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吴昊玥，管理学院资源经济与土地管理专业2019届博士研究生，师从陈文宽教授。以第一作者（共同一作）身份在SCI、SSCI、CSSCI、CSCD等收录期刊发表论文14篇，累计影响因子57.179，其中中科院TOP期刊3篇、CSSCI 收录 B 类高水平期刊2篇。参研省（部）级课题14项，主笔报告获得省（部）级领导9次批示。获评优秀学生标兵、国家奖学金、国家公派留学奖学金、研究生学业奖学金一等奖、省级优秀毕业研究生等荣誉20余项。穷
吴昊玥与另一位科学家胡波共同名列为"Evolutionary and Functional Diversification of FLOWERING LOCUS T Family Genes"一文的第一作者。此文研究了FLOWERING LOCUS T基因家族的演化和功能多样性，认为这些基因在植物的适应过程中发挥了重要作用。
基因支持着生命的基本构造和性能。下面是我为大家精心推荐的关于基因的生物科技论文 范文 ，希望能够对您有所帮助。
基因研究
引起人们大惊小怪的，就是让父母能够有意识选择孩子遗传特性的技术。在可预见的未来，除了用基因方式医治少数遗传疾病，如囊肿性纤维化外，改变基因的成人还不可能出现。改变成人的基因还不是人们敢于轻易尝试的技术，要恢复或加强成人的功能，还有许多更简单、更安全、也更有效的 方法 。
胚胎选择技术是指父母在怀孕时影响孩子基因组合的一系列技术的总称。最简单的干预方法就是修改基因。这不是一种大刀阔斧的变更，因为它要获得的效果就像筛选各种胚胎、选择具有所需基因的胚胎的效果一样。事实上，这种胚胎筛选程序已经在胚胎植入前的基因诊断中 应用了。这种技术已经用了十几年，但还在试验，在未来5到10年将臻于成熟。随着这些技术的成熟，可供父母选择的方案会大大增多。
再进一步将出现对生殖系统的干预――即选择卵子、精子、或更可能的是选择胚胎的第一细胞。这些程序已经在动物身上应用，不过使用的方式对于人类还缺乏安全性和可靠性。
对人类比较可靠的一种方法也许是使用人造染色体。这项技术听起来像是不可置信的科幻电影，但已经用在动物身上了。人造染色体植入老鼠身上，连续几代被传了下去。人造染色体也用在人体细胞培养中，在数百次细胞分裂中都能保持稳定。因此，它们可以充当插入基因模块的稳定“平台”。这些被插入的基因模块包括在适当时候让基因兴奋或休息的必要控制机制，就像在我们46个染色体中的正常基因的激活或休息，取决于它们所处的生理 组织类型，或取决于它们遇到的 环境状况一样。
当然，为安全起见，需要早期介入才能使焦点集中。你不能去修改一个在胎儿发育过程中生理组织不断变化时被激活的基因，因为我们对这一过程所知甚少，有可能发生不想要的或灾难性的副作用。所以，在人体内使用人造染色体的首次尝试，多半要让被植入的基因处在“休息”状态，到成人阶段才在适当的生理组织中被“激活”。
执行这种控制的机制已经用在动物实验中，实验的目的是观察特定基因在发育成熟的有机体中的作用。当然，在体内存在着始终控制基因的机制。不同类的基因在不同的生理组织内的不同地点和时间被激活或休息，这对未来的基因工程师来说是幸运的，因为与我们现有的基因相 联系的已证实的调节结构可以复制下来，用以执行对植入基因的控制。胚胎选择的目标
预防疾病可能是胚胎选择的最初目标。这类可能性也许不久就会远远超出纠正异常基因的范围。例如，最近的研究显示，患有唐氏综合症的孩子，癌症的发病率降低了近90%。很可能是三体性21(即染色体21的第三个复制品，具有增强基因表达水平的作用，导致智力迟钝和其他唐氏综合症的症状)对癌症有预防作用。假如我们能鉴别出染色体上的哪些基因对癌症有预防作用，会怎么样呢?基因学家也许会把这类基因放在人造染色体上，然后植入胚胎，使癌症发病率降低到唐氏综合症患者的水平，又可以避免复制染色体21上其他基因所引起的所有问题。许多其他类似的可能性无疑都会出现，有些可能性几乎肯定是有好处的。
人造染色体的使用可能会进行得很顺利，尤其因为染色体本身在用于人体前可在实验室环境中进行试验。它们可以在动物身上试验，成功后在基本相同的条件下用于人体。如今，每一种基因疗法都是重新开始的，所以不可能获得绝对的可靠性。
如果有明确的基因修改案例显示这样做是有意义的，似乎是安全的，不可能更简便更安全了，那么人们就会对它们表示欢迎。尽管如此，目前还没有足够的证据说明值得这样做。未来基因治疗专家会产生各种各样的想法，他们会进行试验，观察这种疗法是否可行。如果可行的话，我们就不应该拒绝。例如，降低癌症和心脏病的发病率，延缓衰老，是每个人都非常需要的增进健康的手段。
用基因延长寿命
防止衰老是个非常有意义的科研领域，因为这件事似乎很有可能做到，而且是绝大多数人所强烈需要的。如果能通过揭开衰老过程的基本程序，发现某种手段能使我们开发药物或其他对成人有效的干预手段，那么人人都会需要。
胚胎工程可能比对成人的基因疗法更简单，更有成效。因为胚胎中的基因会被复制进身体的每一个细胞，能获得具体组织的控制机制。所以很可能对胚胎的干预 措施 对成人是行不通的。这样一来，父母很可能把怀孕看作赋予孩子健康条件的机会――一次不可错失的机会。
如对衰老生物学的研究投入资金，会极大地加速“衰老治疗”。如今，这个领域资金非常缺乏。许多资金都用于研究治疗老年病的方法上，没有用来搞清楚衰老的基本过程，而许多老年性疾病(如癌症、心脏病、早老性痴呆症、关节炎和糖尿病)都是由这一过程引起的。能加速衰老防止研究进程的另一件事，就是提高这个领域的形象。这个 工作已经开始了，但非常缓慢。吸引年轻的科研人员和严肃的科学家进入这个领域是至关重要的。抗衰老(即延长孩子的寿命)可能将是生殖干预的重要目标，但不是唯一的目标。为孩子谋最大福利是人类的天职。事实上，全球民意测验已经显示，在被测的每一个
国家都有可观的人数对增强孩子的身体和脑力健康感兴趣。他们考虑的不是如何避免某些疾病，而是用干预手段改善孩子的容貌、智力、力量、助人为乐精神和其他品质的状况。一旦技术达到可靠程度，许多人都需要这类干预手段。甚至那些没有这方面压力的人也会这么做，目的是不让孩子处于劣势。当然，人们会很小心，因为他们并不想伤害孩子。总之，如果干预手段失败，他们就得忍受其结果，承受犯罪的感觉。是一个不受欢迎的选择吗?
社会也许并不欢迎某些父母的选择。在美国性别选择是合法的，但在英国和其他许多国家就是非法的。不少人认为，尽管西方国家并没有出现严重的性别失衡，很难说父母的选择伤害了谁，但这个程序在美国也应该是非法的。另一个即将来临的决定是父母是否因为大量基因疾病而进行筛选。父母们不久就能够选择孩子的身高和智商，或选择性情气质的其他特点――容易患病的机制也许不久就会在基因解读中表现得清清楚楚。
胚胎选择技术的第一批希望所在是基因测试和筛选，即选择某种胚胎而不是另一种。一开始，让许多人接受这个技术是困难的，但要控制它几乎是不可能的，因为这种胚胎本来就可能是完全自然形成的。这样选择也许是令人苦恼的，但不会发生危险，我猜想它们给我们带来的好处比问题多。有些人担心这样一来会失去多样性，但我认为更大的问题在于父母所选择的胚胎可能会产生一个有严重健康问题的婴儿。那么是否应该允许父母做这样的选择呢?例如，失聪群体掀起了一个极力反对耳蜗移植的运动，因为耳蜗移植伤害了聋哑 文化 ，把聋哑视作残疾。大多数非聋哑人正是这样看待他们的。有的聋哑父母表示，他们要使用胚胎选择技术来确保他们的孩子继续聋哑。这并不是说他们拿出一个胚胎来毁坏它，而是选择一个能造成一个聋哑婴儿的胚胎。
这造成了真正的社会问题，因为社会必须承担这类健康问题所需的医疗费用。如果认为父母的确有权作这样的选择，我们根本没有理由去重视健康儿的出生而轻视有严重疾患的婴儿，那么我们将无法控制这类选择。但如果我们认为存在问题，并极力想与之进行斗争的话，我们会发现这种斗争是很有前途的。
放开手脚，取消禁令
关于由人体克隆产生的第一例怀孕事件见报后不久，美国总统乔治?W?布什就表示支持参议院的一份提案，该提案宣布所有形式的人体克隆皆为非法，包括旨在创造移植时不会被排斥的胚胎干细胞，即治疗性克隆。我认为这种禁令下得为时过早，也不会有效果，而且会产生严重的误导。就是说，这个禁令无疑是错误的。它根本无法实质性推延再生性克隆的问世，我认为这种类型的克隆将在10年内出现。这个禁令把 政治、宗教和 哲学因素注入了基础研究，这将是个危险的案例。这个禁令的立法理念把更多的关注赋予了微乎其微的小小细胞，而对那些身患疾病、惨遭折磨的人却视而不顾。这个禁令用严厉的刑事惩罚(10年监禁)来威胁胚胎科研人员，这在一个妇女在妊娠头三个月不管什么理由都有权堕胎的国家里，简直是不可思议的。
美国对胚胎研究的限制，已经对旨在创建再生 医学的生物技术的 发展产生了影响。这些限制延缓了美国在这个领域的前进步伐，而美国在生物医学的科研力量是全球首屈一指的。如今这类科研已转移到英国和其他国家去了，例如新加坡，正在为一项研究胚胎干细胞的庞大 计划提供资金。这种延误之所以非常不幸，是因为本应发生的好事如今却没有发生。对多数人来说，10年或20年的延误不是个大问题，但对于演员迈克尔?J?福克斯(Michael J.Fox)以及其他帕金森氏病和早老性痴呆症患者来说，却是生与死的问题。
对各种再生可能性的无知，往往会引起人们的恐惧。但这种无知却不能成为公众政策的基础，因为公众的态度会迅速改变。25年前，体外受精着实让人们猛吃一惊，体外受精的孩子被称作试管婴儿。现在我们看到这些孩子与他小孩没什么区别，这个方法也已成为许多没有孩子的父母的明确选择。
不管是出于意识形态还是宗教原因，把新技术加以神秘化，把它当作某种象征来加以反对，都不会有效推迟即使是最有争议的 应用。这种反对态度只会扼杀本可以转化为人人支持的生物医学新成果的主流科研。
人类克隆会在某个国家实现：很可能是以暧昧隐秘的方式实现，而且甚至在确认安全之前就实现。抗议和禁止也许会稍稍推迟第一个克隆人的诞生，但这是否值得花费严肃的人类立法成本呢?
不管我们多么为之担心，人类胚胎选择是无法避免的。胚胎选择已经存在，克隆也正在进行，甚至直接的人类生殖工程也将出现。这样的技术是阻挡不了的，因为许多人认为它能造福于人类，因为它将在全球数以千计的实验室里切实进行，最重要的是，因为它只是解除生物学的主流生物医学科研的一个副产品。
对于迅速发展的技术，我们要做的重要的事，不是预先为它设立条条框框。务必要牢记，同原子武器相比，这样的技术是没有危险性的。在原子武器中，稍有不慎，众多的无辜旁观者即刻就会灰心烟灭。这些技术仅对那些决定挺身而出使用
他们的人才具有危险性。如果我们把关于这些技术的现在的希望和恐惧带进将来，并以此为基础进行预先控制，从而扼杀它们的潜力的话，我们就只能制定出非常拙劣的法律。今天，我们并没有足够的知识来预测这些技术未来会出现什么问题。
比较明智的方法是让这项技术进入早期 应用，并从中学些东西。性别选择就是现实世界的 经验 能告诉我们一些事情的极好例子。许多人想要控制性别选择，但与不发达国家不同，在发达国家，自由选择性别并没有导致性别的巨大不平衡。在美国，父母的选择基本上男女平衡的，女孩占微弱优势。以前有人认为，如果给了父母这种选择权，会出现严重问题，因为男孩会过剩。但事实并非如此。这种危险是我们想象出来的。有些人认为，父母不应该对孩子拥有这种权力，但他们究竟担心什么，往往非常模糊。在我看来，如果父母由于某种原因的的确确需要一个女孩或男孩，让他们了却心愿怎么会伤害孩子呢?相反的情况倒的确值得担心的：如果父母极想要一个男孩，结果却生了个女孩，这个“性别错误”的孩子可能就不会过上好日子。我相信，让父母拥有这种选择权，只有好处没有坏处。
我们还可以想象出有关性别选择的各种麻烦事件，编出一系列可能发生的危险 故事 。但如果将来事情发生了变化，性别不平衡现象真的出现了，我们再制定政策处理这类特殊问题也不迟。这要比现在就对模糊的恐惧感和认为是在戏弄上帝的思想观念作出反应，无疑要明智得多。这是民主化的技术吗?
阻止再生技术的行为使这些技术造成 社会的极端分裂，因为阻止行为仅仅使这些技术为那些富裕的人所用，他们可以非常容易地绕过种种限制，或者到国外去，或者花大钱寻求黑市服务。
其核心是胚胎选择技术，如果处理恰当，它可以成为非常民主化的技术，因为早期采取的各项治疗措施可以面向各种残缺者。把智商在70到100(群体平均数值)的人向上提高，要比把智商从150(群体百分比最高值)提高到160容易得多。要让本已才智卓绝的人再上一层楼，那非常困难，因为这必须改善无数微小因素的复杂的混合配备状况，正是这些因素合在一起，才能创造出一个超人来。而改善退化的功能则要容易得多。我们并无超人的案例，但我们却有无数普通人为佐证，他们可以充当范例，引导我们如何去修改一个系统，使之至少达到正常的功能。
我觉得，人们以为我们是平等的创造物，在法律面前人人平等，于是就认为我们大家都是一样的。其实不然。基因抽奖可能是非常非常残酷的。你去问问行动迟钝的人，或问问有这样那样基因疾病的人，他们是不会相信什么基因抽奖是多么美妙公平这种抽象言论的。他们就希望自己能更健康些，或者获得某些方面的能力。这些技术的广泛应用，就在许多方面创造了一个平等的竞技场，因为那些本来由于基因原因处于劣势的人也有了竞争的机会。
另一个问题是，这些技术就像其他技术一样， 发展很快。在同代人之间，富人和穷人的应用差距不会很大，而在两代人之间的应用差距却会很大。如今，甚至比尔?盖茨也无法为他的孩子获得某种在25年后中产阶级也认为是很原始的基因增强技术。
所谓明智的一个重要因素，就是要懂得什么我们有权控制，什么无权控制。我们务必不要自欺欺人，以为我们有权对是否让这些技术进入我们的生活进行选择。它肯定会进入我们的生活。形势的发展必然要求我们去使用这些技术。
但在我们如何应用它们、它们会如何分裂我们的社会，以及它们对我们的价值观会产生什么影响等问题上，我们的确有某种选择余地。这些问题我们应该讨论。我本人对这些技术是满怀希望的。它们可能产生的好处会大大超过可能出现的问题，我想，未来的人类在回顾这些技术时，会觉得奇怪：我们在这么原始的时代是如何生活的，我们只活到75就死了，这么年轻，而且死得这么痛苦难过。
政府和决策者不应该对这些研究领域横加阻挠，因为由于误用或意外所造成的伤害，并不是仅有的风险。能够挽救许多人的技术因为延误而使他们继续遭受痛苦，也是一种风险。
当务之急是倾全力获得足够的安全性，防止意外的发生，而要做到这点，协调者看来要牺牲许多间受影响的人的安全。疫苗的例子就是这样。疫苗有许多年没有进展，因为引起诉讼的可能性很大。如果那个孩子受了伤害，会产生巨大的后果。然而很明显，对接受疫苗接种的全体人而言，是非常安全的。
我认为人们对于克隆也是同样的问题。它在近期可能会影响最多一小部份人。在我看来，拒绝会改变数以百万患者命运的非常有可能的 医学进步，振振有词地宣称这是对人类生命的尊重，这是一种奇怪的逻辑。
失去人性还是控制人性?
另一种祁人之忧，认为任意篡改生物机制有可能使我们失去人性。但是，“人性”究竟是与某些非常狭隘的生物结构有关，还是与我们接触世界的整个过程、与我们之间的相互作用有关呢?例如，假如我们的寿命增加一倍，会不会使我们在某种意义上“失去人性”呢?寿命延长必然会改变我们的生活轨迹，改变我们的互动方式，改变我们的 组织制度、家庭观和对 教育 的态度。但我们还是人类，我敢断言我们会迅速适应这些变化，并会对以往没有这些变化的生活觉得不解。
如果原始的狩猎者想象自己生活在纽约城，他们会说在那样的地方他们可能不再是人了，他们认为那不是人的生活方式。可是今天我们大多数人不仅把纽约的生活看作是人的生活，而且是大大优于狩猎生活。我想，我们改变生物机制所发生的变化也是如此。
目前人类还处在进化的早期阶段，至多是青少年期。几千年后，未来的人类来看我们这个时代，会认为是原始的、艰难的同时充满希望的时代。他们也会把我们这个时代看作是人类发展的特殊的光荣的时刻，因为我们为他们的生活打下了基础。我们很难想象即使一千年后的生活会是什么样子，但我猜想我们现在的生物重组会大大影响未来的人类。
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吴昊玥与张凯共同第一作者，因为他们共同发表了一篇论文，标题为“基于深度学习的文本多标签分类”。
BZR（BRASSINAZOLE-RESISTANT）家族基因是编码参与油菜素内酯信号转导的植物特异性转录因子，在植物生长中起着至关重要的作用。 今天我就给大家带来一篇甜菜中BZR基因家族分析的文章。文章于2019年5月9日在线发表在BMC Plant Biology（影响因子3.93，中科院分区二区）。 具体分析内容如下： 一、甜菜中 BvBZR 基因的鉴定 通过鉴定，共鉴定出6个BvBZR基因： Bv5_cuzi 、 Bv_epwr 、 Bv1_fxre 、 Bv6_nyuw 、 Bv1_qnjn 、 Bv_yfzt 。 二、Motif分析和系统发育分析 为了阐明BZR家族的进化关系，作者基于来自甜菜、拟南芥、水稻和大白菜的41个BZR家族成员的氨基酸序列构建了系统发育树，并进行了motif分析。 三、 BvBZR 基因染色体分布和基因结构分析 作者将鉴定的6个 BvBZR 基因定位到了甜菜基因组的5条染色体上，并对基因结构进行了分析。 四、 BvBZR 基因的顺势作用原件分析 五、不同甜菜品种根茎的生长特征规律统计 作者统计了包括主根的生长曲线（根重）、主根的生长速度、主根的含糖量以及主根含糖量的增加速率4个指标。 六、与甜菜生长特征相关的基因表达模式和相关性分析 七、 BvBZR 基因在E型和Z型根、茎、叶组织中表达模式分析 八、 BvBZR 基因对植物激素响应的基因表达模式分析 为了研究 BvBZR 基因的表达水平是否受外源植物激素的调节，作者对甜菜根喷洒了IAA、ABA、MeJA、GA3共4种植物激素，并检测了 BvBZR 基因的表达水平。 九、 BvBZR 基因的亚细胞定位 作者首先使用Wolf PSORT软件对 BvBZR 基因进行亚细胞定位预测，并采用实验手段对预测结果进行了验证。 总结 到此为止，这篇基因家族类文章的所有分析就完成了，在内容上还是比较常规的，只是在实验方面补充了因的亚细胞定位实验和一些生长指标，并没有复杂的实验操作和分析内容，值得大多数研究者借鉴！ 更多生物信息课程： 1. 文章越来越难发？是你没发现新思路，基因家族分析发2-4分文章简单快速，学习链接： 基因家族分析实操课程 、 基因家族文献思路解读 2. 转录组数据理解不深入？图表看不懂？点击链接学习深入解读数据结果文件，学习链接： 转录组（有参）结果解读 ； 转录组（无参）结果解读 3. 转录组数据深入挖掘技能-WGCNA，提升你的文章档次，学习链接： WGCNA-加权基因共表达网络分析 4. 转录组数据怎么挖掘？学习链接： 转录组标准分析后的数据挖掘 、 转录组文献解读 5. 微生物16S/ITS/18S分析原理及结果解读 、 OTU网络图绘制 、 cytoscape与网络图绘制课程 6. 生物信息入门到精通必修基础课，学习链接： linux系统使用 、 perl入门到精通 、 perl语言高级 、 R语言画图 7. 医学相关数据挖掘课程，不用做实验也能发文章，学习链接： TCGA-差异基因分析 、 GEO芯片数据挖掘 、 GSEA富集分析课程 、 TCGA临床数据生存分析 、 TCGA-转录因子分析 、 TCGA-ceRNA调控网络分析 8.其他课程链接： 二代测序转录组数据自主分析 、 NCBI数据上传 、 二代测序数据解读 。
我是复制的，希望对楼主能有所帮助※ Multiplexing：一种同时采用多种样品的测序方法，能够大大提高测序速度。 ※ 突变（Mutation）：DNA序列上任一种可以被遗传的变易。 ※ 核苷酸（Nucleotide）：DNA和RNA的基本组成部分，通常包含一分子核糖，一分子磷酸和一分子碱基。多个核苷酸通过磷酸二酯键连接成一条链状。 ※ 细胞核（Nucleos）：真核细胞中的一种细胞器，内含遗传物质。 癌基因（Oncogene）：一种能够导致癌症的基因。许多致癌基因都直接或间接地控制细胞的成长速度。 ※ 噬菌体（phage）：一种以细菌为宿主细胞的病毒。 ※ 物理图谱（Physics Map）：物理图谱描绘DNA上可以识别的标记的位置和相互之间的距离(以碱基对的数目为衡量单位)，这些可以识别的标记包括限制性内切酶的酶切位点，基因等。物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息。对于人类基因组来说，最粗的物理图谱是染色体的条带染色模式，最精细的图谱是测出DNA的完整碱基序列。 ※ 质粒（Plasmid）：质粒是细菌的染色体外能够自我复制的环状DNA分子。它能够和细胞核中的染色体明显地区别开来，而且并不是细胞生存的必要物质。一些质粒适宜于引入到宿主细胞中去，并利用宿主细胞的DNA大量繁殖，因此我们常常采用质粒作为外源DNA的载体，外源DNA借助于质粒在宿主细胞中大量繁殖。 ※ 多基因病（Polygenic Disorder）：有多个基因位点共同决定的遗传病（如心脏病、糖尿病、一些癌症等）。这类疾病的遗传由多个基因位点共同控制，因而比单基因病的遗传更为复杂。 ※ 多聚酶链式反应（PCR）：一种体外扩增DNA的方法。PCR使用一种耐热的多聚酶，以及两个含有20个碱基的单链引物。经过高温变性将模板DNA分离成两条链，低温退火使得引物和一条模板单链结合，然后是中温延伸，反应液的游离核苷酸紧接着引物从5‘端到3’端合成一条互补的新链。而新合成的DNA又可以继续进行上述循环，因此DNA的数目不断倍增。 ※ 多聚酶（Polymerase）：多聚酶具有催化作用，能够加快游离的核苷酸和DNA模板结合形成新链的反应速度。 ※ 多态性（Polymorphism）：多个个体之间DNA的差异称为多态性。DNA变异概率超过1％的变异，比较适宜作为绘制连接图谱的证据。 ※ 引物（Primer）：预先制备的比较短的核苷酸链，在新链合成过程中作为引物，游离的核苷酸在引物之后按顺序和模板上的碱基结合，形成新链。 ※ 原核生物（Prokaryote）：原核生物没有细胞膜，结构清晰的核以及其他细胞器。细菌是原核生物。 ※ 探针（Probe）：是一条DNA单链或者一条RNA链，具有特定的序列，并且使用放射性元素或者免疫特性物质进行标记。探针和克隆库中的某条互补片段结合成一条双链结构，我们可以借助于探针的检测来获知与其互补的链的位置。 ※ 启动子（Promoter）：DNA上的一个特定位点，RNA聚合酶在此和DNA结合，并由此开始转录过程。 ※ 蛋白质（Protein）：一种由一条或者多条肽链构成的大分子。每条肽链上核苷酸的顺序是由基因外显子部分的碱基序列决定的。蛋白质是细胞、组织和器官的重要组成部分，每种蛋白质都具有特定的功能。酶、抗体和激素等都是蛋白质。 ※ 嘌呤（Purine）：一种含氮的单环结构物。是核苷酸的重要组成部分，有腺嘌呤A和鸟嘌呤G两种。 ※ 嘧啶（Pyrimidine）：一种含氮的双环结构，是核苷酸的重要组成部分。分为胞嘧啶C，胸腺嘧啶T和尿嘧啶U三种。 ※ 重组克隆（Recombinant Clone）：将不同来源的DNA片段合成在一个DNA分子中，这种技术称为重组，得到的分子为重组克隆。 ※ DNA重组技术（Recombinant DNA Technology）：在细胞体外将两个DNA片段连接成一个DNA分子的技术。在适宜的条件下，一个重组DNA分子能够被引入到宿主细胞中并在宿主细胞中大量繁殖。 ※ 调控序列（regulatory regions and sequence）：一段控制基因表达的DNA片段。 ※ 限制性内切酶（Restriction enzyme， endonuclease）：这种酶能够识别出DNA上特定的碱基序列，并在这个位点将DNA酶切。细菌中有400中限制性内切酶，能够识别出100中DNA序列。 ※ 酶切位点（Restriction Enzyme cutting site）：DNA上一段碱基的特定序列，限制性内切酶能够识别出这个序列并在此将DNA酶切成两段。 ※ 限制性长度多态性（Restriction fragment length polymorphsm）：从不同个体制备的DNA，使用同一种限制性内切酶酶切，切得的片段长度各不相同。酶切片段的长度可以作为物理图谱或者连接图谱中的标记子。通常是在酶切位点处发生突变而引发的。 ※ 核糖核酸RNA（Ribonucleic acid）：从细胞的细胞核和细胞质部分分离出来的化学物质。在蛋白质合成和其他生化反应中起着重要作用，RNA的结构和DNA的结构类似，都是有核苷酸按照一定顺序排列成的长链。RNA可以分为信使RNA、转运RNA、核糖体RNA以及其他类型的RNA。 ※ 核糖体RNA（Ribonsomal RNA rRNA）：存在于核糖体中的RNA。 ※ 核糖体（Ribonsome）：细胞质中含有rRNA和相关蛋白质的细胞器，是蛋白质的合成场所。 序列位置标签（Sequence Tagged Site, STS）：一段短的DNA序列（200－500个碱基对），这种序列在染色体上只出现一次，其位置和碱基顺序都是已知的。在PCR反应中可以检测处STS来，STS适宜于作为人类基因组的一种地标，据此可以判定DNA的方向和特定序列的相对位置。ETS是cDNA上的STS。 ※ 性染色体（Sex Chromosome）：在人类细胞中是X或者Y染色体，性染色体决定了个体的性别。雌性细胞中含有两个X染色体，而雄性细胞中含有1个X染色体和1个Y染色体。 ※ 鸟枪法（Shotgun method）：使用基因组中的随机产生的片段作为模板进行克隆的方法。 ※ 单基因病（Single Gene Disorder）：一个基因的等位基因之间发生了突变造成的疾病。 ※ 体细胞（Somatic Cells）：个体中除了生殖细胞及其母细胞之外的细胞，都是体细胞。 ※ 串联重复序列（Tandem repeat sequences）：在染色体上一段序列的多次重复，称为串联重复序列。常用来作为物理图谱中的标记子。 ※ 端粒（Telomere）：是染色体的末端部分，这一特殊结构区域对于线型染色体的结构和稳定起重要作用。 ※ 转录（Transcription）：以某一DNA链为模板，按照碱基互补原则形成一条新的RNA链的过程，是基因表达的第一步。 ※ 转运RNA（tRNA）：转运RNA具有特殊的结构，其一端包含3个特定的核苷酸序列，能和信使RNA上的密码子按照碱基配对原则进行结合。另一端则带有一个氨基酸。因此转运RNA能够同细胞质中游离的氨基酸结合并运到核糖体上，核糖体按mRNA上的遗传信息将氨基酸装配成蛋白质。 ※ 转化（Transformation）：将外源DNA整合到某一细胞基因组中的过程。。 ※ 翻译（Translation）：mRNA上携带的遗传信息指导蛋白质的合成过程，称为翻译。 ※ 病毒（Virus）：一种不具备细胞结构的生物体。只能寄生在宿主细胞中才能生存。病毒一般包含核酸以及外壳蛋白，有些动物的病毒的外面也偶尔覆盖一层细胞膜。病毒进入宿主细胞之后，利用宿主的合成机制复制出大量的后代。。 ※ 酵母菌人工合成染色体（Yeast Artificial Chromosome）：一种能够克隆长达400Kb的DNA片段的载体，含有酵母细胞中必需的端粒、着丝点和复制起始序列。 (卜东波、伍树明翻译整理) 生物信息名词 §§§ BLAST （Basic Local Alignment Search Tool），基本的基于局部对准的搜索工具；一种快速查找与给定序列具有连续相同片断的序列的技术。 §§§ Entrez 美国国家生物技术信息中心所提供的在线资源检索器。该资源将GenBank序列与其原始文献出处链接在一起。 §§§ NCBI 美国国立生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information），1988年设立，为美国国家医学图书馆（NLM）和国家健康协会（NIH）下属部门之一。提供生物医学领域的信息学服务，如世界三大核酸数据库之一的GenBank数据库，PubMed医学文献检索数据库等。 §§§ Conserved sequence 保守序列。演化过程中基本上不变的DNA中的碱基序列或蛋白质中的氨基酸序列。 §§§ Domain 功能域。蛋白质中具有某种特定功能的部分，它在序列上未必是连续的。某蛋白质中所有功能域组合其起来决定着该蛋白质的全部功能。 §§§ EBI 欧洲生物信息学研究所（European Bioinformatics Institute）。 The National Center for Biotechnology Information (NCBI) at the NationalLibrary of Medicine (NLM), National Institutes of Health (NIH) §§§ EMBL 欧洲分子生物学实验室（uropean Molecular Biology Laboratory）。 §§§ GenBank 由美国国家生物技术信息中心提供的核酸序列数据库。 §§§ Gene 基因。遗传的基本的物理和功能单位。一个基因就是位于某条染色体的某个位置上的核苷酸序列，其中蕴含着某种特定功能产物（如蛋白质或RNA分子）的编码。 §§§ DUST A program for filtering low complexity regions from nucleic acid sequences. §§§ Gene expression 基因表达。基因中的编码信息被转换成行使特定功能的结构产物的过程。 §§§ Gene family 基因家族。一组密切相关的编码相似产物的基因。 §§§ Gene mapping 基因作图。对DNA分子（染色体或质粒）中基因的相对位置和距离进行确定的过程。 §§§ Genetic code 遗传密码。以三联体密码子的形式编码于mRNA中的核苷酸序列，决定着所合成蛋白质中的氨基酸序列。 Genome 基因组。某一物种的一套完整染色体组中的所有遗传物质。其大小一般以其碱基对总数表示。 §§§ Genomics 基因组学。从事基因组的序列测定和表征描述，以及基因活性与细胞功能关系的研究。 §§§ HGMP 英国剑桥的人类基因组绘图计划（Human Genome Mapping Project）。 §§§ Informatics 信息学。研究计算机和统计学技术在信息处理中的应用的学科。在基因组计划中，信息学的内容包括快速搜索数据库方法的开发、DNA序列信息分析方法的开发和从DNA序列数据中预测蛋白质序列和结构方法的开发。 §§§ Physical map 物理图谱。不考虑遗传，DNA中可识别的界标（如限制性酶切位点和基因等）的位置图。界标之间的距离用碱基对度量。对人类基因组而言，最低分辨率的物理图谱是染色体上的条带图谱；最高分辨率的物理图谱是染色体中完整的核苷酸序列。 §§§ Promoter 启动子。DNA中被RNA聚合酶结合并从此起始转录的位点。 §§§ Proteome 蛋白质组。一个基因组的全部蛋白产物及其表达情况。 §§§ Regulatory region or sequence 调控区或调控序列。控制基因表达的DNA碱基序列。 §§§ Ribosomal RNA 核糖体RNA。简写为rRNA。是一组存在于核糖体中的RNA分子。 §§§ Sequence tagged site 序列示踪位点，简写为STS。在人类基因组中只出现一次的位置和序列已知的长约200到500bp的短DNA序列片断。由于可以通过PCR检测到，STS在将来源于许多不同实验室的基因图谱和测序数据进行定位和定向时非常有用，并且STS在人类基因组的物理图谱中也具有界标的作用。表达的序列标签（ESTs）就是那些得自cDNAs的STSs。 §§§ Single-gene disorder 单基因病。由单个基因的等位基因的突变所导致的遗传病（如杜兴肌营养不良和成视网膜细胞瘤等）。 §§§ UniGene 美国国家生物技术信息中心提供的公用数据库，该数据库将GenBank中属于同一条基因的所有片断拼接成完整的基因进行收录。 §§§ 非蛋白质编码区（“Junk”DNA）占据了人类基因组的大部分，研究表明“Junk”是许多对生命过程富有活力的不同类型的DNA的复合体，它们至少包括以下类型的DNA成份或由其表达的RNA成分：内含子（intron）、卫星（Satellite）DNA、小卫星（minisatellite）DNA、微卫星（microsatellite）DNA、非均一核RNA（hmRNA）、短散置元（short interspersed elements）、长散置元（long interspersed elements）、伪基因（pseudogenes）等。除此之外，顺式调控元件，如启动子、增强子等也属于非编码序列。 双重序列对比 两序列间的对比分析。最常见的方法为Needle-Wunsch方法。能够利用的软件如BLAST、FASTA等。 §§§ Autosome 常染色体。与性别决定无关的染色体，人双倍体染色体组含有46条染色体，其中22对常染色体，一对与性别决定有关的性染色体（X和Y染色体）。 sex chromosome. 包括序列（核酸与蛋白）搜索，结构比较，结构预测，蛋白质域，模体（Motif ），测序，发育与进化分析，双向电泳成像分析，质谱蛋白质鉴定，三维蛋白结构模建与成像，基因组图谱比较，基因预测，非编码区功能位点识别，基因组重叠群集装，后基因组功能分析，结构基因组学以及药物基因组学等等。 在BLAST2.0，2.05新版中启用了gapped BLAST、PSI-BLAST 和PHI-BLAST。gapped BLAST是比原BLAST 更灵敏更快的局部相似联配（俗称局部同源）搜索法；PSI- BLAST用迭代型的剖面打分算法，每次迭代所费时间与前者相同，它可检索弱同源的目标；PHI-BLAST 98年刚出台，是模体（Motif ）构造与搜索软件，是更灵敏的同源搜索软件。例如线虫§§§ 的CED4是apoptosis 的调控蛋白，含有涉及磷酸结合的P 环模体，在各种ATP 酶和GTP 酶中可发现。在用gapped BLAST搜索NR数据库时，CED4仅跟人凋亡调控蛋白Apaf-1显著同源或相似（其中含有P-loop保守区）。但PHI- BLAST搜索，另有一个显著同源（E=0.038 ）目标，是植物抗病蛋白Arabidopsis thaliana T7N9.18，证实此动物与植物蛋白确实在apoptosis 中有相似的功能。另有，按PHI- BLAST搜索在MutL DNA修复蛋白中的ATP 酶域，II型拓扑异构酶，组氨酸激酶和HS90家族蛋白，发现一个新的真核蛋白族，共有HS90型ATP 酶域。再有在古核tRNA核苷酸转移酶中发现核苷酸转移酶域，在细菌DNA 引物酶的古核同源体中发现螺旋酶超家族II的模体VI。用以往的搜索法这些是得不到的。 深层事项： 后基因组时期的主要任务：Data mining ，即从完全测序的基因组中预测功能。 1 、序列、结构和功能 自分子生物学产生以来，均相信序列决定结构，结构决定功能。随着基因组学的发展，对此理解已有长足的深化。同源序列（具有共同祖先）未必具有相同的功能；相同功能未必源自同源序列。相异序列可能有相似的结构；序列与结构不相似的蛋白可能会有相似的功能。现在发现存在不相似（在序列与结构水平上）酶催化相同的生化反应。当然亦存在甚至结构水平上很相似的酶催化不同的生化反应。例如人与鼠的3?- 羟甾类脱氢酶，1AHH和1RAL；前者是Rossmann折叠，而后者是TIM-桶。肯定，这些相似酶不是共同祖先趋异的结果，而是不同祖先趋同的结果。如结构决定功能还是合理的，那么至少在功能活性位点具有相似结构特征（即3D- 功能模体）。属于今后研究的课题，对了解酶催化机制与功能蛋白的小分子模拟具有很大价值。 何谓功能？功能有层次的：表型的，细胞的和分子的。 目前开始高层功能预测，分子相互作用、代谢途径和调控网络。目前，已从结构基因组学，功能基因组学和蛋白质组学多种角度研究基因组功能。 2 、结构基因组学中的生物信息学 希望大通量地测定和模建完全测序基因组的全部蛋白三维结构。生物信息学可以发挥作用，一方面规划好测定的对象，另一方面可靠地模建结构。 3 、功能基因组学中的生物信息学 美国HGP 已编制1998-2003 的新五年计划。提出八项目标：其中目标7 特指生物信息学和计算生物学，其实几乎每项目标都要生物信息学，例如目标4 功能基因组学中的非编码区功能位点预测，基因表达分析（如DNA Chip）以及蛋白质全局分析（如蛋白质组学）。 §§§ 蛋 白 质 组 学（Proteomics） 1.蛋白质组学研究的目的和任务 20世纪中期以来，随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的X射线解析，开始了分子生物学时代，对遗传信息载体DNA和生命功能的主要体现者蛋白质的研究，成为生命科学研究的主要内容。90年代初期，美国生物学家提出并实施了人类基因组计划，预计用15年的时间，30亿美元的资助，对人类基因组的全部DNA序列进行测定，希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息，即测定大约30亿碱基对的DNA序列和识别其中所有的基因（基因组中转录表达的功能单位）。经过各国科学家8年多的努力，人类基因组计划已经取得了巨大的成绩，一些低等生物的DNA全序列已被阐明，人类3%左右DNA的序列也已测定，迄今已测定的表达序列标志（EST）已大体涵盖人类的所有基因。在这样的形势下，科学家们认为，生命科学已经入了后基因组时代。在后基因组时代，生物学家们的研究重心已经从解释生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对生物功能的研究。这种转向的第一个标志就是产生了一门成为功能基因组学（Functional Genomics）的新学科。它采用一些新的技术，如SAGE、DNA芯片，对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。但是，由于生物功能的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。例如蛋白质的修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动，均无法在基因组水平上获知。正是因为基因组学（Genomics）有这样的局限性，于90年代中期，在人类基因组计划研究发展及功能基因组学的基础上，国际上萌发产生了一门在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质组学（Proteomics），它以蛋白质组（Proteome）为研究对象。蛋白质组是指“由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质”。测定一个有机体的基因组所表达的全部蛋白质的设想，萌发在1975年双向凝胶电泳发明之时。1994年Williams正式提出了这个问题，而“蛋白质组”的名词则是由Wilkins创造的，发表在1995年7月的Electrophoresis杂志上。蛋白质组与基因组相对应，但二者又有根本不同之处：一个有机体只有一个确定的基因组，组成该有机体的所有不同细胞斗拱享用一个确定的基因组；而蛋白质组则是一个动态的概念，她不仅在同一个机体的不同组织和细胞中不同，在同一机体的不同发育阶段，在不同的生理状态下，乃至在不同的外界环境下都是不同的。正是这种复杂的基因表达模式，表现了各种复杂的生命活动，每一种生命运动形式，都是特定蛋白质群体在不同时间和空间出现，并发挥功能的不同组合的结果。基因DNA的序列并不能提供这些信息，再加上由于基因剪接，蛋白质翻译后修饰和蛋白质剪接，基因遗传信息的表现规律就更加复杂，不再是经典的一个基因一个蛋白的对应关系，一个基因可以表达的蛋白质数目可能远大于一。对细菌，可能为1.2～1.3;对酵母则为3;而对人,可高达10。后基因组和蛋白质组研究，是为阐明生命活动本质所不可缺少的基因组研究的远为复杂的后续部分，无疑将成为21世纪生命科学研究的主要任务。
基因本质的确定为分子遗传学发展拉开了序幕。1955年，美国分子生物学家本泽（Benzer）对大肠杆菌T4噬菌体作了深入研究，揭示了基因内部的精细结构，提出了基因的顺反子（Cistron）概念。 本泽把通过顺反实验而发现的遗传的功能单位称为顺反子，1个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。1个顺反子内存在着很多突变位点——突变子，突变子就是改变后可以产生突变型表型的最小单位。1个顺反子内部存在着很多重组子。重组子就是不能由重组分开的基本单位。理论上每一核苷酸对的改变，就可导致一个突变的产生，每两个核苷酸对之间都可发生交换。这样看来，一个基因有多少核苷酸对就有多少突变子，就有多少重组子，突变子就等于重组子。这个学说打破了过去关于基因是突变、重组、决定遗传性状的“三位一体”概念及基因是最小的不可分割的遗传单位的观点，从而认为基因为DNA分子上一段核苷酸顺序，负责着遗传信息传递，一个基因内部仍可划分若干个起作用的小单位，即可区分成顺反子、突变子和重组子。一个作用子通常决定一种多肽链合成，一个基因包含一个或几个作用子。突变子指基因内突变的最小单位，而重组子为最小的重组合单位，只包含一对核苷酸。所有这些均是基因概念的伟大突破。 关于基因的本质确定后，人们又把研究视线转移到基因传递遗传信息的过程上。在20世纪50年代初人们已懂得基因与蛋白质间似乎存在着相应的联系，但基因中信息怎样传递到蛋白质上这一基因功能的关键课题在20世纪60年代至20世纪70年代才得以解决。从1961年开始，尼伦伯格（M.W. Nirenberg）和科拉纳等人逐步搞清了基因以核苷酸三联体为一组编码氨基酸，并在1967年破译了全部64个遗传密码，这样把核酸密码和蛋白质合成联系起来。然后，沃森和克里克等人提出的“中心法则”更加明确地揭示了生命活动的基本过程。1970年特明以在劳斯肉瘤病毒内发现逆转录酶这一成就进一步发展和完善了“中心法则”，至此，遗传信息传递的过程已较清晰地展示在人们的眼前。过去人们对基因的功能理解是单一的即作为蛋白质合成的模板。 1961年法国雅各布和莫诺的研究成果，又大大扩大了人们关于基因功能的视野。他们在研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中发现了有些基因不起合成蛋白质模板作用，只起调节或操纵作用，提出了操纵子学说。从此根据基因功能把基因分为结构基因、调节基因和操纵基因。结构基因和调控基因：根据操纵子学说，并不是所有的基因都能为肽链进行编码。于是便把能为多肽链编码的基因称为结构基因，包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，也包括编码阻遏蛋白或激活蛋白的调节基因。有些基因只能转录而不能翻译，如tRNA基因和rRNA基因。还有些DNA区段，其本身并不进行转录，但对其邻近的结构基因的转录起控制作用，被称为启动基因和操纵基因。启动基因、操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成一个功能单位叫做操纵子（operon）。就其功能而言，调节基因、操纵基因和启动基因都属于调控基因。这些基因的发现，大大拓宽了人们对基因功能及相互关系的认识。断裂基因：20世纪70年代中期，法国生物化学家查姆帮（Chamobon）和波盖特（berget）在研究鸡卵清蛋白基因的表达中发现，细胞内的结构基因并非全部由编码序列组成，而是在编码序列中间插入无编码作用的碱基序列，这类基因被称为间隔或断裂基因。这一发现于1977年被英国的查弗里斯和荷兰的弗兰威尔在研究兔β-球蛋白结构时所证实。1978年，生化学家吉尔伯特（Walter Gilbert）提出基因是一个转录单位的设想，他认为基因是一个DNA序列的嵌合体，同时包含两个区段：一个区段将被表达并存在于成熟的mRNA中，称为“外显子”；一个区段由虽然也同时被表达，但将在成熟mRNA中被删除，称为“内含子”。近年来的研究发现，原核生物的基因序列一般是连续的，在一个基因的内部几乎不含“内含子”，而真核生物中绝大多数基因都是由不连续DNA序列组成的断裂基因。断裂基因的表达过程是：整个基因先由DNA转录成一条信息RNA前体(precursor mRNA)，其中的内含序列会被一种称为“剪接体”的RNA/蛋白质复合物所切除，两端再相互连接成一条连续的核酸顺序，以形成成熟的mRNA。DNA分子断裂基因的存在为基因功能的展现赋予了更大的潜力。重叠基因：长期以来，人们一直认为在同一段DNA序列内是不可能存在重叠的读码结构的。但是，1977年，维纳（Weiner）在研究Q0病毒的基因结构时，首先发现了基因的重叠现象。1978年，费尔（Feir）和桑戈尔（Sangor）在研究分析φX174噬菌体的核苷酸序列时，也发现由5375个核苷酸组成的单链DNA所包含的10个基因中有几个基因具有不同程度的重叠，但是这些重叠的基因具有不同的读码框架。以后在噬菌体G4、MS2和SV40中都发现了重叠基因。基因的重叠性使有限的DNA序列包含了更多的遗传信息，是生物对它的遗传物质经济而合理的利用。假基因：1977年，G·Jacp在对非洲爪赡5SrRNA基因簇的研究后提出了假基因的概念，这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。假基因的发现是真核生物应用重组DNA技术和序列分析的结果。现已在大多数真核生物中发现了假基因，如Hb的假基因、干扰素、组蛋白、α球蛋白和β球蛋白、肌动蛋白及人的rRNA和tRNA基因均含有假基因。由于假基因不工作或无效工作，故有人认为假基因，相当人的痕迹器官，或作为后补基因。移动基因：1950年，美国遗传学家麦克林托卡在玉米染色体组中首先发现移动基因。她发现玉米染色体上有一种称为Ds的控制基因会改变位置，同时引起染色体断裂，使其离开或插入部位邻近的基因失活或恢复恬性，从而导致玉米籽粒性状改变。这一研究当时并没有引起重视。20世纪60年代未，英国生物化学家夏皮罗和前西德生物化学家西特尔分别在细菌中发现一类称为插入顺序的可移动位置的遗传因子，20世纪70年代早期又发现细菌质粒的某些抗药性可移动的基因，到20世纪80年代已发现这类基因至少有20种。20世纪90年代之前，科学家终于用实验证明了麦克林托卡的观点，移动基因不仅能在个体的染色体组内移动，并能在个体间甚至种间移动。现已了解到真核细胞中普遍存在移动基因。基因移动性的发现不仅打破了遗传的DNA恒定论，而且对于认识肿瘤基因的形成和表达，以及生物演化中信息量的扩大等研究工作也将提供新的启示和线索。
基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。下面是由我整理的基因工程学术论文，谢谢你的阅读。 基因工程学术论文篇一 摘 要：基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。基因工程是一项很精密的尖端生物技术。可以把某一生物的基因转殖送入另一种细胞中，甚至可把细菌、动植物的基因互换。当某一基因进入另一种细胞，就会改变这个细胞的某种功能。这项工程创造出原本自然界不存在的重组基因。它不仅为医药界带来新希望，在农业上提高产量改良作物，并且对环境污染、能源危机提供解决之道，甚至可用在犯罪案件的侦查。基因工程的发展现状和前景是怎么样呢，而又有哪些利弊? 关键词：基因工程;发展现状;发展前景;基因工程利弊 一、基因工程 (一)基因工程的概念及发展 1.概念 基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。 2.发展 生物学家于20 世纪50 年代发现了DNA 的双螺旋结构，从微观层面更进一步认识了人类及其他生物遗传的物质载体，这是人类在生物研究方面的一次重大突破。60 年代以后，科学家开始破译生物遗传基因的遗传密码，简单地说，就是将控制生物遗传特征的每一种基因的核苷酸排列顺序弄清楚。在搞清楚某些单个基因的核苷酸排列顺序基础上，进而进行有计划、大规模地对人类、水稻等重要生物体的全部基因图谱进行测序和诠释。 (二)基因工程的发展现状及前景 1.发展现状 (1)基因工程应用于农业方面。运用基因工程方法，把负责特定的基因转入农作物中去，构建转基因植物，有抗病虫害，抗逆，保鲜，高产，高质的优点。 下面列举几个代表性方法。 ①增加农作物产品营养价值如：增加种子、块茎蛋白质含量，改变植物蛋白必需氨基酸比例等。 ②提高农作物抗逆性能如：抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。 ③生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。④增加植物次生代谢产物产率。植物次生代谢产物构成全世界药物原料的 25% ，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。 ⑤运用转基因动物技术，可培育畜牧业新品种。 二、基因工程应用于医药方面 目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快产业之一，前景广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。对预防人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 并且应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段;专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。 三、基因工程应用于环保方面 工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA 重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4 种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4 种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3 烃类降解完，而天然菌株需 1 年之久。90 年代后期问世的DNA 改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR 技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。 (一)发展前景 基因工程应用重组DNA 技术培育具有改良性状的粮食作物的工作已初见成效。重组DNA 技术的一个显著特点是，它注往可以使一个生物获得与之固有性状完全无关的新功能，从而引起生物技术学发生革命性的变革，使人们可以在大量扩增的细胞中生产哺乳动物的蛋白质，其意义无疑是相当重大的。将控制这些药物合成的目的基因克隆出来，转移到大肠杆菌或其它生物体内进行有效的表达，于是就可以方便地提取到大量的有用药物。目前在这个领域中已经取得了许多成功的事例，其中最突出的要数重组胰岛素的生产。 重组DNA 技术还有力地促进了医学科学研究的发展。它的影响所及有疾病的临床诊断、遗传病的基因治疗、新型疫苗的研制以及癌症和艾滋病的研究等诸多科学，并且均已取得了相当的成就。 (二)基因工程的利与弊 1.基因工程的利 遗传疾病乃是由于父或母带有错误的基因。基因筛检法可以快速诊断基因密码的错误;基因治疗法则是用基因工程技术来治疗这类疾病。产前基因筛检可以诊断胎儿是否带有遗传疾病，这种筛检法甚至可以诊断试管内受精的胚胎，早至只有两天大，尚在八个细胞阶段的试管胚胎。做法是将其中之一个细胞取出，抽取DNA，侦测其基因是否正常，再决定是否把此胚胎植入母亲的子宫发育。胎儿性别同时也可测知。 基因筛检并不改变人的遗传组成，但基因治疗则会。目前全世界正重视发展永续性农业，希望农业除了具有经济效益，还要生生不息，不破坏生态环境。基因工程正可帮忙解决这类问题。基因工程可以改良农粮作物的营养成分或增强抗病抗虫特性。可以增加畜禽类的生长速率、牛羊的泌乳量、改良肉质及脂肪含量等。 2.基因工程的弊 广泛的基因筛检将会引起一连串的社会问题。虽然基因筛检可帮助医生更早期更有效地治疗病人，但可能妨碍他的未来生活就业。基因工程会产生“杀虫剂”的作物，也可能对大环境有害，它们或许会杀死不可预期的益虫，影响昆虫生态的平衡。转基因食品不同于相同生物来源之传统食品，遗传性状的改变，将可能影响细胞内之蛋白质组成，进而造成成份浓度变化或新的代谢物生成，其结果可能导致有毒物质产生或引起人的过敏症状，甚至有人怀疑基因会在人体内发生转移，造成难以想象的后果。转基因食品潜在危害包括：食物内所产生的新毒素和过敏原;不自然食物所引起其它损害健康的影响;应用在农作物上的化学药品增加水和食物的污染;抗除草剂的杂草会产生;疾病的散播跨越物种障碍;农作物的生物多样化的损失;生态平衡的干扰。 四、结束语 随着社会科技的进步，基因工程的发展将成为必然。尽管它会给我们带来一些危害但是仍然为我们带来了很多好处。不仅为我们提供了新的能源而且促进了各国的经济的发展，所以在我们发展基因工程的同时应该尽力避免一些危害，而让有利的方面尽可能应用。 参考文献： [1]陈宏.2004.基因工程原理与应用.北京：中国农业 出版社 [2]胡银岗.2006.植物基因工程.杨凌.西北农林科技大学出版社 [3]刘祥林.聂刘旺.2005.基因工程.北京：科学出版社 [4]陆德如.陈永青.2002.基因工程.北京：化学工业出版社 [5]王关林.方宏筠.2002.植物基因工程.北京：科学出版社 基因工程学术论文篇二 基因工程蛋白药物发展概况 【摘要】近些年，随着生物技术的发展，基因工程制药产业突飞猛进，本文就一些相关的重要蛋白药物的市场概况和研究进展作一概述。 【关键词】基因工程 蛋白药物 发展概况 中图分类号：R97 文献标识码：B 文章编号：1005-0515(2011)6-255-03 基因工程制药是随着生物技术革命而发展起来的。1980 年，美国通过Bayh-Dole 法案，授予科学家 Herbert Boyer 和 Stanley Cohen 基因克隆专利，这是现代生物制药产业发展的里程碑。1982 年，第一个生物医药产品在美国上市销售，标志着生物制药业从此走入市场[1]。 生物制药业有不同于传统制药业的特点：首先，生物制药具有“靶向治疗”作用;其次，生物制药有利于突破传统医药的专利保护到期等困境;再次，生物制药具有高技术、高投入、高风险、高收益特性;此外，生物制药具有较长的产业链[1]。生物制药业这一系列的特点决定了其在21世纪国民经济中的重要地位，历版中国药典收录的生物药物品种也是逐渐增多[2](图一)。 当前生物制药业的发展趋势在于不断地改进、完善和创新生物技术，在基因工程药物研发投入逐年增加的基础上，我国生物制药的产值及利润增长迅猛， 2006-2008年三年就实现了利润翻番[2](表一)。随着研究的深入，当前生物药的热点逐渐聚焦到通过新技术大量生产一些对医疗有重要意义且成分确定的蛋白上。研究表明，在我国的基因工程药物中，蛋白质类药物超过50%[3]。而这些源自基因工程菌表达的蛋白，如疫苗、激素、诊断工具、细胞因子等在生物医学领域的应用主要包括4个方面：即疾病或感染的预防;临床疾病的治疗;抗体存在的诊断和新疗法的发现。利用基因工程技术(重组DNA技术)生产蛋白主要有三方面的理由：1.需求性，天然蛋白的供应受限制，随需求的不断增加，数量上难以满足，使它得不到广泛应用;2.安全性，一些天然蛋白质的原料可能受到致病性病毒的污染，且难以消除或钝化;3.特异性，来自天然原料的蛋白往往残留污染，会引起诊断试验所不应有的背景[4]。 以下将介绍一些基因工程产物的市场概况和研究发展。 1 促红细胞生成素 是细胞因子的一种，在骨髓造血微环境下促进红细胞的生成。1985年科学家应用基因重组技术，在实验室获得重组人EPO(rhEPO)，1989年安进(Amgen)公司的第一个基因重组药物Epogen获得FDA的批准，适应症为慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或化疗导致的贫血、失血后贫血等[5,6]。 2001年，EPO的全球销售额达21.1亿美元，2002年达26.8亿美元，2003年全世界EPO的年销售额超过50亿美元。创下生物工程药品单个品种之最，是当今最成功的基因工程药物。用过EPO的大多数病人感觉良好，在治疗期间无明显毒副作用或功能失调。重组体CHO细胞可以放大到生产规模以满足对EPO的需求。 2 胰岛素 自1921 年胰岛素被Banting 等人成功提取并应用于临床以来，已经挽救了无数糖尿病患者的生命。仅2000年，胰岛素在全球范围内就大约延长了5100万名I型糖尿病病人的寿命。20世纪80年代初，人胰岛素又成为了商业现实;80 年代末利用基因重组技术成功生物合成人胰岛素，大肠杆菌和酵母都被用作胰岛素表达的寄主细胞[7]。 国内外可工业化生产人胰岛素的企业只有美国的礼来公司、丹麦的诺和诺德公司、法国的安万特公司和中国北京甘李生物技术有限公司等，胰岛素类似物也仅在上述4个国家生产，且每个公司只能生产艮效或速效类似物巾的个品种，主要原因是要达到生物合成人胰岛素产业化的技术难度特别大，若无高精尖的高密度发酵技术、纯化技术和工业化生产经验是无法实现的[8]。 3 疫苗 在人类历史上，曾经出现过多种造成巨大生命和财产所示的疫症，而在预防和消除这些疫症的过程中疫苗发挥了十分关键的作用。所以疫苗被评为人类历史上最重大的发现之一。 疫苗可分为传统疫苗(t raditional vaccine) 和新型疫苗(new generation vaccine)或高技术疫苗( high2tech vaccine)两类,传统疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗,新型疫苗主要是基因工程疫苗。疫苗的作用也从单纯的预防传染病发展到预防或治疗疾病(包括传染病) 以及防、治兼具[2]。 随着科技的发展，对付艾滋病、癌症、肝炎等多种严重威胁人类生命安全的疫苗开发取得巨大进展，这其中也孕育着巨大的商业机会[9]， 2007年全球疫苗销售额就已达到163亿美元，据美林证券公布的一份研究报告显示，全球疫苗市场正以超过13%的符合增长率增长。而我国是疫苗的新兴市场，国内疫苗市场发展潜力巨大，年增长率超过15%。 在以细胞培养为基础的疫苗、抗体药物生产中，Vero细胞、BHK21细胞、CHO细胞和Marc145细胞是最常用的细胞，这些细胞的反应器大规模培养技术支撑着行业的技术水平[4]。建立细胞培养和蛋白表达技术平台，进一步完善生物反应器背景下的疫苗生产支撑技术是当前国际疫苗产业研究的重点。 4 抗体 从功能上划分，抗体可分为治疗性抗体和诊断性抗体;从结构特点上划分，抗体可分为单克隆抗体和多克隆抗体。抗体可有效地治疗各种疾病，比如自身免疫性疾病、心血管病、传染病、癌症和炎症等[10,11]。抗体药物的一大特点在于其较低甚至几乎可以忽略的毒性。另外一个优势是，抗体本身也许既可被当作一种治疗武器，也可被用作传递药物的一种工具。除了全人源化抗体以外，与小分子药物、毒素或放射性有效载荷有关的结合性抗体也已经在理论上显示出了强大的潜力，尤其是在癌症治疗方面[12]。 治疗性抗体是世界销售额最高的一类生物技术药物,2008 年治疗性抗体销售额超过了300 亿美元,占了整个生物制药市场40%。在美国批准的99 种生物技术药物中,抗体类药物就占了30 种;在633 种处于临床研究的生物技术药物中, 有192 种为抗体药物,而在抗癌及自身免疫性疾病的治疗研究中,治疗性抗体占了一半[2]。截止2007年，美国FDA批准上市的抗体药物见表二[13]。 参考文献 [1] 章江益, 孙瑜, 王康力. 美国生物制药产业发展及启示[J]. 江苏科技信息. 2011, 1(5): 11-14. [2] 王友同, 吴梧桐, 吴文俊. 我国生物制药产业的过去、现在和将来. 药物生物技术[J]. 2010, 17(1): 1-14. [3] 吴梧桐, 王友同, 吴文俊. 21世纪生物工程药物的发展与展望[J]. 药物生物技术. 2000, 7(2): 65-70. [4] 储炬, 李友荣. 现代工业发酵调控学(第二版)[M]. 化学工业出版社. [5] Koury MJ, Bondurant MC. Maintenance by erythropoietin of viability and maturation of murine erythroid precursor cell[J]. Cell Physiol, 1988, 137(1):65. [6] Cuzzole M, Mercurial F, Brugnara C. Use of recombinant human Erthro-poietin outside the setting of uremia[J]. Blood, 1997, 89(12): 4248-4267. [7] 李萍, 刘国良. 最新胰岛素制剂的研究进展概述[J]. 中国实用内科杂志. 2003, 23(1): 19-20. [8] 张石革, 梁建华. 胰岛素及胰岛素类似物的进展与应用[J]. 药学专论. 2005, 14(11): 21-23. [9] 徐卫良. 生物制品供应链优化与供货提前期缩短问题研究――基于葛兰素史克(中国)疫苗部的实例分析(硕士学位论文). 上海交通大学, 2005. [10] Presta LG. Molecular engineering and design of therapentic antilodies[J]. Curr Opin Immunol, 2008, 20(4): 460. [11] Liu XY, Pop LM, Vitetta ES. Engineering therapeutic monoclonal antibodies[J]. Immunol Rev, 2008, 222: 9. [12] 陈志南. 基于抗体的中国生物制药产业化前景. 中国医药生物技术[J]. 2007, 1(1): 2. [13] 于建荣, 陈大明, 江洪波. 抗体药物研发现状与发展态势[J]. 生物产业技术. 2009, 1(3): 49.看了"基因工程学术论文"的人还看: 1. 高中生物选修三基因工程知识点总结 2. 高二生物基因工程知识点梳理 3. 浅谈基因工程在农业生产中的应用 4. 植物叶绿体基因工程发展探析 5. 关于蔬菜种植的学术论文
遗传与人类健康＇＇可以从以前人的身体素质和现在人对比＇＇＇重点写现在人突出的身体问题如肥胖＇力量＇身体的耐力等等＇＇＇基因突变可以写这些年应为环境的变化气候的反常使得人出现畸形＇＇＇
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生物学重要概念包括了对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释,对学生学习生物学及相关科学具有重要的支撑作用,处于学科中心位置.学术堂整理了一部分好写的生物类论文题目,供大家参考:1、本地珍稀濒危植物生存现状及保护对策2、论生物多样性与生态系统稳定性的关系3、室内环境对人体健康的影响4、糖尿病研究进展研究及策略5、心血管病研究进展研究及策略6、儿童糖尿病的现状调查研究7、结合当地遗传病例调查谈谈对遗传病的认识及如何优生8、浅析生态意识的产生及其培养途径9、生物入侵的危害及防治对策10、城镇化建设对生态环境的影响11、城市的生态环境问题与可持续发展12、农村的生态环境问题及其保护对策-以当地农村为例13、全球气候变化与低碳生活
每到学年结束的时候，老师就会要求学生对所学科目进行系统的总结。论文对于大一新生来说，一般都很生疏，特别是在格式方面存在很多问题。今天就为大家介绍基本的学年论文写法。题目：写论文首先就是写论文的题目，有的时候，老师会将论文题目发到每个学生手里；有时需要自己来写，自己来写就要注意论文题目要明确简洁有概括性，并能准确的反映本论文的研究内容。（字数不要太长，20字左右即可。）摘要和关键词：论文题目拟好后就需要写摘要和关键词（有时不需要写）。摘要是论文内容的简要陈述。关键词是主题词条，应采用能覆盖论文主要内容的词条。关键词一般写3—5个。正文 ：正文包括绪论、正文主体与结论等部分。 绪论应包括论文的目的与意义；对问题的认识及主要研究内容。论文主体是论文的主要部分，要层次清楚，结构合理，文字简练通顺。结论是对整个论文主要的成果的总结。在结论中应明确指出研究内容的成果，见解和观点。致谢：一般是对指导教师个人和同学们的帮助表示感谢。内容要实事求是， 简洁明了。参考文献：所引用的文献必须是本人真正阅读过的与论文直接有关的文献。（学年论文一般不需要写参考文献）附录 ：是对于一些不宜放在正文中，但又直接反映完成工作的成果内容。如图片﹑实验数据﹑计算机程序等。
基因工程药物网址： 题目好取，关键看你要写哪个方面的，推荐你写一下现今中国基因工程药物的发展情况，看看这篇文章：
神经科学的形态学研究方法可以将大量的神经信息用特定的形式来表述，从而帮助我们理解大脑中的不同部分之间的联系。它的优点在于能够有效地标注神经形态，从而更好地理解神经结构及其功能。然而它也因受到技术限制而存在一些缺点，例如对复杂的神经系统尚未能够得到很好的描述和理解。
中国土壤的盐化与碱化成分复杂且程度各不相同， 植物在长期进化过程中，从分子、细胞、生理生化水平等各个层面，形成了相应的机制来应对盐碱的胁迫，使其能够适应不同环境 。关于植物应对盐碱胁迫的内部调控机制的研究一直以来也是生物研究的热点内容， 对胁迫的信号传递和应答过程的深入了解将有助于提高作物的逆境适应能力 ，实现农业的可持续发展，并保障日益增长的世界人口的粮食安全。下面总计了5篇案例，覆盖了林木、草类植物、作物、药用植物等物种。
英文标题 ：PagWOX11/12a activates PagCYP736A12 gene that facilitates salt tolerance in poplar 发表期刊 ：Plant Biotechnol J. 影响因子 ：9.803 发表时间 ：2021/7/21 合作单位 ：中国林业科学研究院
主要结果 ： WUSCHEL related homeobox (WOX)转录因子WOX11和WOX12调控不定根和逆境响应。其在盐胁迫耐受的生理和分子调控机制仍有待进一步研究。本文研究了84K杨树(Populus alba P. glandulosa)中PagWOX11/12a在盐胁迫中的作用及其调控机制。盐胁迫强烈诱导了根系中PagWOX11/12a的生长。在杨树中过表达PagWOX11/12a可以增强其耐盐性，可以通过促进与生长相关的生物量来证明。相比之下，盐处理PagWOX11/12a的优势抑制植株的生物量增长下降。在盐胁迫条件下，过表达的PagWOX11/12a植株比未转基因的84K植株表现出更高的活性氧(ROS)清除能力和更低的过氧化氢(H2O2)积累能力，而抑制基因表现出相反的表型。
此外，PagWOX11/12a直接结合到PagCYP736A12的启动子区，调控PagCYP736A12的表达。在过表达PagWOX11/12a的杨树中，激活的PagCYP736A12可以增强活性氧清除能力，从而降低盐胁迫下根系中H2O2的含量。这些结果支持了PagWOX11/12a在杨树盐胁迫驯化中的重要作用，表明PagWOX11/12a通过直接调控杨树中PagCYP736A12的表达，调节活性氧清除，从而增强了杨树的耐盐性。
英文标题 ：Elucidating the Molecular Mechanisms by which Seed-Borne Endophytic Fungi, Epichloë gansuensis, Increases the Tolerance of Achnatherum inebrians to NaCl Stress 发表期刊 ：Int. J. Mol. Sci. 影响因子 ：5.923 发表时间 ：2021/12/7 合作单位 ：兰州大学
主要结果 ： 甘肃内生真菌增强了醉马草的耐盐性，增加了其生物量。然而，甘肃内生真菌提高寄主草耐盐性的分子机制尚不清楚。作者首先利用PacBio测序研究了醉马草的全长转录组信息。本研究共获得了738,588个全长非嵌合序列、36,105个转录本序列和27,202个完整的CDSs。共鉴定出了3558个转录因子(TFs)、15945个简单序列重复序列和963个长非编码rna。
结果表明，在NaCl浓度为0 mM和200 mM时，甘肃内生真菌在E+和E植物叶片中分别有2464和1817个基因表达差异。此外，NaCl胁迫对E+和E植株叶片中差异基因的调控量分别为4919个和502个。甘肃内生真菌差异表达了与光合作用、植物激素信号转导、氨基酸代谢、类黄酮合成过程和WRKY转录因子相关的转录本；
重要的是，在NaCl胁迫下，甘肃内生真菌上调了寄主草的生物学过程(油菜素内酯合成、氧化还原、细胞钙离子稳态、胡萝卜素合成、蛋白酶体泛素依赖蛋白分解代谢和原花青素合成)，表明寄主草对NaCl胁迫的适应能力增强。
综上所述，本研究揭示了甘肃内生真菌提高寄主耐盐性的分子机制，为利用内生菌培育耐盐牧草分子育种提供了理论依据。
英文标题 ：Comparative Transcriptome Analysis Reveals the Mechanisms Underlying Differences in Salt Tolerance Between indica and japonica Rice at Seedling Stage 发表期刊 ：Front Plant Sci. 影响因子 ：5.753 发表时间 ：2021/10/27 合作单位 ：武汉大学
主要结果 ： 筛选和培育耐盐性较强的水稻品种是应对全球盐胁迫导致的水稻减产的有效途径。然而， 品种间 特别是 亚种间 耐盐性差异的分子机制尚不清楚。本研究对 耐盐型 水稻RPY geng和 敏感型 水稻洛恢9号（Chao 2R）在盐胁迫下的转录组进行了比较分析。
盐胁迫下，Chao 2R和RPY geng的差异表达基因分别为7208和3874个。其中，两种基因型共表达的DEGs有2714个，而在Chao 2R和RPY geng中特异性表达的差异基因分别有4494和1190个。GO分析结果为两种基因型的耐盐性差异提供了更合理的解释。在盐胁迫下，Chao 2R正常生命过程基因的表达受到了严重影响，而RPY geng调控了多个胁迫相关基因的表达以适应相同强度的盐胁迫，如次生代谢过程、氧化还原过程等。此外， 基于MapMan注释和转录因子鉴定，还发现了与RPY geng特异性差异基因集耐盐性相关的重要通路和转录因子(TF)。
通过Meta-QTLs定位和同源分析 ，在15个QTL中筛选出18个盐胁迫相关候选基因。本次研究结果不仅为水稻亚种耐盐性的差异提供了新的见解，而且还为增强水稻的耐盐性的基因编辑提供了关键的靶基因。
英文标题 ：Comparative Transcriptome Analysis of Two Contrasting Chinese Cabbage (Brassica rapa L.) Genotypes Reveals That Ion Homeostasis Is a Crucial Biological Pathway Involved in the Rapid Adaptive Response to Salt Stress 发表期刊 ：Front Plant Sci. 影响因子 ：5.753 发表时间 ：2021/6/14 合作单位 ：山东农业大学
主要结果 ： 盐是影响植物产量和品质的最重要的限制因素。 不同品种的大白菜具有不同的耐盐性，但对其耐盐机制的研究较少 。本研究通过对 39个大白菜品种 的发芽袋试验，确定100 mmol /L NaCl为最适处理浓度，综合比较分析，鲜重相对值和叶片电解质渗漏量相对值是鉴定大白菜耐盐性的方便指标。研究结果表明，在盐胁迫条件下， 耐盐植物青花45 和 盐敏感植物碧雨春花 均能实现渗透调节、离子稳态和光合作用。
并且比较了两个品种的转录组动态。共鉴定出2,859个差异表达基因，其中青花45差异表达基因数量明显少于碧雨春花。VDAC促进Ca2+的释放，间接促进Na+通过SOS2途径向液泡转运。阳离子/H(+)逆向转运蛋白17和V-H + - ATP酶促进Na+和H+的交换，维持Na+在液泡内，从而减轻盐胁迫对植物的伤害。半乳糖醇合成酶和可溶性蛋白合成的增加有助于缓解盐引起的渗透胁迫，共同调控植物的Na+含量和叶绿素的生物合成，使植物适应盐胁迫。
英文标题 ：The transcriptome of saline-alkaline resistant industrial hemp (Cannabis sativa L.) exposed to NaHCO3 stress 发表期刊 ：Industrial Crops and Products 影响因子 ：5.645 发表时间 ：2021/10/15 合作单位 ：黑龙江八一农垦大学
主要结果 ： 本文报道了工业大麻NaHCO3胁迫下的基因表达谱。在这项研究中，RNA-seq被用来研究基因表达分析的工业大麻根暴露于100毫米NaHCO3(以0、 1、6和12 h为不同时长)。
结果表明，植物激素信号转导与合成、苯丙素生物合成、淀粉、蔗糖、氮、氨基酸等代谢途径可能与工业大麻在NaHCO3胁迫下的响应有关。
此外，通过加权基因共表达网络分析确定了16个模块，其中6个模块与NaHCO3胁迫显著相关。这六个模块基本上富集在与内吞作用、淀粉和蔗糖代谢、氮代谢和苯丙素生物合成相关的通路中。关键通路的枢纽基因与GTP结合蛋白、谷氨酸合成酶、海藻糖磷酸、糖基转移酶和木质素合成相关。
本研究结果揭示了工业大麻对NaHCO3胁迫响应的分子机制。
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CRISPR/Cas系统是细菌和古菌特有的一种天然防御系统，用于抵抗病毒或外源性质粒的侵害。当外源基因入侵时，该防御系统的 CRISPR 序列会表达与入侵基因组序列相识别的 RNA，然后 CRISPR 相关酶(Cas)在序列识别处切割外源基因组DNA，从而达到防御目的。
根据Cas蛋白的特点，可将CRISPR/Cas系统分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型和Ⅲ型系统需要借助复杂的蛋白复合体发挥作用，Ⅱ型系统仅借助 Cas9蛋白和sgRNA即可对靶目标进行编辑，结构简单，操作容易，因此目前主要使用Ⅱ型CRISPR/Cas9 系统。
CRISPR/Cas自诞生以来，迅速发展，已经成为生命科学领域最耀眼、最有前景的技术。尤其是近两年，在全世界科学家的共同努力下，CRISPR/Cas相关新进展新突破不断涌现。
一、基因编辑技术的发展史
基因编辑可以分为三代，第一代：ZFN；第二代：TELEN；第三代：CRISPR/Cas。这三个基因编辑技术都利用了DNA修复机制，所以我们先来了解一下DNA修复机制（ 图1 ）。[图片上传失败...(image-8dab49-1625385468208)]
图1-NHEJ修复（左），HDR修复（右）
NHEJ（Non-homologous end joining）
非同源性末端接合
NHEJ修复机制不需要任何模版，修复蛋白直接将双股裂断的DNA末端彼此拉近，在DNA连接酶的帮助下重新接合（ 图1 ）。
HDR（Homology directed repair）
同源重组修复
当细胞核内存在与损伤DNA同源的DNA片段时，HDR才能发生。
NHEJ的机制简单又不依靠模版，因而NHEJ的活性相对于HDR高出许多。但NHEJ修复出错的概率较高，容易造成移码突变等，基因编辑正是利用了这一点（ 图1 ）。
1.ZFN的识别切割机制
融合锌指模块和FokI切割结构域形成ZFN ；以二聚体的形式靶向切割每个锌指结构；特异识别3个碱基 ；组装多个锌指结构(识别12-18bp)形成的ZFN对可特异切割基因组靶点 （ 图2 ）。
[图片上传失败...(image-3f1d8d-1625385468209)]
图2-ZFN基因编辑原理图
2.TALEN的识别切割机制
两个TALE靶向识别靶点两侧的序列；每个TALE融合一个FokI内切酶结构域；FokI通过TALE靶向形成二聚体切割靶点；设计灵活识别特异性强（ 图3 ）。
[图片上传失败...(image-6dcfc-1625385468209)]
图3-TELEN基因编辑原理图
3.CRISPR/Cas9的识别切割机制
crRNA通过碱基配对与 tracrRNA结合形成 tracrRNA/crRNA 复合物，此复合物引导核酸酶 Cas9 蛋白在与 crRNA 配对的序列靶位点剪切双链 DNA（ 图4 ）。
[图片上传失败...(image-c85235-1625385468209)]
图4-CRISPR/Cas9基因编辑原理图
ZFN、TELEN、CRISPR/Cas9比较
[图片上传失败...(image-dd6344-1625385468209)]
图5-三种基因编辑的比较
二、CRISPR/Cas技术的介绍
CRISPR/Cas9 系统的发现
1987年，在大肠杆菌的基因组中首次发现了一个特殊的重复间隔序列——CRISPR序列，随后，在其他细菌和古菌中也发现了这一特殊序列。
2005年，发现这些CRISPR序列和噬菌体的基因序列匹配度很高，说明CRISPR 可能参与了微生物的免疫防御。
2011年，CRISPR/Cas系统的分子机制被揭示：当病毒首次入侵时，细菌会将外源基因的一段序列整合到自身的CRISPR的间隔区；病毒二次入侵时，CRISPR 转录生成 前体crRNA (pre-crRNA)， pre-crRNA 经过加工形成含有与外源基因匹配序列的crRNA，该crRNA与病毒基因组的同源序列识别后，介导 Cas 蛋白结合并切割，从而保护自身免受入侵。
2013年，发现CRISPR/Cas9系统可高效地编辑基因组。随后张锋等使用CRISPR系统成功的在人类细胞和小鼠细胞中实现了基因编辑。
从此开始，CRISPR/Cas9技术给生命科学领域带来了巨大冲击，CRISPR/Cas9相关研究成果频频登上CNS等顶级期刊，近两年更是成为诺贝尔奖热门候选。
CRISPR/Cas技术的原理
CRISPR/Cas9系统的工作原理是 crRNA（ CRISPR-derived RNA ）通过碱基配对与 tracrRNA（trans-activating RNA ）结合形成 tracrRNA/crRNA 复合物，此复合物引导核酸酶 Cas9 蛋白在与 crRNA 配对的序列靶位点剪切双链 DNA。而通过人工设计 crRNA 和 tracrRNA 这两种 RNA，改造成具有引导作用的sgRNA （single guide RNA ），从而引导 Cas9 对 DNA 的定点切割（图4）。
CRISPR/Cas技术的优势
设计简单，简明的碱基互补设计原则，识别不受基因组甲基化影响，能靶向几乎任意细胞任意序列，方便同时靶向多个靶点，切割效率高。
三、CRISPR/Cas的脱靶效应
PAM**** (Protospacer adjacent motif )
前间区序列邻近基序
PAM序列区是CRISPR/Cas9系统行使切割功能的基本条件。如果靶序列 3′端没有PAM序列，即使靶序列与sgRNA序列完全匹配，Cas9蛋白也不会切割该序列位点。 PAM序列主要影响CRISPR/Cas9的DNA切割效率。在细胞水平上，NGG介导的切割效率是最高的。
sgR****NA ****(Single guide RNA )
向导 RNA
sgRNA与目标基因组相结合的 20nt 序列区决定着 CRISPR/Cas 系统的靶向特异性。CRISPR/Cas9与靶位点识别的特异性其实主要依赖于sgRNA与靠近PAM区的10~12 bp的碱基配对，而其余远离PAM序列 8~10 bp 碱基的错配对靶位点识别的影响并不明显。目前研究结果均提示，可能靠近 PAM 的 8~14 bp 序列是决定特异性的关键，其他序列也均在不同程度上影响脱靶效应。
CRISPR/Cas9的脱靶效应给研究带来了一定程度上的不确定性，也是限制其发挥更大潜力的主要原因之一。
2017年5月30日， Nature 杂志子刊 Nature Methods 刊登了美国哥伦比亚大学研究人员的一篇文章，研究人员通过CRISPR/Cas9成功修复了导致小鼠失明的基因后，对小鼠进行全基因测序，发现修复后的小鼠基因组有超过1500个单核苷酸突变，以及超过100个位点发生大片段插入或缺失（ 图6 ）。文章的结论无疑引发了巨大震动，也给正在进行中的CRISPR/Cas9带来了不确定性。
[图片上传失败...(image-f21b76-1625385468208)]
图6--动物体内实验中CRISPR/Cas9编辑后发生意想不到的突变
仔细分析后，发现该文章并不十分严谨，文章仅有两只小鼠作为实验组，一只作为对照组，数量不足以证明结论是否只是个例。而且单碱基突变是生物体内自然现象，不能全归于CRISPR/Cas9。整个实验只基于一个sgRNA数据，且该sgRNA特异性评分很低，造成脱靶效应也应该在预料之中（ 图7 ）。
[图片上传失败...(image-751d94-1625385468208)]
图7--针对 Nature Methods 文章的回应
经过一系列的研究和改进，目前CRISPR系统的脱靶性已经很低，当然，要想达到理想的状态，还有很长的路要走。
四、CRISPR/Cas技术的进展
2016年6月，张锋在 Science 发表文章，发现CRISPR/Cas13a能有切割细菌的特定RNA序列。
2016年9月，Jennifer Doudna在 Nature 发表文章，证实CRISPR/Cas13a可以用于RNA检测。
2017年2月22日，美国纪念斯隆.凯特林癌症中心（MSK）研究人员在 Nature 杂志发文，使用腺相关病毒（AAV）介导，将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于CAR-T疗法。该研究既解决了传统CAR-T疗法的随机整合可能存在的潜在危害，又大大降低了CAR-T细胞发生分化或癌化的风险，赋予了CAR-T技术全新的高效性、稳定性、安全性。
2017年8月2日，Shoukhrat Mitalipov在 Nature 发表长文，使用CRISPR/Cas9技术修正了植入子宫前的人类胚胎中一种和遗传性心脏病有关的变异。该研究证实了通过编辑人类胚胎进行治疗遗传病是安全可行的。值得一提的是，该成果受到了基因编辑领域大牛George Church等人的质疑。
2017年8月11日，杨璐菡等在 Science 发表文章，通过CRISPR/Cas9技术敲除猪基因组中的内源逆转录病毒（PERV）序列，并克隆出多只PERV失活小猪。向最终实现使用猪器官进行人体器官移植的终极目标迈进了一大步。
2017年9月，杂交水稻之父”袁隆平院士宣布使用CRISPR/Cas9技术敲除与镉吸收和积累相关基因的水稻育种成功。该研究从根本上解决了水稻镉污染的问题，将扭转我国部分农作物重金属超标的问题，进而改善部分人群重金属慢性中毒的问题。
2017年10月4日，张锋在 Nature 发表论文证实CRISPR/Cas13a能够在哺乳动物细胞中编辑特定的RNA。CRISPR/Cas13a能够达到RNAi相似的降低基因表达的效率，而且有更强的特异性，且对细胞内天然的转录后调控网络的影响更小。
2017年10月19日，Jennifer Doudna在 Nature 发表文章，设计了高精确性的Cas9变体—HypaCas9。该研究极大地降低了Cas9的脱靶效应，且不降低靶向切割效率。
2017年10月25日，张锋在 Science 发表文章介绍CRISPR新系统--REPAIR，可以高效的进行RNA的单碱基修复。因为不改变DNA序列，所以为通过基因编辑治疗遗传病而又不永久影响基因组提供了新可能。
2017年10月25日，哈佛大学Broad研究所的David Liu实验室在 Nature 发表长文，报道了新型腺嘌呤基因编辑器——ecTadA-dCas9，可以将A·T碱基对转换成G·C碱基对，该技术首次实现了不依赖DNA断裂即可进行基因编辑的技术，即单碱基基因编辑技术。该技术高于其它基因组编辑方法的效率，且几乎没有随机插入、删除或其它突变等不良副作用，因此为今后大范围治疗点突变遗传疾病提供了极大的便利。
五****、展望
近几年CRISPR/Cas基因编辑技术飞速发展，推广应用到了生物、医学、农业以及环境等多个领域，造就了一批批科研奇迹，尤其是在遗传病的治疗、疾病相关基因的筛查与检测、肿瘤治疗以及动植物的改造、病原微生物防治等领域有着巨大的潜力，也将深远地影响整个世界。
特别感谢：BioArt主编给予的帮助和意见以及吉满生物吴晨提供图1-图5的图片。
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研究大脑的方法和技术有很多，想要在一篇专栏里全部囊括进来是不现实的。有专业需要的还是需要翻翻书。韩济生所编的《神经科学（第三版）》开头就是七个章节的方法介绍：形态学方法、生理药理学方法、电生理学方法、光学成像方法、脑功能成像方法、遗传学方法和行为学方法。 虽然内容不是很新，仍有可取之处。这篇文章仅浅显地做一次梳理，重点讲述成像技术。笔者也还是懵懂的学生，写这篇文章参考了老师的授课讲义、许多网络资料和书籍，但可能还是有错误的。如果发现有错，请指正。一、概述行为是大脑活动的外显，但我们无法仅从行为的衡量推测出大脑的活动规律。这不是在否定行为学研究，相反，行为学研究为脑机制研究提供了背景和指导。那么，当今我们有哪些手段能够将行为与脑关联起来？大体上可以分为三类：1. 观察（暂时性）损伤的影响a. 脑损伤b. 基因修饰c. 失活钝化作用（inactivation）2. 观察（干扰性）刺激的影响a. 药物b. TMS，tDCS，DBSc. 训练（training）3. 在行为过程中衡量脑部活动a. 电生理学b. EEG/MEGc. PET/MRIi. 结构性ii. 功能性这些技术手段要解决的问题主要有三个：第一，我们如何同时测量多个区域的活动？有些任务可能同时涉及多个脑区，比如空间知觉、记忆和计划。第二，如何衡量单一运动模式或感觉成分的影响？第三，如何找出脑区之间存在连接的证据？二、脑与认知的关联1. 脑损伤探究认知的神经基础，其主要目标之一，是建立不同脑区与神经活动和认知功能（或认知加工）之间的联系。回答这个问题的方法有很多，其中之一是对脑损伤（brain lesion）病人进行研究，找出脑区与认知加工的关联性（association）和无关联性（dissociation）。Purve's, Cognitive Neuroscience, Chapter 3假设有一组病人的脑区1（图中Region 1）受损，其在进行任务A（Task A，红色柱）时表现出明显缺陷，但在进行任务B（Task B，蓝色柱）时与常人无异，那么说明脑区1与任务A的神经活动之间有关联性，而脑区1与任务B的神经活动之间无关联性。如果能找到另一组脑区2（图中Region 2）受损的病人，他们的任务A表现与常人无异，而任务B明显有缺陷，那么从以上两个结果就可以作为以下结论的强证据：这两个脑区与这两个任务之间存在双重无关联性（double dissociation）。双重无关联性比单一的关联性和无关联性更能说明特定脑区与特定任务神经活动之间的关系，因为单一的无关联性可能是由某个一般因素（general factor）引起的，比如说任务的难度。但是，如果另一种损伤能够提供正好相反的结果，那么就更能说明两个脑区的功能独立性。不过，一般来说，被检验的脑区通常是部分无关联的，但这也能给我们提供很多信息了。这种关联性和无关联性也能从功能性核磁共振成像（fMRI）实验中得到（右图），但不限于脑损伤病人被试，也可以用健康人做被试。后面再讲fMRI的细节。另外，某些脑区损伤、脑部肿瘤或疾病也会导致行为异常，从而揭示该脑区的功能。比较著名的例子是两种失语症（Aphasia），即言语障碍。其一，是因威尔尼克区（Wernicke's area，顶枕颞联合处）受损而出现的言语理解障碍（fluent aphasia）。患者的听力没有问题，但是他们无法理解别人所说的话，自己说的话语法正确但同样欠缺意义。如果你问他们，hey bro，你刚才拿着iPad干嘛呢？他们可能会微笑着“回答”说，“现在他们没有在织什么（right at the moment they don't show a darn thing）。”有兴趣的可以看看这个视频：b站无字幕版：失语症Wernicke's Area受损 YouTube有字幕版：失语症Wernicke‘s area）。某一瞬间，你可能觉得你们处于两个平行时空，正在平行游戏（just kidding）。另一种，是因布洛卡区（Broca‘s area，左脑半球额叶下回）受损而导致的言语表达障碍（expressive aphasia）。患者能够理解你跟他们说的话，但是他们自己没有办法连贯地说一句话，就像牙牙学语的宝宝一样。比如，在解释自己去医院看牙医时，他们会说：“是...阿...星期一...阿...父亲和Peter H(他的姓名)...， 及父亲....阿...医院...及阿...星期三...星期三九点...以及 ，喔...星期二...十点， 阿，医生...两个...医生...及阿...牙齿...对的。”言语障碍还有很多，我记得高中生物书也提到过的，有兴趣的可以查阅一下相关资料。最近在英剧《慈悲街》里也看到有医生提及Paul Broca其人。故事背景刚好发生在Broca的时代吧，挺有意思的（但我还是弃剧了_(:3∠)_）。2. 药物毕竟，脑内涉及相当多的神经化学物质，使用药物进行研究也是一种手段。以人为被试的实验，我了解得不多，只听过用多巴胺做实验的。曾经有段时间（可能现在也仍旧在进行），北师大脑与认知研究所（现在并入心理学部啦）在研究多巴胺对学习的影响（不过这可能只是cover story，谁知道搞心理的心里在想什么，嗯？），给的钱还挺多（见下图招募广告）。药物对行为影响的研究被试招募广告不过，大多数此类实验还是在动物身上进行的。下图是蜘蛛被给予某种药物前后所结的网。猜猜是什么药物？提示：基本上是科研人员、程序员每日必备。答案在评论。蜘蛛被给予某种药物前后所结的网3. 脑深部电刺激术（Deep Brain Stimulation, DBS）目前，脑深部电刺激术已经应用于临床了。它发展于上世纪80年代，是治疗运动性神经系统疾病的新方法，主要运用于帕金森病（Parkinson's Disease，PD）等。它由体内刺激脉冲发放器和体外控制器组成。你可以把它看作脑起搏器，跟心起搏器的不同在于，你可以控制它的开关（心脏不行啊，停了就完蛋了）。以帕金森病的治疗为例，立体定位手术将脉冲发放器植入锁骨皮下，发放刺激的微电极定位于黑质（Substantia Nigra）。患者打开开关，就能给予黑质额外刺激，使其产生多巴胺，从而改善震颤症状。当然，微电极的植入部位视病情而定，也有放在苍白球内核的（关于帕金森病的致病机制此不赘述）。DBS治疗仪器原理示意图我看过患者自录的视频，效果还是很明显的。当开启脑起搏器后，患者的各种动作都很正常，拿东西、做手势都很平稳，然而一旦关闭开关，马上就出现双手震颤等症状了。4. 经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）脑功能成像的一般逻辑是：特定任务引发特定脑区激活。EEG和fMRI就是基于这条逻辑。不过，一个命题如果成立，那么它的逆否命题也成立。因此，上述逻辑的逆否命题也是成立的：当我们抑制某个脑区的活动性时，某种任务无法完成。损伤或捣毁某个脑区、给药、利用基因编辑技术抑制或消除特定脑区的活动性，再看行为认知表现，就是基于这一点。不过以人为被试的话，这三种手段是无法通过伦理审查的。而经颅磁刺激（TMS）技术为研究者们提供了一种适用于人的、无创的、干扰特定脑区活动的方法。在特定时刻，特定皮层对应的头皮位置，施加具有一定强度和持续时间的单个或多个磁脉冲，在脑内产生反向感应电流就能暂时地干扰该皮层的功能活动，就能检验该脑区的活动对某个实验任务的完成是否必要。经颅磁刺激有单脉冲（single-pulse）和多脉冲（repetitive）两种模式。由于脉冲作用时间段，一般是不会给被试带来伤害的。我在一次workshop中“玩”过一下TMS，脉冲发放器有点像小樱的魔法棒，拿起来挺重的。这玩意你说不危险吧，其实也有风险的。发放脉冲的时候手一定要拿稳了，不然，万一手一滑，结果抑制了脑干的活动性，出人命了是要赔光经费的。这也是TMS较少用于小脑功能研究的一个原因。TMS的缺点是很明显的。第一，它精度不高。其空间分辨率为厘米量级，不如fMRI；时间分辨率为几十毫秒，不如EEG/MEG。第二，它刺激的部位不够深，只能作用于皮层。虽然大部分神经元位于皮层灰质，但脑中还是有一些深部核团的，而TMS无法影响到它们。第三，运用于小脑研究时有局限。这一点我比较在意，因为我是搞小脑的。小脑的蚓体部分你不敢用TMS抑制啊，人家就在脑干之上。当然，我们基本也不用TMS研究小脑。5. 经颅直流电刺激（Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS）tDCS 由阳极和阴极两个表面电极组成（不会插进脑子里的），可以用外部软件控制刺激输出类型，以微弱极化的直流电作用于大脑皮层。tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节神经网络的活性而发挥作用。它改变的是影响神经元去极化和超极化的膜静息电位，从而改变神经元的兴奋性。阳极刺激引起膜静息电位去极化，从而提高神经元兴奋性，也使它们更容易发生同步放电；阴极刺激引起膜静息电位超极化，降低神经元兴奋性，减少同步放电。这个技术最初是用于治疗抑郁症和其他脑损伤疾病的，后来也用于帕金森病、阿尔茨海默病和精神分裂等。现在，研究发现，tDCS能通过表观遗传学（epigenetic）机制影响海马内脑源性神经营养因子（BDNF）的表达，改变细胞水平的突触可塑性，从而改善了学习和记忆（Podda, 2016）。不过这研究很新，还是在小鼠上做的，还需要更多论证，能不能适用于人的情况也不好说，就算能那啥时候能开发出保健性产品就更难说了，我劝读者淡定。关于涉及脑刺激的实验，研究者应该设置三种实验条件：1）实验刺激条件；2）控制刺激条件；3）无刺激条件（sham condition）。而实际上，许多研究中都缺少了第二或第三种条件。像我这么勇于探索的人，自然也是体验过这个技术的。我参加的那个实验是研究平衡觉的，详细内容就不说了，毕竟人家还没把文章写出来。实验中，他们需要在耳后乳突处安放电极，刺激前庭，使被试产生旋转或平移的感觉。这种流电前庭刺激（Galvanic vastibular stimulation）属于tDCS的一种变式。我参加的时候还不知道啊，做完这个实验后还跟主试小姐姐说，好好玩哦和你呆了一下午真开心呐。第二天小姐姐的师妹来问我要不要参加tDCS的一个实验呀，我查了查翻译，说“哎呀那个听起来太刺激了呀我就不去了”……感觉伤害了小姐姐的师妹。好了，回到主题上来，主试施加电流的时候，我听得见“哒”的一声“电的声音”，然后口腔内有些难以言说的奇妙感觉，然后就感觉到自己在旋转或平移——但实际上并没有，因为我的身体被固定住了。由于涉及前庭，有些人会觉得很难受，有恶心、呕吐等情况，但我觉得一切OK。三、衡量脑部活动性1. 直接的电生理记录 （Direct electrophysiological recording）电生理手段记录的是单个神经元的放电活动，可以进行胞外或胞内记录。膜片钳是一种很重要的电生理记录方式，具体的原理和方法可以写出一本书来。活体（in vivo）记录只在动物身上进行，体外（in vitro）是可以用人类的脑组织碎片的。在脑部肿瘤相关研究中，研究者们可以与医院神经外科合作，让医生们在切除脑部肿瘤的时候通知他们去取新鲜的肿瘤组织，然后尽快用人造脑脊液（artificial cerebrospinal fluid, ACSF）在适宜条件下培养，并进行电生理记录。这些切除下来的肿瘤组织往往还带有一些周边的健康脑组织，后者就成了肿瘤组织的“健康”对照。有些神经元很好记录，比如浦肯野细胞，还有些神经元的记录难于上青天，分分钟令研究者怀疑人生。最近，我的督导在进行小脑深部核团神经元的patching，一整个下午patch不到一个细胞的情况也是有的。刚来实验室的时候，我去观摩他patching，观摩了两小时。督导等到下午五点，仿佛大赦，慈眉善目地催我赶紧回家看书预习第二天功课。出门后，师兄跟我说，你督导为了顾及男人的面子，实在不想让你看他重复失败了，其实他等你一走，就会骂屎摔桌关仪器走人了，毕竟我也这样。但后来我发现，我督导真的很拼命，有时挣命patching到午夜。2. 脑电图（Electro-encephalography, EEG）脑电技术可以写若干本书出来。在此只是蜻蜓点水，拣我知道的说一说。脑电图应该是比较常见的脑部成像技术了。记录脑电信号的时候，要在头皮上安放多个电极，以收集该电极位置下随时间变化的多个皮层神经元同步放电的信号。毕竟电极那么大，只有当它底下的神经元同步放电时才能收集到电信号，不然，单个神经元的电信号就相互抵消掉了。这也得感谢我们的皮层神经元是按照同向柱状结构排列的，不然横七竖八什么也记录不到的。电极的数量有单导、8导、32导、64导，甚至还有256导。这么常用的脑研究手段，我当然也体验过啦。五年前的被试价格大概是每小时50～60元，一般一次俩小时。要洗头，去掉影响导电性的头皮屑，然后戴帽子打电极膏（edible）降电阻。期间可以出现各种各样的情况（帽子坏啦软件崩啦电阻降不下来啦），十分磨练研究者的耐心和意志。做被试的时候，打电极这一步是非常好的睡觉的时机，戏精一点的人可能会觉得自己在做头部SPA（I‘m kidding）。记录时可选择耳后电极作为参考，也可以选择用平均参考电极作为参考。眼睛上下方的电极用于记录眨眼，以消除伪迹。一般来说，主试一般都会要求被试在静息时不要想任何事情，尽量放空。说实话，有时候这对被试来说很难。因为有些被试闭上眼睛就想睡觉，比如我，所以后来我基本也不去当脑电被试了，以免干扰人家的数据，阻碍了人家发paper赢奖金走上人生巅峰的路。这也勉强还好，说想睡觉其实也不会睡着的。但有一天，我听一个朋友倾诉，他那天去做脑电被试赚零嘴钱，一进门就被主试小哥帅气的脸深深吸引，静息的时候脑子里全都是乱七八糟不堪入目的画面，完全没法克制。为小哥的数据点蜡，同时提醒各位，选主试要慎重。言归正传（我跑题了吗？挠头）。EEG的电极所记录到的信号包含了多种频率的脑电波，进行功率谱密度（Power Spectral Density, PSD）分析，可得到不通频率的波的能量分布。这是一种传统的频域分析方法。某些脑区可能低频波更大更多，某些脑区可能主要是高频波。低频波往往意味着缺乏意识（比如睡眠阶段），高频波一般意味着高活动性。功率谱密度分析利用小波分析（wavelet decomposition）或滤波器（filter）可以获得EEG节律波，可粗略将其划分为五个波段（wave bands）：活动或唤醒时候出现的Gamma波，频率于30Hz，比如说，现在正在看这篇文章的你，脑子里应该是这样的波；当然了，如果没有那么高的活动性，或者比较冷静，那么应该是Beta波，频率在16～30Hz之间；放松状态下为alpha波，频率在8～15Hz之间；困倦状态下为theta波，频率在4～7Hz之间，比如，上课听不懂的时候，满脑子都是这种波；深度睡眠（非快速眼动阶段）的时候为Delta波，频率小于4Hz，本科的形政课上，我脑内基本都是这种波。我在高三期间接受过心理放松疗法，当时咨询师会在念指导语时播放所谓的alpha波音乐，来帮助我达到一种放松的状态。至于究竟有没有效果，我说不好，因为……当时没有戴EEG的帽子哈哈哈哈。另外，有研究报告说，在冥想时，与普通人相比，佛教和尚更容易出现高度清醒的Gamma波（Davidson et al., 2008）。可以说很有意思了。大概冥想是真的有用吧，但是需要坚持练习才有效果。经过包括滤波、矫正、平均叠加在内的大概10个步骤，最后可以得到不同刺激条件对应的事件相关电位（Event-related potential, ERP），从而建立刺激与应答之间的关联（stimulus response association）。一个ERP波形由一系列峰谷组成，这些电压波动反映的是若干基础或潜在独立的成分之和。如何设计ERP实验，使这些潜在独立成分能够被测量出来，是实验成功的关键。一般，在呈现视觉刺激后，首先会出现早期视觉成分C1；其次出现P1族，它具有注意效应，但受到刺激对比度的影响，而N180成分一般与错误加工有关；后面出现的P3族成分最为关键，它是内源性成分，受注意的影响。对有需要的读者，推荐几本入门读物，这里不展开了：研究及实验逻辑、基础：Steven J. Luck写的《事件相关电位基础》，目前华东师大出版社已经出版了范思陆、丁玉珑、曲折和傅世敏合译的译本；入门：赵仑写的《ERPs实验教程》；数据分析方面：魏景汉和罗跃嘉写的《事件相关电位原理与技术》。如果把每个电极/线圈随位置上的波形信息综合到一起就可以绘制出头皮表面电/磁场强度随时间变化的地形图。那我们能不能根据这些信号计算出它们的“源”空间分布？这就是脑电的“逆向问题（Inverse problem）”。很难，它的解其实有无穷多个。根据"源"分析中事先所设定的边界条件多少，我们通常可以在研究论文中看到“偶极子定位（dipole localization）”和“电流密度分布(current density distribution)”两种“源”分析模型。后者更适合研究大脑高级认知加工过程。但这种源分析得到的空间分布精度很低，远比不上fMRI。EEG厉害的地方在于时间精度，为毫秒量级。3. 核磁共振成像（Magnetic Rsonance Imaging, MRI）-原理- （以下部分译自Principles of neural science, 5th edition, chapter 20）我们知道，原子核有自旋（spin）运动，而自旋在外加磁场中会发生磁化（nuclear magnetic resonance）。1949年，Erwin Hahn发现，核磁共振的消退随该物体的化学组成而变化，这是fMRI的原理基础。MRI扫描仪由几个部分组成：1）能产生巨大磁场的超导磁体。身体里的每一个水质子都会绕轴旋转，就像一个小小的条形磁铁一样。一般来说，水质子的旋转方向都是散乱无规律的，所以身体组织的净磁场为零。但是，如果施加一个磁场，那么质子的自旋方向就对齐了。2）高频线圈（radio frequency coil，RF coil），一种设计独特的线圈，环绕着被试。根据安培定律（Ampere's law）RF线圈中短暂、快速变化的电流信号会产生一个快速变化的磁场。这第二个磁场与扫描仪中的主磁场叠加。RF线圈发出的电流称RF脉冲（RF pulse）。由RF脉冲产生的磁场使质子发生进动（precession）运动，即其自旋轴也在绕另一个轴旋转。将个体体内所有水质子活动叠加，其进动运动会产生一个随时间而变化的旋转磁场。依据法拉第定律（Faraday's law），这会在RF线圈内产生一个变化的电流。而MRI测量的就是这个电流。3）磁梯度线圈（magnetic gradient coils）。这个线圈是为了3D成像而加的。具体不赘述了。-fMRI-功能性核磁共振（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）主要衡量的是每个体素（voxel）内脱氧血红蛋白（deoxyhemoglobin）的相对含量。当神经元处于激活状态时，该区域的含氧血供应增加。由于某种未知原因，供应的含氧血红蛋白量比局域耗氧量要多，因而导致该区域的含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的比值升高。含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白有着不通的磁特性。当氧分子从血红蛋白上脱落时，血红蛋白中的铁离子暴露出来。因此，脱氧血红蛋白会在周围产生一个不均匀的磁场。所以靠近这些脱氧血红蛋白的水分子所处的磁场就与别个不同了。而，磁场越不均匀，质子的横向磁化强度衰减时间（T2）越短。如果某个脑区的血氧含量较高，那么该处磁场更均匀，T2更长，成像的光点更亮。写累了，扯一扯闲话。话说，一台核磁共振仪价值几百上千万人民币，占用场地的钱还得另算。平时看到医院的大烟囱冒出白雾，就是在冷却核磁共振仪。2013年那会儿，使用两小时fMRI就得花掉2000元经费，被试费的价格是300元俩小时。实验要求被试身上不得含有金属仪器，什么镶金牙、起搏器等等的就不要想了，会出事的。毕竟磁场那么大。到了实验室之后，由主试带着一条一条询问、签署知情同意书，然后去试衣间脱下所有衣服（内裤大概是不用脱的），换上他们给的实验服（大概是病号服）。进入仪器房间前还要再用金属探测仪再检查一遍身体。呆在核磁共振仪里面，空间非常狭小，无法翻身，所以有幽闭恐惧症的也不能参加这种实验。实验中，机器的声音非常非常大，主试要给被试戴耳塞的。有一次，我的主试忘记给我耳塞了。我在实验开始前呼叫，但是主试好像并没有听到，于是我带着巨大的担忧和恐惧在进行各种认知任务。我每一秒都在担心下一秒是不是就聋了_(:3∠)_。在进行实验时，研究者至少要设计两个间隔进行条件（矩形设计），任务条件和控制条件，后者可以为静息态。然后将任务条件下的信号平均叠加，选择兴趣区（Region of interest, ROI）进行分析。另外，在呈现多种刺激时，可以使用事件相关设计，但是事件与事件之间的间隔应不少于5秒。因为fMRI的冲击响应方程提示我们，刺激之后的4～6秒，fMRI信号才达到峰值。-structural MRI-结构性核磁共振（Structural MRI）一般有两种应用。一种是基于体素的形态学分析（Voxel based morphometry, VBM），另一种是衡量连接性的弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）。VBM是一种以体素为单位的形态测量学方法，可以定量检测出脑组织各组分的密度和体积，从而能够检测出局部脑区的特征和脑组织成分的差异。它也可以得出某脑区体积与行为之间的关联性。我们可以举个论文题目当例子：《大脑局部灰质体积与戒烟结果的关系——基于体素的形态学分析》（钱微等，2014）。还有人研究了自由派和保守派的前扣带回和右侧杏仁核体积的对比（Kanai et al., 2011），还有显著呢，发在Cell子刊Current Biology（IF：4.99）上，大家自己批判性看待结果吧。Kanai et al., 2011也有研究表明，网络成瘾越久，背外侧前额叶、腹侧前扣带回和辅助运动区皮层灰质体积就越小（Yuan et al., 2011）。Yuan et al., 2011几十年前，人们就发现MRI能够测量谁扩散程度上的差异。DTI就是在此基础上发展起来的，它能够描述脑内白质纤维束每一点的局域方向。这是因为白质由许多轴突组成，而水分子沿白质纤维束反向扩散的速度是垂直方向速度的3～6倍。4. 正电子发射断层成像（postron emission tomography, PET）PET是基于对放射性示踪原子核进行检测的成像技术。被试需要被给予一些能发射正电子的原子核标记物，也就是C、O、N等原子的同位素，比如C11葡萄糖溶液。放射出来的正电子与周围粒子碰撞失去动能之后将与物质中的自由电子结合发生堙灭过程，从而释放出一对反向的光子（gamma 射线) 。 这样的光子能够被周围含有闪烁晶体( scintillator ) 的 gamma射线探头所检测到。因为每个正电子堙灭产生两个光子 ，所以 PET 扫描仪中只采用两个同时探测到的gamma射线以确保只有同时产生的反向光子才被检测。相关的两个探头的连线确定了正电子所在的直线，以便用数学的方法来重构出断层图（韩济生，2006）。右图是PET成像图。基本上，PET的实验设计和fMRI的矩形设计是一样的。但是和MRI相比，它的时间分辨率比fMRI还要糟糕（最好的是EEG），空间分辨率比MRI差一点，但也还行了。而PET技术所需的放射活性标记物也带来了一些优缺点。优点是它能够标记不通的化合物，比如葡萄糖，或者氧分子。缺点在于它有放射活性。而且非常耗时，不能重复多个任务，或者说多个任务之间所需的间隔时间很长。四、结语下图是不同脑研究技术的时间精度和空间精度大致分布图。其实还有好些研究大脑的手段还没有提到。比如在动物身上做的各种免疫组化示踪等，透明脑成像图是非常酷炫的（发文章的话会很好看）。以后有机会可以再说。每种研究手段都有它的优缺点，至少目前还没有十全十美的技术手段。在解释用这些技术得到的结果时，要谨慎、批判地去看待那些数据。