什么是人类基因组计划和人类表观基因组计划
20世纪90年代开始的“人类基因组计划”
由美国科学家提出,后来成为一项国际合作研究,这其中也有我国科学家的参与。人类基因线计划是对人体的30亿对核苷酸全序列进行作图、基因定位并对主要基因功能进行分析,为全面认识和了解人类基因组的结构和功能提供详尽的基础资料。这一计划的完成标志着后基因组学时代的到来。如果说基因组学时代的任务主要是进行各种基因图谱的构建,并最终获得完整的序列信息,那么后基因组时代则是去分析这些序列的功能。对于人类表观基因功能的研究已经成为生物学研究中的一个热点。
在众多的后基因组时代的研究中,表观遗传学研究是一个值得关注的领域,而表观基因组学也是人类基因组计划之后,科学家们经常谈论到的几个“组学”之一。那么,什么是表观遗传说呢?我们知道,遗传学是研究遗传和变异的科学。例如,果蝇有红色和白色的眼睛,这
是由其基因中特定的DNA序列所决定的。但是,并非所有的遗传现象都是这样简单。例如,遗传上相同的一卵双生的双胞胎从传统遗传学角度看,他们的DNA是完全相同的,那么是什么造成他们的不同呢?这是由于基因上存在着化学修饰。这种化学修饰并不改变DNA序列,但是会影响到基因的表达,而且更重要的是,这种修饰是可以遗传的。人们称之为表观遗传修饰,它可以影响到DNA和将DNA包装成染色质的蛋白质。这些修饰就像交通管理中的红、绿灯一样设在基因组中,告诉基因是否要有活性或处于失活状态。刚才说到的DNA序列相同的双胞胎中存在的那些差异现象就可能是由于他们之间存在着这种表观遗传修饰的改变。表观遗传学就是研究表观修饰的科学,它可定义为:表观遗传学是一门研究没有发生DNA序列变化的可遗传的基因表达改变的科学。常见的表观遗传修饰有:DNA的甲基化和组蛋白的乙酰化等,涉及的研究领域有:
DNA甲基化、基因组印记、组蛋白码、RNA介导的基因沉默、癌基因等。其中,基因组印记现象的发现向“中心法则”和达尔文的进化论提出了挑战。“中心法则”说明了遗传信息的传递规律,但并未指出环境对于遗传信息传递影响的分子机制。但是,基因组印记的发现为解释环境的影响,甚至于拉马克的“获得性遗传”提供了比较合理的途径:环境的变化导致了基因的
表观修饰,从而改变了基因的表达,造成表型的改变,这种变化发生在生殖细胞中时,则可以遗传给后代。这就为研究者提供了一个环境变化影响遗传基础的分子机制,是很有意义的。
我们不难看出,基因组中的遗传信息可以分为两类:一类是DNA序列所决定的遗传信息,另一类是不包含DNA序列改变的基因组修饰中所包含的遗传信息。表观基因组学也就是在整个基因组的水平上研究表观遗传修饰。在2003年,英国和德国的一些科学家宣布了人类表观基因组计划的实施。在为期五年的研究中,他们打算获得整个人类基因组中DNA甲基化的位点图谱。对于人类基因组计划和人类表观基因组计划的关系,一些科学家认为,人类基因组计划为生命提供了一张蓝图,而人类表观基因组计划研究的成功则可能告诉人们这张蓝图是如何去实施的,也就是说基因是在何时、何地进行表达或不表达,并最终产生一个完整的人体。
从人类基因组计划到人类表观基因组计划,人类对于自身的认识不断的加深。这些研究成果不仅有深刻的理论意义,还可以为人类攻克癌症疾病提供线索,无疑也具有重要的应用价值。
