ژنوم انسان

Karyotype
کاریوتایپ بشر
ژنوم انسان ، مجموعه کاملی از توالی اسید نوکلئیک برای کد گذاری انسان (انسان خردمند) است، که به صورت (دی‌ان‌ایDNA) در ۲۳ جفت کروموزوم در هسته سلول و در یک مولکول کوچک دی‌ان‌ای در درون هر دی‌ان‌ای میتوکندریایی قرار گرفته‌است. ژنوم انسان شامل هر دو ژن دی‌ان‌ای کد کننده پروتئین و دی‌ان‌ای بی‌رمز است. دی‌ان‌ای هاپلوئید ژنوم انسان، که در داخل سلول‌های جنسی؛ (تخم و گامت اسپرم سلول‌ها در فاز میوز تولید مثل جنسی تولید شده‌اند، قبل از لقاح یک یاخته تخم) ایجاد می‌شوند، شامل سه میلیارد دی‌ان‌ای جفت‌باز هستند، در حالی که ژنوم دیپلوئید (موجود در سلول‌های یاخته‌های پیکری)، دو برابر محتوای دی‌ان‌ای است. در حالی که تفاوت‌های قابل توجهی در میان ژنوم افراد بشر (در معیار ۰٫۱٪) وجود دارد، این‌ها به صورت قابل توجهی تفاوت‌های کوچک‌تری نسبت به تفاوت‌های بین انسان‌ها و نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده آن‌ها، شامپانزه (حدود ۴٪) و بونوبوهاست.
پروژه ژنوم انسان نخستین توالی‌های کامل ژنوم انسانی منحصر به تک‌نفر را، با نخستین پیش نویس توالی و تجزیه و تحلیل اولیه تولید کرد که در ۱۲ فوریه ۲۰۰۱ منتشر شد. ژنوم انسان نخستین مورد در میان همه مهره‌داران بود که به‌طور کامل و سرتاسری تعیین توالی شد. از سال ۲۰۱۲، هزاران ژنوم انسان به‌طور کامل توالی یابی شدند، و بسیاری دیگر نیز با تفکیک‌پذیری‌های پایین‌تر در وضوح، نقشه‌برداری شدند. اطلاعات به دست‌آمده، در سراسر جهان در علوم زیست‌پزشکی، انسان‌شناسی زیستی، پزشکی قانونی و سایر شاخه‌های علوم مورد استفاده قرار دارد. چشم‌داشت گسترده‌ای به وجود آمده که مطالعات ژنومی خواهد توانست به پیشرفت در تشخیص و درمان بیماری‌ها، و به بینش‌های تازه در بسیاری از زمینه‌های زیست‌شناسی، از جمله فرگشت انسان منجر شود.
هرچند که امروز توالی ژنوم انسان به‌طور کامل (تقریبا) توسط توالی دی‌ان‌ای تعیین شده، هنوز این جستار به‌طور کامل شناخته و دانسته نشده‌است. بیشترین ژن‌ها (هر چند احتمالا نه همه آنان) با ترکیبی از روش‌های تجربی و بیوانفورماتیکهایی با توان بالا شناسایی شده‌اند، با این حال کارهای زیادی هنوز برای روشن‌سازی عملکردهای بیولوژیک و فراورده‌های پروتئین و آران‌ای باید انجام شود. نتیجه‌های تازه به دست‌آمده نشان می‌دهند که مقدار بسیار بزرگی از دی‌ان‌ای‌های بی‌رمز در ژنوم فعالیت‌های بیوشیمیایی، از جمله ساماندهی بیان ژن، معماری کروموزوم، و سیگنال‌های کنترل ارث اپی ژنتیک مرتبط است.
آرایش مولکولی و محتوای ژن
امتداد کل ژنوم انسان بیش از ۳ میلیارد جفت بازمی‌رسد. ژنوم به صورت ۲۲ جفت کروموزوم، به علاوه کروموزوم X (یکی در مردان، دو در زنان)، و تنها در مردان یک کروموزوم Y، سازمان‌دهی شده‌است. این‌ها همه مولکول‌های خطی بزرگ دی‌ان‌ای موجود در هسته سلول‌ها هستند. ژنوم همچنین شامل دی‌ان‌ای میتوکندریایی است، که مولکول حلقوی به نسبت کوچکی در هر میتوکندری است. اطلاعات ابتدایی درباره این مولکول‌ها و محتوای ژنی آن، بر اساس یک پایگاه داده‌های مرجع ژنوم است که توالی مربوط به فرد خاصی را نشان نمی‌دهد، در جدول زیر ارائه شده‌است. (منبع اطلاعات: ژنوم Ensembl انتشار مرورگر ۶۸، ژوئیه ۲۰۱۲)
کروموزوم
طول (میلی‌متر)
جفت‌باز
دگرگونی‌ها
پروتئین‌های تاییدی
پروتئین‌های قلمدادی
Pseudogenes
miRNA
rRNA
snRNA
snoRNA
Misc ncRNA
Links
Centromere position (Mbp)
Cumulative (%)
کروموزوم ۱ (انسان)
۸۵
۲۴۹،۲۵۰،۶۲۱
۴،۴۰۱،۰۹۱
۲،۰۱۲
۳۱
۱،۱۳۰
۱۳۴
۶۶
۲۲۱
۱۴۵
۱۰۶
۱۲۵٫۰
۷٫۹
کروموزوم ۲ (انسان)
۸۳
۲۴۳،۱۹۹،۳۷۳
۴،۶۰۷،۷۰۲
۱،۲۰۳
۵۰
۹۴۸
۱۱۵
۴۰
۱۶۱
۱۱۷
۹۳
۹۳٫۳
۱۶٫۲
کروموزوم ۳ (انسان)
۶۷
۱۹۸،۰۲۲،۴۳۰
۳،۸۹۴،۳۴۵
۱،۰۴۰
۲۵
۷۱۹
۹۹
۲۹
۱۳۸
۸۷
۷۷
۹۱٫۰
۲۳٫۰
کروموزوم ۴ (انسان)
۶۵
۱۹۱،۱۵۴،۲۷۶
۳،۶۷۳،۸۹۲
۷۱۸
۳۹
۶۹۸
۹۲
۲۴
۱۲۰
۵۶
۷۱
۵۰٫۴
۲۹٫۶
کروموزوم ۵ (انسان)
۶۲
۱۸۰،۹۱۵،۲۶۰
۳،۴۳۶،۶۶۷
۸۴۹
۲۴
۶۷۶
۸۳
۲۵
۱۰۶
۶۱
۶۸
۴۸٫۴
۳۵٫۸
کروموزوم ۶ (انسان)
۵۸
۱۷۱،۱۱۵،۰۶۷
۳،۳۶۰،۸۹۰
۱،۰۰۲
۳۹
۷۳۱
۸۱
۲۶
۱۱۱
۷۳
۶۷ ب
۶۱٫۰
۴۱٫۶
کروموزوم ۷ (انسان)
۵۴
۱۵۹،۱۳۸،۶۶۳
۳،۰۴۵،۹۹۲
۸۶۶
۳۴
۸۰۳
۹۰
۲۴
۹۰
۷۶
۷۰
۵۹٫۹
۴۷٫۱
کروموزوم ۸ (انسان)
۵۰
۱۴۶،۳۶۴،۰۲۲
۲،۸۹۰،۶۹۲
۶۵۹
۳۹
۵۶۸
۸۰
۲۸
۸۶
۵۲
۴۲
۴۵٫۶
۵۲٫۰
کروموزوم ۹ (انسان)
۴۸
۱۴۱،۲۱۳،۴۳۱
۲،۵۸۱،۸۲۷
۷۸۵
۱۵
۷۱۴
۶۹
۱۹
۶۶
۵۱
۵۵
۴۹٫۰
۵۶٫۳
کروموزوم ۱۰ (انسان)
۴۶
۱۳۵،۵۳۴،۷۴۷
۲،۶۰۹،۸۰۲
۷۴۵
۱۸
۵۰۰
۶۴
۳۲
۸۷
۵۶
۵۶ آ
۴۰٫۲
۶۰٫۹
کروموزوم ۱۱ (انسان)
۴۶
۱۳۵،۰۰۶،۵۱۶
۲،۶۰۷،۲۵۴
۱،۲۵۸
۴۸
۷۷۵
۶۳
۲۴
۷۴
۷۶
۵۳
۵۳٫۷
۶۵٫۴
کروموزوم ۱۲ (انسان)
۴۵
۱۳۳،۸۵۱،۸۹۵
۲،۴۸۲،۱۹۴
۱،۰۰۳
۴۷
۵۸۲
۷۲
۲۷آ
۱۰۶
۶۲
۶۹ب
۳۵٫۸
۷۰٫۰
کروموزوم ۱۳ (انسان)
۳۹
۱۱۵،۱۶۹،۸۷۸
۱،۸۱۴،۲۴۲
۳۱۸
۸
۳۲۳
۴۲
۱۶
۴۵
۳۴
۳۶
۱۷٫۹
۷۳٫۴
کروموزوم ۱۴ (انسان)
۳۶
۱۰۷،۳۴۹،۵۴۰
۱،۷۱۲،۷۹۹
۶۰۱
۵۰
۴۷۲
۹۲
۱۰
۶۵
۹۷
۴۶
۱۷٫۶
۷۶٫۴
کروموزوم ۱۵ (انسان)
۳۵
۱۰۲،۵۳۱،۳۹۲
۱،۵۷۷،۳۴۶
۵۶۲
۴۳
۴۷۳
۷۸
۱۳
۶۳
۱۳۶
۳۹
۱۹٫۰
۷۹٫۳
کروموزوم ۱۶ (انسان)
۳۱
۹۰،۳۵۴،۷۵۳
۱،۷۴۷،۱۳۶
۸۰۵
۶۵
۴۲۹
۵۲
۳۲
۵۳
۵۸
۳۴
۳۶٫۶
۸۲٫۰
کروموزوم ۱۷ (انسان)
۲۸
۸۱،۱۹۵،۲۱۰
۱،۴۹۱،۸۴۱
۱،۱۵۸
۴۴
۳۰۰
۶۱
۱۵
۸۰
۷۱
۴۶
۲۴٫۰
۸۴٫۸
کروموزوم ۱۸ (انسان)
۲۷
۷۸،۰۷۷،۲۴۸
۱،۴۴۸،۶۰۲
۲۶۸
۲۰
۵۹
۳۲
۱۳
۵۱
۳۶
۲۵
۱۷٫۲
۸۷٫۴
کروموزوم ۱۹ (انسان)
۲۰
۵۹،۱۲۸،۹۸۳
۱،۱۷۱،۳۵۶
۱،۳۹۹
۲۶
۱۸۱
۱۱۰
۱۳
۲۹
۳۱
۱۵
۲۶٫۵
۸۹٫۳
کروموزوم ۲۰ (انسان)
۲۱
۶۳،۰۲۵،۵۲۰
۱،۲۰۶،۷۵۳
۵۳۳
۱۳
۲۱۳
۵۷
۱۵
۴۶
۳۷
۳۴
۲۷٫۵
۹۱٫۴
کروموزوم ۲۱ (انسان)
۱۶
۴۸،۱۲۹،۸۹۵
۷۸۷،۷۸۴
۲۲۵
۸
۱۵۰
۱۶
۵
۲۱
۱۹
۸
۱۳٫۲
۹۲٫۶
کروموزوم ۲۲ (انسان)
۱۷
۵۱،۳۰۴،۵۶۶
۷۴۵،۷۷۸
۴۳۱
۲۱
۳۰۸
۳۱
۵
۲۳
۲۳
۲۳
۱۴٫۷
۹۳٫۸
کروموزوم ایکس
۵۳
۱۵۵،۲۷۰،۵۶۰
۲،۱۷۴،۹۵۲
۸۱۵
۲۳
۷۸۰
۱۲۸
۲۲
۸۵
۶۴
۵۲
۶۰٫۶
۹۹٫۱
Y
۲۰
۵۹،۳۷۳،۵۶۶
۲۸۶،۸۱۲
۴۵
۸
۳۲۷
۱۵
۷
۱۷
۳
۲
۱۲٫۵
۱۰۰٫۰
ام‌تی دی‌ان‌ای
۰٫۰۰۵۴
۱۶،۵۶۹
۹۲۹
۱۳
۰
۰
۰
۲
۰
۰
۲۲
N/A
۱۰۰٫۰
مجموع بیش از ۳ بیلیون
۳،۰۹۵،۶۹۳،۹۸۱
۱۹،۳۱۳
۷۳۸
۱۲،۸۵۹
جدول ۱ (بالا) سازمان‌یافتگی فیزیکی و محتوای ژنی ژنوم مرجع انسان را خلاصه می‌کند. این چکیده با پیوندهایی به تجزیه و تحلیل اصلی؛ همان‌گونه که در پایگاه داده‌های (Ensembl) در موسسه اروپایی بیوانفورماتیک (ای‌بی‌آی EMBL-EBI) و موسسه (ولکام تراست سانگر) منتشر شده٫ کوتاه‌نویسی شده‌است. طول کروموزوم را با ضرب کردن شمار جفت‌های باز (جفت بازها) در ۰۰٫۳۴ نانومتر؛ که برآورد شده فاصله بین جفت بازها در دی‌ان‌ای دو رشته‌ای است، محاسبه می‌کنند. تعداد پروتئین‌ها بر پایه رونوشت اولیه ژن پیشرو (mRNA ام‌آران‌ای) است، و شامل پیرایش جایگزین قبل از (mRNA ام‌آران‌ای)، یا تغییراتی که در ساختار پروتئینی پس از ترجمه رخ داده، نمی‌شود.
دی‌ان‌ای کد کننده در برابر دی‌ان‌ای بی‌رمز
محتوای ژنوم انسان معمولا به توالی دی‌ان‌ای برنامه‌نویسی (یا کد کننده) و غیررمزگذار (یا بی‌رمز) تقسیم شده‌است. توالی دی‌ان‌ای برنامه‌نویسی به عنوان آن توالی‌هایی؛ که می‌توانند به آران‌ای پیام‌رسان (mRNA ام‌آران‌ای) رونویسی و در طول چرخه زندگی انسان به پروتئین‌هایی ترجمه شوند، تعریف شده‌است، و این توالی‌ها تنها بخش کوچکی از ژنوم (<۲٪) را اشغال می‌کنند. دی‌ان‌ای‌های غیر کدکننده یا بی‌رمز همه توالی حدود ۹۸ درصد دیگر ژنوم را پر کرده‌اند که از آن‌ها برای رمزگذاری پروتئین استفاده نمی‌شود.
برخی از دی‌ان‌ای‌های بی‌رمز محتوی ژن مولکول‌های (RNA آران‌ای) با کاربردهای مهم بیولوژیکی (آران‌ای بی‌رمز، برای مثال آران‌ای ریبوزومی و آران‌ای حامل)، هستند. پیداکردن عملکرد و منشا فرگشتی دی‌ان‌ای‌های بی‌رمز یک هدف مهم از بررسی‌های ژنوم معاصر است، که شامل پروژه رمزگذاری ان‌کد (دانشنامه اجزای دی‌ان‌ای) نیز هست، که هدف آن بررسی همه ژنوم انسان، با استفاده از ابزارهای تجربی گوناگون است که پاسخ‌های به دست‌آمده از آن‌ها نشان‌گر چبود فعالیت مولکولی هستند.
از آنجا که دی‌ان‌ای‌های بی‌رمز از کد کننده‌ها بسیار بیشترند، مفهوم توالی ژنوم بیشتر به یک مفهوم تحلیلی متمرکز شده تا از مفهوم کلاسیک «ژن برنامه‌نویسی دی‌ان‌ای».
بیماری‌های ژنتیکی بشر
بسیاری از جنبه‌های زیست‌شناسی انسان شامل هر دو عامل ژنتیکی (ارثی)، و غیر ژنتیکی (محیط زیستی)، می‌شود. برخی از تفاوت‌های موثر ما موروثی هستند مانند (قامت، رنگ چشم، توانایی چشایی یک طعم یا یک بوی ویژه، و غیره) و در ذات خود بیماری نیستند و ریشه زیست‌شناسی دارند. علاوه بر این، برخی دیگر از تفاوت‌های ژنتیکی تنها در ترکیب با عوامل محیطی مناسب (مانند رژیم غذایی) باعث بیماری می‌شوند. از این نگاه و نیاز به این هشدارها، این اختلالات ژنتیکی ممکن است به عنوان بیماری بالینی تعریف شوند که ناشی از تنوع ژنومی توالی دی‌ان‌ای است. در موارد ساده‌تر، این اختلال می‌تواند با تغییر در یک ژن منفرد در ارتباط باشد. به عنوان مثال، فیبروز سیستیک بر اثر جهش در ژن (CFTR سی‌اف‌تی‌آر) ایجاد می‌شود، و شایع‌ترین اختلال مغلوب در نژاد قفقازی با بیش از ۱۳۰۰ جهش مختلف شناخته شده‌است.
مرجع ژنوم