基因遗传学原理范文

导语：如何才能写好一篇基因遗传学原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词 少数民族地区 就业 大学生

很多民族地区的人到现在都没有充分意识到上学的价值，只要看到自己周围的大学生毕业后没有马上找到工作，就产生读书无用的想法。大部分家长让子女入学深造，主要是以自己熟悉的村里和乡里的大学生为其子女的发展方向。因而少数民族地区的大学生就业，不仅是简单地为自己谋饭碗，还得为家乡其他人树立榜样，做好标兵。

一、目前少数民族地区本科生就业环境

（一）国家的有关政策

《民族区域自治法》规定：“民族自治地方的企业、事业单位在招收人员的时候，要优先招收少数民族人员；并且可以从农村和牧区少数民族中招收。”

我国在劳动就业工作中，认真贯彻党的民族政策，执行国家和各自治区的民族工作法律、法规，并对少数民族和民族自治区实行政策倾斜。具体主要体现在三个方面：

1.用人单位招工时，在同等条件下，优先招收录用少数民族人员和支援少数民族地区建设的科技人员的失业子女。

2.对地处少数民族地区的贫困地区，给予重点扶持，对其举办开发就业的生产项目，努力争取生产资金，减免税收，增加贷款及物质、技术等方面的扶持和帮助。

3.在有条件的少数民族地区，建立就业训练中心和完善就业训练设施，开展职业介绍，适当增加资金投入，为促进就业训练规模的扩大和劳动者素质的提高创造条件。

虽然国家和政府有相关的规定，可在民族地区的企业和事业单位少，单位的规模小，经营范围窄。大学生的选择面还是相应的比较窄。大多数的大学生都把目标定在考取地方政府机关。

（二）高校扩招后的就业影响

国家的九年义务教育实行后，有更多的读书机会。在民族地区还实行了教育十年行动计划等措施。从全局来看高校的扩招也是势在必行的事。可是高校的扩招速度过快，远远高于同期经济增长速度和社会发展水平，增加了巨大的就业压力。

目前民族地区大多都处于经济体制转型期，原来能接受大量大学毕业生的主要部门（国企、政府机关事业单位等）进行机构改革，纷纷压缩编制。在这种招生总量增加，用人相对减少情况下，少数民族大学毕业生就业难就在所难免了。

以前，外地的汉族学生是较少愿意到民族地区就业的，但在扩招后，有了很多的外地学生纷纷到民族地区找工作。

二、调查数据统计分

此次问卷调查以四川农业大学的来自少数民族地区的本科生为主。调查采用分层抽样的方法，调查对象主要针对大三和大四的同学（大一和大二对就业还没有具体认识），共发放问卷50份，收回50份，回收率为100%。问卷用SPSS统计软件进行统计分析。

表一毕业时期的去向与性别分布表

从以上表中可以看出，现在性别不再是就业时考虑的主要因素了。可在比较有挑战性和风险性的创业上，女性甚至没有创业的想法。在男女生之中求职均占了相对较高的比重。目前国家非常支持和鼓励大学生到基层去创业。可在创业中的困难远远超出大学生的想象，大多的创业梦就一直在梦想和想象阶段。在个人访谈中还发现很多打算创业的学生，在创业计划中做了较为充分的准备，可很少都得到家人支持的，甚至反对的也不少。

表二毕业时期的去向与是否是独生子女分布表

从以上表中可以看出是否是独生子女都首选求职，求职的比重相对较高。是否是独生子女对毕业去向没有明显的影响。在计划创业中独生子女还比较受家人支持。非独生子女父母在创业中相比之下父母不太支持，他们更希望子女有个稳定的工作，为家人减轻负担。对无法预计的创业不敢冒风险，也认为冒不起这样的风险。

表三 父母从事的职业与选择就业中对自己影响最大的人

表三表明：父母是国家公务员的，父母对学生择业有一定的影响。其他家庭的学生，相比之下受父母影响较小。一方面是由于农村的父母大多都没有择业方面的认识，没有办法给子女提供比较科学的意见建议；另一方面民族地区来的这些大学生，自我选择的意识要强一些。父母更多的是从家庭和自身的感受去影响大学生，父母让子女回到自己所在地区工作，主要考虑共享天伦之乐。少数民族地区往往很看重家庭，即便是最终的决定权在自己手中的大学生，也会考虑家庭关系。

表四中可以直观的看出毕业去向的比例，其中求职占46% 考研18% 创业14% 求职与考研两手准备16% 其他6% 。选择求职的为多数。这样的比例也与整个社会就业现状是比较趋于一直的。

表四 毕业时期的去向比例图

三、解决的措施和建议

（一）民族地区开设一些和当地民族文化有关的课程。让来自民族地区的学生在上大学之前就有机会接触一些少数民族文化。在大学，以及在以后的生活中找到自己民族文化的优缺点。也便更好的定位民族文化的发展

有意愿回到家乡的大学生，对家乡和民族文化有更多的认识，才能在大学期间就开始学习对发展家乡有用的知识

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【关键词】： 植物分子；群体；遗传学；研究

中图分类号：Q37 文献标识码：E文章编号：1006-0510(2008)09091-04

分子群体遗传学是在经典群体遗传的基础上发展起来的，它利用大分子主要是DNA序列的变异式样来研究群体的遗传结构及引起群体遗传变化的因素与群体遗传结构的关系，从而使得遗传学家能够从数量上精确地推知群体的进化演变，不仅克服了经典的群体遗传学通常只能研究群体遗传结构短期变化的局限性，而且可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时，对群体中分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的进化学说。到目前为止，分子群体遗传学已经取得长足的发展，阐明了许多重要的科学问题，如一些重要农作物的DNA多态性式样、连锁不平衡水平及其影响因素、种群的变迁历史、基因进化的遗传学动力等，更为重要的是，在分子群体遗传学基础上建立起来的新兴的学科如分子系统地理学等也得到了迅速的发展。文中综述了植物分子群体遗传研究的内容及最新成果。

1. 理论分子群体遗传学的发展简史

经典群体遗传学最早起源于英国数学家哈迪和德国医学家温伯格于1908年提出的遗传平衡定律。以后，英国数学家费希尔、遗传学家霍尔丹(Haldane JBS)和美国遗传学家赖特(Wright S)等建立了群体遗传学的数学基础及相关计算方法，从而初步形成了群体遗传学理论体系，群体遗传学也逐步发展成为一门独立的学科。群体遗传学是研究生物群体的遗传结构和遗传结构变化规律的科学，它应用数学和统计学的原理和方法研究生物群体中基因频率和基因型频率的变化，以及影响这些变化的环境选择效应、遗传突变作用、迁移及遗传漂变等因素与遗传结构的关系，由此来探讨生物进化的机制并为育种工作提供理论基础。从某种意义上来说， 生物进化就是群体遗传结构持续变化和演变的过程， 因此群体遗传学理论在生物进化机制特别是种内进化机制的研究中有着重要作用。

在20世纪60年代以前， 群体遗传学主要还只涉及到群体遗传结构短期的变化，这是由于人们的寿命与进化时间相比极为短暂，以至于没有办法探测经过长期进化后群体遗传的遗传变化或者基因的进化变异，只好简单地用短期变化的延续来推测长期进化的过程。而利用大分子序列特别是DNA序列变异来进行群体遗传学研究后，人们可以从数量上精确地推知群体的进化演变， 并可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时， 对生物群体中同源大分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的生物进化学说。20世纪60年代末、70年代初，Kimura、King和Jukes相继提出了中性突变的随机漂变学说: 认为多数大分子的进化变异是选择性中性突变随机固定的结果。此后，分子进化的中性学说得到进一步完善，如Ohno关于复制在进化中的作用假说: 认为进化的发生主要是重复基因获得了新的功能，自然选择只不过是保持基因原有功能的机制；最近Britten甚至推断几乎所有的人类基因都来自于古老的复制事件。尽管中性学说也存在理论和实验方法的缺陷， 但是它为分子进化的非中性检测提供了必要的理论基础。目前， "选择学说"和"中性进化学说"仍然是分子群体遗传学界讨论的焦点。

1971年，Kimura最先明确地提出了分子群体遗传学这一新的学说。其后， Nei从理论上对分子群体遗传学进行了比较系统的阐述。1975年， Watterson估算了基于替代模型下的DNA多态性的参数Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英国数学家Kingman构建了"溯祖"原理的基本框架， 从而使得以少量的样本来代表整个群体进行群体遗传结构的研究成为可能， 并可以进一步推断影响遗传结构形成的各种演化因素。溯祖原理的"回溯"分析使得对群体进化历史的推测更加合理和可信。1983年， Tajima推导了核甘酸多样度参数Pi(π)的数学期望值和方差值。此后， 随着中性平衡的相关测验方法等的相继提出， 分子群体遗传学的理论及分析方法日趋完善。

近20年来， 在分子群体遗传学的基础上， 又衍生出一些新兴学科分支， 如分子系统地理学(molecular phylogeography)等。系统地理学的概念于1987年由Avise提出， 其强调的是一个物种的基因系谱当前地理分布方式的历史成因， 同时对物种扩散、迁移等微进化历史等进行有效的推测。

2. 实验植物分子群体遗传研究内容及进展

基于DNA序列变异检测手段的实验分子群体遗传学研究始于1983年， 以Kreitman发表的"黑腹果蝇的乙醇脱氢酶基因位点的核苷酸多态性"一文为标志。以植物为研究对象的实验分子群体遗传学论文最早发表于20世纪90年代初期， 但是由于当时DNA测序费用昂贵等原因， 植物分子群体遗传学最初发展比较缓慢， 随着DNA测序逐渐成为实验室常规的实验技术之一以及基于溯祖理论的各种计算机软件分析程序的开发和应用， 实验分子群体遗传学近10年来得到了迅速的发展， 相关研究论文逐年增多， 研究的植物对象主要集中在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)及重要的农作物如玉米(Zea mays L.)、大麦(Hordeum vulgare L.)， 水稻(Orazy sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)、向日葵(Helianthus annuus L.)等上。其研究内容涵盖了群体遗传结构(同源DNA分化式样)、各种进化力量如突变， 重组， 连锁不平衡、选择等对遗传结构的影响、群体内基因进化方式(中性或者适应性进化)、群体间的遗传分化及基因流等。同时， 通过对栽培物种与野生祖先种或野生近缘种的DNA多态性比较研究， 分子群体遗传学在研究作物驯化的遗传学原因及结果等也取得了重要的进展， 如作物驯化的遗传瓶颈， 人工选择对"驯化基因"核苷酸多态性的选择性清除(selective sweep)作用等等。

2.1 植物基因或基因组DNA多态性

分子群体遗传学的研究基础是DNA序列变异。同源DNA序列的遗传分化程度是衡量群体遗传结构的主要指标， 其分化式样则是理解群体遗传结构产生和维持的进化内在驱动力诸如遗传突变、重组、基因转换的前提。随着DNA测序越来越快捷便利及分子生物学技术的飞速发展， 越来越多的全基因组序列或者基因序列的测序结果被发表， 基因在物种或群体中的DNA多态性式样也越来越多地被阐明。

植物中， 对拟南芥和玉米基因组的DNA多态性的调查最为系统， 研究报道也较多。例如， Nordborg等对96个样本组成的拟南芥群体中的876个同源基因片段(0.48 Mbp)的序列单核苷酸多态性进行了调查， 共检测到17 000多个SNP， 大约平均每30 bp就存在1个SNP位点。而Schmid等的研究结果显示: 拟南芥基因组核甘酸多态性平均为0.007( W)。Tenaillon等对22个玉米植株的1号染色体上21个基因共14 420 bp序列的分析结果显示玉米具有较高的DNA多态性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等研究显示: 36份玉米优系的18个基因位点的非编码区平均核苷酸多态性为1SNP/31 bp， 编码区平均为1SNP/124 bp， 位点缺矢和插入则主要出现在非编码区。此外， 其他物种如向日葵、马铃薯(Solanum tuberosum)、高粱、火矩松(Pinus taeda L.)、花旗松(Douglas fir)等中部分基因位点的DNA多态性也得到调查， 结果表明不同的物种的DNA多态性存在较大的差异。

繁育方式是显著影响植物基因组的DNA多态性重要因素之一。通常来说， 自交物种往往比异交物种的遗传多态性低， 这已经被一些亲缘关系相近但繁育方式不同的物种如Lycopersicon属植物和Leavenworthia属植物的种间比较研究所证实。但是在拟南芥属中则不然， Savolainen等比较了不同繁育方式的两个近缘种Arabidopsis thaliana(自交种)和Arabidopsis lyrata(异交种)的乙醇脱氢酶基因(Alcohol Dehydrogenase)的核苷酸多态性， 结果发现A. thaliana的核苷酸多态性参数Pi值为0.0069， 远高于A. lyrata的核苷酸多态性(Pi=0.0038)。

2.2 连锁不平衡

不同位点的等位基因在遗传上不总是独立的， 其连锁不平衡程度在构建遗传图谱进行分子育种及图位克隆等方面具有重要的参考价值。Rafalski和Morgante等在比较玉米和人类群体的连锁不平衡和重组的异同时对连锁不平衡的影响因素做了全面的阐述， 这些因素包括繁育系统、重组率、群体遗传隔离、居群亚结构、选择作用、群体大小、遗传突变率、基因组重排以及其他随机因素等。物种的繁育系统对连锁不平衡程度具有决定性的影响， 通常来说， 自交物种的连锁不平衡水平较高， 而异交物种的连锁不平衡水平相对较低。但是也有例外， 如野生大麦属于自交物种， 然而它的连锁不平衡水平极低。

拟南芥是典型的自交植物， 研究表明: 拟南芥组基因大多数位点的连锁不平衡存在于15～25 kb左右的基因组距离内， 但是在特定位点如控制开花时间的基因及邻接区域， 连锁不平衡达到250 kb的距离。拟南芥基因组高度变异区段同样具有较强的连锁不平衡。这些研究结果说明拟南芥非常适合构建连锁图谱， 因为用少量的样本就可以组成一个有效的作图群体。除拟南芥外， 其它自交物种大多表现出较高的连锁不平衡水平， 如大豆的连锁不平衡大于50 kb； 栽培高粱的连锁不平衡大于15 kb； 水稻的Xa位点连锁不平衡可以达到100 kb以上。

与大多数自交物种相比， 异交物种的连锁不平衡程度则要低得多。例如， 玉米的1号染色体的体连锁不平衡衰退十分迅速，大约200 bp距离就变得十分微弱， 但是在特定的玉米群体如遗传狭窄的群体或者特定基因位点如受到人工选择的位点， 连锁不平衡水平会有所增强。野生向日葵中， 连锁不平衡超过200 bp的距离就很难检测到(r=0.10)， 而栽培向日葵群体连锁不平衡程度则可能够达到约1 100 bp的距离(r=0.10)。马铃薯的连锁不平衡在短距离内下降迅速(1 kb降到r2=0.2左右)， 但在1Kb以外下降却十分缓慢(10 cM降到r2=0.1)。此外， 异交繁育类型的森林树种如火矩松、花旗松等同样显示出低水平的连锁不平衡。

2.3 基因组重组对DNA多态性的影响

基因组的遗传重组是指二倍体或者多倍体植物或者动物减数分裂时发生的同源染色体之间的交换或者转换。它通过打破遗传连锁而影响群体的DNA多态性式样， 其在基因组具点发生的概率与该位点的结构有很大的关系， 基因组上往往存在重组热点区域， 如玉米的bronze(bz)位点， 其重组率高于基因组平均水平100倍以上； 并且重组主要发生在染色体上的基因区域， 而不是基因间隔区。同时， 在基因密度高的染色体区段比基因密度低的染色体区段发生重组的频率也要高得多； 在不同的物种中， 基因组重组率平均水平也有很大的差异。如大麦群体基因组的重组率为 =7～8×10-3，高于拟南芥( =2×10-4)40倍， 但只有玉米( =12～14×10-3)的一半左右。

目前有很多关于重组和DNA多态性之间的相关关系的研究， 但是没有得到一致的结论。部分研究显示重组对DNA多态性具有较强的影响。如Tenaillon等研究显示玉米1号染色体的DNA多态性高低与重组率具有较高的相关性(r=0.65， P=0.007)， 野生玉米群体、大麦及野生番茄也都存在同样的现象。而在拟南芥中， 重组对DNA多态性的贡献率就非常低。Schmid等用大量的基因位点对拟南芥群体的核苷酸多态性进行调查后发现: 重组率与核苷酸多态性相关关系不显著； Wright等调查了拟南芥1号和2号染色体的6个自然群体序列变异式样， 结果显示， 在着丝粒附近重组被抑制的染色体区域， 核苷酸多态性并没有随之降低。说明了拟南芥基因组的重组率与DNA多态性并没有必然的相关关系。Baudry等对番茄属内5个种进行了比较研究， 结果也显示重组对种群间的DNA多态性的影响也不明显。

2.4 基因进化方式(中性进化或适应性进化)

分子群体遗传学有两种关于分子进化的观点: 一种是新达尔文主义的自然选择学说， 认为在适应性进化过程中， 自然选择在分子进化起重要作用， 突变起着次要的作用。新达尔文主义的主要观点包括: 任何自然群体中经常均存在足够的遗传变异， 以对付任何选择压力； 就功能来说， 突变是随机的； 进化几乎完全取决于环境变化和自然选择； 一个自然群体的遗传结构往往对它生存的环境处于或者接近于最适合状态； 在环境没有发生改变的情况下， 新突变均是有害的。另一种是日本学者Kimura为代表的中性学说， 认为在分子水平上， 种内的遗传变异(蛋白质或者DNA序列多态性)为选择中性或者近中性， 种内的遗传结构通过注入突变和随机漂变之间的平衡来维持， 生物的进化则是通过选择性突变的随机固定(有限群体的随机样本漂移)来实现， 即认为遗传漂变是进化的主要原因， 选择不占主导地位。这两种学说， 在实验植物分子群体遗传学的研究中都能得到一定的支持。

对植物基因在种内进化方式的研究主要集中在拟南芥菜、玉米、大麦等农作物及少数森林树种。Wright和Gaut对2005以前发表的相关文章进行详细的统计， 结果显示: 拟南芥中大约有30%的基因表现为适应性进化； 玉米中大约有24%的基因表现为非中性进化； 大麦的9个基因中， 有4个受到了选择作用的影响。

选择作用主要包括正向选择、平衡选择、背景选择及稳定选择， 它们单独或者联合对特定基因的进化方式产生影响。如花旗松中的控制木材质量和冷硬性状的基因、火炬松的耐旱基因、欧洲山杨(European aspen)的食草动物诱导的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等， 经检测在各自的群体受到了正向选择、平衡选择、背景选择单独或者多重影响。植物抗性基因(R基因)是研究得比较深入的一类基因， 大部分研究结果显示抗性基因具有高度的多态性， 并经受了复杂的选择作用。Liu和Burke对栽培大麦和野生大麦群体中9个基因在调查显示其中的8个基因受到稳定选择。Simko等对47份马铃薯66个基因位点调查表明， 大部分基因位点在马铃薯群体进化过程中受到了直接选择或者分化选择作用。以上对不同物种的不同基因位点的研究都强调了分子进化的非中性的结果， 这说明选择在基因的进化过程中具有非常重要的作用； 另一方面， 中性进化的结果报道较少， 或被有意或者无意地忽略， 事实上即使在强调选择作用的研究文献中， 仍然有相当一部分基因表现为中性进化， 说明在种内微观进化的过程中， 选择作用和中性漂变作用可能单独或者联合影响了物种内不同的基因位点， 共同促进了物种的进化。

2.5 群体遗传分化

分子群体遗传学一个重要的研究内容是阐明物种不同群体之间甚至不同物种群体之间(通常近缘种， 如栽培种及其近缘种或祖先野生种)遗传结构的差异即遗传分化， 并推测形成这种差异的原因， 从而使人能够更好地理解种群动态。

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1 理论分子群体遗传学的发.展简史

经典群体遗传学最早起源于英国数学家哈迪和德国医学家温伯格于1908年提出的遗传平衡定律。以后， 英国数学家费希尔、遗传学家霍尔丹(Haldane JBS)和美国遗传学家赖特(Wright S)等建立了群体遗传学的数学基础及相关计算方法， 从而初步形成了群体遗传学理论体系， 群体遗传学也逐步发展成为一门独立的学科。群体遗传学是研究生物群体的遗传结构和遗传结构变化规律的科学， 它应用数学和统计学的原理和方法研究生物群体中基因频率和基因型频率的变化， 以及影响这些变化的环境选择效应、遗传突变作用、迁移及遗传漂变等因素与遗传结构的关系， 由此来探讨生物进化的机制并为育种工作提供理论基础。从某种意义上来说， 生物进化就是群体遗传结构持续变化和演变的过程， 因此群体遗传学理论在生物进化机制特别是种内进化机制的研究中有着重要作用[1]。

在20世纪60年代以前， 群体遗传学主要还只涉及到群体遗传结构短期的变化， 这是由于人们的寿命与进化时间相比极为短暂， 以至于没有办法探测经过长期进化后群体遗传的遗传变化或者基因的进化变异， 只好简单地用短期变化的延续来推测长期进化的过程。而利用大分子序列特别是DNA序列变异来进行群体遗传学研究后， 人们可以从数量上精确地推知群体的进化演变， 并可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度[1]。同时， 对生物群体中同源大分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以“自然选择”为核心的生物进化学说。20世纪60年代末、70年代初， Kimura[2]、King和Jukes[3]相继提出了中性突变的随机漂变学说: 认为多数大分子的进化变异是选择性中性突变随机固定的结果。此后， 分子进化的中性学说得到进一步完善[4]， 如Ohno[5]关于复制在进化中的作用假说: 认为进化的发生主要是重复基因获得了新的功能， 自然选择只不过是保持基因原有功能的机制; 最近Britten[6]甚至推断几乎所有的人类基因都来自于古老的复制事件。尽管中性学说也存在理论和实验方法的缺陷， 但是它为分子进化的非中性检测提供了必要的理论基础[7]。目前， “选择学说”和“中性进化学说”仍然是分子群体遗传学界讨论的焦点。

1971年， Kimura[8]最先明确地提出了分子群体遗传学这一新的学说。其后， Nei从理论上对分子群体遗传学进行了比较系统的阐述。1975年， Watterson[9]估算了基于替代模型下的DNA多态性的参数Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英国数学家Kingman[10， 11]构建了“溯祖”原理的基本框架， 从而使得以少量的样本来代表整个群体进行群体遗传结构的研究成为可能， 并可以进一步推断影响遗传结构形成的各种演化因素。溯祖原理的“回溯”分析使得对群体进化历史的推测更加合理和可信。1983年， Tajima[12]推导了核甘酸多样度参数Pi(π)的数学期望值和方差值。此后， 随着中性平衡的相关测验方法等的相继提出[13~15]， 分子群体遗传学的理论及分析方法日趋完善[16]。

近20年来， 在分子群体遗传学的基础上， 又衍生出一些新兴学科分支， 如分子系统地理学(molecular phylogeography)等。系统地理学的概念于1987年由Avise提出， 其强调的是一个物种的基因系谱当前地理分布方式的历史成因[17]， 同时对物种扩散、迁移等微进化历史等进行有效的推测[18]。

2 实验植物分子群体遗传研究内容及进展

基于DNA序列变异检测手段的实验分子群体遗传学研究始于1983年， 以Kreitman[19]发表的“黑腹果蝇的乙醇脱氢酶基因位点的核苷酸多态性”一文为标志。以植物为研究对象的实验分子群体遗传学论文最早发表于20世纪90年代初期[20， 21]， 但是由于当时DNA测序费用昂贵等原因， 植物分子群体遗传学最初发展比较缓慢， 随着DNA测序逐渐成为实验室常规的实验技术之一以及基于溯祖理论的各种计算机软件分析程序的开发和应用， 实验分子群体遗传学近10年来得到了迅速的发展， 相关研究论文逐年增多， 研究的植物对象主要集中在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)及重要的农作物如玉米(Zea mays L.)、大麦(Hordeum vulgare L.)， 水稻(Orazy sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)、向日葵(Helianthus annuus L.)等上[16]。其研究内容涵盖了群体遗传结构(同源DNA分化式样)、各种进化力量如突变， 重组， 连锁不平衡、选择等对遗传结构的影响、群体内基因进化方式(中性或者适应性进化)、群体间的遗传分化及基因流等。同时， 通过对栽培物种与野生祖先种或野生近缘种的DNA多态性比较研究， 分子群体遗传学在研究作物驯化的遗传学原因及结果等也取得了重要的进展， 如作物驯化的遗传瓶颈， 人工选择对“驯化基因”核苷酸多态性的选择性清除(selective sweep)作用等等。

2.1 植物基因或基因组DNA多态性

分子群体遗传学的研究基础是DNA序列变异。同源DNA序列的遗传分化程度是衡量群体遗传结构的主要指标， 其分化式样则是理解群体遗传结构产生和维持的进化内在驱动力诸如遗传突变、重组、基因转换的前提。随着DNA测序越来越快捷便利及分子生物学技术的飞速发展， 越来越多的全基因组序列或者基因序列的测序结果被发表， 基因在物种或群体中的DNA多态性式样也越来越多地被阐明。

植物中， 对拟南芥和玉米基因组的DNA多态性的调查最为系统， 研究报道也较多。例如， Nordborg等[22]对96个样本组成的拟南芥群体中的876个同源基因片段(0.48 Mbp)的序列单核苷酸多态性进行了调查， 共检测到17 000多个SNP， 大约平均每30 bp就存在1个SNP位点。而Schmid等[23]的研究结果显示: 拟南芥基因组核甘酸多态性平均为0.007( W)。Tenaillon等[24]对22个玉米植株的1号染色体上21个基因共14 420 bp序列的分析结果显示玉米具有较高的DNA多态性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等[25]研究显示: 36份玉米优系的18个基因位点的非编码区平均核苷酸多态性为1SNP/31 bp， 编码区平均为1SNP/124 bp， 位点缺矢和插入则主要出现在非编码区。此外， 其他物种如向日葵、马铃薯(Solanum tuberosum)、高粱、火矩松(Pinus taeda L.)、花旗松(Douglas fir)等[26～30]中部分基因位点的DNA多态性也得到调查， 结果表明不同的物种的DNA多态性存在较大的差异。

繁育方式是显著影响植物基因组的DNA多态性重要因素之一。通常来说， 自交物种往往比异交物种的遗传多态性低， 这已经被一些亲缘关系相近但繁育方式不同的物种如Lycopersicon属植物和Leavenworthia属植物的种间比较研究所证实[31， 32]。但是在拟南芥属中则不然， Savolainen等[33]比较了不同繁育方式的两个近缘种Arabidopsis thaliana(自交种)和Arabidopsis lyrata(异交种)的乙醇脱氢酶基因(Alcohol Dehydrogenase)的核苷酸多态性， 结果发现A. thaliana的核苷酸多态性参数Pi值为0.0069， 远高于A. lyrata的核苷酸多态性(Pi=0.0038)。

2.2 连锁不平衡

不同位点的等位基因在遗传上不总是独立的， 其连锁不平衡程度在构建遗传图谱进行分子育种及图位克隆等方面具有重要的参考价值。Rafalski和Morgante等[34]在比较玉米和人类群体的连锁不平衡和重组的异同时对连锁不平衡的影响因素做了全面的阐述， 这些因素包括繁育系统、重组率、群体遗传隔离、居群亚结构、选择作用、群体大小、遗传突变率、基因组重排以及其他随机因素等。物种的繁育系统对连锁不平衡程度具有决定性的影响， 通常来说， 自交物种的连锁不平衡水平较高， 而异交物种的连锁不平衡水平相对较低。但是也有例外， 如野生大麦属于自交物种， 然而它的连锁不平衡水平极低[35~37]。

拟南芥是典型的自交植物， 研究表明: 拟南芥组基因大多数位点的连锁不平衡存在于15～25 kb左右的基因组距离内[22]， 但是在特定位点如控制开花时间的基因及邻接区域， 连锁不平衡达到250 kb的距离[38]。拟南芥基因组高度变异区段同样具有较强的连锁不平衡[39]。这些研究结果说明拟南芥非常适合构建连锁图谱， 因为用少量的样本就可以组成一个有效的作图群体。除拟南芥外， 其它自交物种大多表现出较高的连锁不平衡水平， 如大豆的连锁不平衡大于50 kb[40]; 栽培高粱的连锁不平衡大于15 kb[41]; 水稻的Xa位点连锁不平衡可以达到100 kb以上[42]。

与大多数自交物种相比， 异交物种的连锁不平衡程度则要低得多。例如， 玉米的1号染色体的体连锁不平衡衰退十分迅速，大约200 bp距离就变得十分微弱[24]， 但是在特定的玉米群体如遗传狭窄的群体或者特定基因位点如受到人工选择的位点， 连锁不平衡水平会有所增强[43~46]。野生向日葵中， 连锁不平衡超过200 bp的距离就很难检测到(r=0.10)， 而栽培向日葵群体连锁不平衡程度则可能够达到约1 100 bp的距离(r=0.10)[26]。马铃薯的连锁不平衡在短距离内下降迅速(1 kb降到r2=0.2左右)， 但在1Kb以外下降却十分缓慢(10 cM降到r2=0.1)[27]。此外， 异交繁育类型的森林树种如火矩松、花旗松等同样显示出低水平的连锁不平衡[30， 31]。

转贴于 2.3 基因组重组对DNA多态性的影响

基因组的遗传重组是指二倍体或者多倍体植物或者动物减数分裂时发生的同源染色体之间的交换或者转换[47]。它通过打破遗传连锁而影响群体的DNA多态性式样， 其在基因组具点发生的概率与该位点的结构有很大的关系， 基因组上往往存在重组热点区域， 如玉米的bronze(bz)位点， 其重组率高于基因组平均水平100倍以上[48]; 并且重组主要发生在染色体上的基因区域， 而不是基因间隔区[49， 50]。同时， 在基因密度高的染色体区段比基因密度低的染色体区段发生重组的频率也要高得多[41， 51]; 在不同的物种中， 基因组重组率平均水平也有很大的差异。如大麦群体基因组的重组率为 =7～8×10–3 [52]，高于拟南芥( =2×10–4)40倍[27]， 但只有玉米( =12～14×10–3)的一半左右[24]。

目前有很多关于重组和DNA多态性之间的相关关系的研究， 但是没有得到一致的结论。部分研究显示重组对DNA多态性具有较强的影响。如Tenaillon等[24]研究显示玉米1号染色体的DNA多态性高低与重组率具有较高的相关性(r=0.65， P=0.007)， 野生玉米群体、大麦及野生番茄也都存在同样的现象[52~54]。而在拟南芥中， 重组对DNA多态性的贡献率就非常低[22]。Schmid等[23]用大量的基因位点对拟南芥群体的核苷酸多态性进行调查后发现: 重组率与核苷酸多态性相关关系不显著; Wright等[55]调查了拟南芥1号和2号染色体的6个自然群体序列变异式样， 结果显示， 在着丝粒附近重组被抑制的染色体区域， 核苷酸多态性并没有随之降低。说明了拟南芥基因组的重组率与DNA多态性并没有必然的相关关系。Baudry等[31]对番茄属内5个种进行了比较研究， 结果也显示重组对种群间的DNA多态性的影响也不明显。

2.4 基因进化方式(中性进化或适应性进化)

分子群体遗传学有两种关于分子进化的观点: 一种是新达尔文主义的自然选择学说， 认为在适应性进化过程中， 自然选择在分子进化起重要作用， 突变起着次要的作用。新达尔文主义的主要观点包括: 任何自然群体中经常均存在足够的遗传变异， 以对付任何选择压力; 就功能来说， 突变是随机的; 进化几乎完全取决于环境变化和自然选择; 一个自然群体的遗传结构往往对它生存的环境处于或者接近于最适合状态; 在环境没有发生改变的情况下， 新突变均是有害的[56]。另一种是日本学者Kimura为代表的中性学说， 认为在分子水平上， 种内的遗传变异(蛋白质或者DNA序列多态性)为选择中性或者近中性， 种内的遗传结构通过注入突变和随机漂变之间的平衡来维持， 生物的进化则是通过选择性突变的随机固定(有限群体的随机样本漂移)来实现， 即认为遗传漂变是进化的主要原因， 选择不占主导地位[2~4]。这两种学说， 在实验植物分子群体遗传学的研究中都能得到一定的支持。

对植物基因在种内进化方式的研究主要集中在拟南芥菜、玉米、大麦等农作物及少数森林树种。Wright和Gaut[16]对2005以前发表的相关文章进行详细的统计， 结果显示: 拟南芥中大约有30%的基因表现为适应性进化; 玉米中大约有24%的基因表现为非中性进化; 大麦的9个基因中， 有4个受到了选择作用的影响。

选择作用主要包括正向选择、平衡选择、背景选择及稳定选择， 它们单独或者联合对特定基因的进化方式产生影响。如花旗松中的控制木材质量和冷硬性状的基因[30]、火炬松的耐旱基因[29]、欧洲山杨(European aspen)的食草动物诱导的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等[57]， 经检测在各自的群体受到了正向选择、平衡选择、背景选择单独或者多重影响。植物抗性基因(R基因)是研究得比较深入的一类基因， 大部分研究结果显示抗性基因具有高度的多态性， 并经受了复杂的选择作用[58]。Liu和Burke[26]对栽培大麦和野生大麦群体中9个基因在调查显示其中的8个基因受到稳定选择。Simko等[27]对47份马铃薯66个基因位点调查表明， 大部分基因位点在马铃薯群体进化过程中受到了直接选择或者分化选择作用。以上对不同物种的不同基因位点的研究都强调了分子进化的非中性的结果， 这说明选择在基因的进化过程中具有非常重要的作用; 另一方面， 中性进化的结果报道较少， 或被有意或者无意地忽略， 事实上即使在强调选择作用的研究文献中， 仍然有相当一部分基因表现为中性进化， 说明在种内微观进化的过程中， 选择作用和中性漂变作用可能单独或者联合影响了物种内不同的基因位点， 共同促进了物种的进化。

2.5 群体遗传分化

分子群体遗传学一个重要的研究内容是阐明物种不同群体之间甚至不同物种群体之间(通常近缘种， 如栽培种及其近缘种或祖先野生种)遗传结构的差异即遗传分化， 并推测形成这种差异的原因， 从而使人能够更好地理解种群动态。

植物种内不同群体间遗传分化的研究案例有很多， 典型的有: (1)拟南芥全球范围内的遗传分化。Kawabe和Miyashita[59]利用碱性几丁质酶A(ChiA)、碱性几丁质酶B(ChiB)及乙醇脱氢酶(Ahd)3个基因对拟南芥进行群体亚结构的分析， 结果只有ChiB显示出一定的群体亚结构， 而ChiA、Ahd的系统学聚类与样本地理来源之间没有表现出任何相关关系，这样的结果暗示了拟南芥近期在全球范围内经历了迅速扩张。Aguade[60]和Mauricio等[61]分别用不同的基因、Schmid等[23]用多基因位点进行的拟南芥分子群体遗传学研究也支持同样的结论。(2)森林树种的遗传分化。Ingvarsson等[62]发现欧洲山杨的日长诱导发芽的侯选基因(phyB)变异方式呈现出纬度渐变方式， 表明欧洲山杨出现了明显的适应性分化; Ingvarsson等[63]对多个基因单倍型地理格局分布的研究同样发现欧洲杨具有明显的地理遗传分化。但是研究表明花旗松(Pseudotsuga menziesii)[30]、火炬松(Pinus taeda)[29]、圆球柳杉(Cryptomeria japonica)等[64]等物种没有发生明显遗传多样性的地理分化。

植物不同物种间遗传分化的研究主要集中对在栽培种及其野生近缘种的DNA多态性的比较上。由于早期的驯化瓶颈及人工选择繁育等遗传漂变作用结果[65]。栽培物种的遗传多样性通常都低于他们的野生祖先种。Hamblin等[28]利用AFLP结果筛选得到基因片段的DNA多态性， 对栽培高粱(S. bicolor)和野生高粱(S. propinquum)进行了比较研究， 结果表明: 野生高粱的平均核苷酸多态性大约为0.012( )，大约是栽培高粱的4倍。Liu等[26]的研究显示: 野生向日葵中， 核苷酸多态性达到0.0128( )、0.0144( W)，显著高于栽培向日葵的0.0056( )、0.0072( W)。Eyre-Walker等[66]对栽培和野生玉米Adh1基因大约1 400 bp的序列研究表明: 栽培玉米的遗传多样性大约只有野生玉米种(Zea mays subsp. parviglumis)的75%。Hyten等[67]的研究显示野大豆的平均核苷酸多态性为0.0217( )、0.0235( W)， 地方种则分别为0.0143( )、0.0115( W)，大约为野大豆的66%( )和49%( )。以上结果充分反应了栽培物种驯化过程中曾遭受过瓶颈效应。

3 分子系统地理学

分子系统地理学是在分子群体遗传学的基础上， 衍生出的新学科分支。早在20世纪的60年代， Malecot[68]就发现了基因的同一性随地理距离增加而减少的现象; 1975年Nei的《分子群体遗传学和进化》一书中也提到在描述群体的遗传结构时要重视基因或者基因型的地理分布[1]; 1987年Avise等[17]提出了系统地理学概念。在植物方面， 分子地理系统学研究取得很多重要的成果。如对第四世纪冰期植物避难所的推测及冰期后物种的扩散及重新定居等历史事件的阐释， 其中最为典型的研究是对欧洲大陆冰期植物避难所的确定及冰期后植物的重新定居欧洲大陆的历史事件的重现。如欧洲的栎属植物的cpDNA的单倍型的地理分布格局表明， 栎属植物冰期避难所位于巴尔干半岛、伊比利亚岛和意大利亚平宁半岛， 现今的分布格局是由于不同冰期避难所迁出形成的[69]。King和Ferris[70]推测欧洲北部的大部分欧洲桤木种群是从喀尔巴阡山脉这个冰期避难所迁移后演化形成的。Sinclair等[71， 72]推测欧洲赤松在第四纪冰期时的避难所可能是在爱尔兰岛或者在法国的西部。此外， 分子系统地理学在阐明了一些栽培作物的驯化历史事件如驯化发生的次数及驯化起源地等方面也取得了重要的进展。如Olsen等[73]对木薯(Manihot esculenta)单拷贝核基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase)在木薯群体中单倍型的地理分布方式深入调查后推测: 栽培木薯起源于亚马逊河流域南部边界区域。Caicedo等[74]利用核基因果实液泡转化酶(fruit vacuolar invertase)的序列变异阐明了栽培番茄(Lycopersicon esculentum)的野生近缘种(Solanum pimpinellifolium )的种群扩张历史， 基因变异的地理分布方式表明栽培番茄起源于秘鲁北部， 然后逐步向太平洋岸边扩张。Londo等[75]利用一个叶绿体基因和两个核基因的变异对两个亚洲的栽培籼、粳亚种及其近缘野生种进行了系统地理学研究， 阐明了籼、粳稻分别起源于不同的亚洲野生稻(O. rufipogon)群体， 其中籼稻起源于喜马拉雅山脉的南部的印度东部、缅甸、泰国一带， 而粳稻则驯化于中国南部， 等等。

篇4

未来就是现在[就像金・凯瑞（Jim Carrey）能言善辩地将其置于《有线电视修理工》中一样]。新型医疗的黎明就在眼前，它就是基因疗法。

除了直截了当地怪你的父亲之外，实际上这就是一种只要服用药丸式的治疗。治疗你的基因，像是在改变它们。是的，就像提升眉毛和扩宽眼睛一样。

真的要改变你的基因吗？我认为你说的不可能发生。就像电影《捉鬼敢死队》中所描述的，你也认为跨越这激流不是什么好事。是的，我也许说过一些事情要遵循自身规律――你的基因就是你的，无论你多么憎恨你的基因，你都不能去编辑它，你已经得到你该得到的。

我骗你的。

医生正在尝试通过新的途径来替代我们有错误的基因，使其焕发光芒，产生功能，成为新的基因。这并不容易，需要花费时间设计一些奇思妙想，哪怕还只是一些幻想式的可能性而已。想一想吧，遗传病的终结，失明的终结……我的天啊，多么美好。

这一伟业将如何实现？利用病毒。

病毒专门偷偷地往细胞里注入外来的核苷酸（DNA或RNA）。这就是它们的所作所为，对它们来说相当容易。这些小混蛋。

但是，我们能确保安全有效地利用病毒吗？如果你设计一个病毒并给它携带一个好的基因，再把这个好基因投送到细胞需要整合它的区域（如在视网膜上用于修复视力），这就好了。你已经把病毒改造成了一个不需要小费的基因投递员了。

倘若你想想这种情况――是的，我知道这种情况是许多僵尸电影的开头――针对所有疾病的新奇疗法已被发现，第二天每个人都在相互吃人，一个个行尸走肉蹒跚在冷清的城市街道。饶了他们吧，我们又没能给予他们病毒基因使其组织复活或者大脑腐朽。这些并不存在，因而制造这些僵尸的可能性很小。

你该把你的狂热症聚焦到《千钧一发》这部科幻影片，它是我们所有已知的遗传学未来。万一你没看过这部电影（我不能肯定它是不是流行文化的先决条件），我得告诉你，未来的人们不再遵循随机遗传来孕育后代：卵子会使任何都争取到机会，从而左右孩子的未来。不，不，不！人们去进行遗传咨询，选择他们想要遗传给孩子的基因，找机会纠正他们的任何遗传“错误”。

结果，每个人既漂亮又聪明，没有人需要眼镜。我不是说我的近视本身是令人羡慕的，这个重要的剧情是因为伊桑・霍克（Ethan Hawke）――“自然”繁殖的产物，他视力不好，需要校正。不过，他坚信任何人都不需要戴眼镜，因为这个世界上所有完美遗传的人的任何缺陷都将被社会淘汰！伊桑，不要让任何人知道你正戴着隐形眼镜！ 小心！千万不要！

新生儿的DNA被测序，同时伴随着一张印有将来会患疾病的出生条，并附有死亡时间和原因，虽然这样的未来可能不会很快发生，但或许真的就是这样。就像我已在书中多次说过的：你的基因并不是一切。你的人生发生什么还得依赖于你做了什么，你在哪里生活，吃了什么，读了什么书等大量的事情。即使未来我们知道了深藏在DNA宝盒里的每一个秘密，你也不能确定某个人的死亡年龄，也许他们哪一天就被公共汽车撞飞了。

当我们能测定我们的DNA序列时（虽然我们不能在产房中干这件事），将会发生什么呢？我们该如何照料自己呢？医生能用你的遗传病史为你的医疗保健做出很好的决定，个人则将看清楚他们所隐藏的自我。

我们看到这样的苗头：有些人一旦检测到携带乳腺癌基因，就立马选择切除双乳，这也许是遗传信息决定中最冲动的形式。它暴露出我们人类的基本问题：我们是问题解决者。一旦有什么新的遗传学发现就意味着我们得采取些行动。我倾向于患乳腺癌吗？马上把双乳切掉。我有发展为糖尿病的风险吗？我不吃任何生日蛋糕，谢谢。我35岁就会彻底变成秃头吗？永葆青春需要花多少钱呢？

什么时候合理的预防措施才能终止这些妄想症和过激行为呢？我们正在努力解决这个问题。但我还要告诉你一件事：人们需要弄清楚遗传学的基本原理才能做出决定。我们的身体如何运行？我们的基因如何导致特征产生？为什么DNA如此懒惰？对此，我们还需要广博而精妙的理解。

篇5

关键词：遗传标记 遗传学实验 SSR 枣树 分子遗传

Application and practice of SSR marker in the teaching of genetics experiment

Pang Xiaoming， Li Yingyue

Beijing forestry university， Beijing， 100083， China

Abstract： The well-designed experiment is a successful case of making full use of scientific research achievements in the teaching of genetic experiment， which includes the experiment of DNA fingerprinting construction and paternity analysis of the seedlings. Through the experiment， the students will have the experience of PCR technology， DNA isolation and the separation of DNA by different methods. Furthermore， the involvement in the experiment will help to strengthen several important concepts in the genetics including gene locus/allele， heterozygosity/homozygosity， diploid/triploid， the Mendelian inheritance laws and DNA fingerprinting etc. Taken together， the experiment will be important to invoke the interest to learn the course for the students.

Key words： genetic marker； genetic experiment； SSR； jujube； molecular genetics

“DNA指纹”是指可以利用DNA差异来进行与传统指纹相似的个体身份识别。DNA指纹是以DNA的多态性为基础。SSR（Simple sequence repeat，简单重复序列），又称微卫星DNA，一般是由2～6个核苷酸碱基组成的基序并串联而成的DNA序列，在真核生物基因组中广泛存在。SSR标记具有多态性高、实验操作简单、稳定性好、可重复性高、对DNA模板质量和数量要求均较低的共显性标记，现广泛应用于亲本分析、遗传多样性研究、指纹图谱和遗传图谱构建等方面，是一种目前发展较为成熟的分子标记技术[1]。

在植物的遗传及育种试验和实践中（如实生选种中），获得的子代苗母本来源是确切知道的，但经常缺乏父本信息。利用共显性分子标记技术结合统计分析方法可以帮助我们寻找可能的父本来源。父本分析（Paternity analysis）对了解群体间或世代间的基因流动及性别选择适合度有重要的理论意义[2]。SSR的高分辨力及其共显性遗传特点使其成为杂交种亲本鉴定使用最多的标记。

常用的父本分析方法包括排除分析法、最大似然性分析法和父性拆分法等，在植物群体中利用亲本排除法进行父本分析的例子较多[2]。排除分析法根据孟德尔遗传规律检测母本与可疑父本基因型组合能否产生子代基因型，否则排除相应可疑父本。另外，也可以利用软件Cervus 3.0进行分析。Cervus 3.0是一款使用共显性标记的软件，是Marshall于1998年开发的，这款软件可以鉴定单亲本未知或双亲本未知的情况，基于最大似然法进行亲本分析，通过等位基因频率来计算各个非排除父本作为亲生父本的概率，进而确定最大可能的父本。用LOD值来进行结果分析。由于便于操作，是目前最普遍应用的亲本分析软件[3]。

该实验是体现遗传学原理和技术在生产和生活中应用的例子，可达到巩固和学习如下重要知识点的目的：（1）通过提取枣树DNA，熟悉植物DNA的提取步骤；（2）巩固分离定律和自由组合定律的学习；（3）巩固PCR技术原理；（4）通过SSR标记的检测，掌握SSR标记的原理、检测技术和应用；（5）通过二倍体和多倍体基因型差异，巩固复等位基因和基因座等概念；（6）学习利用SSR标记进行亲子鉴定的原理和技术。学生通过实验了解到遗传学技术和理论知识可解决生产生活中的具体问题，可有效调动学生学习遗传学知识和技术的兴趣和热情，有助于消除科学研究高不可攀的心理，激发学生对基本实验和科学研究的兴趣，增强学生分析问题和解决问题的能力。

1 实验材料及试剂

1.1 实验材料

冬枣、映山红、赞皇大枣（3n）、梨枣、柿饼枣和辣椒枣及6个不同的杂交后代基因型（已知母本为冬枣，假定父本未知）共12个基因型的植物材料。

1.2 实验试剂

PCR MIX（北京博迈德科技发展有限公司），6～8对SSR引物，琼脂糖，DNA分子量标准，ddH2O，溴酚蓝加样缓冲液，5×TBE浓贮液〔称取27.5 g硼酸与54 g Tris碱，称量20 ml EDTA（0.5 mol/L），加入蒸馏水定容至1 000 mL，待溶解后室温保存待用〕，使用时稀释为0.5×TBE，Goldviewer II（染液）等。

2 实验方法

2.1 实验仪器

微量移液器，小型离心机，恒温水浴锅，PCR仪，电泳仪，紫外透射仪，照相机或（国产凝胶成像系统），枪头和离心管（使用前高温灭菌）。

2.2 实验步骤

（1）DNA提取：从我校实验苗圃采集各植物材料叶片，对各样品进行准确编号记录，应用CTAB法或试剂盒法提取总DNA。

（2）DNA质量检测：取5μL DNA样品混合1μL 6×Loading Buffer，用0.5×TBE液配制0.8%琼脂糖凝胶对总DNA进行电泳质量检测；取3 μLDNA样品液，在超微量紫外分光光度计上测量其DNA含量（μg/mL）、A260 nm/A280 nm的值及其在260 nm处的吸收峰，检测DNA的纯度，对DNA进行稀释，直至工作浓度10 ng/μL。

（3）SSR-PCR扩增：应用6对SSR引物（见表1）进行PCR反应[4]，引物由北京金唯智生物公司合成。荧光引物为M13（-21）-ROX：TGTAAA ACGACGGCCAGT。

表1 SSR引物信息表

20.0 μL PCR反应体系包括：2×PCR MIX（10 μL）、DNA模板（1.0 μL），1?M上游引物（1.0 ul），1?M下游引物（1.0 μL）和ddH2O（7.0 μL）。如果采用毛细管测序电泳检测，则体系中加入1 ?M的M13引物3.2 μL。按上述体系混合好后，PCR程序设置如下：94℃ 5min；94℃ 30s-55℃（相应退火温度）30s-72℃ 45s，30个循环；94℃ 30s-53℃ 30s-72℃ 30s，8个循环；72℃ 10min；4℃ forever。

（4）扩增产物检测：扩增结果按照公司提供的手册进行ABI Prism 3730XL型测序仪测序检测，所得数据利用GeneMarker V1.75软件进行读取。或者采用4%琼脂糖凝胶电泳进行检测：用1×TBE液配制70 mL+3.5 μL Goldviewer II；每管加入5 μL溴酚蓝上样缓冲液，瞬时离心取10 μL扩增产物上样；稳压100V，电泳1～1.5 h；UVP凝胶成像系统观察电泳结果并拍照。

2.3 分析结果

图示各品种的基因型，计算相关指标或采用软件分析确定子代的未知父本；当用于检验的位点间非连锁遗传时，每一个位点可以计算出一个父权指数PI（paternity index）值（疑似父亲获得父权的可能性与失去父权可能性的比值，也称为非父排除率），多位点的累积PI值（CPI）等于各位点PI值的乘积，计算公式为：CPI=PI1×PI2×PI3×…×PIn（1，2，3…n代表第1，2，3…n个位点的PI值）。由PI值得到的相对亲权概率RCP=[CPI/（CPI+1）]×100%≥99.73%时，可认为疑似亲本得到父权，RCP

3 实验结果

微卫星位点BFU0277的基因分型峰图如图1所示。分型结果理想，可以较为准确地判断等位基因大小。由图1可知赞皇大枣含三等位基因，验证的基三倍体的特点，其余样品为二倍体。二倍体样品中除梨枣是纯合体以外，其他样品为杂合体。对除赞皇大枣以外的其他个体共分析了8对SSR引物，每个个体的基因型见表2。从表2可以看出，11个个体在这8个基因座的基因型是不一样的，这也构成了区分这11个样品的SSR指纹图谱。

图1 12个样品在BFU0277号引物中的毛细管电泳检测图

表2 11个样品在8个基因座的SSR基因型

子代1～5的母本为冬枣，通过排除分析法，子代1～4不可能以柿饼枣、辣椒枣或梨枣为父本，因为SSR等位基因遗传违反孟德尔遗传规律，子代出现与这几个疑似亲本完全不同的等位基因位点，排除它们之间有亲缘关系。而映山红不能排除为父本。按照方法中所述公式计算CPI和RCP，结果见表3，可推测映山红为子代1～4的父本。对于子代5，所有的可能父本都被排除，因此在供选材料中没有子代5的父本。而子代6为双亲都未知的个体，通过排除法发现，供选亲本中没有合适的样本可能为其父母本。

表3 4个子代的父本分析指标

由Cervus 3.0软件分析发现，子代1～4的父本为映山红的LOD值见表3，4个LOD值都大于零，与RCP计算结果相一致。对于子代5，所有的可能父本的LOD值都为负值；对于子代6，各种父母本组合的LOD值均为负值。因此，与排除法所得的结果相一致，疑似亲本中没有这两个个体的父（母）本。

4 结束语

本实验为基于课题组最新的科学研究成果设计成的学生容易操作的实验内容，把与实践挂钩的亲子鉴定内容设计到实验中，可以增加学生的学习兴趣[6]。根据实验结果我们看到，本实验涉及基因位点/等位基因、纯合体/杂合体、二倍体/三倍体、孟德尔遗传规律和DNA指纹图谱等多个（对）重要的遗传学概念，使学生能形象地掌握相关概念。

根据学生专业和课时长短的不同，教师可以对实验内容有选择地进行。生物科学和技术类专业课时较长，可以选择用常规的CTAB方法进行DNA提取；而农业和林业等应用性专业学时相对较短，可采用试剂盒进行DNA提取，以节省时间。如果时间和实验经费允许，SSR的产物检测可采用毛细管电泳的方法。而凝胶电泳的方法相对便宜，时间短，而且可以更好地锻炼学生的动手操作能力，有利于学生在实验过程中自信心的培养。

参考文献

[1] Cipriani G， Marrazzo ME， Gaspero G. A set of microsatellite markers with long core repeat optimized for grape （Vitis spp.） genotyping[J]. BMC Plant Biology，2008，8：127.

[2] 张冬梅，沈熙环，张华新.林木群体基因流及父本分析的研究进展[J].林业科学研究，2003，16（4）：488-494.

[3] Kalinowski， ST， Taper， ML & Marshall， TC. Revising how the computer program CERVUS accommodates genotyping error increases success in paternity assignment[J]. Molecular Ecology，2007，16：1099-1106.

[4] 王斯琪，唐诗哲，孔德仓.利用SSR标记进行枣树子代苗父本鉴定[J].园艺学报，2012，39（11）：2133-2140.

篇6

关键词：概念教学；遗传学前概念；前概念成因

中图分类号：G427文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）11-085-1本文中，前概念指的是学生在习得某一科学概念之前，通过自己的观察、实践与体验产生的对该概念的理解和认识。学生在学习科学知识时，他们总是试图将新的信息、观念、经验与最适合的已有知识联系起来。因此，对于科学概念的教学而言，发现学生的前概念，分析学生科学概念建构的障碍之所在，才能采取适当的方法和策略帮助学生由前概念向科学概念的转变。

高中遗传学以分子生物学为基础，研究遗传的物质基础、细胞学基础和遗传规律等内容，涉及基因、染色体、细胞分裂、遗传定律等众多核心概念。由于遗传学概念的抽象性和相互之间联系的复杂性，学生在学习过程中形成了较多的遗传学前概念。本文对高中生具有的遗传学前概念进行调查，并对前概念成因进行了分析，为遗传学概念教学提供参考。

一、高中生具有的遗传学前概念

高中生在“基因”概念的学习中往往认为“基因是染色体片段”、“DNA中有染色体，染色体上有基因”；而在学习“细胞分裂”时，学生认为“同源染色体只出现在减数第一次分裂时期”、“同源染色体必须为‘X’形，且形态、大小相同并两两配对”等；在有关“性状”概念的学习中，学生认为“相对性状是同一生物的不同性状”、“相对性状只能有两种不同的表现类型”、“隐性基因控制的隐性性状是不能表现出来的”等；学生在应用“基因自由组合定律”时认为“基因型YyRr的个体形成Yy、Rr两种配子”。

二、高中生遗传学前概念的成因

1．日常生活经验因素

生物学与生活的密切联系决定了生物学前概念的一个重要来源是日常生活经验。学生在日常生活中通过直接观察和感知，形成大量的感性知识。以这些感性知识为基础，学生对一些日常生活现象作出判断，而这些感性知识将形成日常生活概念。日常生活概念对现象的解释要求以满意为主，而科学概念追求的是对现象的完美解释和预测，二者对事物本质掌握度的要求不同导致学生在将日常生活概念向科学概念转化中遇到困难，这些困难将导致学生形成前概念。［1］

2．社会媒体信息因素

现代生物技术与人们日常生活的关系越来越密切，普通大众对一些生物科学的前沿技术的关注度越来越高。为了能让更多的人理解那些深奥的生物学术语和专用名词，媒体往往会对这些术语和名词进行浅显易懂的诠释。在这个过程中，科学概念的严谨性和精确性会被人为降低，导致学生从社会媒体中获得的科学资讯和生物学概念教学中的信息存在不一致而引起前概念的产生。［2］

3．相关学科知识因素

生物学很多的知识与数学、化学、物理等学科有着密切的联系。由于不同学科对同一概念的阐述有差异，或者是相关学科的背景知识还没有学习，学生在建构某些生物学科学概念时存在很大的困难。

例如：应用两大遗传学定律计算概率的问题，数学上有关概率的内容还没有学习，学生对于概率的一些原理如“乘法原则”、“加法原则”常难以理解，导致对概率计算的问题始终是迷迷糊糊。另外，数学上有关概率的内容几乎不涉及“条件概率”的问题，而遗传学概率计算很多都涉及这方面的内容，如“生病男孩”和“男孩生病”在数学上没有任何的不同，但在遗传学概率计算时是显著不同的。

4．学科概念教学因素

研究表明，教师拥有大量的科学领域中的前概念。在教学中，教师有时在科学用语、术语上的表达不够严谨以及教师口语等问题都会对学生产生影响。而正式或非正式教材上的定义、图表或者提供的实例不够全面也会使学生产生歧意，从而导致前概念的产生。

例如：在进行“相对性状”的概念学习时，老师对“同一种性状的不同表现类型”进行举例往往都是举两种不同的表现类型，如“豌豆高茎和矮茎”、“人眼睑形状的单和双”等，给学生造成同一性状的不同表现类型只能是两种，从而在判断“人血型分A型、B型、AB型、O型”不属于相对性状。

5．个人认知缺陷因素

学生在学习科学概念的过程中，由于自身的认知缺陷导致前概念的产生。这可以表现在以下两个方面：一方面学生自身的学科知识不足，往往对概念的了解不够全面、准确；另一方面学生自身的思维方式缺陷，如进行不恰当的类比，依靠直觉和想象进行判断等。

［参考文献］

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[关键词] 心力衰竭；表观遗传学：药理学

[中图分类号] R541.61 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2012）06（a）-0007-03

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因及基因表达发生了可遗传的变化。这些改变包括DNA的甲基化、多种形式的组蛋白修饰及小分子RNA（microRNA）等。个体间疾病易感性及治疗反应性的差异在很大程度上取决于遗传因素[1]。然而，根据全基因组研究，笔者不得不承认遗传表型的改变不仅仅是核苷酸序列的变化[2-3]。表观遗传学与核苷酸的改变共同调控了基因的表达，因而从另一种角度解释了个体间的差异。

表观遗传学研究发现，基因及其表达的遗传性改变不仅仅是指基因突变或基因多样性等DNA序列的变化。已知的三种可调节基因表达的表观遗传学改变主要是：基因组DNA的甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA的调节（如microRNA）。上述机制均涉及外在因素在蛋白质编码序列不变的情况下仍可调节基因转录[4]。表观遗传学调节机制存在个体及组织差异性，并且可以随年龄增长、环境及疾病状态的改变而变化。表观基因组在基因组表达过程中起关键作用，个体间基因表达的不同造成药物不同的反应性，这可能是通过表观遗传学改变进行调节的。因此，目前认为表观遗传学改变可以帮助解释基因突变在药物反应中的作用，继而在临床医学中发挥作用，这一迅速崛起的新学科称为表观遗传药理学。个体间药物的反应性不同，该学科不仅研究表观遗传因子在这一过程中的作用，而且旨在开发新的药物靶点[5]。笔者认为表观遗传药理学与遗传药理学将共同在药理学、临床医学中发挥重要作用。

目前为止，表观遗传药理学的大多数研究集中于肿瘤学领域，例如，研究细胞色素p450在个体间表达的差异。幸运的是，表观遗传学修饰的作用已被应用于解释其他复杂并且多源的现象，应用的范围越来越广。在这里，笔者总结了表观遗传修饰在心衰及心血管疾病治疗方面最新的研究。

1 表观遗传修饰与心力衰竭

1.1 组蛋白的修饰

庞大的真核生物基因组在高度保守的组蛋白的作用下得到了紧密的压缩。在核小体中，基因组DNA围绕核心组蛋白（核心组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两组）折叠、压缩，形成了染色体的基本单位。基因组DNA与染色体蛋白的相互作用有助于转录因子向靶基因片段聚集，从而调节转录活性[6]。通过这种机制，核小体利用其核心组蛋白的共价修饰传递表观遗传学信息。这些修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及SUMO化修饰。核心组蛋白的氨基末端从染色质丝上伸出来，与DNA或其他组蛋白、蛋白质等相互作用。该末端上的赖氨酸、精氨酸残基是组蛋白修饰的主要靶点。多数研究旨在了解赖氨酸乙酰化、甲基化的作用。事实证明，赖氨酸的乙酰化作用主要与染色质亲和力及转录相关，而赖氨酸的甲基化作用取决于何种残基被修饰。

有趣的是，正如Mano所总结的那样，组蛋白乙酰化的调控与心肌肥厚相关。去氧肾上腺素可诱导心肌细胞肥大，这一过程需要乙酰基转移酶介导的组蛋白乙酰化。与此结果相一致的研究是针对Ⅱ类组蛋白去乙酰基酶（HDACs）5、9的研究，其通过抑制心肌细胞增强因子2（MEF2）的活性进一步阻碍致肥厚基因（pro-hypertrophic genes）的表达来发挥抗肥厚的作用。与此相反，Ⅰ类HDACs具有相当强的致肥厚作用，其通过调节磷脂酰肌醇三磷酸酰胺磷酸酯酶的表达发挥作用。这意味着，HDACs在多水平上控制肌肉细胞的体积。

1.2 DNA甲基化

在真核生物中，DNA甲基化是通过将甲基团转移到核苷酸胞嘧啶环的5''位碳原子上完成的。在哺乳动物体内，DNA甲基化主要发生在基因的5''-CG-3''序列，也指的是CpG双核苷酸；人体内，大约70%的CpGs发生甲基化。另一方面，未甲基化的CpGs存在于许多基因的5''端调控区域，以CpG岛的形式出现。与其他DNA区域相比，CpG双核苷酸在CpG岛出现的概率较高。人体内CpG岛甲基化的不同是表观遗传学改变的组成部分。

DNA胞嘧啶甲基化有助于局部转录因子复合物的结合，其与组蛋白修饰共同在局部及整个基因组中影响染色体的结构。因此，DNA甲基化的一个重要作用是调控基因的表达。在这方面，CpG岛超甲基化可以使基因沉默，而低甲基化使基因发生转录。有人认为，甲基化是一种稳定遗传的修饰，但同时它也受到环境因素的影响。如小鼠野鼠色基因位点，可以受到其上游转座子甲基化状态的影响。从遗传角度来讲，完全相同的亲代其野鼠色基因不同的甲基化状态可使得后代出现不同的毛色[7]。

最近，Kao等[8]的研究结果发现，DNA甲基化在心衰特定的基因转录调控中发挥作用。他们发现促炎症基因TNF-α可下调肌浆网Ca2+-ATPase（SERCA2A）的表达，这是通过增强SERCA2A启动子的甲基化状态完成的。Movassagh等[9]发现，在心肌病及人类心肌组织形成时甲基化的状态是不同的。而且，他们鉴别出三个基因位点（IECAM1、PECAM1、AMOTL2），在不同的心脏样本中，位点甲基化状态与基因表达的调控密切相关。

1.3 MicroRNAs

MicroRNAs是短的双链RNA分子，来源于细胞核及细胞质中较大的RNA前体，其可以在基因转录后对基因表达发挥调节作用。miRNAs可以对30%～50%的蛋白质编码基因进行调控，这一过程主要是通过与mRNA3''端未转录区域的碱基对进行互补结合，继而干扰转录，靶mRNAs可降解或暂时沉默[10]。miRNAs调节蛋白的表达是非常复杂的，多种miRNAs可以作用于同一基因，不同基因也可受到同一种miRNAs的调节。miRNAs的表达具有组织、疾病特异性。近年来，多种病理状态下的miRNA分子标记已被检测出来，如各种类型的肿瘤以及多种心血管疾病[11]。

越来越多的证据表明，miRNAs与基本的细胞功能密切相关。目前，miRNAs与心衰的关系已得到明确，在过去的几年中，该领域的报道层出不穷。对心血管疾病的研究主要集中于两种心脏组织特异表达的miRNA家族（miRNA-1/miRNA-133、miRNA-208）。多项研究显示，miRNA在健康、高血压以及不同病因所导致的人、小鼠、大鼠衰竭的心脏中均有表达，Divakaran等[12]发现心脏特异性的miRNA-208不仅可调节心肌细胞肥大、纤维化同时可在应激、甲退时调节β-肌球蛋白重链（β-MHC）的表达。这种miRNA由α-MHC基因的内含子编码。该基因编码α-MHC及一种主要的心肌收缩蛋白，使心脏变大，在应激以及激素信号作用下通过miRNA-208及其作用位点发挥调节作用。再者，定向删除心肌特异性的miRNA，miRNA-1-2，揭示了它们在心脏中的多种功能，包括调节心脏的形态发生、电信号传导及细胞周期的调控。Thum等[13]发现，受损心肌中miRNA标记与胚胎心中miRNA表达的类型极为相似，这说明受损心肌中重启了胚胎基因的表达程序。Thum等[13]另一个发现是miRNA-21可以调控ERK-MAP激酶途径，这种调控在心脏成纤维细胞中尤为明显，心肌细胞中却没有这种表现，这可以影响到心脏的结构及功能。在成纤维细胞中，miRNA-21水平的增高可通过抑制特定基因来激活ERK激酶，经由这种机制，miRNA-21调节了间质纤维化、心肌肥厚。上述研究揭示了在心脏成纤维细胞中，基因调节的另一种方式是在miRNA介导的旁分泌水平上进行的。

miRNA在心脏肥厚反应中的意义得到了进一步的研究，miRNA成为基因调控的主要调节因子。到目前为止，miRNA已被证实不仅可以影响心肌，还可以影响心脏电信号转导及调节血管再生[14]。

2 表观遗传筛选方法

表观基因组学示意图不是固定的，它因细胞类型、时间的不同而不同，并且可在生理学、病理学、药物作用情况下发生改变。因此，作为人类基因组计划的后续工程，表观基因组测序是一项艰巨的任务。虽然判断基因组序列的表观遗传学状态是比较容易完成的，描绘整个表观基因组需要对数十个基因组进行测序，覆盖一个有机体在生命不同阶段的所有细胞类型。

亚硫酸氢盐测序法是标测DNA甲基化类型最为准确的方法。基因组DNA与亚硫酸氢钠相作用，导致未甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶保持不变。为观察特定基因的甲基化状态，用特异性引物对目的片段进行扩增，随后对产物测序。在序列中，甲基化的胞嘧啶被标记为Cs，未甲基化的胞嘧啶为Ts。

近来出现了多个对甲基化进行定位的全基因组研究方法，它们都是以甲基化和未甲基化的CpGs对限制性内切酶的敏感性不同为基本原理的。限制长度的基因组扫描利用两种酶双酶切DNA，一种是频繁切割的甲基化非敏感性限制内切酶，另一种是罕见的甲基化敏感性的酶如Not1，这种酶只有在非甲基化状态时才可以酶切所识别的位点。还有一种完全不同全基因组研究方法是利用DNA芯片技术，它可以一次性标测成千上万的CpG岛的甲基化状态。这种方法可以用来识别CpG岛，相对于正常的调控过程来说，CpG岛在肿瘤组织中发生甲基化。

亚硫酸盐转化的替代方法是ChIP-seq方法（一种与测序相结合的染色质免疫沉淀方法）。通过免疫共沉淀技术使得目的蛋白与DNA发生交联，然后对DN段进行基因组测序。这一方法可以帮助识别任何DNA相关蛋白的DNA结合位点。该技术还可以提供组蛋白修饰的信息，如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、SUMO化修饰。对ChIP技术进行改进得到的DCS方法，是将ChIP与消减式PCR进行偶联。该方法旨在避免基因组片段与芯片杂交后产生非特异性信号。

以同样的方式可以检测人体病理状态下miRNA的作用，大多数研究是利用高通量的方法分析临床病例中总miRNA的表达情况。高通量技术是以miRNA基因芯片和real-time RCP为代表的。尽管分子间的差别给这些技术带来了巨大的挑战，但miRNA芯片最大的优点是具有很高的特异性，而缺陷是其敏感性较低。

3 药物可以改变表观遗传状态

表观遗传学改变正常及疾病状态下的表型，这可能意味着充分理解和调控表观基因组对于人类常见疾病的防治具有重要意义。表观遗传学为我们提供了一个重要的窗口，来认识环境与基因在疾病发生过程中的相互作用以如何调节这些作用达到改善人类健康的目的。

miRNA派生的反义寡核苷酸是单链RNA分子，对其进行化学修饰可能是针对致病miRNA新的方法。但是这种方法困难重重，miRNA属于密切相关的家族，且很难合成针对每一种miRNA的反义寡核苷酸。再者，一个单独的miRNA可针对多种基因发挥作用，它们之中可能含有对心肌有益的分子。在这方面，寡核苷酸的化学修饰可能会特异性破坏miRNA与单个mRNA的作用，这可能是疾病治疗良好的备选方案。每一种miRNA可以以不同的强度针对成百上千的基因发挥作用，所以在体内miRNA修饰的最终作用尚不明了。最终，将miRNA拮抗剂应用于临床领域将面临很多困难，这与我们在基因治疗方面所遇到的极为相似，如导入方式、载体、特异性以及毒性等问题[15]。至少在理论上，针对特异性miRNA的方法将来可能是治疗缺血性心脏病、心肌肥厚、心衰、血管再生、离子通道病的有效手段，可控制心衰的发展。

另一种方法可能是将靶DNA甲基化。一些影响基因组DNA甲基化的化学合成剂已经应用于临床，例如5-氮胞嘧啶、抑制甲基转移酶的氮胞嘧啶可以使DN段脱氨基。其它药物是通过阻碍甲基化酶的活性而发挥抑制甲基化作用。更多信息可参照Gomez等[16]的文章。除了要开发可以调节DNA甲基化的药物外，还需要设计可以影响组蛋白修饰的药物。

在抗肿瘤药物的发展过程中，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂占据着重要地位，它可以通过逆转与肿瘤相关的异常表观遗传改变，继而发挥作用。已有证据表明，在心肌肥厚时，HDAC抑制剂可修复基因表达程序。Gallo等证明体外试验中，曲古霉素A、丁酸钠可延缓心脏肥厚。

4 表观遗传学和环境

众所周知，环境因素如毒素、饮食可以影响DNA甲基化和染色质修饰，并且可遗传给下一代。雌激素、抗雄激素类物质可改变DNA甲基化状态降低男性的生育能力，这也是可遗传的。该假说认为，环境因素可以改变表观遗传学标记和基因表达形式，这可能在人类疾病研究中具有重要意义。常见疾病大多受到基因和环境因素的双重影响，环境可诱导表观遗传结构发生改变，进而将基因和环境因素联系起来[17]。

年龄在基因与环境相互作用中发挥重要作用。常见病的发病率随着年龄的增加不断增高，这与在人的一生中表观遗传学改变不断累积有关。有研究发现，相对于年轻者而言，年长的同卵双胞胎体内总DNA甲基化及组蛋白H3K9乙酰化的水平较高，但该研究没有检测同一个体中表观遗传学改变随时间变化的情况。

5 结论

表观遗传学为研究个体在临床疗效、药物反应及毒性间的差异，以及发现新的药物治疗靶点等方面开拓了更为广阔的空间。随着人类表观基因组工程的开展，表观遗传学机制得到不断完善，这有助于更为充分地了解人类疾病和表观遗传药物的一系列分子靶点。表观遗传药理学已被应用于肿瘤学领域，对于心血管疾病的表观遗传学研究不断增多，尤其是在miRNA方面的研究最为突出。Mishra等[18]清楚地描述了心血管疾病微观RNA组学的最新进展，以及miRNA作为一种潜在治疗靶点或药物制剂的前景。

表观基因组学在健康或疾病状态下表现型的形成过程中发挥重要作用，这可能意味着充分认识和合理调控表观基因对于人类常见病的防治具有重要意义。

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篇8

定制婴儿是一个不太全面的说法，其本质是针对那些不孕不育而且有遗传病的夫妇而量身定做，孕育一个没有疾病的健康孩子的技术或手段。定制婴儿目前是用全基因组测序技术对体外受精胚胎进行遗传学诊断，选择一个健康的胚胎植入母亲体内孕育，最后分娩出健康的孩子。

检测基因的技术

定制婴儿的原理如同选种育种一样，需要对受精卵或胚胎进行基因和基因组检测，以确认受精卵是健康的，然后才能植入母体进行孕育。检测基因和基因组有多种方式，其中有两种主要方式：一是胚胎植入前遗传学诊断（PGD），二是胚胎植入前遗传学筛查（PGS）。

胚胎植入前遗传学诊断是检测几个基因的突变，即检测与遗传病相关的基因，也就是基因检测。胚胎植入前遗传学筛查是检查整个染色体，也就是全基因组测序。

人类的基因组约有30亿对碱基，因此全基因组测序需要有高效的方法才能快速和全面检测基因组中哪些基因是正常的，哪些基因是异常的，从而选择正常的胚胎植入母体进行孕育。同时，全基因组测序还需要结合其他方法，如多聚酶链反应（PCR），才能做到对基因组的全面和准确测序。

现在，研究人员创造了一种更先进和有效的全基因组测序方法，即多重退火环状循环扩增法，是利用对全基因组扩增进行检测。

研究人员通过这种方法检测胚胎的基因组，已经为一些夫妇定制了健康婴儿，避免了把遗传病遗传给后代。

让后代不再耳聋

2013年，山东的一对夫妻带着5岁的孩子来到北京总医院（301医院）就诊，他们的听力完全正常，但孩子患有先天性耳聋，夫妻俩百思不得其解。通过检查发现，原来夫妻均是常染色体隐性基因携带者，他们都携带了SLC26A4突变基因，使得他们的孩子成为先天性耳聋患者，孩子只能植入人工耳蜗才有听力。

后来，夫妻二人希望再生育一名健康的后代，但是，由于他们都带有耳聋的突变基因，生育的后代中有25%的概率为耳聋患者，风险极高。如果自然孕育，再生下一名耳聋孩子怎么办？在这样的忧虑下，夫妻俩只好暂时打消了自然怀孕的念头。

欣慰的是，他们后来知道301医院的戴朴教授团队在耳聋基因的胚胎植入前遗传学诊断中有办法排除含有致病基因的胚胎，能筛选出正常的胚胎植入母体孕育，从而获得健康的后代。于是夫妻再次到301医院求医。

戴朴团队所采用的基因组检测技术就是多重退火环状循环扩增法。他们提取这对夫妇的生殖细胞进行人工受精，共获得17个胚胎，在体外培养至第5天，每个胚胎选取3～5个囊胚滋养层细胞进行多重退火环状循环扩增法检测，最后选择了2个优质健康胚胎成功植入母体并孕育。2015年12月10日，一对健康的双胞胎在301医院诞生。经新生儿听力筛查及脐带血基因检查，证明两个孩子是听力正常的健康宝宝。

通过文献查阅发现，这是全球范围利用多重退火环状循环扩增法检测为携带有耳聋致病基因的夫妻定制的第一对健康孩子。利用这一技术，301医院的戴朴团队又为一对来自河北唐山农村的夫妻定制了一名健康的孩子。这对夫妻10年前生下一个患有先天性耳聋的女儿，由于经济困难，没有条件给孩子做人工耳蜗手术，孩子一直靠助听器生活。但是，他们更渴望有一个健康的宝宝。后来他们也有两次自然怀孕，但产前诊断都表明腹中的孩子带有耳聋基因，生下来都会耳聋，也因此都做了引产，是在怀孕将近6个月时进行的，给他们带来极大的痛苦。

现在，301医院研究团队已经让这对夫妇中的妻子怀上一个健康的孩子。产前诊断证明腹中的孩子只携带一个与他父亲一样的致病基因，但不会出现耳聋症状。2016年，这个家庭将诞生一个听力正常的健康新生儿。

避免遗传性多发性骨软骨瘤孩子出生

有一种遗传病称为遗传性多发性骨软骨瘤，尽管这样的患者不多，但一旦患有这种疾病并结婚生子，就有可能把疾病遗传给孩子。现在，患这种病的一名男性从小时候开始每隔一段时间骨头上就长一个瘤子，这种疾病是由一个基因发生单碱基杂合缺失导致。这名男子已结婚，妻子健康无病。两人希望生育一个健康的后代，但是，如果自然怀孕，两人的后代会有50%的概率患病。如果能对其胚胎进行多重退火环状循环扩增法测序，找到没有致病基因的健康胚胎并植入妻子子宫孕育，他们就会获得健康的后代。

夫妻二人于2013年5月来到北医三院生殖医学中心就诊，期望通过胚胎基因诊断，帮助他们挑选正常胚胎，不要让自己的孩子也患上同样的疾病。多重退火环状循环扩增法的本质是，对单细胞全基因组均匀放大进行检测。

研究人员采用夫妻二人的生殖细胞进行体外受精，获得了18枚质量好的胚胎。随后研究人员利用显微操作技术从中获得极少量细胞，再采用多重退火环状循环扩增法，将这些极少量胚胎细胞中的DNA均匀扩增上百万倍，从而满足基因分析的需求。研究人员再结合多聚酶链反应技术和高通量测序技术，经过低深度测序，同时观察到全部染色体数目及结构是否异常，实现了准确的、单位点的关键基因检测。

最终研究人员选取了18枚胚胎中3枚既不包含致病位点又不包含新发现的突变位点，同时染色体正常的胚胎。2013年12月29日，研究人员把3枚胚胎中质量最好的1枚移植到患病男子的妻子的子宫内，胚胎成功着床，发育正常。在胚胎发育初期，又进行羊水细胞基因检测，表明染色体正常，并且不含遗传性多发性骨软骨瘤遗传病基因。2014年9月19日，一名健康的婴儿顺利娩出，婴儿体重4030克，身长53厘米。随后的脐血基因检测再次证实，婴儿不含致病基因位点。

《暮光之城》和吸血鬼

现在，多重退火环状循环扩增法检测基因组还能让外貌像吸血鬼一样的病人获得健康的后代。有一种疾病称为少汗型外胚层发育不良症（又称先天性外胚层发育不良综合征），是一类相对常见的遗传性综合性疾病，此类患者由于种种症状而使外貌像吸血鬼一样。

先天性外胚层发育不良综合征发病率为十万分之一，常见于男性，因为该病虽然也存在常染色体显性或隐性遗传，但较为罕见，多以X染色体连锁隐性方式遗传。这种病的患者汗腺缺少、皮肤干燥少汗、体温调节障碍、不能耐受高温、身体易发热。先天性外胚层发育不良综合征还有其他症状，如皮肤干燥，皱纹多，头发干枯稀少，眉毛睫毛稀疏，指趾甲发育不良（钙化不良、不完整或缺失），掌跖过度角化。

患者的前额突出，鼻梁塌陷（俗称鞍鼻），嘴唇外翻，眼周口周色素沉积，面下1/3短，面型苍老。更重要的是，该病患者的乳牙或恒牙先天性缺失，有的是单个牙缺失，也有的是多个牙缺失和全部牙缺失;缺牙区牙槽嵴常常发育不良，表现为低平、尖锐;余留的牙多为锥形牙，牙间隙大;唾液腺可同样由于发育不良致唾液减少、黏膜干燥。

先天性外胚层发育不良综合征患者也有其他表现，如泪腺发育障碍、视光敏感、视力下降、听力障碍、慢性鼻炎、鼻咽横纹肌肉瘤、唇腭裂、吞咽困难、发音困难、免疫功能下降、呼吸道感染、身材矮小、发育不良等。

这些面部特征让患者很像影视屏幕上的吸血鬼。美国作家斯蒂芬妮・梅尔写了一部恐怖但是浪漫的小说《暮光之城》，该小说被拍成电影，描写的是高中学生贝拉与青春帅气的吸血鬼爱德华的浪漫爱情故事。现实中的英国男孩乔治和西蒙兄弟患有先天性外胚层发育不良综合征，他们的脸色灰白，不能暴露在阳光下并且长有尖利的牙齿，这使得他们看起来酷似“吸血鬼”。而且他们也不能进行任何运动，因为呼吸急促会导致他们昏迷。由此，兄弟俩备受同学嘲笑，但是由于《暮光之城》系列电影的走红，他们的吸血鬼外形很受同学的欢迎。

不过，患病是一件痛苦的事，能避免这种病遗传给后代才是治本的方法。现在，利用多重退火环状循环扩增法可以让患有这种病的夫妇生育健康的后代。该病的致病基因在X染色体上，是隐性基因。如果生男孩，患病概率是50%;如果生女孩则不会发病，但有50%的概率携带这种致病基因。

现在，中国有一对夫妇，妻子携带先天性外胚层发育不良综合征致病基因，但丈夫的基因正常。他们已经有了一个遗传了这种疾病的儿子，无头发、无汗腺、无牙齿，智力水平较低，也影响到肢体活动，不能站立，需要专人照顾。为此，夫妇求助于北医三院生殖医学中心，希望能再孕育一个健康的孩子。研究人员采用多重退火环状循环扩增法进行基因筛选，选出一个染色体正常且不含致病基因的胚胎并移植到妻子的子宫孕育。2014年11月30日，一名健康、漂亮的不会患先天性外胚层发育不良综合征的女婴诞生。

显然，这就是定制婴儿的成果。此外，运用这一技术，还可以定制出不会患脊肌萎缩症的后代。一对夫妇双方都携带脊肌萎缩症致病基因，他们想要孩子，又担心把疾病遗传给孩子，也求助于北医三院生殖医学中心。通过多重退火环状循环扩增法进行基因筛选，研究人员帮他们筛选了一个健康的胚胎进行孕育，2016年就会有一个健康的孩子诞生。

定制婴儿的扩大

定制婴儿不仅可以让那些有遗传病的夫妇获得健康的孩子，而且，现在定制婴儿也扩大到有明显癌症遗传的夫妻，可以通过定制婴儿让他们的孩子去除癌症基因，在未来不患癌症。

例如，视网膜母细胞瘤是儿童最常见的原发性眼癌，也是儿童第三位最常见的癌症。由于这一癌症有明确的基因突变，因此具有一定的遗传性，即在童年曾患过这种癌症的夫妻如果生育孩子，很可能把视网膜母细胞瘤遗传给后代。对视网膜母细胞瘤患者基因组研究发现，约35%～40%的患者的生殖系存在RB1基因突变，这也是导致后代极容易发生癌症的主要原因。

但是，如果能通过胚胎植入前遗传学诊断技术对胚胎进行基因筛选，以排除患病基因，把没有致癌基因的胚胎植入妻子的子宫进行孕育，就可以生育健康的后代。这种定制的婴儿也即是无癌婴儿。现在，中国中信湘雅生殖与遗传专科医院的医护人员已经能定制这样的无癌婴儿了。

一对夫妻结婚后希望生育孩子，但是丈夫担心生下的孩子可能会患癌，因为丈夫在两岁时患视网膜母细胞瘤而摘除了病变的右眼。检查也证实了丈夫的担心不无道理，因为对其进行基因检测时确认，他的RB1基因在9号外显子上存在一个缺失突变，导致蛋白编码错误，有造成后代恶性肿瘤高发的风险。

这个基因位于人类染色体13q14位置的RB1。原来它是一个抑癌基因，但时常会因多种原因发生突变并失活，这一基因失活后极可能导致视网膜母细胞瘤。对此，医院采用辅助生殖技术与PGD技术相结合，把丈夫的与妻子的卵子进行体外受精获得多个胚胎，然后进行筛查，把不存在视网膜母细胞瘤突变基因的健康胚胎移植入妻子的子宫孕育。

2015年3月，这对夫妻获得了一名健康的孩子。虽然研究人员不能百分之百地担保未来这名孩子不会患视网膜母细胞瘤，但是由于清除了致病基因，孩子未来患这种癌症的概率已大幅降低。

所以，定制婴儿也可以扩展到对有癌症遗传基因的家庭定制无癌宝宝。例如，对遗传性胃癌、肾癌、胰腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌及视网膜母细胞瘤等肿瘤疾病开展生殖前遗传诊断和筛查，让那些携带有这些癌症基因的夫妇定制健康的后代。

定制婴儿的界限

目前的定制婴儿会受到多种条件限制，主要的限制是，只是局限于那些查明有遗传性疾病的夫妇，因此，这种定制婴儿只是治疗疾病的手段，而非对人类自然生殖的革新或取代人类自然生殖。第二种限制是，这类定制基本只限于夫妻范围，而非转基因。也就是说，黑人想要生育金发碧眼的婴儿是不可能的，因为受技术和伦理限制，不能转入欧美人为金发碧眼编码的基因。

但是，定制婴儿往前走一步，就可能让界线不太分明。例如，通过全基因组测序技术进行的胚胎植入前遗传学诊断是查出有遗传疾病基因，从而排除致病基因，让一个家庭获得健康的孩子。

但是，从胚胎植入前遗传学诊断还可以向前推进到胚胎植入前遗传学筛查，让那些不孕和有自然流产史的女性能怀孕，并能产下没有先天畸形，也不会有智力低下与发育迟缓的孩子。遗传学诊断与遗传学筛查只是“诊断”与“筛查”一个词的区别，但筛查中却包含了优生的因素，因为通过筛查可以让含有更优秀基因的胚胎孕育，从而获得更为聪明和健康的后代。

篇9

事实上，“定制婴儿”并不是什么新名词。自从基因工程诞生尤其是试管婴儿出现以来，对“定制婴儿”的设想和隐忧就一直埋在科学家们心中。

“定制婴儿”避免遗传疾病

早在2004年，牛津词典就收录了这一词条，对其作出解释：“定制婴儿”是那些经由基因工程人工选择过基因组并结合体外受精技术培育的婴儿，以确保某种特殊的基因、特质的存在或缺失。那时候，对婴儿的定制主要有两个方向―――避免遗传疾病和性别选择。

目前发现的人类单基因遗传疾病有7000多种，其中已经明确致病基因的有4000多种。大部分单基因遗传疾病具有致死性、致残性或致畸性，除部分可以治疗外，多数至今尚无有效治疗手段。显然，患遗传病的人也有组成家庭和生育后代的权利，孕育健康的后代就是他们最大的心愿。为了满足他们的心愿，就需要定制或设计养育健康的后代。

说通俗些，“定制婴儿”就是为那些不孕不育而且有遗传病的夫妇而量身定做（孕育）一个没有疾病的健康孩子的技术或手段。使用的方法是用全基因组测序技术对体外授精胚胎进行遗传学诊断，选择一个健康的胚胎植入母亲体内孕育，最后分娩出健康的孩子。

“定制婴儿”的原理如同选种育种一样，需要对受精卵或胚胎进行基因和基因组检测，以确认受精卵是健康的，然后才植入母体进行孕育。检测基因和基因组主要有两种方式，一是胚胎植入前遗传学诊断（PGD），二是胚胎植入前遗传学筛查（PGS）。

胚胎植入前遗传学诊断是检测几个基因的突变（和遗传病相关的基因），也就是基因检测。但胚胎植入前遗传学筛选是检查整个染色体，也就是全基因组测序。

现在，研究人员创造了一种目前更先进和有效的全基因组测序方法，即多重退火环状循环扩增法，是利用对全基因组扩增进行检测。研究人员通过这种方法检测胚胎的基因组，已经为好几对夫妇定制了健康婴儿，避免了把多种遗传病遗传给后代。

1.先天性耳聋

2013年，山东汽修厂的一对夫妻带着5岁的孩子来到北京总医院（301医院）就诊，他们的听力完全正常，但孩子患有先天性耳聋，夫妻俩百思不得其解。通过检查发现，原来夫妻均是常染色体隐性基因携带者，他们都携带了SLC26A4突变基因，使得他们的孩子成为先天性耳聋患者，孩子只能植入人工耳蜗才有听力。

后来，夫妻二人希望再生育一个健康的后代，但是，由于他们都带有耳聋的突变基因，生育的后代中有25%的概率为耳聋患者。为此，他们再次来到总医院寻求帮助。

该院的戴朴教授所带领的团队提取这对夫妇的生殖细胞进行人工授精，共获得17个胚胎，在体外培养至第5天，每个胚胎选取3～5个囊胚滋养层细胞进行多重退火环状循环扩增法检测，最后选择了2个优质健康胚胎成功植入母体并孕育。2015年12月10日，本文开头提到的一对健康的双胞胎在301医院诞生。经新生儿听力筛查及脐带血基因检查，证明两个孩子是听力正常的健康宝宝。

通过文献查阅发现，这是全球范围利用多重退火环状循环扩增法检测，为携带有耳聋致病基因的夫妻定制的第一对健康的孩子。

2.遗传性多发性骨软骨瘤

遗传性多发性骨软骨瘤是一种遗传病，是由一个基因发生单碱基杂合缺失导致的。

有一位男性遗传性多发性骨软骨瘤患者，从小时候开始每隔一段时间骨头上就会长一个瘤子。现在这名男子已结婚，妻子健康无病。两人希望生育一个健康的后代，但是，如果自然怀孕，他们的后代会有50%的几率患病。

2013年5月，为了能够拥有一个健康的宝宝，夫妻二人来到北医三院生殖医学中心就诊。

研究人员采用夫妻二人的生殖细胞进行体外授精，获得了18枚质量好的胚胎。随后，研究人员利用显微操作技术从中获得极少量细胞，采用单细胞基因组MALBAC扩增技术，将这些极少量胚胎细胞中的DNA均匀扩增上百万倍，从而满足基因分析的需求。研究人员再结合多聚酶链反应（PCR）技术和高通量测序技术，经过低深度测序，同时观察到全部染色体数目及结构是否异常，实现了准确的、单位点的关键基因检测。

最终，研究人员从18枚胚胎中选取了3枚既不包含致病位点又不包含新发现的突变位点，同时染色体正常的胚胎。2013年12月29日，研究人员把3枚胚胎中质量最好的1枚移植到患病男子妻子的子宫内，胚胎成功着床，发育正常。在胚胎发育初期，又进行羊水细胞基因验证，表明染色体正常，并且不含遗传性多发性骨软骨瘤遗传病基因。2014年9月19日，这名健康的婴儿顺利娩出，婴儿体重4030克，身长53厘米。随后的脐血基因检测再次证实，婴儿不含致病基因位点。

3.先天性外胚层发育不良综合征

少汗型外胚层发育不良症（又称先天性外胚层发育不良综合征，Christ- Siemens- Touraine 综合征）是一类遗传性综合性疾病，发病率为1∶100000，常见于男性。这种病的患者汗腺缺少，皮肤干燥少汗，体温调节障碍，不能耐受高温，机体易发热，皮肤干燥，皱纹多，头发干枯稀少，眉毛睫毛稀疏，指/趾甲发育不良（钙化不良、不完整或缺失），掌跖过度角化。

患者的前额突出，鼻梁塌陷（俗称“鞍鼻”），嘴唇外翻，眼周口周色素沉积，面下1/3短，面型苍老。更重要的是，该病患者的乳牙或恒牙先天性缺失，有的是单个牙缺失，也有的是多个牙缺失和全部牙缺失；缺牙区牙槽嵴常常发育不良，表现为低平、尖锐；余留的牙多为锥形牙、牙间隙大。

先天性外胚层发育不良综合征患者还有其他症状，如泪腺发育障碍、视光敏感、视力下降、听力障碍、慢性鼻炎、鼻咽横纹肌肉瘤、唇腭裂、吞咽困难、发音困难、免疫功能下降、呼吸道感染、身材矮小、发育不良等。

美国作家斯蒂芬妮・梅尔（Stephanie Meyer）写了一本恐怖但是浪漫的小说《暮光之城》，该小说被拍成电影，描写的是高中学生贝拉与青春帅气的“吸血鬼”爱德华的浪漫爱情故事。英国男孩乔治和西蒙兄弟患先天性外胚层发育不良综合征，他们的脸色灰白，不能暴露在阳光下，并且长有尖利的牙齿，这使得他们看起来酷似“吸血鬼”。而且他们也不能进行任何运动，因为呼吸急促会导致他们昏迷。由此，兄弟俩备受同学嘲笑，但是由于《暮光之城》系列电影的走红，他们的“吸血鬼”外形竟很受同学的欢迎。

不过，患病是一件痛苦的事，避免将这种病遗传给后代才是治本的方法。现在，利用多重退火环状循环扩增法技术可以让患有这种病的夫妇生育健康的后代。该病的致病基因在X染色体上，是隐性基因。如果生男孩，患病几率是50%；如果生女孩则不会发病，但有50%的几率携带这种致病基因。

中国有一对夫妇，妻子携带先天性外胚层发育不良综合征致病基因，但丈夫的基因正常。他们已经有了一个遗传了这种疾病的儿子。孩子无头发、无汗腺、无牙齿，智力水平较低，也影响到肢体活动，不能站立，需专人照顾。为此，夫妇二人求助于北医三院生殖医学中心，希望能再孕育一个健康的孩子。研究人员采用多重退火环状循环扩增法进行基因筛选，选出一个染色体正常且不含致病基因的胚胎，并移植到妻子的子宫孕育。2014年11月30日，一名健康、漂亮的女婴诞生。

4.脊肌萎缩症

运用多重退火环状循环扩增法技术，还可以定制出不会患脊肌萎缩症的后代。一对夫妇双方都携带脊肌萎缩症致病基因，他们想要孩子，又担心把疾病遗传给孩子，也求助于北医三院生殖医学中心。通过多重退火环状循环扩增法进行基因筛选，研究人员帮他们筛选了一个健康的胚胎进行孕育，2016年就会有一个健康的孩子诞生。

定制“无癌婴儿”

现在，“定制婴儿”不仅可以让那些有遗传病的夫妇获得健康的孩子，而且，对于那些有明显癌症遗传倾向的夫妻，可以通过“定制婴儿”让他们的孩子去除癌症基因，在未来不患癌症。

视网膜母细胞瘤是儿童中最常见的原发性眼癌，也是儿童第三位的常见癌症。由于这一癌症有明确的基因突变，因此具有一定的遗传性，即在童年曾患过这种癌症的夫妻如果生育孩子，很可能把视网膜母细胞瘤遗传给后代。对视网膜母细胞瘤患者的基因组研究发现，约35%～40%的患者的生殖系存在RB1基因突变，这也是导致后代极容易发生癌症的主要原因。

但是，如果能通过胚胎植入前遗传学诊断（PGD）技术对胚胎进行基因筛选，以排除患病基因，把没有致癌基因的胚胎植入妻子的子宫进行孕育，就可以生育健康的后代。这种定制的婴儿即“无癌婴儿”。现在，中国中信湘雅生殖与遗传专科医院的医护人员已经能定制这样的“无癌婴儿”了。

一对夫妻结婚后希望生育孩子，但是丈夫担心生下的孩子可能会患癌，因为丈夫在两岁时患视网膜母细胞瘤而摘除了病变的右眼。丈夫的担心不无道理。因为对其进行基因检测时确认，他的RB1基因在9号外显子上存在一个缺失突变，导致蛋白编码错误，有造成后代恶性肿瘤高发的风险。

这个基因位于人类染色体13q14位置的RB1。原来它是一个抑癌基因，但时常会因多种原因发生突变并失活，这一基因失活后极可能导致视网膜母细胞瘤。对此，医院采用辅助生殖技术与PGD技术相结合，把丈夫的与妻子的卵子进行体外受精获得多个胚胎，然后进行筛查，把不存在视网膜母细胞瘤突变基因的健康胚胎移植入妻子的子宫孕育。

2015年3月，这对夫妻获得了一个健康的孩子，因为从胚胎时期起就排除了孩子父系家族中存在并遗传的致癌突变基因。

除此之外，这样的“定制婴儿”的技术还可以对遗传性胃癌、肾癌、胰腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌及视网膜母细胞瘤等肿瘤疾病开展生殖前遗传诊断和筛查，让容易患这些癌症的夫妇定制健康的后代。

“定制婴儿”的伦理争议

目前的所谓“定制婴儿”会受到多种条件的限制，一方面只是局限于那些查明有遗传性疾病的夫妇，因此，这种“定制婴儿”只是治疗疾病的手段，而非对人类自然生殖的革新或取代人类自然生殖；另一方面，这类定制基本只限于夫妻范围内，而非转基因。也就是说，黑人想要生育金发碧眼的婴儿是不可能的，不能人为地转入欧美人金发碧眼编码的基因。

“定制婴儿”往前走一步，就可能让界线不太分明。例如，通过全基因组测序技术进行的胚胎植入前遗传学诊断（PGD）是查出有遗传疾病基因，从而排除致病基因，让一个家庭获得健康的孩子。但是，从PGD还可以向前推进到胚胎植入前遗传学筛查（PGS），让那些不孕和自然流产的女性能怀孕，并能产下没有先天性畸形，也不会有智力低下与发育迟缓的孩子。

遗传学诊断与遗传学筛查虽然只是“诊断”与“筛查”一个词的区别，但筛查中却包含了优生的因素，因为通过筛查可以让含有更优秀基因的胚胎孕育，从而获得更为聪明和健康的后代。

2015年底，中山大学科学家黄军就副教授因人类胚胎基因修改研究，入选《自然》杂志评选的2015年度对全球科学界产生重大影响的十大人物。

早在2015年4月，中国中山大学黄军就等人宣布，首次利用CRISPR技术成功修改人类胚胎的一个基因，该基因上的突变会导致地中海贫血症。尽管黄军就使用的是医院丢弃的异常胚胎，而且没有活性，但这一消息仍在国内外引发了巨大争议。

基因编辑技术的出现，让“定制婴儿”有了向更高级的方向发展的可能。如果一对夫妻点名要一个金发碧眼的像梦露一样漂亮的女孩，或者像艾因斯坦一样聪明、像斯瓦辛格一样健壮、像博尔特一样跑得快的男孩，这样的完美婴儿的定制是否可能出现呢？

篇10

[关键词] 医学遗传学；优化整合；教学方法；成绩评价；实践

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2016） 07-0089-02 医学遗传学是遗传学与临床医学相互渗透形成的一门边缘学科，是现代医学的一个新领域，是临床医学专业基础课。医学遗传学研究人类疾病和遗传的关系，即研究遗传病的形成机理、传递方式、诊断、治疗、愈后、复发风险及预防措施。它是一门发展十分迅速的新兴学科，在现代医学中，处于日益重要的地位。

该课程的教学内容包括绪论、基因、染色体、单基因病、线粒体遗传病、多基因病、染色体病、群体遗传学、生化遗传学、人类基因组、药物遗传学、肿瘤遗传学、遗传病诊断与遗传病治疗、遗传病预防等。在以往的教学中由于时间紧、内容多，往往形成了满堂灌式的教学方法，在有限的时间内，交给了学生大量的内容和知识点，学生不能有效“吸收、消化”，形成了学生“囫囵吞枣”的现象。通过改革，我们在绪论一章中布置作业，让学生自查相关资料，开展自主学习。整合教学内容“基因、染色体”等 。在“单基因遗传病”中开展PBL、CBL、启发式和讨论式教学。在“肿瘤遗传学”等章节中结合科研开展教学改革。教学和考试时，充分利用网络等现代化手段。

医学遗传学作为遗传与临床疾病之间的衔接，作为生命科学这个科学体系的一个方面统一把握，做到结构合理、减少重复。真正体现“以学生为中心，提高学生自主学习能力、实践能力和创新精神，提高学生素质”的目标。

一 教学内容改革

优化整合课程内容，减少授课学时。因为医学遗传学既是一门重要的医学专业基础课程，也是基础医学与临床医学之间的桥梁课程。医学遗传学是培养高级医学专业人才的知识结构和能力的重要组成成分，其任务是通过教学使学生掌握分析和解决未来在基础和临床实践工作中所面临问题的知识和能力。医学遗传学的教学内容与其他课程有些是重叠的，在教学学时减少的情况下，将医学遗传学的有关内容整合到相关课程完成。如：“基因的表达”在细胞生物学的“细胞核的功能”中完成，或者在分子生物学的“中心法则”中完成。“减数分裂”在实验课上完成等。

二 教学方法改革

第一，理论课教学采用讲授式、启发式、归纳式、讨论式等教学方法。例如在理论课上，以提问方式引导学生联想思考，一方面开拓学生视野，了解本学科发展的新趋势、新成就，另一方面也帮助同学加深对一些重要内容的理解和记忆。这样能充分调动学生的学习主动性和积极性。

第二，实验课以学生为中心，以动手操作、动眼观察为主，辅以示教。在实验过程中，老师高度重视培养学生正确的思维能力和分析、解决问题的能力，让学生在“动手做”“眼睛看”和“脑子想”三者结合中，加深对生命科学实验研究的认识，使学生在有限时间内掌握医学遗传学的实验技能，熟悉本学科的实验方法和手段。实验教学改革：本门课程属于专业基础课，通过本课程的实验教学，使学生加深对遗传基本规律的理解，掌握遗传学研究的基本方法和基本实验技能，不但培养学生观察事物、发现问题并着手分析问题和解决问题的能力，而且培养学生的动手能力和实验操作技能。更重要的是通过完整的实验过程，培养学生的科学精神和责任心及团队协作精神。

在实验课教学中，要使用“人类外周血细胞的培养及染色体的制备”“遗传病”等录像、光盘，在教学过程中进行相关内容的演示，使课程内容的展示更为直观、具体，提高教学质量。此外，还应采用显微电视系统，将教师的某些示教内容呈现在荧光屏上，大大方便了学生观看和教师的讲解。这样，激发了学生的兴趣，丰富了实验内容，提高了实验课整个过程的质量。在实验课教学中使用多媒体授课方式，以提高教与学互动的机会。

第三，使用案例式教学。医学遗传学教学过程中，坚持以遗传为基础、疾病为中心，有助于深刻理解遗传与疾病的内在联系。在讲授各类遗传病时，引入临床病例，使学生在分析讨论过程中理解和巩固基本概念、基础理论，激发学生学习兴趣，这有助于加深学生对疾病本质的认识。通过具体遗传病家系的分析，使学生加深理解和掌握了延迟显性、遗传印记、遗传早现、动态突变等重点和难点内容。同传统的直接给出基本概念相比，这种方法学生更容易接受、理解。

第四，理论与实验一体化教学。在实验课上把相关的理论内容先进行讲解，然后接上相应的实验内容。使得理论知识得以及时检验和巩固，学生印象深刻。如：性染色质的内容，先对假说进行讲解，接着进行“X染色质的制备和观察”实验，使学生更加易于理解相关内容。

第五，改革教学手段。应用多媒体教学使抽象的知识直观化、具体化、形象化，突出了形象化教学，使学生们在生动、充满乐趣的过程中获得感性知识。例如，减数分裂的教学，传统的教学方法采用口述结合挂图或幻灯的方式讲解，学生对减数分裂过程中重要的遗传事件难以全面、准确地理解。采用多媒体教学方法后，掺入了形象生动的Flas，增加学生的感性认识，有利于学生从整体上把握知识的系统性和完整性，并从感性认识上升为理性认识。近年来，随着各种现代化手段的应用，通过网上下载相关内容、在已有工作基础上，制作针对新版教材的“医学遗传学”多媒体课件，100%多媒体授课 。教学结束后，针对教学中出现的新情况及学生对教学的反馈意见，及时修改课件内容。优化网络教学的措施：医学遗传学网络课程上要及时更新教学日历、多媒体课件等内容，结合医学遗传学课堂教学开展“课程教学互动”“课程教学辅助”“网上考试”等。

三 成绩评价

遵循科学性原则、导向性原则、激励性原则、多元化原则、可行性原则，采用形成性评价和终结性评价相结合的评价方式。形成性评价侧重于学生学习过程的评价，终结性评价则侧重于学生学习效果的评价，两者互相补充、相辅相成。形成性评价分为教师评价、学生自我评价和学生相互评价等，包括以下内容。

第一，教师通过批改学生作业、阶段测评、实验操作、实验报告等方式对学生进行有效评价，给出具有针对性和指导性的意见，使学生及时获取诊断性信息和相应的指导。

第二，学生在教师的指导下反思在课堂内外的表现，弥补不足，积极地设定学习目标和成长方向，不断调整自己的学习策略和方法，成为一个自主学习者。学生通过有效的自我评价，培养自己对学习负责的态度，激发自尊心、自信心。

第三，同学间对彼此的到课率、课堂表现、作业完成情况、学习态度、学习时间投入等方面进行评价，促进学生相互督促、相互鼓励、共同进步，帮助学生培养客观、公正地评价他人的能力，并学会听取他人的意见，提高自己的沟通协调能力。

期末考试形式为闭卷。课程总成绩由3部分组成：平时成绩、实验成绩和期末成绩。平时成绩由4阶段性成绩组成：自我评价占10%，小组讨论与课堂讨论学习占10%，课外作业占40%，课堂小测验占40%。

四 结果及分析

2012级临床医学教改班对以上内容和环节进行了改革，随机抽取一个教改班和一个普通班的医学遗传学成绩进行了统计分析，教改班的期末成绩、实验成绩、总评成绩与普通班的比较，通过office EXSELL T检验，P

效果分析，通过对形成性评价和终结性评价（及格率、优秀率、平均分及标准差、各题型的平均难度和区分度等）反映出来的信息进行综合分析，建立综合评价指标体系。

五 讨论

经过改革，在医学遗传学教学中贯彻了“以学生为中心”的教育理念，提高学生自主学习能力，培养医学生的综合思维能力、实践创新能力、批判性思维和人文素养，全面提高学生综合素质。达到了建立全面“以学生为中心”的医学遗传学课程教学，使学生自主学习能力、综合思维能力、实践创新能力等得到全方面锻炼，学生综合素质得到全方位提高。根据以上结果，还应该采用以下措施进行整改：一是抓住课堂教学核心，加强遗传学基本原理、实验研究方法的教学。二是利用案例式等教学方法，培养学生为主、主动学习、终身学习的理念。三是转变教育观念，努力实施“启发式”现代教育理念。四是不断改进教学方法，提高教学的现代科技含量，利用多媒体等现代化教学手段开展教学，增强教学的直观性和生动性。通过教研室教学讨论会、集体备课等途径，实施在教改班实际授课过程积累的宝贵教改经验，以便得到及时的交流和推广。同时，鼓励教师在其它平行授课班中，积极推广和实行教改班的最新教改成果，对其中一些创新型较强的理论成果及时整理并以论文形式发表。或参加各级各类教学研讨会，及时推广成果，扩大影响。

参考文献

[1]赵俊云，杨向竹，胡秀华，郭 健.PBL教学法在医学遗传学教学中的实践与优化[J].西北医学教育，2014，22（4）.