表觀遺傳學的應用范文
時間：2023-12-28 17:51:03
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篇1
1.巴氏小體案例在遺傳學教學中的應用
3.遺傳學教學中在細胞與分子水平上理解等位基因的顯性與隱性
4.果蠅唾腺多線染色體研究進展及其在遺傳學教學中的應用
5.以人類血型為遺傳學案例教學的思考與實踐
6.表觀遺傳學藥物的研究進展
7.表遺傳學幾個重要問題的述評
8.構建優質教學體系,促進《遺傳學》精品教育
9.小鼠毛色遺傳的控制機制及其在遺傳學教學中的應用
10.肝癌發生的分子遺傳學和表遺傳學研究
11.景觀遺傳學原理及其在生境片斷化遺傳效應研究中的應用
12.以遺傳信息為主線的遺傳學教學架構及與其他課程的銜接
13.認知過程中的表觀遺傳學機制
14.我國高校遺傳學教材的出版與使用現狀的調查
15.表觀遺傳學:生物細胞非編碼RNA調控的研究進展
16.表觀遺傳學視角下運動干預阿爾茨海默病的機制分析
17.遺傳學與基因組學整合課程探討
18.表觀遺傳學研究進展
19.癲癇表觀遺傳學研究進展
20.不僅僅是遺傳多樣性:植物保護遺傳學進展
21.利用文獻精讀教學新模式優化遺傳學教學
22.2015年中國醫學遺傳學研究領域若干重要進展
23.發展行為遺傳學簡介
24.光遺傳學技術應用于動物行為學在神經回路中的研究進展
25.表遺傳學推動新一輪遺傳學的發展
26.生物教育專業《遺傳學》教學改革的探索
27.糖尿病腎病遺傳學研究進展
28.腫瘤表觀遺傳學研究熱點的聚類分析
29.淺談高校《遺傳學》課程教學改革與實踐
30.2015年中國微生物遺傳學研究領域若干重要進展
31.利用經典文獻優化《遺傳學》雙語教學
32.孟德爾豌豆基因克隆的研究進展及其在遺傳學教學中的應用
33.表觀遺傳學在肺癌診治中的研究進展
34.人格行為遺傳學研究的兩類取向
35.害蟲遺傳學控制策略與進展
36.表觀遺傳學及其應用研究進展
37.阿爾茲海默病的表觀遺傳學機制及相關藥物研究
38.胃癌遺傳學及表遺傳學研究進展
39.遺傳學在膽管細胞癌發展中的重要性
40.子癇前期表觀遺傳學研究進展
41.行為遺傳學:從宏觀到微觀的生命研究
42.遺傳學史在遺傳學教學中的作用
43.男性不育的遺傳學評估
44.表觀遺傳學與腫瘤干細胞
45.開放式教學在遺傳學實驗教學中的探索與實踐
46.表觀遺傳學調控與婦科腫瘤發生、演進及治療的研究進展
47.規律運動干預人類衰老過程的表觀遺傳學機制研究進展
48.表觀遺傳學及其在同卵雙生子研究中的新進展
49.分子群體遺傳學方法處理鯉形態學數據的適用性
50.番茄果重數量性狀基因的研究進展及在遺傳學教學中的應用
51.遺傳學教學中遺傳學史及科學方法論的教育
52.景觀遺傳學:概念與方法
53.孤獨癥的遺傳學和神經生物學研究進展
54.肺癌表觀遺傳學的研究進展
55.腫瘤的表觀遺傳學研究
56.遺傳學課程群的設置和思考
57.《遺傳學》課程的建設與優化
58.表觀遺傳學在中樞神經系統退行性疾病中的研究進展
59.遺傳學實驗教學體系的改進
60.肝癌表觀遺傳學研究進展
61.保護生物學一新分支學科——保護遺傳學
62.表觀遺傳學在淋巴系統腫瘤研究中的新進展
63.大腸癌的表觀遺傳學研究進展
64.重視經典遺傳學知識體系構建和學生自學能力的培養
65.植物化學遺傳學:一種嶄新的植物遺傳學研究方法
66.關聯分析及其在植物遺傳學研究中的應用
67.表觀遺傳學及現代表觀遺傳生物醫藥技術的發展
68.三陰性乳腺癌與表觀遺傳學研究現狀
69.構建培養新型醫學人才的醫學遺傳學課程體系改革
70.骨髓增生異常綜合征的遺傳學檢測研究進展
71.釘螺遺傳學及其生物學特性的研究進展
72.羞怯:來自行為遺傳學的觀點
73.遺傳學探究性實驗教學的思考及實踐
74.“教學、實踐、科研、臨床”四位一體的醫學遺傳學教學體系建設探索與實踐
75.國內高校遺傳學教材發展研究
76.男性生殖遺傳學檢查專家共識
77.腫瘤表遺傳學研究的進展
78.創新性遺傳學大實驗對提高大學生綜合能力的研究
79.白內障表觀遺傳學研究的現狀及進展
80.遺傳學研究性實驗教學模式探索與創新人才培養
81.表觀遺傳學在木本植物中的研究策略及應用
82.高通量測序技術結合正向遺傳學手段在基因定位研究中的應用
83.激發與培養學生學習遺傳學興趣的教學途徑
84.從表觀遺傳學開展復雜性疾病證候本質的研究
85.藍藻分子遺傳學十年研究進展
86.建設遺傳學課件體系 提高多媒體教學質量
87.表觀遺傳學與腫瘤
88.原發性肝癌的表觀遺傳學及其治療
89.青少年焦慮、抑郁與偏差行為的行為遺傳學研究
90.兒童孤獨癥的遺傳學研究進展
91.本科生遺傳學實驗教學的改革探討
92.與閉經有關的遺傳學問題
93.多媒體教學在遺傳學“三點測驗”教學中的實踐
94.一個實用的群體遺傳學分析軟件包——GENEPOP3.1版
95.論從“腎為先天之本”到“中醫遺傳學”
96.《遺傳學》多媒體教材的編寫與實踐
97.肺癌的表觀遺傳學研究進展
98.無創性產前遺傳學檢測研究進展
篇2
1 DNA甲基化和組蛋白乙酰化
1.1 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA復制以后,在DNA甲基化酶的作用下,將S-腺苷甲硫氨酸分子上的甲基轉移到DNA分子中胞嘧啶殘基的第5位碳原子上,隨著甲基向DNA分子的引入,改變了DNA分子的構象,直接或通過序列特異性甲基化蛋白、甲基化結合蛋白間接影響轉錄因子與基因調控區的結合。目前發現的DNA甲基化酶有兩種:一種是維持甲基轉移酶;另一種是重新甲基轉移酶。
1.2 組蛋白乙酰化 染色質的基本單位為核小體,核小體是由組蛋白八聚體和DNA纏繞而成。組蛋白乙酰化是表觀遺傳學修飾的另一主要方式,它屬于一種可逆的動態過程。
1.3 DNA甲基化與組蛋白乙酰化的關系 由于組蛋白去乙酰化和DNA甲基化一樣,可以導致基因沉默,學者們認為兩者之間存在串擾現象。
2 表觀遺傳學修飾與惡性腫瘤耐藥
2.1 基因下調導致耐藥 在惡性腫瘤中有一些抑癌基因和凋亡信號通路的基因通過表觀遺傳學修飾的機制下調,并與化療耐藥有關。其中研究比較確切的一個基因是hMLH1,它編碼DNA錯配修復酶。此外,由于表觀遺傳學修飾造成下調的基因,均可導致惡性腫瘤耐藥。
2.2 基因上調導致耐藥 在惡性腫瘤中,表觀遺傳學修飾的改變也可導致一些基因的上調,包括與細胞增殖和存活相關的基因。上調基因FANCF編碼一種相對分子質量為42000的蛋白質,與腫瘤的易感性相關。2003年,Taniguchi等證實在卵巢惡性腫瘤獲得耐藥的過程中,FANCF基因發生DNA去甲基化和重新表達。另一個上調基因Synuclein-γ與腫瘤轉移密切相關。同樣,由表觀遺傳學修飾導致的MDR-1基因的上調也參與卵巢惡性腫瘤耐藥的形成。
3 表觀遺傳學修飾機制在腫瘤治療中的應用
3.1 DNA甲基化抑制劑 目前了解最深入的甲基化抑制劑是5-氮雜脫氧胞苷(5-aza-dc)。較5-氮雜胞苷(5-aza-C)相比,5-aza-dc首先插入DNA,細胞毒性比較低,并且能夠逆轉組蛋白八聚體中H3的第9位賴氨酸的甲基化。有關5-aza-dc治療卵巢惡性腫瘤的體外實驗研究結果表明,它能夠恢復一些沉默基因的表達,并且可以恢復對順柏的敏感性,其中最引人注目的是hMLH1基因。有關地西他濱(DAC)治療的臨床試驗,研究結果顯示,結果顯示:DAC是一種有效的治療耐藥性復發性惡性腫瘤的藥物。 3.2 HDAC抑制劑 由于組蛋白去乙酰化是基因沉默的另一機制,使用HDAC抑制劑(HDACI)是使表觀遺傳學修飾的基因重新表達的又一策略。根據化學結構,可將HDACI分為短鏈脂肪酸類、氯肟酸類、環形肽類、苯酸胺類等4類。丁酸苯酯(PB)和丙戊酸(VPA)屬短鏈脂肪酸類。PB是臨床前研究最深入的一種HDACI,在包括卵巢惡性腫瘤在內的實體腫瘤(21例)Ⅰ期臨床試驗中有3例患者分別有4~7個月的腫瘤無進展期,其不良反應是短期記憶缺失、意識障礙、眩暈、嘔吐。因此,其臨床有效性仍有待于進一步在Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗中確定。在VPA的臨床試驗中,Kuendgen等在對不同類型血液系統腫瘤中使用VPA進行了Ⅱ期臨床試驗,結果顯示,不同的患者有效率差異甚遠。辛二酰苯胺異羥肟酸(SAHA)是氯肟酸類中研究較深入的一種HDACI。其研究表明,體內使用安全劑量SAHA時,可有效抑制生物靶點,發揮抗腫瘤活性。大量體外研究結果顯示,聯合使用DNA甲基化抑制劑和HDACI會起到更明顯的協同作用。
3.3 逆轉耐藥的治療 Balch等使用甲基化抑制劑—5-aza-dc或zebularine處理卵巢惡性腫瘤順柏耐藥細胞后給予順柏治療,發現此細胞對順柏的敏感性分別增加5、16倍。在臨床試驗中,Oki等將DAC和伊馬替尼(imatinib)聯合使用治療白血病耐藥患者,結果說明,應用表觀遺傳學機制治療惡性腫瘤確實可以對化療藥物起到增敏作用,并且在一定范圍內其療效與體內表觀遺傳學的改變呈正比。Kuendgen和Pilatrino等對HDACI和化療藥物的給藥順序進行研究,結果顯示,在使用VPA達到一定血清濃度時加用全反式維甲酸可增加復發性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征患者的臨床緩解率,這可能與VPA引起的表觀遺傳學改變增加患者對藥物的敏感性有關。
篇3
由于遺傳學在生命科學中具有不可替代的重要作用，其教學方法、教學模式的探索和研究近些年倍受關注。近年來,研究性教學在各高等院校不斷地被提出，黑龍江八一農墾大學生命科學學院也把研究性教學改革不斷地深入到各學科教學中去。作為遺傳學教師,筆者在教學過程中不斷地進行著研究性教學的實踐和思考。
研究性教學是在‘‘發現學習模式”和瑞士皮亞杰的“認知發展學說”的理論基礎上發展起來的，其認為學生學習的過程與科學家研究的過程在本質上是一致的，強調將教學與研究結合作為大學教學的基本思想，注重提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，對培養創新型人才非常重要。研究性教學模式的核心理念是以實踐中的真實問題為基礎,將學生置于真實的情境中學習，培養學生的學習能力、創新能力和實踐中的動手能力，增強學生對工作的適應能力，使教學與研究相統一m。研究性教學是以學生為主體,以問題為核心（PBL)去獲取知識和應用知識的教學模式。研究性教學的內涵主要包括:教師把研究的思想、方法和取得的新進展引入教學活動；教師以研究的形式組織教學活動,打破原有的完整的學科邏輯和機械的順序；學生積極參與研究之中，在研究中學習、成長，養成獨立思考的氣質和批判。
筆者根據研究性教學的規律及遺傳學學科的特點,在教學過程中對以下幾方面的問題進行了探索和實踐。
1發揮學生的主動性和創造性，培養學生的思辨能力和獨立思考能力
黨的十指出，科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐,必須擺在國家發展全局的核心位置。要堅持走中國特色的自主創新道路,以全球視野謀劃和推動創新，提高原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新的能力，更加注重協同創新。這一論述充分體現了科技創新在經濟和社會發展中的重要地位,也為高等教育提出了未來人才培養的方向。大學作為本科生培養基地，肩負著培養有創新精神和實踐能力的高素質人才的重大歷史使命。高校畢業生的質量直接關系到一個國家科技人才的整體實力和水平,高校教師如何改革現有的教學方法和模式,培養具有學習能力、自我創新能力的大學生，是目前教育教學過程中亟待解決的問題。
研究性教學模式具有極強的實踐性。研究性教學模式特別注重教學與研究相結合，理論與實際相統一。研究性教學模式不只強調背誦、理解復述和模擬,而是注重培養學生的科學思維、自主意識、團隊協作精神和工作責任心,強調培養學生獲取與歸納整理信息的能力、分析解決問題的能力、展示成果與表述觀點的能力。創新能力的培養不可能僅依靠獲得知識,很大程度上還依賴于學生的直接經驗的積累，因此切實加強研究性實踐教學,對提高學生的實踐能力是至關重要的。創新型人才的培養目標要求學生既要學會動手又要學會動腦；因此，教師在教學過程中要樹立研究性教學為主的教學觀,運用正確的教學法,積極探討、推動教學研究和改革,培養學生主動探求知識的主體精神,動手、動腦的能力和創造性思維及創造精神。研究性教學過程從討論問題開始,需要涉獵大量的資料,課程學習本身不僅在于學習知識，還在于掌握學習知識的方法。研究性教學以學生為主體的教學模式強調了學生在學習過程中的核心地位,教師只起引導、示范、鼓勵、輔導和監控的作用，這種模式可以最大限度地調動學生學習的主動性和積極性,培養學生自主學習及獨立分析和解決問題的能力。在遺傳學的教學過程中可以采用問題式、討論式、互動式課堂教學,從而達到更好的教學效果，在客觀上具有一定的可行性。以學生為主體的教學模式關鍵在于課前的認真準備和教師在課堂上的靈活調控。
2專業知識教學和實驗技術教學相結合
遺傳學是一門在實驗基礎上發展起來的學科,尤其是現代遺傳學技術的突飛猛進發展和遺傳學知識的大量增加,都給學生的學習帶來了一定的難度。因此,遺傳學采用什么樣的授課方法才能使學生掌握基本知識,提高學生的創新能力一直倍受教育工作者的關注。一些遺傳學教師的教學經驗表明，在遺傳學授課過程中，適當地講授遺傳學研究的基本實驗技術和遺傳學研究材料的獲得方法對幫助學生理解遺傳學知識是非常重要的。例如，在介紹分子標記選擇輔助育種的研究進展時,對分子標記的定義、類型、發展和每種標記的用途進行講解,對遺傳學研究材料如重組自交系和近等基因系群體的構建方法及其在基因定位和育種研究中的應用等知識進行回顧,大大增強了學生對專業知識的理解。在實驗技術的教學方面,應不斷地給學生介紹最新技術在遺傳學研究中的作用以及不同技術在某一研究領域的時效性3。在內容上,盡量安排生動豐富且易于操作的實驗項目，增加一些設計性和綜合性的實驗項目，尤其是近期，隨著表觀遺傳學研究的日漸深入,適當地增加該方面的實驗課程對幫助學生理解基于非基因序列改變所致基因表達水平變化,如DNA甲基化和染色質構象變化等表觀遺傳學對生物性狀的改變所起的作用，可以開展表觀遺傳抑制劑對細胞周期調控的分析及RNA干擾基因沉默的遺傳分析等實驗。
3為學生提供具有時效性、權威性和新穎性的閱讀材料
隨著遺傳學科的快速發展,研究領域不斷拓寬,新技術、新成果不斷涌現,任何一部教材都難以跟上遺傳學快速發展的步伐，因此必須借助網絡等媒體實現知識的不斷更新。在教學過程中，教師可適當地借鑒〈(Science〉〉、《Nature》以及分子細胞生物學領域的一些國際權威雜志上的綜述性文章作為教學中的補充內容,使學生在學習經典遺傳學理論的同時，對分子遺傳學和現代遺傳學的發展有更深入的理解。如在研究癌癥的遺傳學基礎時發現,一半以上癌癥的發生過程中伴有p53突變。p53在正常細胞中壽命短、含量低，與細胞周期控制、DNA修復、衰老、血管生成和細胞凋亡密切相關。當p53發生突變時,細胞逃脫正常細胞生長的限制,使突變從一代細胞傳到下一代細胞,這為癌癥的發育創造了條件。在給學生授課的過程中，跟蹤遺傳學的最新研究動態，如引入p53等遺傳學研究進展，可大大激發學生學習的積極性?。表觀遺傳學目前也是遺傳學重要的補充,如乙酰化酶家族和染色體易位、轉錄調控、基因沉默、細胞周期、細胞分化與增殖以及細胞凋亡相關,從而對生物體的性狀產生了影響。而非編碼RNA不僅能對整個染色體進行活性調節,也可對單個基因活性進行調節，它們對基因組的穩定性、細胞分裂、個體發育都有重要的作用。在教學過程中，適量增加表觀遺傳學的知識,可以極大地豐富學生的知識量及對科技前沿知識的認識,為提高學生的科技創新能力奠定基礎。
4案例式和情境式教學相結合，激發學生內在的學習動力
案例教學法（Casemedthodteaching,CMT)是根據教學目標和培養目標的要求,在學生掌握了有關的基礎知識和基本理論的基礎上,教師在教學過程中選擇典型案例并以恰當的形式給學生展示,把學生帶入一個特定情境中，在教師的指引下由學生自己依靠其知識結構和背景,在這種案例情境中發現、分析和解決問題，培養學生運用理論知識并形成技能技巧的一種教學方法5。案例教學法最大的特點就是模擬實踐經驗,增強學生實踐的能力。遺傳學教師在注重理論知識講授的同時,要穿插與實際生活密切相關的大量案例,培養學生分析問題和動手實踐等能力。
在遺傳學教學過程中，注重教學內容與人類生活及人類疾病相結合,加強學生對教學內容的認識和遺傳知識的深化。在講授單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體病時,可與臨床中真實的遺傳病相聯系,如常見的單基因遺傳性疾病一白化病、苯丙酮尿癥、黑尿癥、先天性聾啞、高度近視，多基因遺傳性疾病一原發性高血壓、支氣管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、類風濕性關節炎、精神分裂癥、癲癇、先天性心臟病，染色體遺傳性疾病一“21三體”綜合征、貓叫綜合征等。針對這些疾病，巧妙設計引導式問題,囊括大綱要求的知識點，突出遺傳學的課程特色。在該模式下的教學過程中，學生不是被動地學、記憶和理解教師所教授的知識,而是在教師的指導下,將學生置于可以從不同角度看待事物的環境，問題情境便能夠吸引并維持他們的興趣，使他們積 極尋找解決問題的方法，創造性地得出結論,從而激發學生學習的內在動力。
5加強遺傳學教師師資隊伍建設，為研究性教學提供人才保障
過去,很多高校過于注重結果性評價而忽視過程評價,無法對教師的研究性教學能力和學生的實踐能力作出公正而又科學的評價H。目前，黑龍江八一農墾大學已經非常重視研究性教學的實施,并為此做出很多努力和嘗試。遺傳學作為生命科學的重要課程,其教師隊伍的整體水平是制約教學效果的一個重要因素。沒有一支高水平的教師隊伍一切將成為空談。為了提高研究性教學水平,學校組織教師到優秀研究性教學能手的課堂上聽課,通過學習其他課程的課堂教學方法、教學模式，為遺傳學更好地進行研究性教學提供了教學案例。此外,學校年輕的遺傳學教師可以通過培訓、進修等形式提高專業水平。最后，如果想成功地進行研究性教學，授課教師必須進行學科專業的科學研究。授課教師要隨時關注遺傳學領域的最新發展動向，將權威雜志中介紹這門學科研究的新概念、新發現、新思路和新方法的文獻綜述引入課堂。這些參考文獻學術水平高、內容新、難度適中，開闊了學生的視野，對他們很有吸引力。教師只有通過科研,才能真正理解本學科教材的內在聯系，把握住本學科的發展趨勢,及時吸納學科內最新科研學術成果,適時地把學生引入本學科知識和科研的前沿,引導學生在科研實踐中增長才智、得到鍛煉，激發學生的創造欲望，通過科研、實驗等手段培養學生的創新能力。
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HIC-1在腫瘤發生中的作用機制腫瘤的發生通常伴隨著表觀遺傳學的改變，包括基因甲基化、組蛋白修飾和非編碼小RNA干擾等，這些改變可使基因功能發生變化，從而導致細胞惡變。事實上，異常的表觀遺傳學修飾是腫瘤形成的必然要素，其已成共識。越來越多的研究證明，HIC-1基因表觀遺傳學的改變，參與了多種腫瘤的發生。
啟動子的甲基化與腫瘤的發生
一般認為，HIC-1是一種腫瘤抑制基因，在多數實體瘤和白血病中表現為表觀遺傳學沉默，如前列腺癌、非小細胞肺癌、乳腺癌、胃癌和肝癌、食管癌、非精原生殖細胞癌、兒童髓母細胞瘤、神經膠質瘤和室管膜瘤。應用甲基化特異性PCR（MSP）和重亞硫酸鹽測序發現，人類許多實體瘤和白血病中HIC-1均表現出高甲基化。例如，Yamanaka等在研究前列腺癌的發生與7種基因甲基化的相關性時發現，HIC-1的甲基化率為99%；Eguchi等在非小細胞肺癌標本檢測出33%的腫瘤組織和31%非腫瘤組織中有HIC-1啟動子的甲基化，且基因的甲基化程度與腫瘤分化程度呈負相關；Fujii等對39例原發性乳腺癌組織研究發現，有26例腫瘤組織（67%）出現HIC-1基因的完全甲基化。一般認為HIC-1啟動子區域的高甲基化可抑制HIC-1表達，且整個HIC-1基因的表達水平隨腫瘤的發展不斷降低。
HIC-1的表觀遺傳學失活可能促使細胞在腫瘤形成早期調整生存模式和信號通路，或調整一系列特異性轉錄因子的表達。將HIC-1基因人為導入該基因失活的腫瘤細胞株可明顯降低腫瘤細胞的成活率。然而，HIC-1啟動子甲基化也被發現存在于兒童正常腦組織、成人腦和前列腺上皮組織中。此外，在已確診的急性白血病和慢性粒細胞性白血病慢性期的病人中，僅有少數病人出現HIC-1甲基化。但在復發的急性淋巴細胞白血病和急轉的慢性粒細胞性白血病病人中，HIC-1均表現出高甲基化。故HIC-1甲基化已被認為是造血系統腫瘤的晚期事件，提示降低HIC-1的表達可能存在其他機制。通過以上例證說明，HIC-1啟動子區域的甲基化程度與腫瘤的發生、發展有密切關系。干預腫瘤細胞HIC-1啟動子甲基化，有可能對抑制腫瘤的發生、發展具有積極作用。
HIC-1與p53抑癌基因的協同作用
HIC-1識別的一個重要靶點是SIRT1（thesilentmatingtypeinformationregulationhomolog1），該基因編碼一種去乙酰酶。SIRT1可使p53去乙酰化，降低p53基因對細胞凋亡和（或）增殖的調節能力。據報道，在正常生理情況下，HIC-1能抑制SIRT1轉錄，進而抑制p53去乙酰化；但在腫瘤細胞中HIC-1表觀遺傳學的失活，導致SIRT1水平升高。p53因去乙酰化作用而失活，促使細胞抵抗凋亡而成活。另外，HIC-1的啟動子區域存在PRE，意味著HIC-1是p53的直接靶基因，p53能激活HIC-1的轉錄而不依賴于其甲基化狀態。因此，這個p53/HIC-1/SIRT1調節通路是HIC-1作為腫瘤抑制基因發揮作用及其與p53協同作用的重要途徑。
HIC-1與p53的雙雜合性缺失模型進一步證實了HIC-1以及HIC-1與p53協同作用在腫瘤發生、發展中的意義。Chen等研究發現，HIC-1+/-小鼠在老年時期發生一系列具有性別依賴性的惡性腫瘤，HIC-1+/-p53+/-小鼠骨肉瘤的發生率（35%）較p53+/-小鼠（20%）高，且具有年齡依賴性。在64只HIC-1+/-p53+/-小鼠中發現5例乳腺腫瘤（4例腺鱗癌，1例肌上皮瘤）及7例卵巢腫瘤，在p53+/-小鼠中僅發現1例卵巢血管肉瘤，而在HIC-1+/-小鼠中未發現上述腫瘤。
HIC-1在腫瘤發生中的其他作用機制
最近研究表明，腫瘤細胞中HIC-1的失活能使成纖維細胞生長因子結合蛋白1表達增加，從而導致血管形成或增生。Zhang等發現，HIC-1能調節ephrin-A1(EFNA1)基因的直接轉錄，從而抑制上皮腫瘤的形成。另外，實驗結果表明，HIC-1是一種新的細胞生長調控機制中的核心分子，這種HIC-1介導的信號通路的中斷將導致異常細胞增殖和腫瘤形成。Boulay等發現，腫瘤發生過程中HIC-1的缺失通過上調乳腺上皮細胞中β2腎上腺素能受體的表達促使腫瘤轉移。此外，HIC-1還是調節細胞生長及凋亡關鍵基因的中心轉錄調節因子，在髓母細胞瘤中HIC-1對Hedgehog信號通路具有抑制作用，在干細胞功能中HIC-1能調節Wnt信號通路。
HIC-1在腫瘤治療中的意義由于HIC-1基因受p53基因調控，而p53基因又是迄今報道人類腫瘤中突變頻率最高的基因之一，且目前報道的p53基因突變腫瘤中有75%以上為錯義突變，致使p53基因功能丟失，因此，通過活化其下游HIC-1作為靶點，是p53基因突變腫瘤治療的有效選擇；而對于野生型p53腫瘤，若聯合HIC-1靶點干預可能效果更佳。在許多實體瘤及白血病中，由于HIC-1啟動子甲基化導致HIC-1沉默或低表達，DNA甲基化狀態可用DNA甲基化酶抑制劑消除。因此，HIC-1成為DNA甲基化酶抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷（5-Aza-2`-deoxycytidine,Decitabin,5-CdR）的治療新靶點。Nicoll等研究發現，通過5-CdR恢復HIC-1功能有可能改善乳腺癌病人的預后。另有研究表明，5-CdR的聯合應用可增強頭頸部鱗狀細胞癌的放射治療效果。另外，Eggers等通過臨床研究發現，HIC-1可作為預測腎癌病人無復發生存率的獨立因子。因此，深入研究HIC-1基因的功能與作用機制，將有助于應用靶向藥物治療腫瘤。
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現代醫學的研究已經證明，人類的健康取決于人的遺傳結構及其與周圍生活環境相互作用的平衡。當這種作用達到平衡時，人類處于健康狀態，當這種平衡被打破時，人類就出現疾病［1］。將人類疾病按照環境與遺傳因素作用的大小來分，可以分為三類，第一類完全由環境因素引起的疾病，如外傷、食物中毒和非正常死亡等；第二類完全由遺傳因素引起的疾病，如白化病、進行性肌營養不良等；第三類即由環境與遺傳因素共同起作用而引起的疾病，即通常稱為復雜疾病。現代醫學認為除第一類疾病之外，人類所有疾病的發生、發展和轉歸都與遺傳物質（DNA）的直接或間接變化相關。全球人類基因組計劃（HGP）的總負責人、美國著名學者Fran－cisCollins認為現代醫學的發展已經進入基因組醫學時代（theeraofgenomicmedicine），遺傳醫學正逐步融入醫學科學的主流（mainstream）［2］。一般而言，某一致病基因被發現后，幾個月內即可用于臨床診斷疾病，而疾病相關基因也只需要2－3年就可用于評估患病風險。應用分子生物學技術進行常見疾病如感染性疾病、遺傳性疾病和惡性腫瘤等的診斷，已成為國外醫療機構的常規項目，也是衡量一個城市和地區整體醫療水平的重要指標。在現代醫學的教育體系中，醫學遺傳學滲透到了分子生物學、生物化學、病原生物學、胚胎學、生理學、腫瘤遺傳學、藥物遺傳學、遺傳毒理學、細胞遺傳學、行為遺傳學、表觀遺傳學和發育生物學等許多相關學科，在基礎與臨床之間起著一座橋梁的作用，是一門橋梁學科［3］。基于科學技術與醫學遺傳學迅猛發展的今天，怎樣在醫學生中開展醫學遺傳學的教學值得深思。
1合適的教材是教學之根合適的教材是課堂教學的重要保證。國內有許多遺傳學專家，其各自編寫了不同層次的教材，各有優勢，各具特色。例如夏家輝主編的研究生用教材（人衛版）、李璞主編的面向21世紀醫學遺傳學教材（協和醫大版）、陳竺主編的7年制規劃教材（人衛版）、傅松濱主編的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材全國高等醫學院校教材、左及主編的5年制統編教材（人衛版）、孫開來主譯的由Collins等人撰著的醫學遺傳學原理（科學版）等，對我國的醫學遺傳學教育都起了非常重要的推動作用。我們多年來采用傅松濱主編的教材。該書言簡意賅、深入淺出、圖文并茂、清晰流暢，較受師生歡迎。但上述教科書也存在一定的缺憾。例如，它們均病例病案少，基本以分子遺傳與細胞遺傳學基礎、藥物遺傳學、生化遺傳學、免疫遺傳學等主題為切入點的編寫方式，使師生感到醫學遺傳學是將上述各學科硬拉在一起形成的學科，與臨床距離遠，難以激發學生學習興趣，不利于教師教學與學生學習。另外，現在的教材中研究前沿成果比較少，特別在臨床醫學中的應用即解決實際問題的內容非常欠缺，醫學遺傳學作為基礎學科，學生卻誤認為在臨床基本上用不到，很難碰到遺傳病，即缺乏實用性的內容。因此傳統的教材抑制了學生的學習興趣、抹殺了醫學遺傳學在醫學中的重要地位，因此急需一本以問題為先導、增加臨床病例并附有病案分析的基礎與臨床相結合的醫學遺傳學教材的問世。
2高素質的教師隊伍是教學之本
醫學遺傳學是醫學基礎教學的重要學科，是基礎與臨床相結合的橋梁學科。高素質的教學隊伍是好的教學效果之本，因此，高素質的師資隊伍建設顯得尤為重要。高素質的教師應從以下幾個方面評價：①應具有以人為本、敬業奉獻的精神；②應該繼續教育與培訓，與時俱進，搶占信息技術的制高點；③應該具有扎實的教學基本功，包括有淵博的知識，有很好的表達水平，有較強的綜合分析歸納問題的能力，有較強的組織教學能力和科研能力等。作為教師應具有很強的優化教學內容能力，因為醫學遺傳學的課程課時比較少，內容多，因此要精簡濃縮內容。合理利用網絡搜索出最近的一些醫學遺傳學臨床病例，及時更新多媒體課件，增加動畫、病例圖片，提高學生學習興趣。醫學遺傳學的發展非常迅速，人類基因組計劃，遺傳病基因診斷、基因治療等新的研究進展不斷被納入教學范圍，因此及時掌握醫學遺傳學的最新動態非常重要。而網絡資源具備的信息量大，因此教師應該具有較強的利用網絡資源的能力，使自己的課堂教學內容豐富、知識量大。多媒體課件的制作、教學設計是關鍵，因此，教師應該具有較強的制作課件的能力，要通過分析課件的用途，選擇合適的軟件，確定頁面的大小等內容，制作出高質量的多媒體課件。
3教學手段方法是教學之源
傳統的教學是“教師、教材、學生”三要素組成的面授填鴨式教學模式，學生的主體作用發揮不大。隨著科學技術手段的日新月異，特別是網絡的不斷普及及素質教育的推廣，除了傳統的教學以外，一些新的教學方法應該不斷地推進到課堂教學當中。首先，應該采用傳統的教學與PBL法相結合。由于學生能力在不斷地培養之中，醫學遺傳學課程一般設置在第一、三學期，對于剛進入大學的學生來說，獨立學習的能力還欠缺，所以應該在傳統教學滲透現代化的教學理念。第二，應該采用病案分析的方法進行教學。醫學遺傳學是中學所學生物學知識的繼續與加深，特別是理科生有一定基礎，如果在高等學校學習時只是簡單加深，使其誤以為醫學遺傳學知識與中學階段的生物學知識一樣，感覺在“炒現飯”，這樣會磨滅學生對這門課程學習的興趣。在現代遺傳學認為“所有疾病都與遺傳有關”，典型病例比較多，在講授知識時引入病例，將學生引入特定的情景中，引導學生對病例進行分析，提出問題，并解決問題。病例教學作為一種生動直觀的教學模式，既能加深學生對理論知識的理解和記憶，也有利于實現教學方式從灌輸式向啟發誘導式的轉化，使學生能自覺、主動、創造性的學習，培養學生批判性思維的能力［4］。醫學遺傳學的研究對象為人類的遺傳病，研究遺傳因素與疾病的內在聯系。因此在講授各類遺傳病時，應引入臨床真實病例，使學生在分析討論過程中理解和鞏固基本概念、基礎理論，不僅能激發學生的學習興趣，而且有助于加深學生對疾病本質的認識，培養醫學思維。例如，在講授多基因遺傳時，首先給出唇裂腭裂的患者照片，使學生直觀感覺認識唇裂腭裂是遺傳病，而且是多基因遺傳病，同時選取真實病例，譬如王菲的女兒也是其中的患者，以明星效應激發學生興趣。在課堂上引導學生逐步分析多個家系系譜，使學生理解和掌握多基因遺傳病的發病特點等講授重點和難點。第三，學生參與的互動教學模式。目前的教學模式還是屬于灌輸式（填鴨式），教學中應充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，讓學生主動去學習知識，真正參與到教學活動中來。在輕松、活躍的課堂氛圍中給學生提供展示的平臺。例如在教學中可試行學生講課的方法，選擇一章難度較小的章節留給學生講授，提前一周布置任務，讓學生利用課余時間搜集資料，準備課件。例如染色體一章第一節染色體的形態結構與種類內容簡單，學生通過查閱資料，準備課件，應該可以更好的理解這堂課的內容。由于平時的教學都是教師教，學生學，因此這種教學形式的偶爾轉變有利于提高學生的學習興趣，同時對參加講課的學生也是很好的鍛煉。最后，基于網絡平臺的教學應用。現在信息技術深入到我們工作學習生活的各個角落，利用網絡平臺進行教學勢在必行，這也是近幾年來教育部為培養高素質人才的要求。因此，未來高校課程必將向著信息化和網絡化的方向發展。醫學遺傳學這門課程也應該順應網絡化的趨勢。醫學遺傳學已經建設成為校優秀課程，我們現在著手進行了網絡平臺建設，該平臺將為師生搭建一個醫學遺傳學探究式的教與學互動的網絡空間，使師生在此平臺上互通信息。
4科研是教學之生力軍
科研工作是促進學科建設和發展與培養創新人才的基本途徑，也是提高教師的業務素質及學術水平和提高教學質量的根本保證。科研能使學生學術思想活躍，課程內容理解深透，授課生動，講解自如，能使學生真正弄懂教材內容，從而啟發其學習興趣，培養科研思維和啟迪創新精神。認真鉆研的教學態度能加深對知識的理解，拓寬知識面，有益于科研思路的確立和開拓科研新領域［5］。我們醫學遺傳學的教學團隊，均為碩士以上學歷，在遺傳學、分子生物學、腫瘤分子生物學方面均取得了一定得成績，這對醫學遺傳學的教學工作起到了推波助瀾的作用，相信在教學團隊的一致努力下，醫學遺傳學的教學與科研將踏上一個新的臺階。
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關鍵詞： 遺傳學課程 “創新型靈活教學模式” 教改
遺傳學是生命科學中進展最快和最為活躍的學科之一，已成為現代生命科學的共同語言和新世紀生命科學研究的前沿領域。該學科理論與技術的迅猛發展，極大地推動了整個生命科學的發展和人類進步。遺傳學課程是高校生物科學、生物技術專業一門重要的專業課程之一，如何在課程教學中既注重經典遺傳理論，又及時穿插本學科最新的研究進展，同時注重提高學生的綜合素質，增強教學效果，這是高校遺傳學教學工作者共同面對的問題。幾年來，圍繞培養應用型、創新型人才的辦學宗旨，我院遺傳學課程組教師積極進行教學改革，研究探索的“創新型靈活教學模式”在實際教學工作中取得了良好的教學效果。
1.精選、優化課程內容
適應培養應用型人才的需要，我院制訂的新教學方案強化了實踐環節，相應縮減了理論教學課時。同時由于遺傳學的飛速發展，新概念、新理論、新成就不斷涌現，知識內容不斷增加，因而，要想在有限的學時內把課程的精華系統地傳授給學生，就必須首先整合課程體系，精選、優化課程內容，合理處理基礎知識與學科前沿知識的比例關系，突出教學重點。同時還要注意遺傳學與各相關學科教學內容的銜接和縱橫聯系，避免重復。基于以上理念，我們略去了教材中遺傳的細胞學基礎、核酸的分子結構及基因的調控等與其他學科重復、交叉的內容，并將經典遺傳學的內容精簡，增加了端粒的結構與功能、表觀遺傳學等內容，從而使遺傳學課程體系更加科學、完備。
2.貫穿創新理念，采用靈活多樣的教學方法
“創新”，一方面要求教師在教學過程中始終奉行 “教師為主導，學生為主體”的理念，改變教師 “注入式”的教學模式，在教學方法的改革上與時俱進，構建全方位、多角度的師生互動研究型教學模式，并不斷發展創新。另一方面在教學過程中時刻注意教會學生學習，著重培養學生的創新意識和創新技能。
“靈活”要求教師在教學方法上不采用單一的模式，而是根據具體教學內容，靈活地應用多種教學方法，包括講授法、自學法、討論法、歸納法、比較法、推理法、抽象概括法等。如：采用課前預習促使學生帶著問題進課堂；連鎖交換規律中的交換值與基因之間距離、連鎖強度及與交換的性母細胞數之間的關系，交換值與重組值的區別，三點測驗中雙交換與干涉及并發系數之間的關系等內容，采用課堂討論式教學調動學生積極參與教學過程，加強師生互動，激活學生高級認知的能力參與學習活動，使學生對新概念、新知識的掌握通過高水平的思維加工來達成，而不再依賴過多的機械記憶，有效增強教學效果；三大遺傳規律的教學主要是采用啟發式教學方法，引導學生深刻體會遺傳學家的研究思路和技術路線及研究方法、研究結果和經驗教訓等，讓學生有置身于科研實戰環境的感覺，學會進行科學研究的基本方法，同時引導學生總結、歸納自由組合及連鎖交換規律的實質，調動學生學習的主動性，培養學生的創新能力和創造性思維能力；基因顯性的表現形式、伴X顯隱性遺傳及廣義和狹義遺傳力等內容，通過采用比較、啟發等多種方法，啟發學生思維，化難為易，促進學生對知識的理解和掌握，培養學生的創新精神及分析、解決科學問題的能力；根據課堂教學實際，適當布置課后練習，使基礎題突出代表性，能力題突出綜合性，并定期開展課外習題輔導，培養學生理論聯系實際、靈活應用知識的能力。
3.緊跟學科前沿，啟發學生的創新思維
隨著21世紀生命科學的飛速發展，遺傳學研究前沿不斷拓寬和深入，因而遺傳學的教學也面臨新的挑戰，首要的問題就是知識的更新。在遺傳學教學中，要隨時注意結合最新的研究進展，把學生的思維引導到研究前沿，從而營造一種微妙、溫馨，令人產生創新沖動的課堂氛圍，鼓勵學生運用已有的知識和技能去想象、推測、討論，并在課后積極主動地跟蹤、查閱新知識，極大地啟發學生的創新思維。活躍的課堂氣氛也能夠感染每一位學生，從而輕松實現教學相長。
除此之外，我們要求教師將教學、科研成果隨時融入課堂教學，充分利用教師的科研實力，拓展學生專業知識領域，強化學生綜合素質的培養，體現教學、科研成果在教學中的應用，促進教學質量的提高。針對遺傳學的研究熱點，給學生提供一些信息，指導他們通過圖書館和網絡，選擇與課程內容相關的專題研究，補充課堂之所學。在此過程中使學生培養興趣、開闊眼界，學會主動獲取知識、應用知識和解決問題，以培養學生研究性學習的興趣和能力，引導學生的發散思維，增強學生參與知識建構的積極性和自覺性，培養學生的思維能力、觀察能力和運用能力。主講教師以電子郵箱或QQ群作為師生交流的平臺，及時最新教學材料和通知，并解答學生的疑難問題。同時，配備青年教師為課程助教，在課程主講教師指導下負責學生習題 、課外輔導、課程網站建設及參與組織各項實踐教學活動，綜合運用教學團隊的力量，更好地實現本課程的教學目標。
4.強化實驗教學，改革實驗考核方式
強化實驗教學有助于開發學生的潛能，培養學生的動手能力和創新能力。因此，要培養實踐能力強的應用型人才，首先要重點突出人才培養方案的實踐性。為此，我們整體優化了實驗教學內容，精選基礎性實驗，革新驗證性實驗，拓展綜合性、分析性、探索性和創新性實驗。在完成基礎實驗的同時，將一些實驗內容綜合，并增加自選性實驗和自我設計實驗，以最大限度地培養學生的綜合實驗能力和創新能力。實驗室要面向學生開放，實現實驗教學的資源開放、時間開放、內容開放，增強實驗教學效果，提高資源利用率。
實驗考核由注重實驗結果轉變為注重實驗過程。實驗指導教師不僅要客觀、公正地給出學生實驗成績，而且要指出其存在的問題及解決的辦法，注重學生動手能力的培養，提高學生學習的積極性和主動性，提高其分析和解決問題的能力，增強實驗教學效果，增強學生的綜合素質。實驗考核包括平時考核和期末考核兩部分。平時考核的內容包括實驗預習、實驗操作、實驗態度及紀律、實驗報告等環節，這部分成績占該實驗課總成績的60%；期末考試（包括實驗操作、技能、實驗理論等）占該實驗課總成績的40%。
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江賜忠，美國衣阿華州立大學遺傳學博士，同濟大學特聘教授、博士生導師。先后獲得教育部“新世紀優秀人才”、上海市科委“浦江計劃人才”、上海市教育發展基金會“曙光計劃人才”、上海市教委“東方學者”榮譽稱號與資助。在Nature、Genome Research、Nucleic Acids Research等著名國際學術期刊上發表SCI收錄論文37篇，單篇論文已被引用超過400次。出版國際英文專著的一個章節。
十月，Science以“生物信息學，神秘的新職業”為題發文，“在大數據時代，這是個有趣的地方，也是令人激動的時刻。”一位教授這樣評價道。
我們處在一個大數據的時代，由于高通量測序技術飛速發展，在生物醫學研究中已經得到廣泛應用，每天都會產生海量數據。數據量如此之大，部分是由于思維方式已經從數據的生成轉變為數據的分析，因此就更需要有專家能夠用高效的方式去分析挖掘，讓其對科學家和臨床醫生具有意義，并最終惠及客戶和患者。
這些海量數據就象一堆沙子，生物信息學專家就好比淘金人，要從沙子中淘出金子來。美國衣阿華州立大學遺傳學博士，同濟大學特聘教授、博士生導師江賜忠就是一位致力于我國生物信息學發展的“淘金者”。
興趣成就夢想
人們常說，興趣是最好的老師，江賜忠正是在興趣的牽引下進入生物信息學領域的研究。
江賜忠說他每當念及童年時光，對大自然里的各種小動物都記憶猶新。夏天把抓來的螢火蟲放在紙疊的燈籠里，看它們一閃一閃地發光;觀注成群結隊的螞蟻有序地把蒼蠅一只一只地往洞里搬，從小就愛上這絢麗多彩大自然里各種可愛的小精靈。因此小學的自然課、中學的植物學與動物學都是他最喜歡的課，他從洋蔥表皮細胞顯微鏡觀察認識了生命微觀結構，由光合作用實驗開始了解生命奧秘。帶著對生物的喜愛與生命奧秘的好奇，江賜忠考大學時第一志愿選擇了生命科學。
后來在美國讀博士學位期間，對人類健康、中醫藥、當代科學研究方法、甚至是商業等都有很深影響的國際合作項目“人類基因組計劃”正在如火如荼地進行，也帶動對酵母、秀麗線蟲、果蠅等其它模式生物基因組測序，產生大量基因組測序數據。加上計算機軟硬件的迅速發展，逐漸產生了一門新興的交叉學科――生物信息學。這門學科主要是結合計算機、數學、統計等方法，從海量數據中挖掘出規律與有用的信息，用于解釋生物現象、闡述其機制、解決相關生物醫學問題。如鑒定出某種疾病發生發展中起重要作用的基因、潛在的藥物靶點等。
江賜忠所在的衣阿華州立大學在這期間成立了生物信息學專業，“我有幸加入這個專業，接受系統的生物信息學學習與技能訓練。其實我一直也很喜歡計算機。通過加入生物信息學專業，正好圓了我學習計算機的夢。碰巧我的博士學位論文前半部分是做實驗獲得數據，后半部分主要就用計算機進行分析所得的數據。”他告訴記者。
興趣和堅持，是通向科研成功的兩顆啟明星。因此，有興趣為始，還要以毅力相伴。博士畢業后，江賜忠就開始完全轉入專業的生物信息學分析。這樣，他無縫過渡到生物信息學與基因組學這個領域。2007年高通量測序技術開始興起，他參與到核小體、組蛋白等表觀遺傳高通量數據分析的項目中，掌握了高通量數據分析的最新技術。也正是高通量測序與染色質免疫沉淀技術的興起，表觀遺傳組學研究取得突飛猛進的發展，成為當前生物醫學研究熱點，江賜忠也成為這個領域眾多研究者的一員。
科學無國界，科學家有自己的祖國
一個國家的科研水平與實力和國家的強大息息相關。在上世紀90年代早期及之前，中國國內的工作想在《科學》、《自然》等國際頂尖學術期刊上發表基本上是個可望不可及的追求。但是，最近十幾年，國內實驗室的工作每年都有多篇在《科學》、《自然》、《細胞》等國際頂尖學術期刊上發表。中國正在走向世界，他最希望的是中國的生物信息科學也能夠走在世界的最前列。
回國工作后，江賜忠主持參與了國家“973”重大科學研究計劃項目、國家自然基金委重大研究計劃與面上項目。根據中國出生缺陷防治報告，我國出生缺陷占新生兒的約5%，每年約有100萬缺陷兒出生，給家庭和社會造成極大負擔。導致缺陷兒的原因很大一部分與表觀遺傳紊亂有關。而核小體作為染色體的基本結構單元，通過開放或屏蔽DNA序列來控制轉錄因子與DNA結合，從而調控基因的轉錄表達。核小體在基因組中定位的變化與染色質結構的變化是重要的表觀遺傳基因調控機制。核小體的正確定位與染色質的正確結構在胚胎發育中起著重要作用，但分子機制并不清楚。
鑒于此，江賜忠團隊聯合了國內四家高校研究所，在生殖發育、表觀遺傳、與生物信息方面的杰出研究團隊，一起申請到“973”重大科學研究計劃項目“胚胎發育中的核小體重排與染色質重塑”。該項目結合生物信息學手段，主要從胚胎與干細胞兩個層次來研究核小體定位與染色質結構變化在胚胎發育中的作用機制，以期能夠獲得早期胚胎發育母源驅動向合子啟動轉化（MZT）這一重要過程、以及干細胞全能性維持與分化中核小體定位與染色質結構變化模式及表觀遺傳基因調控機制，為降低出生缺陷率、提高我國人口健康水平奠定基礎。
目前，項目研究已經取得一批成果。如染色質重塑酶是影響核小體定位的重要因素之一。染色質重塑酶缺失會導致果蠅胚胎發育停滯，但其分子機制并不清楚。在果蠅中Brahma由Brm基因編碼。為此，他們在果蠅三齡幼蟲中敲降Brm基因，以此研究核小體定位變化與全局基因表達譜變化。結果發現，Brm敲降導致整個基因組核小體占有（occupancy）變化，全局基因組上核小體密度變低。相對照，Brm敲降對核小體的位置偏移影響較小，約75%的核小體偏移少于10bp。Brm敲降對核小體定位的固定性（即相位）也有影響。核小體定位偏移、丟失與獲得、相位變化都富集在基因啟動子區。Brm敲降還導致了基因5’端大量區域核小體串（即3個及以上連續核小體）發生變化。
有意思的是，這些區域上的基因在發育與形態發生上有重要功能。這一定程度上解釋了Brm敲降導致果蠅胚胎發育停滯的原因。這些區域上富含AT富有的轉錄因子的模體（motif），因此Brm敲降可能通過影響這些轉錄因子對DNA的結合，從而調控其靶基因活性，影響胚胎正常發育。該結果已發表在Nucleic Acids Research （2014）。
讓世界關注中國
江賜忠始終認為，一個人的力量不足為奇，只有集眾之力才能形成一股巨大的推動力量。他先后參加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics，2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop，2010年與2012年冷泉港亞洲會議Epigenetics， Chromatin & Transcription，2012年的International Workshop and Summer School on Crops等國際會議，同時他們也邀請了時為北卡羅來納州大學教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的Jason Lieb教授等國內外知名學者來校訪問交流。通過這些學術交流，他們充分了解相關領域國際上的最新研究動態與現狀，與國際接軌。
“生物信息學是門交叉學科，既要有牢固的生物學知識，又要有很強的數理知識與編程能力。要同時掌握這些跨學科知識與技能不是件容易的事情，這就造成這方面人才的匱乏。據我所知，我國目前設有本科生物信息學專業的高校并不多。幸運的是，我在的同濟大學生命學院有開設生物信息學本科專業。因此，我國很必要加強生物信息學專業人才的培養與儲備。”江賜忠對于人才的重視和渴望溢于言表。
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關鍵詞 行為遺傳學；數量遺傳學；分子遺傳學：基因：人格
分類號 B845
1 引言
人格是一個人獨特精神面貌的整體反映，是需要、動機、興趣、態度、價值觀、氣質、性格、能力等多個方面的整合。它的形成和發展與遺傳因素息息相關。然而，人格的遺傳性究竟如何？到底哪些基因在起作用？它們又是如何起作用的？針對諸如此類的問題，行為遺傳學家們試圖為我們提供有效的解答，并由此形成了一個重要的研究領域，即人格行為遺傳學研究。
人格行為遺傳學研究就是運用行為遺傳學理論和方法來考察和揭示人格特征（包括人格障礙）和人格差異的遺傳基礎問題。它強調遺傳基因是塑造人格核心特征和造成人格個別差異的主要因素，但并不忽視環境的作用，甚至主張人格特征與人格差異是多種基因、多種環境以及基因與環境動態交互作用的結果。早在19世紀中后期，英國心理學家高爾頓（Galton，F.）就首先利用家譜法和雙生子法研究了人格差異的遺傳基礎。盡管他的研究因未將遺傳和環境區分開來而具有諸多局限，但它“為人類行為的變異范圍提供了檔案證明并且說明了行為變異存在遺傳基礎”（Plomin，DeFries，McClearn，& McGuffin，2008），是運用行為遺傳學方法研究人格差異的先驅性嘗試。高爾頓之后的20世紀，人格的行為遺傳學研究因行為主義主流范式的盛行而長期遭到“冷遇”。前者強調人格的遺傳性，而后者堅持環境論并認為人格由社會化的習慣決定，兩者的矛盾在這種勢力不均的情勢下曾一度不可調和。
但近幾十年來，行為主義的逐漸衰落和現代生物學特別是分子生物學的飛速發展分別為人格的行為遺傳學研究提供了巨大發展空間和發展動力，并使它由傳統的數量遺傳學取向發展到分子遺傳學取向。分子遺傳學取向是發端于20世紀初而到20世紀末才應用于人格研究的一種新取向，它在研究方法和研究理念上都較數量遺傳學取向具有革命性突破，目前正以驚人的速度發展著。可以說，人格遺傳學研究進入到分子遺傳學時代（Johnson，Penke，& Spinath，2011）。不過，兩種研究取向在基本思路方面各有特色，在具體研究方面都取得了很多有價值的成果，積極推動了人格行為遺傳學研究的復興和發展。
2 數量遺傳學取向
人格的數量遺傳學（quantitative genetics）研究取向主張運用雙生子研究、收養研究等設計來估計群體中遺傳因素對人格表現型方差的貢獻率，旨在用數量化的手段從宏觀上估計某種人格變異在多大程度上是由遺傳效應引起的，并考察遺傳通過與環境交互作用或相關影響人格的方式以及這些效應發生的具體情境。
2.1 人格遺傳率
數量遺傳學衡量人格遺傳性大小的核心指標是遺傳率（heritability），即在某群體內觀測到的人格總變異中能被遺傳變異解釋的百分比，它既可以揭示遺傳是否影響某種人格特征又可以指明這種影響達到何種程度。人格遺傳率可以用公式h2=Vg/Vp（其中h2代表人格遺傳率，Vg代表遺傳導致的人格變異，V。代表觀測到的人格總變異）來表示，數值在0～1之間，越接近于0，說明變異越少源于遺傳；越接近于1，說明變異越多源于遺傳。需要指出的是，遺傳率估計具有如下三個特點：第一，它具有群體特異性，僅僅適用于解釋樣本或群體的人格差異，而不適用于描述個體人格的遺傳性；第二，它假定遺傳因子和環境因子之間不存在相關或交互作用；第三，它會因測量方法和計算方法不同而有細微差別（郭永玉，2005；Larsen & Buss，2009）。
2.2 數量遺傳學設計
為了把基因和環境對人格差異的貢獻分離開來，數量遺傳學家采用了家族研究、雙生子研究和收養研究等多種研究設計。家族研究是最早用于人格研究的行為遺傳學方法，但它不能將遺傳與共同環境的作用區分開來，因而不能得出準確的遺傳率；雙生子研究是現代人格行為遺傳學研究最常用的一種有效方法，它在一定程度上克服了家族研究的缺陷，但它的等環境假設和代表性也往往令人擔憂：收養研究作為一種強有力的自然實驗法，是“解開影響家族相似性的遺傳和環境源之結的最直接方法”，避免了雙生子研究中的等環境假設問題，提供了環境影響人格差異的最佳證據，但它也存在三個爭議，即代表性、生前環境影響和選擇性安置效應（Plomin et al.，2008）。
鑒于以上三種方法各有其長處和不足，在過去的20多年中，數量遺傳學家已經開始利用家族研究、雙生子研究和收養研究的組合設計來研究人格。例如，研究分開撫養的同卵雙生子就把雙生子研究和收養研究各自的優點進行了有效整合，并且分開撫養的同卵雙生子在某種人格特質上的相關系數可以直接解釋為遺傳率的一個指標（Larsen & Buss，2009）。另外，隨著離異和再婚現象增多而產生的繼親家庭研究，自然地綜合了家族研究與收養研究的優勢，也是一種有趣和有效的組合研究設計。對多組比較的組合設計，甚至簡單的收養和雙生子研究，現代行為遺傳學通常采用模型擬合（model fitting）的方法進行統計分析，即建立一個反映各種遺傳和環境因素對某種人格特質貢獻大小的結構方程模型，并將其與觀測到的相關進行比較，從而估計出遺傳和環境的影響程度（郭永玉，2005）。
2.3 具體研究與發現
數量遺傳學取向的人格研究者利用上述設計主要對人格特質、人格障礙以及態度與偏好的遺傳性問題進行了考察。
2.3.1 人格特質
數量遺傳學關于人格特質的研究主要涉及人格的五大特征，即外傾性、宜人性、責任心、神經質和經驗開放性，其中研究最充分的要數外傾性和神經質。多數數量遺傳學研究表明，“大五”人格模型中的所有因素都具有中等大小的遺傳率，并且此研究結果在不同年齡段、不同性別以及不同文化背景的樣本群體中具有普遍一致性（saudino，1997；Loehlin，McCrae，Costa，& John，1998）。例如，兩項以雙生子為被試的研究表明，神經質和外傾性的遺傳率估計值分別為43%和52-54%（Wray，Birley，Sullivan，Visscher，& Martin，2007；Rettew，Rebollo-Mesa，Hudziak，Willemsen，& Boomsma，2008）。以往數量遺傳學對“大五”人格的研究通常都以正常人群為被試，最近許多研究開始關注異常人群“大五”人格的遺傳性問題。例如，Kendler，Myers和Reichborn-Kjennerud（2011）的研究表明，邊緣型人格障礙與“大五”人格中的神經質維度存在顯著的遺傳正相關，而與宜人性和責任心維度存在顯著的遺傳負相關。Hare等人（2012）的研究表明，躁郁癥患者人群“大五”人格的遺傳率（23%～32%）某種程度上低于正常人群的研究結果（40%～60%）。我們固然可以推測是異常人格影響了“大五”人格遺傳率的變化，但要得出確切的因果結論還需依賴未來數量遺傳學和分子遺傳學更加細致的綜合研究。
除“大五”人格外，研究者還對活動水平（activity level）和“精神病”人格特質的個別差異進行了行為遺傳學分析。活動水平是氣質的一個組成元素，其個別差異出現于生命早期，并隨著時間推移在兒童身上表現出穩定性。Spinath，Wolf，Angleitner，Borkenau和Riemann（2002）對300對雙生子的研究表明，活動水平存在40%的遺傳率。“精神病”人格特質包括權術主義、鐵石心腸、沖動性不一致、無所畏懼、責備外化和壓力免疫等方面。Blonigen，Carlson，Krueger和Patrick（2003）對353名男性雙生子進行了研究，發現所有這些“精神病”人格特質都表現出中等或高等的遺傳率。
數量遺傳學研究發現，盡管不同研究設計所得出的具體數值會有所不同，但一般的人格特質都具有較高的遺傳率估計值（Krueger & Johnson，2008）。
2.3.2 人格障礙
數量遺傳學系統研究的人格障礙主要有精神分裂型人格障礙、強迫型人格障礙和邊緣型人格障礙。精神分裂型人格障礙具有輕微精神分裂樣癥狀，用個人訪談法和問卷法所做研究表明，它具有非常高的遺傳率（Kendler，Myers，Torgersen，Neale，& Reichbom-Kjennerud，2007）。強迫型人格障礙是一種神經精神病狀態，以思想、情感、觀念以及行為的反復為典型癥狀，它所包含的五個因素即禁忌、污馳/清潔、疑慮、迷信/儀式和對稱/囤積的遺傳率位于24%和44%之間（Katerberg etal.，2010）。上述兩種人格障礙可能是精神機能障礙遺傳連續體的一部分，因為它們分別與精神分裂癥和強迫焦慮癥之間存在某種程度的遺傳重疊（Plomin et al.，2008）。邊緣型人格障礙是一種以心境反復無常、自我認同感紊亂、情緒沖動以及行為不穩定等為主要表現的人格障礙，它很大程度上受遺傳基因影響。例如，對荷蘭、比利時和澳大利亞三個國家5000多名雙生子的數量遺傳學研究表明，加性遺傳效應（additive genetic effect）可以解釋42%的邊緣型人格障礙變異，而且這一結果具有跨性別和跨國別的一致性（Distel et al.，2008）。最近一項10年的雙生子縱向研究發現，邊緣型人格障礙特質在14～24歲的各個年齡段都具有中等的遺傳率，且遺傳率有隨年齡增長而輕微上升的趨勢，而這些特質的穩定性和變化受遺傳因素高度影響，一定程度上也受非共享環境的影響（Bornovalova，Hicks，Iacono，& McGue，2009）。
2.3.3 態度與偏好
穩定的態度和偏好通常被看作人格的一部分，并表現出廣泛的個體差異。數量遺傳學家對態度和偏好的遺傳性進行了饒有趣味的考察。綜觀多數研究可知，態度的核心特征傳統主義具有中等的遺傳率。例如，一項明尼蘇達的雙生子研究表明，傳統主義的遺傳率為63%；一項對654名收養和非收養兒童的縱向研究表明，遺傳對保守態度具有重要影響，并且顯著的遺傳影響早在12歲時就已產生（Larsen & Buss，2009）。然而，并不是所有態度和信仰都表現出中等水平的遺傳率，這要因所研究的態度類型而異。例如，一項對400對雙生子的研究表明，對上帝的信仰、對宗教事務的參與以及對種族一體化的態度的遺傳率為零（Larsen&Buss，2009）。基因似乎也影響職業興趣或偏好。一項用修訂版的杰克遜職業興趣量表（JVIS）做的研究表明，34種職業興趣中有30種的遺傳率在37%和61%之間（schermer & Vernon，2008）。這表明，我們絞盡腦汁作出的職業選擇很大程度上受到我們從父母那里繼承的基因的影響。但值得我們注意的是，為什么有些態度和興趣具有較高的遺傳性，而有些態度和信仰的遺傳性不明顯甚至為零？或許未來的行為遺傳學研究能夠給出答案。
3 分子遺傳學取向
人格的分子遺傳學（molecular genetics）研究取向主張在DNA水平上用基因測定方法研究特定基因對人格表現型的影響效應，旨在超越傳統人格數量遺傳學研究僅停留在統計學層面考察遺傳率的局限，而從微觀層面直接鑒別對人格產生重要遺傳影響的具體基因或基因組合，以精確揭示人格特征（包括人格障礙）或人格差異的根本遺傳機制。
3.1 人格候選基因
已知人類基因具有數萬種之多，要想從中找出對人格起作用的特定基因是件困難的事情。況且，復雜的人格或行為特質并不簡單地遵循孟德爾的單基因遺傳定律，而是同時受作用幅度不完全相同而又相互協同和相互作用的多個基因的影響，這就又大大增加了確定這些基因的難度。因此，研究者不可能對所有基因都進行考察，更多的是考察候選基因與人格的關系。人格候選基因（candidate gene）是被假定與某一人格特質有關的基因，通常人們已了解其生物學功能和序列，它們可能是結構基因、調節基因或在生化代謝途徑中影響性狀表達的基因。研究者一般通過了解相關生理機制來確定人格的候選基因。例如，用于治療活動過度的藥物常含有多巴胺，因而像多巴胺受體、多巴胺啟動子和多巴胺轉運體這樣與多巴胺有關的基因便成為候選基因研究的目標。我們通常缺乏哪些基因是人格候選基因的強假設，因此試圖將那些與具有生理作用的DNA標記有關的基因與人格聯系起來的做法是很有道理的（張麗華，宋芳，鄒群，2006）。
3.2 研究策略
人格分子遺傳學研究者主要采用連鎖策略和關聯策略來尋找和鑒別對特定人格或行為特質有廣泛遺傳影響的具體基因。連鎖策略（linkagestrategy）采取從行為水平到基因水平的“自上而下”的研究思路，它以攜帶某種人格特質或障礙的家系為研究對象，對連續幾代人的DNA樣本進行分析，以確定是否有對該人格特征影響較大的特定基因存在。由于研究者并無假定的候選基因，這種策略對定位單基因遺傳特質的強效基因十分有效，但當牽涉若干個作用較小的基因時它便不再那么有效。然而，大多數復雜的人格或行為特質往往牽涉多個微效基因，于是另一種較新的關聯策略（association strategy）便成為最常用的確定人格基因的策略。關聯策略采取由基因到行為的“自下而上”的研究思路，通過考察擁有某種特定基因（或等位基因）的個體比沒有該基因的個體在某種特定人格特質上的得分是高還是低，來確定候選基因與人格或行為特質之間的關聯情況，即一種可能的因果關系。關聯策略比連鎖策略更容易找到只有微弱效應的特定基因，但系統性不夠強。
隨著人類基因組多態性研究以及SNP分型技術的發展，全基因組掃描（genome-wide scanning）逐漸成為一種標志性的分子遺傳學人格研究策略（Strobel & Brocke，2011）。它主要包括對人格表現型的全基因組連鎖分析和全基因組關聯分析，先將人格表現型的相關位點定位于染色體某個區域，然后再進行候選基因研究或連鎖不平衡分析，確定其具體基因位點。例如，一項用全基因組掃描做的研究表明，傷害回避與8p21染色體區域存在顯著相關（zohar et al.，2003）。
3.3 具體研究與發現
基因主要是通過大腦中的神經遞質系統來影響人格的，因而參與調節神經遞質系統的基因便成為主要的候選基因。在Cloninger等人的人格心理生物模型中，新穎性尋求（novelty-seeking）、傷害回避（harm-avoidance）和獎賞依賴（reward-dependence）三種氣質維度被假定分別與大腦調節不同類型刺激反應的三種神經遞質系統即多巴胺（dopamine）系統、5-羥色胺（serotonin）系統和去甲。腎上腺素（noradrenaline）系統相聯系。此類理論假設促使人格分子遺傳學研究者們主要從這三種神經遞質路徑考察了基因多態性與人格之間的關系。
3.3.1 多巴胺系統
多巴胺是腦部負責快樂和興奮的一種積極化學物質，它的缺乏會促使個體積極尋求有效物質或新異經驗以增加多巴胺釋放。到目前為止，人格研究中最早且最多關注的DNA標記是位于第11號染色體短臂上的多巴胺D4受體基因（DRD4）。1996年，兩個獨立研究小組同時在《自然遺傳學》上報告了DRD4基因的3號外顯子中的48-bp VNTR多態性與新穎性尋求之間存在正相關，標志著人格分子遺傳學研究的初步登場（Ebstein & Israel，2009）。其中，Ebstein領導的小組運用三維人格問卷（TPQ）對124名猶太健康志愿者進行了測量，發現長重復段DRD4等位基因對新穎性尋求具有6%的解釋效應，而未發現它與另外三個TPQ指標（獎賞依賴、傷害回避和堅持性）有顯著關聯（Ebstein et al.，1996）；Beniamin領導的小組運用大五人格量表修訂版（NEO-PI-R）對315名美國成人和兄弟姐妹進行了預測測量，也發現擁有長重復段DRD4等位基因的個體比擁有短重復段DRD4等位基因的個體新穎性尋求水平顯著高，并且發現長重復段DRD4等位基因與NEO-PI-R量表的外傾性和責任心兩個維度顯著相關，而在其他三個維度即神經質、開放性和宜人性上未見此結果（Benjamin et al.，1996）。對于這兩種研究的結果可能的解釋是，擁有長重復段DRD4等位基因的個體對多巴胺的相對缺乏反應敏感，需要尋求外界新異經驗來增加多巴胺釋放，而擁有短重復段DRD4等位基因的個體傾向于對腦中已經存在的多巴胺作出高度反應，無需尋求新異經驗便可使多巴胺含量達到適當水平。
此后，一系列研究對DRD4基因與新穎性尋求這種人格特質之間的關聯進行了重復驗證，但結果并不完全一致。兩項分別以德國人和日本人為被試的研究證實DRD4基因與新穎性尋求特質之間的確存在顯著關聯（strobel，Wehr，Michel，&Brocke，1999；Tomitaka et al.，1999）；Burt等人對明尼蘇達137個雙生子家庭所做的研究發現，DRD4基因與新穎性尋求測量指標之間不存在任何關聯（Bun，McGue，Iacono，Comings，&MacMurray，2002）；Ekelund等人則得出了與1996年研究相反方向的結果，即在新穎性尋求水平較高的群體中，2次和5次重復等位基因而非7次重復等位基因的頻率更高（Ekelund，Lichtermann，Jarvelin，& Pelmnen，1999）。除此之外，有些研究還發現DRD4基因與其他人格候選基因存在聯合效應。一項關于1歲新生兒對新異事物反應的研究發現，DRD4基因中的48-bp VNTR與5-羥色胺轉運體基因（5-HTT）中的一種多態性存在聯合效應（Lakatos et al.，2003）。之所以會出現如此多樣的研究結果，可能與樣本大小、被試特點（年齡、性別和種族文化等）、測量工具、研究設計等因素有關。例如，分組方法不同所得研究結果就會有很大差異（Tsuchimine et al.，2009）。不管怎樣，這都有待于進一步研究證實。
除DRD4基因外，研究者還對多巴胺系統中的其他人格候選基因進行了考察，如多巴胺D2受體基因（DRD2）、多巴胺D3受體基因（DRD3）、多巴胺D5受體基因（DRD5）以及多巴胺轉運體基因（DATl）等。一項用多種人格測驗所做的研究表明，DRD2基因的-141C插入/缺失多態性與卡氏人格量表（KSP）測量的冷漠以及北歐大學人格量表（SSP）測量的自信缺乏之間存在關聯（JSnsson et al.，2003，），而利用氣質性格量表（TcI）對被試所做的一項研究表明，-141C插入/缺失多態性和DRD2/ANKK1基因的TaqlA多態性與人格特質之間可能并非存在直接強相關，而是在DRD2基因與ANKKl基因的交互作用條件下才對人格產生影響（Tsuchimine et al.，2012）。在一個由862名個體組成的樣本中發現DRD3基因與神經質和行為抑制存在關聯，而當該樣本擴大到1465人時這種關聯未得到驗證（Henderson et al.，2000）。有研究表明，DRD5基因可能與人格的持續性發展有關（Vanyukov，Moss，Kaplan，Kirillova，&Tarter，2000）。由于發現DAT1基因與具有某些新穎性尋求特征的注意缺陷多動癥（ADHD）存在關聯（Jorm et al.，2001，），有人用極端分數個體為被試考察了DATl基因與新穎性尋求之間的關聯，結果表明這種效應只在女性被試身上有所顯現（van Gestel et al.，2002）。
3.3.2 5-羥色胺系統
5-羥色胺作為一種生物胺，對于人類的攻擊性、抑郁、焦慮、沖動、幸福感等情緒情感具有重要調控作用。此系統中最經常被研究的人格候選基因是5-羥色胺轉運體基因（5-HTT），該基因越長釋放和回收5-羥色胺的效率越高，已有許多研究考察了它與傷害回避等焦慮類人格特質之間的關聯。5-HTT基因具有兩種多態性：5-HTT基因連鎖的多態性區域（5-HTTLPR）和5-HTT基因2號內含子中的VNTR多態性，其中人格研究關注最多的是5-HTTLPR。
1996年的一項經典研究發現，短5-HTTLPR等位基因攜帶者較長5-HTTLPR等位基因攜帶者在神經質和傷害回避維度上的表現水平更高（Lesch et al.，1996）。功能性磁共振成像表明，攜帶一個或兩個短5-HTTLPR等位基因復本的個體在對恐怖刺激的反應中表現出更強的杏仁核神經元活動（Harid et al.，2002）。這種由遺傳導致的杏仁核對情緒刺激的興奮性差異支持了該結論。不過，也有一些其他研究并未發現此種關聯（Flory et al.，1999；Tsai，Hong，& Cheng，2002）。還有一些研究得出了相反結果。例如，使用極端得分個體做的一項研究發現，短5-HTTLPR等位基因在低傷害回避群體中比在高傷害回避群體中出現的頻率更高（van Gestel et al.，2002）。2004年的一份元分析指出。這種可重復性的缺乏很大程度上是由于樣本量過小以及所使用的量表不同而導致（Sen，Burmeister，& Ghosh，2004）。分析者發現，運用大五人格量表測量的神經質與5-HTTLPR有顯著關聯，而運用氣質性格量表測量的傷害回避與5-HTTLPR不存在任何顯著關聯。2008年的另一份元分析也得出了類似結論（Munaf6 et al.，2008）。然而，使用NEO-PI-R量表對4000多名被試進行的一項大型研究發現，5-HTTLPR與神經質或其各維度（焦慮，抑郁，憤怒，敵意，自我意識，沖動。易受傷害性）之間不存在任何關聯（Terracciano etal.，2009）。近年來，有研究者發現，與其雜合子同伴或短等位基因的純合子同伴相比，具有長5-HTLPR等位基因的純合子個體通常更關注積極情感畫面，而選擇性地回避一同呈現的消極情感畫面（Fox，Ridgewell，& Ashwin，2009）。這表明他們通常更加樂觀。使用信息加工眼動跟蹤評估法進行的另一項研究發現，短5-HTLPR等位基因攜帶者在視覺上更加偏愛積極場景而回避消極場景，長5-HTLPR等位基因的純合子個體更加無偏地看待情緒場景（Beevers，Ellis，Wells，& McGeary，2009）。這表明，短5-HTLPR等位基因攜帶者可能比長等位基因純合子個體對環境中的情緒信息更加敏感。對于5-HTLPR與人格特質之間關系的這些看似不一致的結論，還有待進一步研究確證。此外，一項最新研究顯示，5-HTLPR與Val66Met兩種多態性對傷害回避存在顯著交互作用（Ariaset al.，2012）。
除5-HTT基因外，研究者還對5-羥色胺系統中的另外兩個人格候選基因5-羥色胺2A受體基因（5-HT2A）和5-羥色胺2C受體基因（5-HT2C）進行了考察。有研究者在雙極性精神障礙患者和健康控制組群體中檢驗了5-HT2A的1號外顯子中的一種單核苷酸多態性與傷害回避維度之間的關聯，但是沒有發現任何關聯存在（Blairy et al.，2000）。還有研究者以健康日本人為樣本對5-HT2A的5種單核苷酸多態性進行了考察，沒有發現它們與氣質性格量表的任何維度存在關聯（Kusumi et al.，2002）。就5-HT2C與人格的關系而言，研究者發現5-HT2C中的一個點突變與三維人格問卷的獎賞依賴維度和堅持性維度存在關聯，并且DRD4與5-HT2C對獎賞依賴存在顯著交互效應（Ebstein et al.，1997）。然而，后來的一項重復性研究發現，5-HT2C對獎賞依賴不存在主效應，但DRD4與5-HT2C對獎賞依賴確實存在顯著交互效應（Kühn et al.，1999）。
3.3.3 去甲腎上腺素系統
在人格的分子遺傳學研究中，人們對去甲腎上腺素系統的關注遠不及對多巴胺系統和5-羥色胺系統的關注多，但也取得了一些研究成果。有研究以健康被試為樣本，考察了去甲腎上腺素轉運體（NET）的一種外顯子限制性片段長度多態性（RFLP）與氣質性格量表中各維度之間的關系，但沒有發現任何關聯存在（Samochowiec et al.，2001）。不過，另一項以朝鮮人為被試的研究表明，去甲腎上腺素轉運體的T-182C基因多態性與氣質性格量表的獎賞依賴維度存在顯著關聯（Ham，Choi，Lee，Kang，& Lee，2005）。有研究表明，在中國人被試中，αla腎上腺素受體基因（ADRAlA）和0c2a腎上腺素受體基因（ADRA2A）的多態性與三維人格問卷各維度之間不存在任何關聯（Tsai，Wang，& Hong，2001）。而之前的另一項研究發現，ADRA2A的一種常見單核苷酸多態性與易怒性、敵對性和沖動性諸測量值之間的確存在某些關聯（comings et al.，2000）。關于去甲腎上腺素系統的諸候選基因與人格之間關系的研究，有待進一步加強。
4 總結與展望
行為遺傳學通過數量遺傳學和分子遺傳學兩條取徑對人格遺傳性問題進行了不同層次的詳細探索，取得了較為豐富的研究成果，推進了我們對人格遺傳程度和遺傳機制的深刻認識，也有利于促進人格研究的科學化。人格行為遺傳學研究的兩類取向各具優勢和不足。數量遺傳學取向借助生態研究設計從宏觀上估計遺傳變異對人格差異的解釋程度，資料獲取經濟簡單、技術要求低，并且結果解釋相對容易，但它無法確切地告訴我們究竟哪些基因或多態性導致了人格差異以及具體作用過程如何（Parens，2004），對研究設計和被試取樣的依賴性較強，況且面對遺傳與環境實際存在相關或交互作用的不爭事實，遺傳率的解釋意義往往遭到質疑（Lerner，2011）。分子遺傳學取向擺脫了數量遺傳學取向存在的諸多不足，可以從DAN水平精確細微地探知造成人格障礙或差異的特定基因及其作用機制，但研究程序繁瑣復雜，對新興生物技術要求較高，在人格候選基因的選擇上帶有推測性，迄今為止尚未產生符合最初預期的可重復的實質性人格研究成果（McClellan & King，2010）。除此之外，兩類研究取向還存在諸多共同的問題：一是受測量手段限制，對被試自陳報告依賴性高，往往會造成某些人格特質在防衛或偽裝心理作用下被隱藏；二是由于研究設計和技術、被試取樣、人格和基因自身復雜性以及環境與基因的交互作用等原因，研究結果的可重復性不高（Kim & Kim，2011）；三是受過去百余年消極心理學研究傳統的影響，所研究的對象主要是精神分裂癥、抑郁癥、多動癥等病理人群（張文新，王美萍，曹叢，2012），缺乏對健康人群積極人格品質的遺傳研究；四是研究成果的現實利用率低，未能把研究所得成果及時有效地轉化為現實效益。
鑒于人格行為遺傳學研究所存在的諸多問題，未來研究應特別注意以下五個方面：
（1）強調兩種研究取向的有機結合，在數量遺傳設計中加入對特定基因型的直接測量。這兩種研究取向各有優缺，可以相互彌補，況且分子遺傳學的許多工作需用傳統數量遺傳學設計綜合考慮環境與遺傳因素來完成。未來研究可以在數量遺傳設計中加入對特定基因型的直接測量，例如，可以先用數量遺傳學方法確定某種人格特征是否具有遺傳性以及遺傳到什么程度，然后再用分子遺傳學方法從根本上細微探究影響人格的具體基因及其作用方式。
（2）注重多學科和多范式的有效整合。人格的行為遺傳學研究是一項綜合性很高的困難工作，涉及遺傳學、心理學、生物學、神經科學、醫學和社會學等多門學科，因此需要在更廣泛的視野下進行多學科的整合研究。人格的遺傳機制相當復雜，靠單一研究工具（如自陳問卷）或研究范式很難獲得理想結果，今后應在傳統研究范式的基礎上綜合采用腦成像、誘發電位、前脈沖抑制和計算機博弈模型等一些新的研究范式，從多個角度綜合考察和相互印證人格與基因的關系，從而彌補由自陳報告帶來的弊端，同時克服可重復性低的問題。
（3）擴大對健康人群積極人格品質的研究。未來人格行為遺傳學研究不僅要研究病理人群的消極人格品質，而且更要研究正常人群甚至超常人群的積極人格品質，探究它們的遺傳性及分子作用機制，為積極人格品質的培養提供遺傳學依據。
篇9
關鍵詞：基因組編輯；CRISPR-Cas9；豬；基因功能；網絡調控
中圖分類號：R34；S828 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）24-6510-07
最新的CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）分類表將其描述為三大類型和多個亞型，結合生物化學與分子遺傳學方法揭示了不同CRISPR-Cas（CRISPR associated protein）類型的特征[1]，其中II型系統Cas9比其他更為簡便。基于CRISPR-Cas9系統的作用原理，研究人員模擬細菌的成熟crRNA和tracrRNA，在體外人工合成gRNA（guide RNA），同樣可以達到特異地切割靶標DNA，從而將該系統簡化成核酸酶Cas9和人工合成的sgRNA兩個組分，在靶標位點導致所期望的插入、刪除或替換，由此開創了新型基因編輯技術，這是該系統的“基因工程功能”。更進一步地，通過點突變得到缺乏核酸酶活性的Cas9突變體，命名為dCas9。突變的dCas9可在gRNA的引導下，實現與DNA結合，但不能切割DNA。而dCas9具有融合異源模塊的結構域，利用dCas9這3點特性，將其與一系列具有功能的異源模塊融合，實現不同研究目的：轉錄激活與抑制、探索未知基因及其調控元件的功能、全基因組掃描等，這是該系統的“基因調控功能”。不論是基因工程/基因調控，其工作過程是相同的：gRNA通過序列互補原則將核酸酶帶到基因組特定位點，使其與靶標結合。不過，基因工程與基因調控是利用Cas9蛋白的不同形式，包括野生型Cas9與人工突變的dCas9蛋白，以實現各自目的[2，3]。該技術能夠快速地構建遺傳改造的動物，使得在過去要花費數月或數年的工作現在只需幾周完成。CRISPR技術與PCR技術類似，正在給生物工程研究帶來革命性的改變，從各個方面影響著生命科學的發展[4]。目前基因組編輯CRISPR-Cas中也主要是應用Cas9系統，下面簡稱“Cas9系統”。
2013年初以來，Cas9系統的快速創新及其拓展應用，使其成為可替代ZFN和TALEN的第三代基因組編輯工具。2013年Science雜志將Cas9系統選為年度十大突破之一（亞軍）；2014年美國加州大學伯克利分校生物化學家Doudna博士和德國的Charpentier博士因此共同獲得了美國硅谷“科技突破獎”與“阿爾珀特獎”；2015年被Science雜志評選為年度十大突破之首；2016年具有小諾貝爾獎之稱的蓋爾德納國際獎授予了三位科學家：Doudna，Charpentier和麻省理工學院的張鋒三位博士。幾大公司看好Cas9系統的成果商業化前景。Editas Medicine、Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics等公司已經收到數億美元的投資。例如，2015年比爾?蓋茨等大佬宣布為促進基因編輯技術的蓬勃發展，共投資1.2億美元參與基因編輯公司 Editas Medicine的B輪融資，Cas9先驅之一張鋒是該公司的聯合創始人。Editas Medicine計劃于2017年采用基因編輯療法對先天性黑蒙癥進行臨床試驗，這是一種罕見的視網膜疾病，基因突變可能導致眼睛中的感光細胞逐漸消失。據麻省理工W院Broad研究所網站最新報道，農業生物技術巨頭杜邦（DuPont）公司宣布對Caribou Sciences公司進行投資，且將獲得其專利在農作物使用的獨家授權。而Caribou Sciences是Cas9技術首創之一Doudna博士實驗室的附屬公司。目前，杜邦公司正在溫室中種植Cas9編輯的玉米、大豆、水稻和小麥，期望在5～10年內出售Cas9技術的產品。位于明尼蘇達州圣保羅的動物生物科技公司Recombinetics正在開發同類動物，包括無須抑制牛角生長的牛和不需要被的豬。2016年6月底，美國國立衛生研究院（NIH）顧問委員會批準了一項申請：利用Cas9系統強化依賴于患者T細胞（一種免疫細胞）的癌癥療法。由于其易用性和通用性，Cas9已經被世界各地的實驗室用來改寫基因組和重塑細胞，其在醫學和農業領域的潛在應用是無窮無盡的，它將開啟該行業新一波的產品浪潮和利益追逐。根據瑞士洛桑附近的咨詢機構IPStudies介紹，全球已有超過860項CRISPR專利，平均每天新增加一項專利。世界許多遺傳學家和生化學家普遍認為，Cas9系統可對所有的生物進行改造，這是一項可改變生命未來的偉大技術，當然，該技術也面臨許多倫理挑戰。
1 CRISPR-Cas9系統的拓展性應用研究
最初的Cas9只能實現剪切的基因工程功能（CRISPR1.0版本）。每次只能執行一種功能的dCas9是CRISPR2.0。現在研究人員將突變dCas9蛋白與一系列具有功能的異源模塊融合，成為能夠執行多重功能的CRISPR3.0。這種平臺能夠執行復雜的程序，適用于研究基因網絡機理和更深入探討復雜性狀/疾病[5]。
1.1 同時激活多基因表達/同時抑制多基因
Chavez等[2]設計了三方轉錄激活子（VP64-p65-Rta）融入dCas9，可探討一連串基因回路對生物過程（比如組織發育或疾病發生）的影響，也可以精確指導干細胞分化，生成再生醫學所需的移植器官。Konermann等[6]應用改造后的Cas9系統成功激活了十個基因，包括長非編碼RNA（LncRNA）。這些基因轉錄效率得到了兩倍以上的增長，該研究的意義在于，人們可以用這一技術在活細胞中有效啟動任何基因表達[7]。Cas9系統已被成功地用于同時干擾小鼠2個基因和敲除猴與蠶的兩個基因[8，9]。多位點編輯將促進多方面研究，包括上位效應的檢測和基因組中物理距離非常接近的多基因操作。Ma等[10]同時靶向基因家族的多成員（多至8個位點），突變率平均為85.4%。Zalatan等[11]應用架RNA（scaffold RNA，scRNA），成功在酵母中重新定向了一個復雜的多分支的代謝通路，其中一些基因被激活，另一些基因被抑制（CRISPRa/i）。多基因的組合控制可以幫助人們靈活操縱細胞中的通路，例如，改寫細胞命運或者設計代謝通路。Cheng等[5] 報道其CRISPR 3.0版本是Casilio，該系統可結合多個蛋白模塊，包括基因激活、基因抑制、染色體熒光標記、組蛋白乙酰轉移酶等，以實現不同的目的。
1.2 運用Cas9實施表觀遺傳學編輯
Kearns等[12]報道dCas9-組蛋白脫甲基酶LSD1 在鼠胚胎干細胞中靶向轉錄因子Oct4的遠端增強子，抑制Oct4轉錄并失去多能性。許多酶能以不同的機制催化DNA去甲基化，其中，TET（Ten-Eleven Translocation dioxygenase）雙加氧酶家族有3個成員：TET1、TET2和TET3，催化的5-甲基胞嘧啶氧化，可啟動DNA的去甲基化。Xu等[13]首先向傳統sgRNAs中插入兩個拷貝的噬菌體MS2 RNA元件，構建了修飾后的sgRNA2.0，這有利于Tet1催化結構域（TET-CD），與dCas9或MS2外殼蛋白融合，以靶向基因位點。結果證明，dCas9/sgRNA2.0指導的去甲基化系統能有效地將靶基因去甲基化，可顯著上調靶基因的轉錄，包括RANKL、MAGEB2或MMP2，而且這結果與它們啟動子中相鄰的CpG島的DNA去甲基化密切相關。類似的工作與結果也由Choudhury等[14]報道于模式抑癌基因BRCA1啟動子。這些結果不僅可以幫助我們理解在特定背景中DNA甲基化如何調節基因表達的機制，而且也使我們能夠控制基因表達與功能，并帶來潛在的臨床效益。表觀遺傳效應模塊的匯總詳見文獻[15]。
1.3 運用Cas9開展高通量全基因組遺傳學篩選
全基因組 CRISPR 篩選克服了傳統遺傳篩選的缺點，可應用于幾乎任何細胞系和任何遺傳背景下的篩選[16]。應用其進行遺傳篩選的基礎是蛋白Cas9修飾后的多種形式融合和sgRNA文庫。構建Cas9高通量篩選的文庫有兩種：陣列文庫和混合文庫。（1）細胞系中開展遺傳學篩選。Wong等[17]創建了Cas9與CombiGEM結合的平臺技術，可展望，該平臺有著廣泛的應用前景，加速系統鑒定控制人類疾病表型的遺傳組合，并轉化到新藥物組合的發現。（2）體內開展遺傳學篩選。Ma等[18]將活化誘導胞嘧啶核苷脫氨酶（AID）與dCas9融合成為dCas9-AIDx，在慢性粒細胞中靶標BCR-ABL，鑒定了賦予細胞伊馬替尼抗性的已知突變和新突變。Zhu等[19]開發了配對的gRNAs（pgRNAs），產生大片段缺失，應用這種高通量方法確定了51條功能性的lncRNAs，并驗證了其中的9個。該方法使科學家們能夠快速識別哺乳動物非編碼元件的功能。
1.4 光遺傳學加CRISPR調控基因表達與靶DNA切割
東京大學和杜克大學基于光誘導的CRY2（色素）和CIB1（蛋白），開發出相似的光遺傳學+CRISPR系統，其目的是利用光來開啟和關閉基因表達，同時賦予時空控制和可逆性[20-22]。
1.5 通過熒光標記的dCas9對DNA實施標記
Deng等[23]w外構建“dCas9/熒光素”復合物作為探針，可視化基因組位點完全沒有引起DNA變性，稱為Cas9介導的熒光原位雜交（CASFISH）。dCas9/sgRNA能夠在近著絲粒區、著絲粒、G富集端粒和編碼基因等位點快速而有效地進行重復DNA元件標記，也適用于初生組織切片的檢測。這種技術具有快速、有效、破壞性較少與成本低的特征，為基礎研究和遺傳學診斷增加了一種非常有潛力的工具。
1.6 CRISPR-Cas9系統同時實現基因工程和基因調控的雙重功能
Kiani等[24]開發了Cas9系統一個新策略，能夠同時實現基因組工程和基因調控的雙重功能。其使用經過改造的gRNA和Cas9蛋白，在切割特定基因的同時調控其他基因的表達。這一技術大大增強了基因組編輯和基因調控的功能性，幫助我們進一步操縱細胞，以揭示重要生命過程背后的復雜機理，比如，癌癥耐藥性和干細胞分化，或者幫我們設計更高級的人工基因回路。更進一步地，雙重功能Cas9可以促進基因工程菌株（例如大腸桿菌）大規模生產化合物和燃料。
1.7 多順反子基因
Xie等[25]將tRNA與gRNA結合起來，開發合成了一個多順反子基因，以提高Cas9系統的靶向能力和多重編輯效率，能夠在水稻中高效實現多重基因組編輯和染色體片段刪除（可達到100%）。Qi等[26]設計多個tRNA-gRNA單元，在玉米中的研究表明，該系統不僅增加靶向位點數目，也能更有效和準確地缺失染色體片段，這對基因功能的完全消除特別是lncRNAs的研究很重要。同時還表明，在一個表達盒中可容納多達四個tRNA-gRNA單元，用來修飾同一基因家族中的不同成員或同一代謝途徑中的不同調控基因。
1.8 Cas9系統應用于多能干細胞
誘導型多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）可無限地自我更新，而不會喪失分化成所有細胞類型的能力，且繞過了免疫排斥的障礙。iPSCs在再生醫學中具有良好的前景，是用于致病突變原位校正的一種理想細胞群。將CRISPR應用到iPSCs中為糾正遺傳缺陷疾病開辟了一條新途徑，因為iPSCs很難采用傳統的基因打靶策略進行操作，尤其是蛋白質介導的基因組編輯方法[27-30]。
1.9 染色體大片段和lncRNA編輯
Shechner等[31]介紹了以CRISPR-Cas9為基礎的基因組靶向技術展示：CRISPR-Display（CRISP-Disp），將gRNA-ncRNA融合，能將大片段非編碼RNA帶到特定DNA位點，同時不影響dCas9的功能。CRISP-Disp系統可容納約4.8 kb的RNA結構域，這相當于天然lncRNA的長度。除了lncRNA以外，研究人員還對各種天然和人工非編碼RNA進行了測試，表明gRNA可以偶聯多個非編碼RNA結構域，這些結構域可同時且獨立起作用。CRISP-Disp可用來解決如下問題：一個lncRN段是如何調控基因表達的？是這個片段的轉錄本在起作用，還是它本身的序列在起作用？揭示lncRNA在表觀遺傳學修飾、染色質重塑或者轉錄調控中做出的貢獻。該系統除了研究非編碼RNA機理外，對合成生物學來說，CRISP-Disp的靈活性、模塊化和多重化特性是很有吸引力的。用CRISP-Disp招募RNA-蛋白復合體到特定位點，可以設計出復雜的基因調控回路。Yoshimi等[32]開發出了兩種基因改造新技術：lsODN（long single-stranded oligodeoxynucleotide）和2H2OP（Two-hit two-oligo with plasmid）），來完成相對較長的DN段，如GFP（Green fluorescent protein）序列的靶向基因敲入，提高基因編輯的效率。第一種方法是利用lsODNs作為靶向供體。第二種方法是共同注射兩個gRNAs作為“剪刀”切割基因組DNA和供體質粒DNA中的靶位點，兩個短ssODNs作為“漿糊”連接切割位點的末端。利用開發出的兩種基因改造方法，該研究小組成功實現了高效、精確敲入GFP基因，導入了近200 kb的大片段基因組區域，這是采取傳統方法不可能做到的。并用人源基因替代了大鼠基因，構建出了基因人源化的動物。這兩種基因敲入方法將會提高遺傳工程改造的效率。研究人員高度期待這些遺傳工程生物將用于藥物研發、轉化和再生醫學等廣泛的研究領域。
1.10 研究蛋白質工程
Hess等[33]開發了一種稱為重利用體細胞超突變的原位蛋白質工程新技術，命名為CRISPR-X。研究人員利用dCas9召集胞嘧啶氨酶（AID）變異體，其攜帶有經過MS2修飾的sgRNAs，能特異地誘變內源靶標，限制脫靶傷害。它能產生不同點突變的多樣文庫，同時靶向多個基因組位點，結果從中找到了引發Bortezomib耐藥性的已知和新突變。還利用超活化AID變異體，同時誘變了轉錄起始位點上游和下游的位點。這些結果均表明 CRISPR-X是一種強大的工具，能幫助科學家們創建復雜的原始遺傳突變文庫，分析完善蛋白質工程。
2 CRISPR-Cas9系統在豬中的研究進展
Cas9系統出現之前，已經有文獻報道了其他技術的基因組編輯豬[34]，現在利用Cas9系統的報道層出不窮。這里重點綜述Cas9系統在豬研究中的進展，因為豬不僅提供肉食，同時其在生理學、免疫學和基因組學上與人高度相似，器官大小也比嚙齒動物有優勢。
2.1 功能基因研究
Su等[35]合成sgRNA時用豬U6啟動子代替人U6啟動子，獲得更佳的打靶效率；Wang等[36]顯微注射Cas9 mRNA和sgRNA至豬原核期胚胎，篩選出打靶效率最高的sgRNA；He等[37]將攜帶GFP和紅色熒光蛋白（RFP）的Cas9質粒先后轉染豬胎兒成纖維細胞，通過雙重熒光篩選提高打靶成功效率；吳金青等[38]應用SSA（Single-strand annealing）報告載體，使Cas9系統對豬胎兒成纖維細胞的打靶效率提高5倍左右。八聚體結合轉錄因子4（OCT4）是參與調控胚胎干細胞自我更新和維持其全能性的重要轉錄因子之一。Kwon等[39]研究表明Cas9系統可針對孤雌胚胎實現基因OCT4的敲除和敲入。Lai等[40]構建了一個豬OCT4的報告系統，其內源性OCT4啟動子可直接控制RFP，因此熒光能準確地顯示內源性OCT4的激活，并獲得了在內源性OCT4基因啟動子下游具有tdTomato基因敲入的豬胎兒成纖維細胞（PFF）系。Cas9系統編輯的PFFs被用作體細胞核移植（SCNT）的供體細胞，在SCNT胎兒的囊胚和生殖嵴中檢測到了強大的RFP表達，并制備了兩頭有生命力的基因編輯豬。
2.2 提高生產性能
肌肉生長抑制素（Myostatin，MSTN）基因對肌肉生長發育具有重要調控作用。Crispo等[41]、Cyranoski[42]、Wang等[43]和張冬杰等[44]利用Cas9系統獲得了MSTN基因的雙等位基因敲除豬。湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所Bi等[45]應用Cas9系統制備了無選擇標記的MSTN基因敲除克隆豬。首先，利用Cas9系統介導的同源重組敲除豬初生細胞中MSTN的一個等位基因。然后，用Cre重組酶來切除選擇標記基因，有效率為82.7%。免疫印跡顯示，克隆豬MSTN大約有50%的降低，同時肌原性基因在肌肉中的表達有所增加。組織學顯示，肌纖維數量增加，但是肌纖維大小保持不變。超聲波檢測顯示，最長肌大小增加，背部脂肪厚度降低。該研究提供了一種可靠的途徑用于家畜良種生產，也提出了一種策略來減少潛在的生物學風險。中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所的李奎教授領導研究團隊，首次利用Cas9系統獲得了位點特異性的基因敲入豬模型[46]，得到一個新的基因組“安全港”位點：pH11位點，通過Cas9系統分別在細胞、胚胎和動物體內的該位點插入了大于9 kb的基因片段，實現了穩定高效的基因表達。
分化簇 163（Cluster of differentiation 163，CD163）被認為是豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的受體基因，分化簇1D（CD1D）是一類抗原遞呈因子。Whitworth等[47]利用Cas9系統分別敲除CD163和CD1D的基因編輯豬；經過藍耳病毒株攻毒后CD163雙等位基因敲除豬未表現出臨床癥狀，具有良好的抗藍耳病能力。中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所利用Cas9系統進行抗PRRSV和抗豬傳染性胃腸炎（PEDV）的CD163和CD13雙基因編輯豬的制備，正在開展相關驗證鑒定工作。這些研究在養豬業引起了高度關注。
2.3 研究人類疾病的動物模型
豬是人類醫學研究極佳的動物模型。vWF（von Willebrand factor）的基因是引起人血管性血友病的主因。Hai等[48]應用Cas9系統靶向豬vWF外顯子，目的基因插入/缺失突變效率達到 68.8%（11/16）；單等位基因突變和雙等位基因突變的vWF抗原水平均極顯著低于野生型個體（P
再如，去除所有主要淋巴細胞的豬是研究人X-染色體連鎖的嚴重聯合免疫缺陷（SCID）患者病毒感染和免疫受損發病機理的理想動物模型。破壞IL2RG的豬比嚙齒動物敲除IL2RG模型更接近于SCID表型。Lei等[50]利用Cas9系統快速生成雙基因RAG2/IL2RG敲除豬，成功建立了人諾如病毒（HuNoV）感染的免疫缺陷的豬模型，因為RAG2/IL2RG缺陷豬缺乏B細胞、T細胞和自然殺傷細胞。Yu等[51]成功地通過Cas9系統在滇南小型豬產生人類DMD疾病動物模型。
2.4 醫學生物反應器
豬除了作為人類疾病模型外，也可作為生產人類需要的產品反應器。例如，賴良學課題組利用精確Cas9系統對豬胰島素基因進行了無痕定點修飾，3頭可以分泌人胰島素的克隆豬，其中2頭完全分泌人胰島素，而不含豬胰島素；另一頭既分泌人胰島素也分泌豬胰島素。牛泌乳量大、乳汁活性蛋白的產量高，因此其乳腺是理想的生物反應器，Peng等[52]通過CRISPR技術建立了人血清白蛋白的生物生產器。人成纖維細胞生長因子2（hFGF2）是一種多功能生長因子，在促進組織生長發育、新血管形成和參與組織修復過程中起著重要的作用，但其在人體內的表達量較低。Jeong等[53]借助Cas9系統將該基因導入到牛成纖維細胞的β-casein基因內含子中，為獲得表達hFGF2蛋白的基因編輯牛奠定了基礎。谷氨酸棒桿菌是工程化應用傳統方法（同源重組）批量生產氨基酸的重要生物機體。Cleto等[54]采用CRISPRi降低該菌的基因PGI和PCK的表達高達98%，降低基因PYK高達97%，從而大大增強了L-賴氨酸和L-谷氨酸產品滴度的比率。這種新谷氨酸代謝工程方法只需要3 d時間，表明CRISPRi可用于快速且有效地代謝途徑改造，而不需要對基因缺失或突變。
2.5 異種器官移植
據不完全統計，全世界大概有200萬人需要器官移植，而器官捐獻的數量遠遠低于需求數量[55]。尤其是老齡化和慢性疾病的多發，更加導致供體器官嚴重不足。豬被認為是人體異種器官來源的首選動物，因為豬與其他哺乳動物比較，無論從器官大小、生理結構和基因組相似度都更接近于人，因此，上世紀90年代應用豬生產人類器官項目一度在全球受到追捧，但受阻于豬內源性逆轉錄病毒（Porcine endogenous retrovi-ruses，PERVs）造成的重大醫療風險。哈佛大學利用Cas9系統對豬腎細胞系PK15中所有62個拷貝的PERV pol（多聚酶）基因敲除，使內源性病毒傳遞給人的風險降低了1 000倍以上[56]。該研究掃除了豬器官用于人體移植的安全障礙，為全世界亟需器官移植的上百萬病人帶來希望，也重新燃起了大家對異種器官移植的信心。
免疫排斥反應是豬器官移植另一障礙。α-1，3-半乳糖基轉移酶（GGTA1）基因與異種器官移植后的超急性免疫排斥反應顯著相關，Sato等[57]在豬胎兒成纖維細胞中通過Cas9系統獲得了GGTA1雙等位基因敲除的細胞系。Li等[58]針對3個與免疫排斥相關的基因GGTA1、胞苷單磷酸N-乙酰神經氨酸羥化酶（CMAH）和異紅細胞糖苷酯合成酶（iGb3S）基因，共轉染靶向這2個或3個基因的CRISPR/Cas9-PX330構質粒，最終獲得了敲除單個基因及同時敲除2個或3個基因的胎兒或仔豬。利用類似的方法，Estrada等[59]對豬肝臟細胞分別敲除GGTA1、GGTA1/CMAH和GGTA1/CMAH/β4GalNT2（β-1， 4-N-乙酰半乳糖胺基轉移酶2）基因。
3 CRISPR-Cas9系統的前景
CRISPR-Cas9系統在如此短的時間內極大地推動了生物學的各個方面研究，例如基因功能解析、基因治療、人類疾病動物模型、生物生產反應器和農業動植物優質遺傳育種。該技術生成的產品，定向改變但不含外源基因/片段，在驗證其安全性的基礎上，這種經過“基因組編輯”的產品更容易被消費者接受。理論上它不會帶來健康或環境方面的風險，但是否應該受到轉基因相關法律的約束，美國和歐盟的態度不一致。作為新興的基因組編輯技術，有必要進一步完善其特異性、脫靶效應和輸送方法，以及如何更好地激活細胞自身的同源重組，并探索新型基因組編輯技術及其應用，例如，新CRISPR-Cpfl系統[60]、新型NgAgo系統[61]；無序列限制的DNA編輯新工具[62]、納米顆粒技術[63]等等。
r業動植物改良從來都是一個漫長而繁瑣的過程，而如今，科學家因為有了CRISPR技術能夠快速而輕松地實現。近兩年，許多實驗室將這種工具應用在動植物和微生物中，以期獲得更高產、更適應環境和更優質的品種。有理由相信，CRISPR-Cas9系統將更好的服務于人類，包括動植物育種。
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篇10
關鍵詞：分子生物學；課程教學；改革研究；創新生物學人才
分子生物學的目標是在分子水平上闡明細胞活動的規律，從而揭示生命的本質[1]。雖然它在生物類專業課程體系中充當著重要角色，對生命科學的發展起著至關重要的作用，但是分子生物學的教學卻因為課程內容多，學科交叉廣，理解難度高，信息量大，知識更新快而使教學效果差強人意，集中表現為教師授課難和學生學習難。這種現狀不但困擾著老師和同學，也與大學培養高素質創新型人才的目標不相適應。如何克服分子生物學課堂教學的“瓶頸”？本人在從事十多年的分子生物學教學過程中，努力研究和探索多種形式的教學改革，力求提升教學效果和教學質量。
一、教學內容的合理組織
分子生物學的教學除了選用好的教材，制定完善的教學大綱，如何組織教學內容是教學的一個非常重要環節[2]。教學內容呈現給學生的應該是完整、清晰的、有層次、條理的知識。我們在組織教學的過程中，首先從提高自身學科素養著手。“一本教材書，數種參考書”，除分子生物學國內、國外各類版本外，與分子生物學相互交叉和滲透的其他學科，如細胞生物學、生物化學、遺傳學，我們也都進行了系統的學習和強化，不斷夯實專業知識、拓展專業領域，基本構建了分子生物學完整的知識體系，具備了對教材處理的前提。既避免了教學中各學科的重復，也進一步凝練了知識。此外，我們還通過網絡教學平臺向全國優秀教師學習，在不斷的探索中總結出了教學內容合理組織的一些思路。1.思維導學模式。在DNA復制教學環節，知識點多，并且較分散，很容易在教學中造成學習困難和知識混淆的現象，針對這章教學的特點，我們采用了思維導學模式，收到了非常好的教學效果。2.重點、難點解讀。本科教學形式多樣化，也更提倡學生的自主學習，但并不是淡化了教師的教學，反而對教師提出了更高的要求[3]。教師必須圍繞每堂課的教學目的，合理組織和引導學生理解并掌握教學的重點和難點內容。比如在講解染色體端粒末端修復機制中，教師首先要從教材的知識結構中梳理出重點。染色體端粒末端修復機制的知識點包括：（1）引物切除造成的遺傳信息缺失；（2）端粒末端的特點；（3）體細胞和性細胞末端修復機制的不同；（4）DNA結構的變化；（5）端粒酶的修復機制。梳理知識點后，總結教學重點：一是引物切除后損傷修復在體細胞和性細胞中的不同；二是四鏈DNA結構；三是端粒酶的修復機制。其中端粒酶修復機制的講授是學生學習的難點。難點集中在端粒酶的性質和修復發生的過程。經過對教學內容中重點和難點的準確把握和合理組織，教師才能在課堂教學中突出重點、突破難點，讓學生的課堂學習無障礙。
二、教學方法和手段的改進
教學方法的推陳出新，是教學改革的重要內容[4]。為發揮學生作為教學主體的能動性，我們根據具體的教學內容設置了啟發式、聯想式、探究式等多種教學方法[5]，讓學生參與到教學過程中，不僅活躍了課堂氣氛，而且在分享知識的同時，更注重教會學生靈活掌握學習的方法。
1.啟發式教學。啟發的目的在于舉一反三，觸類旁通。針對每一次的課堂教學，設計一些拋磚引玉的問題，供學生思考與討論，這成為了分子生物學理論教學的重要組成部分。如進行到真核生物基因表達調控學習環節，提出甲基化修飾的生物學意義，這個問題覆蓋范圍廣，涉及到了DNA復制的調節、蛋白質和DNA甲基化修飾對基因表達的調控，以及Epigenetic（表觀遺傳學）方面的知識。通過提出問題—討論分析—不斷啟發—再討論分析—歸納總結—解決問題這一系列的互動教學活動，充分調動了學生課堂學習的主動性和積極性，在不斷的討論分析中通過展示不同的思維、發表各自的觀點，不但有利于促進學生在學習中發現問題、解決問題，而且有利于學生通過對基礎知識的消化、理解來達到理論的升華、拓展[4]。
2.聯想式教學。分子生物學是在生物化學、細胞生物學和遺傳學的基礎上發展而來[6]，因此知識相互交叉、相互滲透。在授課的過程中，教師一方面要避免重復，一方面要通過聯想知識點適時培養學生的發散性思維，提高學生對知識的遷移能力和整合能力。如在講解化學修飾對基因的表達調控時，將細胞生物學中的信號轉導有機結合，使學生了解基因表達調控對細胞信號轉導的作用機制。
3.探究式教學。在分子生物學教學中，每一個理論知識的背后都是科學研究的重大突破。如確定遺傳物質是DNA的兩大經典實驗，我們以探究的形式呈現教學內容，從實驗設計，到結果顯示，再經過討論分析并得出結論，以課題研究的角度，研究人員的身份引導學生進入學習角色，將學科概念、理論產生的起因和過程展示給學生，啟發學生努力探索，走近科學，讓學生從中領悟知識形成的探究性和科學性，逐漸培養具有創新意識和能力的高素質研究型人才。4.多媒體多樣化教學。分子生物學的教學內容具有微觀性、復雜性、抽象性和動態性。傳統的教學手段無法滿足教學的需求，而多媒體技術則具有聲像俱佳、動靜皆宜的特點[7]，是傳統教學無法比擬的。多年來我們不斷補充和完善教學手段，逐漸形成了獨具特色的多媒體教學課件。多媒體圖像處理清晰直觀，文字表述簡潔明了、主題突出。課件中的圖像來源于國內外的網絡數據平臺。如講述DNA半保留復制機理時[8]，首先將DNA可能存在的幾種復制方式用圖像展現，并利用Meselson和Stahl設計的DNA復制同位素示蹤實驗和密度梯度離心實驗來進行結果驗證，引導學生明確掌握DNA半保留復制特點，并結合文字，通過圖文并茂的多媒體課件，將教學內容中的背景知識、基本概念、基本理論，以及靜態、抽象的微觀知識清晰講解。多媒體課件動靜結合、聲像互動。對于生命過程中動態的知識點，比如DNA的復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯過程，可以將這些復雜的生命過程利用多媒體手段做成動畫并配以文字和聲像，形象直觀地展現給學生，既加深了學生對知識的理解，也提高了其學習效率。
三、知識領域的拓展
分子生物學的教學內容除包含基礎理論知識外，還有大量理論應用的研究方法部分。我們在教學中不僅僅將知識局限在教材中，利用課堂教學不斷引導學生去了解本學科相關領域內的研究熱點、最新進展、發展趨勢[8]，以及生物技術在生產實踐中的廣泛應用。
1.專題講座與專題討論。專題講座是教師根據教學內容，自己組織參考資料對教學內容的延伸與拓展。比如在講授“SNP技術”時，先從遺傳標記分析的發展著手，把一代、二代的標記分析做知識性的回顧，再將納入教材的第三代標記分析“SNP”做詳細的講解，引導大家理解什么是單核苷酸多態性，核苷酸多態性研究的生物學意義以及在醫學、農業、畜牧等多種領域的發展與應用。通過這種方式激發了學生的學習熱情和求知欲，也使教師不斷地進行知識的更新，及時了解本學科當前發展的趨勢、研究的熱點以及爭論的問題。專題討論則是以學生為主體，根據課程教學內容，組織學生就某一個專題自行查閱、組織文獻資料，并在課堂上展開討論[9]。比如在講授基因重組的教學內容時，設計“轉基因的利與弊”供學生討論。引導學生思考基因工程藥物和轉基因動植物對社會產生的巨大影響，讓知識離開課本走進生活，從而喚起學生學習的興趣和探索未知領域的欲望。這不僅使學生更加深入、系統地理解所學知識，并且培養了學生靈活運用知識的能力[10]。
2.生物信息技術與數據庫。生物信息技術已經發展成為分子生物學研究方法中不可分割的一部分，比如在“PCR技術”的專題講座中，不僅要對實驗目的、原理、操作以及應用進行講解，還要特別對引物設計的生物信息技術進行補充，介紹學生對一些常規的生物信息技術軟件Primer6.0、DNAman、Olig6.0、DNAS-tar、Cluster等有一個基本的認知度。在整個分子生物學的教學中，學生需要自行查閱和組織各種文獻資料，因此，必須特別強調互聯網資源運用的重要性。教師通過介紹中國知網、維普、清華同方、NCBI等幾個常用資源庫，使學生了解如何利用資源庫進行查詢，對互聯網資源的熟練應用使學生的知識體系得以完善，學生通過自身的努力來提高信息收集和辨別的能力，培養了學生的自學能力。
四、教學改革中應該注意的問題
1.教師的專業修養與教學基本功。教師在教學中具有雙重身份，既是一名導演，又是一名演員。作為導演，首先需要有最新的教學理念，整個教學過程中適時設問、適時討論、適時啟發。其次要有較強的課堂組織能力，根據學生的學習情況，把握課堂節奏，調動學生課堂學習激情，使教學有的放矢。否則會在教學中出現“啟而不發”和論證條理不清的現象；作為演員，還要有良好的課程駕馭能力，通過教師扎實的專業知識、廣泛的認知領域、全面的知識結構，呈現給學生的是一個豐盛的知識大餐，而不是一鍋夾生飯。因此作為教師，必須從理論水平、科研水平、思維水平這3個方面提高教師自身的專業素質，此外，還要掌握適合自己的各項教學技能。
2.多媒體教學的合理應用。多媒體教學只是一種提高教學效果的輔助手段，是為教師的教學和學生的學習服務的，只有運用合理才可能達到好的效果。因此盡量避免在多媒體教學課件上出現過多的文字，否則多媒體成了教學活動中的主體，老師由照本宣科轉變為扮演放映員和播音員的角色。學生的學習興趣不高，教學效果也就適得其反。多媒體和傳統教學只有合理地結合，取長補短，才能在課堂教學中體現出其真正的價值。總之，教學改革的目標是幫助學生建立學科知識體系，培養學生良好的科學素養，提升學生后繼學習的能力。正如葉圣陶先生所說：“教師的教學，不在于給學生搬去可以致富的金子。而在于給學生點金的指頭。”目前，我們關于分子生物學課堂教學改革還處于不斷探索和實踐階段，除了需要不斷地提高教師自身的學科修養和科研素質外，也以“夯實基礎、拓展知識、增強能力、提高素質”[8]作為教學的目的和人才培養目標，努力在今后把教學工作開展得更加有生有色，為社會培養更多高素質創新型人才。
作者:武曉英 喬宏萍 張猛 吳麗華 郝雪峰 單位:太原師范學院
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