sequence Tagged Sites，STS）用来确定相 连或重叠的DNA片段,近而确定片段在基因组的位置。 首先，物理图要获得大量定位明确STS，其次，在此基础上 构建覆盖每条染色体的大片段DNA的连续克隆系，为最终完 成全序列的测定奠定基础。,2、物理图谱的应用首先，物理图要获得大量定位明确STS，每个基因、每条 染色体，每一个个体的基因组都具有其特异的物理图。其次在 此基础上构建覆盖

19、每条染色体的大片段DNA的连续克隆系，为 最终完成大规模全序列的测定奠定基础。 物理图谱是进行DNA分析和基因结构研究的基础。,三、序列图谱 是分别将各染色体全部碱基序列绘制的图谱。包括转录序列和非转录序列。 目前的策略是把庞大的基因组分成若干有路标的区域后，进行测序分析。将测出的每一个DNA片段按其染色体位置进行准确的排列， 从而得到人类基因组DNA序列的全貌。 测序方法有多种：全基因组的“鸟枪法”测序策略，cDNA测序，及BAC DNA测序等。 目前，我们可以从基因网的数据库中查到所有基因的序列,人类基因组测序中国实验室探密,1990年10月，被誉为生命科学阿波罗登月计划的国际人类基因组计

20、划启动。1999年9月，中国获准加入人类基因组计划，负责测定全部序列的1。承担1主要测序任务的中科院遗传所人类基因组中心坐落在北京顺义空港工业园B区，一座并不显眼的四层楼内。,1998年8月11日，中科院遗传所的人类基因组中心开张。1999年2月，中心决定搞大规模基因组测序，以创造加入国际测序俱乐部的条件。同年7月7日，中国在国际人类基因组测序协作组登记，申请加入国际测序俱乐部。9月1日，在伦敦举行的第五次人类基因组测序战略会议上，北京中心（中科院遗传所人类基因组中心）作为新的会员加入。目前我国已启动了中国生物资源基因组计划，第一个项目是水稻；第二个将是猪，人类的器官移植需要它们；第三个是血吸

21、虫，现在血吸虫病还没有消灭，并且还在回头。,中国科学家今年4月提前完成了人类基因组计划1的测序任务，使得这一由六国参加的重大生物工程于6月26日如期完成。通过参与这一国际项目，中国的基因组测序能力一举进入世界四强，为21世纪的中国生物产业带来了光明和希望。,生物信息学（bioinformatics） 是一门新兴的交叉学科。既涉及生物又涉及物理。是伴随基因组研究而产生的。 基因组研究需要依赖生物信息学。因伴随着研究，相关信息 出现了爆炸性增长，需要对海量信息进行处理和数据分析。 更为本质的原因是基因组数据的复杂性。如何读懂它是个极 大的难题。要解决问题就得发展分析理论、方法、技 术、工具，必须依

22、赖计算机的信息处理。 人类基因组研究的目的，不是为了单纯地积累数据，而是要揭示大量数据中所蕴藏的内在规律，从而更好地认识和保护生命。,基因组研究最终是把生物学问题转化成对数字符号的处理问题。要解决数据的问题，就必须依赖计算机的信息处理。,Super computer,具体地说，是把基因组序列信息作为源头，找到序列中代表蛋白质和基因的编码区；同时阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在序列中的遗传语言规律。在此基础上，归纳、整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。有两项生物信息学是重要的： *构建与疾病相关的人类基因信息数据

23、库（包括SNP数据库） *发展有效地分析基因分型数据的生物信息学算法，特别是将 SNP数据与疾病和致病因素相关的计算方法。 HGP决定性的成功取决于生物信息学和计算机生物学的发展和应用，主要体现在数据库对数据的储存能力和分析工具的开发。这些都将成为人类基因组计划延伸篇中的主要内容。 。,。,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

24、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。,转基因技术,转基因和基因敲除技术,第一代转基因和基因敲除技术起源于80年代末期。它对于生命科学的研究带来了革命性的变化。 但第一代技术不具备时间和空间特异性。 1993年第二代区域和组织特异性基因敲除和转基因技术的研究。1996年首次创造了国际上第一个脑区特异性的基因敲除模式动物。被誉为条件性基因敲除研究的里程碑。 第三代基因敲除技术以时间可调性和区域特异性为

25、标志的。 目前，第四代（特定蛋白质条件性可诱导敲除）基因工程技术研究也取得了突破性进展。,制备转基因动物的三个必不可少的步骤是： 欲转移DNA的构建转基因 可通过常规重组DNA技术完成。包括目的基因以及基因有效表达所必需的启动子或调控区。 基因构建物的插人以及引导其进入基因组 构建子插入到受精卵或胚胎中 一旦证实基因得到表达，该杂合子与非转基因小鼠杂交，所产生的杂合子代之间相互杂交以产生杂合的转基因小鼠。 转基因动物技术已用于鱼、小鼠、大鼠、猪、绵羊、山羊以及奶牛等。,转基因动物基因操作技术： 目前制备的方法有受精卵或早期胚胎的直接操作或体外多 能干细胞的操作。 下列方法可将基因直接导入哺乳动

26、物种系中： 通过显微注射将DNA直接导人受精卵前核中。 利用携带目的基因的逆转录病毒感染植入前胚胎。 利用胚胎干细胞灭活或破坏特定的基因 (靶基因置换)。,在功能基因组时代各种疾病模型动物的需求量大增。 基因敲除（gene knock out）技术 （或基因靶向灭活） 是80年代发展起来的一门新技术。指有目的去除动物体内某一特定基因的技术。 应用DNA同源重组技术将灭活的基因导入胚胎干细（ES），以取代目的基因，筛选已靶向灭活的细胞，微注射入小鼠囊胚，该细胞参与胚胎发育，形成嵌合型小鼠，进一步传代培育，可得到纯合基因剔除鼠。 基因敲除可在细胞水平进行而建立新的细胞系，或在整体水平，然后从整体观

27、察实验动物，推测相应基因的功能。 该项技术将成为“后基因时代” 研发的核心技术。世界各国已经开始投巨资于这一领域。北京市在此方面已具备了一定的产业化基础。,制备基因敲除小鼠的主要步骤 1。获得外源目的基因 ；与宿主的基因组序列必须有同源性。 2。靶向载体； 必须是真核表达载体。含较高效率的启动子，含选择性标记基因，新霉素抗性基因 neo可 阻断目的基因。 3。构建同源打靶重组子； 目的是使体内的特定野生基因失活。灭活特定基因可用标志基因插入或置换目的基因的一个外显子，或控制基因转录的调节序列，就可以灭活或敲除特定的内源性野生基因。通过序列置换载体，将选择的标志因及其启动子插在同源重组子的中间，

28、使外源靶向基因被分隔在选择标志基因的两侧，可使小鼠体内的同源基因发生重组取代。 4。小鼠ES细胞的准备。 5。打靶重组子导入ES细胞及药物筛选。,在医学中的应用 * 建立疾病的动物模型，探讨疾病的发生机制。如高脂血症/ 动脉硬化动物模型。 *作为新的治疗方法和药物的筛选。基因敲除可快速定位致病靶基因，进而针对该致病基因开发有效药物。 在我国留美学者的积极参与下，美国密苏里大学在世界上首次运用基因敲除技术，培育出基本不含人体免疫排斥基因的克隆猪。可供移植的人体器官不足一直是困扰医学界的难题。为解决这一问题，科学家们将目光投向了猪。 猪的器官在大小、结构和功能上与人体器官相近，一向是异种器官移植的

29、主要研究目标。但猪细胞表面有一种半乳糖基转移酶，会导致人体免疫系统产生强烈排异反应。用基因敲除手段抑制这一酶活性，再结合克隆技术，用克隆猪器官解决器官移植，能大量生产适合人体移植的猪器官，因此，基因敲除克隆猪培育成功的消息备受关注。科学界普遍认为，这是向异种器官移植迈出的关键一步。,生物芯片技术（biochip） 是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。该技术具有多种应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序。该技术被评为1998年度世

30、界十大科技进展之一。,生物芯片技术 DNA微阵列(DNA Microarray)。 指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等）的表面，组成密集二维分子排列，然后与标记的待测生物样品中的靶分子杂交，通过特定的仪器检测杂交后芯片荧光强度分布，迅速得出所要的信息。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。 根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先

31、设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交的芯片。,芯片杂交荧光检测扫描结果,基因芯片杂交结果由计算机综合处理 解读生物学意义,应用领域：它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远的科技革命。这种面积为2.25平方厘米的芯片上可承载几千至上百万个基因点，用它进行病理测试时，人体内所有的“生病”基因均可显示，这样就给医生治疗提供了依据。 1. 基因表达水平的检测 2. 基因诊断 3. 药物筛选 4. 测序 5. 生物信息学研究,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

32、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。,、 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、

33、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

34、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。,、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

35、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

36、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。,、在生物学研究领域的应用 （1）生物进化研究 人类基因组记载着人类的进化史。如果知道了人和其它生物基因组的全序列，就有可能追溯出人类基因的起源。因为所有哺乳动物有着相似的蛋白质谱，所以哺乳动物之间的差异主要表现在受控的基因表达的时间、表达的水平，以及细胞类型专一的调控信号等方面。人胚胎的有序发育需要特定的场所和时间的活化，使多潜能细胞成为新类型的细胞，这一过程至少部分地受控于位于基因附近的调节顺序。这些顺序在其活化的基

37、因中大多是同源的。对人类基因组进行顺序分析，并将与其它哺乳动物进行比较，将使我们能确定出大量的调节顺序。此外，我们将了解基因调控的规律，及其在人从其它哺乳动物分化出来的过程中在分子水平上所发生的变化。,（2）分子考古研究 真核生物基因组中，编码序列仅占一小部分，而绝大部分的序列是非编码序列。其中相当于转座元件的重复序列家族又占据了相当大的一部分。转座元件可以通过RNA中间产物的逆转录，或DNA自身的切割和整合来完成转座功能。 重复序列可能具有以下功能： 1）作为特异组织表达基因调控区内的重复序列； 2）通过易化同源重组、转座或倒位重塑基因组结构； 3）可能与基因组外现象（亲代印迹、位置作用的多样性等）有关。由于重复