人具有46条染色体，包含了约2.4万个编码不同蛋白质的基因以及大量miRNA和基因调控序列。这些基因蕴含的遗传信息不仅决定了人的体貌、代谢、寿命等生理特征，而且对疾病的发生发展具有重要作用。现代生物医学研究表明，基因突变和基因功能异常不仅可以直接导致肿瘤、心脏病等重大疾病，而且广泛影响着人体对营养、病原生物等各种环境因素的响应，与肥胖、糖尿病、免疫等常见病关系密切。基因作用机理的研究则进一步为疾病干预提供了重要线索。重要功能基因，尤其是疾病相关基因的发现及其功能和作用机理研究不仅具有重要的理论意义，而且对发展针对性的疾病预防、诊断和治疗手段具有决定性作用，已经成为国际生物医学研究和生物科技产业竞争的焦点。

 

　　大多数遗传性疾病可以由单个基因突变引起，总体影响约1％的人口。它们往往有比较明显的遗传样式，可以通过人类遗传学方法克隆疾病基因。对这些基因功能的研究一直是国际生物医学界的热点。与上述单基因遗传病相比，糖尿病、高血压、精神分裂等更加常见的复杂疾病涉及多个基因或基因和环境的相互作用。虽然传统观点认为单个基因突变不足以导致这些疾病，但最近对高血压、高血脂等的研究显示，复杂疾病患者中也存在能对疾病发生起主要作用的主效基因，它们和其他基因或环境相作用影响疾病进程。因此，寻找这些主效基因并研究其作用机理正日益引起重视。

 

　　除了遗传性疾病外，基因功能变异也能导致非遗传性疾病。在人的一生中，组织细胞可能在各种因素的作用下产生不能传递给后代的体细胞基因突变。与遗传性疾病相比，体细胞突变可以产生更大的危害，能广泛影响神经、血液、内分泌等多种组织。例如，遗传性肿瘤只占所有肿瘤病例的约5%，而90%以上的肿瘤是由体细胞基因突变的积累引起细胞生长失控所导致。对体细胞基因突变和作用机理的研究可以帮助我们了解这些疾病的机理，寻找针对性的干预手段。此外，基因还在人体对营养、病原生物等环境致病因素的反应、创伤愈合和衰老等生理过程中发挥着重要作用，对基因功能和作用机理的研究可以为控制疫病、治疗创伤和延缓衰老做出贡献。

 

　　基因功能研究的核心瓶颈是培育基因突变动物，进而通过对疾病和突变表型的分析了解基因功能。现代生物医学对人类基因功能与疾病机理的了解大多来自于利用模式动物基因突变体或疾病动物模型进行的研究。这些动物与人的基因序列和基本生命活动过程相似，可以大规模诱变基因并集中筛选影响特定生命活动过程的突变体，并有丰富实验手段研究基因的作用机理，为阐明TGF-beta、Wnt、Ptc、Notch等参与人类重大疾病的主要信号转导途径做出了重要贡献。

 

　　利用基因突变动物发展的各种疾病动物模型也为药物和疾病治疗方法研发做出了重要贡献。疾病基因必须与其信号通路的其他基因相作用而致病。这些基因虽然本身突变以后并不导致疾病，却可能是更好的药物靶标。利用基因突变动物模型进行研究能够较快地了解疾病基因的信号通路，发现候选药靶，明确疾病基因和药靶基因相互作用的分子机制。同时，动物模型也可以模拟并研究体细胞突变、感染、损伤、营养、衰老等疾病或生理过程，为发展相应的治疗或干预方法提供启示。出于伦理考虑，在上述工作基础上研发的对症药物和治疗方法还必须利用动物模型进行有效性和安全性评估。因此，疾病动物模型是药物和疾病治疗方法研发的基础。

 

　　分子克隆技术诞生30年来，以生物医药和生物育种等为主要内容的生物经济已成为新的世界经济增长点，并被公认将成为未来的主导产业。具有重要经济价值和应用前景的基因资源是生物医药和生物育种开发应用的基础和关键，将决定一个国家生物经济的可持续发展能力和国际竞争力。基因资源的知识产权已成为世界各国发展生物经济全力争夺的焦点。

　　人类基因组测序的完成开启了生物医学研究和生物经济新时代的大门，但我们仍在很大程度上不了解这些基因如何作用，基因突变如何导致疾病。国际专利法近期有重要改变，仅通过基因测序已不能进行专利申请，基因知识产权专利申请必须建立在对基因功能的了解和可能的应用基础之上。因此，深入了解基因功能是获取具有自主知识产权的基因专利的必由之路。

 

　　实践证明，制备基因突变体动物，分析基因缺陷表型，进而推断基因的作用是基因功能研究最直接、最可靠的方法。小鼠和人一样是哺乳动物，解剖结构和生理活动相似。小鼠99%的基因在人有对应基因，其功能和作用机理基本相当，是研究人类基因功能的主要模式动物。对已知疾病基因而言，基因突变小鼠不仅能用于研究疾病机理，而且是发展诊断治疗手段并进行临床前检验不可缺少的工具。对于通过人类遗传学研究、高通量测序、全基因组关联分析、体外细胞模型筛选等途径发现的大量候选疾病和重要功能基因，分析相应突变小鼠的表型变化可以验证基因对个体发育和疾病发生发展的作用。大规模培育各种基因突变小鼠并进行表型筛查，则能够系统了解各个基因在正常生理过程和疾病中的作用，发现新的疾病和重要功能基因及其作用机理。系统整合这些基因和功能信息，能让我们第一次绘制小鼠基因组功能图，为了解人类等哺乳动物生存繁衍的物质基础，解析疾病分子机制，发现新的药物靶标和治疗方法提供全新的框架，为抢占具有重要经济价值和应用前景的基因资源，推动生物医药和生物经济的源头创新和发展提供前所未有的机会。

 

　　小鼠大规模基因诱变与功能筛选研究已引发国际生命科学和生物医药产业的激烈竞争。美国国家卫生总署2006年启动了基因剔除小鼠计划（KOMP），首期投资5300万美元在小鼠胚胎干细胞中诱变基因以培育小鼠突变体。欧盟和加拿大也相继启动了EUCOMM（1300万欧元）和NorCOMM（1350万加元）等类似计划。欧美这一五年计划已合计用基因剔除方法产生约14000个胚胎干细胞突变株，并培育了约810种基因突变小鼠。此外，欧盟还从2002年起相继启动了欧盟公共卫生和工业应用小鼠研究计划(EUMORPHIA)、欧洲小鼠医院计划(EUMODIC)、欧洲小鼠表型分析数据库(EuroPhenome)和欧洲小鼠突变体保藏计划(EMMA)，投资4000万欧元发展突变体小鼠表型变化的研究技术并提供突变体保种服务。

 

　　我国科研工作者近年来在小鼠基因突变体培育中取得国际领先优势。“十一五”期间，复旦大学利用PB转座子插入诱变技术培育小鼠基因突变体5000余种，成功建立了世界上规模最大的小鼠基因突变体库。由于采用新技术绕开胚胎干细胞直接培育突变体动物，与国际对手相比，我国在小鼠基因诱变方面以不到1/5的投入获得了6倍以上的产出，其规模相当于过去20年来全球生物医学界的总和。现有突变体库覆盖了已知人疾病基因280个，候选疾病基因447个，确证药靶基因10个，在研药靶基因24个，重要信号转导途径相关基因378个，miRNA基因23个，为寻找和验证疾病和重要生理功能基因，研究相关生命活动机理，建立疾病动物模型，筛选生物标志物和药物靶标，发展创新预防、诊断和治疗方法提供了坚实的基础。

 

　　目前，全部突变体已在线发布于PBmice数据库（http://idm.fudan.edu.cn/PBmice）。复旦大学已向国内外53家单位的81个研究小组提供PB突变小鼠和工具试剂300余例，相关研究和合作已经寻获了视网膜血管增生、泌尿系统畸形、自身免疫、神经退行性病变等一批新疾病基因，并建立相关动物模型。研究还发现了生殖和不育等过程的新机理。同时通过对部分突变体初步筛选已获得了对止痛药物开发有启示意义的痛觉耐受突变体和对复杂疾病有抑制作用的突变体，初步显示了突变体库对生物医学研究的巨大价值。

 

　　面对我国小鼠突变体库快速扩大的压力，欧美推出了国际小鼠表型分析计划(IMPC)，尽快将产生15000种基因突变小鼠并进行表型筛选研究。欧盟去年已投资1.4亿欧元启动了有关研究，希望培育4000个小鼠突变体进行表型分析。美国国家卫生总署最近也启动了小鼠突变体培育和表型分析十年计划。第一期投资1.07亿美元，在五年内培育2500种基因突变小鼠并进行表型分析和数据库建设。这些研究计划将给生命科学研究和生物医药产业带来巨大影响，并对我国相关科研和产业带来新的挑战和竞争。