人类基因组研究：人类认识自身的跨世纪工程

人类基因组计划(HGP)是当今医学和生物学领域的一项巨大工程。通过遗传连锁图谱分析、物理图谱分析和大规模DNA测序来完成人基因组3×10~9碱基对全部核苷酸的顺序分析,从而为进一步的基因识别奠定基础。其最终目的是要研究人类基因组约10万个相关基因及其结构、生物学功能,这将为阐明人类单基因遗传病和多因素的多基因疾病的发病机制和防治方法提供重要的依据,并对全球生命科学的发展起巨大的推动作用。     

基因治疗——病笃投医

去年许多人曾预言,在1985年年底前将作基因治疗的临床试验。可是,基因治疗学家却遭到挫折,问题出在转移基因的反转录病毒的生物学。本刊本期刊登的霍克(Hock)和束勒(Miller)的论文对发展人类基因治疗的反转录病毒载体作出了进展,但却表明基因治疗依然渺茫(注1)。该文报道抗药基因转入了人体骨髓细胞。其重要性在于这是第一次在没有感染性辅助病毒存在的条件下成功地转移了基因;而且抗药基因在被转染的细胞中表达。独具匠心地设计和构建了这种反转录病毒载体,但在技术上还有些什么问题,投入应用的前景又如何呢?     

“组合”新生命

重塑生命,这正是合成生物学这一新兴科学的核心宗旨。该学科致力于从零开始建立微生物基因组,从而分解、改变并扩展自然界在35亿年前建立的基因密码。合成生物学是基因工程中一个刚刚出现的分支学科,它吸引了大批生物学家和信息工程师致力于此项研究。     

JWA参与调控细胞分化的结构和功能

为阐明新基因JWA的结构特征、表达调节规律和生物学功能,通过基因重组和测序,确定了大鼠JWA同源基因和人JWA基因621bp的启动子序列;用RT－PCR法,分析了培养细胞株和原代白血病细胞经药物处理后JWA mRNA的表达情况,发现TPA处理后JWAmRNA水平在肿瘤细胞株与非肿瘤细胞株中呈反向变化：用维甲酸治疗前的M3型白血病人骨髓白细胞,其JWA基因对多种诱导分化剂处理不敏感;而用维甲酸治疗10d后再用诱导分化剂处理,则JWA基因的转录水平均被下调,提示M3型白血病细胞在ATRA作用下的分化可能是启动JWA信号转导通路的前提。而JWA基因的表达下调是否为白血病细胞进一步分化及4HPR,As2O3和TPA等诱导细胞凋亡所必需,值得进一步探讨。JWA基因在不同种属中保持较为稳定的序列特征,说明该基因在生物进化中可能较保守并可能具有相近的生物学功能。     

为细胞“编程”的启示

<正>生物学博士贾斯汀·帕哈拉和加拿大生物艺术家、MITMedia Lab研究员朱丽·勒高特,在北京中学生物实验室带领同学们利用神秘装备"Amino"完成了有趣的合成生物学实验。实验的基本思路是:往大肠杆菌里导入从海洋生物中获取的各种颜色的荧光蛋白基因。如果新的基因在大肠杆菌中获得表达,大肠杆菌就会呈现出不同的颜色,也就表明大肠杆菌"编程"成功。     

转座子在植物基因分离中的应用

通过转痤子标记引起插入突变,分离得到玉米和金鱼草的一些基因,该技术的推广应用,丰富了我们在植物生物学领域的知识。在部分植物中,已通过分离突变体定位了控制发育过程的某些基因。如与日长和温度有关的控制开花的基因,决定花形与结构、植株高低、果实质量的基因。但因对其蛋白质产物、表达部位、活性态时间都一无所     

新千年的生物伦理学问题

美国宾夕法尼亚州大学生物伦理学中心主任阿瑟·开柏兰博士最近对新千年中可能引起生物伦理学问题的若干生物学新科技，作了如下预测：基因诊疗 到２１００年，基因扫描将成为医生的诊疗方法之一。医生将对从面颊或皮肤摘取的少量细胞ＤＮＡ进行扫描，然后根据其结果，提供一份健康风险报告，并推荐一种经过基因设计、可以释放预防性药物的食物，以及可以减少疾病风险的新的生活方式。 隐私权将成为主要的伦理学问题：谁能看我们的ＤＮＡ风险报告？如果诊出问题的话，是否一定得接受治疗？人们是否有公平的机会来接受基因测试和获得经过基因…     

海洋模式动物海鞘及其脊索发育与调控

海鞘属于尾索动物,是与包括人类在内的脊椎动物进化距离最近的无脊椎动物.海鞘幼虫背部具有脊索,是无脊椎动物和脊椎动物的过渡类型,在研究脊椎动物起源和脊索动物进化中具有非常重要的地位.海鞘还是滤食性生物类群,在控制碳流向等海洋生态过程中起重要调节作用.海鞘卵及胚胎透明、身体结构简单、胚胎发育的细胞谱系明确,是镶嵌型发育的典型模式动物.最近,随着几种海鞘基因组的解析以及基因和胚胎操作技术、细胞生物学和实时影像等技术在海鞘生物学研究中的应用,海鞘发育生物学研究取得了令人瞩目的进展.本文阐述了尾索动物的进化地位和海鞘的生物学特征及其海洋生态学功能,概述了现阶段海鞘生物学研究的技术手段和可共享的遗传材料及基因等网络资源,着重论述了模式动物玻璃海鞘的特征器官脊索的起源与发生以及脊索管腔形成所经历的复杂细胞学过程和分子调控机制,总结了最近国内外海鞘生物学研究进展,提出了未来的发展方向以及需要开展工作的重要领域.     

非编码RNA:比较近缘物种及寻找雄性功能基因

非编码RNA是近来发现的一类具有重要功能的基因. 本文针对“果蝇近缘物种间性腺特异ncRNA表达图谱存在显著差异”一文, 讨论其涉及的内容对ncRNA研究领域发展的意义. 该文采用比较基因组分析与基因间区RT-PCR相结合的简便而有效的非编码RNA检测手段, 在黑腹果蝇中鉴定出12个性腺特异性表达的非编码RNA基因, 并发现他们在黑腹果蝇及其近缘种间的表达存在差异. 这一结论一方面暗示了同一个非编码RNA基因在物种进化过程中演化出了各自的表达调控机制, 另一方面也为性别发育生物学和进化生物学研究提供了一个有价值的ncRNA基因的研究平台.     

在植物中表达农用医用动物基因

在植物中表达农用医用动物基因是必要的，也是十分有意义的。本文对动物基因在植物中的整合、转录和表达作了回顾，并提出了一些自己的看法。     

生物钟：基因和环境决定的行为——2017年诺贝尔生理学或医学奖简介

2017年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位研究果蝇生物钟行为的美国科学家——杰弗里 • 霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔 • 罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔?杨(Michael W. Young),奖励他们发现了决定生物钟行为的基因和这些基因产物的工作原理。生物钟,也叫生物日节律或昼夜节律(circadianrhythm),是生物以约昼夜24小时为周期的节律性行为。生物钟行为是一个在各种动植物中都普遍存在的自然现象。生物钟基因的发现和对这些基因产物工作原理的揭示对了解生命和生命的运行原理,特别是对基因、行为和环境三者之间的关系有着重要的理论意义,同时也为利用生物钟原理来解决生产活动和健康医疗中的生物学问题奠定了应用基础。     

分子进化研究上的争论及分子进化的意义

分子生物学的蓬勃发展,推动了生物学其他分支深化到分子水平,进化历史和进化机制的研究亦不例外,这就是分子进化这一新颖领域在进化生物学的涌现。迄今为止,分子进化研究取得的成就已大大推进了进化生物学的前进,如在分子钟假说基础上以分子数据构建的系统树,极大地改善了昔日主要依靠难以猎取的零星化石资料批论的系统树,而且可以构建基因系统树(这是传统的进化生物学无法做到的);更有意义的是,对进化机制的探讨,进入到一个新的水平。随着进化生物学研究的深入,对一些基本问题如生物进化主要动力的争论,愈来愈激烈也愈来愈深刻了。     

节肢动物早期演化的基因背景

我国云南昆明和澄江等地下寒武统帽天山页岩动物群保存的大量处于不同演化阶段的节肢动物化石为研究节肢动物早期演化提供了物质依据. 最近研究表明, 节肢动物起源及其冠支类群早期演化分别由以外骨骼分节和背甲关节的形成、具关节附肢的形成和复合型头区的形成为特征的体节化事件、附肢化事件和头区化过程所组成. 本文结合发育生物学研究探索节肢动物起源及其早期演化的基因背景, 认为附肢化过程与Hox基因分别参与附肢D-V轴和P-D轴的调控作用有关. 头区化过程与原躯干前端体节形成机制的变化有关. 化石和发育生物学研究表明在复合型头区形成初期, Hox基因的表达在不同体区的分化已经发生; 但Hox基因直到冠支类群演化的早期阶段尚未对附肢特异化起明显的调控作用. Hox基因对体节和附肢特异化调控作用是冠支类群演化的后期事件.     

通过转δ-OAT基因获得抗盐抗旱水稻

δ-OAT基因编码的鸟氨酸-δ-氨基转移酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸途径中的关键酶.采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321,通过PCR及分子杂交分析确定目的基因已插入水稻染色体中并得到超量表达.抗盐抗旱检测结果表明,水稻在受到渗透胁迫时会大量积累脯氨酸,各种条件下转基因水稻积累的脯氨酸是对照的5～15倍;同等胁迫条件下转基因株系相对生长更快,苗与根的生物学产量都要高于对照,最后种子产量也显著高于对照,如在0.1 mol/LNaCl胁迫下转基因株系相对产量提高了16%～41%,说明δ-OAT基因超量表达并积累脯氨酸在抗渗透胁迫中有着重要作用,通过转化δ-OAT基因可以获得抗盐抗旱的基因工程水稻.     

生物界可能存在另一套遗传密码

所有的生命种类共用一套完全相同的遗传密码,这已是现代生物学一个十分明确的概念。但是,近年来,遗传密码这种宇宙式的普遍性,正陆续遭到破坏。尽管早在8年前,就已在线粒体的基因研究中,发现了变异密码子的存在,但当时仅把它们看成是简单的实变而忽略。如果说“线粒体是因其遗传系统小,仅编码有限数目的蛋白,而能忍受这种致命性的突变”的话,那么到今天,细菌、病毒和原生动物等的基因编码中变异密码子的发现,分子生物学家和进化生物学     

当前的社会生物学之争

1975年威尔逊发表《社会生物学——新的综合》一书后引起的激烈争论,经过三年多的白热展开,已经蔓延及西方国家整个学术界,并从单纯的学术问题转变成为一个政治论题。1978年以后通过《人类的本性》等著作,威尔逊又提出了基因与文化共同进化的理论,企图用文化因素来解释人类行为是进化的产物,并扩及政治学、经济学、伦理学等方面。于是就遭到反对者,特别是反种族主义者的批判。这就是威尔逊所说的“社会生物学的第二轮争论”。本文是作者在最近走访包括威尔逊与古尔德在内的一些代表人物的实录,希望读者运用马克思主义的观点去作分析。——译者     

植物基因克隆的方法和策略

芬子生物学的迅速发展对克隆植物基因起了积极的推作用，本篇旨在介绍植物基因克的策略及研究进展。     

遗传变异与人类健康

人类遗传变异常常是与生物学功能相关的,遗传变异可影响人类健康.不同种类的遗传变异往往对人类健康产生不同的影响,深入了解不同变异对人类健康影响的机制,将大大促进人类健康的研究.而随着技术的进步,尤其是高通量测序技术的广泛应用及相关技术的出现和发展,必将极大完善基因诊疗方案.本文侧重于遗传学变异对人类健康的影响,探讨遗传变异和人体健康的直接联系,以了解在人类健康中基因与环境和基因与基因之间的相互作用,促进人们对人类健康的认识,而这也是目前亟待探索的领域和话题.     

中介体复合物结构与转录调控机制

在真核生物中，中介体复合物 (Mediator complex) 接收转录激活子/基因特异型转录因子携带的转录激活信号，并将之传递给核心转录机器——RNA聚合酶II，在这个过程中起到桥梁的作用。中介体复合物与RNA聚合酶II、各种通用转录因子组装成转录前起始复合物，对于真核生物几乎所有基因的转录都是必需的。中介体复合物成分复杂多变，结构柔性较强，针对它的结构生物学和转录调控机制的研究已超过30年。文章小结了中介体复合物的发现历程、功能和组成以及结构生物学方面的突出成果，并对它可能的转录调控机制进行了初步阐释。     

纳米尺度金属超分子配合物对DNA的特殊识别与功能调控新进展

配体通过靶向特殊基因,进而调节该基因所参与的生物学功能一直是生物无机化学领域十分活跃的研究课题.当前,金属配合物对DNA的结构识别以及功能调控引起了人们的高度重视,越来越多的研究表明,金属配合物能够有效地识别DNA的二级结构并影响其生物学功能.最近研究发现,一些具有纳米尺度的金属超分子配合物能够特异性识别DNA并表现出特殊的生物学效应.本文总结了纳米尺度金属超分子配合物对不同DNA二级结构的选择性识别及调控等方面的研究进展.