有趣的遺傳學(xué)問題精選(九篇)

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第1篇：有趣的遺傳學(xué)問題范文

1 利用趣味故事和數(shù)學(xué)史話創(chuàng)設(shè)問題情景

數(shù)學(xué)是人類文化的重要組成部分,通過數(shù)學(xué)文化,可以揭示數(shù)學(xué)科學(xué)中的人文精神,激發(fā)數(shù)學(xué)創(chuàng)新的原動力。這是新課標(biāo)的理念。在數(shù)學(xué)教學(xué)中結(jié)合有趣的故事和數(shù)學(xué)史話,可以激發(fā)學(xué)生的興趣,積極開動腦筋去思考問題。

執(zhí)教“相互獨立事件同時發(fā)生的概率”時,可以創(chuàng)設(shè)如下情景:常說三個臭皮匠頂一個諸葛亮,能頂上嗎?已知諸葛亮解出問題的概率為0.8,三個臭皮匠能解出問題的概率分別為0.5、0.45、0.4,且每個人必須獨立解題,那么三個臭皮匠中至少有一人解出的概率與諸葛亮解出的概率比較,誰大?

在教“等差數(shù)列求和公式”時,筆者先講了一個數(shù)學(xué)小故事:德國的數(shù)學(xué)家高斯讀小學(xué)時,老師出了一道算術(shù)題:1+2+3+……+100=?老師剛讀完題目,高斯就寫出了答案:5050,其他同學(xué)還在一個數(shù)一個數(shù)的挨個相加呢。高斯是用什么方法做得這么快呢?這時學(xué)生出現(xiàn)驚疑,產(chǎn)生一種強烈的探究反響。筆者再點明課題:這就是今天要講的等差數(shù)列的求和方法――倒序相加法。通過這些有趣的故事,極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,主觀能動性得到很大的發(fā)揮,促使學(xué)生積極思考問題,思維處于活躍狀態(tài),創(chuàng)造潛能得以發(fā)展。

2 借助實際生活創(chuàng)設(shè)問題情景

數(shù)學(xué)有些是由自身的發(fā)展而產(chǎn)生的,有些是源于實際生活。因此,數(shù)學(xué)問題的引入也可以聯(lián)系生產(chǎn)、生活實踐。如果將數(shù)學(xué)問題改編為實際的應(yīng)用性問題,讓學(xué)生去積極思考,便可以引導(dǎo)學(xué)生探究新知識,促使學(xué)生形成和發(fā)展數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,提高實踐能力。高中數(shù)學(xué)教材里《不等式》一章有這樣一道例題:已知a、b、m∈R,且a

如果直接去證,學(xué)生會感到索然無味,而且這個結(jié)論容易記錯。不妨將其改編為下述簡單個而有趣的實際問題:a克糖放到水中得到b克糖水,濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))是多少?( )在糖水中又增加了m克糖,此時濃度又是多少?( )糖水變甜了還是變淡了?學(xué)生異口同聲地說“變甜了”,從而得到。引入的趣味性激發(fā)了學(xué)生強烈探索其中奧秘的欲望,得到了題目的多種不同證法。而且利用“糖水加糖甜更甜”可輕易記住這個結(jié)論。

3 利用游戲創(chuàng)設(shè)問題情景

我們注意到兒童在游戲時達(dá)到了忘我的境界,他們主動參與游戲,興致勃勃,在這過程中游戲的趣味性是誘發(fā)興趣的關(guān)鍵。如果我們將一些數(shù)學(xué)問題改造為有趣的學(xué)生游戲,必然會大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性和主動性。

4 從相關(guān)學(xué)科中創(chuàng)設(shè)問題情景

數(shù)學(xué)課程是學(xué)習(xí)物理、化學(xué)、生物、技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ),它的許多知識都與上述學(xué)科有著緊密的聯(lián)系。如概率原理在生物遺傳學(xué)中的應(yīng)用,立體幾何中的正多面體與化學(xué)中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,三角函數(shù)與向量在物理學(xué)中的應(yīng)用等。因此在教以上知識點時,可適時創(chuàng)設(shè)與相關(guān)學(xué)科聯(lián)系的情景,強化數(shù)學(xué)的工具性、基礎(chǔ)性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。前面的電路圖就是一例。

在講解“正多面體”內(nèi)容時,提出問題:甲烷CH的分子結(jié)構(gòu)是怎樣的?你能求出其中C-H鍵的鍵角的大小嗎?如圖,碳原子位于正四面體的中心,4個氫原子分別位于正四面體的四個頂點上。設(shè)碳原子與4個氫原子連成的四條線段兩兩組成的角為,則C-H鍵的鍵角的大小即為cos,易求得cos的值為。

5 通過操作試驗創(chuàng)設(shè)問題情景

有些數(shù)學(xué)概念可通過引導(dǎo)學(xué)生自己親自操作試驗或通過現(xiàn)代教育技術(shù)手段演示及自己操作,從中領(lǐng)悟數(shù)學(xué)概念的形成過程,既發(fā)展了學(xué)生的思維力、理解力與創(chuàng)造力,又增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

在講解“數(shù)學(xué)歸納法”時,先通過電腦演示“多米諾”骨牌效應(yīng),然后讓學(xué)生分析多米諾骨牌游戲能夠進(jìn)行下去的條件:(1)第一張骨牌被推倒;(2)前一張骨牌倒下時必然推到下一張骨牌。這樣所有的骨牌終將全部倒下。這個問題情景使學(xué)生很快理解并掌握了數(shù)學(xué)歸納法的定義與本質(zhì),抓住了(1)是遞推的基礎(chǔ),(2)是遞推的依據(jù),兩者缺一不可。

講授橢圓的概念時,先讓學(xué)生用事先準(zhǔn)備的兩個小圖釘和一長度為定長的細(xì)線,將細(xì)線的兩端固定,用鉛筆把細(xì)線拉緊,使筆尖在紙上慢慢移動,畫出了一個橢圓。然后提出問題思考討論:(1)橢圓上的點有何特征?(2)當(dāng)細(xì)線的長等于兩定點之間的距離時,其軌跡是什么?(3)當(dāng)細(xì)線的長小于兩定點之間的距離時,其軌跡是什么?(4)你能給橢圓下一個定義嗎?最后教師再揭示本質(zhì),給出定義。這樣,學(xué)生經(jīng)過了感性認(rèn)識――分析思考后,對橢圓定義的實質(zhì)就會掌握得很好,不會出現(xiàn)忽略橢圓定義中的定長應(yīng)大于兩定點之間的距離的錯誤。

6 新課導(dǎo)入時創(chuàng)設(shè)問題情景

第2篇：有趣的遺傳學(xué)問題范文

一、正在出現(xiàn)的技術(shù)

klingler(lncyte pharmaceuticals,paloalto,ca,usa)強調(diào)基因組學(xué)正推動制藥業(yè)進(jìn)入信息時代。隨著不斷增加的序列、表達(dá)和作圖數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，描述和開發(fā)這些數(shù)據(jù)的信息工具變得對實現(xiàn)基因組研究的任務(wù)至關(guān)重要。他談到了incyte pharmaceuticals對大規(guī)模基因組數(shù)據(jù)和生物信息學(xué)的貢獻(xiàn)。

lipshutz(affymetrix,santa clara,ca,usa)描述了一種利用dna探針陣列進(jìn)行基因組研究的方法，其原理是通過更有效有作圖、表達(dá)檢測和多態(tài)性篩選方法，可以實現(xiàn)對人類基因組的測序。光介導(dǎo)的化學(xué)合成法被應(yīng)用于制造小型化的高密度寡核苷酸探針的陣列，這種通過軟件包件設(shè)計的寡核苷酸探針陣列可用于多態(tài)性篩查、基因分型和表達(dá)檢測。然后這些陣列就可以直接用于并行dna雜交分析，以獲得序列、表達(dá)和基因分型信息。milosavljevic(curagen, branford, ct, usa)介紹了一種新的基于專用定量表達(dá)分析方法的基因表達(dá)檢測系統(tǒng)，以及一種發(fā)現(xiàn)基因的系統(tǒng)genescape。為了有效地抽樣表達(dá)，特意制作片段模式以了解特定基因的子序列的發(fā)生和冗余程度。他在酵母差異基因表達(dá)的大規(guī)模研究中對該技術(shù)的性能進(jìn)行了驗證，并論述了技術(shù)在基因的表達(dá)、生物學(xué)功能以及疾病的基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用。

二、基因的功能分析

overton(university of pennsylvania school of medicine,philadelphia,pa,usa)論述了人類基因組計劃的下一階段的任務(wù)——基因組水平的基因功能分析。這一階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的分析、管理和可視性將毫無疑問地比第一階段更為復(fù)雜。他介紹了一種用于脊椎動物造血系統(tǒng)紅系發(fā)生的功能分析的原型系統(tǒng)e-podb，它包括了用于集成數(shù)據(jù)資源的kleisli系統(tǒng)和建立internet或intranet上視覺化工具的biowidget圖形用戶界面。epodb有可能指導(dǎo)實驗人員發(fā)現(xiàn)不可能用傳統(tǒng)實驗方法得到的紅系發(fā)育的新的藥物靶，制藥業(yè)所感興趣的是全新的藥物靶，epodb提供了這樣一個機會，這可能是它最令人激動的地方。

sali(rockefeller university,new york,ny,usa)討論了同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模建。比較蛋白質(zhì)模建（comparative protein modeling）也稱為同源模建（homology modeling），即利用實驗確定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為模式（模型）來預(yù)測另一種具有相似氨基酸序列的蛋白質(zhì)（靶）的構(gòu)象。此方法現(xiàn)在已經(jīng)具有了足夠的精確性，并且被認(rèn)為效果良好，因為蛋白質(zhì)序列的一個微小變化通常僅僅導(dǎo)致其三維結(jié)構(gòu)的細(xì)微改變。

babbitt(university of california,san francisco,ca,usa)討論了通過數(shù)據(jù)庫搜索來識別遠(yuǎn)緣蛋白質(zhì)的方法。對蛋白質(zhì)超家族的結(jié)構(gòu)和功能的相互依賴性的理解，要求了解自然所塑造的一個特定結(jié)構(gòu)模板的隱含限制。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的最有趣的關(guān)系經(jīng)常在分歧的序列中得以表現(xiàn)，因而區(qū)分得分低（low-scoring）但生物學(xué)關(guān)系顯著的序列與得分高而生物學(xué)關(guān)系較不顯著的序列 是重要的。babbit證明了通過使用blast檢索，可以在數(shù)據(jù)庫搜索所得的低得分區(qū)識別遠(yuǎn)緣關(guān)系（distant relationship）。levitt(stanford univeersity,palo alto,ca,usa)討論了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測和一種僅從序列數(shù)據(jù)對功能自動模建的方法?；蚬δ苋Q于基因編碼的蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)庫中蛋白質(zhì)序列的數(shù)目每18個月翻一番。為了確定這些序列的功能，結(jié)構(gòu)必須確定。同源模建和從頭折疊（ab initio folding）方法是兩種現(xiàn)有的互為補充的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測方法；同源模建是通過片段匹配（segment matching）來完成的，計算機程棄segmod就是基于同源模建方法的。

三、新的數(shù)據(jù)工具

letovsky(johns hopkins university,baltimore,md,usa)介紹了gdb數(shù)據(jù)庫，它由每條人類染色體的許多不同圖譜組成，包括細(xì)胞遺傳學(xué)、遺傳學(xué)、放射雜交和序列標(biāo)簽位點（sts）的內(nèi)容，以及由不同研究者用同種方法得到的圖譜。就位置查詢而言，如果不論其類型（type）和來源（source），或者是否它們正好包含用以批定感興趣的區(qū)域的標(biāo)志（markers），能夠搜索所有圖譜是有用的。為此目的，該數(shù)據(jù)庫使用了一種公用坐標(biāo)系統(tǒng)（common coordinate system）來排列這些圖譜。數(shù)據(jù)庫還提供了一張高分辨率的和與其他圖譜共享許多標(biāo)志的圖譜作為標(biāo)準(zhǔn)。共享標(biāo)志的標(biāo)之間的對應(yīng)性容許同等于所有其它圖譜的標(biāo)準(zhǔn)圖譜的分配。

markowitz(lawrence berkeley laboratory,berkeley,ca,usa)討論了分布式數(shù)據(jù)庫與局部管理的關(guān)系，以及用基于工具的方法開發(fā)分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫（mdbs）的問題。許多方案當(dāng)前正在促進(jìn)搜索多種不同來源mdbs的數(shù)據(jù)，包括建立數(shù)據(jù)倉庫；這要求對各種mdbs的組合有一種全局觀，并從成員mdbs中裝填數(shù)據(jù)入中心數(shù)據(jù)庫。這些方案的主要問題是開發(fā)整體視圖（global views），構(gòu)建巨大的數(shù)據(jù)倉庫并使集成的數(shù)據(jù)庫與不斷發(fā)展中的成員mdbs同步化的復(fù)雜性。markowitz還討論了對象協(xié)議模型（object protocol model,opm），并介紹了支持以下用途的工具：建立用于文本文件或者關(guān)系mdbs的opm視圖；將mdbs作成一個數(shù)據(jù)庫目錄，提供mdb名稱、定位、主題、獲取信息和mdb間鏈接等信息；說明、處理和解釋多數(shù)據(jù)庫查詢。karp(sri international,menlo park,ca,usa)解釋了ocelot,一種能滿足管理生物學(xué)信息需求的面向?qū)ο笾R陳述系統(tǒng)（一種面向?qū)ο笙到y(tǒng)的人工智能版）。ocelot支持略圖展開（schema evolution）并采用一種新的最優(yōu)化并行控制機制（同時進(jìn)行多項訪問數(shù)據(jù)的過程），其略圖驅(qū)動圖形編輯器提供了交互式瀏覽和編輯功能，其注釋系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫開發(fā)者之間的結(jié)構(gòu)通訊。

riley(marine biological laboratory,woods hole,ma,usa)在討論大腸桿菌蛋白質(zhì)的功能同時，特別提到了gpec數(shù)據(jù)庫，它包括了由實驗確定的所有e.coli基因的功能的信息。該數(shù)據(jù)庫中最大比例的蛋白質(zhì)是酶，其次則為轉(zhuǎn)運和調(diào)控蛋白。

candlin(pe applied biosystems,foster city,ca,usa)介紹了一種新的存儲直接來自abⅰprism dna測序儀的數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)biolims。該系統(tǒng)可以與其它測序儀的數(shù)據(jù)集成，并可方便地與其它軟件包自動調(diào)用，為測序儀與序列數(shù)據(jù)的集成提供了一種開放的、可擴展的生物信息學(xué)平臺。

glynais(netgenics,cleveland,oh,usa)認(rèn)為生物信息學(xué)中最關(guān)鍵的問題之一是軟件工具和數(shù)據(jù)庫缺乏靈活性。但是，軟件技術(shù)的發(fā)展已得到了其它領(lǐng)域如金融業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗的借鑒，可以使來自不同軟件商的運行于各種硬件系統(tǒng)的軟件共同工作。這種系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)是corba，一種由250多個主要軟件和硬件公司共同合作開發(fā)的軟件體系。聯(lián)合使 用corba和java可以開發(fā)各種通過一個公用用戶界面訪問任何種類的數(shù)據(jù)或軟件工具的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件，也包括生物信息學(xué)應(yīng)用軟件。overton不同意glynias的這種想法，他強調(diào)說corba僅對軟件集成有用，不兼容的數(shù)據(jù)庫軟件可能是計算生物學(xué)所面臨的最困難問題，一些制藥公司和數(shù)據(jù)庫倉庫最近資助了一項用ocrba鏈接不同的數(shù)據(jù)庫的計劃[2,3]。

四、制藥先導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)

burgess(sturctural bioinformatics,san diego,ca,usa)討論了填補基因組學(xué)和藥物設(shè)計之間鴻溝的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的計算問題。在缺乏主要疾病基因或藥物靶的精確描述數(shù)據(jù)的情況下，藥物設(shè)計者們不得不采用大規(guī)模表達(dá)蛋白質(zhì)篩選方法；而結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)則采用一種更為實用有效的計算方法直接從序列數(shù)據(jù)中確定靶蛋白質(zhì)的活性位點的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，它利用一種集成專家系統(tǒng)從現(xiàn)實的或虛擬的化學(xué)文庫中進(jìn)行迅速的計算篩選，可以達(dá)到一個很大的規(guī)模。

elliston(gene logic,columbia,md,usa)討論了治療藥物開發(fā)中發(fā)現(xiàn)新的分子靶的過程，著重討論了基因發(fā)現(xiàn)方法。他認(rèn)為，隨著日益臨近的人類基因組測序的完成，幾乎全部基因的特征將在序列水平得到揭示。但是，對基因的認(rèn)識將有賴于更多的信息而不僅僅是序列，需要考慮的第一類信息是轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平信息，而gene logic 公司的geneexpress就是一個由mrna表達(dá)譜、轉(zhuǎn)錄因子位點、新基因和表達(dá)序列標(biāo)簽組成的數(shù)據(jù)庫。

liebman(vysis,downess grove,il,usa)介紹了vysis公司開發(fā)的計算和實驗方法，這些主法不僅用于管理序列數(shù)據(jù)，而且被用于以下用途：分析臨床數(shù)據(jù)庫和自然—突變數(shù)據(jù)庫；開發(fā)新的算法以建立功能同源性（區(qū)別于序列同源性）模擬生物學(xué)通路以進(jìn)行風(fēng)險評估；藥物設(shè)計的靶評估；聯(lián)系復(fù)雜的通路特性以便識別副作用；開發(fā)疾病發(fā)展的定性模型并解釋臨床后果。

隨著發(fā)現(xiàn)的新基因的日益增多，這個問題顯得格外重要：基因的功能是什么？escobedo(chiron technologies,emeryville,ca,usa)提出了這個問題的一種方法：將分泌蛋白質(zhì)的基因的功能克隆與篩選這些克?。赡艿乃幬锇校┙Y(jié)合起來。在這種方法中，在微粒體cdna文庫池中進(jìn)行體外翻譯避免了勞動密集的克隆、表達(dá)和純化步聚，對文庫池中的翻譯產(chǎn)物在細(xì)胞水平進(jìn)行篩選，測試其在細(xì)胞增殖和分化中的作用。例如，在用這種方法識別的111個克隆中，56個屬于已知的分泌蛋白質(zhì)，25個為膜相關(guān)蛋白，另外30個功能未知，可能是新的蛋白質(zhì)。一種相似的方法在轉(zhuǎn)移到小鼠模型系統(tǒng)中的基因傳導(dǎo)載體中構(gòu)建分泌蛋白質(zhì)的cdna文庫來克隆特定的功能基因。

ffuchs(glaxo wellcome ,research triangle park,nc,usa)討論了生物信息學(xué)更為廣義的影響：它不僅影響到新藥物靶基的發(fā)現(xiàn)，還對改善藥物開發(fā)的臨床前期和臨床期的現(xiàn)狀極具重要性。眾所周知，涉汲數(shù)以千計病人的臨床試驗（可能是藥物開發(fā)最為花錢的部分）的設(shè)計不論多么仔細(xì)，也不能為正確的藥物選擇正確的病人。而在基因組水平劃分病人群體的方法可以大大改善發(fā)現(xiàn)新藥的效率。fuchs介紹了一種將病人的基因型和表型標(biāo)志結(jié)合起來以改善臨床前期和臨床期藥物開發(fā)過程的系統(tǒng)genetic information system.他強調(diào)將遺傳學(xué)和生物信息學(xué)數(shù)據(jù)同化學(xué)、生物化學(xué)、藥理學(xué)和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)連接起來的集成信息管理和分析方法是極其重要的。

green (human genome sciences,rockville,md,usa)介紹了他的測序工作中采用的數(shù)據(jù)管理工具?；趀st的測序方法所面臨的挑戰(zhàn)是，在對幾百個cdna克復(fù)測序之后，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)堆積如山。由于大多數(shù)人類基因都是用這種方法發(fā)現(xiàn)并在么有數(shù)據(jù)庫中分類編排的，面臨的識別開放讀框、重疊序列的重疊圖譜、組織特異表達(dá)和低豐度mrna基因的任務(wù)是令人生畏的。human genome sciences公司開發(fā)了一些可用戶化數(shù)據(jù)庫工具，在同一個數(shù)據(jù)庫中可包括以下功能：/kaoshiruanjian/" target="_blank" title="">軟件工具，極其可望從一種基于基因組知識的藥物發(fā)現(xiàn)方法中得到新的藥物靶。

summer-smith(base4 bioinformatics,mississauga,ontario,canada)描述了一種相關(guān)的策略。藥物發(fā)現(xiàn)階段中所要求的軟件工具的任務(wù)是多樣化的，要能注釋基因，并闡明它的生理和病理功能及其商業(yè)潛質(zhì)。對這樣多種來源的信息的集成與分析，在派生的、項目取向的數(shù)據(jù)庫（project-specific database,psd）中可以很好完成。由于項目貫穿于發(fā)現(xiàn)到開發(fā)全過程，其間又不斷加入背景的成員，psd在項目的管理與發(fā)展中成為一種關(guān)鍵性的資源。

按照smith(boston university,boston,ma,usa)的觀點[2]，我們并不需要更快捷的計算機或更多的計算機科學(xué)家，而是需要更的生物學(xué)家和生物化學(xué)家來解釋序列的功能。這對有些軟件或硬件專家來說是個打擊，但生物學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性是令人生畏的，并且對基因功能的認(rèn)識可能需要生物學(xué)方法和計算方法的結(jié)合。探索基因的功能很可能要花費生物學(xué)家們數(shù)十年的時間，本次會議表明沒有任何單一的方法可以得出一個答案；但是，將計算生物學(xué)同大規(guī)模篩先結(jié)合起來識別一種化學(xué)靶物（hit）是一種產(chǎn)生化學(xué)工具來探索基因功能的方法，這些化學(xué)工具接下來就可以用作理解基因功能的“探針”。這種方法在butt(gene transcription technologies, philadelphia, pa, usa)的描述中，既是一種檢查基因功能的簡單方法，也是為潛在的藥物靶發(fā)現(xiàn)化學(xué)先導(dǎo)物的簡單方法，他描述了一種可以在酵母中重建人類基因功能的酵母大規(guī)模篩選系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，可以迅捷地在一個化學(xué)文庫中發(fā)現(xiàn)配基。這種技術(shù)的重要特征是它不僅僅是發(fā)現(xiàn)一種藥物靶的配基的篩板（screen），相反，由于該系統(tǒng)的高速度，它也是發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)靶基因的一種篩板。過去，世界上的制藥公司通常在某一時間內(nèi)僅能對有限數(shù)目（約20多個）的藥物靶基因進(jìn)行工作，鑒于此，我們需要根本不同的方法如基因組學(xué)來打開通向“新”生物學(xué)的通路。由于機器人和合成化學(xué)的進(jìn)步，藥物發(fā)現(xiàn)中最關(guān)鍵的問題不再是得到一種先導(dǎo)化合物（lead compound），而是得到導(dǎo)向靶基因。此次會議為從計算和實驗方法中發(fā)展出的新生物學(xué)邁出很好的一步。

參考文獻(xiàn)

1 lim ha,batt tr.tibtech,1998;16(3)):104

第3篇：有趣的遺傳學(xué)問題范文

路，在夢想中延伸

科學(xué)、科學(xué)家，在尚讀高中的吳政星眼中，奇妙而神圣，足以承載他全部的夢想。他的大學(xué)時代，正值上世紀(jì)80年代初，盡管國門已經(jīng)開啟，但受到條件的局限，當(dāng)時對國際前沿的研究信息了解比較少。對于世界未知的探索強烈吸引著年輕的吳政星，做科研，已經(jīng)從遙遠(yuǎn)的崇拜蔓延成真而又真的理想。

1984年7月，吳政星畢業(yè)于華中師范大學(xué)生物系，獲理學(xué)學(xué)士。隨后，至湖南大學(xué)邵陽分校工作，任生物科生理學(xué)助教。三年后，考取四川大學(xué)生物學(xué)院動物學(xué)專業(yè)碩士研究生，主攻動物生殖領(lǐng)域。1990年6月，吳政星以優(yōu)異的成績畢業(yè)，7月?；氐饺A中師范大學(xué)生物系任教。“在當(dāng)時看來，一個碩士畢業(yè)生承擔(dān)獨立的科研工作似乎是不太實際的，因此早期，我一直都在從事教學(xué)工作”，吳政星如此說。1992年11月，他被華中師范大學(xué)聘為講師，在教學(xué)崗位上，他一呆就是十年，一直到1999年8月。

1999年，應(yīng)該是他人生中至關(guān)重要的一年。時年35歲的吳政星作出了一個重要的決定――“脫產(chǎn)讀博”!

“脫產(chǎn)”，意味著他要辭去華中師范大學(xué)的工作，以一個學(xué)生的身份重新邁入校門；意味著他背后的妻兒將失去家庭最主要的經(jīng)濟來源；意味著一切將從零開始。這一切，都沒有讓他動搖，在征求了家人的意見后，他選擇了離家較近的華中科技大學(xué)。在別人的指點下，他報考了周專教授的研究生。2000年，因周專教授到位于上海的中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所任職。又師從剛自美國歸來的學(xué)者徐濤教授進(jìn)行學(xué)習(xí)。當(dāng)被追問到為何如此選擇時，吳政星教授坦然答道，“在教學(xué)中培養(yǎng)人才的確是非常重要的，但教書是把別人的東西灌輸給學(xué)生，只是從課本到課本的一個過程，而科研則是對知識的一種生產(chǎn)，會創(chuàng)造許多新的東西。這也是我一直熱愛科研的原因?！笔甑膯渭兘虒W(xué)并沒有磨滅他一直以來的夢想。走到科研一線，創(chuàng)造新的東西，吳政星說到做到。

1999年9月到2005年6月，將近六年的潛心學(xué)習(xí)，名師的悉心指點，吳政星今非昔比。學(xué)習(xí)期間，2000年10月，他就被華中科技大學(xué)聘為講師；2002年12月到2004年12月，他又遠(yuǎn)赴德國薩爾大學(xué)生理系進(jìn)修。獲得華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士學(xué)位后，他仍然選擇了留下，繼續(xù)在彼處任職。2005年11月，被評為副教授；2008年11月，受聘為教授。多年來，他主持國家自然基金兩項、湖北省自然基金1項，參與“973”子課題和國家自然基金多項。近五年來20余篇，其中部分在國際高水平雜志《Neuron》、《CurrentBjology》、《JournaI of Neu roso‘lence》、《Traffic》和《Journal of Cellular Physiology》等。在2009年1月初結(jié)束的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，他作為主要完成人之一的“血糖調(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)控型分泌的分子機理研究”項目被授予2008年度國家自然科學(xué)二等獎。那個關(guān)于科研的夢，那條叫做理想的路。在他腳下，已經(jīng)一點點延伸開來。

未來，在挑戰(zhàn)中開始

還是從剛剛頒發(fā)的2008年度國家自然科學(xué)二等獎?wù)f起吧。

“血糖調(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)控型分泌的分子機理研究”是由現(xiàn)任中國科學(xué)院生物物理研究所所長徐濤教授領(lǐng)銜，與華中科技大學(xué)聯(lián)手研發(fā)的一個項目，屬于基礎(chǔ)生物學(xué)、物理學(xué)和醫(yī)學(xué)之間的交叉科學(xué)。

調(diào)控型囊泡分泌是一個具有高度時序性的多蛋白參與的調(diào)控過程，是目前細(xì)胞生物學(xué)研究的前沿方向之一。而血糖調(diào)控中的關(guān)鍵步驟包括葡萄糖刺激胰島β細(xì)胞分泌胰島素以及胰島素作用于靶細(xì)胞(肌肉和脂肪細(xì)胞)促進(jìn)葡萄糖吸收。這兩個步驟都與調(diào)控型分泌密切相關(guān)?！把钦{(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)控型分泌的分子機理研究”就是針對這一問題，建立和發(fā)展了一系列先進(jìn)的研究技術(shù)和檢測方法，比較系統(tǒng)地研究了囊泡分泌的分子機制及其與血糖調(diào)控之間的關(guān)系。在該項目中，他們不僅發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞通過調(diào)控鈣離子敏感性而調(diào)控胰島素分泌、Munc13―1蛋白參與調(diào)控胰島素第二相分泌，而且確定了脂肪細(xì)胞中胰島素調(diào)控血糖吸收的關(guān)鍵步驟。這些發(fā)現(xiàn)加深了人們對血糖調(diào)控分子事件的理解，對糖尿病的防治具有一定的指導(dǎo)作用。其相關(guān)研究成果發(fā)表在《Cell Metabolism》、PNAS、《Traffic》、JBC等國際知名刊物上，國際知名雜志如《DeveIopment CeII》、PNAS等還進(jìn)行了特約評論。

可以說，“血糖調(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)控型分泌的分子機理研究”是吳政星科研生涯中重要的一步。研究細(xì)胞、探索細(xì)胞，在這條路上，吳政星已經(jīng)取得了一定的成績，然而，誰又知道，他之所以選擇細(xì)胞研究竟是因為一點偶然呢!

1999年，決定攻讀博士學(xué)位的吳政星，選擇的并不是自己相當(dāng)熟悉的生理學(xué)，而是分子與細(xì)胞生物物理學(xué)?！捌鋵?，這一專業(yè)和生理學(xué)是相關(guān)的，距離并不遠(yuǎn)，都研究功能”，吳政星教授談道，“但是，通過細(xì)胞對生命現(xiàn)象進(jìn)行解釋，我認(rèn)為這個研究更刺激，更有意思!”或許是生性使然，盡管明知道細(xì)胞研究的難度要大得多，吳政星還是沒有絲毫的動搖。在他看來，有挑戰(zhàn)才能有創(chuàng)新，才能有進(jìn)步。挑戰(zhàn)，已經(jīng)成為他人生中的一個標(biāo)尺，無時不刻，催他奮進(jìn)。

正如人們所看到的，“血糖調(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)控型分泌的分子機理研究”屬于基礎(chǔ)生物學(xué)、物理學(xué)和醫(yī)學(xué)之間的交叉科學(xué)。事實上，吳政星所從事的分子生物物理、細(xì)胞生物物理和神經(jīng)生物物理領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究本身就涉及到多學(xué)科交叉。

生物物理學(xué)，是利用物理的方法或研究手段，如電子、光子儀器等研究生物學(xué)問題。

細(xì)胞生物物理，則是以細(xì)胞為單位，通過采用生物物理手段去研究細(xì)胞的生命活動、發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的活動規(guī)律來解釋生命現(xiàn)象。

而神經(jīng)科學(xué)，如果沒有生物物理手段的支持，就很難得到一個很好的研究結(jié)果。

隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，各學(xué)科之間的界限都已經(jīng)不再明顯，甚至已經(jīng)被打破了，“所以，在科研中就需要我們以研究目標(biāo)為出發(fā)點，在不同的階段采用適當(dāng)?shù)难芯渴侄?，它們既有交叉又有融合，需要從多個層次對生命活動進(jìn)行研究和闡明。往往，一個研究技術(shù)上的突破就能帶來本質(zhì)上的突破?！痹掚m如此說，學(xué)科交叉卻并不是件容易的事，一個人的精力有限，“十八般武藝”樣樣精通的，不過是小說中虛構(gòu)的人物。吳政星坦言生物物理學(xué)為自己所專長，而生物化學(xué)等學(xué)科則做不到游刃有余。他自知著，卻也依然自信著，“我從沒有想過會放棄科研”，看似平淡的一句話，其背后。掩抑的又是怎樣的堅定和勇敢呢?

鎖定線蟲

2002年，因為正確選擇線蟲作為模式生物，發(fā)現(xiàn)器官發(fā)

育和“程序性細(xì)胞死亡”過程中的基因規(guī)則，英國科學(xué)家西德尼?布雷納等三人被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

2006年，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院再一次將諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予兩名美國科學(xué)家安德魯?菲爾和克雷格?梅洛，以表彰他們在分子生物學(xué)和遺傳信息方面的開創(chuàng)性工作。

相隔不過四年，五位科學(xué)家因為“線蟲”摘得諾貝爾獎的桂冠，這一巧合使小小的線蟲成為眾人眼中諾貝爾獎的寵兒。而在吳政星教授的研究中，線蟲也占據(jù)著相當(dāng)重要的位置。

那么，究竟什么是線蟲呢?

線蟲是研究動物遺傳、個體發(fā)育和行為活動的重要模式生物，其主要優(yōu)點是能夠研究從分子、細(xì)胞水平到整體系統(tǒng)水平的相關(guān)生命活動及其作用機理。它的構(gòu)造簡單，生長快速，可大量養(yǎng)殖，易于產(chǎn)生基因突變。此外它的細(xì)胞數(shù)目以及細(xì)胞命運圖譜幾乎固定，并且易于追蹤。線蟲最早是被英國科學(xué)家西德尼?布雷納作為一種模式生物用于研究發(fā)育學(xué)和遺傳學(xué)的。其生活史短，通體透明，具有簡單的生理結(jié)構(gòu)，可以在實驗室內(nèi)通過喂食大腸桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，能夠冷凍保存，并易于進(jìn)行包括基因敲除、突變和轉(zhuǎn)基因等的基因操作。它還是第一個完成全基因組測序的動物。其全基因組編碼約2萬個基因，其中至少40％的基因在人類基因組中有明顯的同源物存在。許多人類基因被轉(zhuǎn)入線蟲后，都能表達(dá)并執(zhí)行類似的功能。因而，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)生物學(xué)，特別是發(fā)育、細(xì)胞凋亡、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等的研究。

“對線蟲的研究是十分有利于神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展的”，吳政星說，“但是它并不是全能的。比如說線蟲的簡單在另一個角度來說也是一個缺點，正是因其結(jié)構(gòu)過于簡單，所以從它得來的某些結(jié)果一般不能直接應(yīng)用到高等動物上?！?/p>

對于吳政星來說，有了問題并不可怕，迎難而上才是一個科學(xué)工作者的本色。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)除了上述優(yōu)點之外，線蟲也是研究神經(jīng)突觸形成、神經(jīng)遞質(zhì)釋放的重要模式系統(tǒng)。然而，由于缺乏神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程直接的功能性分析方法，極大地影響了對于線蟲囊泡內(nèi)吞和胞吐(vesicular exocytosis andendocytosis)機制的了解。

在項目組共同研發(fā)的基礎(chǔ)上，2007年11月，他與徐濤教授攜手撰寫的論文被《Neuron》發(fā)表。在這篇文章中，他們發(fā)展了直接電生理實驗，突破了這一技術(shù)限制，不僅利用膜片鉗膜電容測量(membrane capacitance measurement)和微碳纖電化學(xué)分析(amperometry)進(jìn)行了線蟲原代培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞的實驗，而且利用全內(nèi)反射熒光顯微技術(shù)(internal reflec―tion fluorescence microscopy)成功監(jiān)控了單個致密核心囊泡(single dense core vesicle－DCV)的融合及定位。通過這些技術(shù)方法基因操作和功能分析(genetic pe rturbationanalysis)，他們證明了UNC-31在DCVs定位在質(zhì)膜上的重要性，而且更有趣的是。UNC-31突變引起的DCVs定位缺陷可以完全由PKA活性逆轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)UNC-31蛋白(在哺乳動物的同源蛋白為MUNC-31)與UNC-13蛋白存在功能相互作用，提出了UNC-31蛋白的作用機制模型。這些對于了解神經(jīng)突觸形成和神經(jīng)遞質(zhì)釋放具有重要的意義。能進(jìn)一步解析囊泡形成和釋放的機理。

2006年，吳政星又開始以線蟲為模式研究生物學(xué)習(xí)與記憶及其分子和神經(jīng)回路水平的機制。對于自己在線蟲領(lǐng)域的研究，吳政星如是說，“過去很長的一段時間，大家都是用哺乳動物的細(xì)胞來做研究，而線蟲的單細(xì)胞則比較小，這時以過去的技術(shù)手段來做就不太可能實現(xiàn)，因此，我們對其進(jìn)行了改進(jìn)，把一系列的先進(jìn)技術(shù)糅合進(jìn)來，形成了一個新的技術(shù)體系?！倍啾人妮p描淡寫，一些專家卻評價，這一技術(shù)“具有突破性的研究意義”，為學(xué)科的創(chuàng)新發(fā)展奠定了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。

精益求精

華中科技大學(xué)分子生物物理教育部重點實驗室由學(xué)校原來的幾個研究所組成，吳政星教授原來所在的生物物理與生物化學(xué)研究所，一直由徐濤教授擔(dān)任所長。實驗室建立后，這些研究所即以小組編制，負(fù)責(zé)人一般沿襲從前。

2004年12月，吳政星自德國薩爾大學(xué)回國。此時，徐濤教授已開始兼任中科院生物物理研究所副所長，2007年，徐教授更成為該研究所成立以來最年輕的所長。重任在肩，徐教授對團(tuán)隊的管理自是不能如既往般事必躬親。于是，吳政星回國后不久，便協(xié)助導(dǎo)師做起了實驗室的日常工作――維護(hù)設(shè)備、培養(yǎng)學(xué)生、指導(dǎo)一線試驗。他踏踏實實地扎根于此，一絲不茍地做他的學(xué)問。

“從2000年起，我們就一直在做細(xì)胞膜轉(zhuǎn)因方面的研究，后來，我對神經(jīng)生物物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。徐教授很支持我的想法，經(jīng)過團(tuán)隊的共同探討，實驗室最終確定了這一發(fā)展方向?！眳钦墙淌趯⑦^往徐徐道來。交談中，其思路之清晰，語言之縝密已初見端倪。而這則得益于其在德國薩爾大學(xué)兩年間的學(xué)習(xí)。

提起德國，筆者不禁想起一則笑話：如果啤酒里有一只蒼蠅，美國人會馬上找律師，法國人會拒不付錢，英國人會幽默幾句，而德國人則會用鑷子夾出蒼蠅，并鄭重其事地化驗啤酒里是否已經(jīng)有了細(xì)菌?；蛟S故事中有所夸張，卻在某種程度上印證了德國人滲入骨髓的嚴(yán)謹(jǐn)風(fēng)骨。“他們的嚴(yán)謹(jǐn)是世界聞名的”，吳政星教授也頗有同感，“他們的很多東西都有著規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。一項技術(shù)也許會隨著科學(xué)的發(fā)展而變得不合時宜，但這種人生哲學(xué)卻是永不褪色的?！彼毖栽诘聡膬赡?，受益最大的便是其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度?！皩嶋H上，對于每一位從事科學(xué)研究的人，嚴(yán)謹(jǐn)都是至關(guān)重要的。譬如生物學(xué)，本身就屬于實驗學(xué)科，如果某一個環(huán)節(jié)不規(guī)范，或者一個細(xì)節(jié)上的疏忽都會造成實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差，甚至是離譜兒。所謂‘失之毫厘，謬以千里’就是這個道理?！庇辛诉@般認(rèn)識，吳政星自然不肯輕慢對自己的要求，不僅律己甚嚴(yán)，對學(xué)生的教育中也總是反復(fù)強調(diào)，從不肯輕易放松。

的確，他是嚴(yán)師，以精益求精的態(tài)度“約束”著學(xué)生。同時，他也是一位慈師，時刻體恤著學(xué)生的辛苦。當(dāng)被問到在科研中遇到過怎樣的困難時，他并沒有追憶自己曾經(jīng)遭遇過什么，反而屢屢提及“一線上的學(xué)生們才是真正辛苦的，他們付出了很多”。以老鼠的胰島素分泌試驗為例，他解釋道，MUNCl3－1基因敲除的老鼠，其存活時間是很短暫的，從出生到死亡不過24小時，而且其出生時間基本都在晚上?！盀榱俗ゾo時間觀察，我們的學(xué)生必須放棄正常的睡眠時間，長期守在那里，不能錯過其研究的最佳時機”，其語氣中對學(xué)生的疼惜溢于言表。盡管科研和實驗室管理占去了他大部分的時間，對學(xué)生的培養(yǎng)，他也是重視有加的，他認(rèn)為如果沒有后續(xù)人才，科學(xué)研究就無法持續(xù)發(fā)展，但是單純的教學(xué)只能培養(yǎng)出根植于教材的學(xué)生，而科研思維和實驗操作，必須通過大量的實踐來完善和成熟?！翱茖W(xué)經(jīng)常會在無意之間發(fā)現(xiàn)重大的突破”，吳教授說，“我們實驗室就發(fā)生過這樣的情況，某

一個成果被做出來后，有學(xué)生忽然發(fā)現(xiàn)自己曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過這一線索，但當(dāng)時并沒有在意。于是，就與一項進(jìn)步失之交臂?！薄耙坏烂翡J的目光往往能從平常中看到不平常的影子，反之，則看一切事務(wù)皆平常?！?/p>

一字一句。擲地有聲。人生無常，也許并不是每一位學(xué)生都會一生堅守在科研的戰(zhàn)線上，但吳政星卻一直以科研所必備的素質(zhì)來要求著他們。觸類則旁通，舉一而返三，其實，他所要求的一切又何嘗不是人生的通行證呢!

做科研要“傻”一點

“做科研要‘傻’一點”，起初，聽到吳政星教授如此提及，筆者心下未免有一絲疑惑。那些曾經(jīng)或者正在攻克一個個科學(xué)難關(guān)、甚至是世界性難題的人，哪一個都應(yīng)絕頂聰明才是，如何稱得上“傻”呢。

依舊是身在德國的兩年，吳政星看到了許多，也想到了許多。

“中國人的聰明，也是世界公認(rèn)的。改革開放三十年，我們的發(fā)展也很快，但在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展上還是跟發(fā)達(dá)國家有著很大的差距，科學(xué)前沿上的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)或技術(shù)比較少。這與當(dāng)前學(xué)術(shù)界某些浮躁風(fēng)氣是密不可分的。”他直言不諱，“一項科研有時可能需要幾年、十幾年甚至更長的時間去完成。這是一項系統(tǒng)的工作?？蒲械穆L有時會引起一些急功近利的態(tài)度，如此一來，可能會造成許多結(jié)果不能進(jìn)一步深入研究?！?/p>

談及此處，吳政星教授頗有些惋惜。

理論研究是基礎(chǔ)，地基不牢固，大廈自然也不安穩(wěn)?！耙虼?。產(chǎn)業(yè)化推廣固然極為重要，也需要有堅實的理論基礎(chǔ)作為后盾。”曾幾何時，網(wǎng)絡(luò)上一度流傳這樣的對比――“一億條褲子”與“一架飛機”，發(fā)展中國家出口一億條褲子才能夠換回一架飛機，觸目驚心的數(shù)字昭然揭示著科學(xué)創(chuàng)新的重要性，唯有自主創(chuàng)新，才能達(dá)到真正的發(fā)展。