基因組學(xué)概述精選(九篇)

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第1篇：基因組學(xué)概述范文

藥物基因組學(xué)是伴隨人類基因組學(xué)研究的迅猛發(fā)展而開(kāi)辟的藥物遺傳學(xué)研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的學(xué)科。

基因多態(tài)性是藥物基因組學(xué)的研究基礎(chǔ)。藥物效應(yīng)基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學(xué)研究的關(guān)鍵所在?；蚨鄳B(tài)性可通過(guò)藥物代謝動(dòng)力學(xué)和藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)改變來(lái)影響物的作用。

基因多態(tài)性對(duì)藥代動(dòng)力學(xué)的影響主要是通過(guò)相應(yīng)編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面。與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對(duì)細(xì)胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多?；蚨鄳B(tài)性對(duì)藥效動(dòng)力學(xué)的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態(tài)性使個(gè)體對(duì)藥物敏感性發(fā)生差異。

苯二氮卓類藥與基因多態(tài)性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個(gè)體對(duì)咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現(xiàn)為用藥后鎮(zhèn)靜時(shí)間的延長(zhǎng)。

吸入與基因多態(tài)性：RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。氟烷性肝炎可能源于機(jī)體對(duì)在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應(yīng)。

神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫(kù)銨的酶，已發(fā)現(xiàn)該酶超過(guò)40種的基因多態(tài)性，其中最常見(jiàn)的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長(zhǎng)時(shí)間窒息有關(guān)。

鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見(jiàn)的基因多態(tài)性是A118G和G2172T?？纱蚝颓R多通過(guò)CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺(jué)的產(chǎn)生有關(guān)。

局部與基因多態(tài)性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態(tài)性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。

一直以來(lái)麻醉科醫(yī)生較其它專業(yè)的醫(yī)療人員更能意識(shí)到不同個(gè)體對(duì)藥物的反應(yīng)存在差異。的藥物基因組學(xué)研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應(yīng)的個(gè)體差異，更重要的是在用藥前就可以根據(jù)病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達(dá)到真正的個(gè)體化用藥。

能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)病人對(duì)麻醉及鎮(zhèn)痛藥物的反應(yīng)，一直是廣大麻醉科醫(yī)生追求的目標(biāo)之一。若能了解藥物基因組學(xué)的基本原理，掌握用藥的個(gè)體化原則，就有可能根據(jù)病人的不同基因組學(xué)特性合理用藥，達(dá)到提高藥效，降低毒性，防止不良反應(yīng)的目的。本文對(duì)藥物基因組學(xué)的基本概念和常用的藥物基因組學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、概述

二十世紀(jì)60年代對(duì)臨床麻醉過(guò)程中應(yīng)用琥珀酰膽堿后長(zhǎng)時(shí)間窒息、硫噴妥鈉誘發(fā)卟啉癥及惡性高熱等的研究促進(jìn)了藥物遺傳學(xué)（Pharmacogenetics）的形成和發(fā)展,可以說(shuō)這門學(xué)科最早的研究就是從麻醉學(xué)開(kāi)始的。

藥物基因組學(xué)(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學(xué)研究的迅猛發(fā)展而開(kāi)辟的藥物遺傳學(xué)研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關(guān)系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標(biāo)，研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝、消除等個(gè)體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對(duì)藥物的不同反應(yīng)，并由此開(kāi)發(fā)新的藥物和用藥方法的科學(xué)。

1959年Vogel提出了“藥物遺傳學(xué)”,1997年Marshall提出“藥物基因組學(xué)”。藥物基因組學(xué)是藥物遺傳學(xué)的延伸和發(fā)展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應(yīng)關(guān)系的學(xué)科。但藥物遺傳學(xué)主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對(duì)藥物作用的影響；而藥物基因組學(xué)除覆蓋藥物遺傳學(xué)研究范疇外，還包括與藥物反應(yīng)有關(guān)的所有遺傳學(xué)標(biāo)志，藥物代謝靶受體或疾病發(fā)生鏈上諸多環(huán)節(jié)，所以研究領(lǐng)域更為廣泛[1,2,3]。

二、基本概念

1．分子生物學(xué)基本概念

基因是一個(gè)遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長(zhǎng)DNA分子和與其相關(guān)的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見(jiàn)的類型是單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經(jīng)鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態(tài)性?？苫Q使用，但一般來(lái)說(shuō)，突變是指低于1%的群體發(fā)生的變異，而多態(tài)性是高于1%的群體發(fā)生的變異。

2．基因多態(tài)性的命名法：

(1)數(shù)字前面的字母代表該基因座上最常見(jiàn)的核苷酸(即野生型)，而數(shù)字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對(duì)上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥(niǎo)嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。

(2)對(duì)于單個(gè)基因密碼子導(dǎo)致氨基酸轉(zhuǎn)換的多態(tài)性編碼也可以用相互轉(zhuǎn)換的氨基酸的來(lái)標(biāo)記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態(tài)性Asp70Gly是指此蛋白質(zhì)中第70個(gè)氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。

三、藥物基因組學(xué)的研究?jī)?nèi)容

基因多態(tài)性是藥物基因組學(xué)的研究基礎(chǔ)。藥物效應(yīng)基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學(xué)研究的關(guān)鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點(diǎn)、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等。其中研究最為深入的是物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態(tài)性的相關(guān)性[1,2,3]。

基因多態(tài)性可通過(guò)藥物代謝動(dòng)力學(xué)和藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)改變來(lái)影響藥物作用，對(duì)于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的物尤其需引起臨床重視。

（一）基因多態(tài)性對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)的影響

基因多態(tài)性對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)的影響主要是通過(guò)相應(yīng)編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面[3,4,5,6]。

1、藥物代謝酶

與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對(duì)細(xì)胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。

（1）細(xì)胞色素P-450（CYP45O）

物絕大部分在肝臟進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，參與反應(yīng)的主要酶類是由一個(gè)龐大基因家族編碼控制的細(xì)胞色素P450的氧化酶系統(tǒng)，其主要成分是細(xì)胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復(fù)雜，受基因多態(tài)性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應(yīng)CYP45O基因超家族內(nèi)的進(jìn)化關(guān)系的統(tǒng)一命名法：凡CYP45O基因表達(dá)的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標(biāo)阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達(dá)后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個(gè)變化則在表達(dá)式后加上一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，如CYP

2D6。

（2）丁酰膽堿酯酶

麻醉過(guò)程中常用短效肌松劑美維庫(kù)銨和琥珀酰膽堿，其作用時(shí)限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會(huì)使肌肉麻痹持續(xù)時(shí)間在個(gè)體間出現(xiàn)顯著差異。

2、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的多態(tài)性

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，包括一些止吐藥、鎮(zhèn)痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個(gè)體間P-糖蛋白的表達(dá)差別明顯，MDR1基因的數(shù)種SNPs已經(jīng)被證實(shí)，但其對(duì)臨床麻醉的意義還不清楚。

（二）基因多態(tài)性對(duì)藥物效應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響

物的受體（藥物靶點(diǎn)）蛋白編碼基因的多態(tài)性有可能引起個(gè)體對(duì)許多藥物敏感性的差異，產(chǎn)生不同的藥物效應(yīng)和毒性反應(yīng)[7,8]。

1、藍(lán)尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）

藍(lán)尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過(guò)程。惡性高熱（malignanthyperthermia,MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1基因異常而導(dǎo)致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發(fā)性吸入和琥珀酰膽堿的觸發(fā)下可以出現(xiàn)骨骼肌異常高代謝狀態(tài)，以至導(dǎo)致患者死亡。

2、阿片受體

μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點(diǎn)。OPRM1基因的多態(tài)性在啟動(dòng)子、內(nèi)含子和編碼區(qū)均有發(fā)生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結(jié)合而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜及呼吸抑制。不同個(gè)體之間μ-阿片受體基因的表達(dá)水平有差異，對(duì)疼痛刺激的反應(yīng)也有差異，對(duì)阿片藥物的反應(yīng)也不同。

3、GABAA和NMDA受體

γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質(zhì)門控離子通道，能夠調(diào)節(jié)多種物的效應(yīng)。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態(tài)性（尤其α和β），可能與孤獨(dú)癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關(guān)，但尚未見(jiàn)與物敏感性有關(guān)的報(bào)道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態(tài)性也有報(bào)道，但尚未發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的疾病。

（三）基因多態(tài)性對(duì)其它調(diào)節(jié)因子的影響

有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點(diǎn)，也不影響藥代和藥效動(dòng)力學(xué)，但其編碼基因的多態(tài)性在某些特定情況下會(huì)改變個(gè)體對(duì)藥物的反應(yīng)。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態(tài)性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應(yīng)。鮮紅色頭發(fā)的出現(xiàn)幾乎都是黑皮質(zhì)素-1受體（MC1R）基因突變的結(jié)果。MC1R基因敲除的老鼠對(duì)的需求量增加。先天紅發(fā)婦女對(duì)地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。

四、苯二氮卓類藥與基因多態(tài)性

大多數(shù)苯二氮卓類藥經(jīng)肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產(chǎn)物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實(shí)驗(yàn)顯示不同個(gè)體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。

地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮(zhèn)靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細(xì)胞色素CYP2C19的G681A多態(tài)性中A等位基因純合子個(gè)體與正常等位基因G純合子個(gè)體相比，地西泮的半衰期延長(zhǎng)4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個(gè)體對(duì)地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現(xiàn)為地西泮用藥后鎮(zhèn)靜或意識(shí)消失的時(shí)間延長(zhǎng)[9,10]。

五、吸入與基因多態(tài)性

到目前為止，吸入的藥物基因組學(xué)研究主要集中于尋找引起藥物副反應(yīng)的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。

與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機(jī)體對(duì)在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應(yīng)，但其發(fā)生機(jī)制還不十分清楚[7,11]。

六、神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性

神經(jīng)肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫(kù)銨的作用與遺傳因素密切相關(guān)。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發(fā)現(xiàn)該酶超過(guò)40種的基因多態(tài)性，其中最常見(jiàn)的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發(fā)生點(diǎn)突變而導(dǎo)致一個(gè)氨基酸的改變，與應(yīng)用肌松劑后長(zhǎng)時(shí)間窒息有關(guān)。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態(tài)性雜合子(單個(gè)等位基因)表達(dá)，會(huì)導(dǎo)致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時(shí)間通常會(huì)延長(zhǎng)3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態(tài)性的純合子(2個(gè)等位基因)表達(dá)則更加延長(zhǎng)其恢復(fù)時(shí)間，比正常人增加60倍。法國(guó)的一項(xiàng)研究表明，應(yīng)用多聚酶鏈反應(yīng)（PCR）方法，16例發(fā)生過(guò)窒息延長(zhǎng)的病人中13例被檢測(cè)為A變異體陽(yáng)性。預(yù)先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應(yīng)用可以縮短術(shù)后恢復(fù)時(shí)間和降低醫(yī)療費(fèi)用[6,12]。

七、鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)性

μ-阿片受體是臨床應(yīng)用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見(jiàn)μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮(zhèn)痛效力減弱。另一種阿片相關(guān)效應(yīng)—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態(tài)性還可影響阿片類藥物的代謝。

阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6?？纱蛲ㄟ^(guò)CYP2D6轉(zhuǎn)化為它的活性代謝產(chǎn)物－嗎啡，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。對(duì)33名曾使用過(guò)曲馬多的死者進(jìn)行尸檢發(fā)現(xiàn)，CYP2D6等位基因表達(dá)的數(shù)量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關(guān)，說(shuō)明其代謝速度受CYP2D6多態(tài)性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實(shí)CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發(fā)揮重要作用。

有報(bào)道顯示兒茶酚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺(jué)的產(chǎn)生有關(guān)。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質(zhì)，也是痛覺(jué)傳導(dǎo)通路上腎上腺素能和多巴胺能神經(jīng)的調(diào)控因子。研究證實(shí)Val158MetCOMT基因多態(tài)性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報(bào)道，G1947A多態(tài)性個(gè)體對(duì)實(shí)驗(yàn)性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內(nèi)源性腦啡肽水平降低[13～16]。

八、局部與基因多態(tài)性

羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對(duì)應(yīng)體，主要經(jīng)肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產(chǎn)物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide(PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態(tài)性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對(duì)159例墨西哥人的DNA進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發(fā)現(xiàn)日本人中CYP1A2基因存在6種導(dǎo)致氨基酸替換的SNPs。這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)的研究、個(gè)體化用藥具有重要意義[17,18,19]。

九、總結(jié)與

展望

第2篇：基因組學(xué)概述范文

關(guān)鍵詞：普通小麥 （Triticum aestivum L.）；抽穗期；TaHd1；直向同源區(qū)

中圖分類號(hào)：S512.1；S311；Q78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）05-1031-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.05.002

Abstract： Heading date is one of the important agronomic traits affecting production safety of common wheat， and is also a complex trait controlled by interaction of multiple genes. In this paper， the aspects including gene controlling systems of heading date， the cloning and function of TaHd1（one of controlling loci of heading date）， genomic location of TaHd1， the prospects about microevolution among TaHd1 orthologous region were reviewed. It will provide some reference for studying the heading date and improving common wheat.

Key words： common wheat （Triticum aestivum L.）； heading date； TaHd1； orthologous region

抽穗期作為普通小麥（Triticum aestivum L.）的重要農(nóng)藝性狀之一，對(duì)普通小麥適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境條件具有至關(guān)重要的作用，不但直接決定了普通小麥育成品種的推廣范圍與季節(jié)，而且對(duì)普通小麥品種的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性等重要性狀都有影響[1]。對(duì)于普通小麥野生近緣植物來(lái)說(shuō)，抽穗開(kāi)花期是與其棲息地的生態(tài)地理?xiàng)l件相適應(yīng)的。從野生狀態(tài)的生態(tài)地理?xiàng)l件適應(yīng)性到不同農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境條件的廣泛適應(yīng)性表明，普通小麥起源、演化過(guò)程中抽穗期這一性狀經(jīng)歷了嚴(yán)格的馴化選擇[2]。

近年來(lái)，嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)的各種不良災(zāi)害性天氣如倒春寒、暖冬、干熱風(fēng)等頻繁出現(xiàn)。為了小麥生產(chǎn)安全，迫切需要根據(jù)新的氣候變化趨勢(shì)，通過(guò)遺傳改良來(lái)調(diào)整小麥的抽穗開(kāi)花期，使其與光、溫等環(huán)境因子變化密切協(xié)調(diào)，從而使小麥適應(yīng)新的氣候條件，提高穩(wěn)產(chǎn)性[3]。因此，開(kāi)展小麥抽穗期相關(guān)基因的研究是小麥生產(chǎn)上十分重要的任務(wù)，該研究將為小麥生態(tài)育種奠定良好的基礎(chǔ)[4]。本文對(duì)近年來(lái)小麥抽穗期基因控制系統(tǒng)中關(guān)鍵成員之一 ――TaHd1基因的研究進(jìn)展進(jìn)行了概述，并對(duì)其相關(guān)研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 植物抽穗開(kāi)花的基因控制系統(tǒng)

對(duì)雙子葉植物擬南芥的研究表明，對(duì)其開(kāi)花的控制有4種途徑：光周期途徑、春化途徑、自主途徑（固有早熟性）和赤霉素（GA）途徑，其中一個(gè)途徑受阻將會(huì)影響開(kāi)花時(shí)間，但不會(huì)完全阻止發(fā)育轉(zhuǎn)換[5，6]。與雙子葉植物相類似，普通小麥抽穗期也受多基因系統(tǒng)的協(xié)調(diào)互作控制，從對(duì)環(huán)境信號(hào)反應(yīng)的差異來(lái)看，可將這些基因分為三大類[1]：春化基因（Vrn）、光周期基因（Ppd）和早熟性基因（Eps），其中春化基因和光周期基因的定位及作用機(jī)理研究比較深入，已經(jīng)從擬南芥、水稻、大麥、普通小麥等植物中克隆了約40個(gè)相關(guān)基因[7]。擬南芥中光周期控制途徑已基本闡明，該途徑由葉片中的光敏色素（即光受體）感受晝夜長(zhǎng)短和光的強(qiáng)弱等光信號(hào)開(kāi)始，產(chǎn)生晝夜節(jié)律，晝夜節(jié)律基因[8-10]（TOC1、CCA1、ZTL、LUX、ELF3、FKF1、LHY、LKP2等）感受晝夜變化而引起自身表達(dá)量的變化，該變化被GI和CDF1捕獲，進(jìn)而激活了葉片中的CONSTANS（CO）基因，當(dāng)CO表達(dá)量超過(guò)特定臨界值時(shí)， FT（FLOWERINGLOCUST）的表達(dá)被激活，進(jìn)而啟動(dòng)抽薹開(kāi)花過(guò)程[11，12]。由此可見(jiàn)，光周期控制通路中的CO基因（短日照的水稻中直向同源基因?yàn)镠d1[13]）是光周期信號(hào)傳遞過(guò)程中的關(guān)鍵基因之一[14]，本文主要概述了CO/Hd1基因在普通小麥中的研究進(jìn)展及展望。

2 普通小麥抽穗期控制基因TaHd1的克隆及其功能

Nemoto等[15]根據(jù)CO/Hd1基因的高度保守序列，在普通小麥中克隆到Hd1的直向同源基因有TaHd1-A、TaHd1-B、TaHd1-D。TaHd1具有與水稻Hd1高度相似的結(jié)構(gòu)，均包含鋅指基序和CCT結(jié)構(gòu)域。用中國(guó)春的基因組DN段（含TaHd1-A）對(duì)粳稻日本晴Hd1沒(méi)有功能的近等基因系植株進(jìn)行轉(zhuǎn)化，結(jié)果表明，T2代中含有TaHd1-A的轉(zhuǎn)基因植株比轉(zhuǎn)化前的近等基因系植株在短日照條件下抽穗期提早了約10 d，在長(zhǎng)日照條件下推遲了約25 d?？梢?jiàn)，TaHd1-A能夠?qū)λ局蠬d1的功能進(jìn)行互補(bǔ)。從CO/Hd1在光周期途徑中所處的位置看，其有雙重功能，即短日照植物（如水稻）中在短日照條件下促進(jìn)植株的抽穗開(kāi)花，長(zhǎng)日照植物（如擬南芥）中在長(zhǎng)日照條件下促進(jìn)植株抽穗開(kāi)花[2，13，16]。但在普通小麥中由于沒(méi)有合適的突變體，至今未見(jiàn)有關(guān)TaHd1-A基因在普通小麥中對(duì)抽穗期影響的報(bào)道。

TaHd1-B在啟動(dòng)子區(qū)因存在63 bp的缺失而不能轉(zhuǎn)錄，但編碼區(qū)結(jié)構(gòu)正常；TaHd1-D的mRNA具有與TaHd1-A相同的結(jié)構(gòu)，顯然，普通小麥基因組中3個(gè)TaHd1基因至少2個(gè)有潛在功能。多倍體中經(jīng)常是冗余基因發(fā)生假基因化，進(jìn)而降低基因劑量效應(yīng)對(duì)生物體正常生長(zhǎng)發(fā)育的影響，但異源六倍體普通小麥中TaHd1基因位點(diǎn)3個(gè)拷貝結(jié)構(gòu)都正常，而且至少有2個(gè)拷貝具有功能，說(shuō)明該基因?qū)ζ胀ㄐ←溕L(zhǎng)發(fā)育十分重要，除了參與光周期反應(yīng)外，可能還參與調(diào)控其他重要性狀，如在水稻中就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)同時(shí)影響抽穗期、株高、每穗粒數(shù)的QTL[17]。

3 普通小麥抽穗期控制基因TaHd1的基因組定位

TaHd1的3個(gè)基因都位于普通小麥基因組第六染色體同源群的長(zhǎng)臂上。水稻的第六染色體與小麥族植物的第七染色體間有共線性，水稻中Hd1位于第六染色體的短臂上，而且Hd1兩側(cè)RFLP標(biāo)記Xrz588、Xcdo17均位于小麥族的第七染色體同源群上。由此可見(jiàn)，現(xiàn)在位于普通小麥第六染色體同源群的TaHd1應(yīng)是由于進(jìn)化歷史上普通小麥染色體重排過(guò)程中發(fā)生了易位所致[15]。前人的研究也證實(shí)，小麥族基因組中該染色體區(qū)域在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生過(guò)高度重排。與水稻相比，高粱中Hd1直向同源區(qū)發(fā)生過(guò)包括基因易位、基因附加等在內(nèi)的微重排[6，15]。

綜上所述，迄今關(guān)于普通小麥抽穗期TaHd1這一重要農(nóng)藝性狀位點(diǎn)已經(jīng)圍繞基因定位、基因克隆、基因功能等進(jìn)行了深入研究，但也留下了許多亟待解決的問(wèn)題，如TaHd1的可能屬于功能冗余的3個(gè)同源基因是如何選擇性保留的；如果并非屬于功能冗余基因，是否存在一因多效效應(yīng)或該區(qū)段是否為含有幾個(gè)重要農(nóng)藝性狀基因的基因密集區(qū)；該效應(yīng)是否受到TaHd1在普通小麥進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生的染色體重排的影響；影響該位點(diǎn)染色體重排的機(jī)理何在，是否由于該位點(diǎn)周圍存在導(dǎo)致染色體重排的已知遺傳元件或新的遺傳元件等等。

4 普通小麥及其近緣屬中TaHd1位點(diǎn)的研究展望

利用親緣關(guān)系較近的多個(gè)物種進(jìn)行直向同源區(qū)序列比較研究是揭開(kāi)基因組區(qū)段進(jìn)化機(jī)制的重要手段[18，19]。筆者及合作者前期開(kāi)展了稻屬多個(gè)重要農(nóng)藝性狀基因（如MOC1，Adh1，Shattering4和Hd1等）直向同源區(qū)比較研究，發(fā)現(xiàn)多倍體中及二倍體發(fā)生基因串聯(lián)復(fù)制的基因組區(qū)段中，常常出現(xiàn)冗余基因由于編碼區(qū)小的插入/缺失或編碼密碼子突變?yōu)榻K止密碼子而導(dǎo)致的假基因化[20，21]；稻屬AA基因組中有4個(gè)（18、19、21、28）新基因可能通過(guò)denovo機(jī)制形成[21]；在稻屬中還發(fā)現(xiàn)有基因組片段移動(dòng)現(xiàn)象，但在該同源區(qū)及其側(cè)翼區(qū)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)目前已知的能介導(dǎo)基因移動(dòng)的Pack-MULE、逆轉(zhuǎn)座子、Helitron等元件，暗示其移動(dòng)機(jī)制有新的未知形式[21]；直向同源區(qū)存在基因共線性，共線性程度差異具有種屬特異性，該特異性與LTR型逆轉(zhuǎn)座子活動(dòng)有關(guān)，轉(zhuǎn)座子是影響基因組大小、基因密度、特定基因組變異的主要因素[21-23]。此外，四倍體硬粒小麥A、B基因組中含醇溶蛋白基因、較低的相對(duì)分子質(zhì)量麥谷蛋白基因區(qū)的序列的比較研究也證明，逆轉(zhuǎn)座子的快速擴(kuò)增、基因移動(dòng)、多輪的區(qū)段復(fù)制是造成該位點(diǎn)進(jìn)化快、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜、共線性較差的主要原因[24]。因此，親緣關(guān)系較近的不同物種中直向同源區(qū)的微共線性研究可以使人們從較長(zhǎng)DNA區(qū)段上了解物種進(jìn)化、基因組內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)制、直向同源基因的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織，而同一物種類型的栽培種與近緣野生種之間的直向同源區(qū)序列比較分析，則提供了物種進(jìn)化和馴化過(guò)程中DNA水平信息[22]。可見(jiàn)，對(duì)于小麥TaHd1位點(diǎn)來(lái)說(shuō)，開(kāi)展序列水平的基因組直向同源區(qū)比較研究是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。

小麥屬及其近緣屬中蘊(yùn)含了豐富的優(yōu)異基因，是拓寬普通小麥育種親本遺傳基礎(chǔ)、進(jìn)行普通小麥遺傳改良的寶貴基因庫(kù)[25]。小麥屬及其近緣屬中有二倍體（AB）、四倍體（AABB、AAGG）、六倍體（AABBDD）等不同的基因組類型，各類型中又存在野生種、原始種及栽培種等亞類，是研究普通小麥起源、演化的良好系統(tǒng)[26，27]。但由于小麥屬中多數(shù)植物基因組巨大，重復(fù)序列含量很高，普通小麥至今沒(méi)有完成全基因組測(cè)序。

以BAC載體為工具構(gòu)建的一系列普通小麥及其近緣種的基因組DNA大片段插入文庫(kù)，為研究普通小麥基因組區(qū)段進(jìn)化提供了良好的平臺(tái)，是進(jìn)入普通小麥及其近緣植物全基因組水平研究前的必然選擇[28]。第二代高通量測(cè)序儀的出現(xiàn)及其越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[29，30]，為進(jìn)行多物種、大片段基因組DNA同源區(qū)序列測(cè)定提供了價(jià)低、質(zhì)優(yōu)的便利條件。但對(duì)于沒(méi)有完成近緣種全基因組測(cè)序、重復(fù)序列含量又高的普通小麥及其近緣種來(lái)說(shuō)，單獨(dú)應(yīng)用二代測(cè)序技術(shù)在序列組裝時(shí)存在一定困難。2013年由中國(guó)科學(xué)家公布的小麥A、D基因組草圖序列為開(kāi)展小麥基因組區(qū)段進(jìn)化研究提供了寶貴的參考序列，但由于是序列框架圖階段，序列中Gap很多，難以滿足同源區(qū)序列分析要求[26，27]。2012年英國(guó)、美國(guó)等科學(xué)家完成了普通小麥中國(guó)春基因組草圖測(cè)序[31]，但是筆者用多個(gè)重要農(nóng)藝性狀基因（抽穗期基因TaHd1、矮稈基因Rht1、條銹病抗病基因Yr10等）序列在該基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中比對(duì)搜索結(jié)果表明，比對(duì)在顯著水平（BlastN，1e-10）以上的基因組組裝序列都比較短（

上述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀說(shuō)明，普通小麥TaHd1、水稻Hd1等許多控制抽穗開(kāi)花的基因均已被定位、克隆，并進(jìn)行了功能研究；已對(duì)稻屬中Hd1、MOC1、Adh1等位點(diǎn)直向同源區(qū)及四倍體硬粒小麥A、B基因組中醇溶蛋白基因、較低的相對(duì)分子質(zhì)量麥谷蛋白基因同源區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究。但普通小麥及其近緣種中TaHd1區(qū)域比較研究還未見(jiàn)報(bào)道，需要開(kāi)展深入研究。

另外，從測(cè)序手段來(lái)看，已報(bào)道的幾個(gè)位點(diǎn)同源區(qū)序列比較研究中測(cè)序采用的都是傳統(tǒng)Sanger測(cè)序法，測(cè)序成本較高，而采用二代測(cè)序和Sanger測(cè)序相結(jié)合的方法進(jìn)行同源區(qū)序列測(cè)定目前還未見(jiàn)報(bào)道。因此，采用二代高通量測(cè)序與傳統(tǒng)測(cè)序技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)普通小麥及其近緣種A、B、D基因組中重要農(nóng)藝性狀位點(diǎn)TaHd1區(qū)域進(jìn)行比較研究，面臨重大機(jī)遇，研究將為闡明普通小麥及其近緣種中TaHd1區(qū)域基因組區(qū)段進(jìn)化機(jī)制、基因及轉(zhuǎn)座子進(jìn)化機(jī)制等重要生物學(xué)問(wèn)題提供深層次理解，也將為普通小麥野生近緣植物中優(yōu)異基因的發(fā)掘與利用提供有價(jià)值的參考。

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第3篇：基因組學(xué)概述范文

摘要：從方證相關(guān)基本理論、客觀化規(guī)范化、分子生物學(xué)水平、交叉學(xué)科理論與方法等方面對(duì)方證的現(xiàn)代研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述。認(rèn)為方證研究取得了很大進(jìn)展，尤其與復(fù)雜系統(tǒng)理論結(jié)合有望取得突破性進(jìn)展，并由此可以加快中醫(yī)現(xiàn)代化的進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：中醫(yī)方證； 基本理論； 分子生物學(xué)； 客觀化； 規(guī)范化

辨證論治是中醫(yī)診療疾病的基本方法和原則，在辨證論治的理、法、方、藥這個(gè)體系中，方證占據(jù)著核心地位。方證研究一直都是中醫(yī)發(fā)展的重要命題，并且已經(jīng)積累了大量知識(shí)。隨著對(duì)中醫(yī)研究的深入和現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)的日益發(fā)展，近年來(lái)方證研究取得了很大進(jìn)展?，F(xiàn)作一簡(jiǎn)要綜述。

1 方證相關(guān)基本理論

1.1 方證對(duì)應(yīng) 《傷寒論》第317條曰：“病皆與方相應(yīng)者，乃服之”?！秱摗返?49條“傷寒五六日，嘔而發(fā)熱者，柴胡證具，而以他藥下之，柴胡證仍在者，復(fù)與柴胡湯…… ”。唐?孫思邈在《千金翼方》中對(duì)《傷寒論》病脈證并治體系進(jìn)行了整理，采用“方證同條，比類相附”的方法，建立了方證對(duì)應(yīng)的“方證”體系。到清代柯琴“以方名證”思想和日本漢方醫(yī)家吉益東洞“方證相對(duì)說(shuō)”［1］，說(shuō)明方證相應(yīng)理論在中醫(yī)學(xué)歷史上影響深遠(yuǎn)。方證相應(yīng)說(shuō)也為現(xiàn)代許多醫(yī)家所推崇，現(xiàn)代名醫(yī)胡希?。?］也認(rèn)為，臨證有無(wú)療效，決定于方證對(duì)應(yīng)與否。著名醫(yī)家鄧鐵濤［3］說(shuō)：“證變則方亦隨之變，證不變則效不更方。當(dāng)然若對(duì)慢性病，服藥時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)患者的證情，加減一二味，亦每每有好處，但治療之大原則未變?！爆F(xiàn)代研究對(duì)方證對(duì)應(yīng)的認(rèn)識(shí)有：方證相應(yīng)指的就是一個(gè)方劑的功效和方劑內(nèi)的藥味及其配伍關(guān)系與其所對(duì)應(yīng)的“證”之間存在著高度的統(tǒng)一性和針對(duì)性，亦即解決問(wèn)題的方法“方”與矛盾問(wèn)題“證”之間的高度一致性［4］。方證對(duì)應(yīng)是方劑與主證相對(duì)應(yīng)；方證對(duì)應(yīng)指證不變方亦不變，方隨證變，隨證加減 ；方證對(duì)應(yīng)是方證間病勢(shì)、病位、病情、病性相對(duì)應(yīng)；方證對(duì)應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)；方證對(duì)應(yīng)中方劑是有證而為，無(wú)證而不為；方證對(duì)應(yīng)可以是一方多證［5］。

1.2 方證從化學(xué)說(shuō)及其研究 方證從化學(xué)說(shuō)包括［6］：所謂“從方化證”即指“方”對(duì)“證”的授予、攻擊作用過(guò)程；所謂“從證化方”即“證”對(duì)“方”的親和選擇作用過(guò)程。在方證這種“耦合過(guò)程”中，方證以互為主客體的“主體選擇”和“引導(dǎo)”，構(gòu)成不可分割的互溶、互化的交互關(guān)系。把一個(gè)辨證論治過(guò)程的對(duì)應(yīng)方證，分解為從化前的“方證對(duì)應(yīng)”，從化中的“方證耦合”和從化后的“方證符合”三個(gè)階段，進(jìn)行多元、多級(jí)化“方”“證”互補(bǔ)式的階段研究，從而提出了“方藥有效實(shí)體 成分組合模”的概念。一方可以多“?！?，一“?！笨梢远喾健７阶C從化學(xué)說(shuō)理論框架的形成，無(wú)疑對(duì)闡明理法方藥各個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)涵，提供了新的突破口［7］。又有研究認(rèn)為［8］方證從化學(xué)說(shuō)與受體學(xué)說(shuō)有一致之處，中藥有效成分在體內(nèi)的分布是藥物歸經(jīng)理論的重要依據(jù)。同一處方，施之于同一病人，應(yīng)用時(shí)間有先后，其通過(guò)機(jī)體及證所授受的有效成分就不同；更由于證的從化遞減，造成了方藥的利用率的必然下降，形成了方變；同一個(gè)病證的不同患者，用同一方劑治療也會(huì)發(fā)生同樣的問(wèn)題。

2 方證相關(guān)的客觀化規(guī)范化研究

方證的客觀化規(guī)范化研究也是現(xiàn)代中醫(yī)研究的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，雖然研究起來(lái)有些困難，但近年來(lái)也取得了一些成就。如在婦科研究中發(fā)現(xiàn)［9］，活血化淤法對(duì)婦科血淤證的治療作用可能是通過(guò)以下諸多方面來(lái)實(shí)現(xiàn)的：雌激素相關(guān)作用；改善血液流變學(xué)的主要指標(biāo)，消除血液濃、黏、聚的狀態(tài)，改善子宮微循環(huán)；調(diào)節(jié)凝血系統(tǒng)、纖溶系統(tǒng)功能；保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其功能等。又如楊丁友等［10］研究顯示冠心病心虛證患者血小板明顯活化，血小板活化標(biāo)志物CD62P 及CD63 表達(dá)明顯較健康對(duì)照組增強(qiáng)(P

3 方證相關(guān)的分子生物學(xué)研究

分子生物學(xué)是生命科學(xué)的帶頭學(xué)科，應(yīng)用分子生物學(xué)理論和技術(shù)在中醫(yī)方證研究中也取得了一些進(jìn)展。

3.1 對(duì)中藥復(fù)方的研究應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)中藥復(fù)方的分子機(jī)理進(jìn)行了探討。如用細(xì)胞培養(yǎng)的方法研究發(fā)現(xiàn)［13］ ：復(fù)方補(bǔ)益劑(四君子湯、四物湯、八珍湯、十全大補(bǔ)湯)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)均有顯著促進(jìn)作用，而且不同補(bǔ)益劑對(duì)同種細(xì)胞的促生長(zhǎng)作用明顯不同，同種補(bǔ)益劑對(duì)不同細(xì)胞或同種細(xì)胞的不同生長(zhǎng)時(shí)期作用也不完全相同。賀雙騰等［14］運(yùn)用Northern雜交檢測(cè)到加入補(bǔ)腎醒腦解毒復(fù)方中藥煎液后，感染神經(jīng)元NGF和BDNF表達(dá)較正常海馬神經(jīng)元明顯提高并且能持續(xù)增加，維持潛伏感染神經(jīng)元存活達(dá)10周以上。凌云彪等［15］利用核素?fù)饺朐囼?yàn)、流式細(xì)胞術(shù)觀察到通過(guò)兩種不同途徑制備的中藥復(fù)方“肝纖方”可以抑制大鼠肝星狀細(xì)胞(HSC)的增殖及其膠原合成量。孫饒鴻等［16］采用流式細(xì)胞技術(shù)發(fā)現(xiàn)消瘤飲(根據(jù)益氣解毒抗癌的原則組成的中藥治療腫瘤方劑)具有明顯的抑瘤作用，可促使bax基因表達(dá)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

3.2 對(duì)證的研究 蛋白質(zhì)是人體功能表現(xiàn)的物質(zhì)載體。當(dāng)內(nèi)外環(huán)境變化時(shí)，人體“應(yīng)變系統(tǒng)”產(chǎn)生各種應(yīng)變活動(dòng)，包括各種癥狀表現(xiàn)，這些反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是人體蛋白質(zhì)正?；虍惓９δ艿暮暧^表現(xiàn)形式。證的初始內(nèi)涵其實(shí)為各種癥狀歸納、綜合而來(lái)，這些癥狀集中體現(xiàn)了證的功能性［17］。21世紀(jì)的生命科學(xué)將由人類基因組計(jì)劃和后基因組時(shí)代、蛋白組計(jì)劃、生物信息學(xué)、生命科學(xué)數(shù)字化等部分組成［18］。1990年人類基因組計(jì)劃（HGP）開(kāi)始啟動(dòng)，預(yù)計(jì)將在2005年以前完成人類基因組全部序列的測(cè)定，認(rèn)識(shí)人類全部基因編碼及功能［19］。所以理論和技術(shù)上蛋白質(zhì)組學(xué)都可以用來(lái)研究"證"。如有實(shí)驗(yàn)利用基因芯片技術(shù)研究心梗后心衰心氣虛證大鼠模型心臟梗塞區(qū)能量代謝功能基因表達(dá)譜的特征［20］。

3.3 對(duì)方證的研究中國(guó)的人類基因計(jì)劃自1993年開(kāi)始，1999年正式啟動(dòng)以來(lái)，已取得了顯著成績(jī)［21］。楊煥明在199101的中醫(yī)學(xué)與基因組學(xué)術(shù)會(huì)上指出，弘揚(yáng)具有特色的中醫(yī)藥，尤其是在已知中醫(yī)療效功能的基礎(chǔ)上反推基因功能組，如“哮喘中藥”的基因表達(dá)譜，利用人類基因組多樣性探尋證的“遺傳標(biāo)記”，探討“養(yǎng)生祛病”來(lái)修飾、改善基因功能的機(jī)理等［22］。王米渠等對(duì)中醫(yī)“恐傷腎”與補(bǔ)腎藥在基因水平作了研究［23］，首先用SMART技術(shù)逆轉(zhuǎn)錄擴(kuò)增，以分別獲得各組同一只小鼠造模前后的血液總cDNA；通過(guò)抑制消減雜交(SSH)方法獲得各實(shí)驗(yàn)組造模前后差異表達(dá)基因SSH 圖譜。結(jié)果顯示，造模腎虛組小鼠與藥物治療組同對(duì)照組的基因表達(dá)有較大差異，從所得到的l0個(gè)基因圖譜，可以初步理解與腎虛證可能相關(guān)的基因，補(bǔ)腎藥物治療組在基因圖譜與造模組的差異，顯示補(bǔ)腎藥治療對(duì)基因表達(dá)的影響。

4 方證研究的新理論

4.1 熵理論與方證研究“熵”是19世紀(jì)60年代德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯作為熱力學(xué)的概念提出來(lái)的。愛(ài)因斯坦(A．Einstein)將熵理論在科學(xué)中的地位概述為：“熵理論對(duì)于整個(gè)科學(xué)來(lái)說(shuō)是第一大法則?！?熵方法在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的研究中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，它對(duì)具有隨機(jī)性、多維數(shù)性、多關(guān)系性、多判據(jù)性以及定性描述多于定量描述等特點(diǎn)的因素處理具有信息全面、可靠性高、能進(jìn)行定量比較等優(yōu)點(diǎn)。研究證候與方劑的相關(guān)性，涉及到的信息也具有隨機(jī)性、多維數(shù)性、多關(guān)系性、多判據(jù)性等特點(diǎn)。對(duì)于這么復(fù)雜的信息，可以嘗試用熵理論分析。楊洪軍等［24］對(duì)中風(fēng)病證候進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，積累了豐富的中風(fēng)病中醫(yī)證候?qū)W研究資料，量化標(biāo)準(zhǔn)基本成熟，因此，他們?cè)诓〉目蚣軆?nèi)研究證、熵、方三者相關(guān)聯(lián)的科學(xué)規(guī)律。研究思路分為三個(gè)步驟，第一，收集證候、中風(fēng)病、方劑的臨床信息，建立數(shù)據(jù)庫(kù)；第二，基于熵方法的證候、中風(fēng)病、方劑綜合演化模型的建立；第三，證候、中風(fēng)病、方劑三者相關(guān)科學(xué)規(guī)律的提取。以中風(fēng)這樣一個(gè)具體的疾病為模型，進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的探討，證實(shí)熵理論是研究證侯與方劑的相關(guān)性的一個(gè)有效的理論工具。

4.2 復(fù)雜系統(tǒng)理論與方證研究復(fù)雜系統(tǒng)理論是21世紀(jì)最具有生命力的科學(xué)之一。耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論、混沌理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混沌同步與控制理論在復(fù)雜系統(tǒng)理論發(fā)展歷史中都起了重要作用［25］。開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的研究方法其實(shí)就是把大量定性認(rèn)識(shí)、點(diǎn)滴知識(shí)、專家意見(jiàn)匯集成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，從不完整到完整的定性，完成從定性到定量的飛躍［26］，通過(guò)大量積累，達(dá)到更高層次的認(rèn)識(shí)和飛躍。辨證論治理法方藥一致是中醫(yī)治療的根本，既然臨床用方(藥)離不開(kāi)證，那么方證之間就會(huì)存在一種特殊的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。從科學(xué)發(fā)展及臨床治療要求來(lái)看，中醫(yī)學(xué)的確需要構(gòu)筑一種全新的方證論治體系。這個(gè)體系應(yīng)是從宏觀到微觀，從抽象到具體，從定性到定量，從模糊到精確的辨證論治體系。這一要求，與復(fù)雜巨系統(tǒng)所特有的科學(xué)理論、專家經(jīng)驗(yàn)(歷代醫(yī)家的臨床有效治療)和定量分析方法不謀而合［27］。復(fù)雜系統(tǒng)理論將會(huì)破解中醫(yī)方證體系中目前尚未可知的系統(tǒng)。著名的復(fù)雜系統(tǒng)研究者、遺傳算法的發(fā)明人霍蘭教授認(rèn)為，許多的復(fù)雜系統(tǒng)存在著杠桿支點(diǎn)一個(gè)小的輸入會(huì)產(chǎn)生巨大的、可預(yù)期的直接變化，它提供我們改變系統(tǒng)行為的機(jī)會(huì)［28］。本項(xiàng)目組王建紅等從腎陽(yáng)虛引起下丘腦垂體性腺軸生殖內(nèi)分泌功能改變?nèi)胧郑瑢⒌湫头絼┡c證候右歸丸與腎陽(yáng)虛證聯(lián)系起來(lái)，建立方證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，觀察右歸丸對(duì)腎陽(yáng)虛時(shí)下丘腦垂體性腺軸生殖內(nèi)分泌功能的影響，在這個(gè)動(dòng)態(tài)模型中，分析中藥復(fù)方中各組成藥物在調(diào)整病證機(jī)體中的相互作用與地位，發(fā)現(xiàn)配伍規(guī)律，優(yōu)化配方；又借助中藥的信息載體作用，獲得腎陽(yáng)虛證本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)“證”解析“方”，又通過(guò)“方”解析“證”，建立了中醫(yī)方證研究的新方法。

5 小結(jié)

方證是中醫(yī)辨證體系的核心問(wèn)題，從古至今都是醫(yī)家比較重視的理論。在現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)日新月異的時(shí)代背景下，方證研究取得了很大進(jìn)步。方證相關(guān)性研究的基本理論在不斷發(fā)展完善；隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，在客觀化規(guī)范化研究方面取得的成績(jī)，使中醫(yī)的方證更加具體明確，也豐富了中醫(yī)辨證論治的內(nèi)容；分子生物學(xué)理論和技術(shù)的日益進(jìn)步使方證和生命科學(xué)更加有效地結(jié)合、促使盡快實(shí)現(xiàn)中醫(yī)現(xiàn)代化；熵理論、復(fù)雜系統(tǒng)理論等理論的成熟將會(huì)為中醫(yī)方證研究提供新的方法論的指導(dǎo)，揭示其深層次的科學(xué)內(nèi)涵。以方證這樣一個(gè)有著長(zhǎng)期積累和深厚理論基礎(chǔ)、有希望在新的條件下取得突破性進(jìn)展的中醫(yī)基本問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，將會(huì)加速中醫(yī)藥的發(fā)展和創(chuàng)新，為中醫(yī)藥現(xiàn)代化打開(kāi)一個(gè)嶄新的局面。

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第4篇：基因組學(xué)概述范文

關(guān)鍵詞：高通量測(cè)序：序列比對(duì)；序列作圖；序列比對(duì)工具

中圖分類號(hào)：Q-31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-7847（2014）05-0458-07

以Roche/454焦磷酸測(cè)序（2005年）、lllumina/Solexa聚合酶合成測(cè)序（2006年）和ABI/SOLiD連接酶測(cè)序（2007年）技術(shù)為代表的第二代測(cè)序技術(shù)與Sanger測(cè)序相比，共有的突出特征是單次運(yùn)行產(chǎn)出序列數(shù)據(jù)量大，故而又被通稱為高通量測(cè)序技術(shù)。高通量測(cè)序技術(shù)大大降低了測(cè)序的時(shí)問(wèn)和成本，因而得到了廣泛應(yīng)用。但隨之而來(lái)的短序列（short read）為基因數(shù)據(jù)分析帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。目前對(duì)短序列一個(gè)常用的分析方法則是將已有基因組序列作為參考基因序列（reference），將短序列與參考基因序列進(jìn)行序列比對(duì)，并在參考基因序列上進(jìn)行定位，這個(gè)過(guò)程稱為mapping。序列比對(duì)是基岡數(shù)據(jù)分析最基本的手段，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要意義。

1 高通量測(cè)序概述

1.1 測(cè)序分類

大規(guī)模、低成本、快速的高通量測(cè)序技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物研究的各個(gè)方面，當(dāng)前主流的測(cè)序分為：1）基因組學(xué)的全基因組de novo測(cè)序、全基因組重測(cè)序、外顯子&目標(biāo)區(qū)域測(cè)序、簡(jiǎn)化基因組測(cè)序；2）轉(zhuǎn)錄組學(xué)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、數(shù)字基因表達(dá)譜、小RNAs測(cè)序、降解組測(cè)序和長(zhǎng)鏈非編碼BNA洲序；3）表觀基囚組學(xué)的全基因組Bisulfile甲基化測(cè)序、RRBS、MeDIP測(cè)序等。

1.2 測(cè)序數(shù)據(jù)類型

現(xiàn)在比較常見(jiàn)的測(cè)序方式有：single -read、paired-end、Mate-pair、color-space。1）Single-read即為單末端測(cè)序，在測(cè)序前先將DNA樣本進(jìn)行片段化處理形成200～500 hp的片段，且將引物序列連接到DN段的一端，然后末端加上接頭。這種方法較簡(jiǎn)單，但是它只有一端有拼接信息，不利于拼裝；2）Paired-end稱為雙末端測(cè)序或配對(duì)末端測(cè)序，它是指在構(gòu)建待測(cè)DNA文庫(kù)時(shí)，在基因片段的兩端都加上測(cè)序引物結(jié)合位點(diǎn)再進(jìn)行測(cè)序。雙末端測(cè)序是在片段兩端都加上接頭，在序列拼裝的時(shí)候更容易定位片段；3）Male-pair也屬于雙末端測(cè)序，與paired-end不同的是它將基因隨機(jī)打成特定為2～10 kb的片段，然后經(jīng)末端修復(fù)，生物素標(biāo)記和環(huán)化等實(shí)驗(yàn)步驟后.再把環(huán)化后的片段打斷成400～600 bp的片段并標(biāo)記測(cè)序。因?yàn)榻?jīng)過(guò)了環(huán)化步驟，Mate-pair比paired-end方式測(cè)得的序列片段更長(zhǎng)，從而可以將基因序列中大量的repeat包含在內(nèi)，減少拼接難度；4）Color-space read是ABI公司的SOLiD測(cè)序儀檢測(cè)出的read，SOLiD可以同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)相鄰的堿基，并利用顏色空間的4種不同的顏色對(duì)兩個(gè)堿基編碼。對(duì)于這種編碼方式，只要知道顏色編碼對(duì)應(yīng)的序列上任何一個(gè)位置的堿基類型，就可以將顏色編碼解碼為原來(lái)的堿基序列，圖l為顏色編碼過(guò)程。

2 序列比對(duì)方法

對(duì)于百萬(wàn)條甚至上億條短序列在reference上的定位，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法不能滿足我們的要求。為了加快序列比對(duì)的速度，應(yīng)用啟發(fā)式算法是必然趨勢(shì)。同前，絕大多數(shù)的啟發(fā)式算法都是通過(guò)建立索引加快比對(duì)速度。建立索引就是用一個(gè)輔助的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)待比對(duì)序列，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑿蛄兄蟹弦欢ㄒ?guī)則的子序列凸顯出來(lái)。常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有哈希表和后綴樹(shù)兩種。

2.1 基于種子的哈希表索引方法

這種方法多用于數(shù)據(jù)庫(kù)搜索或read在參考序列上的mapplng，以哈希表形式建立序列的索引，這類算法的代表軟件是SSAHA，基于種子的哈希表方法具體步驟：

第一步，建立哈希表。

DNA序列由A、C、T、G四種脫氧核苷酸組成，長(zhǎng)度為k的連續(xù)片段也就是“種子”有4K種可能將4K種子存放在哈希表中，我們用一個(gè)公式將所有種子唯一標(biāo)識(shí)，將4個(gè)堿基的值f（x）轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示，只占用2 Bit的內(nèi)存。

第二步，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列與哈希表關(guān)聯(lián)

設(shè)一個(gè)含有n條DNA序列的數(shù)據(jù)庫(kù)D={S1，S2，…，Sn}，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的每條序列分解連續(xù)種子w，其長(zhǎng)度k=5，從頭開(kāi)始每次偏移一位直到序列結(jié)束，那么長(zhǎng)度為l的序列有（l-k+1）個(gè)種子。并將每一個(gè)“種子”所在的序列，N（N=l，2，…，n）和在序列中的順序號(hào)L （L=1，2，…，l）在對(duì)應(yīng)的哈希表中的“種子”以二維數(shù)組方式記錄下來(lái)（N，L）。將S1

第三步，查詢序列Q也分解成長(zhǎng)度為k的種子并計(jì)算其標(biāo)識(shí)號(hào)，在哈希表中找到數(shù)據(jù)庫(kù)中與之匹配的所有位置。

為了讓算法更高效，算法在各個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：1）“種子”長(zhǎng)度，允許錯(cuò)配和indel的數(shù)量等因素直接影響比對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性、敏感度、時(shí)間和空間花費(fèi)等指標(biāo)，所以研究者們一直致力于對(duì)“種子”形式和選擇的改進(jìn)中。Blastn、Blat、SOAP、SeqMap、MAQ、SHRiMP使用不同的種子模型，如空位種子、空位種子組（同時(shí)使用多個(gè)種子模型）等；2）-些軟件如MAQ、RMAP、SeqMap、ZOOM等將reads序列建立索引，而一些軟件將參考序列數(shù)據(jù)庫(kù)建立索引；3）設(shè)置閾值F將哈希表中出現(xiàn)頻率低于F的“種子”刪去。

2.2 基于前/后綴樹(shù)的索引方法

后綴樹(shù)是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，AVID、MUMmer、MUMmer等序列比對(duì)算法都是基于后綴樹(shù)的這個(gè)結(jié)構(gòu)，但與兩序列相似性比對(duì)時(shí)用于尋找最大公共子序列不同，read在參考序列中mapping時(shí)，是將read或其子序列在按序排列的所有后綴中一一比對(duì)找到匹配位置。算法VCAKE、SSAKE、SHARCGS、BWA-SW應(yīng)用前綴樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它將序列所有的前綴用樹(shù)的結(jié)構(gòu)表示，原理與后綴樹(shù)相同。如圖3所示為序列S=GATGAC的前綴樹(shù)和前綴DAWG （DirectedAcyclic Word Graph，有向無(wú)環(huán)詞圖）。

由于后綴樹(shù)結(jié)構(gòu)在比對(duì)大型序列時(shí)，空間占用比較大，Abouelhoda等改進(jìn)了Manber和My-ers提出的后綴樹(shù)存儲(chǔ)方法，稱為增強(qiáng)后綴數(shù)組來(lái)提高空間利用率。Ferragina和Manzini提出的FM （full-text minute-space）-indexc是一種基于BWT （burrows-wheeler transform）的全文本壓縮索引結(jié)構(gòu)，利用BWT矩陣與后綴樹(shù)之間的關(guān)系壓縮后綴數(shù)組和索引，減少內(nèi)存占用率。

第一步，BWT矩陣T設(shè)序列S以“$”為結(jié)束符號(hào)，輪換列出序列S所有的后綴記為數(shù)組M，然后將數(shù)組M的每行按照字母順序排序得到BWT矩陣T；

第二步，矩陣T中第i行在矩陣M中的行號(hào)（也是矩陣T第一列字母在序列S中的序號(hào)）為數(shù)組S[i]矩陣T中最后一列的結(jié)果為BWrr數(shù)組B[i]。我們可以根據(jù)這兩個(gè)數(shù)組將序列S還原，這個(gè)算法稱為UNPERMUTE算法；

第三步，創(chuàng)建數(shù)組Oc （A）表示矩陣T中第一列的第一個(gè)A在第幾行，Occ（2，G）表示矩陣T的最后一列中第2行的G是此列的第幾個(gè)G。以這兩個(gè)數(shù)組為索引可以很快找到匹配點(diǎn)；

用這種方法比對(duì)的軟件有：Bowite、BWT-SW、BWA-SW。我們知道人類的基因組為3 Gb，那么數(shù)組Occ和S的每個(gè)值都要用4 Byte表示，3 Gb就要分別用12 GB內(nèi)存存儲(chǔ)。在Bowtie中應(yīng)用了FM-index，每隔數(shù)行建立一個(gè)索引，使得人類基因組的內(nèi)存占用約為1.3 GB，完全可以在普通機(jī)器上運(yùn)行。

基于這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法都有利于提高比對(duì)效率，兩者的區(qū)別在于后綴樹(shù)可以有效減少不精確匹配，并可避免比對(duì)過(guò)程中做的無(wú)用功，這個(gè)特點(diǎn)適用于相同物種之間相似性高的序列比對(duì)和尋找保守區(qū)。而應(yīng)用哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法具有較高的敏感性，有利于發(fā)現(xiàn)SNPs和突變?？捎糜诰植科ヅ浠驈拇罅繑?shù)據(jù)巾搜索匹配點(diǎn)以及跨物種序列間的比對(duì)。

3 序列分析軟件比較

表1中列出民目前常用的第二代測(cè)序序列的分析軟件，對(duì)軟件分析的序列類型、序列長(zhǎng)度、軟件特點(diǎn)、功能以及可輸入、輸出格式等方面進(jìn)行了詳細(xì)析和比較。

選擇合適的軟件要根據(jù)軟件適用的序列類型、長(zhǎng)度以及運(yùn)用的算法、性能特點(diǎn)、輸入/輸出格式等項(xiàng)全而考慮，如表1中列出的常用軟件的各項(xiàng)屬性進(jìn)行篩選：1）根據(jù)第2列中序列類型，如果是Spliced reads可以選擇QPALMA和TopHat軟件，（color-spaced reads可以選擇BWT -SW、BFAST；2）根據(jù)第4列中read的長(zhǎng)度，SSAHA、BLAT用于長(zhǎng)序列的比對(duì)；SOAP.ZOOM、SeqMap適用于short-reads的mapping；3）按照表中5和6列軟件的特點(diǎn)和功能，如Bowtie、BWT -SW、RMAP、MAQ、QPALMA、SHiRMP等在分析序列對(duì)，應(yīng)用了質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這在很大程度上提高了比對(duì)的準(zhǔn)確性。用Bowlie和BWA在分析速度內(nèi)存占用方面略優(yōu)于其他軟件：4）第8列為軟件在比對(duì)時(shí)是否允許錯(cuò)配，gaps以及indels，這也影響比對(duì)結(jié)果。例如，MAQ在比對(duì)Illumina paired-end reads時(shí)允許gaps這樣可以加大paired-end reads拼接的成功率。BWA、BFAST、SHiRMP、PASS等在進(jìn)行比對(duì)時(shí)允許一定或不定數(shù)量的gaps可以提高比對(duì)的敏感度，降低假SNP的出現(xiàn)率，有利于發(fā)現(xiàn)真正的突變位點(diǎn)；5）最后，根據(jù)軟件的輸入格式是否符合待比對(duì)序列的格式、輸出格式是否又符合下一步分析要求的格式進(jìn)行軟件選擇。

此外，在分析數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)蓚€(gè)或多個(gè)軟件結(jié)合使用，例如在處理spliced reads時(shí)，可以使用Bowtie或BWT建立索引文件，再將索引文件使用TopHat、SoapSplice等軟件進(jìn)行splice junction檢測(cè)。

4 結(jié)論

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外第二代測(cè)序技術(shù)以及數(shù)據(jù)的分析算法進(jìn)行了總結(jié)和分析，對(duì)目前流行的序列分析軟件進(jìn)行詳細(xì)歸納和比較并給出了參考建議，有利于從整體上把握測(cè)序技術(shù)和序列分析的發(fā)展?fàn)顩r.為今后序列分析和研究提供參考。

第5篇：基因組學(xué)概述范文

>> 案例教學(xué)法在《生物信息學(xué)》本科教學(xué)中的應(yīng)用 師范院校生物信息學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀分析 醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)教學(xué)的探究 面向醫(yī)科院校生物信息學(xué)專業(yè)的Java教學(xué)實(shí)踐 面向生物信息學(xué)本科專業(yè)的《遺傳學(xué)》教學(xué)要點(diǎn)及模式探索 離散數(shù)學(xué)在生物信息學(xué)專業(yè)本科教學(xué)的開(kāi)展研究 生物信息學(xué)中的機(jī)器學(xué)習(xí) 癌癥研究的生物信息學(xué)資源 生物信息學(xué)中的序列比對(duì)算法 師范院校生物信息學(xué)本科教學(xué)改革與實(shí)踐 生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及運(yùn)用分析 生物信息學(xué)專業(yè)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)課程教學(xué)方法探討 生物信息學(xué)在生物學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)專業(yè)生物信息學(xué)教學(xué)探索 生物背景學(xué)生的《生物信息學(xué)》課程教學(xué)思考與探索 師范院校研究生生物信息學(xué)教學(xué)改革思考 農(nóng)業(yè)院校生物信息學(xué)教學(xué)模式探索 探討醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng) 中醫(yī)大數(shù)據(jù)下生物信息學(xué)的發(fā)展及教育模式淺析 大數(shù)據(jù)背景下的生物信息學(xué)教學(xué)探索 常見(jiàn)問(wèn)題解答 當(dāng)前所在位置：l）。此外，還有細(xì)菌、真菌、植物等分支數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)也有搜索引擎，其內(nèi)容詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄了DNA、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、蛋白質(zhì)和基因突變等信息，使用方便，記錄系統(tǒng)、完整，是了解基因結(jié)構(gòu)和功能比較理想的數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。

2.3 miRBase數(shù)據(jù)庫(kù) microRNA是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的非編碼內(nèi)源性小RNA分子，其功能主要是調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄后水平的表達(dá)，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。miRBase數(shù)據(jù)庫(kù)更新快，包含miRNA序列數(shù)據(jù)、功能注釋、靶基因預(yù)測(cè)等多各方面，是存儲(chǔ)miRNA信息最主要的公共數(shù)據(jù)庫(kù)之一（http：///）。目前，新版本（Ver.21）收錄了223個(gè)物種28645個(gè)前體miRNA和35 828個(gè)成熟miRNA產(chǎn)物，所有數(shù)據(jù)均可以通過(guò)web界面檢索，而且通過(guò)與TargetScan鏈接，可以查閱miRNA的潛在的靶基因。

2.4 生物分子信號(hào)通路數(shù)據(jù)庫(kù) 信號(hào)通路一詞在高中生物就接觸到，到本科階段的《細(xì)胞生物學(xué)》課程中得以深入學(xué)習(xí)。據(jù)調(diào)查，對(duì)于本科生而言，他們對(duì)信號(hào)通路想理解和認(rèn)識(shí)有限，掌握的信號(hào)通路都是不完整的。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，可借助信號(hào)通路數(shù)據(jù)庫(kù)檢索的方式，搜索某基因所參與的信號(hào)通路，并且可以直觀的看到該基因在整個(gè)信號(hào)通路中的地位和作用。信號(hào)通路數(shù)據(jù)庫(kù)目前比較常用的是WikiPathways數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//）。該數(shù)據(jù)庫(kù)集成了主要的基因、蛋白質(zhì)，允許整個(gè)研究者更廣泛參與[3]。該數(shù)據(jù)最大的特點(diǎn)是將基因之間的關(guān)系以圖形方式顯示，使學(xué)生直觀了解所感興趣的基因是如何參與到信號(hào)通路或生化代謝過(guò)程的。

3 常用生物信息學(xué)軟件及在線分析工具

3.1 DNA序列分析軟件 在生物科學(xué)本科教學(xué)過(guò)程中，很多課程如《生物化學(xué)》《分子生物學(xué)》《遺傳學(xué)》等，都涉及到DNA序列結(jié)構(gòu)、基因突變等知識(shí)點(diǎn)，而且學(xué)生掌握到的更多都是一種朦朦朧朧，是懂非懂的知識(shí)點(diǎn)。因此，在《生物信息學(xué)》課堂上，當(dāng)講到采用生物信息學(xué)軟件進(jìn)行DNA序列分析時(shí)，學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的興趣。DNA序列分析的軟件有很多，如：BioEdit，DNASIS，DNAStar，DNAClub，DNAMan等，相比較可知，就序列分析而言，我們認(rèn)為DNAStar軟件最常用，且操作簡(jiǎn)單，可視化功能強(qiáng)大，是地方本科院校學(xué)生的最佳選擇。

DNASTAR是基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中的一款綜合性序列分析工具軟件，包含可視化和序列編輯（SeqBuilder），序列組裝（SeqMan）、序列比對(duì)（MegAlign）、引物設(shè)計(jì)（PrimerSelect）、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析（Protean）、基因查找（GeneQuest）和序列編輯（EditSeq）7個(gè)模塊，可用作DNA和蛋白質(zhì)序列分析、序列重疊群拼接和基因工程管理等方面，目前，該軟件已被90多個(gè)國(guó)家的制藥，生物技術(shù)，學(xué)術(shù)和臨床研究人員使用。

3.2 RNA結(jié)構(gòu)分析軟件 RNA包含tRNA，mRNA，rRNA和sRNA等多種類型，在蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中起著非常重要的作用。他們的二級(jí)結(jié)構(gòu)或高級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)影響蛋白質(zhì)合成的效率。因此，對(duì)于本科生而言，直觀的了解RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，對(duì)于掌握理論知識(shí)具有重要意義。RNA結(jié)構(gòu)分析的軟件有如Mfold、RNAdraw和RNAstructure等多個(gè)軟件[4-5]。通過(guò)比較這些軟件獲得難易度、優(yōu)缺點(diǎn)和使用復(fù)雜程度，我們發(fā)現(xiàn)Mfold已完成多次修訂，且實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上在線免費(fèi)試用（http：//unafold.rna.albany.edu/？q=mfold），輸出結(jié)果靈活多樣，結(jié)果直觀，是本科生用于RNA結(jié)構(gòu)分析的最佳選擇。

3.3 序列比對(duì)軟件（在線工具） 序列比對(duì)也稱序列比較，通過(guò)該操作，可以將兩個(gè)或多個(gè)基因（或蛋白質(zhì)）序列按照一定的規(guī)律排列，使學(xué)生直觀的觀察到序列的變異，從而確定序列之間的相似性或同源性。根據(jù)序列多少，可分為雙序列比對(duì)和多序列比對(duì)。序列比對(duì)的軟件或在線工具也有很多，其中多序列比對(duì)軟件有Clustal（ClustalX和ClustalW）、GCG、BioEdit、DNAMAN和DNAStar件包中的MegAlign等。在這里，適合本科生教學(xué)的軟件我們推薦MegAlign和DNAMAN。而兩序列比最常用的則是BLAST在線工具（http：//ncbi.nlm.nih.gov/blast），它是NCBI開(kāi)發(fā)的可免費(fèi)非注冊(cè)使用的在線工具，可與NCBI的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和基因數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，也可用于蛋白質(zhì)和基因序列的同源檢索，是本科教學(xué)中必須要用到的在線工具。

3.4 系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建軟件 在生物進(jìn)化過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的生物大分子（蛋白質(zhì)、核酸）的一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化會(huì)出現(xiàn)變異（進(jìn)化），而生物大分子進(jìn)化速率相對(duì)恒定，我們可以根據(jù)生物大分子的序列信息構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，推斷生物進(jìn)化歷史。系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建的軟件有MEGA，PHYLIP，DNAMAN等。在分子進(jìn)化相關(guān)的科學(xué)研究中，最常用的是MEGA（即Molecular Evolutionary Genetics Analysis），該軟件更新快（目前的最新版本為MEGA7.0 http：///），運(yùn)行速度快，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀。因此，在本科教學(xué)中，我們推薦MEGA軟件作為系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建的軟件。

3.5 Expasy工具 ExPASy，即Expert Protein Analysis System，由瑞士生物信息學(xué)研究所維護(hù)的蛋白組學(xué)相關(guān)的在線實(shí)用分析平臺(tái)，整合了很多蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)資源和分析工具（http：///），涉及蛋白分類、蛋白質(zhì)翻譯、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、相似檢索、序列比對(duì)等。該在線工具可免費(fèi)試用，是本科教學(xué)過(guò)程中值得推薦的分析工具。但是，該工具包數(shù)據(jù)量大，鑒于本科教學(xué)學(xué)時(shí)的限制，在教學(xué)過(guò)程中不宜細(xì)講，可以引入，讓感興趣的同學(xué)自學(xué)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的迅猛發(fā)展，生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)不斷完善，生物分析軟件越來(lái)越多，且各具特色?？紤]到地方本科院校實(shí)際情況，我們介紹了以上的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和分析軟件（在線工具），并簡(jiǎn)單總結(jié)了它們適合于地方性高校本科教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，給出了合理選擇的參考建議，以期為地方本科院?！渡镄畔W(xué)》教學(xué)提供參考。

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第6篇：基因組學(xué)概述范文

1結(jié)果與分析

1.1BSA與AP-AuNPs的物理吸附結(jié)果電泳檢測(cè)蛋白質(zhì)可以通過(guò)物理作用吸附在納米顆粒表面。從圖1可以看出，從左至右，隨著B(niǎo)SA濃度的增加，BSA與AP-AuNPs的吸附量也隨之增多。通過(guò)與純的AP-AuNPs相比較我們認(rèn)為，圖中與AP-AuNPs在同一水平位置的條帶為沒(méi)有吸附上BSA的AP-AuNPs，圖中微滯后的條帶為吸附上一條BSA的AP-AuNPs。選取吸附1個(gè)BSA的樣品進(jìn)行分析。

1.2蛋白酶K酶切AuNPs-BSA的電泳檢測(cè)結(jié)果本文中選取蛋白酶K(proteinaseK,ProK)對(duì)吸附在AP-AuNPs表面的BSA進(jìn)行酶切。與AP-AuN-Ps-BSA相對(duì)比，隨著ProK濃度的增加，AP-AuNPs-BSA的遷移率逐漸的增大，但最終還是小于AP-Au-NPs的遷移率，說(shuō)明吸附結(jié)合在AP-AuNPs表面的BS段隨著ProK濃度的增加而減少，但是還是有部分BSA的片段吸附在AP-AuNPs的表面，沒(méi)有受到ProK的酶切(圖2)。

1.3SDS洗脫及吸附在AP-AuNPs表面肽段的PAGE膠鑒定十二烷基硫酸鈉(SDS)是一種陰離子表面活性劑。用10%的SDS對(duì)AP-AuNPs-BSA(酶)進(jìn)行處理。通過(guò)2%的瓊脂糖凝膠電泳我們看出，10%的SDS可以將吸附在AP-AuNPs表面的蛋白片段洗脫下來(lái)(圖3A)。然后將洗脫后的樣品進(jìn)行SDS-丙烯酰胺(PAGE)凝膠電泳，來(lái)對(duì)洗脫下來(lái)的蛋白多肽片段進(jìn)行鑒定。從圖3B中我們可以看出，經(jīng)過(guò)SDS洗脫的后的樣品中，在分子量約26kD處，有一條帶出現(xiàn)，經(jīng)與其它的樣品比較，我們認(rèn)為，該條帶則為吸附在AP-AuNPs表面的BS段。

2討論

本實(shí)驗(yàn)選取BSA與AP-AuNPs通過(guò)簡(jiǎn)單的物理吸附作用結(jié)合在一起，通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果可以看出，BSA可以穩(wěn)定地吸附在AP-AuNPs的表面。在經(jīng)過(guò)蛋白酶K酶切的電泳結(jié)果可以推測(cè)，BSA穩(wěn)定的吸附在AP-AuNPs的表面是BSA中的一段氨基酸序列吸附在AP-AuNPs的表面所導(dǎo)致的。在經(jīng)過(guò)SDS洗脫及SDS-PAGE電泳結(jié)果證明，BSA與AP-AuNPs是通過(guò)BSA的一段固定的多肽序列結(jié)合在AP-AuNPs所到導(dǎo)致的。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于功能化的納米顆粒在生物體內(nèi)高效、穩(wěn)定的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3材料與方法

3.1AP合成AP合成的方法參照文獻(xiàn)(Zhangetal.,2011)。簡(jiǎn)要概述：稱取3.084g(15mmol/L)的聚異丁烯馬來(lái)酸酐置于500mL的圓底燒瓶中，2.7g(15mmol/L)的十二胺干粉溶于100mL的四氫呋喃后與聚異丁烯馬來(lái)酸酐混合，超聲，使得溶液完全澄清。將混合液55~60℃加熱、攪拌1h。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液濃縮到30~40mL后攪拌、過(guò)夜。次日，將溶液完全抽干，加入40mL的氯仿重新溶解。最終得到單元結(jié)構(gòu)濃度(Cmononier)為0.5mol/L的兩性聚合物。

3.2有機(jī)相AuNPs的合成合成方法參照文獻(xiàn)(Linetal.,2008)。簡(jiǎn)要描述：稱取2.17g四辛基溴化銨溶于80mL的甲苯中。稱取300mg氯金酸溶于25mL的超純水中。將兩者混合至分液漏斗中，輕微震蕩后棄水相，將有機(jī)相轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中。稱取334mg硼氫化鈉溶于25mL的超純水中，并迅速的加入到有機(jī)相中，攪拌60min后轉(zhuǎn)移到250mL的分液漏斗中，分別加入NaCl、NaOH洗滌3次，棄水相后在轉(zhuǎn)移到250mL的圓底燒瓶中，磁力攪拌，過(guò)夜。加入10mL十二烷硫醇，65℃水浴加熱，攪拌3h。分裝在40mL的小瓶中，2000r/min離心5min，收集上清。加入等體積的甲醇，2000r/min離心5min，棄上清，晾干，加入氯仿重新溶解。

3.3AP包裹AuNPs包裹的方法參照文獻(xiàn)(Zhangetal.,2011)。簡(jiǎn)要概述：根據(jù)每個(gè)AuNP的有效表面積每平方納米含有200個(gè)polymer單元結(jié)構(gòu)比例混合。每個(gè)AuNP的有效表面積的計(jì)算方法為：Aeff=4•仔•(deff•2-1)2，其中的deff為油相納米金顆粒的有效動(dòng)力學(xué)直徑。由于AuNP和polymer的體積小，密度大，使得它們?cè)谌芤褐蟹植急容^密集。由于氯仿?lián)]發(fā)的太快，在進(jìn)行真空抽氣時(shí)不能夠?qū)olymer均勻的包裹在AuNP表面。在進(jìn)行包裹時(shí)，先加入少量的氯仿有利于將polymer均勻的包裹在AuNP表面，真空抽氣直到將氯仿全部抽干。加入適量的SB12緩沖液進(jìn)行攪拌，直到混合物完全溶解且澄清。這樣就將油相的AuNP轉(zhuǎn)移至水相中(AP-AuNP)。

3.4BSA與AP-AuNPs的物理吸附實(shí)驗(yàn)取PCR管分別編號(hào)1~10，按表1中比例加入AP-AuNPs與BSA混勻，反應(yīng)體系為30滋L，不足由超純水補(bǔ)齊。室溫下反應(yīng)30min。

第7篇：基因組學(xué)概述范文

關(guān)鍵詞：微流控芯片；基因芯片；芯片實(shí)驗(yàn)室；體育科研

中圖分類號(hào)：G804 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007―3612(2006)11―1495―03

1　微流控芯片技術(shù)概述

1．1微流控芯片微型全分析系統(tǒng)又稱為芯片實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)跨學(xué)科的新領(lǐng)域，是通過(guò)分析化學(xué)、微機(jī)電加工、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)、材料科學(xué)及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的交叉實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析系統(tǒng)，從試樣處理到檢測(cè)的整體微型化、自動(dòng)化、集成化與便攜化。微流控分析芯片是微型全分析系統(tǒng)的主要組成部分，是以常規(guī)毛細(xì)管電泳原理為基礎(chǔ)，通過(guò)微細(xì)加工技術(shù)將微管道、微泵、微閥、微儲(chǔ)液器、微電極、微檢測(cè)元件、窗口和連接器等功能元器件像集成電路一樣，使它們集成在芯片材料(基片)上，實(shí)現(xiàn)樣品進(jìn)樣、分離、反應(yīng)乃至在片檢測(cè)的微全分析系統(tǒng)。它以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，以微機(jī)電加工技術(shù)為依托，以微管道網(wǎng)絡(luò)微結(jié)構(gòu)為特征，以生命科學(xué)為目前主要應(yīng)用對(duì)象。

微流控芯片的早期形式是芯片毛細(xì)管電泳。根據(jù)芯片材料的不同可分為硅芯片、玻璃芯片、石英芯片、高聚物芯片和復(fù)合材料芯片；根據(jù)功能的不同可分為高分辨分離芯片、微采樣芯片、微檢測(cè)芯片、細(xì)胞分析芯片、前處理芯片、化學(xué)合成芯片、多功能集成化芯片。每一個(gè)芯片實(shí)驗(yàn)室都將被賦予一定的功能，因此形成功能芯片系統(tǒng)，大體包括三個(gè)部分：一是芯片；二是信號(hào)的檢測(cè)收集裝置；三是包含有實(shí)現(xiàn)芯片功能化方法和材料的試劑盒。所涉及到的部件包括：和進(jìn)樣及樣品處理有關(guān)的透析、膜、固相萃取、凈化；用于流體控制的微閥(包括主動(dòng)閥和被動(dòng)閥)、微泵(包括機(jī)械泵和非機(jī)械泵)；微混合器、微反應(yīng)器、微通道和微檢測(cè)器等。其制作工藝包括芯片的基體加工及表面加工、鍵合和粘接等。

微流控芯片把整個(gè)生化驗(yàn)室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在微芯片上，且可多次使用。因此具有廣泛的適用性。微芯片分析系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅可使珍貴的生物試樣與試劑消耗大大降低到微升甚至納升級(jí)，而且使分析速度成百倍地提高，費(fèi)用也相應(yīng)下降，從而為分析測(cè)試技術(shù)的普及創(chuàng)造了條件。近年來(lái)，微流控芯片技術(shù)在以下幾方面得到了發(fā)展：微流控分析系統(tǒng)從以毛細(xì)管電泳分離為核心分析技術(shù)發(fā)展到液－液萃取、過(guò)濾、無(wú)膜擴(kuò)散等多種分離手段，具有廣泛的應(yīng)用前景；微流控分析系統(tǒng)從單道檢測(cè)發(fā)展到多重平行檢測(cè)；微全分析系統(tǒng)從成分分析工具發(fā)展到包括在線檢測(cè)的微型化學(xué)反應(yīng)與合成手段；在新藥物篩選中顯示出強(qiáng)大的生命力；微流控分析系統(tǒng)具有多種檢測(cè)手段，如電化學(xué)、質(zhì)譜、原子光譜、光聲光譜、化學(xué)發(fā)光等。由此可見(jiàn)，微流控芯片在生物化學(xué)分析中具有顯著優(yōu)勢(shì)，這種生化檢測(cè)可以提高分析速度，增加分析效率，減少樣本和試劑的消耗，排除人為干擾，防止污染以及完成自動(dòng)高效的重復(fù)實(shí)驗(yàn)。分析系統(tǒng)的微型化可以使野外實(shí)驗(yàn)室變得很簡(jiǎn)單，芯片實(shí)驗(yàn)室的潛在應(yīng)用范圍包括高效篩選、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床監(jiān)測(cè)、空間生物學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)分析、生物戰(zhàn)爭(zhēng)試劑檢測(cè)、高效DNA檢測(cè)等。

1．2微流控芯片與基因芯片 20世界90年代初由瑞士的Manz和Widmer提出了以微機(jī)電加工技術(shù)(microelectro－mechanical systems，MEMS)為基礎(chǔ)的“微型全分析系統(tǒng)”(micrototal analysis systems，μTAS)。μTAS可以分為芯片式與非芯片式兩大類，其目的是通過(guò)化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，最大限度的把分析實(shí)驗(yàn)室的供能轉(zhuǎn)移到便攜式的分析設(shè)備中。目前，芯片式是發(fā)展的重點(diǎn)，即最大限度地把分析實(shí)驗(yàn)室的供能集成到方寸大小的芯片上，實(shí)現(xiàn)所謂的“芯片實(shí)驗(yàn)室”(lab-on a-chip，IDC)。在芯片式μTAS中，依據(jù)芯片結(jié)構(gòu)及工作原理又可以分為微陣列芯片和微流控芯片。微陣列芯片目前的應(yīng)用對(duì)象是DNA分析，也稱DNA芯片、基因芯片或生物芯片。生物芯片技術(shù)的實(shí)施包含三個(gè)基本元素：1)生物探針?lè)肿拥墨@得；2)探針?lè)肿拥谋砻婀潭ê蛯?duì)樣品的識(shí)別；3)識(shí)別結(jié)果的檢測(cè)和分析。有關(guān)基礎(chǔ)研究始于20世紀(jì)80年代末，主要是在生物遺傳學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的。而微流控分析芯片是1990年提出的μTAS主要發(fā)展方向，主要是在分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的。在目前的學(xué)術(shù)刊物中，微全分析系統(tǒng)(μTAS)和微流控芯片(microfluidic chip)指的是同一個(gè)概念。其目標(biāo)是把整個(gè)化驗(yàn)室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在可多次使用的微芯片上。因此較微陣列芯片應(yīng)有更廣泛的適用性及應(yīng)用前景。

1．3微流控芯片的應(yīng)用 目前微流控芯片已突破其發(fā)展初期在加工技術(shù)即基本流控技術(shù)上的主要難關(guān)，正在進(jìn)入一個(gè)開(kāi)展更深入的基礎(chǔ)研究、廣泛擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，及深度產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)折時(shí)期。這種微型化、集成化的微流控芯片氨基酸和蛋白質(zhì)的分離、免疫分析、DNA分析和測(cè)序、生物細(xì)胞研究等方面顯示出巨大的潛力。這必將對(duì)疾病診斷和治療、新藥開(kāi)發(fā)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。

1．3．1蛋白質(zhì)分析　微流控芯片的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的微流控電泳芯片，通過(guò)在玻璃片或硅片上設(shè)置各種微泵、微閥、微電泳以及微流路，可將生化實(shí)驗(yàn)室的分析功能濃縮固化在蛋白質(zhì)芯片上，然后在電場(chǎng)作用下，樣品中的蛋白質(zhì)通過(guò)芯片上的孔道分離開(kāi)來(lái)，經(jīng)噴霧直接進(jìn)入質(zhì)譜儀中進(jìn)行檢測(cè)，以確定樣品中蛋白質(zhì)的分子量及種類。除了蛋白質(zhì)以外，對(duì)更為復(fù)雜的糖蛋白的芯片測(cè)定也已開(kāi)始，用電泳技術(shù)結(jié)合蛋白酶和糖苷酶對(duì)蛋白質(zhì)的處理，在芯片實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行糖蛋白中糖鏈分析的方法已建立。徐良基等利用微流控芯片技術(shù)制作石英玻璃材料的微流控芯片，在自行研制的紫外可見(jiàn)吸收檢測(cè)系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)了芯片上對(duì)牛血清蛋白BSA、人免疫球蛋白IgG和人轉(zhuǎn)鐵蛋白TRF及它們的混合溶液的分離檢測(cè)，結(jié)果重復(fù)性較好。王惠民等依據(jù)電荷和分子量的不同，利用微流控芯片技術(shù)，在2～3 min內(nèi)檢測(cè)到38例尿蛋白陽(yáng)性患者中，溢出性蛋白尿3例、選擇性蛋白尿9例、非選擇性蛋白尿26例，8例健康對(duì)照未檢出蛋白峰。

1．3．2免疫分析免疫分析是利用抗原和抗體之間的特異性反應(yīng)來(lái)選擇性識(shí)別和測(cè)定作為抗體或抗原的待測(cè)物。經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用與發(fā)展，免疫分析已經(jīng)成為臨床診斷、生物醫(yī)藥以及環(huán)境化學(xué)研究中一種有力的分析手段。降低樣品和試劑的消耗量，提高分析速度是免疫分析的重要目標(biāo)。在微流控芯片上進(jìn)行免疫分析是對(duì)毛細(xì)管電泳免疫分析技術(shù)的重大革新。這種微片裝置是在微型的玻璃片或者硅芯片上采用化學(xué)刻蝕等技術(shù)產(chǎn)生一些微小的通道來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的毛細(xì)管作為電

泳分析的場(chǎng)所。這種開(kāi)放式的通道結(jié)構(gòu)使得在很短的分析長(zhǎng)度內(nèi)就可以滿足分析需求，可以大大縮短整個(gè)分析所需的時(shí)間，并可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)合適的芯片。芯片上可以很容易地刻蝕上很密集的分析通道的陣列，并可高精度地復(fù)制生產(chǎn)，大大增加了分析通量。因此，免疫分析在微流體系統(tǒng)中的應(yīng)用已受到廣泛的關(guān)注。

1．3．3 DNA分析及測(cè)序 微流控芯片可用于迅速分離DNA限制性片段PCR產(chǎn)物，比常規(guī)的毛細(xì)管電泳分離要快得多。把β珠蛋白的PCR擴(kuò)增反應(yīng)縮微集成到硅芯片上，目的基因進(jìn)行15 min的擴(kuò)增，然后僅用2 min就可完成PCR產(chǎn)物的分離，整個(gè)分析過(guò)程不到20 min?；旌蠘悠范郟CR產(chǎn)物電泳芯片分離，可同時(shí)分析10個(gè)以上PCR反應(yīng)產(chǎn)物，尤其適用于基因作圖分析，以及遺傳性疾病診斷。在微流控芯片上觀察熒光標(biāo)記DNA的重復(fù)三聯(lián)體序列，分離速度是常規(guī)毛細(xì)管電泳的十幾倍。此外，常規(guī)DNA測(cè)序需要制備微升級(jí)的樣品，試劑消耗量大。將納升級(jí)的樣品制備系統(tǒng)縮微到芯片上進(jìn)行測(cè)序，可在分離前除去多余的引物、鹽分、核苷酸等，所用測(cè)序體積是Sanger雙脫氧鏈終止法的1／300，測(cè)序成本明顯降低，而且可進(jìn)行固相測(cè)序。將微流控芯片四色標(biāo)記法用于DNA測(cè)序，可在540 s分離150個(gè)堿基，準(zhǔn)確率在97％以上。用高分子材料制作的微流控－微陣列芯片，可以用于核酸雜交并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。而且微流控－微陣列體系還可以檢測(cè)雜交反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性。

1．3．4細(xì)胞培養(yǎng)與檢測(cè)單細(xì)胞分析對(duì)重大疾病的早期診斷、治療和藥物篩選以及細(xì)胞生理、病理過(guò)程的研究有重要意義。微流控分析芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和微米級(jí)的通道尺寸使簡(jiǎn)化單細(xì)胞分析成為可能。微流控芯片系統(tǒng)用于細(xì)胞分析是近年來(lái)該技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，已引起較廣泛的關(guān)注。利用微全分析系統(tǒng)高度微型化、集成化和設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)和精密加工能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞的培養(yǎng)、凋亡及檢測(cè)等功能，如細(xì)胞操作，綠色熒光蛋白的表達(dá)，基因轉(zhuǎn)染，細(xì)胞活性測(cè)試，細(xì)胞分離，細(xì)胞內(nèi)鈣離子的測(cè)量，激素分泌監(jiān)測(cè)以及高通量的細(xì)胞含量分析等。目前，微流控：片系統(tǒng)已被應(yīng)用在血液流變學(xué)、單細(xì)胞操縱與計(jì)數(shù)以及單細(xì)胞胞內(nèi)組分分析等多方面。在微流控芯片通道中，人們利用氣壓、液壓和電壓，或利用介電電泳、光學(xué)陷阱、行波介電電泳以及磁場(chǎng)等技術(shù)，可以操縱細(xì)胞通過(guò)或駐留在通道內(nèi)的任意位置，從而使單細(xì)胞計(jì)數(shù)、篩選以及胞內(nèi)組分分析等操作大大簡(jiǎn)化。

1．3．5藥物篩選　藥物篩選是現(xiàn)階段新藥開(kāi)發(fā)的主要途徑。高通量藥物篩選是近10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的藥物篩選的新的技術(shù)體系。微流控芯片實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)藥物篩選的基本原理是以酶標(biāo)為例，即令酶和一種熒光標(biāo)記的底物反應(yīng)，使之產(chǎn)生一種熒光產(chǎn)物，用芯片電泳將這一熒光產(chǎn)物和熒光底物或其他熒光本底分離開(kāi)來(lái)。這種方法已經(jīng)用于蛋白激酶．磷酸酶、蛋白酶、細(xì)胞色素和磷酸單脂酶等，芯片上的分離只需幾秒，通常變異系數(shù)小于10％。用于藥物篩選微流控芯片裝置有兩大類，一類是一次性使用芯片，它采用類似于噴墨打印機(jī)的微散射法，把樣品和試劑注入芯片的一組通道；另一種以連續(xù)流法為基礎(chǔ)，它將樣品的注射過(guò)程、混合過(guò)程和功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程在芯片上集成于一體。

微流控裝置的用途廣泛，但目前流行的微流控裝置最大的不足之處是它們需要大量輔助的外部設(shè)備，體積龐大且成本很高，這就極大地限制了它的應(yīng)用?？朔@些困難的一個(gè)途徑就是將所需試劑裝配并存儲(chǔ)于微流控體系內(nèi)部，真正實(shí)現(xiàn)“l(fā)ab-on-a-chip”。有學(xué)者預(yù)計(jì)，最晚到2008年，以微流控芯片為核心的微分析系統(tǒng)將取代當(dāng)前化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的很多設(shè)備，使化學(xué)分析進(jìn)入病房、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)甚至家庭。在此基礎(chǔ)上再經(jīng)過(guò)三五年，能監(jiān)測(cè)自身生化指標(biāo)及基因變異、食品衛(wèi)生及環(huán)境狀況的便攜式“個(gè)人化實(shí)驗(yàn)室”將可能成為現(xiàn)實(shí)。

2　微流控芯片技術(shù)與體育科技研究

中國(guó)自1984年重返奧運(yùn)大家庭以來(lái)，在奧運(yùn)會(huì)上取得了喜人的成績(jī)。這些成績(jī)的取得與科研人員參與到運(yùn)動(dòng)隊(duì)中開(kāi)展科研攻關(guān)與科技服務(wù)，大大提升科學(xué)化訓(xùn)練的水平密切相關(guān)。在總結(jié)了以往開(kāi)展科研攻關(guān)與科技服務(wù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練比賽中遇到具有共性和基礎(chǔ)性的問(wèn)題，在新的一個(gè)備戰(zhàn)奧運(yùn)會(huì)周期中，提出了10個(gè)領(lǐng)域的科研工作，即運(yùn)動(dòng)員科學(xué)選材、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)化理論與方法的研究與應(yīng)用、優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練監(jiān)控和機(jī)能評(píng)定的研究與應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)員體能恢復(fù)與營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充的研究及應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)員心理咨詢和心理訓(xùn)練理論與方法的研究及應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷與醫(yī)務(wù)監(jiān)督的研究與應(yīng)用、中醫(yī)藥防治運(yùn)動(dòng)性疲勞及傷病的研究與應(yīng)用、反興奮劑的研究與應(yīng)用、體育信息與服務(wù)的研究與應(yīng)用、競(jìng)技體育綜合管理及戰(zhàn)略研究。其中，在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)領(lǐng)域涉及的主要的熱點(diǎn)問(wèn)題有，運(yùn)動(dòng)損傷的防治、運(yùn)動(dòng)性低血睪酮、運(yùn)動(dòng)性低血色素(運(yùn)動(dòng)性貧血)、運(yùn)動(dòng)性免疫機(jī)能低下等的發(fā)生機(jī)理的研究，以及興奮劑檢測(cè)方法的研究，等等。

隨著教練員、運(yùn)動(dòng)員文化素質(zhì)的提高和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地科研條件的改善，借助科技手段輔助訓(xùn)練日益被教練員、運(yùn)動(dòng)員所接受，甚至有些教練員已經(jīng)開(kāi)始嘗試根據(jù)科研人員的科學(xué)檢測(cè)報(bào)告制訂訓(xùn)練計(jì)劃。事實(shí)上，對(duì)訓(xùn)練進(jìn)行科學(xué)監(jiān)控已成為當(dāng)今運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練(科學(xué))的重要組成部分。目前，常用輔助教練員開(kāi)展訓(xùn)練、評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員體能的指標(biāo)有，血睪酮、皮質(zhì)醇、血乳酸、血紅蛋白、紅細(xì)胞谷胱甘肽和活性氧、血清肌酸激酶、血尿素、IgN、IgA、IgG等，其中，監(jiān)測(cè)血睪酮、皮質(zhì)醇、紅細(xì)胞谷胱甘肽和活性氧等通常須要采集受試者的靜脈血，用分離出的血清與紅細(xì)胞才能完成監(jiān)測(cè)。然而，運(yùn)動(dòng)員和教練員往往不愿接受靜脈取血，因此，研發(fā)微創(chuàng)、微量(采集末梢血)、快速的分析方法檢測(cè)生化指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)化、及時(shí)性地評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員體能具有重要的意義，相關(guān)方法的研究亟待解決。

根據(jù)微流控芯片實(shí)驗(yàn)室所需樣品微量，更具高通量、高效率、短時(shí)間等優(yōu)勢(shì)，中國(guó)科學(xué)院林秉承等與我們合作，利用微流控芯片技術(shù)進(jìn)行了血睪酮和皮質(zhì)醇聯(lián)合檢測(cè)芯片，血睪酮、皮質(zhì)醇聯(lián)合檢測(cè)芯片分析儀的研發(fā)，目前該工作已完成標(biāo)準(zhǔn)品的檢測(cè)。如果能夠充分發(fā)揮微流控芯片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出不需要用常規(guī)的靜脈取血分離血清檢測(cè)的方法，而是以末梢微量全血為直接的檢測(cè)樣品的芯片檢測(cè)系統(tǒng)，建立通過(guò)微量的末梢血就可以快速、準(zhǔn)確地完成多項(xiàng)指標(biāo)的同時(shí)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)員體能監(jiān)控的微創(chuàng)檢測(cè)方法，那么這將是一個(gè)“質(zhì)”的飛躍。這個(gè)飛躍不僅僅會(huì)體現(xiàn)在檢測(cè)方法上，也一定會(huì)體現(xiàn)在提高運(yùn)動(dòng)員體能上。如果能將這種技術(shù)推廣應(yīng)用，必將受到體育科技人員、乃至運(yùn)動(dòng)員和教練員的普遍歡迎，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

另外，利用微流控芯片電泳同時(shí)檢測(cè)細(xì)胞活性氧類和谷胱甘肽的技術(shù)、單分子光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、基于毛細(xì)管及芯片電泳的分子相互相互作用的研究技術(shù)和基因診斷技術(shù)引等皆有可能作為研究方法，應(yīng)用到體育科研中。

第8篇：基因組學(xué)概述范文

關(guān)鍵詞：土壤微生物；環(huán)境脅迫；響應(yīng)機(jī)制；農(nóng)業(yè)發(fā)展；土壤肥力；農(nóng)作物；種植產(chǎn)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：S154 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0145-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.074

1 概述

地球表面最表層覆蓋的是土壤，土壤不僅是自然資源中最與人接近的資源，還是分布量最大的資源，幾乎在地表上到處都有土壤，可以說(shuō)土壤與人類的生產(chǎn)生活緊密相連。同時(shí)，土壤作為大自然賦予的保護(hù)層，對(duì)維護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義，對(duì)此必須重視對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)對(duì)破壞土壤營(yíng)養(yǎng)成分的因素進(jìn)行分析，以便提高土壤在環(huán)境中的抵抗力。眾所周知，土壤生態(tài)系統(tǒng)自成一個(gè)完整的循環(huán)體，在土壤中生存了大量具有多樣性特點(diǎn)的生物群落，正因?yàn)檫@些生物具備多樣性特點(diǎn)，且含有對(duì)土壤起到積極影響的營(yíng)養(yǎng)元素，才能維持土壤生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的平衡，并且部分微生物是參與地球化學(xué)循環(huán)必要物質(zhì)，對(duì)植物生長(zhǎng)、氣候調(diào)節(jié)等陸地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能起到不可替代作用。因此，探索微生物群落對(duì)環(huán)境的脅迫所引起的環(huán)境變化做出的響應(yīng)，根據(jù)微生物響應(yīng)機(jī)制做出調(diào)整，提高土壤自身生態(tài)功能的穩(wěn)定性是十分必要的。

2 土壤微生物與環(huán)境脅迫之間的聯(lián)系

環(huán)境脅迫是指在自然界中，環(huán)境對(duì)其范圍內(nèi)存在的生物產(chǎn)生了一定程度的威脅和制約，破壞了生物的自然生長(zhǎng)和存在，這種脅迫主要是受到外來(lái)因素的干擾，例如受到天災(zāi)冰凍、洪澇、鹽堿等或者受到人為的干擾如傾倒垃圾、碾壓等。土壤作為自然環(huán)境中四處存在的物質(zhì)，其受到環(huán)境的影響作用十分V泛，并且長(zhǎng)期以來(lái)，由于人類工業(yè)化發(fā)展和城市化的變革，給土壤生態(tài)環(huán)境造成了難以想象的破壞。

在環(huán)境給土壤造成的破壞之中，突出的土壤污染表現(xiàn)為土壤重金屬沉積，大量重金屬經(jīng)過(guò)日積月累，會(huì)導(dǎo)致土壤的生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，造成土壤中微生物群落活性降低，使微生物生長(zhǎng)逐漸朝向單一化演變，最終導(dǎo)致土壤的機(jī)能下降。已知關(guān)于土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究中，人們多數(shù)是將重金屬污染作為研究生物和環(huán)境脅迫的切入點(diǎn)。目前，科研人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重金屬在土壤中的沉積，會(huì)對(duì)土壤內(nèi)部微生物群落多樣性以及土壤生態(tài)穩(wěn)定性等多方面造成影響，從這個(gè)角度切入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以獲得多項(xiàng)研究結(jié)果，有利于科研對(duì)比實(shí)驗(yàn)的展開(kāi)。

3 土壤微生物多樣性及土壤生態(tài)穩(wěn)定性研究方法分析

3.1 土壤微生物多樣性研究

土壤微生物群落因?yàn)樽陨淼奈镔|(zhì)特點(diǎn)具備多樣性的性質(zhì)，正是由于微生物群落的多樣性，為土壤提供了充分的營(yíng)養(yǎng)，能夠維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡。而要想探究土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫的影響機(jī)制，首先就要了解土壤微生物多樣性，對(duì)土壤微生物多樣性的掌握有利于提高人們認(rèn)識(shí)微生物的生態(tài)功能。測(cè)量土壤微生物群落多樣性主要利用培養(yǎng)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法有底物利用分析法、分離培養(yǎng)分析法，也有依靠新技術(shù)產(chǎn)生的新興研究方法，比如說(shuō)高通量同高分辨率結(jié)合的宏基因組學(xué)分析法。在研究過(guò)程中，根據(jù)所具備的實(shí)驗(yàn)條件選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法，對(duì)土壤微生物群落多樣性進(jìn)行分析和記錄，在反復(fù)比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后得出土壤微生物群落多樣性特征。目前，實(shí)驗(yàn)研究人員會(huì)根據(jù)微生物群落多樣性的差異做出區(qū)分，多以微生物群落α多樣性、β多樣性和γ多樣性為研究?jī)?nèi)容。

3.2 土壤生態(tài)穩(wěn)定性研究

實(shí)際上，土壤生態(tài)穩(wěn)定性決定了土壤在遇到環(huán)境脅迫時(shí)的響應(yīng)機(jī)制反應(yīng)度，土壤生態(tài)穩(wěn)定性是指生態(tài)系統(tǒng)在面臨外部環(huán)境發(fā)生變化，對(duì)土壤的各個(gè)方面的性能和生態(tài)性造成影響時(shí)，可以利用自身功能與性能抵抗外部侵襲的影響，使得土壤生態(tài)系統(tǒng)能夠保持原有的狀態(tài)。土壤生態(tài)穩(wěn)定性包括了許多方面，但是起到絕大部分作用的有兩個(gè)，即土壤抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。這兩個(gè)功能是土壤本身含有的，不同的是不同的土壤因?yàn)榫哂械奈⑸锶郝洳煌?，?huì)體現(xiàn)出不同程度的差異。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，土壤中的微生物群落如果功能性顯示出多樣化，并且微生物群落的數(shù)量越多，土壤自身的抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性就越大，所以在研究土壤生態(tài)穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)中，研究人員主要討論的就是這兩個(gè)功能指標(biāo)。

4 土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫響應(yīng)機(jī)制的分析

4.1 土壤微生物群落功能冗余情況

功能冗余一般指具備多項(xiàng)功能的事物會(huì)存在生態(tài)功能重疊情況，對(duì)于土壤微生物群落而言，微生物具有多樣性的特征，不同的微生物群落都會(huì)存在一些生態(tài)功能，這些功能本質(zhì)上所起到的作用都是一致的。有實(shí)驗(yàn)證明，土壤微生物群落中的某些生態(tài)功能被剔除后，這些微生物群落的生態(tài)系統(tǒng)功能并沒(méi)有發(fā)生太大改變，仍然可以維持原有的生態(tài)體系。也就是說(shuō)，一旦土壤面對(duì)環(huán)境脅迫，微生物群落會(huì)選擇脫離出一些個(gè)體，來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境變化造成的惡果，剩余微生物群落可能會(huì)減少微生物種類，使功能結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但是這些改變還不足以支持整體土壤微生物群落的正常功能。眾多數(shù)據(jù)顯示出，土壤具備功能的穩(wěn)定性，很大程度上與土壤微生物群落的功能冗余存在聯(lián)系，正是因?yàn)檫@些功能冗余的原因，會(huì)始終保持土壤在自然環(huán)境的變化中呈現(xiàn)出平衡性，所以研究功能冗余的物種發(fā)揮重要作用可以很好的解釋生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的潛在機(jī)理，對(duì)研究土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡起到了重要的影響作用。自然微生物群落多樣性與功能之間的聯(lián)系始終都沒(méi)有得到詳細(xì)的認(rèn)知，科學(xué)家們對(duì)微生物群落的研究體現(xiàn)在多方面，其中非常明確地表示出微生物群落的功能冗余對(duì)各種研究都有影響。

4.2 土壤微生物對(duì)重金屬污染的抵抗性能

當(dāng)前，社會(huì)環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重，給土壤的生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重威脅，除了人為的治理以外，土壤微生物群落在應(yīng)對(duì)土壤環(huán)境惡劣情況中發(fā)揮了巨大作用。在研究土壤微生物群落對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制過(guò)程中，人們著重關(guān)注了微生物群落對(duì)土壤中因重金屬帶來(lái)的環(huán)境變化進(jìn)行抵抗并自我恢復(fù)的研究，經(jīng)過(guò)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)觀察，確定了微生物群落在面對(duì)重金屬物質(zhì)的脅迫時(shí)能夠及時(shí)激發(fā)響應(yīng)機(jī)制，助力土壤保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡。當(dāng)土壤微生物群落感受到重金屬的威脅時(shí)，一般會(huì)采取自動(dòng)應(yīng)對(duì)機(jī)制，形成相應(yīng)的能力。其一，當(dāng)重金屬物質(zhì)入侵土壤后，土壤中的微生物群落會(huì)改變性質(zhì)，由耐受型微生物群落逐漸取代敏感型；其二，當(dāng)遇到重金屬量過(guò)大時(shí)，土壤中的微生物群落會(huì)發(fā)生對(duì)這些重金屬的水平轉(zhuǎn)移，會(huì)逐漸在群落內(nèi)部生成抗性基因，對(duì)抗重金屬；其三，有可能在遇到重金屬入侵時(shí)，土壤微生物群落發(fā)生物種遺傳變異，從初始微生物群落開(kāi)始逐漸產(chǎn)生的新的群落會(huì)具備這些抗金屬性能。在對(duì)抗重金屬入侵過(guò)程中，土壤中用以對(duì)抗重金屬的微生物群落還是會(huì)受到影響，時(shí)間越長(zhǎng)，這些對(duì)抗重金屬的微生物群落對(duì)抗性能和恢復(fù)性能降低越快，在面對(duì)環(huán)境脅迫時(shí)，土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性更多還是依靠耐受型微生物群落和抗性基因轉(zhuǎn)移（水平轉(zhuǎn)移）。

4.3 環(huán)境脅迫下土壤微生物的其他機(jī)制

環(huán)境脅迫一旦發(fā)生，會(huì)引起原核生物與真核生物細(xì)胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊與聚合。當(dāng)環(huán)境脅迫為熱脅迫，此時(shí)土壤微生物群落中的細(xì)菌會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)變性與聚合，溫度超過(guò)一定的限定值后會(huì)在原有細(xì)菌內(nèi)部的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上誘變?yōu)闊峒さ鞍?，其?nèi)部含有分子伴侶，作用于細(xì)胞蛋白質(zhì)，能夠防止出現(xiàn)聚合或者降低蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊，并且在熱激蛋白中存在一種非蛋白酶，這種酶的作用是降解不可逆損壞的多肽。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，當(dāng)土壤遭遇環(huán)境脅迫時(shí)，土壤微生物群落會(huì)依靠自身的生態(tài)功能引發(fā)響應(yīng)機(jī)制，應(yīng)對(duì)已經(jīng)發(fā)生的環(huán)境脅迫。但是單靠土壤微生物自發(fā)性的響應(yīng)機(jī)制仍然不夠，隨著社會(huì)環(huán)保觀念的加強(qiáng)，要持續(xù)加大投入研究土壤微生物對(duì)環(huán)境發(fā)生脅迫時(shí)響應(yīng)機(jī)制的內(nèi)容。就我國(guó)當(dāng)前的實(shí)際情況而言，更要注重對(duì)土壤中的重金屬抗性基因轉(zhuǎn)移（水平轉(zhuǎn)移）做深入研究，找出科學(xué)方法提高土壤微生物群落的生態(tài)活性，加強(qiáng)土壤微生物群落對(duì)重金屬的抗性，以便提高土壤肥力，為恢復(fù)土壤生產(chǎn)力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬嘉琦.淺談土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2016，（3）.

[2] 黃法.試論土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2015，（7）.

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[4] 李晶，劉玉榮，賀紀(jì)正，鄭袁明.土壤微生物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（4）.

第9篇：基因組學(xué)概述范文

關(guān)鍵詞大豆；鹽堿；耐鹽機(jī)制

中圖分類號(hào) S529 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739（2011）08-0011-03

ResearchAdvancesonSaltToleranceIdentificationofSoybean

LI Zhao-nan 1，2SUN Shi 2 *

（1 The College of Plant Sciences，Jilin University，Changchun Jilin 130062； 2 Institute of Crop Sciences，The Chinese Academy of Agricultural Sciences）

AbstractSoybean is moderate salt tolerance，saline conditions impose negative impacts on soybean growth，agronomy traits and seed quality，thus reduce the yield.This article reviewed the advances in salt tolerance identification of soybean from four aspects：the impact of salinity on soybean，soybean salt tolerance mechanisms，the identification methods of soybean salt tolerance and the screening of excellent salt tolerance germplasm.

Key wordssoybean；salinity；salt tolerance mechanism

大豆是我國(guó)重要的農(nóng)作物，雖然位于水稻、小麥、玉米之后，但是其40%左右的蛋白質(zhì)含量使其成為人類食物和畜禽飼料植物蛋白的主要來(lái)源；富含不飽和脂肪酸的大豆油是優(yōu)質(zhì)食用油[1]；大豆還含有多種有益于健康的生物活性物質(zhì)，如大豆異黃酮、大豆皂苷、VE、低聚糖等[2]。然而我國(guó)大豆產(chǎn)量較低，無(wú)法滿足人們對(duì)大豆日益增長(zhǎng)的需求[3]，其重要原因之一就是我國(guó)土壤鹽漬化程度較重[1]。目前我國(guó)鹽堿地達(dá)4 000萬(wàn)hm2，且呈逐年增加趨勢(shì)[4]，由此造成耕地面積不斷減少，開(kāi)發(fā)利用鹽堿地，提高鹽堿耕地的大豆產(chǎn)量對(duì)于提高我國(guó)大豆產(chǎn)量具有重要意義。大豆屬中度耐鹽作物，國(guó)內(nèi)外對(duì)大豆耐鹽研究已有一些報(bào)道，為促進(jìn)大豆耐鹽研究，發(fā)展鹽堿地大豆生產(chǎn)，該文從鹽堿對(duì)大豆的影響、大豆耐鹽機(jī)理、耐鹽鑒定的方法及優(yōu)異耐鹽種質(zhì)篩選4個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1鹽對(duì)大豆的影響

1.1鹽對(duì)大豆種子萌發(fā)的影響

大豆由種子發(fā)育成苗，要經(jīng)過(guò)吸水膨脹萌發(fā)、胚根生長(zhǎng)、側(cè)根生長(zhǎng)。在這一生長(zhǎng)過(guò)程中的不同發(fā)育階段，鹽對(duì)大豆萌發(fā)的影響有所不同。邵桂花等[5]研究表明，種子吸水膨脹率幾乎不受鹽濃度的影響，而在萌發(fā)階段，胚根生長(zhǎng)、側(cè)根的生長(zhǎng)對(duì)鹽很敏感，隨著鹽濃度的增加，其抑制作用逐漸增強(qiáng)。在發(fā)芽時(shí)間及發(fā)芽率2個(gè)方面，鹽害對(duì)鹽敏感品種的影響較耐鹽品種更加顯著[6]。在低鹽含量條件下（0.05%~0.10% NaCl）大豆種子萌發(fā)延緩，而高濃度的鹽則導(dǎo)致發(fā)芽率整體下降[7]。種子的萌發(fā)率及活力均隨鹽濃度的增加而下降，活力下降程度比萌發(fā)率下降程度大，說(shuō)明鹽對(duì)種子活力的危害大于萌發(fā)率。Abel等[7]用6個(gè)大豆品種、6種鹽濃度進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果表明，鹽分降低了所有品種的發(fā)芽率和出苗率。

1.2鹽對(duì)大豆植株性狀的影響

Abel等[7]研究表明，在電導(dǎo)率為6.5 dS/m含鹽量下，大豆株高及葉片大小在生育中期約為對(duì)照的90%，含鹽量提高后，株高降低較葉片大小更為明顯。Parker等[8]指出，氯的毒害引起植株葉片枯萎，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和開(kāi)花早期受害植株的下部葉片可能脫落，鹽害癥狀逐漸加重，直至全部葉片死亡；經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，增加氯的施用量后，大豆品種Bragg葉片枯萎癥狀也增加，地上部及根部生長(zhǎng)顯著下降。常汝鎮(zhèn)等[9]研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論大豆品種耐鹽與否，在鹽脅迫條件下，都表現(xiàn)株高降低，主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)減少。羅慶云等[10]研究顯示，鹽脅迫使植株發(fā)育遲緩，莖節(jié)數(shù)減少，但是其脅迫程度因大豆品種耐鹽性不同而存在差異。在高濃度鹽脅迫下，耐鹽性強(qiáng)的品種的植株莖節(jié)數(shù)所受的脅迫程度較大，而耐鹽性相對(duì)較弱的品種的植株莖節(jié)數(shù)所受脅迫程度較小。鹽脅迫對(duì)大豆的分枝數(shù)影響較大，與對(duì)照相比，敏鹽品種分枝數(shù)下降了51.3%，耐鹽品種下降19.6%[11]。鹽脅迫對(duì)根長(zhǎng)的影響相對(duì)較小，不同鹽脅迫強(qiáng)度下植株最大根長(zhǎng)的差異不及株高明顯。劉玉杰等[12]用NaCl溶液處理二心一葉期的大豆幼苗，2周后測(cè)定結(jié)果表明，大豆品種的根系活力隨著濃度的升高而減小。

1.3鹽對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

鹽導(dǎo)致大豆籽粒產(chǎn)量下降，產(chǎn)量的降低幅度與鹽的種類、濃度以及品種耐鹽能力有密切關(guān)系。Abel等[7]的研究指出，加鹽導(dǎo)致產(chǎn)量和百粒重分別下降30%和23%。邵桂花等[11]研究鹽土地對(duì)大豆產(chǎn)量的影響，經(jīng)進(jìn)行多次產(chǎn)量測(cè)量，發(fā)現(xiàn)鹽造成大豆減產(chǎn)的趨勢(shì)是一致的。在山東省昌邑研究發(fā)現(xiàn)，用14～15 dS/m的咸水處理材料平均產(chǎn)量下降52.5%，用18～20 dS/m的咸水處理材料平均產(chǎn)量下降61.0%；在山東禹城研究發(fā)現(xiàn)，錦豆33在鹽地的種植產(chǎn)量減少51.9%。從大豆的產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)分析，單株莢數(shù)和百粒重受鹽害的影響較大，其中敏感的品種和耐鹽品種的百粒重分別下降了31.4%和24.5%[11]。

1.4鹽對(duì)大豆籽粒品質(zhì)的影響

常汝鎮(zhèn)等[9]與萬(wàn)超文等[13]的研究均顯示在低鹽濃度下大豆籽粒的蛋白質(zhì)含量顯著下降，且鹽敏感品種的下降幅度更大，而在低鹽處理對(duì)脂肪含量的影響研究表明，兩者的研究結(jié)果不同。在高鹽處理下，蛋白質(zhì)含量提高顯著，脂肪含量顯著降低。在低鹽濃度下棕櫚酸、亞油酸含量降低，油酸、硬脂酸、亞麻酸相對(duì)含量及脂肪酸不飽和指數(shù)提高。高鹽濃度下油酸含量提高，其他脂肪酸含量降低，耐鹽品種的油酸、亞油酸變化與敏感品種相反。相同鹽濃度對(duì)不同耐鹽類型品種作用效應(yīng)不同，耐鹽品種的蛋白質(zhì)、亞油酸、亞麻酸含量及脂肪酸不飽和指數(shù)高于鹽敏感品種，其品質(zhì)也優(yōu)于鹽敏感品種[13]。

2大豆耐鹽機(jī)理

2.1離子運(yùn)輸

2.1.1有害離子的排拒。Na+的凈吸收值等于Na+的總吸收和總排出的平衡量。當(dāng)外界有大量的Na+存在時(shí)，Na+的電化學(xué)梯度會(huì)促進(jìn)Na+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。因此，在鹽脅迫的環(huán)境條件下，Na+吸收是一種被動(dòng)作用，然而Na+排出則是一種主動(dòng)作用[14-15]。目前，學(xué)者尚未確定Na+吸收的分子途徑。電子生理研究結(jié)果顯示，部分的Na+吸收過(guò)程是透過(guò)Ca2+敏感、電壓不依賴、環(huán)核苷酸抑制和低選擇性的單價(jià)離子通道進(jìn)行的[16-20]。

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邵桂花等[21]利用篩選出的耐鹽品種和鹽敏感品種配制了一系列正反雜交組合，進(jìn)行耐鹽性遺傳分析，結(jié)果表明大豆耐鹽主要受一對(duì)核基因控制，耐鹽屬顯性，鹽敏感為隱性；由于大豆植株排斥為顯性，積累Cl-為隱性，因而認(rèn)為Cl-是造成大豆鹽害的主要離子。目前，擬南芥的SOS1是唯一被定位于細(xì)胞膜上與耐鹽性有關(guān)的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[22]。在低濃度鹽脅迫下，SOS1通過(guò)將Na+運(yùn)至木質(zhì)部來(lái)運(yùn)輸?shù)降厣喜浚驨a+被運(yùn)至葉片的液泡中貯藏來(lái)減輕毒害。在高濃度鹽脅迫下，SOS1會(huì)抑制Na+在木質(zhì)部汁液的運(yùn)送，并通過(guò)促進(jìn)根尖排出Na+[23]。

2.1.2有害離子的區(qū)域化。除了直接排拒外，把已進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的有害離子區(qū)域化，減輕其對(duì)敏感代謝系統(tǒng)的損害，是另一種有效的耐鹽機(jī)理。有害離子的區(qū)域化有不同的層次，包括以植物器官/組織為劃分或在植物單一細(xì)胞內(nèi)分區(qū)貯存。部分鹽生植物的葉片有特殊的排鹽結(jié)構(gòu)，包括鹽腺和鹽囊，能有效地把已進(jìn)入體內(nèi)的有害離子排走。Zhou等[24]發(fā)現(xiàn)野生大豆的腺毛是具有泌鹽功能的鹽腺。另一類器官水平的離子區(qū)域化，是通過(guò)協(xié)調(diào)木質(zhì)部Na+的運(yùn)輸和韌皮部對(duì)其過(guò)量回收，把Na+貯藏于根部或老葉，以保護(hù)新葉和生長(zhǎng)點(diǎn)。對(duì)大豆的研究顯示，木質(zhì)部薄壁細(xì)胞會(huì)分化為轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞，與導(dǎo)管小孔緊密結(jié)合。此外，鹽脅迫還可誘導(dǎo)未分化的大豆木質(zhì)部薄壁細(xì)胞向內(nèi)生長(zhǎng)[25]。

2.1.3離子運(yùn)輸?shù)哪芰肯到y(tǒng)。液泡膜上的離子運(yùn)輸比較活躍，其中一部分是耗能的主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，能量來(lái)源主要靠H+泵。例如V型H+-ATPase和液泡膜焦磷酸酶可將H+泵入液泡，以便Na+/ H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)作[26-28]。

2.2活性氧化物的清除

鹽脅迫能影響細(xì)胞內(nèi)活性氧化物的清除系統(tǒng)，從而引起氧化物脅迫。陳一舞等[29-30]研究發(fā)現(xiàn)SOD活性在細(xì)胞溶質(zhì)中最高，而線粒體、葉綠體較少，而鹽脅迫在降低SOD酶活性的同時(shí)，使細(xì)胞器的SOD酶譜類型也發(fā)生變化。除此確認(rèn)的ROS清除系統(tǒng)外，其他能進(jìn)行REDOX反應(yīng)的酶亦有可能發(fā)揮清除ROS的作用。Rodrigues等[31]研究發(fā)現(xiàn)GmTP55轉(zhuǎn)基因擬南芥同煙草在干旱、鹽及活性氧化脅迫下都表現(xiàn)出明顯的耐逆性。

2.3滲透調(diào)節(jié)

滲透調(diào)節(jié)是大豆耐鹽的最常見(jiàn)方式，是指在一定的脅迫范圍內(nèi)，大豆通過(guò)細(xì)胞內(nèi)積累對(duì)原生質(zhì)無(wú)傷害的物質(zhì)來(lái)調(diào)解細(xì)胞滲透勢(shì)，從而達(dá)到抗?jié)B透脅迫作用的耐鹽方式。滲透調(diào)解物質(zhì)的特征是分子量小、極易溶于水、在生理pH值的范圍內(nèi)不帶凈電荷、能為細(xì)胞膜所保持、很少引起酶結(jié)構(gòu)的變化；它們的生成必須是迅速的，而且要積累到足夠引起滲透調(diào)節(jié)作用的量。

3 大豆耐鹽性鑒定方法

在鹽脅迫下，大豆形態(tài)、農(nóng)藝性狀與生理生化性狀都將受到影響。因此，在評(píng)價(jià)大豆的耐鹽性時(shí)，選用形態(tài)指標(biāo)還是生理生化指標(biāo)，選用單一指標(biāo)還是綜合指標(biāo)，是大豆耐鹽研究工作者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年的研究，目前主要有以下幾種評(píng)價(jià)方法。

3.1室內(nèi)鑒定法

目前，對(duì)大豆進(jìn)行室內(nèi)耐鹽性鑒定的方法有很多，根據(jù)鑒定介質(zhì)劃分，可以分為沙培法[32]、培養(yǎng)皿萌發(fā)期鑒定法[5]、營(yíng)養(yǎng)液篩選法[33]、培養(yǎng)基法[34]等。根據(jù)鑒定指標(biāo)劃分，包括鹽害指數(shù)指標(biāo)法[35]、耐鹽系數(shù)法[36]和綜合指標(biāo)鑒定法[37]等。室內(nèi)鑒定耐鹽性具有時(shí)間短、容量大、重復(fù)性強(qiáng)、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2田間鑒定法

室內(nèi)的耐鹽性鑒定結(jié)果可以作為大豆耐鹽性強(qiáng)弱的參考指標(biāo)，但是要想把篩選出的耐鹽品種應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，還必須在田間進(jìn)行鑒定，因?yàn)樘镩g試驗(yàn)過(guò)程更接近于大田生產(chǎn)實(shí)際，其鑒定結(jié)果更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。邵桂花[38]利用抽提地下咸水，配以淡水，人為造成短期鹽害，進(jìn)行大田耐鹽篩選研究來(lái)評(píng)定品種耐鹽級(jí)別。通過(guò)試驗(yàn)建立了一套大豆種質(zhì)資源耐鹽性田間鑒定方法，確定了鑒定時(shí)期、處理濃度、調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)以及評(píng)價(jià)耐鹽等級(jí)的方法。但大田鑒定受到氣候因素影響較大，若將田間鑒定和室內(nèi)鑒定結(jié)合起來(lái)效果會(huì)更好。

4耐鹽種質(zhì)的篩選

大豆種質(zhì)耐鹽能力高低不一，且各生育階段對(duì)鹽害的反應(yīng)也不同，耐鹽性之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。為了充分利用自然界可得的豐富遺傳資源，前人對(duì)大豆種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性篩選，篩選出的耐鹽種質(zhì)類型有芽期耐鹽、苗期耐鹽、全生育期耐鹽。

李星華等[39]對(duì)山東省747、759份大豆品種分別進(jìn)行芽期和苗期耐鹽性鑒定，芽期耐鹽的品種有141個(gè)，苗期耐鹽品種90個(gè)，芽期和苗期均耐鹽的有25個(gè)，其中魯豆2號(hào)、魯豆5號(hào)、文豐7號(hào)等品種的綜合農(nóng)藝性狀也較為優(yōu)良。馬淑時(shí)等[35]對(duì)來(lái)源于吉林省和內(nèi)蒙古的1 020份大豆品種進(jìn)行耐鹽性鑒定，經(jīng)重復(fù)鑒定，篩選出芽期和苗期均耐鹽的大豆品種42份，高耐鹽大豆品種11份，其中2份育成品種為吉林23和吉林31。邵桂花等[40]在鹽堿地上通過(guò)海水與淡水混合灌溉，篩選了1 716份大豆種質(zhì)，其中1 556份種質(zhì)來(lái)源于我國(guó)21個(gè)省份，160份種質(zhì)則來(lái)源于其他國(guó)家，品種的耐鹽性出現(xiàn)顯著差異且各生長(zhǎng)階段表現(xiàn)相同。篩選出7個(gè)全生育期耐鹽品種：文豐7號(hào)、文豐4號(hào)、濟(jì)陽(yáng)大黑豆、錦豆33、錦6606-24、丹豆2號(hào)、鐵豐8號(hào)。隨后，我國(guó)在1986―1990年對(duì)10 128份大豆種質(zhì)進(jìn)行大規(guī)模耐鹽性評(píng)估。其中，9.1%的品種表現(xiàn)出芽期耐鹽性，4.5%的品種表現(xiàn)苗期耐鹽性，而2.8%的品種表現(xiàn)芽期與苗期均耐鹽，83份種質(zhì)表現(xiàn)耐鹽性1級(jí)[11]。

鑒定大豆品種的耐鹽性，要鑒定各主要生育階段的耐鹽機(jī)制，方能全面評(píng)價(jià)品種的耐鹽性，而在生產(chǎn)上實(shí)際存在的首要問(wèn)題是種子在鹽堿地表層土壤中能否發(fā)芽出土，幼苗能否正常存活。同時(shí)苗期也是鹽堿傷害最敏感的時(shí)期，而后隨著生育階段增進(jìn)，鹽害有減輕的趨勢(shì)[40]。并且其后各生育階段可通過(guò)采取有效的田間管理措施加以緩解。因此，篩選和選育耐鹽大豆品種，側(cè)重芽期及苗期的耐鹽性是切實(shí)可行的。

5結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的大豆種質(zhì)資源十分豐富，經(jīng)過(guò)多年的鑒定，已篩選出一批具有較高耐鹽能力的品種。利用這些耐鹽品種，一方面，可以加快開(kāi)展大豆耐鹽機(jī)制的解析，進(jìn)行耐鹽基因克隆、基因表達(dá)調(diào)控、脅迫信號(hào)的傳導(dǎo)以及耐鹽蛋白的功能鑒定和結(jié)構(gòu)方面的研究；另一方面，可以把這些耐鹽品種作為中間材料或耐鹽基因的直接供體，借助常規(guī)育種和分子育種手段，將耐鹽基因轉(zhuǎn)入到有應(yīng)用前景的鹽敏感品種中，育成綜合性狀優(yōu)良、產(chǎn)量較高的品種，這對(duì)于大豆生產(chǎn)具有重要意義。

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