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模式生物基因组计划是人类基因组计划（human genome project，HGP）的一个重要组成部分。这方面的研究工作不仅可以推动基因组研究方法和技术的发展，为人类基因组计划提供理想的实验系统，而且在生物信息学领域、人类疾病（特别是多基因遗传性疾病）的预防、诊断、治疗、新药的开发以及自身研究成果（如植物基因组计划）的应用等方面也有广阔的应用前景。

一．概述

模式生物基因组计划是人类基因组计划（human genome project，HGP）的一个重要组成部分，是人类基因组计划的必要补充并对其研究有很大的促进作用。由于人类对自身理解的限制、实验的限制和伦理学的制约，医学、生物学的研究在很大程度上依赖于对一些模式生物的研究。在研究人类基因组的同时，平行地进行一些微生物、植物、动物等模式生物基因组的研究，可为人类基因组研究做方法学和组织工作的准备：将从模式生物中得到的数据和资料与人类基因组比较，通过不同生物基因序列的同源性来阐明人类相应基因的功能；通过研究小而简单的模式生物的基因组，积累经验，发展技术，同时，对模式生物的研究亦具有重要的经济价值。因此，一些与人类基因有相似性，但结构和基因组成都相对比较简单的生物体就成为进行人类基因组研究的绝好样本，即为人类基因组研究提供参照，对这些模式生物的基因组进行分析，这就是模式生物基因组计划。

人类基因组计划是美国科学家Renato Dulbecco于1986年在《Science》杂志上发表的短文中率先提出的，旨在阐明人类基因组的全部核苷酸序列，从整体上破译人类遗传信息，使人类第一次在分子水平全面地认识自我。人类基因组是指人的24条染色体上全部DNA所携带的遗传信息的总和，总长度为3*109个碱基对，约含8-10万个基因。

二． 模式生物基因组计划的内容

模式生物基因组计划最初确定的模式生物有：大肠杆菌、酵母、拟南芥、线虫、果蝇和小鼠等共六种，对这些处于生物演化不同阶段的生物体的研究是认识人基因组结构和功能绝对不可缺少的，在后来的发展中逐渐加入了其它一些模式生物种类，如河豚鱼、斑马鱼等。此外，一些具有重要生产价值的农作物，如水稻基因组等的研究也加入到模式生物基因组计划中来。由于这些模式生物体的基因组成和结构相对于人类基因来说，比较简单，在基因组测序时可以为人类基因组计划提供借鉴，更重要的是对这些模式生物体的功能基因的认识可以为认识人类基因组的功能提供更多的帮助，因此，随着人类基因组计划的不断深入，将会有越来越多的模式生物体加入到模式生物基因组计划中来。

三、模式生物基因组计划的研究进展

模式生物由于其结构简单、基因组小和基因组成少等特点而使模式生物基因组计划进展迅速，目前已经完成了酿酒酵母、大肠杆菌和秀丽隐杆线虫等的基因组测序，对功能基因的研究也有突破；其它的模式生物基因组计划也进展顺利，下面分别介绍几种模式生物基因组计划的研究进展情况。

酿酒酵母是一种单细胞生物，能够在基本培养基上生长，在单倍体和二倍体的状态下均能生长，并能在实验条件下较为方便地控制单倍体和二倍体之间的相互转换，对其基因功能的研究十分有利。酵母有16条染色体，大约有6000个基因。表1是酵母基因在各染色体上分布的大致情况。 
  
表1 酵母染色体简况

染色体编号	长度（bp）	基因数	TRNA基因数
I	23X103	89	4
II	807188	410	13
III	315X103	182	10
IV	1531974	796	27
V	569202	271	13
VI	270X103	129	10
VII	1090936	572	33
VIII	561X103	269	11
IX	439886	221	10
X	745442	379	24
XI	666448	331	16
XII	1078171	534	22
XIII	924430	459	21
XIV	784328	419	15
XV	1092283	560	20
XVI	948061	487	17

序列测定揭示了酵母基因组中大范围的碱基组成变化。多数酵母染色体由不同程度的、大范围的GC丰富DNA序列和GC缺乏DNA序列镶嵌组成。这种GC含量的变化与染色体的结构、基因的密度以及重组频率有关。GC含量高的区域一般位于染色体臂的中部，这些区域的基因密度较高；GC含量低的区域一般靠近端粒和着丝粒，这些区域内基因数目较为贫乏。酵母基因组另一个明显的特征是含有许多DNA重复序列，其中一部分为完全相同的DNA序列，如rDNA与CUP1基因、Ty因子及其衍生的单一LTR序列等。

线虫是低等的后生动物，体长1mm，基因组大小108bp（100Mb）分布于6条染色体，是基因组最小的高等真核生物之一，约人基因组的1/30，基因数超过19,000个，其基因普遍小于哺乳动物，内含子少，基因密度高，是大基因组物理图谱构建和大基因组全序列测定分析良好的辅助实验系统。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，是植物分子生物学领域中基因研究技术的典型研究材料之一；近年来，国际上对水稻基因的研究日益重视，世界上正有越来越多的科学家和国家投入和支持这一领域的研究。中国在水稻研究方面有着悠久的历史，一贯十分重视水稻分子生物学方面的研究，并于1992年启动了水稻分子生物学计划。经过几年的努力，已于1996年6月构建了水稻基因组第一代"BAC-指纹"物理图。中科院科学家在水稻12号染色体中选择第4号染色体进行测序，以求启开优质高产、抗病虫害、抗逆水稻的大门。

四． 模式生物基因组计划的应用前景

模式生物基因组计划的研究可以为人类基因组计划提供理想的实验系统，发展新的基因组研究方法和技术，这些是模式生物基因组计划的基本应用。

模式生物基因组计划最直接的应用体现在生物信息学领域。当人们发现了一个功能未知的人类新基因时，可以迅速地到任何模式生物基因组数据库中检索与之同源的的功能已知的模式生物基因，并获得其功能方面的相关信息，从而加快对该人类基因的功能研究。

模式生物基因组计划在人类疾病（特别是多基因遗传性疾病）的预防、诊断、治疗以及新药的开发等方面也有广泛的应用前景。例如，人类遗传性非息肉性小肠癌相关基因与酵母的MLH1、MSH2基因，运动失调性毛细血管扩张症相关基因与酵母的TEL1基因，布卢姆氏综合症相关基因与酵母的SGS1基因，都有很高的同源性。又如，把某些病原体的抗原基因或毒素基因转入普通的食物或水果（如土豆、香蕉等）中，以服食这种食品替代传统的疫苗达到预防疾病的目的；利用细胞衰老的分子机制研究成果生产保持皮肤光泽、有弹性的新一代化妆品等。

模式生物基因组计划自身研究成果的应用也给人们的生产、生活带来了更深刻和广泛的影响。从80年代已经开始的对植物遗传物的修饰已经和正在对人类社会产生愈益巨大的影响。全世界绝大部分的食物、燃料、纤维、化学原料和部分药物将来都可能取自遗传修饰的植物。如通过遗传修饰使之对某种除莠剂（如Roundup）产生抗性的大豆、棉花、油菜、土豆、玉米等的种子已经育成，而且通过了美国FDA严格的审查，开始在大田播种。孟山都公司的抗Roundup大豆在1996年种植了100万公顷，1997年上升到900万公顷，今年将达到2,000万公顷。该公司育成的抗棉铃虫棉花种籽已经在我国北方大面积长期推广。今年全世界种植的基因组修饰的各种作物大约会超过2,500万公顷。

总之，模式生物基因组计划已经和正在人类社会得到广泛的应用，我们将会看到，随着模式生物基因组计划和人类基因组计划的逐步完成，我们今天的生活将会发生翻天覆地的变化，明天会更好。


编辑：bluelove