基因、基因组和基因技术:科学发 展与社会对科学理解的不同步性
基因、基因组和基因技术：科学发 展与社会对科学理解的不同步性
19世纪下半叶:基因概念的“胚胎 期” e 18405-1850s, Theodor Schwann Matthias Jakob Schleiden和 Rudolph virchow发现植物和动物皆由类 似的显微结构单位组成,提出“细胞理论(ll theory)”:细胞是生物的基本组成单位,细胞由细胞 产生。 1859年, Charles darwin(英国人)发现物种进化 ( species evolution)现象;提出遗传变异( (genetic variation)和自然选择( atural selection)观点 1865年, regor mendel(奥地利人)发现(但被人们 忽视)植物体性状( traits)的潼传规律;提出“遗传 单位”(或“遗传因子”)的概念。 ●1869年, Hohann friedrich miescher发现(也被人们 忽视)栈酸( ucleic acids)
19世纪下半叶：基因概念的“胚胎 期” ⚫ 1840s-1850s，Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden 和Rudolph Virchow发现植物和动物皆由类 似的显微结构单位组成，提出“细胞理论(cell theory)”：细胞是生物的基本组成单位，细胞由细胞 产生。 ⚫ 1859年，Charles Darwin（英国人）发现物种进化 (species evolution)现象；提出遗传变异(genetic variation)和自然选择(natural selection)观点。 ⚫ 1865年，Gregor Mendel (奥地利人）发现（但被人们 忽视）植物体性状（traits）的遗传规律；提出“遗传 单位”（或“遗传因子”）的概念。 ⚫ 1869年，Hohann Friedrich Miescher发现（也被人们 忽视）核酸(nucleic acids)
20世纪下半叶的基因和基因组 一个基因(gene,1909年开始使用此大语 般是一个编码蛋白质或RNA的DNA(或 RNA病毒中的RNA)片段。 个基因组( genome)是指一种生物体中的 整套遗传信息,一般为一个受精卵或一个体 细胞的细胞核中所有DNA分子的总和(比 如人基因组的全长为大约3X109对碱基,编 码3-4万个蛋白分子)
20世纪下半叶的基因和基因组 ⚫ 一个基因 (gene，1909年开始使用此术语) 一般是一个编码蛋白质或RNA的DNA（或 RNA病毒中的RNA）片段。 ⚫ 一个基因组(genome)是指一种生物体中的 整套遗传信息，一般为一个受精卵或一个体 细胞的细胞核中所有DNA分子的总和（比 如人基因组的全长为大约3 X 109对碱基，编 码3-4万个蛋白分子）
人类基因组工程的内容 测定人的23对染色体上所有DNA(基因组)的核苷酸(A,T, G,C序列 根据人类对DNA编码规律的已有了解,分析所获得的DNA 序列的结构特征,包括: 可能编码的蛋白质和RNA的恿教和氨基酸/核苷酸序列; 编码序列和非编码序列(多为重复序列)的分布情况; 与其它模式生物的基因组序列之间的比较揭示生命的统 一性(“人和老鼠本一家!”)和物种之间的进化关糸 等等
人类基因组工程的内容 ⚫ 测定人的23对染色体上所有DNA（基因组）的核苷酸（A，T， G，C）序列。 ⚫ 根据人类对DNA编码规律的已有了解，分析所获得的DNA 序列的结构特征，包括： –可能编码的蛋白质和RNA的总数和氨基酸/核苷酸序列； –编码序列和非编码序列（多为重复序列）的分布情况； –与其它模式生物的基因组序列之间的比较揭示生命的统 一性（“人和老鼠本一家！”）和物种之间的进化关系 –等等
分级鸟枪测序法 Hierarchical shotgun sequencing基因组测序 的一般流程 基因组DNA Genomic DNA 细菌人工染色体大库 100-200kb BAC library 克隆片段 DNA克隆的排序 Organized(物理作图) mapped large clone contigs 分段测序 BAC to be sequenced 随机打断后克隆 Shotgun clones -2 DNA测序 Shotgun ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAA sequence TGATCATGCTTAAACCCTGTGCATCCTACTG DNA序列的组装 Assembly ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAACCCTGTGCATCCTACTG
100-200 kb 克隆片段 基因组测序 的一般流程 分级鸟枪测序法 基因组DNA 细菌人工染色体文库 DNA克隆的排序 （物理作图） 分段测序 随机打断后克隆 DNA测序 DNA序列的组装
人类基因组工程 (human genome projects)的含义 尽笞工程规模和要处理的信息量都很大,但其技术 难度似乎不好与阿波罗计划和迈哈顿计划相比。 ●是人类了解生命现象过程中的重要一步,但所能 够回答的问题是有限的! ●宅不会立刻使我们的寿命延长。 不会使我们立刻知道人类疾病的发病机理和冶疗方 法 ●不会告诉我们思维过程和个体发育的机制。 ●不会告诉我们地球上的生命究竞是怎样产生的
人类基因组工程(human genome projects)的含义 ⚫ 尽管工程规模和要处理的信息量都很大，但其技术 难度似乎不好与阿波罗计划和迈哈顿计划相比。 ⚫ 是人类了解生命现象过程中的重要一步，但它所能 够回答的问题是有限的！ ⚫ 它不会立刻使我们的寿命延长。 ⚫ 不会使我们立刻知道人类疾病的发病机理和治疗方 法。 ⚫ 不会告诉我们思维过程和个体发育的机制。 ⚫ 不会告诉我们地球上的生命究竟是怎样产生的
人类基因组序列测完后(“后 基因组时代”)的工作 ●分析所有的这些基因及其编码产物(主要是蛋 白质)是如何单独和共同在生命过程中发挥作 用的。 在目前阶段研究蛋白比研究基因难得多,而成 千上万的结构和功能都复杂多样的蛋白分子才 是生命过程的最后执行者。 我们现在还没有有效的研究手段去揭示蛋白分 子在生物体内究竟完成什么功能、又是通过何 种机制去完成其生物功能的等等
人类基因组序列测完后（“后 基因组时代”）的工作 ⚫ 分析所有的这些基因及其编码产物（主要是蛋 白质）是如何单独和共同在生命过程中发挥作 用的 。 ⚫ 在目前阶段研究蛋白比研究基因难得多，而成 千上万的结构和功能都复杂多样的蛋白分子才 是生命过程的最后执行者。 ⚫ 我们现在还没有有效的研究手段去揭示蛋白分 子在生物体内究竟完成什么功能、又是通过何 种机制去完成其生物功能的等等
动植物基圆组的检查和修饰 ●基因组检查生物体内特定的某个基因(蛋白) 是否有缺陷(突变):基因诊断 基因组的修饰在生殖细胞或体细胞中孙入或 改变特定基因以获得新的性状特征:转基因 动物,转基因植物,基因疗法等。 ●基因组/细胞核的移植动物/人体“克隆
动植物基因组的检查和修饰 ⚫ 基因组检查 生物体内特定的某个基因（蛋白） 是否有缺陷（突变）：基因诊断。 ⚫ 基因组的修饰 在生殖细胞或体细胞中引入或 改变特定基因以获得新的性状特征：转基因 动物，转基因植物，基因疗法等。 ⚫ 基因组/细胞核的移植 动物/人体“克隆
Aate mice 转基因 X 动物 般制 Eggs Wash fertilized eggs out of oviducts nuclei Gene of interest Fertilized egg Microinject foreign DNA into pronucleus Suction pipette holding egg
转基因 动物的 一般制 备过 程
plant eggs int seudopreand 转基因动 mouse 物的一般 Pseudopregnant mouse 制备过程 续)。 Offspring DNA analysis Presence of「 transgene shown by pcr fragment
转基因动 物的一般 制备过程 （续）