真核生物基因组-4
（2） 苯丙酮尿症
苯丙酮尿症（PKU）的病因是患者肝细胞缺乏苯丙氨酸羟化酶，使体内的苯丙氨酸不能正常代谢为酪氨酸，导致血清中苯丙酮酸浓度升高。现已知苯丙氨酸羟化酶基因定位于12q24.1，此基因全长约90kb，含13个外显子，在中国人中已发现10余种点突变，这是造成酶活性缺乏的原因。
2．多基因病
（1） 原发性高血压
原发性高血压的致病基因及相关基因尚不明确。高血压候选基因有150多个，血管紧张素转换酶（angiotensin-converting
enzyme，ACE）、血管紧张素原、内皮素、β2肾上腺素受体（β2-adrenergic
receptor）、G蛋白鸟嘌呤核苷结合蛋白β3亚基基因最有可能成为高血压相关基因。ACE基因定位于染色体17q23，有26个外显子和25个内含子，全长约21kb，在16号内含子内存在插入（I）和缺失（D）两种变异体。人类ACE基因型与血清ACE的活性有关：DD>DI>II，ACE基因的插入/缺失多态性与动脉粥样硬化性心血管疾病、心肌肥厚和再狭窄有一定的相关性。
（2） 糖尿病
糖尿病是一种具有明显遗传倾向的多基因疾病，根据发病机制，可分为Ⅰ型、Ⅱ型、和妊娠型糖尿病。
Ⅰ型糖尿病（Ⅰ-DM）遗传背景研究早期主要集中在人类白细胞抗原（HLA）和易感性和抗性位点上。在Ⅰ-DM
患者中，HLA-Ⅰ类抗原中B15、B8、B18出现频率明显增加，而B7出现频率显著下降。HLA-Ⅱ类抗原中DQα52位精氨酸为Ⅰ-DM的易感受性位点，而DQβ57天冬氨酸为Ⅰ-DM的抗性位点。近年来采用微卫星荧光标记半自动全基因组扫描技术，陆续发现许多位点与1-DM相关，如IDDM1：6p21；IDDM2：11p15；IDDM3：15q26；IDDM4：11p13；IDDM5：6q25；等等。
Ⅱ型糖尿病（Ⅱ-DM）的遗传缺陷包括：胰岛素基因点突变、胰岛素受体前缺陷、胰岛素受体缺陷、胰岛素受体后及信号传导系统缺陷、胰岛素作用的靶组织的遗传缺陷，等等。现已知的2-DM易感基因位点有：D2S125（位于2q37）、D12S1349（位于12号染色体）、D20S197（位于20q），等等。
三、端粒与端粒酶
1930’，著名的遗传学家 B.Mcclintock
和HJ.Müller发现，真核细胞的染色体末端存在着一种由DNA片段和蛋白组成的独特的结构，这种结构对维持染色体的稳定性具有重要的作用，失去了这些片段，染色体就会互相粘连到一块，发生结构及功能上的改变，从而影响到细胞的分裂与生长，这一结构定义为端粒（telomere）。
人及其它脊椎动物中是以5’TTAGGG 3’为单位进行重复，其它物种可有5~8bp的长度。重复的次数（n）也因物种而异，由几十到数千不等。
端粒的主要作用是：维持染色体的稳定性，防止染色体的重组及末端被降解。最近的一些研究表明，端粒还能保证细胞在有丝分裂时染色体准确地分离，在减数分裂时保证染色体的成对及运动。端粒的另一个重要作用是它在细胞生长中的作用。
端粒酶是一种核糖蛋白酶，具有逆转录酶活性。人端粒酶分子有三个主要的组分，人端粒酶RNA（human telomerase
RNA，hTR）、人端粒酶相关蛋白（telomerase-associated
protein，TP1/TLP1）和人端粒酶催化蛋白亚单位（the catalytic protein subunit of
telomerase，hTERT）。
细胞内端粒酶活性的缺失导致端粒缩短，端粒随细胞分裂每次丢失50～200个碱基，
端粒一旦缩短到短于某个“关键长度”时，就很有可能导致染色体双链断裂，并激活细胞自身的检验系统，使细胞进入M1期死亡状态；随着端粒的进一步丢失，发生染色体重排，结果导致了无着丝粒染色体和非整倍体染色体的形成等，使细胞进入M2期死亡状态。因此，细胞要维持其正常分裂，就必须激活端粒酶，阻止端粒的进一步丢失，否则，细胞不能进行染色体的正常复制，所以只有重新获得端粒酶活性的细胞，才能继续生存下去。对于那些无法激活端粒酶活性的细胞，即无法阻止端粒的进一步丢失，细胞只能面临趋向衰老。
第三节 人类基因组与人类基因组计划
一、人类基因组
人类基因组包括细胞核内的核基因组和细胞质内的线粒体基因组。核基因组由3.16×10 9 bp
组成，线粒体基因组由16569bp组成。正常体细胞（二倍体）基因组包括二个核基因组和多个线粒体基因组。核基因组包含在22条常染色体和X、Y性染色体内，每条染色体大小不等。
人类基因组的组织特点为：①功能相似或相关的基因常常散在分布于不同的染色体上（尔偶聚集在一起）；②基因组中各个基因的大小和内部组织的差异极大；③各个基因的大小差异很大，从数百个bp、几个kb到数百个kb不等；④基因组含重复序列，重复序列大多为非编码的，与编码序列相间排列，以此来分散结构基因；⑤每个结构基因都有单独的调控序列。
人类基因组中，存在着大量的非编码序列，如前述的高度重复顺序、内含子、间隔区DNA等。这些序列中，只有很小一部份具有重要的调节功能，绝大部分都没有什么特殊功用。在这些DNA序列中虽然积累了大量缺失，重复或其他突变，但对生物并没有什么影响，它们的功能似乎只是自身复制，因此将这类DNA称为自私DNA（selfish
DNA）或寄生DNA（parasite DNA）。自私DNA也许有重要的功能，只是目前我们对其功能还未了解而已。
二、人类基因组计划
HGP的基本任务可用4张图谱来概括，即遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱。
1．遗传图谱
遗传图又称连锁图。即在基因组中寻找可以表明基因之间位置关系的遗传标记。
第一代标记是经典的遗传标记，最初主要是利用蛋白质和免疫学的标记，如ABO血型位点标记、HLA位点标记。70年代中后期建立起来的限制性片段长度多态性（RFLP）方法在整个基因组中确定的位点数目达到105以上，该系统一经建立就广泛应用到基因组的研究中。RFLP最成功的运用是在Hungtington舞蹈症的基因定位。然而，RFLP可提供的信息量很有限，并且有时还需用放射性同位素标记的DNA片段为探针检测RFLP，因而又存在着工作环境和费用等问题。
第二代标记称“小卫星中心”（minisatellite core）和“微卫星标记”（microsatellite marker），这一系统是目前在基因定位的研究中应用最多的标记系统。
STR的遗传学图距是以cM（厘摩尔根）为单位的，反映基因遗传效应的基因组图。STR作为遗传标记使人类基因组的遗传制图与连锁分析发生了革命性的变化。
第三代标记是称作单核苷酸多态性标记（single nucleotide
polymorphism，SNP）的遗传标记系统。人类群体有很大的遗传多样性，由这种方式产生的单碱基变异就形成许多双等位型标记。这种标记在人类基因组中可达到300万个，平均每1000个碱基对就有一个。因此，3~4个相邻的这种标记构成的单倍型（haplotype）就可以有8~16种，相当于一个微卫星标记形成的多态性。
2．物理图谱
完整的物理图应包括人类基因组的不同载体DNA克隆片段重叠群图，大片段限制性内切酶切点图，DNA片段（探针）或一段特异DNA序列（STS）的路标图，以及基因组中广泛存在的特征性序列等的标记图，人类基因组的细胞遗传学图，最终在分子水平上与序列图的统一。
以STS位路标的物理图与已建的遗传图进行对比，可以把遗传学信息和物理信息进行互相转换（如某一
区域1cM的遗传间距可以粗略的“折算”成某一区域1cM的物理间距）。片段重叠群则为研究该区域提供了可以操作的基因组材料，及相互重叠、覆盖这一区域的DNA片段，可以在这一区域寻找某一基因或进行这一区域基因组的研究。而作为人类基因组物理图的组成部分的最基本层次的“细胞遗传图”是统一物理图与遗传图的根本之图。
3．序列图谱
人类基因组计划最初的目标是要在15年内完成测定总长度由30亿个核苷酸组成的人类基因组的序列图。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。
4．基因图谱
在人类基因组中鉴别出占据2%~5%长度的全部基因的位置、结构与功能。涉及办法很多，但最主要的是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置，其原理是：所有生物性状和疾病都是由结构或功能蛋白质决定的，而已知的所有蛋白质都是由RNA聚合酶指导合成的带有多聚A尾巴的mRNA编码的，这样就可以把mRNA通过反转录酶合成cDNA或称作EST的部分cDNA片段，然后，再用这种较稳定的cDNA或EST作为“探针”进行分子杂交，鉴别出与转录有关的基因。
（三） 人类基因组计划的延伸——后基因组计划
功能基因组学延伸的内容有：人类基因组多样性计划、环境基因组学、肿瘤基因组解剖学计划及药物基因组学等。其核心问题一般包括：基因组多样性、遗传疾病产生的起因、基因的表达调控的协调作用以及蛋白质产物的功能等。模式生物体在研究功能基因组学中将起到重要的工具作用。此外，HGP及其延伸内容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。
