人类基因组计划和生物信息学
徐新来 安道昌 王 芷3 李 青 付红波
(中国生物工程中心 北京100081)(3中国科技信息研究所 北京100038)
提要:介绍人类基因组计划和生物信息学,阐述了两者的关系,提出了在人类基因组计划中发展生物信息学的策略。
一、引 言
人类基因组计划(H um an Genom e P ro 2ject ,H GP )是美国在1990年提出实施的一项大科学计划,在世界各国引起了很大反响。计划的提出旨在对人类基因组3×109
个脱氧核苷酸对进行作图和测序,进而解读和破译生老病死以及语言、记忆和疾病发生的遗传信息。而生物信息学是集生物学、数学、信息学、计算机科学一体化的一门新的学科。早在H GP 提出时就预示到生物信息学的重要性,当时就成立了有42位著名专家组成的生物信息学任务组。随着人类基因组计划的进展,基因组的数据和信息大量,迅速地增加,信息的收集、储存、分发、分析的管理越来越显得紧迫和重要。利用数学模式和计算机处理数据的功能来处理和分析大量增加的人类基因组信息的结果,使人类基因组计划和生物信息学紧紧地结合起来了,而且随着两者的紧密结合和互相渗透,人类基因组计划的前进步伐会大大加快,从而提前完成计划,为人类造福。
二、从人类基因组计划看
生物信息学
美国在1990年率先提出H GP ,计划用15年时间,投入30亿美元,完成人类全部24条染色体的3×109脱氧核苷酸对(bp )的序列测定,主要任务包括作图(遗传图谱、物理图谱的建立)、测序和基因识别。其中还包括模式生物(如大肠杆菌、酵母、线虫、小鼠等)基因组的作图和测序,以及信息系统的建立。
遗传图谱、物理图谱的建立是测序的必要条件;遗传图谱是根据遗传连锁标志之间的重组频率来确定它们的距离,遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。物理图谱是以核苷酸的长度为单位绘制而成,详细描述染色体上界标间的距离,主要是编码蛋白质的外显子和排序DNA 克隆库组成,这些DNA 分子克隆库相互交错、重叠。人类基因组全部DNA 序列的测定是H GP 的核心部分;随着遗
传和物理图谱的完成和即将完成,测序就成为今后重中之重的工作。而大规模测序技术的改进及分析大片段DNA 序列的生物信息技术的进步,对完成人类基因组全部核苷酸顺序测定起着决定性作用。测序的完成依赖物理图谱上的排序的DNA 片段分子克隆,这些分子图谱通常是在较短的时间由一个研究组从单一分离群体中获得的,为了充分利用所有资料信息,要对其全部标记的同时进行分析,这种分析涉及十分庞杂和巨大的计算,手工无法完成。基因识别是H GP 的重要内容之一;目的是要识别全部人类的基因,即基因组在生命活动中发生转录表达的DNA 片段,并对其结构进行研究。目前常采用的有二种方法:一是从基因组顺序中识别那些转录表达的DNA 片段;二是从c D 2
NA 文库中挑取并克隆。两种方法都必须依靠生物信息学的帮助即信息系统的建立;前者需要对基因组进行分析,后者要对基因文库进行分析,甚至还要进行分类分型,建立二级库,才能有效地挑取到所需要的DNA 分子克隆。模式生物基因组在H GP 中占有重要的位置;模
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式生物基因组结构相对比较简单、单位DNA 片段上基因的密度高,易于基因的识别。从进化角度讲,动物的许多基因有很大的同源性,对模式生物基因的分析有助于人类基因的结构与功能的阐明。
在这种背景下生物信息学的重要性便在基因组计划提出后真正显示出来了。H GP的提出和实施,实验的数据和信息急剧大量的增加,信息的管理和分析成为一项重要的研究内容。生物信息学以基因组信息学为核心,主要任务是收集、储存、分发基因组的数据和信息,管理和分析、处理基因组及相关的蛋白质、m RNA 的信息,根据基因组数据和信息的比较分析,发现新的基因,并对基因结构和功能进行研究。信息的收集、储存、分发、分析是基因组计划最初提出时确定的任务,计划实施后,每天都有上万的数据,数据的取舍非常重要,数据的标准化和检验成为信息处理的第一步工作。同时,数据必须能提供给广大的科研工作者使用,计算机管理要提供一个工作界面,才能有效地利用信息。另外,这些数据还应可视化,方便用户使用。生物信息学的研究更重要的作用是将原始的信息库进行分析、分类,按照需要建立具有特殊功能的二级数据库。二级数据库是进一步研究开发基因组的重要手段,通常是封闭的,不对外开放,仅供内部使用。随着基因组研究的发展,向功能基因组研究转化,解读生物的遗传密码成为生物信息学的又一项重要的任务。生物信息学另一项重要任务是分析工具的研究开发,如序列相似性比较的软件。分析软件是有效利用基因组信息的有利工具,同时分析软件也是构建二级、三级数据库的条件和手段。分析软件还可将不同性质的数据库结合一起,如将基因组序列数据和蛋白质数据结合计算,可以推断结构和功能的关系,从而成为一种发现新基因的较为快捷的方法,有利解读全部生物遗传密码。
生物信息学发展很快,各种数据库不断涌现,数据库各有不同的特色。美国、日本、欧盟、加拿大等国都有基因组数据库,有的是国际性的,有的是本国的,有的公开,有的不公开。其中比较有代表性的数据库有:美国的GenB ank,欧盟的E M BL,日本的DDBJ和美国的N CB I等。数据库的内容十分丰富,有表达序列标记数据库(dbEST),有序列标记位点数据库(dbST S),有蛋白质序列数据库、蛋白质序列功能位点数据库、还有基因图谱数据库、结构数据库等等。各数据库的容量也在不断扩大,根据GenB ank1997年11月统计,该库已有100多万条人类核酸序列记录,近5万条蛋白质记录。
三、生物信息学发展现状
随着信息学大环境的改善,如信息高速公路、国际互联网的发展,生物信息学发展迅速。美国、日本及欧洲各国的生物信息学已相继在In ternet上建立了各自的网络节点,进行管理大型数据库,为研究人员提供研究数据的分析、处理、采集、交换的服务。国际互联网所到之处,都有各种研究机构的联网、数据库的建立,开展生物信息学研究。各种数据库各具特色: GenB ank、E M BL、DDBJ是三大核苷酸 蛋白质数据库;GDB数据库主要收集遗传学制图的资料;CEPH的数据库收集YA C con tig; Genethon、CHL C储存遗传学标记系列; W h iethead研究所的数据库可了解全部18000个ST S及联系作图的信息;另外还有突变序列的数据库在建立之中。在各类数据库建立的同时,数据库设计中出现了集成化趋势,集成化包括:各类数据的集成、数据库与数据分析软件的整合。各种数据库分析、测序应用软件包也被开发出来。
除了数据库、数据分析软件的发展,生物信息学中比较基因组学的发展也较为突出。其中河豚、鼠、猪、牛和马的基因组与人基因组的比较研究,秀丽隐杆线虫与人基因组的比较研究、酵母与人基因组的比较研究,支原体与嗜血流感杆菌基因组的比较研究,都取得了成果,从比较中分离到一些人类遗传病的候选基
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因,鉴定了一些新克隆的基因,为人类基因组的分析提供了有益的数据。
随着计算机技术的发展和渗透,生物信息学在人类基因组中大规模测序的自动化控制、测序结果分析处理、序列数据的计算机管理、各类遗传图谱、物理图谱的绘制、研究数据的网络获取、分析和交换,以数据分析的结果辅助基因组研究等都发挥着不可替代的功能,显示出越来越重要的作用。
四、我们的策略
人类基因组计划和生物信息学是当今生命科学重要的课题,为全世界所关注。由于其重大的科学意义和潜在的经济价值,积极开展有关的研究势在必行。
人类基因组计划启动时,生物信息学技术就已成为发展的重点之一,目前有关基因序列、图谱的数据信息的大量积累,使生物信息学研究在人类基因组研究中的重要性越来越突出,在今后的人类基因研究中,生物信息学是一个信息库,一种高层次研究的工具。如果生物信息学研究发展滞后,将意味着失去信息,失去高层次、高水平研究的基础。
中国1993年开始参与H GP 研究,但由于资金技术等各种原因,其研究水平与国际同行尚有较大差距。我国虽然早在1993年中国人类基因组计划中列入了生物信息学的内容,但真正起步可能是在1995—1996年,基础比较弱,尚处于引进国外已有数据库,为国内研究人员提供服务的阶段。中国的人类基因组研究和生物信息学都处于一个不容乐观的现状。如何在现有的资金、技术条件下,找到1个或2个突破口,改变落后现状,在国际同类研究领域争得一席之地,我们认为应该在策略上作些调整。
11在人类基因组研究上,找功能基因。利用我国丰富的遗传资源和广泛的疾病谱系,从“c DNA ”入手,尽快地克隆一批新基因。“c DNA ”又称互补DNA ,只占整个基因组DNA 很小的一部分,是编码蛋白质的,即功能
基因,结合大家系和疾病谱系,才可以完成,我国在这方面具有利条件。基因组测序是一件知识劳动密集性工作,只要我们引进技术和设备,培训一支高水平的技术队伍,利用我们的优势,就能够抢到一部分新基因。
21在引进国外数据库的同时,建立中国人基因资源数据库。生物信息学对推进基因组的工作十分重要,充分利用国际基因信息库的信息,建立国际合作关系,在基因组研究工作的基础上,组建自己的生物信息网络,建设基因资源、基因结构的数据库。同时,进行分析软件的开发研究,构建特殊需要的二级、三级数据库,从已知的c DNA 文库中,进行测序和功能推测研究,发现新基因,才有可能在国际人类基因组计划中占有一席之地。
31人才培养。当务之急是对现有从事基因研究的科技人员进行生物信息学的培训。只有有了中国自己的一支专门从事生物信息学研究的科研队伍,才能在中国人类基因组研究中做出国际领先水平的工作。
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【篇一】人类基因组计划随着人类基因组计划的完成 随着人类基因组计划的完成，人类对自身遗传信息的了解和掌握有了前所未有的进步。与此同时，分子水平的基因检测技术平台不断发展和完善，使得基因检测技术得到了迅猛发展，基因检测效率不断提高。从最初第一代以Sanger 测序为代表的直接检测技术和以连锁分析为代表的间接测序技术，到2005 年，以Illumina 公司的Solexa技术和ABI 公司的SOLiD 技术为标志的新一代测 序(next-generation sequencing，NGS) 的相继出现，测序效率明显提升，时间明显缩短，费用明显降低，基因检测手段有了革命性的变化。其技术正向着大规模、工业化的方向发展，极大地提高了基因检测的检出率，并扩展了疾病在基因水平的研究范围。2009 年3 月，约翰霍普金斯大学的研究人员在《Science》杂志上发表了通过NGS外显子测序技术，发现了一个新的遗传性胰腺癌的致病基因PALB2，标志着NGS 测序技术成功应用于致病基因的鉴定研究。同年，《Nature》发表了采用NGS 技术发现罕见弗里曼谢尔登综合征MYH3 致病基因突变和《Nat Genet》发表了遗传疾病米勒综合征致病基因。此后，通过NGS 技术，与遗传相关的致病基因不断被发现，NGS 技术已成为里程碑式的进步。2010 年，《Science》杂志将这一技术评选为当年“十大科学进展”。近两年，基因检测成为临床诊断和科学研究的热点，得到了突飞猛进和日新月异的发展，越来越多的临床和科研成果不断涌现出来。同时，基因检测已经从单一的遗传疾病专业范畴扩展到复杂疾病和个体化应用更加广阔的领域，其临床检测范
人类基因组计划及其意义 摘要：人类基因组计划意义深远，对人类健康、中医药、当代科学研究方法、甚至是商 业等都有影响。 关键词：人类基因组计划意义 人类从古至今都想揭开生命的奥秘，都想了解人类自身，探究人的生老病死是怎么一回事。于是人人心中都有一个疑问：到底什么是生命？但是由于当时知识与技术的限制，人类的疑问得不到科学合理的解释。美国东部时间2000年6月26日，国际人类基因组计划（Human Genome Project ,HGP）的美、英、法、德、日、中6国协作组向世界联合宣布：人类生命蓝图人类基因组“工作框架图”已经完成。它的问世标志着人类在研究自身规律的过程中迈出了至关重要的一步，也预示着人类在探索生命奥秘的历史进程中翻开了新的篇章。 什么是人类基因组计划？ 生物学的原理告诉我们，基因是染色体上的DNA双螺旋链的一段，它由四种碱基通过不同的排列组合而成，并在特定的条件下表达遗传信息和表现特定功能，是生物性状遗传的基本功能单位。基因组指合成具有生物功能的蛋白质多肽链或RNA所必须的全部DNA序列。1985年美国科学家诺贝尔奖获得者杜伯克首先提出了人类基因组计划，目的在于通过国际间的合作，识别人类DNA中所有的十万个以上的基因，测定人类DNA的30亿个碱基对顺序，以建立详细的人类基因组遗传图和物理图，解读人类基因组中所有的基因，最终解读人类生、老、病、死的遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面认识自我。 人类基因组计划的意义 首先，获得人类全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。在不远的将来，根据每个人DNA序列的差异，可了解不同个体对疾病的抵抗力，依照每个人的“基因特点”对症下药，这便是21世纪的医学——个体化医学。更重要的是，通过基因治疗，不但可预防当事人日后发生疾病，还可预防其后代发生同样的疾病。 第二，破译生命密码的人类基因组计划有助于人们对基因的表达调控有更深入的了解。同时，人类基因组图谱对揭示人类发展、进化的历史具有重要意义。对进化的研究，不再建立在假说的基础上，利用比较基因组学，通过研究古代DNA，可揭示生命进化的奥秘以及古今生物的联系，帮助人们更好地认识人类在自然界中的地位。 人类基因组计划带来的革命 1.基因治疗 人类基因组计划将为基因治疗技术的发展提供基础性的支持，对特异致病基因的研究，无疑会给基因治疗技术针对性地指明方向，加速这一技术的发展。基因治疗就是利用基因工程的手段，通过向人体导入功能基因，修补、改变相应的缺陷基因，以对相关疾病进行治疗和预防。对基因治疗的临床研究早在十年前就开始了，90年美国研究人员对一个4岁的小女孩施行了基因治疗，使她的病情大大好转。十年来，基因治疗技术在实验过程中取得了不少的成果，载体的改进和靶细胞的选择使基因治疗技术的效果也不断提高。 2.基因工程药物研究
人类基因组计划研究的进展及其意义 摘要：文章综述了人类基因组计划研究和进展的情况 关键词： 正文： 定义 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约4万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。命人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生科学的"登月计划"。 人类基因组计划(英语:Human Genome Project, HGP)是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。其宗旨在于测定组成人类染色体(指单倍体)中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。基因组计划是人类为了探索自身的奥秘所迈出的重要一步，是继曼哈顿计划和阿波罗登月计划之后，人类科学史上的又一个伟大工程。截止到2005年，人类基因组计划的测序工作已经完成。其中，2001年人类基因组工作草图的发表(由公共基金资助的国际人类基因组计划和私人企业塞雷拉基因组公司各自独立完成，并分别公开发表)被认为是人类基因组计划成功的里程碑。 背景 20世纪是物理学和化学的世纪,21世纪是生物学的世纪。生命科学将取代物理学和化学成为带头学科,从而为其他学科的研究和发展提供新的思路和方法,生物工程产业将成为支柱产业。早在上世纪中叶,生物技术就被称作是21世纪的关键技术。许多科学家预言,生物技术将与信息技术、材料技术以及能源技术共同构成新的技术革命的基础,生物技术将重塑医学、农业以及生命科学研究本身,进而改造社会,改变人类的生活方式。一些重大的研究项目如人类基因组计划、体细胞克隆技术、转基因技术等的影响已超出了学科的范围,引起了公众的广泛关注。在生命科学领域随着分子生物学研究的不断深入,80年代末出现了一个新的研究领域———基因组学(Genomics)。基因组研究被称作是20世纪末21世纪初最重大的全球性的科研项目,其中以人类基因组计划(HGP)最为重要 人类基因组计划研究的目的,是获得人类染色体的物理图谱和基因图谱以及测定核苷酸的全序列 进展 人类基因组计划是由美国国立研究院和能源都1990年发起,后来有德、日、英、法、中等国科学家加入,有至少16个实验室及1100名生物学家、计算机专家和技术人员参与,预计耗资30亿美元,在15年内完成。人类基因组计划正式启动以来,受到人类各界的极大关心,经过全球科学家的努力,各阶段进展一再提前,已提前完成绘制出基因的遗传图谱和物理图谱的草图,现在已进入大规模的测序阶段。目前已完成了人类基因组约50%的测序,预期在2005年将能
第五章第3节《人类遗传病》 一、教材分析 《人类遗传病》是人教版高中生物必修二《遗传与进化》第5章第3节教学内容，主要学习“人类常见遗传病的类型”，“遗传病的监测和预防”和“人类基因组计划与人体健康”二、教学目标1．知识目标： （1）．人类遗传病及其病例 （2）．什么是遗传病及遗传病对人类的危害 （3）．遗传病的监测和预防 （4）．人类基因组计划与人体健康 2．能力目标： 探讨人类遗传病的监测和预防 3．情感、态度和价值观目标： 关注人类基因组计划及其意义 三、教学重点难点 重点：人类遗传病的主要类型。 难点：（1）多基因遗传病的概念。 （2）近亲结婚的含义及禁止近亲结婚的原因。 四、学情分析 学生初中已经学习了几种遗传病，教材前几章已经出现伴性遗传病和常染色体遗传病，所以学生对本节内容有一定基础。另外“人类遗传病的类型”是了解水平的内容，学生通过自学就可以达到
学习目的。 五、教学方法， 1学案导学：见后面的学案。 2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习 六、课前准备 教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 近年来，随着医疗技术的发展和医药卫生条件的改善，人类传染性疾病已得到控制，而人的生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量，结构或功能上发生改变，使由此发育成的个体患先天性遗传病，其发病率和死亡率却有逐年增高的趋势。今天，我们来学习这方面的知识。 （三）合作探究、精讲点拨。 探究一、人类常见遗传病的类型 学生分组讨论
人类基因组计划 HGP(Human Genome Projects) 1、HGP简介 ?人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出、于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，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。 ?诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco于1986年发表短文 《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》（Science, 231: 1055－1056）。 ?文中指出：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。” 什么是基因组(Genome) ?基因组就是一个物种中所有基因的整体组成 ?人类基因组有两层意义： ——遗传信息 ——遗传物质 ?从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。 人类染色体 HGP的诞生 ?1984年12月Utah州的Alta,White R受美国能源部的委托，主持召开了一个小型会议，讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义。 ?1985年6月，在美国加州举行了一次会议，美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。?1986年6月，在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。随后美国能源部宣布实施这一草案。?1987年初，美国能源部与国家医学研究院（NIH）为“人类基因组计划”下拨了启动经费约550万美元，1987年总额近1.66亿美元。同时，美国开始筹建人类基因组计划实验室。 ?1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖金获得者J.Waston出任第一任主任。?1990年，历经5年辩论之后，美国国会批准美国的“人类基因组计划”于10月1日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是：拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的分析。 HGP诞生过程中的质疑 ?计划的必要性问题 ?计划的现实性问题 ?科学研究领域的选择问题 ?为什么不选择基因组小的或有经济意义的生物 ?认为?°制图?±是在沙漠里建公路，?°测序?±是把?°垃圾?±分类，选择?°模式动物?±是拼凑?°诺亚方舟?±。
人类优生与基因组计划 八年级生物教案 第五节 一.学习目标 （一）知识目标： 1.认识人类遗传病的危害和优生优育 2.描述人类遗传病形成的原因 3.描述人类基因组计划 （二）能力目标： 收集人类遗传病及其防治的资料和有关人类基因组计划的资料（三）情感目标： 认同优生优育和近亲结婚的危害，明确有关的伦理观和价值观二?学习重点和难点 重点：举例说明近亲结婚的危害及优生优育的措施 难点：举例说明近亲结婚的危害
三?学习过程 仁情境导入：展示图片：先天性唇裂图片师：患者通过手术可以修复成正常人 的样子，可是如果他长大成人，结婚生子，会不会遗传给后代呢？你还知道哪些疾病能够遗传给后代？学生举例说明，教师点评：因为这些病能够遗传给下一代，我们叫它遗传病，今天我们就来探究遗传病的有关知识。2?自主学习：目标1:理解和掌握人类遗传病形成的原因（重点）学生阅读教材92页内容完成助学98-99页自主学习”中的目标1（3分钟）教师规定学习时间，巡视指导，指导学生将重点内容在课本上标注，学生展示学习成果，生生交流。2分钟识记。【过渡】什么情况下夫妻所生子女得遗传病的几率大呢？让我们来看下面这个柱形图。学生结合上面的柱形图，阅读教材92页第2、3段内容，完成下面的问题：①分析上述数据，你能得出什么结论？②为什么近亲 结婚的后代患遗传病的几率大呢？③什么样的男女结合是近亲结婚？④ 为避免遗传病给人类造成的危害，我国人口政策作出如下重要规定：提倡禁止防止发生,提咼国民的、和【点拨】引导学生分析图表解决问题的能力师：要做到优生优育你有哪些建议？ 学生讨论交流，形成正确的伦理观和价值观【过渡】为进一步解决基因或染色体改变引发的疾病，—美国科学家率先提出人类基因组计划” _______________ 年9月，我国科学家也加入到研究队伍中来，本节最后我们也来了解人类的基因组计划”目标2:描述人类基因组计划及意义学生阅读教材93-94页内容完成助学99页自主学习”中的目标2和教材95页思考与练习冲的第2题。教师规定学习时间，巡视指导，指导学生将重点内容在课本上记录下来。【总结】
人类基因组计划原理和基本步骤 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。 序列图的绘制主要采用两大策略: 即逐个克隆法（Clone by Clone）和全基因组鸟枪法（Whole Genome Shot-gun)。 逐个克隆法的原理 逐个克隆法的原理是Sanger双末端终止法。人类基因组框架图全部采用基于Sanger 双脱氧原理的自动化毛细管测序。在1977年，英国人Frederick Sanger 创建了双脱氧链末端合成终止法（chain termination method），简称Sanger法、双脱氧法或酶法。他发现如果在DNA复制过程中掺入ddNTP，就会产生一系列末端终止的DNA链，并能通过电泳按长度分辨。不同末端终止DNA链的长度是由掺入到新合成链上随机位置的ddNTP决定的。 Sanger双末端终止法的基本原理是利用DNA聚合酶，以待测单链DNA为模板，以dNTP为底物，设立四种相互独立的测序反应体系，在每个反应体系中加入不同的双脱氧核苷三磷酸（dideoxyribonucleoside triphosphate，ddNTP）作为链延伸终止剂。具体实验是通过PCR来完成的，但与普通PCR不同，它只需要一个引物而不是一对。在4个相同的反应体系中分别加入普通的dNTP以及4种不同的ddNTP（比如体系1里面缺少dATP，而有ddATP,以此类推）。假设四个体系中分别加入的是ddATP, ddGTP, ddCTP和ddGTP 我们就分别把这个叫做A，G，C，T体系，然后每个体系中，会在遇到相应碱基的时候停止反应，这样就产生了一系列长度不一并且分别在以A,G,C,T时终止的DNA片段，比如A 体系中的DNA片段，都是以A结尾的DNA。通过高分辨率的变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，放射自显影检测后，从凝胶底部到顶部按5′→3′方向读出新合成链序列，由此推知待测模板链的序列。 逐个克隆法基本步骤 逐个克隆法的基本步骤是：物理图谱的构建→BAC克隆的筛选→“工作框架图”的构建→序列的全组装与“完成图”构建。 物理图谱的构建的基本步骤如下：确定各STS序列及其在基因组中的位置→大插入片段基因组文库的构建（BAC文库）→以特定STS为标记筛选并定位克隆→含有STS的克隆在基因组中排序。 BAC克隆的筛选的基本步骤如下：用NotI、SacI等处理基因组，通过脉冲场凝胶电泳得200Kb左右的大片段DNA→纯化后与载体连接，得到插有外源DNA片段的BAC载体→通过电转化将连接产物导入大肠杆菌感受态细胞，在含有抗生素的筛选培养基中筛选带有相同外源DNA片段的单克隆菌落→“STS-PCR反应池”方案筛选种子克隆→相互间具有重叠片段的BAC克隆根据STS信息组装成contig，并定位于基因组上。 值得注意的是，STS的密度尚未达到绘制高精度物理图谱的要求，且在基因组中的分布不均匀，造成很多区域没有阳性克隆覆盖,形成空洞。因此需用指纹图谱（FPC法）或末端序列（Walking by End Sequence)步移等手段对种子克隆进行延伸，形成连续克隆群。利用延伸方法筛选得到的克隆称为延伸克隆。 “工作框架图”的构建：根据序列与STS database进行blastn比较结果，将克隆定位末端序的比较，判定延伸在contig外的一端序列。并可及时进行walking，筛选新的克隆。 鸟枪法 鸟枪法或霰弹法是一个高度计算机化的方法，它是先把基因组随机分成已知长度(2000个碱基对、1万个碱基对、5万个碱基对)的片段，然后用数学算法将这些片段组装成毗邻的
人类基因组计划 一、什么是基因和基因组 1、基因：DNA分子上具有特定遗传效应的一段特定的核苷酸序列。遗传效应：有蛋白质产物或RNA产物或对其它基因起调节效应的功能。 2、基因组：是一个单倍体染色体组中所包含的全部遗传物质。有核基因组和线拉体基因组之分。 二、人类基因组结构 人类基因组结构庞大、复杂：基因组DNA总长度为3×109bp，3-4万个基因分布在24条染色体上，非编码区远远多于编码区，占90%以上，结构基因占3%，以单拷贝形式存在。 1、DNA序列中的组成结构可分为3种类型： （1）单一序列(非重复序列、单拷贝序列）占60-65%，绝大多数为蛋白质编码的结构基因 （2）中度重复序列：占20-30%，拷贝数为104-105 ，包括组蛋白基因、免疫球蛋白基因及RNA基因，绝大多数中度重复序列为不编码序列，成为间隔区，如人类Alu序列家族由300bp的短序列构成，重复达30万-50万拷贝，占基因组3-6%。 （3）高度重复序列：又称为卫星DNA 通常是小于10bp的短小序列组成基本单元，重复达105以上，占基因组的10%，不能转录，组成异染色质。 2、结构基因 （1）概念：为蛋白质编码的基因叫-。其DNA序列大多数是不连续的，编码序列之中往往还插入有非编码序列。 （2）结构： 内含子：非编码的序列叫—。 外显子：编码序列的片段叫—。 一个结构基因常常是由多个内含子和多个外显子相间排列组成的。图4-2，n个内含子嵌合排列在n+1外显子之间，故有内外之分。 （3）功能：内含子的长度比外显子的大好几倍，一起转录成RNA以后，必须经过剪接加工过程，将内含子部分切除，使外显子连接起来，才能形成成熟的mRNA，成为翻译蛋白质的模板。内含子，含而不显的片段对基因的表达有重要的调控作用。图4-3。 3、多基因家族和基因簇： （1）多基因家族：真核生物的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组基因称为基因家族 如血红蛋白基因家族。（指进化过程中由某一个祖先基因经过多次重复和变异所产生的一大类群序列相似、功能相似的基因群。） a、有的集中在一条染色体上共同发挥作用，合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族中的5种组蛋白基因集中在7号染色体的长臂上的。 b、有的多基因家族成员是分散存在于几条染色体上，如人的rRNA基因家族成员分别位于13、14、15、 21、22，5条染色体的短臂的核仁组织区中。 每个区中包含几十个rRNA基因单位，大量转录18S rRNA、 28S rRNA、 5.8S rRNA。 假基因：是基因组中因突变而失活的基因，它和同一家族中的活跃基因在结构上和DNA序列上有相似性，但是没有蛋白质产物。（在多基因家族中，有少数成员不产生有功能的蛋白质，这样的基因叫—。假基因与正常基因从序列上看是同源的，但是在进化过程中发生突变丧失了功能活性。） （2）基因簇或超基因：同一基因家族中，一些结构和功能更为相似的基因彼此靠近成串地排列在一起，形成一个基因簇。如人类类α珠蛋白基因族、类β珠蛋白基因族。 在人类基因组中，有中等重复序列构成的大的基因群，包含有几百个功能相关的基因，紧密成簇状排列，称为超基因。如人类组织相容性抗原复合体HLA，及免疫球蛋白的重链和轻链基因。
人类基因组计划的重要性 “以破解人类遗传和生老病死之谜，解决人类健康问题为目的的人类基因组计划，对人类自身的生存和发展具有重要的意义。其旨在通过测定人类基因组DNA约3×109对核苷酸的序列，探寻所有人类基因并确定它们在染色体上的位置，明确所有基因的结构和功能，解读人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面认识自我。” 基因作为掌控人类自身性状、特征和遗传的根本因子，以其简单的双螺旋结构、复杂的排列方式，使全世界范围内的每一个人类都有着相同的本质和不同的特质。基因的轰动范围极为广泛，我们身上的每一处体态特征几乎都由基因所决定，大到一个人的身高、外貌，小到一颗牙形的状，甚至是一根头发的直径都与基因有着密不可分的联系。众所周知，基因由五种碱基对以庞大的数量按一定顺序排列组合而成，其本质是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。在一个活跃的细胞内，特定的基因通过解旋、转录、翻译等一系列过程，来实现RN A、蛋白质等相应物质的合成，这些数以万计的不同形态不同功能的RN A、蛋白质在细胞内外发挥出他们自身的作用，从而达到控制人类机体、完善结构功能、协调组织器官运作的神奇效果。 由以上的事实我们可以看出，要想解开人类自身的秘密，就要从破解基因的密码做起。 人类基因组计划便应运而生了。该计划是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波1罗计划并称为三大科学计划。 “HDP（人类基因组计划）的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。”
2019-2020年高中语文人类基因组计划及其意义教案苏教版必修5【学习目标】 1、通过文本研习，进一步了解科学，激发学科学、用科学、的兴趣和热情。 2、能独立阅读，认真思考、收集、分析、筛选和提取相关信息。 3、进一步认识说明文的文体特征，了解说明文的一些新的特点，并能够对文章观点提出自己的见解和看法。 【学法建议】 1、提取文章中的关键句梳理课文。 2、结合具体语句，替换语词，感受说明文语言准确严密的特点。【课前预习】 1、作者简介 杨焕明，1988年获丹麦哥本哈根大学博士学位。后为法国INSERE-CRNS马塞免疫中心博士后；1989年～1992年为美国哈佛大学医学院博士后；1992年～1994年美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)博士后。现为博士生导师。现为北京华大基因研究中心暨中国科学院基因组信息中心主任，为争取和主持完成中国参与人类基因组序列的测定定下汗马功劳。国际“人类基因组计划”中国协调人。 xx年被《科学美国人》杂志评为年度领袖人物。 2、资料链接 （1）人类基因组计划 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于
1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国国和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，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。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。 什么是基因组(Genome)?基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。 3、预习思考 （1）预设问题 ①自读课文，抓住文章结构的总体框架，用提纲或图表的方法把文章的主要内容提取筛选出来。 ②预习课文后，你提出了哪些新的问题？ ※互动课堂 【课时安排】1课时 一、自学评价
人类后基因组计划及研究进展 摘要：2003年4月14日生命科学诞生了一个新的重要里程碑，人类基因组计划完成，后基因组时代正式来临。着重介绍了人类基因组计划的提出、目标与任务、实施与进展等方面的基本情况，讨论了后基因组时代的时间界定，分析展望了后基因组时代与人类基因组计划密切相关的生物信息学、功能基因组学、蛋白质组学、药物基因组学等几个重要研究领域。 关键词：人类基因组计划；研究进展 2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家Collins F博士在华盛顿隆重宣布：人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划(human genome project，HGP)的所有目标全部实现。这标志“人类基因组计划”胜利完成和“后基因组时代”(post genome em，PGE)正式来l临，在举世庆祝“DNA双螺旋结构”提出50周年之际，生命科学诞生了一个新的里程碑。HGP被誉为可与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”相媲美的伟大系统工程，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。人类基因组序列图的成功绘制是科学史上最伟大的成就之一，奠定了人类认识自我的重要基石，推动了生命与医学科学的革命性进展。在后基因组时代，生命科学关注的范围越来越大，涉及的问题越来越复杂，采用的技术越来越高，取得的成就将越来越多，生命科学及其相关科学将大有作为。 1人类基因组计划的产生与目标 1984年12月，美国犹他大学的Wenter受美国能源部的委托，主持讨论了DNA重组技术及测定人类整个基因组DNA序列的意义．1985年6月，美国能源部提出“人类基因组计划”(Humangenome project，HGP)的初步草案．最早提出测定人类基因组序列的是美国科学家罗伯特·辛西默(Robert Sinshimer)．1986年3月，美国的诺贝尔奖获得者雷纳多·杜尔贝柯石(Renato Dulbecco)在《科学》杂志上发表的短文中率先提出“测定人类的整个基因组序列”的主张[1]，后经世界性的讨论取得共识．1987年，美国开始筹建“人类基因组计划”实验室．1988年，科学家开始讨论如何才能更快、更多、更好地研究与人类的生老病死有关的所有基因——全部的人类基因组．1989年，美国成立“国家人类基因组研究中心”，诺贝尔奖获得者、DNA分子双螺旋结构模型的提出者Jamse Wateson担任第一任主任．1990年10月，美国首先正式启动“人类基因组计划”(HGP)，完成人类全部DNA分子核苷酸序列的测定．1993年，美国对这一计划做了修订，其中最重要的任务就是人类基因组的基因图构建与序列分析，需最优先考虑、必须保质保量完成的是DNA序列图．随后，英国、法国、日本、加拿大、前苏联、中国等许多国家积极响应，都开始了不同规模、各有特色 的人类基因组研究。 1999年12月1日，人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定．2000年6 月26日，六国科学家公布人类基因组工作框架图，成为人类基因组计划进展的一个重要里程碑．2001年2月12日，人类基因组图谱及初步分析结果首次公布．2003年4月15日，美、英、德、日、法、中6个国家共同宣布人类基因组序列图完成，人类基因组计划的所有目标全部实现，提前2年实现了目标。 2人类基因组计划的内容
类基因组计划的成果（一） 谁来当“亚当”---人类基因组多样性与个体医学已在进行的人类基因组计划，可以说是“代表性个体”人类基因组计划。在美国，现在用于用于绘制人类DNA序列的DNA 来自于几个“无名氏”的男性。这在当时还曾有过争论，谁可以做“亚当”？这个问题也重要也不重要。人类的所有个体、所有的人，在遗传上都是平等的。所有的人类基因组不管是在基因组中的位置，即基因位点，还是每一个基因的结构都是很相似的，绝对不存在好坏优劣之分。不管从哪一个人身上分离到的一个位点上的DNA片段，可以用于任何种族任何个体的这一位点的研究，这一位点致病等位基因的鉴定，将来可能的基因诊断与基因治疗。因此，我们说人类只有一个基因组，不存在黄种人基因组、白种人的基因组之分。一个基因被鉴定、分离了，进而被专利，就是全人类的这一基因组被专利了，我们不能说你专利的是白种人的基因，我们再来专利一个黄种人或中国人的基因。但人与人是不同的，这就是人类在“同一性”的前提下的“多样性”，多样性体现在每个人身上，称为“基因多样性”或“个体特异性”，一般每个人之间5%位点的等位基因不同有0.1%的序列不同。体现在黄种人棗白种人这一人种族差异上，可称为“种族多样性”，体现在民族（遗传上称为“族群”）上，称为“族群多样性”。将来的某一天，如果需要每一个人的全基因的全核苷酸序列也许能不费多少钱就测定了，并且记录在一个光盘上，要诊断疾病就方便啦。医生先把这个光盘装进计算机，检查几个有关的“候选基因”，看看要注意什么，譬如说，某种药物，有人用灵验，有人不灵验，这就是个体差异。这一差异很多是基因决定的，也就是“多样性”决定的，这对医生诊病很有帮助。当然，也许不需要了解一个人的整个基因组棗大家都大同小异，而把重要区域、重要基因、重要位点的“多样性”较高的区域搞清就行了。“全基因组”信息非同小可，表达了每一个人有关生、老、病、死的重要信息，它是一个人全部隐私中的最重要的隐私，可不是一个人一般生理指标，如身高、体重、胸围、血型等等，因此，它的使用可得慎之又慎。
《人类基因组计划及其意义》教学设计教学目标： ⒈捕捉文章中的关键信息，对说明对象形成综合理解。 ⒉把握本文总分结构对于表达说明对象与文章内容的意义。 ⒊领会本文为了更好地说明事理所运用的各种说明方法及其效果。 ⒋认识科学的“双刃剑”性质，培养科学的人文意识。 教学重点： ⒈捕捉文章中的关键信息，对说明对象形成综合理解。 ⒉把握本文总分结构对于表达说明对象与文章内容的意义。 教学难点： 科学的“双刃剑”性质和科学的人文意识。 教学时数：一课时。 教学步骤： 一、导入新课： ２0世纪，原子弹的爆炸，“阿波罗”登月计划的实现，网络的广泛应用，使人类的认识从地球扩展到太空，当人们为这些物理学成就而陶醉时，却突然发现人类对于自身的认识太少了。２0世纪５0年代初，英美科学家提出遗传物质DNA的双螺旋模型，70年代开始的DNA克隆技术和转基因技术，让人类对生命有了进一步的认识。与此同时，人们还发现，几乎人类所有的疾病都与基因有关。在这样的背景下，人类基因组计划诞生了。今天我们一起来学习一篇有关基因的文章。请大家通读课文，了解什么是人类基因计划。 二、研习新课： ⒈把握内涵
⑴关于“人类基因组计划”的表述是不是定义？为什么？ 明确：原文中不是定义：人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称的 人类科学史上的重大工程。因为它并没有揭示“人类基因组计划”的本质和内涵，而仅仅表 明了它的重要意义。 ⑵结合相关信息给人类基因组计划下一个严格完整的定义。 明确：人类基因组计划是测定组成人类基因组３0亿个核苷酸的序列，（从而）（奠定） 阐明人类基因组及所有基因的结构和功能，解读人类的全部遗传信息，揭开人体奥秘的（基 础）科学工程。 ⒉提炼信息 划出每一段的关键词句，捕捉其中的重要信息，形成对于“人类基因组计划”这一说明 对象的综合理解。” 讨论，明确：第一段中“重大工程”“科学计划”，第二段中“具体目标”“基础”，第三 段中“意义”，第四段中“规模化”，第五段中“序列化”，第六段中“以序列为基础”“特点”， 第七段中“信息化”，第八段中“医学化”，第九段中“产业化”，第十段中“人文化”，第十 一段中“冲击”，第十二段中“共同的基因组”“保护”“平等”，第十三段中“共同财富与遗 产”，第十四段中“隐私”，第十五段中“自然进化的产物”，第十六段中“知情权”，第十七 段中“非和平使用的可能性”，第十八段中“基因安全”。 整合以上信息，形成综合理解： 人类基因组计划是人类科学史上的重大工程．．．．，是一项改变世界、影响到每一个人的科学．． 计划．．。其具体目标．．．． 就是测定３0亿个核苷酸的序列，从而奠定阐明人类基因组及所有基因的结构与功能，解读人类的全部遗传信息的基础．． 。人类基因组计划对生命科学研究与生物产业发展具有规模化、序列化、信息化．．．．．．．．．．．及医学化、产业化、人文化．．．．．．．．．．． 来归纳。该计划已经给社会带
人类基因组计划的重要意义人类基因组计划(human genome project,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。 人类基因组计划耗资巨大，该计划的原因如下：人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。 测出人类基因组DNA的30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，找出它们在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。 在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。 HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。
我们知道所有生物的遗传物质是DNA，它的总和就是基因组，就人类基因组而言，指合成有功能的人体各类细胞中蛋白质及或多肽链和RNA所必须的全部DNA顺序和结构，人体遗传物质综合就是人类基因组，由大约30亿碱基对组成，分布在细胞核的23对染色体中。人类基因组计划是测定人类基因组的全部DNA序列，从而解读所有遗传密码，揭示生命的所有奥秘。 诺贝尔奖获得者杜伯克于1986年在《科学(Science)》杂志上发表的一篇短文中率先提全面解剖人类基因组的计划。1988年，该计划正式获得美国国会批准，并于1990年10月1日正式启动。其总体规划是：拟在15年内至少投资30亿美元，进行对人类基因组的分析。不久，该计划发展成一个由多国政府支持的国际项目，先后有美、英、日、德、法及中国等6个国家参加。HGP其最初的目标是，用15年时间（1990-2005），构建详细的人类基因组遗传图和物理图，确定人类DNA的全部核苷酸序列，定位全部基因，并对其他生物进行类似研究。1993年，又增加了人类基因的鉴定和分离的内容。其终极目标即：阐明人类基因组全部DNA序列；识别基因；建立储存这些信息的数据库；开发数据分析工具；研究HGP实施所带来的伦理、法律和社会问题。1998年,人类基因组计划增加了基因组多样性研究的内容,强化了功能基因组研究技术平台体系。
学校：临清二中学科：生物 第五章第3节《人类遗传病》 一、教材分析 《人类遗传病》是人教版高中生物必修二《遗传与进化》第5章第3节教学内容，主要学习“人类常见遗传病的类型”，“遗传病的监测和预防”和“人类基因组计划与人体健康” 二、教学目标 1．知识目标： （1）．人类遗传病及其病例 （2）．什么是遗传病及遗传病对人类的危害 （3）．遗传病的监测和预防 （4）．人类基因组计划与人体健康 2．能力目标： 探讨人类遗传病的监测和预防 3．情感、态度和价值观目标： 关注人类基因组计划及其意义 三、教学重点难点 重点：人类遗传病的主要类型。 难点：（1）多基因遗传病的概念。 （2）近亲结婚的含义及禁止近亲结婚的原因。 四、学情分析 学生初中已经学习了几种遗传病，教材前几章已经出现伴性遗传病和常染色体遗传病，所以学生对本节内容有一定基础。另外“人类遗传病的类型”是了解水平的内容，学生通过自学就可以达到学习目的。 五、教学方法， 1学案导学：见后面的学案。 2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习 六、课前准备 教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 近年来，随着医疗技术的发展和医药卫生条件的改善，人类传染性疾病已得到控制，而人的生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量，结构或功能上发生改变，使由此发育成的个体患先天性遗传病，其发病率和死亡率却有逐年增高的趋势。今天，我们来学习这方面的知识。（三）合作探究、精讲点拨。 探究一、人类常见遗传病的类型 学生分组讨论 1．什么是遗传病？举例？ ２．怎样做到遗传病的监测和预防？
人类基因组计划的历史背景 问题的提出 尽管生物机体的尺寸有限,但并未能为研究工作带来任何容易之处。人们经过了不懈的努力,渴望解开生命之谜这个多年的愿望并未向前推进多少,谜仍是个谜!以往研究的艰履或失败教训使人们头脑开始清醒地认识到,任何仅依靠单一学科如细胞学、发青学、肿瘤学、人类遗传学或分子生物学的独自努力都无济于事,都太局限了,难以完成人类对自身的认识和保护。美国曾投巨资但基本上以失败告吹了的肿瘤十年计划也说明了这个问题。所以,要知道某事物的局部作用机制最好先知道全局的看法逐渐主导了人们的认识(Dulbecco R,1986)。在绕了一大段弯路后,人们回过头来决定开始进行人的所有基因即基因组的研究,全面探讨这个“摸得到,猜不透',的人体奥秘,由此形成了基因组学(genomics)和人类基因组计划(Human Genome Project,HGP),其最终目的是对生命进行系统地和科学地解码,以此达到了解和认识生命的起源,种间和个体间存在差异的起因,疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象(Under ES,1996)。人类基因组计划以前的遗传学或称基因学(genetics)偏重于单个基因的研究,而人类基因组计划则是把目光投向整个基因组的所有基因,从整体水平去考虑基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系等。随着数理化、信息和材料等学科的渗透以及具有时代特征的工业化技术管理模式的引进,HGP真正成为了生命科学领域的第一项大科学工程,其规模和意义远远超过阿波罗(Apollo)登月计划和曼哈顿(Manhatton)原子弹计划口HGP的正式启动也就标志着解码生命的真正开始也就很自然地成为人们关注的焦点。 历史的回顾 对人类基因组的研究在70年代已具有一定的雏形,在80年代在许多国家已形成一定规模,并在以下的几个事件的影响下形成了投资额最多、最具规模的美国人类基因组计划。 1984年在Utah州的Aita,White R和MendelSOIlhn M受美国能源部(DOE)的委托主持召开了一个小型专业会议讨论测定人类整个基因组的DNA序列的意义和前景(Cook-y明n则,1989)。1985年5月在加州antaCruz由美国能说部的SindeimerRL主持的议上提出了测定人类基因组全序列的动议,由此形成了美国能源部的“人类基因组计划”草案。1986年3月,在新墨西哥州的Santa Fe 讨论了这一计划的可行性,随后美国能源部宣布实施这一草案。1986年著名遗传学家McK1Mick V 提出从整个基因组的层次研究遗传的科学称“基因组学"。1986年3月7日,诺贝尔奖获得者Dulbecco R在Science杂志上发表的一篇有关开展人类基因组计划的短文。1986年6月在美国冷泉港,另两位诺贝尔奖获得者GIbedW及Berg P主持了有关“人类基因组计划”的专家会议。1987年初,美国能源部与国家健康研究院(NIH)为“人类基因组计划"下拨了启动经费约550万美元(1987年全年1.66亿美元),并开始筹建人类基因组计划实验室。1988年2月,国家科学研究委员会(NRC)的专家撰写了“人类基因组的作图与测序(mapping andsequencing the human genome)”的报告,全面地介绍了有关这项史无前例的、看起来似“胆大妄为',计划的内容(Nati?ml Research Council,1988)。同年,美国成立了“国家人类基因组研究中心",由因提出DNA 分子双螺旋模型的贡献而获诺贝尔奖的沃森(Watson J)出任第一任主任。 Duibeeco短文的功绩 Dulbecco R于1986年在Science杂志上发表的题为“癌症研究的转折点——人类基因组的全序列分析”的短文,回顾了70年代以来癌症研究的进展,使人们认识到包括癌症在内的人类疾病的发
基因治疗和人类基因组计划 遗传病与人类未来 一、教材分析 这两节是本章的重点内容之一。此节内容是学生通过对第2册前几章有关遗传变异知识的学习，意在理论联系实际，也为以后基因工程的学习打下了基础。 《基因治疗与人类基因组计划》教材第一个内容是以治疗SCID患者为例，介绍了基因治疗的基本过程：通过具体病例的介绍使学生理解基因治疗的一般步骤和方法。这个内容以学生前面学过的转基因技术为基础的，但学生还未学习器具体步骤，所以对具体步骤还要详细说明，为以后基因工程的学习打下了基础。第二个内容是介绍了人类基因组计划的实施过程及意义。安排了一个课外活动：利用互联网了解人类基因组计划的实施过程和应用价值。通过每位学生亲自查找，搜集资料，全班讨论，获得全面的信息，能培养学生收集信息的能力，并深刻认识到科学探索过程中的艰辛。学生活动：讨论谁有权利知道基因检测的结果。设置了多个讨论题，供学生活动，从而使学生更深入地理解人类基因组计划的意义，加深对前面知识的理解。 《遗传病与人类未来》这的第一个内容以苯丙酮尿症和蚕豆病为例，说明了基因是否有害与环境有关，这个内容与前面的所学的基因的表达，以及基因型与表现型之间的关系有关。第二个内容主要是组织学生讨论选择放松对人类未来的影响，要应用到学生前面所学的遗传基本定律和来进行教学。 二、学情分析： 关于基因治疗和人类基因组计划是目前科学界的热门话题，学生已从电视或各种媒体中有所了解，并且通过本章以上几节内容的学习，学生在第一册中已学习了病毒、细菌、淋巴细胞等细胞结构的特点，通过第二册的学习，已掌握了有关组成基因的碱基序列、性状及基因控制性状等知识，为本章内容的学习打下了基础。但是学生对从根本上治疗疾病措施——基因治疗的具体步骤不是很清楚。 关于遗传病与人类未来，学生已经在前面学过有关基因的表达，基因型与表现型之间的关系，生物进化论中的遗传平衡定律讨论起来难度不是很大。 三、教学目标： 1．知识目标：知道基因治疗的概念，理解基因治疗的基本方法和基本程序。了解人类基因组计划的内容、过程、意义及实施的艰巨性，学会利用互联网收集有关人类基因组计划的信息资料。探讨基因检测可能带来的影响，理性思考科学进步的意义与价值。举例说出基因是否有害与环境因素有关，说出隐性遗传病选择放松对未来的影响。 2．能力目标：通过对SCID病基因治疗图的分析，提高学生识图能力。培养学生利用互联网搜集信息资料的能力、表达能力、语言组织能力和团队合作能力。通过探讨基因检测对社会带来的一系列问题和遗传病选择放松对未来的影响，培养学生分析判断能力。通过讨论一进是否有害与环境因素的关系，培养学生的逻辑辨正思维。 3．情感目标：正确认识人类基因组计划的艰巨性，激发学生探求生命科学奥秘的兴趣。培养科学态度及勇于探索、克服困难等科学素养，提高学生创新意识。 四、重点难点： 1．教学重点：基因治疗的方法和基因是否有害与环境有关，可以通过例举开展教学活动。 2．教学难点：一是隐性遗传病选择放松对未来的影响，可以通过实例分析组织教学，