A. 我想知道分子生物學領域最新研究成果
這個問題太大了。給你點線索吧,現在比較熱的是表觀遺傳方面的研究,比如蛋白的乙醯化,基因的甲基化調控等
B. 生物植物基因工程 目前研究重點、方向、及最新成果
(1)病毒外殼蛋白(coat protein, CP)基因:在植物中表達病毒外殼蛋白基因可以阻止病毒的侵染或症狀的產生。
病毒外殼蛋白的抗性機理:一種假說認為,當入侵病毒的裸露核酸進入植物細胞後,它們立即被細胞中的自由CP所重新包裹,從而阻止了入侵病毒核酸的翻譯和復制。在離體條件下,附加自由CP能夠抑制末裝配病毒的翻譯的實驗結果支持了上述假說;另一假說認為,抗性機制是在CP水平上抑制病毒脫殼,此說法最有力的證據是轉基因植株可抗完整病毒的侵染.但不能抵禦裸露病毒RNA的入侵;還有一種觀點認為病毒外殼蛋白的抗性機制不是外殼蛋白在起作用,而可能是它的RNA轉錄物與入侵病毒RNA之間的相互作用
(2)病毒復制酶基因:RNA病毒(如煙草花葉病毒)的復制酶是依賴於RNA的RNA聚合酶。病毒復制酶一般是在病毒核酸進入寄主細胞並結合到寄主核糖體之後形成的。在植物中表達不完整的病毒復制酶基因可以顯著提高植物對病毒的抗性,作用機制還不十分清楚,可能與基因轉錄後沉默有關。
下面是文獻:
植物抗病毒基因工程
植物病毒病難以防治已成為植物界的「癌症」,給全球農業生產造成巨大的損失。有效地防治植物病毒病,減少經濟損失,滿足日益增長的世界人口需求。是農業生產當務之急。病毒分子生物學,植物基因工程的迅速發展,為篩選培育抗病、優質、豐產的新植物開辟了廣闊的前景。自1986年,全球范圍內興起了多種利用分子生物學及基因工程研究成果防治植物病毒病害的策略,並成功地培育篩選出多種抗病毒的工程植物。
1.病毒外殼蛋白介導的基因工程抗病性
外殼蛋白是形成病毒顆粒的結構蛋白,它的功能是將病毒基因組核酸包被起來,保護核酸;與宿主互相識別,決定宿主范圍;參與病毒的長距離運輸等。1986年,美國的Beachy實驗室的Powell-Abel等第一次將煙草花葉病毒外殼蛋白(TMV-Cp)基因插入修飾過的農桿菌質粒中,並置於花椰菜花葉病毒(CaMV)35S啟動子下,經農桿菌侵染而將TMV-Cp基因轉入煙草,並在煙草中表達TMV-Cp,分子生物學檢測表明TMV-Cp基因已整合到煙草的基因組中,並能穩定地遺傳給子代,在轉基因煙草中TMV-Cp表達量占葉蛋白0.1%左右。攻毒試驗表明:轉基因煙草能夠抑制TMV的復制,在一定程度上降低或阻止TMV的系統侵染;並延遲發病12~30天。這一突破性的研究成果標志著植物抗病毒基因工程的誕生。自此科學家繼續用黃瓜花葉病毒(CMV),馬鈴薯病毒X和Y,大豆花葉病毒(SMV),苜蓿花葉病毒(AiMV)等病毒的外殼蛋白基因導入植物體後,均得到類似的實驗結果,使轉基因植物獲得對該病毒的抗性。至今世界各地科學家已在15個病毒組中的30多種病毒中,證實了由病毒外殼蛋白介導的抗病性,許多抗性工程植物相繼進入大田試驗。目前認為外殼蛋白介導的抗病性是比較成熟的植物抗病毒基因工程策略,有人認為其機制是外殼蛋白在轉基因植物中的積累干擾了病毒脫衣殼,從而抑制了病毒在植物體中的復制,轉運與積累,但許多實驗結果預示其機制的復雜性。
2.復制酶介導的抗病性
復制酶即特異性依賴於病毒RNA的RNA多聚酶。是病毒基因組編碼的自身復制不可缺少的部分,特異地合成病毒的正負鏈RNA。1990年Golemboski等報道他們將TMVU1株編碼的復制酶的一部分基因序列,即54kD蛋白基因轉入煙草中得到的工程植株用很高濃度的TMVU1(500μg/mL)及TMV RNA(300μg/mL)接種時,均表現出很高的抗性,比一般轉外殼蛋白基因的植物介導的植物抗病性高得多。後來豌豆早枯病毒54kD的蛋白基因和CMVFny RNA2編碼的切去活性中心部位GDD(Gly-Asp-Asp)的復制酶部分基因片段轉入煙草,均獲得了高抗的工程植物。此外在馬鈴薯病毒X和Y中也報道了同樣成功的研究結果。轉入的這些基因均為切除了復制酶活性中心部位GDD核苷酸序列,大多數人認為表達的這些不穩定蛋白產物會干擾病毒復制過程中復制酶復合體的形成及其功能的行使,從而使工程植株具有抗病性。復制酶策略很有應用前景。
3.衛星RNA介導的抗病性
衛星RNA是獨立於病毒基因組之外,依賴於其輔助病毒復制的小分子RNA,是病毒分子寄生物。我國田波實驗室自1981年首次在國際上開展了利用衛星RNA防治病毒病害的研究工作,結果表明黃瓜花葉病毒(CMV)衛星RNA作為生物防治因子能有效地防治由強毒株系CMV引起的嚴重病害。1986年英國Baulcombe等首次將CMV I-17N衛星 RNA以雙聯體基因形式轉入煙草,並得到抗CMV的工程植物。此後陸續將煙草環斑病毒和CMV的衛星RNA轉入煙草和番茄中並得到抗病植株。一般認為由衛星RNA介導的抗病機制是衛星RNA與病毒RNA競爭復制酶,從而干擾病毒基因組的復制,使表達衛星RNA工程植株得到保護。因具衛星RNA的病毒數量很少,使衛星RNA介導的抗病性的應用受到限制。
4.反義RNA和核酶策略
反義RNA對基因表達具有一定的抑製作用,尤其在細菌中,與轉錄起始區互補的反義RNA最為有效。在真核生物中,與3′-末端序列互補的反義RNA有一定的抑製作用。Baulcombe等1987年和Cuozzo等1988年分別得到煙草環斑病毒的4個基因組RNA的反義序列和CMV-Cp反義序列的轉基因植株。轉基因工程株未獲得對病毒的抗性或只表現微弱的抗性。Day等1991和Lindo等1992分別在雙生病毒番茄金黃葉病毒和煙草蝕紋病毒上得到轉反義RNA的抗性煙草。
核酶是一種高效特異的RNA內切酶,其結構包括一個幾乎完全相同的17個高度保守核苷酸序列,其中有3對鹼基配對形成的莖和環結構,整個結構很象一個錘頭,具自我切割的活性,錘頭結構是自身切割活性的結構基礎。只要已知某一RNA的序列,就可以設計出用於不同目的核酶進行特異地切割。因為植物病毒大多數是RNA病毒,並且許多已被測序,可以設計出特定的核酶,切割病毒RNA基因,從而破壞其生存的功能,達到抗病毒的目的。目前由核酶介導的抗病毒策略也成功的報道。但是也存在一定的危險性,核酶也有可能將生物體內的有用的RNA作為耙子進行切割,破壞正常細胞的生理功能。以反義RNA和核酶介導的抗性還有待於進一步的研究。
5.復合基因策略
由外殼蛋白基因,缺損復制酶基因和衛星RNA介導的抗病性是比較成熟的研究策略。但這些工程植株抗病性有一定的局限性,例如轉基因植物只抗一種病毒或抗親緣關系較近的病毒。自然界中往往是幾種病毒復合侵染植物。1990年Lawson將馬鈴薯病毒X和Y的外殼蛋白基因串聯後轉入馬鈴薯中,使轉基因馬鈴薯表現出對這兩種病毒的抗性。而且抗性高於轉單一基因的對照植株。
6.其它抗病毒策略
封閉和干擾病毒的移動蛋白。病毒侵染植物體後,可以移動進行系統侵染,這種移動被認為是通過病毒編碼的移動蛋白與胞間聯絲相互作用,打開胞間聯絲通道而進行的。封閉和干擾移動蛋白就可以限制病毒的擴散侵染。
植物抗體基因策略。1989年,Hiatt等將分泌特異性抗體的雜交瘤中得到的抗體的重鏈和輕鏈基因片段轉入煙草,在轉化株中表達了抗體的重鏈和輕鏈,通過表達重鏈和輕鏈的單株雜交,其後代體內得到完整的具有免疫活性的抗體。目前許多抗體基因在轉基因植物體中得到表達,並用於防治植物病毒病。這表明動物的免疫系統同樣能夠在植物體內發揮抗病毒的作用。
缺陷RNA策略。Marsh等1991年在原生質體體系中發現缺陷型的雀麥花葉病毒RNA可以干擾野生病毒的增殖。缺陷干擾RNA在動物病毒中普遍存在,然而植物病毒中僅存在於Tombvirus和Carmovirus兩個病毒組中,能幹擾輔助病毒的復制,增強或減弱輔助病毒的症狀由缺陷干擾RNA介導的抗病性還在探索中。
另外植物體自身的一些抗病毒的基因也被克隆,並用於抗病毒植物基因工程中。
目前隨著植物分子生物學,植物生理學,病毒分子生物學的發展以及基因工程技術的不斷完善,將會出現更有效更安全的抗植物病毒的策略。
C. 近年來有哪些分子生物學研究成果應用到實際當中
CRISPR/Cas9 - 靶向基因編輯技術 做基因敲除目前最好用的方法。。。除了敲除 基因編輯也都用這技術 目前最火的。
D. 分子生物學的最新的研究進展
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應化所生物無機化學/化學生物學研究取得新進展
2011-05-06 | 編輯: | 【大 中 小】
在國家基金委、科技部和中科院的大力支持下,長春應化所曲曉剛研究員領導的生物無機化學/化學生物學研究團隊在老年痴呆症葯物篩選、作用機制和端粒、端粒酶功能調控及特殊結構核酸識別等方面取得了系列創新性的研究成果。
隨著世界人口老齡化,神經退行性疾病,特別是老年痴呆症(AD)發病率顯著提高,但AD病的確切發病機制尚不清楚。為此,對AD病的研究和治療已成為人們關注的焦點。目前應用於AD病治療的葯物多是一些改善症狀類葯物,很難從根本上治癒。抑制AD病的病變蛋白Aβ的聚集及解聚已成為治療AD病的重要手段之一。該研究團隊利用化學、分子生物學、生物化學、生物物理和現代波譜學等手段,構建了篩選AD病病變蛋白Aβ-ECFP細胞篩選體系,發現一些特殊結構類型聚金屬氧酸鹽能夠調控Aβ的聚集。細胞學、酶學、生物物理等多種實驗結果表明聚金屬氧酸鹽能夠抑制AD病病變蛋白Aβ纖維結構的形成。抑制效果與聚金屬氧酸鹽的結構、所帶電荷數及體積密切有關。最新研究論文作為本期內封面文章發表在Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 4184–4188;並被美國最近一期化學與工程新聞期刊(C&EN)副主編Lauren K. Wolf博士給予亮點報道。他們還發現Aβ作為聚集核可有效誘導DNA發生聚集,而與老年痴呆症密切相關的金屬離子如Zn2+;Cu2+則可以阻止Aβ誘導的DNA聚集過程(Biophysical J. 2007, 92, 185-191)。進一步研究表明Zn2+和Cu2+與阿爾海默症的Aβ蛋白結合能釋放水分子。這對認識Amyliod引起的病變機理與DNA之間的關系以及金屬離子在其中所起的作用提供了新思路;他們近期研究證實Aβ聚集可誘導左手螺旋的Z-DNA向右手螺旋的B-DNA轉化,β-折疊結構是Aβ誘導DNA結構轉化的關鍵因素。在Aβ誘導DNA構象轉化的同時,Z-DNA可以通過捕獲Aβ寡聚體從而抑制Aβ纖維化的過程,上述研究成果對認識Aβ 蛋白毒性及在AD病中的作用機制具有重要意義。工作發表在Chem. Commun., 2010, 46, 7187–7189,並被Nature China以「Chemical biology: A new twist in Alzheimer's disease」給予評述。
端粒DNA和端粒酶與壽命和疾病如癌症等密切相關,已成為癌症治療的特殊靶標。針對國際上報道的G-四鏈DNA結合體對人類端粒DNA選擇性差,而亟待發現以端粒酶為靶點的高選擇性抗癌試劑。結合四鏈DNA的構象、溝區大小及G-平面構型,該研究團隊設計、合成系列金屬超分子化合物。幸運的發現第一個可選擇性識別人類端粒G-quadruplex DNA並有效抑制端粒酶活性的抑制劑,這個金屬超分子手性化合物的P對應體對DNA具有手性識別能力,其選擇性優於歐美臨床同類使用葯物BRACO-19 (Nucleic Acids Res., 2008, 36, 5695-5703),目前已申請專利。進一步研究表明人類端粒DNA Loop 結構與序列調控金屬超分子化合物對G-quadruplex DNA的手性選擇性,改變DNA Loop長度及序列可消除金屬超分子配合物的手性選擇性及構型轉化。設計合成的金屬超分子化合物可抑制端粒酶活性,使端粒長度縮短、細胞衰老,上調細胞周期依賴激酶抑制蛋白P16及P21的表達並表現出手性選擇性,進而解釋其在癌細胞中的作用機制 (J. Medicinal Chem., 2010,53, 492-498; Chem. Eur. J., 2011, DOI:10.1002/chem.201100272),為發展以端粒酶為靶點的高選擇性抗癌葯物奠定基礎。他們利用四鏈DNA構型轉化,設計開展新型可控四鏈DNA葯物釋放體系,可在多種可控條件下,實現在細胞中葯物的有效釋放和利用 (Angew. Chem. Intl. Ed., 2011, 50, 882-886; Nucleic Acids Research, 2011, 39, 1638-1644); 最近建立了特殊結構核酸如三鏈核酸穩定試劑的篩選平台並探討非穩定質子化三鏈DNA在納米管表面的形成,這些工作為發展基因治療試劑及三鏈核酸的組裝和應用提供理論指導(Nucleic Acids Research, 2011, 39, ASAP DOI: 10.1093/nar/gkq1347;Nucleic Acids Research, 2011, 39, DOI: 10.1093/nar/GKR322)。
E. 最新的生物研究成果
生物通綜合:近期,我國生物領域研究取得了一些重要成果:中科院重離子束治癌技術即將進入臨床治療、雲南大學人類遺傳學研究中心發現三個疾病相關基因、華中農大轉基因棉通過鑒定。此外,青島大學中美幹細胞與再生醫學中心揭牌,河北省也有了首家植物分子育種中心。
雲大發現高血壓等三個疾病相關基因
中國少數民族DNA庫項目負責人、雲南大學人類遺傳學研究中心主任肖春傑今日在接受記者采訪時稱,他們最新從中國首個少數民族DNA庫中研究發現神經纖維瘤 、高血壓、多指(趾)等三個疾病相關基因。此發現意味著在不久的將來罹患這三種疾病者可以根據其基因而「對症下葯」。
據了解,不久前在此間的雲南大學建成的中國首個少數民族DNA庫擁有除高山族外的中國五十四個少數民族的DNA樣品,覆蓋了全中國十六個省和雲南十四個地州的八千多份DNA樣品,是目前國內外樣品量最大、收集民族最齊全的基因庫。
肖春傑教授稱,其在研究中就揭示了雲南二十五個少數民族Y-DNA(父系遺傳)、mtDNA(母系遺傳)和常染色體上共四十七個已知位點的基因頻率或單倍群頻率。此外還發現七種新單倍群;發現摩梭人的父系遺傳結構與雲南藏族最接近,而母系遺傳結構最接近麗江納西族,提出其形成原因可能是摩梭人母系社會中的走婚制度,並確定了高血壓、多指等疾病相關基因。
他說,雲南為人類遺傳學家提供了得天獨厚的研究材料,基因庫建成後,國內外知名學者紛紛而至,力圖在少數民族基因中尋找不同的遺傳結構特點和多態性,且希望在雲南少數民族基因庫基礎上,擴建一個包括疑難病症家系在內的隔離人群基因庫。
目前,人類已肯定的單基因遺傳疾病和性狀已達六千六百多種,另外還有眾多的多基因遺傳病如冠心病、高血壓、糖尿病、癌症、自身免疫性疾病等,以及至少三千多種不同方式的染色體異常引起的染色體病尚待研究。
肖春傑表示,今後還要加大收集量,要建成全中國資源共享的資料庫,把全國所有的疾病基因家系全部集中起來,對患者做到真正的「對症下葯」。
我國重離子束治癌技術即將進入臨床治療
我國重離子束治癌技術即將進入臨床治療
中國科學院近代物理研究所基於蘭州重離子加速器的淺層腫瘤治療裝置最近建成,已進行了動物試驗、技術鑒定並制定了治療計劃,目前正在辦理進入臨床治療的報批手續。中科院近代物理研究所負責人詹文龍透露,這套裝置投入使用後,我國將成為世界上第4個具備重離子治癌能力的國家。
重離子就是比元素周期表上2號元素重並被電離的粒子。詹文龍說,利用重離子束治療腫瘤,對健康組織損傷最小,對腫瘤療效最佳,可以准確進行適形照射,精確控制和嚴格監測照射劑量,是迄今最理想的放射療法。「重離子束在物質中的劑量損失集中於射程末端,這種物理學特性使之成為治療腫瘤的理想方法。」
中科院近代物理研究所醫學物理課題組負責人、研究員張紅透露,世界上許多有重離子加速器的國家都傾注了大量的人力和物力,進行重離子束治癌裝置的建造和治癌基礎及臨床應用研究,使得重離子束治癌成為放射治療領域的前沿性研究熱點。
詹文龍表示,重離子治癌仍屬研發階段,還有一些基礎問題、技術與方法問題需要進一步探索和研究。
華中農業大學新型轉基因強生根棉項目通過鑒定
華中農業大學新型轉基因強生根棉項目通過鑒定
華中農業大學植物科技學院教授楊業華等主持的"Rol轉基因強生根棉的培育及棉花轉基因技術創新"項目,2004年12月通過湖北省武漢市科技局主持的專家鑒定。鑒定專家認為,該研究所創建的技術平台具有較強操作性,具有很好的應用前景;成果總體達到國內領先水平,其中直接轉化幼芽成苗的方法為國際先進。
為改善棉種性狀、降低栽種"門檻",專家設想將源於發根農桿菌的"人工重組生根基因"(rol基因)轉移到栽培的陸地棉品種中,以增強棉花的生根能力和改善其根系發育狀況,解決棉花移栽難以成活、緩苗期長、後期易早衰的問題。對南方棉區而言,甚至能直接省去營養缽育苗的移栽工序,從而大幅度提高棉花產量,大量節約勞力和生產成本。
"Rol轉基因強生根棉的培育及棉花轉基因技術創新"被列為武漢市科技攻關項目"植物轉基因技術研究與利用"下屬子課題立項後,楊業華教授等通過研究攻關,創建了以根癌農桿菌介導的棉花轉基因技術平台,通過直接轉化幼芽成苗的方法,繞過了傳統方法的技術難點,縮短了獲得轉基因棉花植株的時間。
基於這一方法,研究者將rol生根基因轉化陸地棉品種,獲得了生根抗病豐產品系、生根抗蟲豐產品系、優質纖維品系和rolB轉基因雄性不育系等一系列具有重要應用價值潛力的棉花轉基因材料。培養出三個高產優質、纖維品質好、皮棉產量高、具有應用價值的轉基因棉花新品系。同時還獲得了rolB轉基因雄性不育性新材料。
青島大學中美幹細胞與再生醫學中心揭牌
青島大學中美幹細胞與再生醫學中心揭牌
一些常見病、疑難病的治療又有了新途徑。今天上午,由青醫附院和美國得克薩斯大學健康科學中心聯合出資建立的青島大學中美幹細胞與再生醫學中心在青醫附院正式揭牌,重點研究心腦血管疾病、神經系統疾病等幹細胞治療技術。
據了解,該中心內設立了分子生物學研究室、生化研究室、幹細胞研究室、幹細胞低溫保存庫、導管室等機構,重點研究幹細胞體外建系和定向誘導技術,及內分泌代謝性疾病、心腦血管疾病、神經系統疾病等幹細胞治療技術。
河北省建首家植物分子育種中心
河北省建首家植物分子育種中心
昨天上午,由中科院遺傳與發育生物學研究所、石家莊市農科院、省農林科學院共建的「中科院遺傳與發育生物學研究所———石家莊植物分子育種中心」(以下簡稱石家莊育種中心)在石家莊市農科院揭牌。中科院院士李振聲出席揭牌儀式。
這是我省首家植物分子育種中心,它的成立對我省農業的可持續發展將產生深遠影響。據了解,石家莊育種中心成立後,將以小麥、棉花、大豆等為研發的主要目標作物開展研究:圍繞生態農業和優質高效農業對作物品種的要求和作物育種的實際情況,由單方或雙方合作克隆相關目標基因或建立重要性狀的分子標記;利用克隆的功能基因和重要性狀的分子標記,以及優良的種質材料,通過轉基因或分子標記輔助選擇等途徑,有針對性地、高效地應用於育種研究,選育符合生產要求的高水平的小麥(或其它作物)新品種。成果選育出來後,石家莊市農科院、省農林科學院將利用現有的農作物新品種推廣和種子產業體系,對其進行推廣和產業化開發,使其迅速轉化為現實生產力並產生經濟社會效益。
F. 分子生物學上的最新發現
人要靠穿靴戴帽、描眉塗唇修飾自己,DNA分子也會自我修飾,而且這種修飾很可能與生命活動息息相關。中科院院士、上海交大教授鄧子新領銜的科研團隊,聯合英美科學家,在眾多細菌DNA分子上發現了一種新的硫(S)修飾,相關論文近期在國際微生物領域頂級刊物《分子微生物學》上發表。
論文評審員指出,該論文闡明了一項長期令人迷惑不解的DNA不穩定現象的分子機理,預示著新的生物學功能的發現。
DNA分子研究是生物科學最為引人注目的研究領域之一。DNA是生命的物質基礎,由五種元素———碳、氫、氧、氮、磷構成的四種核苷酸序列,編碼著自然界千變萬化的遺傳現象,貯存著生物界無窮無盡的遺傳信息資源。在基本的DNA骨架之外,DNA還會「自我修飾」。這是分子生物學科的一個專門領域,構成對DNA結構的重要補充,其中同樣蘊涵神秘的遺傳學意義,世界上為此類研究傾注畢生精力的科學家數以萬計。
鄧子新告訴記者,在DNA修飾研究領域,第一項重大發現是誕生於上世紀50年代的「DNA甲基化限制修飾系統」。這種DNA修飾,可以限制外來生物入侵,使生物體保護自身遺傳穩定性。舉個例子,兩軍作戰,一支隊伍穿上統一的服裝,就能與另一支隊伍區別開來,而不會誤傷自己人。這項發現在後來分子生物學與基因工程的研究中發揮了重要作用。
DNA分子的硫修飾,是DNA甲基化修飾系統之外的又一項新發現。DNA分子的不穩定現象在實驗中會經常遇到,卻很容易被普遍解讀為因DNA提取操作不當造成。但鄧子新團隊偏要「一意孤行」:有沒有可能是因為DNA本身結構變化而造成不穩定呢?沿著這條思路,團隊從上世紀80年代末開始實驗研究,各種實驗難以計數,其間也走過不少彎路,還經歷了來自方方面面的質疑,最終發現DNA分子不穩定現象「毛病」出在其自身,因為DNA分子產生了硫修飾。
DNA分子硫修飾的發現,為生物學研究打開了又一扇大門。鄧子新說,推開大門,一個又一個謎需要探究。例如,DNA分子為何要進行硫修飾?與人類健康、醫療究竟會產生怎樣的關聯?那些致毒致病的「元兇」會否與它們DNA分子的硫修飾有關?專家認為,DNA硫修飾後新結構及生物學意義的闡明,將豐富分子生物學的基礎理論,也可能推動相關生物學領域的研究,如了解DNA損傷,癌症治療因子的作用機理等。
1. 分子生物學的誕生
分子生物學是在分子水平上研究生命現象的物質基礎的科學。主要研究蛋白質和核酸等生物大分子的結構與功能,其中包括對各種生命過程,如光合作用、肌肉收縮、神經興奮和遺傳特徵傳遞等的研究,並深入到分子水平對它們進行物理、化學分析。目前,分子生物學已成為現代生物學發展的主流,它所取得的成果,已在實際工作中獲得某些重要的應用,為工農業及醫葯事業開辟了前所未有的廣闊前景。
1953年沃森和克里克提出了遺傳物質——DNA的雙螺旋結構模型,這是生物學中的一次偉大革命。60年代又搞清了核酸、蛋白質、酶等生物大分子的結構,同時揭示了遺傳密碼和核酸信息控制蛋白質特異結構的合成機制,由此建立了生物遺傳變異的信息概念。這表明從病毒、細菌、動植物到人類都具有一套共同的遺傳密碼、共同的信息符號。50年代「中心法則」的提出,70年代逆轉錄酶的發現,以及重組DNA技術的建立,為分子生物學的發展開辟了新的前景。這些成就,不僅為在分子水平上研究復雜的基因調節控制提供重要手段,而且在分子生物學的基礎上,產生了一個新的技術科學領域——遺傳工程,它已為人類定向改變生物遺傳性狀與創造新物種開辟了新途徑。
本世紀50年代,隨著蛋白質和核酸的化學結構測定方法的進展,人們發現只要把不同種屬生物體內起相同作用的蛋白質或核酸的結構進行比較,根據蛋白質或核酸在結構上差異的程度,就可以確定不同種屬的生物在親緣關繫上的遠近。親緣關系越近的種屬,其蛋白質或核酸的結構越相似;反之,其差異越大。據此,能得到反映生物進化的譜系。蛋白質分子細胞色素C在各種呼吸氧氣的物種細胞中均能找到。分析它就能知道不同物種的親緣關系。目前已對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行了測定,並藉助計算機測定出平均700萬年改變一個氨基酸殘基。據此可以分析判斷,較高等的生物大約在25億萬年前同細菌分離。同樣,大約在15億年前植物和動物有共同的祖先。大約在10億年前昆蟲和脊椎動物有共同的祖先。對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行比較後,已畫出了部分生物種屬的進化譜系。運用這種方法來確定物種間的親緣關系,要比過去依靠形態和解剖上的差異來確定有著更大的優越性。它不僅使得形態結構上非常簡單的微生物的進化有了判斷的依據,而且更能反映出生命活動的本質,更為精確地推算出物種趨異的時間。
2. 腦科學的進展
近年來,腦科學的研究取得了一系列新進展。主要有:(1)發現與某種思維活動相應的大腦區域,利用正電子層析攝影手段發現:人們辯別音符時用左腦,而在記住樂曲時多半用右腦;(2)腦電波與思維活動有一定的對應關系,可以從電波分析思維的內容;(3發現大腦內影響思維的生化物質——促腎上腺皮質激素和促黑素細胞激素能對思維產生重要影響;(4)對裂腦人的研究,發現大腦兩個半球的分工,左半球主要從事邏輯思維,右半球主要從事形象思維、空間定位、圖象識別、色彩欣賞等。還發現了裂腦科學的這些成就,從理論上提出了一些新觀點。如:思維的大腦神經迴路說,思維互補說等。這些新成就和新觀點,對工人智能的研究有著重要意義。
G. 分子生物學近十年來會有哪些重要突破
原定2005年完成人類基因組DNA測序的計劃,已提前5年完成。當前,人類基因組研究的重點正在由「結構」向功能轉移,一個以基因組功能研究為主要研究內容的「後基因組」(post-genomics)時代已經到來。它的主要任務是研究細胞全部基因的表達圖式和全部蛋白圖式,或者說「從基因組到蛋白質組」。於是,分子生物學研究的重點似乎又將回到蛋白質上來,生物信息學也應運而生。隨著新世紀的到來,生命科學又將進入這樣一個新時代。
一、功能基因組學
遺傳學最近的定義是,對生物遺傳的研究和對基因的研究。功能基因組學(functionalgenomics)是依附於對DNA序列的了解,應用基因組學的知識和工具去了解影響發育和整個生物體的特定序列表達譜。以釀酒酵母(S.cervisiae)為例,它的16條染色體的全部序列已於1996年完成,基因組全長12086 kb,含有5885個可能編碼蛋白質的基因,140個編碼rRNA基因,40個編碼snRNA基因和275個tRNA基因,共計6340個基因。功能基因組學是進一步研究這6000多個基因,在一定條件下,譬如酵母孢子形成期,同時有多少基因協同表達才能完成這一發育過程,這就需要適應這一時期的全套基因表達譜(gene expression pattern)。要解決如此復雜的問題就必須在方法學上有重大的突破,創造出高效快速地同時測定基因組成千上萬個基因活動的方法。目前用於檢測分化細胞基因表達譜的方法,有基因表達連續分析法(serial analysis Of gene expression,SAGE)、微陣列法(microarray)、有序差異顯示(ordered differential display,ODD)和DNA晶元(DNA chips)技術等。今後,隨著功能基因組學的深入發展,將會有更新更好的方法和技術出現。
功能基因組亦包括了在測序後對基因功能的研究。酵母有許多功能重復的基因,常分布在染色體的兩端,當酵母處於豐富培養基條件時,這些基因似乎是多餘的,但環境改變時就顯示出其功能。基因豐余現象實際上是對環境的適應,豐余基因的存在為進化適應提供了可選擇的餘地。基因組全序列還保留了基因組進化的遺跡,提示基因重復常發生在近中心粒區和染色體臂中段。
當前,研究者已把酵母基因組作為研究真核生物基因組功能的模式,計劃建立酵母基因組6000多個基因的單突變體文庫(single mutant library),並可用於其它高等真核生物基因組之「基因功能作圖」。
總之,功能基因組學的任務,是對成千上萬的基因表達進行分析和比較,從基因組整體水平上闡述基因活動的規律。核心問題是基因組的多樣性和進化規律,基因組的表達及其調控,模式生物體基因組研究等。這門新學科的形成,是在後基因組時代生物學家的研究重點從揭示生命的所有遺傳信息轉移到在整體水平上對生物功能研究的重要標志。
二、蛋白質組學
蛋白質組(proteome)對不少人來說,目前還是一個比較陌生的術語;它是在1994年由澳大利亞Macguarie大學的Wilkins等首先提出的,隨後,得到國際生物學界的廣泛承認。他們對蛋白質組的定義為:「蛋白質組指的是一個基因組所表達的全部蛋白質」(proteome indicates the proteins expressed by a genome);「proteome」是由蛋白質一詞的前幾個字母"prote」和基因組一詞的後幾個字母"ome」拼接而成。
蛋白質組學是以蛋白質組為研究對象,研究細胞內所有蛋白質及其動態變化規律的科學。蛋白質組與基因組不同,基因組基本上是固定不變的,即同一生物不同細胞中基因組基本上是一樣的,人類的基因總數約是6~10萬個。單從DNA序列尚不能回答某基因的表達時間、表達量、蛋白質翻譯後加工和修飾的情況,以及它們的亞細胞分布等。這些問題可望在蛋白質組研究中找到答案,因為蛋白質組是動態的,有它的時空性、可調節性,進而能夠在細胞和生命有機體的整體水平上闡明生命現象的本質和活動規律。蛋白質組研究的數據與基因組數據的整合,亦會對功能基因組的研究發揮重要的作用。
蛋白質組由原定義一個基因組所表達的蛋白質,改為細胞內的全部蛋白質,比較更為全面而准確。但是,要獲得如此完整的蛋白質組,在實踐中是難以辦到的。因為蛋白質的種類和形態總是處在一個新陳代謝的動態過程中,隨時發生著變化,難以測准。所以,1997年,Cordwell和Humphery-Smith提出了功能蛋白質組(functional proteome)的概念,它指的是在特定時間、特定環境和實驗條件下基因組活躍表達的蛋白質。與此同時,中國生物科學家提出了功能蛋白質組學(functional protemics)新概念,把研究定位在細胞內與某種功能有關或在某種條件下的一群蛋白質。功能蛋白質組只是總蛋白質組的一部分,通過對功能蛋白質組的研究,既能闡明某一群體蛋白質的功能,亦能豐富總蛋白質資料庫,是從生物大分子(蛋白質、基因)水平到細胞水平研究的重要橋梁環節。
無論是蛋白質組學還是功能蛋白質組學,首先都要求分離亞細胞結構、細胞或組織等不同生命結構層次的蛋白質,獲得蛋白質譜。為了盡可能分辨細胞或組織內所有蛋白質,目前一般採用高解析度的雙向凝膠電泳。一種正常細胞的雙向電泳圖譜通過掃描儀掃描並數字化,運用二維分析軟體可對數字化的圖譜進行各種圖像分析,包括分離蛋白在圖譜上的定位,分離蛋白的計數、圖譜間蛋白質差異表達的檢測等。一種細胞或組織的蛋白質組雙向電泳圖,可得到幾千甚至上萬種蛋白質,為了適應這種大規模的蛋白質分析,質譜已成為蛋白質鑒定的核心技術。從質譜技術測得完整蛋白質的相對分子質量、肽質譜(或稱肽質量指紋,pepetide massfingerprint)以及部分肽序列等數據,通過相應資料庫的搜尋來鑒定蛋白質。此外,尚需對蛋白質翻譯後修飾的類型和程度進行分析。在蛋白質組定性和定量分析的基礎上建立蛋白質組資料庫。
從提出蛋白質組的概念到現在短短幾年中,已於1997年構建成第一個完整的蛋白質組資料庫-酵母蛋白質資料庫(yeast protein database,YPD),進展速度極快,新的思路和技術不斷涌現,蛋白質組學這門新興學科,在今後的實踐中將會不斷完善,充實壯大,發展成為後基因組時代的帶頭學科。
三、生物信息學
HGP大量序列信息的積累,導致了生物信息學(Bioinformatics)這門全新的學科的產生,對DNA和蛋白質序列資料中各種類型信息進行識別、存儲、分析、模擬和轉輸。它常由資料庫、計算機網路和應用軟體三大部分組成。國際上現有4個大的生物信息中心,即美國生物工程信息中心(GenBank)和基因組序列資料庫(GSDB),歐洲分子生物學研究所(EMBL)和日本DNA資料庫(DDBJ)。這些中心和全球的基因組研究實驗室通過網站、電子郵件或者直接與伺服器和資料庫聯系而獲得的搜尋系統,使得研究者可以在多種不同的分析系統中對序列數據進行查詢,利用和共享巨大的生物信息資源。
隨著DNA大規模自動測序的迅猛發展,序列數據爆炸性地積累,HGP正式啟動之時,就與信息科學和資料庫技術同步發展,收集、存儲、處理了龐大的數據,生物信息學逐步走向成熟,在基因組計劃中發揮了不可取代的作用。建立的核苷酸資料庫,已存有數百種生物的cDNA和基因組DNA序列的信息。在已應用的軟體中,有DNA分析、基因圖譜構建、RNA分析、多序列比較、同源序列檢索、三維結構觀察與演示、進化樹生成與分析等。在蛋白質組計劃中,由於蛋白質組隨發育階段和所處環境而變化,mRNA豐度與蛋白質的豐度不是顯著相關,以及需要經受翻譯後的修飾,因而對蛋白質的生物信息學研究,在內容上有許多特殊之處。現在建立的資料庫,有蛋白質序列、蛋白質域、二維電泳、三維結構、翻譯後修飾、代謝及相互作用等。而通用的軟體,主要包括蛋白質質量+蛋白質序列標記、模擬酶解、翻譯後修飾等。
當今的潮流是利用生物信息學研究基因產物-蛋白質的性質並估計基因的功能。傳統的基因組分析是利用一系列方法來得到連續的DNA序列的信息,而蛋白質組連續系(proteomic cortigs)則源於多重相對分子質量和等電范圍,由此來構建活細胞內全部蛋白質表達的圖像。氨基酸序列與其基因的DNA序列將被聯系在一起,最終與蛋白質組聯系在一起,從而允許人們研究不同條件下的細胞和組織
H. 分子生物學領域最近十年的重大研究發現有哪些
每年都有十大發現,微小RNA,siRNA 是其中之一吧。
I. 在生物學發展史3,使生物學研究進入分子生物學階段的研究成果是()A.血液循環理論的發展B.DNA雙螺
1z83年,沃森和克里克共同提出eDN2 分子的雙螺旋結構,標志著生物科學的發展進入e分子生物學階段.DN2雙螺旋結構的提出開始,便開啟e分子生物學時代.分子生物學使生物8分子的研究進入一個新的階段,使遺傳的研究深入到分子層次,「生命之謎「被打開,人們清楚地e解遺傳信息的構成和傳遞的途徑.在以後的近80年裡,分子遺傳學,分子免疫學,細胞生物學等新學科十雨後春筍般出現,一個又一個生命的奧秘從分子角度得到e更清晰的闡明,DN2重組技術更是為利用生物工程手段的研究和應用開辟e廣闊的前景.在人類最終全面揭開生命奧秘的進程k,DN2分子的雙螺旋結構的發現、分子系統學應用e生物信息學方法分析基因組DN2.
故選:B