Nature:首张人类表观基因组图谱绘制成功
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人类基因组图谱的构建人类基因组图谱是人类基因学领域的里程碑式成果,它展示了人类所有基因组的组成和动态变化。
基因组图谱的构建是一个巨大的、跨学科的合作工程,涵盖了生物信息学、计算机科学、统计学等多个领域。
本文将探讨人类基因组图谱的构建过程、意义和未来发展趋势。
一、基因组图谱的构建过程人类基因组图谱是由国际人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)负责构建。
该计划于1990年启动,由美国国立卫生研究院和美国能源部合作开展,还邀请了英国、法国、日本、德国和中国等国家的科学家共同参与。
经过13年的努力,该计划于2003年6月正式完成,整个工程投入了超过30亿美元。
构建人类基因组图谱的第一步是测序。
科学家通过高通量测序技术对完整的人类DNA进行快速扫描,分析出其中包含的所有基因序列,并将其整合成基因组序列。
随着技术的不断进步,测序的效率和精度也得到了极大的提高。
目前,三代测序技术已经可以实现单分子测序,从而提高了数据的准确性和可靠性。
基因组图谱的构建还需要进行大量的数据处理和分析。
科学家需要将测序获得的原始数据进行清洗和整理,然后通过计算机程序进行比对、注释和分析。
这些工作需要大量的计算机资源和专业软件的支持,也需要有严格的数据保密措施和道德伦理规范的约束。
二、基因组图谱的意义人类基因组图谱的完成对生命科学和医学研究产生了深远的影响。
首先,它为我们提供了一个更加全面和深入的了解人类基因组的平台。
我们可以通过对基因序列、结构和功能的分析,揭示人类基因组的本质和生物学特性。
这促进了我们对人类健康、疾病、遗传学和进化等方面的研究。
其次,基因组图谱的完成为人类基因序列的比较和分析提供了更加可靠的基础。
我们可以将人类基因组与其他物种的基因组进行比较,了解它们之间的相似性和差异性。
这有助于我们从宏观和微观两个层面研究生物进化和生物多样性,并揭示生物学的普遍规律。
最后,基因组图谱的完成提高了人类健康管理和疾病预防的水平。
人类第一个个体基因组图谱近日完成。
利用基因排序技术,科研人员成功绘制了著名基因科学家克雷格·文特尔个人完整的DNA蓝图。
研究刊登在近日美国《公共科学图书馆·生物学》上。
既是论文作者,又是研究对象的文特尔说,新遗传密码的解读将加快预防性药物的研制过程。
文特尔的基因编码,与2001年"人类基因组计划"发表的两份人类基因组图谱作了比较,结果表明,人类遗传变异的数量比预想丰富的多。
研究人员利用从文特尔DNA中提取的1900万条基因序列和另外的1300万条序列,使用最新的方法详细检测了不同版本的、相同染色体的基因序列。
最终发现了400万种变异,这表明DNA变异可能比之前认为的多出7倍。
研究颠覆了遗传学的观点:所有人的同一性可达到99.9%。
新基因组中发现的变异数量和种类远远超过之前确定的单核苷酸多态性(SNP)。
科学家曾一度认为,单核苷酸多态性是导致人类遗传特征和疾病易感性差异的关键性因素。
此次个体基因组提供的新数据显示,在基因组序列中有44%以上的基因出现了变异。
研究报告联合执笔人、遗传学家史蒂芬·谢尔表示:"这一比例让遗传学家和生物学家疑惑了100年。
" 蓝眼睛的文特尔说:"最出乎意料的一点是,人与人之间的差别远远超过预想,在分析我的基因编码后,就连我的眼睛是不是蓝色都不能100%地确定。
" 此项研究还说明,并不是有了每个人的基因图谱,其患各种疾病的风险就一目了然。
基因图仅对少数几种疾病来说是肯定的,如亨廷顿舞蹈病,但大多数其他疾病是基因与环境之间更为复杂的互动的结果,比如心脏病风险的变异基因。
根据文特尔的预测,在5年时间内,更为快速和低廉的排序技术可以检测1万人的完整基因组,一旦完成这些基因组的排序,我们便可以知道哪些疾病是由遗传因素造成的,哪些又是由环境造成的。
2009年5月51日晚7点,英国大使馆文化教育处会议室,在一片瞩目和掌声中,满头银发、西装配搭休闲裤的约翰萨尔斯顿大步走来。
在用中文简单问候了“大家好”后,这位67岁的“基因图谱之父”随即展开了自己的演讲,演讲的题目名为“科学与伦理的向左走与向右走”。
基因的秘密“为什么有些人比另一些人更容易感冒?为什么有些人比另一些人更爱发脾气?除了后天的个性外,主要是先天的基因在不知不觉地影响着我们。
”作为排列出首份动物基因图谱的科学家,2002年诺贝尔生理学或医学奖得主——萨尔斯顿的开场白并没有拉出一副“高深莫测”的架势。
“每个人的身体细胞包含大约30亿个碱基对配对。
它们以生物特有的方式排列组合,构成了人体基因组,从而确定和影响每个人不同的身体特征,决定你是你而不是我。
”萨尔斯顿说,如果能确认每一个碱基对的序列,将这些密码全盘破解,则能最大程度地预防和治疗人类现有的5000多种遗传类及心血管疾病。
就目前而言,科学界对于单基因病,比如视网膜母细胞瘤,已经能实现有效的治疗。
但对于复杂的多基因病,比如癌症,仍无有效对策。
1998年,萨尔斯顿成功绘出了体长仅一毫米的透明线虫的基因组图,这是人类第一次绘出动物的基因组图。
之后,国际人类基因组计划启动,萨尔斯顿作为学科带头人,在1992年至2000年间,带领剑桥桑格研究中心的科学家终于绘制出人类基因草图。
近年来,随着基因探索的不断深入,各种基因药物、基因治疗开始走进人们的生活,随即引发了一场“利用基因改变遗传信息是否遵从伦理”的争论。
萨尔斯顿怀揣自己的主张,亦由此调整了工作重心,目前他正在担任英国曼切斯特大学科学道德及创新学院主任。
2009年1月9日,世界第一个“无癌宝宝”在英国伦敦降生。
这则新年“喜讯”,被媒体评价为在基因医学的发展中具有里程碑式的意义。
该“无癌宝宝”是一名试管婴儿,女婴的父系和母系家族几代以来,都有人患乳腺癌或卵巢癌。
为避免后代继续遗传这种基因,夫妇俩决定进行人工受孕,并在胚胎植入母体前进行基因检测。
人类基因组图谱的开创和应用人类基因组图谱是指人类基因组中所有基因的完整序列,也是目前已知的最大DNA序列。
这一重大的科学成果不仅是人类基因研究史上的里程碑,还为医学、生物学以及人类进化等领域的研究开辟了新的方向和可能性。
一、基因组图谱的开创人类基因组图谱的开创由国际人类基因组计划(HGP)开始。
1990年,美国、英国、日本等国家干细胞项目进行了前期研究并取得了显著进展,于是联合起来成立了HGP,以共同完成人类基因组图谱的制作。
1996年,HGP初步公布了人类第一条染色体的序列,开创了人类基因组图谱的研究历程。
HGP的实施模式采用了共同协作的方式,分别由美国多个国家实验室、英国和日本的科学家共同参与,涉及许多学科,如比较基因组学、生物信息学、计算机科学等,以及从分子、细胞、组织到整个人体生物的不同层面。
HGP最终于2003年完成人类基因组图谱的测序,这也是人类基因史上重要的一次突破。
这个阶段人类基因组图谱所涉及的花费是30亿美元。
这项研究的意义在于能够帮助我们更好地了解人类基因的不同搭配和变异的可能性,以及其在疾病的发展、基因治疗等领域中的应用。
二、基因组图谱的应用1.基因诊断基因组图谱是一项全新的基因诊断方法。
通过对疾病相关基因的检测,可以发现患者的基因突变,从而更好地理解疾病的发展和进程。
同时,基因组图谱也可以帮助确定患者是否患有排除过程中无法确定的某种特定疾病。
2. 基因治疗基因组图谱研究对基因治疗的发展和实践具有重要的意义。
例如,在基因组图谱研究期间,科学家发现那些与乳腺癌、结肠癌等疾病相关基因的表达失调,从而研究开发能够调控基因表达的药物。
研究还发现,基因治疗可以通过向人体细胞引入特定基因来治疗某些疾病,这是一种高度个性化的治疗方法。
3. 构建基因工程体系人类基因组图谱的发现,促进了拟人类动物、植物以及微生物的基因组测序,开发了一些新的生物学模型体系,推动了生物工程、分子生物技术等学科的快速发展。
【高中生物】科学家根据头发DNA绘制4000年前古人类肖像因努克人肖像。
因努克人是格陵兰岛上现已灭绝的萨克夸克文化的一部分。
(图片提供:nukagodfredtsen)新浪科技讯,据美国国家地理网站报道,丹麦进化生物学家近日从一团4000年前的古代人类头发中提取首个古人类基因组,并根据该基因组的特点绘制了一幅古人类头部肖像。
从图像可以看出,这是一位拥有深色眼睛的男性,有秃头倾向,而且耳朵中还有干燥的耳垢。
据介绍,这团4000年前的古人类头发辨认出于格陵兰岛,处在长期冰冻状态。
科学家们的最新研究指出,这团头发在北极永久查封拎中留存较完整,必须就是“因努克人”(inuk)的头发。
因努克人就是现已绝种的萨克夸克文明中相对年长的成员,萨克夸克人被指出就是格陵兰岛上最早的居民。
对于科学家来说,萨克夸克文化长期以来一直都是一个谜。
丹麦哥本哈根大学进化生物学家爱斯克-维尔斯勒夫是这项研究的联合作者。
维尔斯勒夫介绍说,“此前许多理论都表明,萨克夸克人应该是现在的因努特人的直接祖先,或者他们实际上是最早进入北极地区定居的美洲土著人。
”但是,关于萨克夸克人的遗传历史,科学家们仍然知之甚少,因为在当地的一些考古遗址仅仅发现了少数保存较好的残骸和头发。
维尔斯勒夫的研究论文刊登于近期的《自然》杂志在线网站上。
在研究中,维尔斯勒夫所辨认出的最新dna证据说明,因努克人的最近近亲并不是如今的美洲土著人或是因努特人的祖先,而必须就是西伯利亚远东地区的三个北极人群的祖先。
这三种北极人分别就是:恩喀麦隆桑人、科里亚克人和楚克齐思人。
维尔斯勒夫表示,“这些证据表明,大约在5500年前发生过一次人口迁移。
”这种估计是根据对“新大陆北极居民”考古所发现的最早证据得出的精确结论。
此外,根据对因努克人基因组的分析,科学家们发现因努克人的基因组在质量上可与现代人类相媲美,他们并创作了一幅基于dna的因努克人男性肖像。
科学家们在研究中还辨认出,因努克人存有秃头女性主义,而且体格健壮,适宜北极的寒冷天气。
Nature:绘制出有史以来最为详细的人类大脑图谱--大航海时代已经过去好长时间了,但是至少还有一个领域仍然在很大程度上未被探索:人类大脑。
如今,在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员绘制出新的迄今为止最为详细的人类大脑皮层图谱,其中皮层是大脑的最外层,也是参与感官知觉、注意力以及截然不同的人类功能如语言、工具使用和抽象思维的主要结构。
相关研究结果于2016年7月20日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A multi-modal parcellation of human cerebral cortex”。
对研究自闭症、精神分裂症、痴呆症和癫痫等大脑疾病的科学家们而言,这幅新图谱将一大福音。
科学家们将能够利用它理解患有这些疾病的病人的大脑与健康的成年人大脑之间的差异。
它也将加快揭示出健康大脑的工作机制和阐明是什么让我们成为一种如此独特的物种。
研究人员使用了论文通信作者David Van Essen博士领导的一项为期5年投入几百万美元的研究---人类连接组计划(Human Connectome Project)---产生的数据和方法。
人类连接组计划利用一种强大的定制的MRI机器绘制出1200名年轻人的大脑图谱。
这项新的研究通过仔细地确定大脑不同区域的界限而能够更加准确地绘制出它们之间的连接而对人类连接组计划作了有力的补充。
这幅新的图谱基于物理差异(如皮层厚度)、功能差异(如哪些区域对语言刺激作出反应)和大脑区域连接上的差异,将左脑半球和右脑半球都划分为180个区域。
大脑绘图学并不只是注意到这里有“山”那里有“河”,这是因为大脑大部分区域从表面上看起来是一样的。
这幅图谱更像是一幅标注出州界的地图,而不只是展现出地形特征;从天空上看,最为重要的分界线不但是看不到的,而且看起来都是一样的。
Van Essen说,“大脑并不像是一台能够支持任何一种操作系统和运行任何软件的计算机。
人体细胞如何分工这张图谱带来新的认识作者:李禾来源:《科学导报》2020年第23期世界首个人类细胞图谱近日公布。
科学家首次从单细胞水平上全面分析了胚胎和成年时期的人体细胞种类,定义了许多之前未知的细胞种类。
细胞是生命的基本单位,近日,浙江大学医学院郭国骥团队公布绘制成功世界首个人类细胞图谱。
发表在国际期刊《自然》上的这项研究,首次从单细胞水平上全面分析了胚胎和成年时期的人体细胞种类,系统性地绘制了涵盖八大系统的人类细胞图谱,建立了70多万个单细胞的转录组数据库,鉴定了人体100多种细胞大类和800多种细胞亚类,研究团队还搭建了人类细胞蓝图网站。
迄今为止,全球还有哪些关于人类细胞图谱的研究计划?人类细胞图谱与人类基因组图谱有关吗?绘制人类细胞图谱面临哪些挑战和困难?笔者采访了相关专家。
郭国骥曾介绍,人类细胞图谱就是人体细胞的数字化。
它用数字矩阵描述每一个细胞的特征,并对它们进行系统性的分类。
郭国骥表示:“我们定义了许多之前未知的细胞种类,还发现了一些特殊的表达模式。
比如多种成人的上皮、内皮和基質细胞在组织中似乎扮演着免疫细胞的角色。
这些非专职的免疫细胞也在兼职干着免疫的活,我们认为成年人非免疫细胞的广泛免疫激活是人体区域免疫的一种重要调节机制。
”目前,全球还在进行哪些人类细胞图谱的研究计划?温州医科大学基因研究院教授吴金雨在接受记者采访时表示,全球共有上百个细胞图谱项目在持续推进中。
从2017年开始,全球开始大规模相互协作,我国学者也深入参与,新成果不断涌现。
比如在2018年,人类发育细胞图谱研究取得了进展。
许多疾病起源于人体的早期发育,详细理解发育过程是解释人类健康和疾病的关键。
来自英国惠康基金会桑格研究所和英国纽卡斯尔大学的研究人员从处于发育中的人体组织的25万多个细胞中,收集基因数据。
这些数据将显示哪些基因在细胞中开启,有助于解释发育期间的重要过程。
每个细胞都携带有机体的一套基因组,有了基因序列图谱,研究者就有机会从中找到与各种疾病和表型相关的“密码”,加快对疾病发生、发展的理解,有助于疾病的诊断和个体化治疗。
人类基因图谱的研究进展人类基因图谱是指对人类基因组进行系统化分析和绘制出的总体结构图。
自上世纪90年代以来,人类基因组计划的启动,使得人类基因图谱的研究进展日新月异。
本文将从研究背景、研究方法、研究成果三个方面,探讨人类基因图谱的研究进展。
一、研究背景人类的基因组是由数十亿个碱基对组成的,其中包括了约2万个基因和数百万个调控元件。
对基因组的研究,不仅能了解人类生物学的基础,同时能够为疾病预防、诊断、治疗提供指导。
人类基因组计划的启动,为人类基因图谱的绘制提供了基础数据。
而基于人类基因组计划的众多细胞、组织、器官、生命阶段的基因表达谱、剪切变异图谱等大量基础学科数据的公开,也成为了人类基因图谱研究的基础。
二、研究方法人类基因图谱的研究方法主要包括三个方面:基因序列测序、功能注释和拓扑结构分析。
基因序列测序是人类基因图谱研究的最基础、最关键的方法。
人类基因组已经被测序,并且现在常见的基因组测序方法包括测序技术、单细胞测序等。
在这些基础上,利用同源比对、重构等方法,将基因组基因提取出来,并进行注释,生成基因注释信息,为拓扑结构分析提供基础数据。
功能注释则是在基础数据之上对基因的功能进行详细解读。
注释数据可包括基因功能、疾病关联等信息。
目前,针对许多人类基因,已经得到了较为详细的功能注释。
拓扑结构分析则是从基因组尺度上,探究基因与基因之间的相互作用方式,为甄别具体功能、疾病治疗等提供分析框架。
拓扑结构分析的方法较多,常见的包括染色质构象、染色质亲和测序等。
三、研究成果基于上述的研究方法,人类基因图谱的研究成果已经取得了许多进展。
下面将分别从两个方面列举:1、基因拓扑结构研究人类基因组的基本结构是染色体、DNA、RNA等部分,这些结构层次的构成对于人体的生物学功能起着核心作用。
拓扑结构研究可以将一连串序列的DNA碱基对之间的非随机结构摆放和内在性质表达出来。
这种结构的表现可以对物质的控制性及其自组织系统的动态行为进行预测。
世界首张双峰驼全基因图谱绘制完成
高博
【期刊名称】《科技与生活》
【年(卷),期】2012(000)022
【摘要】中国科技网讯长时间不喝水,吃盐多却没有高血压,血糖高却不得糖尿病,骆驼为何如此特别?随着世界上第一张双峰驼全基因图谱问世,答案开始浮出水面。
由内蒙古农业大学和上海交通大学等单位完成的这项成果,作为封面文章发表在近日出版的《自然·通讯》上。
【总页数】1页(P3-3)
【作者】高博
【作者单位】中国科技网
【正文语种】中文
【中图分类】G258.6
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科学普及您知道吗?世界第一张人类全脑连接图谱是由中国绘制的对脑功能的破译需要在多个层次上解析脑网络系统的联结方式与规则,最终得到脑网络结构及其功能的“线路设计图”,这是脑科学的战略制高点。
这个“线路设计图”就是人类脑图谱(脑连接图谱),脑图谱是理解脑结构和功能的基石。
在全国科技创新大会上,脑连接图谱研究被列为有待破解的六大科技难题之一。
脑连接图谱研究是认知脑功能并进而探讨意识本质的科学前沿,这方面探索不仅有重要科学意义,而且对脑疾病防治、智能技术发展也具有引导作用。
脑图谱的发展由脑科学自身发展及神经技术的重大突破等因素共同驱动,经历了不同的历史阶段。
最常用的脑图谱还是100多年前由德国神经科学家在单人的尸体组织标本上利用细胞构筑绘制的脑图谱,即包德曼图谱。
虽然国外有些实验室试图利用超薄切片技术、染色技术以及显微观察技术,基于脑标本的超薄切片构建细胞构筑概率脑图谱,希望在一定程度上细化包德曼图谱的分区,但是由于不能针对特定个体进行脑区划分,而且耗时耗力,其应用在一定程度上受到限制。
中国科学院自动化研究所蒋田仔研究团队经过多年努力,成功绘制出全新的人类脑图谱,相关成果于2016年发表在了国际学术期刊《大脑皮层》(Cerebral Cortex)上。
所绘制的脑图谱包括246个精细脑区亚区,以及脑区亚区间的多模态连接模式,突破了100多年来传统脑图谱绘制思想,引入了脑结构和功能连接信息对脑区进行精细划分和脑图谱绘制的全新思想和方法,比传统的包德曼图谱精细4-5倍,具有客观精准的边界定位,第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱。
蒋田仔团队突破传统脑图谱绘制的瓶颈,提出了“利用脑结构和功能连接信息”绘制脑网络组图谱的思想。
在类脑自主学习与决策方面,团队构建了类脑自主强化学习与决策多脑区协同计算模型,部署了该模型的无人机能够自主与环境交互,通过多脑区协同模型学习穿越门窗、躲避障碍物的规则,不需要预先编程,而通过与环境的交互自主总结解决问题的规则。