基因組與人生

我是誰？我從哪裡來？我要到哪裡去？這是世界上最著名的三個哲學命題。看似抽象，卻可進一步理解為：是什麼決定了「我」的本質？是什麼造就了今天的「我」？又是什麼在冥冥中預示了「我」的未來或結局？生命從何而起，又因何結束？

這些謎團困擾人類多年，人們渴望解開生命之謎的願望從未磨滅，但直到開始研究人的基因組，全面探討這個「似看得見，又摸不到」的人體奧秘，人類解碼生命的旅程才正式開始。

人類的生命過程由精子和卵子相遇所啟動，這個決定性的會面實屬不易，因為數億精子中只有一個能脫穎而出。

瑞士攝影師Lennart Nilsson將光導管與內窺鏡相機連接拍攝了一組照片，記錄新生命孕育的全過程。

奔跑中的精子（圖片來自網路）

精子和卵子相遇（圖片來自網路）

「孟德爾定律」的再發現

如果說Nilsson的照片是智慧與現代科技相結合創造的奇迹，那麼早在160年前，在沒有任何高精尖儀器的幫助下，孟德爾（Gregor Mendel）的發現則更讓人驚嘆。1856 年，孟德爾開始進行豌豆雜交試驗，通過觀察豌豆的7對性狀總結出了遺傳學兩大定律——分離定律和自由組合定律，並於1865年發表了論文《植物雜交實驗》。

Gregor Mendel （1822-1884 ）

論文發表之初，並沒有引起人們的注意。直到1900年，有三位科學家幾乎同時各自獨立重新發現了被埋沒35年之久的孟德爾定律，他們是：荷蘭的狄夫瑞斯（deVries）、德國的科倫斯（Correns）、奧地利的切爾邁克（Tschermak）。

狄夫瑞斯於1900年3月26日發表了和孟德爾的發現相同的論文，科倫斯的論文被雜誌收到的時間是1900年4月24日，切爾邁克的論文接收時間是1900年6月20日。三篇論文的完成時間前後相差不足3個月，也就是在這一年，他們各自都發現了孟德爾的論文，這才意識到自己所做的工作早在35年前孟德爾就做過了。

這就是著名的「孟德爾定律」的再發現，孟德爾「遺傳學之父」的地位由此奠定。

孟德爾遺傳病

分離定律和自由組合定律被統稱為「孟德爾定律」，而遵循孟德爾定律的遺傳病則被稱為「孟德爾遺傳病」。

孟德爾遺傳病又稱為單基因遺傳病，顧名思義，這類疾病是由一對等位基因控制的，只要單個基因發生突變就足以導致發病。目前已發現的單基因遺傳病有7000多種，並且還在增加，常見的有血友病、囊性纖維化及軟骨發育不全等。

一種經典的孟德爾遺傳病：A1 型短指（趾）症

該病是在人類中發現的第一例符合孟德爾遺傳規律的遺傳病，是納入世界各國遺傳學和生物學教科書的經典案例。其表現為患者的手指或腳趾骨骼發育畸形，中間指（趾）節縮短。

1903年，哈佛大學遺傳學家William Castle的研究所William Curtis Farabee在他的博士論文中分析了一個人類手部畸形的遺傳家系，該家系5代人中大概有一半（30多人）是患者，且在男性和女性中概率均等

該病自1903年發現以來，世界各國科學家競相研究其致病機理，直到2000年這個困擾遺傳學界的百年之謎才被科學家賀林院士的科研團隊破解。該團隊將致病基因定位於2號染色體長臂特定區域，並在2001年首次克隆了導致該病的IHH基因。目前該基因可直接用於產前診斷，以在胚胎髮育早期清除A1型短指（趾）症，是一例成功的轉化醫學的案例。

賀林院士實驗室報道的人A1型短指（趾）症家系

DNA雙螺旋的發現

20世紀上半葉，在孟德爾遺傳定律的基礎上，生物學成為發展最快的學科，科學家通過不懈的努力終於確定DNA為遺傳物質，此後卻又面臨另一個難題：DNA結構是什麼樣的？

它必須能夠穩定地攜帶遺傳信息，能夠精確地自我複製，能夠讓遺傳信息得到表達，並且能夠變異並保留變異。這些特點，缺一不可。那麼，如何構建一個DNA分子模型解釋這一切？ 1953年4月25日，英國的Nature雜誌刊登了美國的沃森（J. D. Watson）和英國的克里克（F. H. C. Crick）在劍橋大學合作的研究成果：DNA雙螺旋結構的分子模型。

關於這個偉大的發現還有一段小「故事」。1953年2月28日，37歲的克里克走進劍橋大學的雄鷹酒館，在那裡他向一群困惑的聽眾宣布，他和一位朋友發現了「生命的秘密」。相信當時大多數人都以為這是「酒後戲言」！可隨後的事實表明，這些「酒後戲言」是20世紀以來生物學最偉大的發現。

DNA雙螺旋結構的發現標誌著分子生物學這一新興學科的誕生。時至今日，這個小酒館還吸引著世界各地的學者到此一游。

劍橋大學的雄鷹酒館

人類基因組計劃

1990年之前，遺傳學一直側重於單個基因的研究，而在1990年正式啟動的「人類基因組計劃」（human genome project，HGP）則把目光投向整個基因組。

1986年，諾貝爾獎獲得者R.Dulbecco在Science雜誌發表了論文《癌症研究的轉折點——人類基因組的全序列分析》（A Turning Point in Cancer Research: Sequencing the Human Genome），回顧了20世紀70年代以來癌症研究的進展，使人們認識到包括癌症在內的人類疾病的發生，都與基因直接或間接有關。他同時指出，癌症等疾病的研究，要麼仍停留在「零打碎敲」的研究模式上止步不前，要麼從整體上研究和分析人類基因組，即實施人類基因組研究計劃。文章最後呼籲：這個世界上發生的一切事情，都與人類的DNA序列息息相關，這一計劃的意義可以與征服宇宙媲美，人類應該以征服宇宙的氣魄來開展這一計劃。

1990年10月1日，美國國會正式批准的「人類基因組計劃」啟動,1999年9月躋身該計劃，承擔1%測序任務

2003年5月28日至6月2日，美國冷泉港發布了人類基因組完成圖。

「人類基因組計劃」的完成標誌著人類解碼生命的真正開始，它給我們的生活帶來了方方面面的深刻變化，在此基礎上，基因組學與生物、基因組學與健康、基因組學與社會、計算生物學，以及相關的教育、培訓、資源、技術開發等研究和產業開始迅速發展起來。

生命的起源、種間的區別或個體差異、疾病發生的機制或易感性，以及長壽、衰老和死亡等生命現象的本質，也許都將隨著人們對基因組的進一步解碼而被我們所了解。

本文由責任編輯王海光摘編自中科院院士賀林撰寫的《前沿生命的啟迪》一書中的第1章"基因組與人生"。

該書由喬中東、賀林主編，作者彙集了上海交通大學生命科學技術學院、Bio-X 研究院、醫學院、系統生物醫學研究院、藥學院、農業與生物學院和生物醫學工程學院的幾十位著名學者，包括兩院院士、中組部「千人計劃」入選者、教育部「長江學者」和基金委「傑青基金」獲得者等，他們將自己近年來的研究成果和心得彙集成本書。全書分為五部分：新理論和新探索、新方法、現代生物技術在醫學領域中的應用、新葯研發、現代生物技術在農業中的應用，具體包括38 篇主題文章。

標題為編者所加，如有不妥之處，請聯繫責編指正：[email protected]; 010-64000637

ISBN：978-7-03-049733-8

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