甲基化的分子生物学机制
摘要：表观遗传学(Epigenetics)的介质通常是表观遗传修饰。表观遗传修饰是指染色质(包括DNA和组蛋白)上的修饰，通常指DNA甲基化和组蛋白修饰。本文从甲基化的分布、建立、维持、和去甲基化四个方面详细阐释DNA甲基化的分子生物学机制，从而影响染色质的结构和基因的表达。
表观遗传修饰土要包括DNA甲基化和组蛋内修饰等(Law and Jacobsen，2010)。DNA甲基化是指胞嘧啶的第5位碳原子上加上一个甲基。组蛋白修饰指的是核心组蛋的氨基末端结构域发生翻译后修饰。不同组蛋白的氨基末端结构域的修饰可以与影响染色质状态的蛋白发生相互作用，从而使得染色质在活跃状态和沉默状态之间转换。这些引起组蛋白结构和功能变化的氨基末端结构域修饰主要包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化等，生物体通过这些修饰扩展了遗传密码的信息(jenuwein and Allis，2001)。
1. DNA甲基化的分布
在植物中DNA甲基化发生在对称的CG、CHG (H等于A、T或C)，以及不对称的CHH背景下(Henderson and Jacobsen，2007)。和动物中不同，植物中的DNA甲基化主要发生在转座子和其它重复序列上(Zhang etal.，2006)。在拟南芥中，CG、CHG和CHH三种序列背景下的DNA甲基化水平分别为24%、6.7%和1.7% (Cokus et al.，2008)。拟南芥的基因组比较小，DNA甲基化是以镶嵌形式分布。镶嵌式分布主要是由于基因内部的DNA甲基化导致的。这与无脊椎动物中类似，无脊椎动物的DNA甲基化也是以镶嵌形式分布，超过一半的基因内部存在DNA甲基化，而转座子通常是不发生DNA甲基化的。
在哺乳动物中，DNA甲基化几乎全部发生在对称的CG序列背景下，在基闪组上约70-80%的CG位点上都存在DNA甲基化(LawandJacobsen，2010)。在小鼠的胚胎干细胞中也存在少量的DNA 甲基化发生在非CG序列背景下(Bird，2002; Lister et al.，2009; Ramsahoye et al.，2000)。不发生DNA甲基化的CG序列大部分位于离基闪比较近的CG岛上(Law and Jacobsen，2010)。植物中一些物种的基闪组比较大，通常转座子比较丰富。例如玉米的转座子占到基因组的80%左右，其基因组整体表现出高度甲基化。基闪区的DNA 甲基化较低，一部分基闪的内部也存在DNA甲基化(图1) (Suzuki and
Bird，2008)。
2. DNA甲基化的建立
植物中的DNA甲基化建立是指在未发生DNA甲基化的区域由RNA指导的DNA甲基化(RNA-directed DNA methylation, RdDM)途径介导DNA 发生甲基化。CG、CHG 和CHH 三种序列背景下的DNA 甲基化都可以由RdDM途径来完成(He et al.,2011 ; Zhang and Zliu,2011)。植物中的RdDM机制是保守的。RdDM参与多个表观遗传现象,包括转基因沉默、转座子沉默、基闪印记和副突变(Heetal.,2011)。
如何识别需要被甲基化的序列是DNA甲基化建立过程中的一个重要问题。在植物中的研究表明,DNA甲基化是可以由RNA介导的。经过20年的研究,目前关于RdDM途径已经比较清楚。RdDM主要包括RdDM途径的起始,RdDM靶标位点的产生和RNA诱导的沉默复合体(RNA-indiiced silencing complex, RISC)的招募。具体的说,RNA 聚合酶IV(RNApolymerase IV,Pol IV)通过转录靶标位点起始RdDM途径,转录后的转录本在依赖RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNApolymerase 2, RDR2)的作用下形成双链RNA(double-stranded RNA, dsRNA)。Pol IV与RdDM的勒标位点共定位,因此被认为是起始RdDM的关键酶。Pol IV对大多数位点产生的24-nt siRNA都是必不可少的(Pontes et al.,2006)。
图1. 植物中的RdDM途径模型(Haag and Pikaard. 2011)
此外,在Pol IV无效突变体中,RdDM途径中的其他蛋白的定位会出现紊乱。这些结果表明,Pol IV的转录或者其转录产物对RdDM途径中所需蛋白的稳定性很重要(Pontes et al., 2006)。SHHl (SAW ADEE homeodomain homolog 1)可以与Pol IV 互作,对Pol IV在一些靶标位点的定位是必须的(Law et al.,2013; Law et al., 2011)。遗传学证据表
明,Pol IV的转录产物在RDR2 的作用下逆转录形成dsRNA (Kasschau et al., 2007; Xie et al., 2004)。Pol IV 和RDR2在体内是互作的。CLSYl (CLASSY 1)是一个染色质重塑因子(或者解旋酶),含有一个SWI2/SNF2-like解旋酶结构域(Smith et al.,2007)。在clsy1突变体中,RDR2的亚细胞定位被打乱,说明这个蛋白可能在RDR2的上游行使功能(Smith et al., 2007)。Pol IV的亚细胞定位在clsyl突变体受到的影响比RDR2中小,说明CLSY1可能在RDR2的上游,Pol IV的下游(或者与PolIV 共同)行使功能(Smith et al.,2007)。
dsRNA形成后会在DCL3 (Dicer-like 3)切割作用下形成24-nt dsRNA 。新形成的24-nt siRNA不稳定,需要甲基化酶(HUA-enhancer 1,HEN1)在其3’端加上一个甲基基团(Li et al, 2005; Yu etal, 2005)。接着,24-nt 的dsRNA 中的一条RNA 链被装载进入AGO4 (ARGONAUTE4,或者AG06和AG09),进而形成RISC (图1) (Havecker etal.,2010; Qietal.,2006)。卡哈尔体(Cajal bodies)是存在于细胞核里的细胞器,是一个保守的位点,该位点负责核糖核蛋白复合物的成熟(Li et al., 2006)。与RDR2和DCL3类似,AGO4也定位于卡哈尔体，卡哈尔体在RdDM途径中的作用可能是参与RISC的组装(Li et al., 2006)。
总结一下,Pol IV、RDR2和DCL3是RdDM途径的重要组成部分,它们合作产生siRNA。接着,HEN1对于siRNA稳定性的维持是非常关键的(Haag and Pikaaid, 2011)。
Pol V可以在RdDM途径的靶标位点转录出长非编码RNA(Wierzbicki et al., 2008)。这种长非编码RNA也被称为骨架RNA (Scaffold RNA)。通过ChlP-seq数据分析发现,Pol V主要富集在基因的启动子区域和含有沉默表观遗传标记的进化上比较年轻的转座子(Zhongetal.,2012)。与PolIV 不同,Pol V对于大部分的siRNA产生位点不是必要的,但是它对RdDM途径足很要的(Kanno et al., 2005; Pontier et al.,2005; Wierzbicki et al.,2008)。这些依赖Pol V 的骨架RNA 的功能可能是用来招募AGO4。Pol V的转录本需要DRD1,而不依赖于siRNA的产生,表明Pol V和Pol IV 的功能是相互独立的(图1) (Haag and Pikaard, 2011; Wierzbicki et al., 2008)。RDM6 是个mRNA 前体的剪切因子(Huang et al., 2013)。RDM6在Pol V的靶标位点有富集,可以影响PolV转录产物的水平(Huang etal., 2013)。
DDR复合体是由DRD1、DMS3和RDMl形成的一个多功能复合体(Law et al.,2010)。DRD1是一个含有SWI2/SNF2蛋白结构域的染色质重塑因子。DMS3的一个结构域与染色体结构维持(Structural maintenance of chromosomes, SMC)蛋白的铰链结构域相似(Ausin et al., 2009; Kannoet al., 2008)。但是DMS3与真正的SMC蛋白相比缺
少ATP酶结构域。DMS11含有ATP酶结构域,而且可以被DMS3激活(Lorkovicetal.,2012)。DMSll可能是DDR复合体的一部分(Lorkovicetal., 2012)。RDMl是一个单链DNA结合蛋白,同时对于甲基化的DNA有很强的偏好性(Gao et al., 2010)。DDR 复合体可以促进Pol V 的转录(Haag and Pikaard, 2011)。在drdl或者dmss3突变体中,植物会失去Pol V 转录本(Wierzbicki et al., 2008; Wierzbicki et al., 2009)。DDR复合体的功能是招募Pol V到对应的靶标位点以及通过染色质重塑促进Pol V的转录(图1) (Haag andPikaard, 2011; Zhong et al., 2012)。
RDM4 (也称为DMS4)是一个从酵母到人类都保守的蛋白质,它与酵母中的Pol 11相关蛋白Iwrl同源。在酵母细胞质中,Iwrl在Pol II 的两个大亚基的活性中心裂缝处结合并指导其进入细胞核,可能在机体内作为一个聚合酶的传感器行使其功能(Czekoetal.,2011)。DMS4是Pol 11和Pol V共同的转录调节因子(He etal.,2009; Kanno etal., 2010)。在rdm4突变体中,RdDM途径的靶标位点的DNA甲基化水平会降低。与酵母中类似,在植物体内RDM4可以与Pol 11和Pol V互作(图1) (Haag and Pikaard,2011; He et al., 2009)。
AGO4-RISC复合体需要被招募至靶标位点才能发挥功能,这个过程主要是通过与Pol V的转录本以及与Pol V最大亚基(NRPE1)的结合来完成的(图1) (Haag and Pikaard, 2011;Wierzbicki et al., 2009)。AGO4 可以与Pol V 最大亚基(NRPEl)的碳末端结构域(C-terminaldomain, CTD)互作(Kanno et al., 2004; Li et al., 2006)。同时,AGO4 也可以与Pol V 转录本互作,进而被招募至对应的染色质区域,推测可能是siRNA和Pol V转录本通过碱基互补配对完成(Wierzbicki et al., 2009)。目前的研究表明至少有两个蛋白质协助RISC 复合体被招募至祀标位点。第一个是KTF1 (Kow domain-containing transcription factor 1 ;也被称为RDM3 或者SPT5-LIKE),与酵母中的转录延伸因子Spt5同源。第二个是IDN1 (involved in de novo 1 ;也称为RDM12),该蛋白含有一个可以结合RNA的XS结构域。通过XS 结构域,IDN2可以结合在有5’端突出的dsRNA。
DRM是RdDM途径负责DNA甲基化建立的主要蛋白。拟南芥屮有两个DRM: DRM1表达量比较低,所以认为可能起的作用比较小;DRM2是负责DNA甲基化建立的主要蛋白(Law andJacobsen, 2010)。RdDM途径负责的DNA甲基化在CG、CHG和CHH三种序列景下都可以进行-,人约|1|拟南芥DNA甲基化的30% (Cokus et al., 2008; Lister et al., 2008)。在拟南芥中的研究表明DDR复合体中的RDM]可以结合AG04和DRM2,进而将它们招募至Pol V的转录区域并对该区域进行甲基化(图1),表明DDR复合体在DRM2被招募至
DRM2靶标位点的过程中起关键作(Gaoetal.,2010)。
3. DNA甲基化的维持
为了保证转座子沉默以及维持细胞类型的一致性,DNA甲基化在机体内建立后需要稳定的DNA 甲基化维持机制(Law and Jacobsen, 2010)。在哺乳动物中,DNA甲基化主要发生在CG位点。哺乳动物的DNA甲基化是由DNMT1来维持的。完全甲基化的DNA在复制后,会产生半甲基化的DNA。UHRF1含有一个SRA结构域(SET/RING-associated domain),通过SRA结构域可以特异性的结合半甲基化的DNA (Arita et al.,2008; Avvakumov et al., 2008; Bostick et al., 2007; Hashimoto et al., 2008; Qian et al., 2008)。UHRFl进一步与DNMT1互作,将其招募至复制叉处对新产生的DNA进行甲基化。UHRF1的突变会导致DNA 甲基化的严重下降(Bostick et al., 2007; Sharif et al., 2007)。LSH1(Lymplioid-specific helicase 1)是染色质重塑因子中SNF2家族中的一个成员。在lsh1突变体中,重复区域和单拷贝基闪均表现出明显的DNA甲基化丢失,表明DNA甲基化的维持还需要染色质重塑因(Dennis et al., 2001; Huang et al.. 2004)。目前LSH l 的具体功能还不清楚,推测可能是与DNMT 1进入染色质有关。
在植物中,CG序列背景下的DNA甲基化维持与哺乳动物中类似(Law and Jacobsen,2010)。哺乳动物中的蛋白在植物中都有对应的同源蛋白。MET1是与DNMT l同源的DNA甲基化转移酶(V ongs et al., 1993)。VIM (Variation in methylation)含有SRA 结构域,与UHRFl同源(Woo et al”2008; Woo et al.,2007)。
在拟南芥中,CHG甲基化土要是由CMT3 (动物中Dnmt3的同源蛋白)和组蛋白H3K9甲基转移酶SUVH (Su(var)3-9) 4/6共同维持。含有SRA的SUVH 4/6识别甲基化的CHG,并对该区域的组蛋白H3K9进行甲基化(Johnson et al., 2007)。CMT3可以结合H3K9和H3K27同时发生甲基化的组蛋白H3.并对对应区域的DNA序列进行甲基化(Lindroth et al., 2004)。综上所述,CHG甲基化与组蛋内H3K9的甲基化组成正反馈调节盾环，相互影响,彼此加强。
4. DNA去甲基化
生物体通过改变一些基因的表达量来达到特定的发育时期或者是响应外界环境的刺激。基因表达量的变化可能会需要某些染色质的表观遗传修饰状态(DNA甲基化和组蛋内修饰)发生改变,其中包括DNA 去甲基化。DMA 去甲基化包枯DNA主动去甲基化和被动去甲基化。DNA主动去甲基化是指一个或者多个参与的不依赖于DNA复制的DNA 去甲基化过程(Gehring et al.,2009; Wu and Zhang. 2010)。
DNA被动去甲基化足指某些维持DNA甲基化的甲基转移酶功能丧失,导致DNA复制之后新生成的一条链甲基化缺失。
在拟南芥中,DME(DEMETER)和ROSl (Repressor of silencing 1)是DNA 糖基化酶家族的基本成员(Choi et al.,2002; Gong et al., 2002)。此外,还有DML2 (DEMETER-like 2)和DML3(Ortega-Galisteo et al., 2008; Penterman et al.,2007)。DME/ROSl 是双功能酶,除了糖基化酶活性还具有裂解酶活性。在拟南芥中,DME/ROS1的DNA糖基化酶活性可以识别并移除DMA双链中的甲基化胞啼啶,并且这种机制对CG、CHG和CHH三种序列背景都起作用(Agius et al., 2006;Gehring et al., 2006; Morales-Ruiz et al., 2006; Ortega-Galisteo et al., 2008; Penterman et al., 2007)。首先,甲基化的胞啼啶通过糖苷键的断裂被释放,产生一个无碱基位点(abasic site;)。然后通过DME/ROS1的无嘧啶裂解酶活性将5’和3’端的磷酸二酯键打断,产生一个单核苷酸缺口。有缺口的DNA接着被未知的DNA聚合酶和DNA连接酶修复,导致DNA甲基化的丢失(Lawand Jacobsen,2010)。在体内,这些基因的突变在一些特定的区域会导致DNA甲基化在CG、CHG和CHH 三种序列背景下都升高(Agius et al., 2006; Gehring et al., 2006; Gong et al., 2002; Lister etal, 2008; Ortega-Galisteo et al., 2008; Penterman et al., 2007; Zhu et al., 2007)。
主要参考文献
Arita, K., Ariyoshi, M.,Tochio, H., Nakamura, Y., and Shirakawa, M. (2008). Recognition of Bird, A. (2002). DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes Dev. 16,6-21. Cokus, S.J., Feng, S., Zhang, X.,Chen, Z.,Merriman, B.,Haudenschild, C.D., Pradhan, S., Nelson,S.F.,Pellegrini, M.,and Jacobsen, S.E. (2008). Shotgun bisulphite sequencing of the Arabidopsis genomereveals DNA methylation patterning. Nature 452,215-219.
Gao,Z.,Liu, H.L.,Daxinger, L”Pontes,O”He,X_,Qian,W., Lin, H.,Xie, M.,Lorkovic, Z.J.,and Zhang, S et al. (2010). An RNA polymerase 11- and AG04-associated protein acts in RNA-directed DNA methylation. Nature 465,106-109.
hemi-methylated DNA by the SRA protein UHRFl by a base-flipping mechanism. Nature 455,818-821.
Henderson, I.R”and Jacobsen, S.E. (2007). Epigenetic inheritance in plants. Nature 447,418-424. Jenuwein, T.,and Allis, C.D. (2001). Translating the histone code. Science 293, 1074-1080. Kasschau, K.D., Fahlgren, N.,Chapman, E.J.,Sullivan, C.M., Cumbie, J.S., Givan, S.A., and Carrington, J.C.(2007). Genome-wide profiling and analysis of Arabidopsis siRNAs. PLoS Biol. 5, e57.
Law, J.A., and Jacobsen, S.E. (2010). Establishing, maintaining and modifying DNA methylation patterns inplants and animals. Nat. Rev. Genet 11,204-220.
Law, J.A., Ausin, I.,Johnson, L.M.,Vashisht, A.A., Zhu, J.K., Wohlschlegel, J.A., and Jacobsen, S.E. (2010).A protein complex required for polymerase V transcripts and RNA- directed DNA methylation inArabidopsis. Curr. Biol. 20,951-956.
Suzuki, M.M., and Bird,A. (2008). DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics.Nat. Rev. Genet. 9,465-476.
Wierzbicki,AT., Haag, J.R., and Pikaard, C.S. (2008). Noncoding transcription by RNA
polymerase PolIVb/Pol V mediates transcriptional silencing of overlapping and adjacent genes. Cell 135,635-648.
Zhong, X., Hale, C.J., Law,J.A., Johnson, L.M., Feng, S.,Tu, A., and Jacobsen, S.E. (2012). DDR complex facilitates global association of RNA polymerase V to promoters and evolutionarily young transposons.Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 870-875.
7.3.1地球上生命的起源 教学目标 【知识与能力】 1.关注生命起源的不同观点。 2.描述地球生命起源的过程。 【过程与方法】 1.培养学生运用证据进行推测的科学方法。 2.通过不同观点的介绍，培养学生的开放性和发散性思维。 3.培养学生自主学习能力和团体协作能力。 4.培养学生收集资料，分析问题的能力。 【情感态度价值观】 1.通过对地球生命起源的探讨，培养求知和敢于怀疑的品质。 2.在课堂渗透无神论的世界观，进行热爱生命的教育。 教学重难点 【教学重点】 1.关注关于生命起源的不同观点。 2.米勒实验。 3.“化学起源说”中关于生命起源的过程。 【教学难点】 米勒实验。 课前准备 课件等。 教学过程 情境导入 [课件展示]世界各地关于生命起源的神话传说。盘古开天、女娲造人、《圣经》片段《创世纪》等。 提问：最早人们认为生命是怎么起源的？不同民族不同地区都有自己的创世神话，这些神话的共同点是什么？你们相信这些神话吗？为什么？ 讲授：基督教在西方占统治地位以后，神创论成为神圣不可侵犯的教条，这在一定程度上阻碍了人们对生命的起源的探索。 学生聆听、观看，感受悠远而神秘的氛围，并想象原始的地球。 学生回答问题，大胆解释其中的内容。 讲授新课 一、原始地球的形成 地质学研究表明，地球大约是在46亿年前形成。 提问：46亿年前地球上的环境是怎样的呢？ [播放视频]《原始地球环境》。 组织小组间交流：这样的原始地球环境中，生命是如何产生的呢？
引申提问：生命起源的物质基础是什么？能量条件是什么？原始生命诞生的场所在哪儿？ 1.学生观看视频，打开思维的阀门进行想象，用自己的生动语言描述想象中的地球。 2.教师指导学生在小组内交流整理课前收集的人类对生命起源问题的认识，如自然发生说、宇生说、热泉生态系统说、宇宙大爆炸、星云假说等。 二、米勒实验 讲授：科学家提出了这样的猜想：在紫外线、闪电、热能和宇宙射线的激发下，原始大气的主要成分氨、氢气、甲烷、硫化氢和水蒸气等相互作用形成有机小分子。 提问：科学家的猜想是否正确？在原始地球条件下能够生成有机小分子吗？如何验证？[课件展示]米勒实验。 提问：米勒实验装置各部分分别模拟什么？ 讲授：1周后，在装置底部实验瓶的水溶液中，发现了多种有机小分子，其中有些是组成生命物质的必要成分。 提问：从米勒实验结果可以得出什么结论？ 观察米勒实验的装置，分析实验设计的原理和结果，根据老师提供的资料，进行合理的逻辑推理，让自己的逻辑推理能力更深入些。 在全班交流成果，使得问题的解决更加完善。 回答：水蒸气、氢、氨、硫化氢和甲烷等混合气体模拟原始大气；沸水模拟原始海洋；电极模拟闪电和辐射等环境条件；冷凝器模拟降雨等。 回答：在原始地球条件下能够生成有机小分子。 三、生命起源学说 讲授：科学家进一步推测，有机小分子随着雨水汇入原始海洋，经长期演变，最终形成简单的原始生命形式。 提问：1976年，我国吉林地区曾发生了一场罕见的陨石雨，科学家们在陨石表面发现了多种有机小分子物质，你以此能得出怎样的推测结论？ 阅读：海洋化学起源学说。 提问：科学家的推测是否正确？在原始海洋能够形成原始生命吗？如何验证？ 讲授：我国的科研成果展示。(人工合成结晶牛胰岛素、转运RNA等) 提问：这些研究成果说明了什么？ 讲授：所有的生物都有一个共同点——体内都含有蛋白质和核酸。蛋白质和核酸是构成生命有机体的基本素材。 设问：有了基本材料在实验室里是否就可以制造出原始生命呢？ 学生聆听、思考并回答：地球原始生命可能从外星球起源。 学生总结归纳：生命是复杂的，生命的起源的问题还需要我们进一步去探索。 四、反馈练习 分析：腐肉生蛆。 提问：有人根据自己的观察提出一些新的见解，勇于对“神创论”提出挑战，比如善于观察的人们看到腐肉生蛆、枯草化萤、青蛙从淤泥中跳了出来、臭水沟里突然出现了老鼠等，便提出了自然发生论，认为生命是由无生命物质自然产生的，在较短的时间内可以完成，甚至可以自然产生。 提问：你们是否赞同自然发生论？ 分析：巴斯德的“鹅颈烧瓶”实验。(出示实验装置图片) 提问：你能解释实验现象吗？ 提问：如果不加热肉汤是否会变质？为什么？有无对照？还可以怎样设计对照？ 讲授：直到20世纪60年代，在伦敦的一个研究所中，还一直保存着19世纪后期为否定自
现代生物技术研究进展 luojuan 摘要：生物技术是21世纪最具有发展前景和活力的学科，世界各国都将生物技术视为一项高新技术，生物技术在相关领域中的应用也成为应用技术研究中的热点。生物技术又叫生物工程，是综合运用生物学、细胞生物学、微生物学、生物化学等基础科学和生化工程等原理和技术而形成的一门综合性的科学技术。 关键词：现代生物技术细胞工程酶工程发酵工程基因工程蛋白质工程研究进展 一、现代生物技术概述[1] 生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术主要是自然发酵技术和自然杂交育种技术。现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。现代生物技术主要包括：细胞工程、酶工程、发酵工程、基因工程、蛋白质工程。 二、细胞工程研究进展[2] 细胞工程的概念及其基本操作细胞工程属于广义的遗传工程,是将一种生物细胞中携带的全套遗传信息的基因或染色体整个导入另一种生物细胞,从而改变细胞的遗传性,创造新的生物类型。它包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。 近年来，在该领域的研究最引人注目的是细胞融合技术和细胞杂交，并取得一些突破性研究进展。应用细胞融合技术可以培育新型生物物种。可实现种间育种。 1975年英国科学家研制成功了淋巴细胞杂交瘤技术，由此技术获得的单克隆抗体很快应用于临床实践，被称为20世纪80年代的“生物导弹”。目前单克隆抗体技术已用于治疗诊断癌症、艾滋病等多种疑难疾病，及快熟诊断人类、动物和农作物病害等方面，成为细胞工程在医学上最重要的成就之一。 日本秋田生物技术公司和遗传资源开发利用中心联合采用细胞工程的原生质体突变，将“秋田小町”稻育成“新秋田小町”新品种。该稻试种过程中，产量大大提高，取得了明显的经济效益。我国科学家利用细胞工程的原生质体育种在世界上首创了食用菌属间原生质体杂交。这种属间杂交新品种，既有香菇的独特香味和优良品质，又有平菇的高产量、生长周期短、易栽培、抗逆性强等特性。 随着细胞工程技术的不断发展，植物细胞和组织培养这一细胞工程技术也无例外地得到发展，目前已在许多植物上，特别是在农林生产实践中得到了广泛应用。尤其在林木优良品种和无性系的快速繁殖方面进展较快。 细胞工程已成为当代社会经济重要支柱性技术之一。 三、酶工程的研究进展[3] 酶工程就是在一定的生物反应装置中，利用酶的催化功能，将相应的原料转化成有用物质的一门技术。 化学酶工程又称初级酶工程，主要由酶学与化学工程技术相互结合而形成。在开发自然酶制剂方面，大规模生产和应用的商品酶只有数十种，如水解酶、凝乳酶、果胶酶等。在食品工业中的应用主要是淀粉加工，其次是乳品加工、果汁加工、食品烘烤及啤酒发酵；在轻化工业中的应用主要包括洗涤剂制造、毛皮工业、明胶制造、胶原纤维制造、牙膏和化妆品的生产、造纸、废水废物处理和饲料加工等；在能源开发上的应用主要是利用微生物或酶工程技术从生物体中生产燃料，也可利用微生物作为石油勘探、二
生命科学研究进展 尹强 (江西农业大学理学院，江西南昌，330045) 现代生物技术已进入商品生产的激烈竞争阶段。据在京举行的关于“分子生物学进展”方面的学术报告会透露，美国科学院的院报中，每月的生物论文10倍于数理化天地论文的发表数量。这个数字显示了在当代人们对生命科学发展的重视程度。同样，在商品生产领域也表现出了同样的趋势。如在运用现代生物技术的遗传工程方面，美国每年在该领域投入的研究经费高达100多亿美元，有200多家大生物技术公司从事有关方面产品商品开发，已生产出了多种生物制品。在市场上出售的有人生长激素、胰岛素、调节血压的人肾素，还有乙型肝炎疫苗；可使肿瘤枯萎的生物技术药物已进入临床试验。美国利用遗传工程正在研制生物制品的还有多种，如具有抗癌作用的肿瘤坏死素、能溶解血栓的组织纤维蛋白溶酶活化剂及多种免疫系统调节制剂．科学工作者还正在研制艾滋病疫苗。在现阶段的动物试验中，这种疫苗已使老鼠体内产生了艾滋病抗体，并开始在人体上进行试验。 日本在生物技术方面的研发也不甘落后，该国的科学家把生物技术看成是使日本的技术在2l世纪处于世界领先地位的跳板。日本引进美国的生物技术，派出大量人员去美国学习，同时鼓励本国的科研。日本已研制出促进红细胞形成的血细胞生成素，可用于治疗肾脏疾病。 西欧各国在生物技术方面起步较慢，但在现代制药工业中生物技术却异军突起。他们在单克隆抗体和特异蛋白分子的生产方面处于世界领先地位。一些老企业也利用生物技术生产各种高效酶制剂，用于食品加工和废物处理。还有，他们在细胞融合领域也取得了重要进展，如番茄马铃薯的育成。在开发这类细胞融合技术产品时，除在产品实践方面有所突破外，还在育种理论上有新发现。如他们在研究报告中指出，利用细胞融合技术最有前途的是近亲植物细胞融合，它对提高品种质量效果明显。 俄罗斯生物技术研究也日趋活跃，他们在前苏联时期的研究基础上，先将遗传工程的重点放在农业方面，力图培育出“早熟、高产、营养丰富、能在贫瘠土地上生长的农作物。俄罗斯科学家还存分子生物学和医学生物技术方面进行了卓有成效的研究，在研究离子载体如何穿过细胞膜方面有突破性进展，了解这一点将使人们揭开细胞维持恒定状态的奥秘。 我国在现代生物技术开发方面虽然起步较晚，但发展迅速，在某些项目上已跻身于世界先进行列，引起了国际同行的关注。如存生物医学工程领域的人工器官，新华医院和上海第一结核病防治院共同研制的聚丙烯中空纤维人工肺已在全国推广应用，仅新华医院一家就用了300多例。过去不用人工肺死亡率达50％，现在应用新的人工肺，深低温手术无一例死亡，达到了国际先进水平。上海胸外医院、新华医院、人体代用材料研究所研制的人造血管、膨体心脏修补片已达到国际20世纪80年代水平。特别应提到的是，我周在转基因抗病虫害作物、生物大分子的合成及克隆生物领域取得的成果亦是颇多。我国还参与了人类基因组测序工作，说明我国在该领域占有一席之地。我们还必须进一步加强该领域的研究工作，以缩小与发达国家在生物技术研究开发方面的差距。 1 我国研制成功第二代人造血 查新报告显示，我国第一代人造血在临床应用中，已成功地抢救了400多名伤病员。研究第二代人造血的科研人员，在历时4年的探索中对氟碳人造血的合成、乳化、毒理以及药效等方面做了不少改进，储存期从半年延长到1.5年；它在血管中的半衰期也从原来的10 h延长到19.8h。这将更有利于患者恢复健康。人造血是国际生命科学界，特别是医学界关注的热门课题。第二代人造血是我国上海有机化学研究所、上海劳动卫生职业病防治研究所的科学工作者研制的。对第
RNA干涉及其应用 摘要 RNA干涉（RNAi）是将双链导入细胞引起特异基因mRNA降解的一种细胞反应过程.它是转录后基因沉默的一种。RNAi发生过程主要分为3个阶段:起始阶段，扩增阶段，效应阶段。RNAi在生物界中广泛存在.综述RNAi现象的发现、发生机制及其应用,并展望未来的研究. 关键词 RNA干涉 RNA干涉应用 RNA interference and its application Abstract Introduction of double-stranded RNA into cells can induce specific mRNA degradation. This process is called RNA interference(RNAi). It is a kind of post-transcriptional gene silencing. RNAi patlway can be divided into three step: initiation step, amplification step and effector step . RNAi exists in a wide variety of organisms. The discovery , mechanism and application were reviewed in the paper . In addition, the out look of RNAi was introduced . Key words RNA interference application RNA 干涉(RNA interference ,简称RNAi) 是将双链RNA(dsRNA) 导入细胞引起特异基因mRNA 降解的一种细胞反应过程.它是转录后基因沉默(PTGS)的种.1998 年, Fire 等人[1]在利用反义核酸技术来抑制线虫基因表达时意外地发现,由正义和反义RNA 退火形成dsRNA 引起的基因表达抑制要比单独应用正义或反义RNA 强10 倍以上. dsRNA 引起的基因表达抑制不是正义或反义RNA 引起的基因表达抑
论生命科学－人体胚胎干细胞研究 对于生命科学大家早已不陌生，在高中生物课本上就讲过很多关于生物制药、基因工程、蛋白质、酶、抗生素、干扰素等知识。生命科学前沿与人类健康主要研究现在比较前沿的科学，即尚处于研究阶段的科学。现实生活中我们存在很多的无赖，比如：我们眼睁睁的看着亲人朋友的离去却没有任何办法，我们无法摆脱对抗生素的依赖，因此我们就要去寻找更加安全，更加人性化的治疗方法和关键技术的突破！这就是生命科学前沿技术研究要带给人类的。 对于这门课程我有很多感兴趣的地方，由于不能面面俱到，这次主要针对人胚胎干细胞研究发展表达一下自己的看法。 定义：胚胎干细胞是指当受精卵分裂发育成囊胚时内团细胞的细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。一般认为全能性干细胞所应具有的特征如下:（1）来源于一个全能性的细胞群体;（2）具有正常的细胞核型;（3）具永生性，在胚胎状态下能无限制的分裂;（4）培养的细胞株在体外或在畸胎瘤中能自发分化成胚胎外组织和分属所有3种胚层的体细胞。 干细胞的神奇之处在哪里呢？我们都知道，我们100多斤的身体最初其实仅仅是父母共同制造的一个细胞——一个精子进入一个卵子结合而成的受精卵而已。之后一个细胞变成两个细胞，两个变成4个，4个变成8个，在该长眼睛的地方分化成组成眼睛的所有细胞，在该长胳膊的地方分化成组成胳膊的所有细胞。当一个完整的人形成后，组成他身体的绝大部分细胞不再具有分化的能力。无论在体外还是体内环境，胚胎干细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。 现在我们听到最多的就是关于白血病的治疗用到胚胎干细胞，一般白血病患者必须要找到与之相适应的骨髓才能进行移植，现在多数为独生子女，而两个不相干的人骨髓相配的概率几乎为十万分之一，所以这时就产生了麻烦。如果当初婴儿出生时就预留脐带血，医院给每个人都建立一个胚胎干细胞库，那么今后一旦得这种病就可直接从中提取自己的干细胞，经过组织培养分化成造血干细胞，然后移植到患者体内，这样就可避免发生排斥，治疗这些并就不是什么麻烦了。其实胚胎干细胞的应用并不只是局限在此，还有治疗帕金森病疾病，像中风、心率不齐、心肌梗塞、视网膜、糖尿病、肝功能不齐，还有关节炎等等这些疾病。人类胚胎干细胞也可以分化为滋养层细胞、神经细胞、神经胶质细胞、造血细胞、心肌细胞等，所以其医学应用领域前景重大。 胚胎干细胞移植最大的好处就是避免发生排斥反应，但是成体干细胞却不如胚胎干细胞。从骨髓中提取的干细胞能够分化成原始细胞，如骨髓组织细胞，直至生长成所需要的其他组织或器官。结果是，骨髓干细胞起初分化顺利，但最终并没有分化成原始细胞，却产生了奇怪的类似人体肿瘤的细胞。虽然胚胎干细胞用途很多，但它的分离，纯化却有很大难度。我们在分离干细胞之前，也就是在这些细胞进行分化之前就把它们从内细胞团里面分离出来，然后放到培养机里面进行培养，其实这完全是一个骗局，就是我们把细胞从内细胞团习以为常的微环境里面提取出来放在培养机里，培养机里放了许多的物质，让这些细胞以为它们其实还是在它们原先的位置，还是在内细胞团里，因此这完全是一个骗局，那些细胞它们以为它们依然在细胞团里面，因此它他们继续在等待信号让它们进行下一步的分裂，当然除了让它们分离以外，还可以运用一些技术阻止这些细胞
生物生命的起源1 周次周课时总课时数授课日期课题第一节生命的起源课型新授学习目标1、描述生命起源的化学过程。2、关注生命的起源，培养生物进化的观念。重点难点1、述生命起源的化学过程。2、激发学生对生命科学发展的关注和兴趣。教学过程【基础梳理】⒈地球上的原始生命是由____________经过________过程演变而来的。⒉原始大气的成分有______、_______、______、______、_________等不过没有________。⒊原始海洋是由_____变成________，然后越积越多变成的。它是__________诞生的摇篮。⒋_______ →_______→_____ →→______________。5.1965处我国科学家利用_________成功合成_________。1981，我国科学家利用简单的有机物合成_________。它能证明生命起源的_________阶段。【合作探究】1、地球产生的年代？2、早期地球的状况如何？3、原始大气与现在大气有何不同？4、原始生命起源于何处？5、生命起源的化学进化过程分为哪几个阶段？【知识点突破】1、原始大气的成分。2、化学进化阶段及变化。（简单到复杂、水声到路生、低等到高等）3、原始生命诞生历程。（无机物、有机物、原1 ————来源网络整理，仅供供参考
始生命）【基础检测】[阶段性检测一]1、原始生命形成的场所是（）a海洋b原始森林c原始陆地d原始海洋2、原始大气与现在的大气相比，没有的气体是（）a氨气b甲烷c氧气d水蒸气3、米勒和其他学者的实验说明的是（）a原始地球能形成原始生命b 原始地球能形成构成生物体的有机物c生命起源于原始大气d紫外线等自然条件的长期作用形成原始生命4、从生命起源的过程看，组成生命体最重要的物质是（）a水b蛋白质c蛋白质、核酸d氨基酸5、在生命起源的化学进化过程中不在原始海洋中形成的是a有机小分子物质b有机大分子物质c单细胞生物d原始生命[阶段性测验二]6、阅读课本5页实验过程，分析实验现象与结论。小组合作完成1）、在米勒的实验装置中，向密闭的实验装置内通入的气体代表，实验过程中的火花放电，模拟了原始地球的现象。2）、实验装置中的冷凝管可使反应后的气体与水蒸气冷却形成液体，这模拟了过程？烧瓶中的暗褐色液体含有成分。3）、该实验中，你认为米勒提出的问题是；作出的假设是；得出的实验结论是。米勒实验为化学进化说中，由形成这一阶段提供了有力证据。学后反思 ————来源网络整理，仅供供参考 2
第一节生命的起源 一、教学目标 知识技能 1．了解生命起源化学进化过程的四个阶段。 2．通过米勒的实验，了解模拟实验的原理和方法了解米勒的实验与结果。 3．了解我国在探索生命起源问题上的重大成就。 过程方法 1．在引导学生阅读教材、整理知识体系的过程中，培养学生的自学能力和分析、归纳问题的能力。 2．让学生在解决问题中掌握获取知识的基本途径和方法。 情感价值 ．通过本节课的学习，使学生了解到地球上的原始生命是由非生命物质逐渐演变来的，生命是物质的，从而对学生进行科学的世界观和宇宙观的教育。 2．通过介绍我国在探索生命起源方面取得的重大成就，对学生进行爱国主义教育。 二、教学重难点 1.生命起源化学进化过程的四个阶段。 2.关于生命起源问题目前仅限于假说和推测， 三、课时安排 1课时 四、教学过程 （一）情境导入 关于生命的起源同学们可能听说过许多不同的传说，大家对这个问题很感兴趣，这也是多年来科学家一直在探索的问题。今天就让我们一起来探究有关生命起源的问题。 （二）学习新课 科学有别于其它认知方式和其它知识体系，就是因为它采用的是实证标准、逻辑论证。所以，科学的推测必须和观察或实验所获得的证据一致，还应该合乎逻辑。科学并不排除想象和联想，但是这些想象和联想应该是基于现有数据的基础上的，并最终还需要过程和实验的证实。〔科学研究思路：事实-------推测---------事实验证 阅读课文第51页，生命起源的假说有哪些理论？
一、神创论：无据可查 二、自然发生说 指导阅读课文，交流讨论科学家如何通过实验否定自然发生说？ 三、宇生论： 分组交流展示 1.证据：表明:： 2.地球外的生命又是如何产生的 四、化学进化论： 原始地球的气候与环境 1.地球什么时候形成？ 看P51原始地球表面想象图，描述原始地球环境 2.原始大气是怎样形成的？ 3.米勒模拟实验 提出问题:原始地球能不能产生原始生命呢？ 实验原理： 实验方法：在米勒模拟实验中，向密闭的实验装置中通入等气体模拟。实验中的火花放电模拟了原始地球的现象。对Ｃ装置中的产物进行分析，发现有生成，此装置模拟了原始地球条件下的。原始大气中无机物合成有机物的能量来自于。 实验表明： 4.化学进化过程 进程1：，在、、自然条件的长期作用下，形成了简单的有机物。 进程2：简单有机物————>有机高分子物质（如蛋白质） 1965年我国科学工作者首次人工合成了一种比较简单的，具有生命活性的蛋白质分子， 1981年，又利用简单的有机物，人工合成了组成生命的另一种重要物质酵母丙氨酸转运核糖核酸，这是一种RNA。 进程3：有机高分子物质————>多分子体系 （阅读课本最后一段）：说明。 进程4：多分子体系——————>原始生命
现代生命科学前沿专期末考试题 考试时间 1月13日14:00~16:00，地点：学院一、二教（如果坐不下再开微格教室），形式：闭卷，拉单桌，不允许携带任何资料。 1.论述当代生命科学五个方面的最新进展（30分） a 神经生物学研究进展:20XX年诺贝尔生理学或医学奖授予了发现构成大脑定位系 统细胞的三位科学家.他们发现在实验动物经过某些特定位置时,位于海马附近内嗅皮质的另一些神经细胞被激活,这些脑区构成一个六边形网络,每个网格细胞在特定的空间图式中起作用.这些网格细胞共同构成一个坐标系,便于实验动物在三维空间的活动.这些研究解决了哲学家和科学家几个世纪来一直争论不休的一个问题,即大脑如何对我们周围空间产生地图,以及如何通过这个系统在复杂的环境中导航的. b.细胞生物学研究进展:20XX年,日本山中伸弥研究小组通过将逆转录病毒介导的Oct4, Sox2, Klf4及c-Myc四个基因转入鼠成纤维母细胞,将成体细胞重编程为具有多分化潜能的干细胞,并将该类干细胞命名为iPS细胞.20XX年, 美国Thomson 实验室，俞君英博士报道了Oct4, Sox2,Nanog及Lin28 四个基因的转染可将人成纤维母细胞重编程为iPS细胞。20XX年4 月, Hanna等将镰刀型红细胞贫血模型小鼠的皮肤成纤维细胞诱导为iPS细胞, 改善了小鼠的贫血症状。20XX年9月, 美国哈佛大学采用iPS技术, 将人类胰腺细胞逆向分化为能分泌胰岛素的B细胞, 成功治愈了糖尿病小鼠。利用这些方法，可以避开伦理学的限制获得具有多能性的细胞,这为发育生物学和医学研究提供了更多可能的应用. c.分子生物学研究进展:以半乳凝素-3为例,研究表明癌症患者血液中半乳凝素-3水平大幅升高.半乳凝素-3参与肿瘤细胞的增殖、粘附、侵袭、克隆存活以及肿瘤血 管生成等过程.而一些半乳凝素-3抑制剂如乳糖基胺,乳糖基亮氨酸,酸碱修饰的柠檬
1. 什么是系统生物学？ 系统生物学是一种典型的多学科交叉研究，它需要生命科学、信息科学、数学、计算机科学等各种学科的共同参与。它是一种整合型大科学，要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）整合在一起进行研究。对于多细胞生物而言，系统生物学就是要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。 系统生物学包括四个方面： 一、系统结构。包括基因，蛋白间关系以及由此得到的基因蛋白网络和生物通路，以及这些相互之间关系所牵涉到的细胞内和细胞外结构的物理特性和机制。 二、系统动力学。可以通过代谢分析，敏感性分析，动力学分析工具比如分叉分析等，以及识别不同行为所内含的机制等分析方法和手段来理解在不同时间点不同条件下系统的行为。 三、系统的控制方法。掌握这些控制细胞处于各种状态的机制，用来模拟系统，能得到治疗疾病的药靶。 四、设计的方法。基于某些设计的原则和模拟方法，可以修正和构造具有所需特性的系统，而不需要盲目地反复实验。 2. 生物芯片技术对于系统生物学的意义？ 生物芯片是多领域相揉合的产物，生物芯片技术涉及电子技术、成像光学、材料学、计算机技术、生物技术等。简单说，生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片技术是系统生物学技术的基本内容。 系统生物学有两个关键技术基础，“组学”数据基础，以及检测和实验技术基础。在检测和实验技术这一方面，生物芯片占有举足轻重的地位。二十世纪末期，生物芯片开始进入大家的视野，它有着传统技术无可比拟的优势：高通量、微型化、自动化。系统生物学需要处理海量的组学数据，如果仅仅依靠传统手段，将举步维艰，借助于芯片技术，将事半功倍。 3. 以某离子通道为例，叙述蛋白结构和功能的测量方法和手段 以BK通道为例，结构测量：首先得到通道的序列，设计引物，通过体外PCR 快速高效的体外扩增该片段，然后连接到合适的载体上导入宿主细胞中进行表达，获得蛋白，通过HPLC进行蛋白分析和分离，将纯化后的蛋白配制成浓溶液，进行晶体生长实验，获得高质量的单晶体后，进行X射线衍射来解析该通道的结构，功能测量：通过量：通过切除部分序列，来测量通道的功能序列，定点突变来确定通道的关键氨基酸。通过特异性药物或毒素与通道的结合相互作用来检测通道的生理活性和功能。 4、有哪些方法可用来确定离子通道生理功能？ （1）电压钳技术 膜对某种离子通透性的变化是膜电位和时间的函数。用玻璃微电极插入细胞内，利用电子学技术施加一跨膜电压并把膜电位固定于某一数值，可以测定该膜电位条件下离子电流随时间变化的动态过程。利用药物使其他离子通道失效，即可测定被研究的某种离子通道的功能性参量
第一节生命的起源 课型：新授课 教学目标 1．知识目标 ①了解生命起源化学进化过程的四个阶段。(重点) ②了解米勒的实验与结果。 ③了解我国在探索生命起源问题上的重大成就。 2.能力目标 ①在引导学生阅读教材、整理知识体系的过程中，培养学生的自学能力和分析、归纳问题的能力。（难 点） ②让学生在解决问题中掌握获取知识的基本途径和方法。 3．情感、态度与价值观目标 ①通过本节课的学习，使学生了解到地球上的原始生命是由非生命物质逐渐演变来的，生命是物质的， 从而对学生进行科学的世界观和宇宙观的教育。 ②通过介绍我国在探索生命起源方面取得的重大成就，对学生进行爱国主义教育。 教学重点和难点 1.重点：描述"化学起源说"中关于生命起源的过程、关注生命起源的各种观点。 2.难点：描述"化学起源说"中关于生命起源的过程。 教学方法及学法指导： 教学方法：有关生命起源的问题，一直是人们感兴趣的话题。因此，本节课对于学生的发散思维、求异思维，尊重客观事实、不迷信权威、敢于质疑的思维品质的培养，搭起了一个较好的平台。所以采取以学生为主教师引导的方法教学，其中重点突出学生的主体地位，激发学生科学的探究方法。 学法指导：学生对地球上生命起源的问题比较感兴趣，但对最原始的生命是怎样出现的却不甚清楚。所以，教师应注意多从生活实际出发，通过查阅资料、分析和讨论，培养学生尊重客观事实、不迷信权威、敢于质疑的思维品质，使学生进一步理解、掌握 课前准备： 《生命的起源》课件第一课时；学生课前对本节内容进行预习及生命起源相关内容的资料和图片。 教学过程 教学教师活动学生活动设计意图
环节及时间安排 创设情景激发兴趣3分钟同学们，我们知道地质学研究表明，地球大约 是在46亿年前形成的，那时候地面上火山喷 发、熔岩横流；天空中电闪雷鸣，或赤日炎炎， 与现在的环境迥然不同。那么当时或者几十亿 年前、几亿年前，地球上的生物又是怎样的呢？ 最原始的生命又是怎样出现的呢？关于这些问 题，自古以来就被人们广为关注，人们不断地 去探索和追求，出现了各种各样的争论。随着 科学技术的发展，人们对这个问题的认识也越 来越深入。今天，我们就一起来关注这个热点 ——生命的起源。 激情、质疑 激发兴趣 表述交流 激发学生学习 的兴趣，对生物 课产生好感。 引导探究层层推进20分钟我们首先要讨论最早的生物是如何形成的。 我们是否能接受这一观点。如果生物是由 上帝创造的，上帝又是谁创造的？如果生物不 是上帝创造的，地球上的生物又是从哪里来 的？——古代的人们认为：生物可以从非生命 物质直接转变而来。如腐肉生蛆、腐草化萤、 白石生羊等。 （一）生命起源的化学进化：（看书3—4页） 结合课本示意图讨论分析回答： 1.原始大气的成分有那些？这些物质是从那里 来的？原始大气成分与现在大气成分有什么明 显不同？ 2.原始生命起源的场所是？据你 推测此时地球表面温度应该？（很高；较低） 3.根据课本内容和你收集的资料，你认为原始 曾有一个学说，称为“神 创论”，认为：地球上的所 有生命都是上帝创造的。 上帝最初创造了多少种生 物，地球上现在就有多少 种生物；而且生物之间没 有任何亲缘关系。 学生以小组为单位看书第 3—4页结合课本示意图讨 论分析回答，并找出疑难 问题。 让学生发表自 己的观点，充分
2010年以来的重大生命科学研究进展 摘要生命科学以其固有的特性和规律担负着二十一世纪新兴科学的光荣使命，经过近20年的发展，整个生命科学研究发生了根本变化。生命科学的研究对象和问题与经济社会之间的关系越来越紧密，比如人类健康、农业生产、人类居住环境等。近几年来生命科学发展更是令人瞩目，丹尼索瓦人基因组、用干细胞制造卵子、通过X射线激光解析蛋白质结构、基因组精密工程以及“DNA元素百科全书”计划，五项生命科学研究进展入选2012年《科学》杂志评选的年度十大科学进展。 关键词生命科学进展基因组干细胞 自第一次工业革命开始，科学技术就在人类的发展史上稳稳地占据了重要的地位，科学技术对社会发展影响的加强，能够促进那些与人类自身生活质量和环境改善等密切相关的领域，生命科学以其固有的特性和规律担负着二十一世纪新兴科学的光荣使命，现如今经济科技高速发展，然而人类社会中也产生了或多或少的问题，生命科学则正在以其科学性和人文性为人类社会服务着。 经过近20年的发展，整个生命科学研究发生了根本变化。一方面，随着研究的深入与细化，不断揭示出复杂生命现象背后的分子机制；另一方面，研究趋向于从系统角度认识微观层面。今生命科学基础研究呈现两大特点。随着研究的不断深入，研究的复杂度越来越大、研究周期变长，研究者的分工更加细化，研究者之间的合作和配合增加。比如疾病基因的鉴定，初期的生命科学基础研究主要研究单基因疾病，而现在则集中在多基因复杂疾病。研究难度的加大必然导致研究周期变长——许多重要成果来自于研究者十数年乃至更长时间的 研究积累。生命科学的研究对象和问题与经济社会之间的关系越来越紧密，比如人类健康、农业生产、人类居住环境等。 一、2010年以来世界重大生命科学进展 2012年底，美国《科学》评选了2012年十大科学进展，生命科学研究成果引人注目，其中有五项都是生命科学领域的研究进展，它们分别为丹尼索瓦人基因组、用干细胞制造卵子、通过X射线激光解析蛋白质结构、基因组精密工程以及“DNA元素百科全书”计划。生命科学的研究不只是在2012年才被评选进十大科学进展，2011年我们也可以看到十大科学进展中生命科学的身影，一项艾滋病研究位于榜首，其次人类起源之谜，光合蛋白II，微生物组新发现，重要的疟疾疫苗，清除衰老细胞、马铃薯基因组测序完成等占据了十项重大
生命科学结课作业 姓名任重远 学号20134050313 专业金融学 上课时间3-8周 教师李春奇 2015年4月15日
引言 因为对生命科学感兴趣，所以有幸选择了李春奇老师的生命科学课程，感觉收获良多。随着现代科学技术的飞速发展，社会的进步，人们思想观念的更新，生命科学与我们的生活联系日益紧密，并已融入到我们生活的方方面面，使我们的生活发生着翻天覆地的变化，因“生命科学”这一名词越来越引起人们的重视，有幸在这学期的选修课中聆听生命科学，使我扩充了知识量，开阔了眼界，亲近了自然。 在几次课程中，老师通过展示大量的关于生命科学的视频录像，使我们能正确辨别各类野生动物，了解了动物世界的多样性，以及它们的习性与生存状况。通过课程我们了解了一些野生动物所面临的恶劣环境，糟糕的生存状况，尤其是一些已濒临灭绝的野生动物，它们的凄惨境况唤起了多数同学的责任感与同情心。使我们树立了保护野生动物，保护野生动物栖息地的信念。同时，也展示了很多生命进化，生命诞生的历程，让我们获益匪浅。 生命科学讲座丰富了我们的课程内容，使我了解并学习了生命科学的一系列具体而有较为系统的课题，开阔了我的眼界，扩展了我的知识面，使自己多了解一些生物科学的知识，具备多一种的能力，并用于实践，提升自己对自然，对社会的责任。
1.对生命科学课程的认识 原本只是对生物课程感兴趣，到后来不断地学习，生命科学给了我太多生物上的启发。从生命的起源到生物体相关的物质、能量代谢，以及生长、繁衍，我仿佛又从大学生活回到了那个熟悉的高三。 之前对于生命科学，我脑海里没有完整而且详细的解释，除了在课堂上学到的基本定义：生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学外，我觉得生命科学能够很全面地解释深奥的生命现象，能用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类，因此它与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系。另外，我还从课外书中了解到，生命科学可以分为前生物学时期、古典生物学时期、实验生物学时期以及分子生物学时期。前生物学时期的主要特征是着手对于人类生产、生活密切相关的生物进行形态及其本性的描述和记载。古典生物学时期科学家除了继续对各物种的特性进行描述外，已经逐渐深入到微观的水平。经过归纳和总结，他们提出了一些初步阐明生命科学规律的理论和学说，标志着生命科学正在酝酿一场从感性认识到理性研究的变革。实验生物学时期生物学家已经不再局限于以观察、描述性的手段研究生物体和生命现象，他们还通过一系列的实验设计与操作，迈开了窥视生命奥秘的步伐。分子生物学时期生物学研究深入到细胞和分子的层次，取得一系列辉煌的成就。 不可否认，生命科学是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学之一。它是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学，支配着物理和化学定律同样也适用于生命世界，无须赋予生命物质一种神秘的活力，它本身就奥秘万千，等待着所有人去发掘。对于生命科学的深入了解，无疑也能促进物理、化学、人文等人类其它知识领域的发展。举一个以前从网上看到的例子，比如生命科学中一个世纪性的难题是“智力从何而来？”我们对单一神经元的活动了如指掌，但对数以百亿计的神经元组合成大脑后，如何产生出智力却一无所知。可以说，对人类智力的最大挑战就是如何解释智力本身。对这一问题的逐步深入破解也将会相应地改变人类的知识结构。生命科学的研究不但依赖物理、化学知识，而且依靠后者提供的仪器，如光学和电子显微镜、蛋白质电泳仪、超速离心机、X-射线仪、核磁共振分光计、正电子发射断层扫描仪等等，举不胜举。 研究生命科学的科学家也是由各个学科汇聚而来，学科间的交叉渗透造成了许多前景无限的生长点与新兴学科，我相信生命科学必将成为人类发展不可或缺的领航者。因为任何一门学科的发展，任何一个问题的解决大都是朝着为人类服务的方向走的。孟德尔对遗传基本规律的发现是对人类遗传学知识的重要补充；巴斯德对乳酸杆菌的发现彻底粉碎了自然发生论；近十几年来闹的沸沸扬扬的克隆技术以及人类基因图的绘制更是把基因时代推到了我们面前。我们不能否认，同时更应该承认：生命学科的发展不仅让我们能够更好地认识自身和周围的动植物，而且为人类开发利用各种生物资源和改善、掌握自己的生命状态提供了基础。在我们的生活中，生命科学是无处不在的---我们食用的酸奶，各种转基因蔬果，医生所使用的药物等等。它改善了我们的生活方式，帮助人类应付种种
生命科学研究进展报告会心得 通过对生命科学进展这门学科几天的学习，我对新世纪的生命科学的发展和研究动态有了大致的了解。生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。 生命科学这门学科的研究对象：最简单的生命（病毒）到最复杂的生物（如人类）在内的各种动物、植物和微生物等生命物质的结构和功能，它们各自发生和发展的规律，生物之间以及生物与环境之间的相互关系；以及为什么要学习生命科学：是自然科学发展的需要，是生命科学自身发展的需要，是提高科学素养和弘扬科学精神的需要，是人类社会可持续发展的需要。通过几天的学习，我对最基本的生命现象和有关生命科学的基础定律等有了一定的认识和了解。在这过程中，我感叹神奇的大自然造就了多姿多彩的生命形态，生命进化过程中形成了各种令人叹服的复杂的功能器官和组织，各种各样的生物体之间在长期演化中形成的各种生物链和依存、竞争关系，我们的地球因为这些生命的存在而独一无二。在本次听课的过程中，我对水稻的生长过程产生了浓厚的兴趣，也对水稻在生长过程中易患疾病的种类、现象及原因都有了一定的了解。 随着现代生物学研究水平的不断深入，不仅仅需要先进的仪器设备和技术，也需要其他学科领域知识的交叉渗透，以解决越来越多样化的问题。现在生物学的研究逐渐深入，遇到的问题也更加复杂化，单靠本学科的知识和研究方式去研究，将会逐渐暴露出极大的弊病，限制生物科学的发展。只有加强学科间的交流与合作，大力发展生物交叉学科，才能推动生物科学走向另一个发展的飞跃。比如，化学与生物学科的相互促进可谓来源渊远，自实验生物学阶段开始，化学都在生物学研究的发展里起着重要的主导作用。一直以来，生物科学的发展都是随着化学的发展不断取得进展的。进入分子生物学阶段后，化学与生物学的相互渗透将会进一步发展和多样化，化学将在指导生命现象，蛋白质谱系和基因组的研究中，发挥越来越大的作用。任何一门学科都不应当是孤立地研究，而是应该与其他任何相关的知识联系在一起。只有做到与其他学科的交流合作与共同促进，才能达到这一目的。生物交叉科学，在未来将对生物科学，以至于人类的发展，发挥越来越大的作用。 通过本门课程的学习，使我们加深理解生物科学研究在国民经济、人类生存环境、资源合理利用和开发中的低位和作用，加强我们对生物科学前瞻性的认识。我们比较全面和深入地了解了生物科学最新的研究进展，发展方向和应用前景，开放了我们视野，拓宽知识，明确职责，积极主动投身生物科学研究行列。
《现代生命科学基础》基因的奥秘专题测试题答案 一、填空题（每空1 分，共计9 分） 1、孟德尔认为生物的一对相对性状是由一对 遗传因子 控制的。现代遗传学 认为它就是染色体上的 基因 。 2、摩尔根果蝇眼色实验的一个重要意义就是人类第一次将一个特定的基因与 一条特定的染色体（即 X 染色体） 联系在一起。 3、双链DNA分子与 组蛋白 结合形成高级复杂的染色体。 4、基因表达过程实质上是遗传信息的流动过程，其流动方向总是从DNA到 RNA 再到 蛋白质 。 5、镰刀型贫血症的病因是 基因发生点突变 。 6、遗传病是指受精卵或 受精卵 的遗传物质发生改变而引起的疾病。 二、判断题（每小题1分，共计5分） 1、细胞每分裂一次，其内的染色体复制一次。DNA 的复制机制是半保留复制。 （ √ ） 2、生物体内不会自发产生基因重组。（ X ） 3、目前治疗遗传疾病的根本方法是基因治疗。（ √ ） 4、真核生物基因的结构中最基本的结构为启动子、终止子、外显子、内含子。 （ √ ） 5、生物的性别只能由染色体和基因决定，环境对性别无影响。（ X ） 三、除染色体外，细胞内还有哪几类DNA？各自有何特点？ 答：除染色体以外，细胞内还有这样几种DNA： 1、线粒体DNA。它存在于线粒体中，是一种环状的，裸露的双链DNA，所编码 的蛋白质只用于自身的生理活动需要，绝对不往外输送蛋白质。 2、叶绿体DNA。它存在于叶绿体中。其余特点与线粒体DNA 一样。 3、质粒DNA。是细菌染色体以外的环状分子，数量多。质粒上有抗生素的抗性 基因，是一种可移动的遗传因子。可以将其一部分DNA 整合到染色体上，因此，质粒成为基因工程中的常用载体。
第三章生物的进化 第一节地球上生命的起源 教学目标 1.能够描述“化学起源说”中关于生命起源的过程； 2.关注生命起源的不同观点，以及新的研究进展； 3.解释米勒实验的设计原理及结果，锻炼运用证据和逻辑进行分析和推测的能力； 教学重点和难点 1.重点：描述“化学起源说”中关于生命起源的过程、关注生命起源的各种观点。 2.难点：描述“化学起源说”中关于生命起源的过程。 课前准备 1.有关宇宙起源、星系形成和生命起源假说的视频资料 2.学生课前通过阅读科普书籍了解生命起源的各种观点 教学设计 教学过程设计 教师：（通过图片展示广袤的宇宙、绚丽的银河、灿烂的太阳系行星、蔚蓝的地球……）广袤宇宙有无数的星体，然而只有我们蔚蓝的地球母亲孕育了千姿百态的生命。这些生命是怎样来到这地球上的呢？ 关于这个问题，我们的祖先曾经有这样的传说。——“俗说天地开辟，未有人民，女娲
抟黄土作人。剧务，力不暇供，乃引绳于泥中，举以为人。故富贵者，黄土人；贫贱者，引绳人也。”（引自《太平御览》卷七八） 哪位同学为大家解释一下？ 学生：说开天辟地以来，地球上本没有人，女娲用黄土捏泥人。 教师：很好，那么什么叫“剧务”，又什么是“引绳于泥中，举以为人”呢？ 学生：大概是太劳累了，就用绳子浸在泥里，再举起来，甩出的泥点变成人。 教师：看来我们的同学们知识很渊博呀，那么，今天的科学家们对生命起源又有什么见解呢？ （按照事先抽签的顺序进行小组发言。下面是发言的提纲，真正发言中不仅有形象生动的事例，还配合了教师提供的录像。） 小组1：我们小组负责介绍“宇宙起源”这部分内容。根据“宇宙大爆炸”的理论(这是目前一般接受的学说)，150亿年前宇宙发生了大爆炸，爆炸喷射出了由氢和氦组成的星云，星云旋转运动着，并且缓慢地收缩，逐渐形成了一个密度较大的实体。由于收缩时磨擦产生的热量，温度继续上升，直到在高温下发生热核反应，释放出巨大的能量，这时就形成了一颗恒星。在恒星周围还有大量的气体和尘埃，它们彼此吸引、碰撞而聚合成为小的团块。这就是行星的形成。 小组2：我们小组来介绍原始地球的情况：根据第一小组介绍的宇宙爆炸的理论，地球逐渐收缩过程中温度很高，所以当地球表层温度逐渐下降时就表现为频繁的火山活动。火山喷发出的气体，形成了大气层。这个大气层不同于现在地球的大气层，它是没有氧气、氮气的，但有很多的水蒸汽。随着地球表面温度降低，大气层中的水蒸汽冷却形成雨水降落到地面上，雨水在地壳下陷及低落处聚集而成原始的海洋。原始海洋盐分很低，但溶解了大量的甲烷等火山喷发出的物质。 小组3：我们组负责汇报“米勒实验”：1953年，斯坦利·米勒在玻璃仪器里模拟原始地球条件进行了一项试验：（用动画展示实验仪器）。一个星期后他检测出很多简单的有机物，包括氰化氢、尿素，最重要的是：米勒还在他的产品中发现了甘氨酸和丙氨酸，这是所有氨基酸中最简单的，也是在各种蛋白质中最常见的。 小组4：我们汇报“其它生物学家的研究”：米勒试验结果公布后，许多生物学家便也开始进行同样的实验，他们都证实了米勒的实验。到1968年，蛋白质结构中的每一种重要的氨基酸，都用这样的实验制成了。美籍西班牙生物化学家胡安·奥罗于1961年和1962年实验生成了嘌呤、核糖和脱氧核糖，这是DNA和RNA的组成成分。1967年波南帕鲁玛又合成了一种属于“卟啉”类的分子，而绿色植物中极重要的叶绿素分子也属于卟啉类。至此，人们已经不怀疑生命所必需的所有化学物质，都可以在早期地球的海洋中被制造出来。 小组5：我们汇报的题目是“从有机物到原始生命”：当科学家通过实验认定原始地球可以形成简单有机物，就推断经过漫长的时间，这些简单有机物就可能形成脂肪、蛋白质、核酸等复杂的有机物。他们浸泡在原始海洋中，可能形成小泡。假如小泡中恰好包住了蛋白质、核酸及其它物质的适当混合物，就可能形成类似原核细胞的结构。但是这些过程完全都是推测，有些科学家做了相关的实验，如奥巴林的“微球体”实验和福克斯的“类蛋白质”实验，但在实验设计中都还有疑点。所以，关于有机物如何形成生命的，现在还没有人能说明白。 小组6：我们汇报的内容是“宇宙中的生命”：首先，类似太阳的恒星在银河系内1000亿颗，其中单星大约是400亿颗。假定所有单星都带有行星，还要行星到恒星的距离恰到好处、有水存在、与地球有类似的化学组成。计算表明，在上述400亿颗单星中，充其量也只有100万颗的周围有能使生命进化到高级阶段的行星。不过每颗行星上的生命应当处于不同的进化阶段。经过科学家计算，能够进化到高科技水平，并能发射无线电波的行星，大概只