A. 我想知道分子生物学领域最新研究成果
这个问题太大了。给你点线索吧,现在比较热的是表观遗传方面的研究,比如蛋白的乙酰化,基因的甲基化调控等
B. 生物植物基因工程 目前研究重点、方向、及最新成果
(1)病毒外壳蛋白(coat protein, CP)基因:在植物中表达病毒外壳蛋白基因可以阻止病毒的侵染或症状的产生。
病毒外壳蛋白的抗性机理:一种假说认为,当入侵病毒的裸露核酸进入植物细胞后,它们立即被细胞中的自由CP所重新包裹,从而阻止了入侵病毒核酸的翻译和复制。在离体条件下,附加自由CP能够抑制末装配病毒的翻译的实验结果支持了上述假说;另一假说认为,抗性机制是在CP水平上抑制病毒脱壳,此说法最有力的证据是转基因植株可抗完整病毒的侵染.但不能抵御裸露病毒RNA的入侵;还有一种观点认为病毒外壳蛋白的抗性机制不是外壳蛋白在起作用,而可能是它的RNA转录物与入侵病毒RNA之间的相互作用
(2)病毒复制酶基因:RNA病毒(如烟草花叶病毒)的复制酶是依赖于RNA的RNA聚合酶。病毒复制酶一般是在病毒核酸进入寄主细胞并结合到寄主核糖体之后形成的。在植物中表达不完整的病毒复制酶基因可以显著提高植物对病毒的抗性,作用机制还不十分清楚,可能与基因转录后沉默有关。
下面是文献:
植物抗病毒基因工程
植物病毒病难以防治已成为植物界的“癌症”,给全球农业生产造成巨大的损失。有效地防治植物病毒病,减少经济损失,满足日益增长的世界人口需求。是农业生产当务之急。病毒分子生物学,植物基因工程的迅速发展,为筛选培育抗病、优质、丰产的新植物开辟了广阔的前景。自1986年,全球范围内兴起了多种利用分子生物学及基因工程研究成果防治植物病毒病害的策略,并成功地培育筛选出多种抗病毒的工程植物。
1.病毒外壳蛋白介导的基因工程抗病性
外壳蛋白是形成病毒颗粒的结构蛋白,它的功能是将病毒基因组核酸包被起来,保护核酸;与宿主互相识别,决定宿主范围;参与病毒的长距离运输等。1986年,美国的Beachy实验室的Powell-Abel等第一次将烟草花叶病毒外壳蛋白(TMV-Cp)基因插入修饰过的农杆菌质粒中,并置于花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子下,经农杆菌侵染而将TMV-Cp基因转入烟草,并在烟草中表达TMV-Cp,分子生物学检测表明TMV-Cp基因已整合到烟草的基因组中,并能稳定地遗传给子代,在转基因烟草中TMV-Cp表达量占叶蛋白0.1%左右。攻毒试验表明:转基因烟草能够抑制TMV的复制,在一定程度上降低或阻止TMV的系统侵染;并延迟发病12~30天。这一突破性的研究成果标志着植物抗病毒基因工程的诞生。自此科学家继续用黄瓜花叶病毒(CMV),马铃薯病毒X和Y,大豆花叶病毒(SMV),苜蓿花叶病毒(AiMV)等病毒的外壳蛋白基因导入植物体后,均得到类似的实验结果,使转基因植物获得对该病毒的抗性。至今世界各地科学家已在15个病毒组中的30多种病毒中,证实了由病毒外壳蛋白介导的抗病性,许多抗性工程植物相继进入大田试验。目前认为外壳蛋白介导的抗病性是比较成熟的植物抗病毒基因工程策略,有人认为其机制是外壳蛋白在转基因植物中的积累干扰了病毒脱衣壳,从而抑制了病毒在植物体中的复制,转运与积累,但许多实验结果预示其机制的复杂性。
2.复制酶介导的抗病性
复制酶即特异性依赖于病毒RNA的RNA多聚酶。是病毒基因组编码的自身复制不可缺少的部分,特异地合成病毒的正负链RNA。1990年Golemboski等报道他们将TMVU1株编码的复制酶的一部分基因序列,即54kD蛋白基因转入烟草中得到的工程植株用很高浓度的TMVU1(500μg/mL)及TMV RNA(300μg/mL)接种时,均表现出很高的抗性,比一般转外壳蛋白基因的植物介导的植物抗病性高得多。后来豌豆早枯病毒54kD的蛋白基因和CMVFny RNA2编码的切去活性中心部位GDD(Gly-Asp-Asp)的复制酶部分基因片段转入烟草,均获得了高抗的工程植物。此外在马铃薯病毒X和Y中也报道了同样成功的研究结果。转入的这些基因均为切除了复制酶活性中心部位GDD核苷酸序列,大多数人认为表达的这些不稳定蛋白产物会干扰病毒复制过程中复制酶复合体的形成及其功能的行使,从而使工程植株具有抗病性。复制酶策略很有应用前景。
3.卫星RNA介导的抗病性
卫星RNA是独立于病毒基因组之外,依赖于其辅助病毒复制的小分子RNA,是病毒分子寄生物。我国田波实验室自1981年首次在国际上开展了利用卫星RNA防治病毒病害的研究工作,结果表明黄瓜花叶病毒(CMV)卫星RNA作为生物防治因子能有效地防治由强毒株系CMV引起的严重病害。1986年英国Baulcombe等首次将CMV I-17N卫星 RNA以双联体基因形式转入烟草,并得到抗CMV的工程植物。此后陆续将烟草环斑病毒和CMV的卫星RNA转入烟草和番茄中并得到抗病植株。一般认为由卫星RNA介导的抗病机制是卫星RNA与病毒RNA竞争复制酶,从而干扰病毒基因组的复制,使表达卫星RNA工程植株得到保护。因具卫星RNA的病毒数量很少,使卫星RNA介导的抗病性的应用受到限制。
4.反义RNA和核酶策略
反义RNA对基因表达具有一定的抑制作用,尤其在细菌中,与转录起始区互补的反义RNA最为有效。在真核生物中,与3′-末端序列互补的反义RNA有一定的抑制作用。Baulcombe等1987年和Cuozzo等1988年分别得到烟草环斑病毒的4个基因组RNA的反义序列和CMV-Cp反义序列的转基因植株。转基因工程株未获得对病毒的抗性或只表现微弱的抗性。Day等1991和Lindo等1992分别在双生病毒番茄金黄叶病毒和烟草蚀纹病毒上得到转反义RNA的抗性烟草。
核酶是一种高效特异的RNA内切酶,其结构包括一个几乎完全相同的17个高度保守核苷酸序列,其中有3对碱基配对形成的茎和环结构,整个结构很象一个锤头,具自我切割的活性,锤头结构是自身切割活性的结构基础。只要已知某一RNA的序列,就可以设计出用于不同目的核酶进行特异地切割。因为植物病毒大多数是RNA病毒,并且许多已被测序,可以设计出特定的核酶,切割病毒RNA基因,从而破坏其生存的功能,达到抗病毒的目的。目前由核酶介导的抗病毒策略也成功的报道。但是也存在一定的危险性,核酶也有可能将生物体内的有用的RNA作为耙子进行切割,破坏正常细胞的生理功能。以反义RNA和核酶介导的抗性还有待于进一步的研究。
5.复合基因策略
由外壳蛋白基因,缺损复制酶基因和卫星RNA介导的抗病性是比较成熟的研究策略。但这些工程植株抗病性有一定的局限性,例如转基因植物只抗一种病毒或抗亲缘关系较近的病毒。自然界中往往是几种病毒复合侵染植物。1990年Lawson将马铃薯病毒X和Y的外壳蛋白基因串联后转入马铃薯中,使转基因马铃薯表现出对这两种病毒的抗性。而且抗性高于转单一基因的对照植株。
6.其它抗病毒策略
封闭和干扰病毒的移动蛋白。病毒侵染植物体后,可以移动进行系统侵染,这种移动被认为是通过病毒编码的移动蛋白与胞间联丝相互作用,打开胞间联丝通道而进行的。封闭和干扰移动蛋白就可以限制病毒的扩散侵染。
植物抗体基因策略。1989年,Hiatt等将分泌特异性抗体的杂交瘤中得到的抗体的重链和轻链基因片段转入烟草,在转化株中表达了抗体的重链和轻链,通过表达重链和轻链的单株杂交,其后代体内得到完整的具有免疫活性的抗体。目前许多抗体基因在转基因植物体中得到表达,并用于防治植物病毒病。这表明动物的免疫系统同样能够在植物体内发挥抗病毒的作用。
缺陷RNA策略。Marsh等1991年在原生质体体系中发现缺陷型的雀麦花叶病毒RNA可以干扰野生病毒的增殖。缺陷干扰RNA在动物病毒中普遍存在,然而植物病毒中仅存在于Tombvirus和Carmovirus两个病毒组中,能干扰辅助病毒的复制,增强或减弱辅助病毒的症状由缺陷干扰RNA介导的抗病性还在探索中。
另外植物体自身的一些抗病毒的基因也被克隆,并用于抗病毒植物基因工程中。
目前随着植物分子生物学,植物生理学,病毒分子生物学的发展以及基因工程技术的不断完善,将会出现更有效更安全的抗植物病毒的策略。
C. 近年来有哪些分子生物学研究成果应用到实际当中
CRISPR/Cas9 - 靶向基因编辑技术 做基因敲除目前最好用的方法。。。除了敲除 基因编辑也都用这技术 目前最火的。
D. 分子生物学的最新的研究进展
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应化所生物无机化学/化学生物学研究取得新进展
2011-05-06 | 编辑: | 【大 中 小】
在国家基金委、科技部和中科院的大力支持下,长春应化所曲晓刚研究员领导的生物无机化学/化学生物学研究团队在老年痴呆症药物筛选、作用机制和端粒、端粒酶功能调控及特殊结构核酸识别等方面取得了系列创新性的研究成果。
随着世界人口老龄化,神经退行性疾病,特别是老年痴呆症(AD)发病率显著提高,但AD病的确切发病机制尚不清楚。为此,对AD病的研究和治疗已成为人们关注的焦点。目前应用于AD病治疗的药物多是一些改善症状类药物,很难从根本上治愈。抑制AD病的病变蛋白Aβ的聚集及解聚已成为治疗AD病的重要手段之一。该研究团队利用化学、分子生物学、生物化学、生物物理和现代波谱学等手段,构建了筛选AD病病变蛋白Aβ-ECFP细胞筛选体系,发现一些特殊结构类型聚金属氧酸盐能够调控Aβ的聚集。细胞学、酶学、生物物理等多种实验结果表明聚金属氧酸盐能够抑制AD病病变蛋白Aβ纤维结构的形成。抑制效果与聚金属氧酸盐的结构、所带电荷数及体积密切有关。最新研究论文作为本期内封面文章发表在Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 4184–4188;并被美国最近一期化学与工程新闻期刊(C&EN)副主编Lauren K. Wolf博士给予亮点报道。他们还发现Aβ作为聚集核可有效诱导DNA发生聚集,而与老年痴呆症密切相关的金属离子如Zn2+;Cu2+则可以阻止Aβ诱导的DNA聚集过程(Biophysical J. 2007, 92, 185-191)。进一步研究表明Zn2+和Cu2+与阿尔海默症的Aβ蛋白结合能释放水分子。这对认识Amyliod引起的病变机理与DNA之间的关系以及金属离子在其中所起的作用提供了新思路;他们近期研究证实Aβ聚集可诱导左手螺旋的Z-DNA向右手螺旋的B-DNA转化,β-折叠结构是Aβ诱导DNA结构转化的关键因素。在Aβ诱导DNA构象转化的同时,Z-DNA可以通过捕获Aβ寡聚体从而抑制Aβ纤维化的过程,上述研究成果对认识Aβ 蛋白毒性及在AD病中的作用机制具有重要意义。工作发表在Chem. Commun., 2010, 46, 7187–7189,并被Nature China以“Chemical biology: A new twist in Alzheimer's disease”给予评述。
端粒DNA和端粒酶与寿命和疾病如癌症等密切相关,已成为癌症治疗的特殊靶标。针对国际上报道的G-四链DNA结合体对人类端粒DNA选择性差,而亟待发现以端粒酶为靶点的高选择性抗癌试剂。结合四链DNA的构象、沟区大小及G-平面构型,该研究团队设计、合成系列金属超分子化合物。幸运的发现第一个可选择性识别人类端粒G-quadruplex DNA并有效抑制端粒酶活性的抑制剂,这个金属超分子手性化合物的P对应体对DNA具有手性识别能力,其选择性优于欧美临床同类使用药物BRACO-19 (Nucleic Acids Res., 2008, 36, 5695-5703),目前已申请专利。进一步研究表明人类端粒DNA Loop 结构与序列调控金属超分子化合物对G-quadruplex DNA的手性选择性,改变DNA Loop长度及序列可消除金属超分子配合物的手性选择性及构型转化。设计合成的金属超分子化合物可抑制端粒酶活性,使端粒长度缩短、细胞衰老,上调细胞周期依赖激酶抑制蛋白P16及P21的表达并表现出手性选择性,进而解释其在癌细胞中的作用机制 (J. Medicinal Chem., 2010,53, 492-498; Chem. Eur. J., 2011, DOI:10.1002/chem.201100272),为发展以端粒酶为靶点的高选择性抗癌药物奠定基础。他们利用四链DNA构型转化,设计开展新型可控四链DNA药物释放体系,可在多种可控条件下,实现在细胞中药物的有效释放和利用 (Angew. Chem. Intl. Ed., 2011, 50, 882-886; Nucleic Acids Research, 2011, 39, 1638-1644); 最近建立了特殊结构核酸如三链核酸稳定试剂的筛选平台并探讨非稳定质子化三链DNA在纳米管表面的形成,这些工作为发展基因治疗试剂及三链核酸的组装和应用提供理论指导(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
生物通综合:近期,我国生物领域研究取得了一些重要成果:中科院重离子束治癌技术即将进入临床治疗、云南大学人类遗传学研究中心发现三个疾病相关基因、华中农大转基因棉通过鉴定。此外,青岛大学中美干细胞与再生医学中心揭牌,河北省也有了首家植物分子育种中心。
云大发现高血压等三个疾病相关基因
中国少数民族DNA库项目负责人、云南大学人类遗传学研究中心主任肖春杰今日在接受记者采访时称,他们最新从中国首个少数民族DNA库中研究发现神经纤维瘤 、高血压、多指(趾)等三个疾病相关基因。此发现意味着在不久的将来罹患这三种疾病者可以根据其基因而“对症下药”。
据了解,不久前在此间的云南大学建成的中国首个少数民族DNA库拥有除高山族外的中国五十四个少数民族的DNA样品,覆盖了全中国十六个省和云南十四个地州的八千多份DNA样品,是目前国内外样品量最大、收集民族最齐全的基因库。
肖春杰教授称,其在研究中就揭示了云南二十五个少数民族Y-DNA(父系遗传)、mtDNA(母系遗传)和常染色体上共四十七个已知位点的基因频率或单倍群频率。此外还发现七种新单倍群;发现摩梭人的父系遗传结构与云南藏族最接近,而母系遗传结构最接近丽江纳西族,提出其形成原因可能是摩梭人母系社会中的走婚制度,并确定了高血压、多指等疾病相关基因。
他说,云南为人类遗传学家提供了得天独厚的研究材料,基因库建成后,国内外知名学者纷纷而至,力图在少数民族基因中寻找不同的遗传结构特点和多态性,且希望在云南少数民族基因库基础上,扩建一个包括疑难病症家系在内的隔离人群基因库。
目前,人类已肯定的单基因遗传疾病和性状已达六千六百多种,另外还有众多的多基因遗传病如冠心病、高血压、糖尿病、癌症、自身免疫性疾病等,以及至少三千多种不同方式的染色体异常引起的染色体病尚待研究。
肖春杰表示,今后还要加大收集量,要建成全中国资源共享的数据库,把全国所有的疾病基因家系全部集中起来,对患者做到真正的“对症下药”。
我国重离子束治癌技术即将进入临床治疗
我国重离子束治癌技术即将进入临床治疗
中国科学院近代物理研究所基于兰州重离子加速器的浅层肿瘤治疗装置最近建成,已进行了动物试验、技术鉴定并制定了治疗计划,目前正在办理进入临床治疗的报批手续。中科院近代物理研究所负责人詹文龙透露,这套装置投入使用后,我国将成为世界上第4个具备重离子治癌能力的国家。
重离子就是比元素周期表上2号元素重并被电离的粒子。詹文龙说,利用重离子束治疗肿瘤,对健康组织损伤最小,对肿瘤疗效最佳,可以准确进行适形照射,精确控制和严格监测照射剂量,是迄今最理想的放射疗法。“重离子束在物质中的剂量损失集中于射程末端,这种物理学特性使之成为治疗肿瘤的理想方法。”
中科院近代物理研究所医学物理课题组负责人、研究员张红透露,世界上许多有重离子加速器的国家都倾注了大量的人力和物力,进行重离子束治癌装置的建造和治癌基础及临床应用研究,使得重离子束治癌成为放射治疗领域的前沿性研究热点。
詹文龙表示,重离子治癌仍属研发阶段,还有一些基础问题、技术与方法问题需要进一步探索和研究。
华中农业大学新型转基因强生根棉项目通过鉴定
华中农业大学新型转基因强生根棉项目通过鉴定
华中农业大学植物科技学院教授杨业华等主持的"Rol转基因强生根棉的培育及棉花转基因技术创新"项目,2004年12月通过湖北省武汉市科技局主持的专家鉴定。鉴定专家认为,该研究所创建的技术平台具有较强操作性,具有很好的应用前景;成果总体达到国内领先水平,其中直接转化幼芽成苗的方法为国际先进。
为改善棉种性状、降低栽种"门槛",专家设想将源于发根农杆菌的"人工重组生根基因"(rol基因)转移到栽培的陆地棉品种中,以增强棉花的生根能力和改善其根系发育状况,解决棉花移栽难以成活、缓苗期长、后期易早衰的问题。对南方棉区而言,甚至能直接省去营养钵育苗的移栽工序,从而大幅度提高棉花产量,大量节约劳力和生产成本。
"Rol转基因强生根棉的培育及棉花转基因技术创新"被列为武汉市科技攻关项目"植物转基因技术研究与利用"下属子课题立项后,杨业华教授等通过研究攻关,创建了以根癌农杆菌介导的棉花转基因技术平台,通过直接转化幼芽成苗的方法,绕过了传统方法的技术难点,缩短了获得转基因棉花植株的时间。
基于这一方法,研究者将rol生根基因转化陆地棉品种,获得了生根抗病丰产品系、生根抗虫丰产品系、优质纤维品系和rolB转基因雄性不育系等一系列具有重要应用价值潜力的棉花转基因材料。培养出三个高产优质、纤维品质好、皮棉产量高、具有应用价值的转基因棉花新品系。同时还获得了rolB转基因雄性不育性新材料。
青岛大学中美干细胞与再生医学中心揭牌
青岛大学中美干细胞与再生医学中心揭牌
一些常见病、疑难病的治疗又有了新途径。今天上午,由青医附院和美国得克萨斯大学健康科学中心联合出资建立的青岛大学中美干细胞与再生医学中心在青医附院正式揭牌,重点研究心脑血管疾病、神经系统疾病等干细胞治疗技术。
据了解,该中心内设立了分子生物学研究室、生化研究室、干细胞研究室、干细胞低温保存库、导管室等机构,重点研究干细胞体外建系和定向诱导技术,及内分泌代谢性疾病、心脑血管疾病、神经系统疾病等干细胞治疗技术。
河北省建首家植物分子育种中心
河北省建首家植物分子育种中心
昨天上午,由中科院遗传与发育生物学研究所、石家庄市农科院、省农林科学院共建的“中科院遗传与发育生物学研究所———石家庄植物分子育种中心”(以下简称石家庄育种中心)在石家庄市农科院揭牌。中科院院士李振声出席揭牌仪式。
这是我省首家植物分子育种中心,它的成立对我省农业的可持续发展将产生深远影响。据了解,石家庄育种中心成立后,将以小麦、棉花、大豆等为研发的主要目标作物开展研究:围绕生态农业和优质高效农业对作物品种的要求和作物育种的实际情况,由单方或双方合作克隆相关目标基因或建立重要性状的分子标记;利用克隆的功能基因和重要性状的分子标记,以及优良的种质材料,通过转基因或分子标记辅助选择等途径,有针对性地、高效地应用于育种研究,选育符合生产要求的高水平的小麦(或其它作物)新品种。成果选育出来后,石家庄市农科院、省农林科学院将利用现有的农作物新品种推广和种子产业体系,对其进行推广和产业化开发,使其迅速转化为现实生产力并产生经济社会效益。
F. 分子生物学上的最新发现
人要靠穿靴戴帽、描眉涂唇修饰自己,DNA分子也会自我修饰,而且这种修饰很可能与生命活动息息相关。中科院院士、上海交大教授邓子新领衔的科研团队,联合英美科学家,在众多细菌DNA分子上发现了一种新的硫(S)修饰,相关论文近期在国际微生物领域顶级刊物《分子微生物学》上发表。
论文评审员指出,该论文阐明了一项长期令人迷惑不解的DNA不稳定现象的分子机理,预示着新的生物学功能的发现。
DNA分子研究是生物科学最为引人注目的研究领域之一。DNA是生命的物质基础,由五种元素———碳、氢、氧、氮、磷构成的四种核苷酸序列,编码着自然界千变万化的遗传现象,贮存着生物界无穷无尽的遗传信息资源。在基本的DNA骨架之外,DNA还会“自我修饰”。这是分子生物学科的一个专门领域,构成对DNA结构的重要补充,其中同样蕴涵神秘的遗传学意义,世界上为此类研究倾注毕生精力的科学家数以万计。
邓子新告诉记者,在DNA修饰研究领域,第一项重大发现是诞生于上世纪50年代的“DNA甲基化限制修饰系统”。这种DNA修饰,可以限制外来生物入侵,使生物体保护自身遗传稳定性。举个例子,两军作战,一支队伍穿上统一的服装,就能与另一支队伍区别开来,而不会误伤自己人。这项发现在后来分子生物学与基因工程的研究中发挥了重要作用。
DNA分子的硫修饰,是DNA甲基化修饰系统之外的又一项新发现。DNA分子的不稳定现象在实验中会经常遇到,却很容易被普遍解读为因DNA提取操作不当造成。但邓子新团队偏要“一意孤行”:有没有可能是因为DNA本身结构变化而造成不稳定呢?沿着这条思路,团队从上世纪80年代末开始实验研究,各种实验难以计数,其间也走过不少弯路,还经历了来自方方面面的质疑,最终发现DNA分子不稳定现象“毛病”出在其自身,因为DNA分子产生了硫修饰。
DNA分子硫修饰的发现,为生物学研究打开了又一扇大门。邓子新说,推开大门,一个又一个谜需要探究。例如,DNA分子为何要进行硫修饰?与人类健康、医疗究竟会产生怎样的关联?那些致毒致病的“元凶”会否与它们DNA分子的硫修饰有关?专家认为,DNA硫修饰后新结构及生物学意义的阐明,将丰富分子生物学的基础理论,也可能推动相关生物学领域的研究,如了解DNA损伤,癌症治疗因子的作用机理等。
1. 分子生物学的诞生
分子生物学是在分子水平上研究生命现象的物质基础的科学。主要研究蛋白质和核酸等生物大分子的结构与功能,其中包括对各种生命过程,如光合作用、肌肉收缩、神经兴奋和遗传特征传递等的研究,并深入到分子水平对它们进行物理、化学分析。目前,分子生物学已成为现代生物学发展的主流,它所取得的成果,已在实际工作中获得某些重要的应用,为工农业及医药事业开辟了前所未有的广阔前景。
1953年沃森和克里克提出了遗传物质——DNA的双螺旋结构模型,这是生物学中的一次伟大革命。60年代又搞清了核酸、蛋白质、酶等生物大分子的结构,同时揭示了遗传密码和核酸信息控制蛋白质特异结构的合成机制,由此建立了生物遗传变异的信息概念。这表明从病毒、细菌、动植物到人类都具有一套共同的遗传密码、共同的信息符号。50年代“中心法则”的提出,70年代逆转录酶的发现,以及重组DNA技术的建立,为分子生物学的发展开辟了新的前景。这些成就,不仅为在分子水平上研究复杂的基因调节控制提供重要手段,而且在分子生物学的基础上,产生了一个新的技术科学领域——遗传工程,它已为人类定向改变生物遗传性状与创造新物种开辟了新途径。
本世纪50年代,随着蛋白质和核酸的化学结构测定方法的进展,人们发现只要把不同种属生物体内起相同作用的蛋白质或核酸的结构进行比较,根据蛋白质或核酸在结构上差异的程度,就可以确定不同种属的生物在亲缘关系上的远近。亲缘关系越近的种属,其蛋白质或核酸的结构越相似;反之,其差异越大。据此,能得到反映生物进化的谱系。蛋白质分子细胞色素C在各种呼吸氧气的物种细胞中均能找到。分析它就能知道不同物种的亲缘关系。目前已对100多种生物的细胞色素C的化学结构进行了测定,并借助计算机测定出平均700万年改变一个氨基酸残基。据此可以分析判断,较高等的生物大约在25亿万年前同细菌分离。同样,大约在15亿年前植物和动物有共同的祖先。大约在10亿年前昆虫和脊椎动物有共同的祖先。对100多种生物的细胞色素C的化学结构进行比较后,已画出了部分生物种属的进化谱系。运用这种方法来确定物种间的亲缘关系,要比过去依靠形态和解剖上的差异来确定有着更大的优越性。它不仅使得形态结构上非常简单的微生物的进化有了判断的依据,而且更能反映出生命活动的本质,更为精确地推算出物种趋异的时间。
2. 脑科学的进展
近年来,脑科学的研究取得了一系列新进展。主要有:(1)发现与某种思维活动相应的大脑区域,利用正电子层析摄影手段发现:人们辩别音符时用左脑,而在记住乐曲时多半用右脑;(2)脑电波与思维活动有一定的对应关系,可以从电波分析思维的内容;(3发现大脑内影响思维的生化物质——促肾上腺皮质激素和促黑素细胞激素能对思维产生重要影响;(4)对裂脑人的研究,发现大脑两个半球的分工,左半球主要从事逻辑思维,右半球主要从事形象思维、空间定位、图象识别、色彩欣赏等。还发现了裂脑科学的这些成就,从理论上提出了一些新观点。如:思维的大脑神经回路说,思维互补说等。这些新成就和新观点,对工人智能的研究有着重要意义。
G. 分子生物学近十年来会有哪些重要突破
原定2005年完成人类基因组DNA测序的计划,已提前5年完成。当前,人类基因组研究的重点正在由“结构”向功能转移,一个以基因组功能研究为主要研究内容的“后基因组”(post-genomics)时代已经到来。它的主要任务是研究细胞全部基因的表达图式和全部蛋白图式,或者说“从基因组到蛋白质组”。于是,分子生物学研究的重点似乎又将回到蛋白质上来,生物信息学也应运而生。随着新世纪的到来,生命科学又将进入这样一个新时代。
一、功能基因组学
遗传学最近的定义是,对生物遗传的研究和对基因的研究。功能基因组学(functionalgenomics)是依附于对DNA序列的了解,应用基因组学的知识和工具去了解影响发育和整个生物体的特定序列表达谱。以酿酒酵母(S.cervisiae)为例,它的16条染色体的全部序列已于1996年完成,基因组全长12086 kb,含有5885个可能编码蛋白质的基因,140个编码rRNA基因,40个编码snRNA基因和275个tRNA基因,共计6340个基因。功能基因组学是进一步研究这6000多个基因,在一定条件下,譬如酵母孢子形成期,同时有多少基因协同表达才能完成这一发育过程,这就需要适应这一时期的全套基因表达谱(gene expression pattern)。要解决如此复杂的问题就必须在方法学上有重大的突破,创造出高效快速地同时测定基因组成千上万个基因活动的方法。目前用于检测分化细胞基因表达谱的方法,有基因表达连续分析法(serial analysis Of gene expression,SAGE)、微阵列法(microarray)、有序差异显示(ordered differential display,ODD)和DNA芯片(DNA chips)技术等。今后,随着功能基因组学的深入发展,将会有更新更好的方法和技术出现。
功能基因组亦包括了在测序后对基因功能的研究。酵母有许多功能重复的基因,常分布在染色体的两端,当酵母处于丰富培养基条件时,这些基因似乎是多余的,但环境改变时就显示出其功能。基因丰余现象实际上是对环境的适应,丰余基因的存在为进化适应提供了可选择的余地。基因组全序列还保留了基因组进化的遗迹,提示基因重复常发生在近中心粒区和染色体臂中段。
当前,研究者已把酵母基因组作为研究真核生物基因组功能的模式,计划建立酵母基因组6000多个基因的单突变体文库(single mutant library),并可用于其它高等真核生物基因组之“基因功能作图”。
总之,功能基因组学的任务,是对成千上万的基因表达进行分析和比较,从基因组整体水平上阐述基因活动的规律。核心问题是基因组的多样性和进化规律,基因组的表达及其调控,模式生物体基因组研究等。这门新学科的形成,是在后基因组时代生物学家的研究重点从揭示生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对生物功能研究的重要标志。
二、蛋白质组学
蛋白质组(proteome)对不少人来说,目前还是一个比较陌生的术语;它是在1994年由澳大利亚Macguarie大学的Wilkins等首先提出的,随后,得到国际生物学界的广泛承认。他们对蛋白质组的定义为:“蛋白质组指的是一个基因组所表达的全部蛋白质”(proteome indicates the proteins expressed by a genome);“proteome”是由蛋白质一词的前几个字母"prote”和基因组一词的后几个字母"ome”拼接而成。
蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象,研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学。蛋白质组与基因组不同,基因组基本上是固定不变的,即同一生物不同细胞中基因组基本上是一样的,人类的基因总数约是6~10万个。单从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况,以及它们的亚细胞分布等。这些问题可望在蛋白质组研究中找到答案,因为蛋白质组是动态的,有它的时空性、可调节性,进而能够在细胞和生命有机体的整体水平上阐明生命现象的本质和活动规律。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合,亦会对功能基因组的研究发挥重要的作用。
蛋白质组由原定义一个基因组所表达的蛋白质,改为细胞内的全部蛋白质,比较更为全面而准确。但是,要获得如此完整的蛋白质组,在实践中是难以办到的。因为蛋白质的种类和形态总是处在一个新陈代谢的动态过程中,随时发生着变化,难以测准。所以,1997年,Cordwell和Humphery-Smith提出了功能蛋白质组(functional proteome)的概念,它指的是在特定时间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质。与此同时,中国生物科学家提出了功能蛋白质组学(functional protemics)新概念,把研究定位在细胞内与某种功能有关或在某种条件下的一群蛋白质。功能蛋白质组只是总蛋白质组的一部分,通过对功能蛋白质组的研究,既能阐明某一群体蛋白质的功能,亦能丰富总蛋白质数据库,是从生物大分子(蛋白质、基因)水平到细胞水平研究的重要桥梁环节。
无论是蛋白质组学还是功能蛋白质组学,首先都要求分离亚细胞结构、细胞或组织等不同生命结构层次的蛋白质,获得蛋白质谱。为了尽可能分辨细胞或组织内所有蛋白质,目前一般采用高分辨率的双向凝胶电泳。一种正常细胞的双向电泳图谱通过扫描仪扫描并数字化,运用二维分析软件可对数字化的图谱进行各种图像分析,包括分离蛋白在图谱上的定位,分离蛋白的计数、图谱间蛋白质差异表达的检测等。一种细胞或组织的蛋白质组双向电泳图,可得到几千甚至上万种蛋白质,为了适应这种大规模的蛋白质分析,质谱已成为蛋白质鉴定的核心技术。从质谱技术测得完整蛋白质的相对分子质量、肽质谱(或称肽质量指纹,pepetide massfingerprint)以及部分肽序列等数据,通过相应数据库的搜寻来鉴定蛋白质。此外,尚需对蛋白质翻译后修饰的类型和程度进行分析。在蛋白质组定性和定量分析的基础上建立蛋白质组数据库。
从提出蛋白质组的概念到现在短短几年中,已于1997年构建成第一个完整的蛋白质组数据库-酵母蛋白质数据库(yeast protein database,YPD),进展速度极快,新的思路和技术不断涌现,蛋白质组学这门新兴学科,在今后的实践中将会不断完善,充实壮大,发展成为后基因组时代的带头学科。
三、生物信息学
HGP大量序列信息的积累,导致了生物信息学(Bioinformatics)这门全新的学科的产生,对DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、分析、模拟和转输。它常由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组成。国际上现有4个大的生物信息中心,即美国生物工程信息中心(GenBank)和基因组序列数据库(GSDB),欧洲分子生物学研究所(EMBL)和日本DNA数据库(DDBJ)。这些中心和全球的基因组研究实验室通过网站、电子邮件或者直接与服务器和数据库联系而获得的搜寻系统,使得研究者可以在多种不同的分析系统中对序列数据进行查询,利用和共享巨大的生物信息资源。
随着DNA大规模自动测序的迅猛发展,序列数据爆炸性地积累,HGP正式启动之时,就与信息科学和数据库技术同步发展,收集、存储、处理了庞大的数据,生物信息学逐步走向成熟,在基因组计划中发挥了不可取代的作用。建立的核苷酸数据库,已存有数百种生物的cDNA和基因组DNA序列的信息。在已应用的软件中,有DNA分析、基因图谱构建、RNA分析、多序列比较、同源序列检索、三维结构观察与演示、进化树生成与分析等。在蛋白质组计划中,由于蛋白质组随发育阶段和所处环境而变化,mRNA丰度与蛋白质的丰度不是显著相关,以及需要经受翻译后的修饰,因而对蛋白质的生物信息学研究,在内容上有许多特殊之处。现在建立的数据库,有蛋白质序列、蛋白质域、二维电泳、三维结构、翻译后修饰、代谢及相互作用等。而通用的软件,主要包括蛋白质质量+蛋白质序列标记、模拟酶解、翻译后修饰等。
当今的潮流是利用生物信息学研究基因产物-蛋白质的性质并估计基因的功能。传统的基因组分析是利用一系列方法来得到连续的DNA序列的信息,而蛋白质组连续系(proteomic cortigs)则源于多重相对分子质量和等电范围,由此来构建活细胞内全部蛋白质表达的图像。氨基酸序列与其基因的DNA序列将被联系在一起,最终与蛋白质组联系在一起,从而允许人们研究不同条件下的细胞和组织
H. 分子生物学领域最近十年的重大研究发现有哪些
每年都有十大发现,微小RNA,siRNA 是其中之一吧。
I. 在生物学发展史3,使生物学研究进入分子生物学阶段的研究成果是()A.血液循环理论的发展B.DNA双螺
1z83年,沃森和克里克共同提出eDN2 分子的双螺旋结构,标志着生物科学的发展进入e分子生物学阶段.DN2双螺旋结构的提出开始,便开启e分子生物学时代.分子生物学使生物8分子的研究进入一个新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜“被打开,人们清楚地e解遗传信息的构成和传递的途径.在以后的近80年里,分子遗传学,分子免疫学,细胞生物学等新学科十雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到e更清晰的阐明,DN2重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟e广阔的前景.在人类最终全面揭开生命奥秘的进程k,DN2分子的双螺旋结构的发现、分子系统学应用e生物信息学方法分析基因组DN2.
故选:B