新型DNA圖譜工具已面世！它也許能夠幫助科學(xué)家更好的理解基因調(diào)節(jié)機(jī)制,！

新型DNA圖譜工具已面世！它也許能夠幫助科學(xué)家更好的理解基因調(diào)節(jié)機(jī)制,！

來自加州大學(xué)洛杉磯分校等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家近日通過研究設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)大的新型工具，其或能夠幫助理解細(xì)胞中dna控制基因活性的分子機(jī)制，該工具還可以使得研究者在高分辨率下對(duì)大片細(xì)胞的基因組圖譜進(jìn)行繪制，基因組中的dna核苷酸能夠調(diào)節(jié)基因的活性，相關(guān)研究刊登于國際雜志nature biotechnology上。

研究者jason ernst說道，這是首個(gè)方法幫助我們同時(shí)檢測數(shù)千個(gè)人類dna調(diào)節(jié)區(qū)域如何關(guān)閉或開啟基因的表達(dá)，同時(shí)還可以在高分辨率下幫助繪制激活或抑制基因表達(dá)的元件的圖譜。文章中，研究者將這種新型工具應(yīng)用到了超過1.5萬個(gè)dna片段上，在兩種人類細(xì)胞類型中，這些dna片段被預(yù)測含有多種調(diào)節(jié)性控制元件，研究者發(fā)現(xiàn)，平均活性較高的dna序列中的重復(fù)較短模式或許此前并未被描述過，同時(shí)較高活性的調(diào)控元件或許是那些被認(rèn)為是古老逆轉(zhuǎn)錄病毒殘留下來的dna片段。

來自mit的科學(xué)家manolis kellis教授說道，關(guān)于人類的dna我們還有很多需要理解的，而且a、t、c、g核苷酸到底意味著什么我們也并不清楚；本文中所開發(fā)的新工具或許就能夠闡明調(diào)節(jié)性元件中的重要核苷酸，為我們理解基因組的復(fù)雜語言或?qū)⑻峁┖芏嗨悸贰．?dāng)我們生病或者健康時(shí)，闡明dna調(diào)節(jié)基因的機(jī)制就能夠幫助科學(xué)家理解細(xì)胞和器官的工作機(jī)制，目前很多疾病的發(fā)病機(jī)制我們并不清楚，而且也并沒有什么特效的療法，如果科學(xué)家們闡明調(diào)節(jié)基因的dna區(qū)域或許就能夠找到解決之策。

在實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化和先進(jìn)算法的幫助下，科學(xué)家們就能夠?qū)碜匀祟惢蚪M中可疑的基因調(diào)節(jié)區(qū)域中數(shù)千個(gè)dna片段進(jìn)行分析檢測，來判定其增強(qiáng)或者抑制特殊報(bào)道基因的活性；不同于此前的研究方法，文章中研究者檢測了dna的重疊部分，從而就能夠更加清楚地發(fā)現(xiàn)相鄰序列間的微小差異，同時(shí)還能夠在高分辨率下對(duì)揭示調(diào)節(jié)性核苷酸被激活或抑制的機(jī)制。

最后研究者指出，這項(xiàng)研究或?qū)⒓铀傥覀兊难芯縼韺?duì)調(diào)節(jié)性dna元件進(jìn)行繪制和特性分析，從而為更好地理解基因被調(diào)節(jié)的機(jī)制，以及闡明調(diào)節(jié)性dna中突變或核苷酸的變異引發(fā)疾病的相關(guān)機(jī)制。

人類基因組計(jì)劃的內(nèi)容是什么？

分類: 文化/藝術(shù)
解析:

人類基因組這個(gè)研究，第一次在生命科學(xué)里面實(shí)現(xiàn)了整體上的遺傳信息的解析，基因組功能的研究?；蚪M就是一個(gè)生命體的遺傳信息的總和。

生命信息的儲(chǔ)存單位，實(shí)際上就是我們說的基因，載體是脫氧核糖核酸 DNA。在多細(xì)胞的生物里，不同的細(xì)胞之間，由不同的 細(xì)胞所組成的組織之間，由不同的組織所形成的器官之間都在發(fā)生信息的流動(dòng)。這個(gè)就是我們所說的：遺傳學(xué)的中心法則?；蚪M就是一個(gè)生命體的遺傳信息的總和。DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)大概是20世紀(jì)生命科學(xué)最最偉大的突破。ATCG四種不同的堿基構(gòu)成了紛繁復(fù)雜的遺傳學(xué)語言。

實(shí)際上絕大多數(shù)的人類疾病都是多基因控制的。人類基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)是1990年，就是要用15年的時(shí)間，到2005年完成人類基因組DNA全序列的測定。到今天為止我們也還沒有這樣的技術(shù)，說拿來一條染色體，我們就能直接測序。所以整個(gè)人類基因組計(jì)劃實(shí)際上就是由復(fù)雜到簡單，再由簡單又回歸復(fù)雜的一個(gè)過程。在人類基因組測序起步的時(shí)候，當(dāng)時(shí)用的DNA序列的分析方法是凝膠電泳為主的方法，基本上還是手工運(yùn)作的。但是在20世紀(jì)90年代以后，新的一個(gè)測序技術(shù)產(chǎn)生了就是毛細(xì)管電泳儀技術(shù)。使得測序的速度大大加快。一天就可以有100萬個(gè)堿基對(duì)的的序列被測出。中國也加入這一個(gè)測序計(jì)劃，我們承擔(dān)了1％的任務(wù)。2000年4月份，21號(hào)染色體全序列測序草圖完成了。

現(xiàn)在我們已經(jīng)可以做到在指甲蓋大小的生物芯片上點(diǎn)上人類的基因組，所有的基因都點(diǎn)在上面。將來要去看病，不光要帶病卡，還要帶一個(gè)自己的芯片。醫(yī)生用藥診斷之前，用芯片看看你可能得什么病。通過對(duì)進(jìn)化不同階段的生物體基因組學(xué)的比較，就可以發(fā)現(xiàn)基因組結(jié)構(gòu)組成的功能調(diào)節(jié)的規(guī)律。實(shí)際上人類疾病相關(guān)的基因，也恰恰是人類基因組結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。實(shí)際上在過去幾年當(dāng)中，對(duì)疾病的研究早已成為人類基因組研究

一個(gè)重要計(jì)劃的組成部分。1997年提出了兩個(gè)計(jì)劃：一個(gè)是腫瘤基因組的解剖計(jì)劃，還有一個(gè)叫環(huán)境基因組計(jì)劃。實(shí)際上都是和健康相關(guān)的。人類基因組計(jì)劃對(duì)醫(yī)學(xué)的貢獻(xiàn)，一個(gè)是在診斷方面，另外是在基因治療方面。對(duì)于我們這樣發(fā)展中國家來說，更應(yīng)該注重預(yù)防。

我們國家的基因組計(jì)劃，是1994年開始啟動(dòng)的，從功能基因組的角度進(jìn)行切入。采取結(jié)構(gòu)與功能并重，多學(xué)科交叉建立關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行基因組多樣性和疾病基因研究。這是我們一開始的時(shí)候一個(gè)策略。我們可以很自豪的說：現(xiàn)在除了Y染色體，所有的染色體上面都遍布著中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和命名的基因。最近我們啟動(dòng)了一個(gè)中華民族基因組-SNP的大規(guī)模的研究。這個(gè)工作從群體遺傳學(xué)轉(zhuǎn)向了，我們中國人群特點(diǎn)的、疾病發(fā)生發(fā)展的遺傳學(xué)信息的研究。所以，如果現(xiàn)在我們能夠把中華民族生命元素變異的系統(tǒng)目錄和數(shù)據(jù)庫做出來的話，就能夠獲得我國生物醫(yī)學(xué)界和制藥工業(yè)界技術(shù)創(chuàng)新的知識(shí)產(chǎn)權(quán)來造福子孫后代來貢獻(xiàn)于全人類。

全文

當(dāng)然清華是我們國家最高等的學(xué)府之一了。所以，今天到這里來，也有點(diǎn)誠惶誠恐。那么主要是來求教的?，F(xiàn)在我要給大家介紹的人類基因組這個(gè)研究，可以說是第一次，在生命科學(xué)里面，實(shí)現(xiàn)了某種大科學(xué)的概念。也就是說來一個(gè)整體上的遺傳信息的解析，基因組功能的研究。所以我說現(xiàn)在生物學(xué)的特點(diǎn)，已經(jīng)從70年代、80年代，主要是以分析為主，學(xué)科的精細(xì)化，分工的細(xì)化，這樣一個(gè)趨勢到了一個(gè)新的平臺(tái)上面。這個(gè)平臺(tái)就是大綜合，其實(shí)我們中國的科學(xué)，一開始就是講究大綜合。你看我們的藝術(shù)也是這樣，我們的寫意畫就是一種大綜合。這個(gè)東西方的融合非常重要，把西方嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，和中國早在幾千年前的大綜合的思路結(jié)合在一起的話，我想有可能帶來一些新的突破的機(jī)遇。那么這張圖我想，恐怕不光是搞生命科學(xué)的，就是我們非生命科學(xué)的同學(xué)們，也都是非常熟悉的，遺傳學(xué)中心法則。

我們都知道，生命活動(dòng)它的本質(zhì)，它是一個(gè)信息的流動(dòng)。有人一直說，我們都是搞生命科學(xué)的。但是突然有一個(gè)冒出一句話：“什么是生命”？這個(gè)倒可以讓人思索一番。我個(gè)人體會(huì)，生命信息它的儲(chǔ)存單位，生命的重要特點(diǎn)之一，它有記憶功能。那么它的儲(chǔ)存的單位，實(shí)際上就是我們說的基因，在絕大部分的生命體我們知道，它的載體是脫氧核糖核酸DNA。但是它的執(zhí)行單位，主要來說是蛋白質(zhì)。這里面它用信息的語言，不是一樣的，一個(gè)是核酸的語言，一個(gè)是氨基酸的語言。所以在這個(gè)空間信息的流動(dòng)，需要有一些調(diào)控的機(jī)制。這個(gè)調(diào)控大家知道，第一步就是轉(zhuǎn)錄。這個(gè)時(shí)候生命信息的語言，沒有發(fā)生變化，都是核酸的語言。只是從DNA到了MRNA上面，這個(gè)過程我們稱為轉(zhuǎn)錄。然后語言要發(fā)生變化，發(fā)生轉(zhuǎn)換，要求來進(jìn)行翻譯了。所以從MRNA上面的生命語言，變成蛋白質(zhì)的生命語言。當(dāng)然我們知道這個(gè)蛋白質(zhì)，很多的蛋白質(zhì)它都具有代謝的活動(dòng)。生命體和非生命體的重要差別之一就是有代謝和新陳代謝，然后蛋白質(zhì)可以形成高級(jí)空間的構(gòu)型。那么在這個(gè)里面，細(xì)胞的不同的部分互相之間作用，細(xì)胞核和細(xì)胞漿互相在作用。然后在多細(xì)胞的生物里，不同的細(xì)胞之間、由不同的細(xì)胞所組成的組織之間、由不同的組織所形成的器官之間都在發(fā)生信息的流動(dòng)。我想這個(gè)就是我們所說的“遺傳學(xué)的中心法則”。那么基因這個(gè)概念，大家都很清楚了或者說基本概念很清楚，確切的定義也許今天還不是非常清楚。

那么基因組是什么意思？基因組就是一個(gè)生命體的遺傳信息的總和。那么在這里我們就不是單個(gè)基因，而是所有的基因。它所編碼所有的氨基酸相互之間的這個(gè)關(guān)系，所以感官性是完全不一樣的。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)大概是20世紀(jì)生命科學(xué)最最偉大的突破。那么A、T、C、G四種不同的堿基，構(gòu)成了紛繁復(fù)雜的遺傳學(xué)語言，生命信息的最基本的符號(hào)。這個(gè)最基本的符號(hào)實(shí)在是讓我們感到非常簡單。大自然就用這四種簡單的字符，組成了讓我們嘆為觀止的大千世界的無數(shù)生命的多樣性的現(xiàn)象。那么它的遺傳信息，在絕大多數(shù)的生命體，我剛才說的是DNA的分子。那么它的排列組合在那里就決定了，或者說在相當(dāng)大的程度上決定了生命活動(dòng)在人體，也就是我們講的：生、老、病、死等等這些活動(dòng)。那么我們?cè)谥v雙螺旋結(jié)構(gòu)的時(shí)候，我們都知道，堿基對(duì)、DNA是生物的大分子。一般來說我們不是用一個(gè)質(zhì)量單位來表示它的體量，而是用它的長度。那么一個(gè)bp，中文叫一個(gè)堿基對(duì)。但是在基因來說，一個(gè)基因常常是要成千上萬個(gè)堿基對(duì)。所以我們引入了“千堿基對(duì)”這樣的尺度。然后再做到基因組的時(shí)候，我們都知道基因組它是非常大的尺度，所以又發(fā)明了一些新的尺度單位，像Mb指的是百萬堿基對(duì)。

這個(gè)是基因組計(jì)劃之前的，我們對(duì)人類基因組的一些了解。我們知道人類基因組的長度，一個(gè)單倍體的基因組的長度大概是30億個(gè)堿基對(duì)。一般的教科書上都說，序列當(dāng)中編碼序列，也就是說我們剛才說的，發(fā)生轉(zhuǎn)錄表達(dá)的，可以被稱之為基因的序列。大概實(shí)際上是指成熟的MRNA，發(fā)生加工以后的MRNA當(dāng)中的序列，大概小于5％。也就是說，非編碼序列占了絕大多數(shù)。在人體細(xì)胞核里面，遺傳信息它是以染色體的方式進(jìn)行組織的，分布于22個(gè)常染色體和2條性染色體。我們都知道以前的生物科學(xué)的特點(diǎn)，基本上是師傅帶徒弟、作坊式的操作。那么到了80年代中期的時(shí)候，我想一個(gè)是生命科學(xué)的這個(gè)科學(xué)思維的大大擴(kuò)展，第二個(gè)是技術(shù)的這個(gè)進(jìn)步。比方說當(dāng)時(shí)遺傳工程已經(jīng)非常成熟了，當(dāng)時(shí)DNA測序也相對(duì)成熟，然后PCR的技術(shù)在那里開始產(chǎn)生了。因此使得科學(xué)家們，生命科學(xué)家們的雄心壯志，在那里萌發(fā)了，決心要沖破原來的這種作坊式的被物理學(xué)界甚至化學(xué)界不太看得起的那種運(yùn)作方式，搞一點(diǎn)可以稱為是大科學(xué)的東西。

當(dāng)然我想科學(xué)研究的條件，思維這是一個(gè)方面。但是實(shí)際上回顧一下科學(xué)史的話，很多重大的事件它還是需求在那里拉動(dòng)的。我們有的科學(xué)家批評(píng)這樣的做法，意思是說我們要注意把基礎(chǔ)研究和社會(huì)重大需求結(jié)合在一起。我覺得實(shí)際上這有點(diǎn)失之偏頗的，就是說有各種各樣類型的研究：有的是一種自由的探索，那么這個(gè)可以非常小心，一個(gè)人的腦瓜里都可以產(chǎn)生諾貝爾獎(jiǎng)的構(gòu)思。但是也有一些研究的確是希望能夠造福人類的。但是這樣的研究提出的挑戰(zhàn)，實(shí)際上又可以孕育著不知道多少人的諾貝爾獎(jiǎng)的思想在里面。那么人類基因組計(jì)劃，就是這樣一個(gè)典型。

我們看第一份，可以認(rèn)為是正式的標(biāo)書。我們做這個(gè)課題，一般來說首先要有標(biāo)書。那么人類基因組計(jì)劃的第一個(gè)標(biāo)書，可以被認(rèn)為是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Dulbecco 1986年發(fā)表在《科學(xué)》雜志的一篇短文。它的這個(gè)短文的題目是什么呢？《腫瘤研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——人類基因組研究》。事實(shí)上我們知道美國有一位雄心勃勃的年輕總統(tǒng)肯尼迪上臺(tái)以后，當(dāng)時(shí)他在科學(xué)上有兩大計(jì)劃：一個(gè)是實(shí)現(xiàn)人類登月，還有一個(gè)戰(zhàn)勝癌癥。那么人類登月隨著阿波羅計(jì)劃的比較順利地實(shí)施，1969年人類實(shí)現(xiàn)了登月。但是攻克腫瘤的計(jì)劃是一個(gè)失敗的。為什么？原來科學(xué)家把問題想得太簡單了，以為腫瘤就是一兩個(gè)基因的問題。但實(shí)際上絕大多數(shù)的腫瘤，都是多基因的問題。它涉及的面是整個(gè)基因組的問題，是遺傳信息的整體上面紊亂的這樣一些問題。就是剛才講的，我們不要以為好像一個(gè)融合基因打到小鼠里面去，就足以引起一個(gè)白血病，不是那么簡單的。因?yàn)槿绻菢拥脑?，你一打進(jìn)去就要產(chǎn)生白血病，事實(shí)上我們PML羅拉白血病，在受精卵里面注射進(jìn)這個(gè)融合基因以后，需要等待一年的時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)白血病而且不是每一個(gè)小時(shí)都會(huì)發(fā)生白血病。所以就提示有其他的決定因素在里面。我們現(xiàn)在知道有時(shí)候幾個(gè)基因一起傳染的時(shí)候，它發(fā)生白血病的速率就會(huì)大大加快。

Dulbecco這個(gè)文章它就說，如果我們想更多地了解腫瘤，我們從現(xiàn)在開始必須關(guān)注細(xì)胞的基因組。從哪那個(gè)物種著手努力？如果我們想理解人類腫瘤，那就應(yīng)該從人類開始。人類腫瘤研究將因?qū)NA的詳細(xì)知識(shí)而得到巨大的推動(dòng)。實(shí)際上絕大多數(shù)的人類疾病都是多基因的。人類基因組計(jì)劃正式起動(dòng)，現(xiàn)在一般的說法是1990年。那么1990年因?yàn)槭敲绹鴩鴷?huì)通過了正式啟動(dòng)這樣一個(gè)計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃雄心勃勃就是要用15年的時(shí)間，到2005年完成DNA的全序列的測定。這個(gè)投資量是多少呢？30億美元。當(dāng)時(shí)計(jì)算的依據(jù)是測一個(gè)堿基對(duì)大概需要一美元。整個(gè)計(jì)劃在這個(gè)地方實(shí)際上是一個(gè)比較狹義的一個(gè)計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃實(shí)際上就是一個(gè)測序計(jì)劃。實(shí)際上我們講測序，讀出天書只是理解人類自身的第一步，最重要的是讀懂天書。但是即使是這樣讀出天書一個(gè)計(jì)劃的話，它也要經(jīng)歷很多的磨難，很多的困難。也就是說，到今天為止，我們還沒有這樣的技術(shù)說，拿來一條染色體，我們就能夠直接測序，從一頭測到另外一頭我們沒有辦法這樣做。所以整個(gè)人類基因組計(jì)劃，實(shí)際上可以簡單地說就是由復(fù)雜到簡單再由簡單又回歸復(fù)雜，最后大概還是回歸到簡單。也就是說把不能直接測序的一條染色體拿來給它進(jìn)行分解，分解成比較小的可以操作的這樣的單位。那么怎么分解呢？那就是作圖，你可以用遺傳學(xué)的方法去作圖，也可以用物理學(xué)的方法來作圖。我們知道遺傳學(xué)作圖，就是利用遺傳學(xué)的標(biāo)志來確定DNA標(biāo)志間相對(duì)的距離。另外一個(gè)概念就是說要構(gòu)成一些所謂的DNA連續(xù)的克隆系，那么這些片斷，它互相之間重疊，它可以覆蓋整個(gè)的染色體，從一端覆蓋到另外一端。這樣就把一個(gè)不能直接拿來測序的單位，就給它解析成比較小的、可以操作的這樣一個(gè)單位。最后給它重新組合成忠實(shí)于原來染色體里面生命信息這個(gè)排列的，這樣一個(gè)狀況在這里面，識(shí)別全部的人類基因。所以人類基因組就是作圖，或者狹義的人類基因組計(jì)劃，就是作圖的計(jì)劃，遺傳圖、物理圖、序列圖，然后基因圖。

在人類基因組計(jì)劃進(jìn)行大規(guī)模測序的策略有兩種，一種就是我剛才說的那種思路，實(shí)際上叫逐個(gè)克隆。我剛才說了，你把DNA克隆的連續(xù)克隆系建起來了，覆蓋整條染色體了，然后你就把一個(gè)一個(gè)的克隆，用得最多的就是叫BAC--細(xì)菌的人工染色體，大概100多個(gè)KB這樣的長度。那么把這個(gè)克隆一個(gè)一個(gè)挑出來，挑出來以后再進(jìn)行亞克隆。這種亞克隆就是這樣的，就可以測序了，測序以后再給它組裝起來、還原起來。這樣一個(gè)策略，是國際上公共領(lǐng)域的測序計(jì)劃所采取的策略。實(shí)際上它是歷史的沿革，就是說從作圖，遺傳、物理作圖演化過來的。我們都知道美國的瑟拉爾公司，也知道奎克曼特。那么它搞了一個(gè)叫全基因組鳥槍法，在一定作圖信息基礎(chǔ)上，繞過大片段連續(xù)克隆系統(tǒng)的構(gòu)建而直接將基因組分解成小片段隨機(jī)測序，然后利用超級(jí)計(jì)算機(jī)來進(jìn)行組裝。能夠使得人類基因組，在初步完成作圖以后，很快地邁入到測序，尤其是大規(guī)模測序。并且使得整個(gè)進(jìn)度朝向人們的預(yù)期。這里面有兩個(gè)重大因素的貢獻(xiàn)，不得不承認(rèn)這里面，工業(yè)界的貢獻(xiàn)是非常大的。比如說在人類基因組起步的時(shí)候，當(dāng)時(shí)用的這個(gè)DNA序列的分析方法，還是凝膠電泳儀為主的方法，基本上還是手工運(yùn)作的。但是在20世紀(jì)90年代上半段的時(shí)間里面，新的一個(gè)測序技術(shù)出現(xiàn)了，毛細(xì)管電泳儀。另外把自動(dòng)化的運(yùn)作和包括工業(yè)界的管理這種系統(tǒng)，都引進(jìn)來。所以使得測序的速度大大加快。你像這樣一個(gè)測試儀，它的名字就叫做Megabace。什么意思？就是毛細(xì)管電泳，它差不多兩小時(shí)就可以進(jìn)行讀出一個(gè)序列，大概能夠讀到幾百個(gè)堿基，那么它一天可以做十班，那么它是96道，所以一天可以做960道。每一道按照他們的宣傳，都可以達(dá)到一個(gè)KB的話，實(shí)際上是很難做到的，這是最理想的狀態(tài)下。所以一天就可以有100萬個(gè)堿基對(duì)的產(chǎn)出。但是曾經(jīng)使學(xué)術(shù)界感覺比較困惑的另外一個(gè)問題，就是說如果我們現(xiàn)在處于一個(gè)知識(shí)爆炸的這樣一個(gè)時(shí)代，可以說生物信息的爆炸，是最最給人印象深刻的。

我們看在基因組計(jì)劃起步之前，在公共數(shù)據(jù)庫里邊DNA序列增長非常緩慢。然后1990年以后，就是指數(shù)增長期。而且這個(gè)東西我是統(tǒng)計(jì)到去年、2000年兩家世界的公共領(lǐng)域，測序計(jì)劃和瑟拉爾分別宣布完成了所謂的工作草圖。這個(gè)時(shí)候是這樣一個(gè)情況，現(xiàn)在大概是這樣的情況。1999年當(dāng)時(shí)面對(duì)著瑟拉爾的強(qiáng)行挑戰(zhàn)，它是1998年成立的，號(hào)稱三年要拿下人類基因組，國際人類基因組計(jì)劃決定迎接挑戰(zhàn)。就由國際上16個(gè)組，分擔(dān)了人類基因組測序的任務(wù)，中國也加入這樣一個(gè)測序計(jì)劃。當(dāng)然我們承擔(dān)的是1％的任務(wù)，1％還是很重要的。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)發(fā)展中的國家來說，能夠擠入到這種屬于發(fā)達(dá)國家的俱樂部里面，應(yīng)該說還是很不容易的。有些事情我們想擠也不一定擠得進(jìn)去的，像空間站的計(jì)劃，人家還防范你。

在這里我想介紹一下什么叫工作框架圖？因?yàn)槎荚谡f工作框架圖，什么叫工作框架圖？其實(shí)就是一個(gè)工作草圖。那么它的意思呢？就是說通過對(duì)染色 *** 置明確的BAC（細(xì)菌人工染色體）連續(xù)克隆系4—5倍覆蓋率的測序，獲得基因組90％以上的基因序列，其錯(cuò)誤率應(yīng)該低于1％。也就是說你的覆蓋面要達(dá)到基因組的90％以上。第二個(gè)呢，錯(cuò)誤率應(yīng)該低于1％。100個(gè)堿基對(duì)立面允許你有一個(gè)以下的堿基對(duì)的錯(cuò)誤。雖然這只是一張草圖，但是它已經(jīng)有用途，就是對(duì)基因組結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí)，基因的識(shí)別和解析、疾病基因的定位克隆、單個(gè)核苷酸的多態(tài)性的發(fā)現(xiàn)等。

那么講到草圖就一定有一個(gè)最終完成圖了，所以這張圖的定義，要求測序所用的克隆能忠實(shí)地代表常染色質(zhì)的基因組結(jié)構(gòu)，覆蓋率要達(dá)到99.9％以上，然后序列的錯(cuò)誤率應(yīng)該低于萬分之一。與工作框架圖的關(guān)系呢，實(shí)際上就是在工作框架圖的基礎(chǔ)上再加大測序的覆蓋率，填補(bǔ)空隙，使得序列的精度增加，能夠達(dá)到這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，它是草圖的下一步。2000年6月25號(hào)，當(dāng)時(shí)的測序的情況是怎么樣的呢？我們看當(dāng)時(shí)在公共領(lǐng)域就是說各國 *** 支持的六各國家，美國、英國、德國、日本、法國、中國，六國 *** 支持的公共領(lǐng)域的計(jì)劃，當(dāng)時(shí)是覆蓋了大概人類基因組的86.8％。其中包含一部分已經(jīng)完成，就是我們剛才說的最終序列圖這樣標(biāo)準(zhǔn)的序列大概是20％多一點(diǎn)點(diǎn)，然后66％左右的序列處于所謂的工作草圖這樣的階段。那么也可以說，還沒有完成。因?yàn)槲覀冋f要達(dá)到90％以上，但是同時(shí)瑟拉爾他號(hào)稱他的覆蓋率已經(jīng)超過了95％。當(dāng)然他的覆蓋率其實(shí)包括了所有的公共領(lǐng)域的這個(gè)貢獻(xiàn)，再加上他的貢獻(xiàn)，所以兩者相加起來。我想我們應(yīng)該相信大概90％以上的序列，都是被工作草圖以上的這樣一個(gè)序列的質(zhì)量所覆蓋著。我們看看公共領(lǐng)域測序計(jì)劃當(dāng)時(shí)的情況，在24條染色體上分布的情況。我們知道，實(shí)際上1999年12月份，22號(hào)染色體作為人類最小的染色體之一，它的全序列被測定，或者說是它的常染色體，指部分的全序列。我們注意到它的短臂這個(gè)地方，就是易染色體區(qū)域，實(shí)際上非常難測。因?yàn)槎际谴罅康目招蛄?，又沒有多少基因。2000年4月份21號(hào)染色體全序列完成了，也是同樣的定義，就是說常染色體的這個(gè)部分。我們看這里是用深紅的顏色來表示，差不多就是最終完成的。而這種黃顏色表示的是我們剛才說的工作草圖，在大部分染色體區(qū)域，是工作草圖部分。實(shí)際上現(xiàn)在我們講的，完成人類基因組全序列的測定，都是指的常染色體部分，所以有的人說也許人類基因組序列永遠(yuǎn)也不能被結(jié)束。

2001年2月15日，我們知道公共領(lǐng)域在《自然》上，都是有一種分庭抗禮的，兵對(duì)兵、將對(duì)將的感覺。2月16號(hào)就登了瑟拉爾序列，顯然，經(jīng)過新的一輪角逐，比2000年6月份的時(shí)候，完成序列的質(zhì)量又要高得很多。所以這樣的話，應(yīng)該認(rèn)為，兩家加在一起的信息，應(yīng)該說比我剛才說的一般的定義又要進(jìn)一步了。所以就產(chǎn)生了一個(gè)在工作草圖和最終完成圖之間的一個(gè)中間狀態(tài)，這個(gè)中間狀態(tài)就叫做高質(zhì)量的草圖。但是就是這樣一個(gè)高質(zhì)量的草圖，讓我們已經(jīng)基本上知道我人體生命信息的家當(dāng)?shù)降子卸啻?。弄到最后我們發(fā)現(xiàn)我們的家當(dāng)好像還是比較可憐的，比我們?cè)瓉淼南胂?，因?yàn)槲覀兊幕驍?shù)量大概只有線蟲，只有900多個(gè)細(xì)胞的一個(gè)生命體的大概一倍左右，我們就比那么一個(gè)小蟲多一倍。從低等生物到高等生物它的基因組的復(fù)雜度，與其說是由基因的數(shù)量來決定的，還不如說更主要的是由基因的長度來決定的。我們最近完成了一個(gè)細(xì)菌的測序，叫鉤端螺旋體，可以引起傳染病的。它平均一個(gè)KB就有一個(gè)基因，這幺小的一個(gè)東西，500萬個(gè)堿基對(duì)的一個(gè)基因組，有5000個(gè)基因。我們?nèi)?0億個(gè)堿基對(duì)，我們不過就3萬個(gè)，頂多接近4萬個(gè)這樣一個(gè)數(shù)字。但是你看到了酵母，到了真核細(xì)胞的話，那它就是平均大概5到10個(gè)KB一個(gè)基因。然后到了果蠅的話，雖然它的基因數(shù)量好像還沒有線蟲的多。但是它的基因長度已經(jīng)達(dá)到10個(gè)KB以上，然后到了哺乳類一個(gè)基因，大概像人類現(xiàn)在是100多個(gè)KB才有一個(gè)基因。所以替換、剪接這種可能性就大大增加了。另外跟時(shí)間和空間，也就是發(fā)育階段和組織特異性表達(dá)的調(diào)控相關(guān)這些序列復(fù)雜大大增加了。雖然基因在高等生物可以達(dá)到十的五次方數(shù)量級(jí)，幾萬到十萬個(gè)這樣的比較高等的生物。但是實(shí)際上它的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，實(shí)際上如果把基因組比成一個(gè)大廈的話，組成這個(gè)大廈的預(yù)制件，這個(gè)數(shù)量實(shí)際上是比較有限的。那么另外有一些高級(jí)生物中有更為豐富的結(jié)構(gòu)域組合，神經(jīng)功能、組織特異發(fā)育、調(diào)控、止血和免疫系統(tǒng)的基因，在脊椎動(dòng)物大量擴(kuò)展。數(shù)以百計(jì)的人類基因源于脊椎動(dòng)物進(jìn)化過程中某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，細(xì)菌基因的橫向轉(zhuǎn)移?；蚪M在不同個(gè)體之間差異很大——單核苷酸多態(tài)性，單倍體的基因差異為1/1250，能夠?qū)е碌鞍踪|(zhì)變異的不到1％。

這本遺傳天書，已經(jīng)放在我們面前了，接下來就是要讀懂它。要讀懂它，一定要從大的系統(tǒng)的概念來考慮怎么樣讀懂。一個(gè)這個(gè)基因組的信息，和外界的環(huán)境，是在那里相互作用。另外這個(gè)基因組的信息不是從天上掉下來的，它是通過一個(gè)漫長的幾十億年進(jìn)化的過程發(fā)展過來的，所以要用比較的方法去讀它。另外要考慮到在個(gè)體之間和群體之間又是有變異的，這種變異也受到外界環(huán)境的一些調(diào)節(jié)。所以功能基因組學(xué)的研究內(nèi)容，雖然現(xiàn)在沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義，但是我個(gè)人認(rèn)為，至少包括這幾個(gè)方面：人類基因組DNA序列變異性研究，其核心的內(nèi)容是SNP，因?yàn)檫@是最常見的變異類型，當(dāng)然還有很多其他的變異。然后基因組表達(dá)調(diào)控的研究，這個(gè)是發(fā)育階段組織器官的變異，然后模式生物體的研究，這個(gè)里面包括進(jìn)化的意思，和利用模式生物進(jìn)行功能研究。當(dāng)然從事所有這些研究，就像我們進(jìn)行測序研究一樣。生物信息學(xué)，它既是一個(gè)基本的工具，又是一個(gè)新興的學(xué)科。因?yàn)樽詈笠堰@些信息整合起來，搞成一個(gè)我們所說的，系統(tǒng)生物學(xué)的話，你一定要用理論的手段，和大規(guī)模信息處理的手段。

那么基因組DNA序列變異性的研究，SNP，這種變異類型實(shí)際上是所有基因組的共同特征。它在相當(dāng)大的程度上決定了不同的個(gè)體群體，這個(gè)是指的人類在疾病的易感性，對(duì)環(huán)境致病因子反應(yīng)性和其他性狀上面的差別。

在這里我舉一個(gè)例子，說明這個(gè)性狀有多么重要。我們就來看一看，我們對(duì)藥物的反應(yīng)性。我想我們每一個(gè)人、再健康的人，一生當(dāng)中總要接觸一些藥物的?，F(xiàn)在有一個(gè)新的提法叫藥物遺傳學(xué)，指的是大部分藥物，在體內(nèi)代謝的酶會(huì)有遺傳多態(tài)性。像這里，一類是改變基團(tuán)的一些酶，一類是對(duì)基團(tuán)進(jìn)行轉(zhuǎn)移的一些酶。它都有很多的多態(tài)性，這種多態(tài)性的后果是什么呢？它在相當(dāng)大的程度上決定了我們個(gè)體對(duì)藥物的反應(yīng)性。比方說這是一個(gè)很復(fù)雜的程序，但是我想我們主要的信息在這個(gè)地方。對(duì)于某一個(gè)藥物來說，最適合它的基因型的，它的療效可以達(dá)到75％，毒性只有1％。同樣一個(gè)藥，如果到了一個(gè)最不適合它的一個(gè)個(gè)體的情況是怎么樣？它的療效只有10％，毒性大于80％。那么基因組表達(dá)以及表達(dá)的調(diào)控的這個(gè)研究，這個(gè)我想都可以理解。那么指的是在全細(xì)胞的水平，如果是在單細(xì)胞的生命體是整個(gè)生命體的水平，識(shí)別基因組的所有轉(zhuǎn)錄表達(dá)的產(chǎn)物。實(shí)際上它是高通量的結(jié)構(gòu)生物學(xué)，大批量解析蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，是連接基因組功能研究和新藥開發(fā)研究的橋梁。然后為了在這樣大的規(guī)模上，在整體水平上獲得功能信息，需要一些所謂的并行化的分析手段。就是現(xiàn)在已經(jīng)做得到在指甲蓋大小的生物芯片上點(diǎn)上人類的基因組，所有的基因都點(diǎn)在上面。所以有人說將來要去看病不光要帶病卡，還要帶一個(gè)自己的芯片。醫(yī)生用藥診斷之前先把芯片 *** 去，看看你可能得什么病，說起來很好，也很嚇人的。模式生物體的研究一般的說法大概從單細(xì)胞、第一個(gè)生命跟外界隔絕以后，到現(xiàn)在的萬物之靈的人類，大概是14億年的進(jìn)化史。那么通過進(jìn)化不同階段的生物體基因組序列的比較，發(fā)現(xiàn)基因組結(jié)構(gòu)組成和功能調(diào)節(jié)的規(guī)律。

那么基因組計(jì)劃，我剛才說一個(gè)是科學(xué)興趣使然，科學(xué)家要探索人類的自身，另外也是社會(huì)驅(qū)動(dòng)使然，就是說要戰(zhàn)勝人類的疾病。所以最后它的價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，我想還是應(yīng)該回歸到對(duì)人類的健康的貢獻(xiàn)上面去。那么在這個(gè)意義上說，人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。我們看到過去的十年當(dāng)中，由于人類基因組研究的帶動(dòng)，使得人類疾病相關(guān)性的研究有了長足的進(jìn)步。單基因疾病由于定位克隆和定位候選克隆的新思路，導(dǎo)致了一大批遺傳病基因的發(fā)現(xiàn)。我們知道傳統(tǒng)的對(duì)基因的認(rèn)識(shí)，是從表型到基因型。也就是你知道一個(gè)蛋白質(zhì)，你測定了它的氨基酸的序列，然后根據(jù)密碼址的原理，你推測它的DNA的序列可能是什么。你合成一個(gè)探針到基因組當(dāng)中一調(diào)，把基因調(diào)出來。比方說血紅蛋白病，這是第一個(gè)人類發(fā)現(xiàn)的分子病，它就是先知道了豬蛋白氨基酸的序列，然后再把它的基因調(diào)出來。但是絕大多數(shù)的人類疾病，我們不知道它的生化基礎(chǔ)是什么東西，特別是在基因組計(jì)劃之前。比方說像亨氏舞蹈病，我們就知道這個(gè)人會(huì)手舞足蹈，叫亨氏舞蹈病。比方說像遺傳性的結(jié)腸癌，我們知道大腸部位大容易長息肉，但是我們不知道那個(gè)蛋白質(zhì)出了問題。你怎么辦？怎么來找到它的疾病基因？所以有了一個(gè)新的概念，叫反過來的遺傳學(xué)，是什么呢？先去找它的基因，然后再去看它的表型。一旦拿到基因以后，很容易你馬上可以推測它的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。你可以產(chǎn)生抗體，你可以接下來做很多基因的功能。健康相關(guān)的研究是HGP的重要組成部分，1997年相繼提出：腫瘤基因組的解剖計(jì)劃，環(huán)境基因組計(jì)劃。

人類基因組計(jì)劃對(duì)醫(yī)學(xué)的貢獻(xiàn)。基因診斷，基因治療和基因組信息為基礎(chǔ)的治療，發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家越來越重視疾病的預(yù)防，特別是基于基因組信息的疾病預(yù)防。我國一貫提倡的是預(yù)防為主。如果能夠在一個(gè)人剛出生的時(shí)候進(jìn)行疾病易感基因的識(shí)別，在早期把風(fēng)險(xiǎn)人群挑出來，然后在環(huán)境因子、生活方式上實(shí)施干預(yù)。生物技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，更多地進(jìn)入到細(xì)胞、胚胎和組織的研究水平上來，推動(dòng)了胚胎和成年期干細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用。血液病研究與其他先進(jìn)學(xué)%

科學(xué)家改變植物中的DNA對(duì)人類有什么益處？

這就是基因工程的一個(gè)分支，舉個(gè)例子吧。袁隆平就是從宏觀上修改了一下水稻的基因，培育出高產(chǎn)量的水稻。植物基因工程是80年代開始興起和發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它是在分子遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)上，綜合采用了分子生物學(xué)、微生物學(xué)和植物組織培養(yǎng)的現(xiàn)代方法和技術(shù)建立起來的，給園藝植物和農(nóng)作物提供了一條重要的品種改良途徑。
科學(xué)家改變植物中的DNA可以培育出新的自然界所不存在的物種，達(dá)到人類理想的目的，如白菜-甘藍(lán)（已經(jīng)上市），正在試驗(yàn)的番茄-馬鈴薯（地上結(jié)番茄，地下長土豆），以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，解決糧食問題。通過修改基因，可以培育出許多兼有多種植物品質(zhì)的新型作物，速生林，草坪用草等。
植物基因工程包括：
（1）抗病基因工程
植物抗病毒基因工程中，抗病毒基因工程進(jìn)展最快。自從將煙草花葉病毒（TMV）的外殼蛋白（Coat protein，CP）基因?qū)霟煵葜?，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株發(fā)病時(shí)間明顯延遲，或病害的癥狀明顯減輕后，通過導(dǎo)入植物病毒的外殼蛋白基因來提高植物的抗病毒能力，己在多種植物病毒中進(jìn)行了試驗(yàn)。黃瓜花葉病毒（CMV）、馬鈴薯X病毒和Y病毒（PVX和PVY）、大豆花葉病毒（SMV）、苜?；ㄈ~病毒（AIMV）、木瓜環(huán)斑病毒等20多種病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参锖?，均得到了類似的結(jié)果，使植物獲得對(duì)相應(yīng)病毒的抗性。有人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入一種病毒的外殼蛋白基因?qū)ζ渌壊《疽脖憩F(xiàn)出抗性。在我國，導(dǎo)入TMV和CMV外殼蛋白基因獲得的抗病毒煙草已在進(jìn)行田間試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯。除外殼蛋白基因外，利用轉(zhuǎn)移病毒的反義RNA或衛(wèi)星RNA基因來提高植物的抗病毒能力，也獲得了不同程度的成功。此外，利用病毒復(fù)制酶基因（Replilcase）、核酶（ribozyme）基因以及植物本身編碼的抗病毒基因如核糖體失活蛋白基因（Ribosme Inactivating Protein，RIP）等等一些新的抗病毒基因也有獲得成功的報(bào)道。
對(duì)于細(xì)菌性病害，其途徑之一就是將病原菌基因?qū)胫参锛?xì)胞，使其過量表達(dá)，或表達(dá)失去原有功能的蛋白，或表達(dá)失去原有的時(shí)空性，從而干擾病原菌的正常生理代謝，使寄主植株表現(xiàn)出抗性。如菜豆毒素是菜豆假單胞桿菌中重要的致病因子，其作用機(jī)理是抑制植物本身存在的鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶（OCTase），而菜豆假單胞桿菌本身存在抗菜豆毒素的OCTase，轉(zhuǎn)編碼該酶基因的煙草在接種菜豆毒素后不表現(xiàn)系統(tǒng)病癥，而對(duì)照植株則表現(xiàn)花葉退綠，最終死亡。
殺菌肽可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，改變細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，細(xì)胞內(nèi)容物尤其是K＋的外滲，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。溶菌酶可裂解某些細(xì)菌胞壁的多糖組分并溶解它們。溶菌酶基因和多種殺菌肽基因已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)細(xì)菌有一定的抗性。
控制真菌的關(guān)鍵，取決于對(duì)植物與病原真菌相互作用的分子機(jī)理的了解。目前已知植物防衛(wèi)反應(yīng)主要表現(xiàn)在誘導(dǎo)產(chǎn)生或激活抗菌物質(zhì)和增強(qiáng)胞壁結(jié)構(gòu)兩方面，因此抗真菌病害基因工程應(yīng)主要從這兩方面著手。
幾丁質(zhì)酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因的產(chǎn)物均能降解許多真菌的細(xì)胞壁主要成分幾丁質(zhì)和β-1,3-葡聚糖，兩者之間有協(xié)同作用，從而抑制真菌的生長繁殖。多種幾丁質(zhì)酶已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草、番茄，轉(zhuǎn)化植株表現(xiàn)了抗真菌的特性。
植物抗毒素是植物產(chǎn)生的對(duì)一些不同種類的病原菌具有毒性的物質(zhì)，亦稱植保素。它的合成受真菌侵染、傷害和紫外輻射等的誘導(dǎo)。不同植物產(chǎn)生不同的抗毒素，病菌對(duì)非寄主植物的抗毒素敏感性較強(qiáng)。目前已鑒定了200多種植保素，其中以類黃酮與類萜類植保素研究最多。從葡萄中分離出的一種植物抗毒素3,4,5-三羥 合成酶基因?qū)霟煵莺?，轉(zhuǎn)基因植株與對(duì)照相比表現(xiàn)出對(duì)病原菌（Botrytis cinerea）更強(qiáng)的抗性。
苯丙烷代謝過程中的代謝次生產(chǎn)物包括預(yù)防性抗菌物質(zhì)（如木質(zhì)素）、誘導(dǎo)性抗性物質(zhì)（如植保素）及與防御屏障有關(guān)的細(xì)胞壁分類物質(zhì)。過氧化物酶催化苯基類丙烷醇脫氫聚合最終合成木質(zhì)素，并催化細(xì)胞壁蛋白與多糖分子之間的交聯(lián)。
此外導(dǎo)入植物的核糖體滅活蛋白（RIP）抗真菌性病害也有報(bào)道。

（2）抗蟲基因工程

蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thurigiensis，Bt）制劑長期以來即用于多種蟲害的生物防冶，因其產(chǎn)生的伴胞晶體蛋白對(duì)多種昆蟲的幼蟲有很強(qiáng)的毒殺作用，故稱為殺蟲晶體蛋白（insecticidal crysta1 protein，ICP）。它對(duì)脊椎動(dòng)物無毒害，對(duì)環(huán)境安全，不同的菌株可產(chǎn)生不同的殺蟲晶體蛋白，從而表現(xiàn)出對(duì)不同昆蟲毒性的專一性。對(duì)鱗翅目、雙翅目和鞘翅目昆蟲幼蟲具有專一性毒殺作用的蘇云金芽孢桿菌菌株均已獲得。另外還發(fā)現(xiàn)同一菌株可產(chǎn)生不同的殺蟲晶體蛋白，如表現(xiàn)為對(duì)鱗翅目和鞘翅目昆蟲均有毒殺力的菌株。
自從將Bt毒蛋白基因?qū)藷煵莺头巡⒈磉_(dá)，表現(xiàn)出抗蟲特性以來，已相繼獲得抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米、水稻、馬鈴薯、甘藍(lán)、棉花、楊樹等。由于Bt毒蛋白基因是原核生物的基因，直接轉(zhuǎn)入植物效果不明顯，通過將編碼氨基酸的密碼子改變?yōu)橹参锼珢鄣膲A基，結(jié)果使之在植物中的表達(dá)量大大增加，這已在轉(zhuǎn)Bt抗蟲棉上獲得成功。
除了Bt毒蛋白之外，人們也在探索其它的抗蟲基因，比較成功的是利用植物的蛋白酶抑制物。因蛋白酶抑制物能抑制昆蟲消化系統(tǒng)中的蛋白酶，從而抑制蛋白質(zhì)的降解，導(dǎo)致昆蟲消化不良而影響其生長發(fā)育，甚至死亡。Hinder等將編碼豇豆胰蛋白酶抑制物（CpTI）的基因轉(zhuǎn)移到煙草后，明顯增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)煙草夜蛾（Heliothis virescens）幼蟲的抗性。利用麥胚凝集素基因（WGA）、雪花蓮（Galanthus nivalis）外源凝集素（GNA）基因、α-淀粉酶抑制物（a-AI）基因?qū)氩煌淖魑镏校脖憩F(xiàn)出明顯增加抗蟲性。特別是GNA，由于其對(duì)蚜蟲和稻飛虱等害蟲的毒性，不少實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)其抗蟲基因工程進(jìn)行深入研究。此外，一些昆蟲毒素（蝎子神經(jīng)毒素、蜘蛛殺蟲肽等）基因也已被用于抗蟲基因工程，如將蜘蛛殺蟲肽基因?qū)藷煵荩D(zhuǎn)基因煙草表現(xiàn)出對(duì)棉鈴蟲有較強(qiáng)的抗性。

（3）抗除草劑基因工程

化學(xué)除草劑在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中起著十分重要的作用，新的除草劑也不斷出現(xiàn)，作為一個(gè)理想的除草劑，必須具有高效、廣譜的殺草能力，而且對(duì)作物及人畜無害，在土壤中的殘留期要短，還不能增加大多的農(nóng)業(yè)成本。但是現(xiàn)在要開發(fā)出一種新的符合上述要求的除草劑，成本已越來越高。通過基因工程技術(shù)來提高除草劑的選擇性以及對(duì)作物的安全性，無疑具有重要的意義。同時(shí)，在作物中導(dǎo)入抗除草劑基因，也使人們?cè)谶x擇適于輪作或套作的作物種類上有較大的自由。在進(jìn)行抗除草劑基因工程研究時(shí)，有兩條途徑可供選擇：一是導(dǎo)入編碼特定除草劑作用的靶酶或靶蛋白的基因，使之產(chǎn)生過量靶酶或靶蛋白；或?qū)胗煽剐酝蛔凅w（微生物或植物）克隆的突變基因，由其產(chǎn)生的靶酶或靶蛋白對(duì)該除草劑的敏感性發(fā)生改變，從而獲得對(duì)該除草劑的抗性。利用這一原理成功的例子有抗草甘膦（g1yphosate）、磺酰脲類（sulfonylunea）、均三氮苯類（triazines）等除草劑的轉(zhuǎn)基因作物。如草甘膦專一性的抑制芳香族氨基酸生物合成途徑中的EPSPS酶（烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶）。矮牽牛的抗草甘膦突變體，由于基因過量擴(kuò)增，產(chǎn)生約20倍于野生型的EPSPS酶，分離該酶的基因或其片段，導(dǎo)入矮牽牛細(xì)胞，形成的愈傷組織中EPSPS酶的活性增加了20~40倍，由之再生形成了抗性轉(zhuǎn)基因植物；沙門氏菌（SalmonelIa）基因組中編碼EPSPS酶的aroA基因有一種點(diǎn)突變，將克隆的此突變aroA基因?qū)霟煵?，可使轉(zhuǎn)基因煙草產(chǎn)生對(duì)草甘膦的抗性，至今已獲得的aroA轉(zhuǎn)基因番茄、油菜、大豆、楊樹等，在田間試驗(yàn)中均表現(xiàn)出良好的抗性。②二是導(dǎo)入表達(dá)產(chǎn)物可以使除草劑解毒的外源基因。如bar基因，編碼PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶，導(dǎo)入煙草、番茄和馬鈴薯等作物后，使作物獲得抗除草劑PPT（phosphinothricin，膦化麥黃酮）的能力。
總之，由于不同類型除草劑的作用機(jī)理不同，所以選擇的途徑也各異。至今抗除草劑大豆已在美國和阿根廷大面積推廣，抗除草劑的“canola”油菜在加拿大也已進(jìn)入商品化生產(chǎn)，抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物的種植面積，已從1996年的60hm2增加到1997年的690萬hm2，占所有轉(zhuǎn)基因作物種植面積的54％，躍居首位。

（4）抗逆基因工程

脯氨酸、甜菜堿、葡萄糖等一些小分子化合物與植物忍受環(huán)境滲透脅迫的能力有關(guān)，如果將與脯氨酸或甜菜堿合成有關(guān)的酶的基因克隆后轉(zhuǎn)入植物，有可能提高作物對(duì)干旱和鹽堿脅迫的抗性。中科院遺傳研究所已將山菠菜的甜菜堿醛脫氫酶（BADH）基因?qū)霟煵?、草莓和水稻，明顯提高了轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性。將細(xì)菌參與甘露醇和山梨醇合成的酶的基因克隆后導(dǎo)入煙草，也有提高耐鹽性的作用。脯氨酸的積累還與根尖的滲透調(diào)節(jié)有關(guān)，這使經(jīng)受干旱脅迫的根得以正常生長。因此，如能更好地考慮不同器官所表現(xiàn)出的差異，構(gòu)建能在不同器官專一表達(dá)的外源基因，就可望產(chǎn)生新的抗逆性強(qiáng)的作物。
酸性土壤中鋁對(duì)作物的毒害作用是熱帶、亞熱帶地區(qū)的嚴(yán)重問題。從細(xì)菌中克隆的一種檸檬酸合成酶基因，導(dǎo)人煙草后轉(zhuǎn)基因植物中檸檬酸合成酶活性提高，由其根系釋放出大量擰檬酸，表現(xiàn)出明顯的耐鋁性，在Al3+濃度達(dá)200μmol／L時(shí)仍能存活生長。
通過改變膜脂成分以維持低溫條件下膜的流動(dòng)性，已證明對(duì)植物的耐寒性有重要意義。Wada等已從一種抗寒的集胞藍(lán)細(xì)菌屬（Synechocystis）藍(lán)綠藻中，克隆了一個(gè)與脂肪酸不飽和度有關(guān)的基因DesA，并導(dǎo)入另一個(gè)不耐寒的藍(lán)綠藻巢狀組囊藍(lán)細(xì)菌（Anacystis），改變了后者膜脂的組成，從而使其光合作用在5℃下也不受明顯抑制。Murata等通過向煙草導(dǎo)入擬南芥葉綠體的甘油-3-磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶基因，以調(diào)節(jié)葉綠體膜脂的不飽和度，使獲得的轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性增強(qiáng)。
此外，也可通過基因工程技術(shù)調(diào)控植物體內(nèi)與抗氧化物形成有關(guān)酶類的活性以提高作物抵抗環(huán)境脅迫能力。

（5）提高果實(shí)耐貯性

通過基因工程延遲果實(shí)成熟和衰老過程，主要是從改變果實(shí)細(xì)胞壁降解酶活性和抑制成熟激素乙烯的生成兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。
果實(shí)細(xì)胞壁降解與果膠酶（多聚半乳糖醛酸酶PG和果膠甲酯酶PE）活性有關(guān)，通過PG和PE的克隆和反義遺傳轉(zhuǎn)化所獲得番茄轉(zhuǎn)基因植株。果實(shí)PG酶和PE酶活性受到顯著抑制，從而延遲果實(shí)的成熟。美國Calgene公司已將反義PG cDNA導(dǎo)入到番茄中，育成“FLAVRSAVR”轉(zhuǎn)基因品種，于1994年批準(zhǔn)上市，這是植物基因工程最早商品化的例子。
乙烯有促進(jìn)成熟的作用，抑制乙烯的合成就可延緩果實(shí)成熟。Yang(1995)已闡明了乙烯的生物合成途徑，通過對(duì)乙烯合成途徑中某些環(huán)節(jié)的抑制或支路途徑的加強(qiáng)可最終減少乙烯生成量。目前在番茄乙烯生物合成最后的酶即ACC氧化酶（ACC oxidase）活性；二是通過用反義基因抑制ACC合成酶（ACC synthase）的表達(dá)活性；三是增強(qiáng)SAM脫羧酶活性，增強(qiáng)SAM的分解；四是增強(qiáng)SAM水解酶活性。前兩種方法是從植物或細(xì)菌中分離出有關(guān)酶基因進(jìn)行反義基因克隆和載體的構(gòu)建和轉(zhuǎn)化，獲得反義轉(zhuǎn)基因植株，阻止了乙烯的生成，后兩種途徑是導(dǎo)入有義基因，增強(qiáng)某些基因活性，減少乙烯前體物的形成量，從而抑制乙烯的生成。葉志彪等利用ACC氧化酶反義基因轉(zhuǎn)化番茄育成了華番一號(hào)，其葉片和果實(shí)ACC氧化酶活性和乙烯生成受到顯著抑制，番茄果實(shí)在常溫下貯藏性大大提高，已經(jīng)商品化生產(chǎn)。

（6）品質(zhì)改良基因工程

隨著對(duì)植物各種生理生化過程分子基礎(chǔ)研究的深入，人們?cè)噲D利用基因工程的方法來調(diào)控植物的生長發(fā)育和代謝過程，以達(dá)到改良作物品質(zhì)的目的。這主要集中在以下三個(gè)方面：種子及其他貯藏器官（塊莖、塊根、鱗莖等）中蛋白質(zhì)的含量及其氨基酸組成、淀粉和其他多糖化合物以及脂類物質(zhì)的組成。這些品質(zhì)直接關(guān)系到其產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值或工業(yè)用途。由于不少貯藏蛋白的基因或與這些貯藏物質(zhì)代謝過程有關(guān)的酶的基因已經(jīng)克隆，通過導(dǎo)入有關(guān)的基因或相應(yīng)的反義RNA基因，就有可能通過調(diào)控有關(guān)的代謝過程而改變這些器官中的物質(zhì)組成，甚至使植物產(chǎn)生新的或者修飾過的化合物。
在蛋白質(zhì)的改良方面，由于特定的作物種子往往缺少某幾種必需氨基酸，人們的注意力集中在通過基因工程改變蛋白質(zhì)的必需氨基酸的組成，從而改善植物的營養(yǎng)價(jià)值。例如，將人工合成的富含必需氨基酸的DNA片段（HEAAE DNA）導(dǎo)入馬鈴薯，并在馬鈴薯塊莖的特定貯臧蛋白基因的啟動(dòng)子作用下，使之在塊莖中高效表達(dá)；我國學(xué)者將從玉米種子克隆的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白（Zein）基因，用馬鈴薯塊莖專一性表達(dá)的啟動(dòng)子啟動(dòng)導(dǎo)入馬鈴薯后，田間轉(zhuǎn)基因植物的塊莖中必需氨基酸含量提高10％以上，含硫氨基酸的增加尤為顯著。除了考慮改變蛋白質(zhì)中必需氨基酸組成外，也可考慮通過增加特定必需氨基酸的合成來提高它在植物特定器官中的含量。例如，向植物導(dǎo)人對(duì)賴氨酸的反饋抑制下敏感的大腸桿菌的二羥基吡啶羧酸合酶（DHPS）基因，在轉(zhuǎn)基因煙草中游離的賴氨酸濃度增加15倍。
利用基因工程改造淀粉的目標(biāo)有兩個(gè)：一是提高淀粉的質(zhì)量。通過導(dǎo)入淀粉合成酶的反義RNA基因，改變馬鈴薯直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例已獲成功；二是提高淀粉的含量。在淀粉合成中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase）是關(guān)鍵酶。Mosanto公司由大腸桿菌的突變體克隆了不受反饋抑制的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因，將它轉(zhuǎn)入馬鈴薯后可使塊莖的淀粉和干物質(zhì)含量平均增加24％。相反，若導(dǎo)入該酶反義RNA基因，則淀粉含量下降到只有對(duì)照的2％，而蔗糖和葡萄糖含量分別上升到干物質(zhì)含量的30％和8％。此外，通過對(duì)碳代謝過程中有關(guān)酶的基因的調(diào)節(jié)，將可能有效地調(diào)控一些重要糖類物質(zhì)的合成和積累。如用玉米蔗糖磷酸合成酶（SPS）的基因，以RubisCO啟動(dòng)子啟動(dòng)，轉(zhuǎn)基因番茄葉中SPS酶活性增加6倍，從而導(dǎo)致淀粉合成下降，而蔗糖增加。
在改變油料作物油脂的組成方面，主要目標(biāo)是改變油脂的不飽和度以及脂肪鏈的長度?，F(xiàn)已克隆出很多與脂肪代謝有關(guān)的基因，如乙酰載體蛋白（ACP），β-酮酯酰ACP合成酶，β-酮酯酰還原酶，β-烯酯酰ACP還原酶，十八烯酸ACP脫氫酶，3-磷酸甘油乙酰轉(zhuǎn)移酶等。通過導(dǎo)入硬脂酸-ACP脫氫酶（stearoyI ACP desaturage，即Δ9脫氫酶）的反義RNA基因，在轉(zhuǎn)基因油菜種子中硬脂酸的含量由2％增加到40％，即增加了約20倍。將鼠的編碼此酶的基因?qū)藷煵莺?，在部分轉(zhuǎn)基因愈傷組織和轉(zhuǎn)基因植物的葉片中，脂肪酸16:1/16:0及18:1/18:0（含量比）明顯提高。芥酸在工業(yè)上的應(yīng)用十分重要，不少研究者希望通過基因工程技術(shù)，將現(xiàn)有的高芥酸油菜品種“HFAR”（脂肪酸中約含50％的芥酸）的芥酸含量進(jìn)一步提高到90％以上，使之成為一種更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的芥酸來源，成為石化產(chǎn)品的一種理想取代品。

回答者：長安大學(xué)08級(jí)生物工程班某同學(xué)（回答中參考專業(yè)課本）

初一生物論文2000字 急急急?。。?/span>

1，基因與環(huán)境

——調(diào)查探究生物基因是否會(huì)因環(huán)境而改變

基因是在生物體內(nèi)細(xì)胞核中染色體上DNA的片段，控制生物的性狀?；蛞彩巧弦淮o子代留下的遺傳物質(zhì)。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是通過科學(xué)科技的人工方法改變某一生物的基因，使之的基因發(fā)生改變，性狀也隨之而改變，從而達(dá)到改良品種的目的。

可以說任何生物所有的狀態(tài)都與基因有關(guān)。所以說，要了解生物首先要了解基因?；蚩梢酝ㄟ^人工技術(shù)發(fā)生改變，除此之外，生物的基因是否還會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的改變而變化呢？

首先我們從最簡單的開始。

一、

在同一地點(diǎn)挖出泥土，挑選飽滿又大致一樣的綠豆30顆，兩個(gè)一樣的花盆。接著種下綠豆，每天澆等量的水，把a(bǔ)盆放在陽光明媚處，b盆放在陰暗處；

二、

在同一地點(diǎn)挖出泥土，挑選飽滿又大致一樣的綠豆30顆，兩個(gè)一樣的花盆。接著種下綠豆，c、d兩盆都放在陽光明媚處，每天給c澆大量的水，給d澆小量的水；

三、

在不同地點(diǎn)挖出泥土，挑選飽滿又大致一樣的綠豆30顆，兩個(gè)一樣的花盆。接著種下綠豆，每天澆等量的水，把e、f都放在陽光明媚處；

四、

挑選飽滿又大致一樣的綠豆30顆，兩個(gè)一樣的花盆。接著用泥土種下綠豆盆H，用水種下綠豆盆I，每天澆等量的水，都放在陽光明媚處；

長大后發(fā)現(xiàn)，各盆的情況均不相同。所以我們初步認(rèn)為生物基因會(huì)因環(huán)境而改變。

后來我們又發(fā)現(xiàn)一些實(shí)例。

以人類為例來說，人體內(nèi)的基因會(huì)因?yàn)榄h(huán)境而發(fā)生改變。在我們的日常生活和工作中，會(huì)有許多知道或還不知道的因素，對(duì)我們體內(nèi)數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞的代謝產(chǎn)生影響。 這些有害因素可能體細(xì)胞的DNA發(fā)生作用，導(dǎo)致DNA的破壞，相應(yīng)的基因的功能發(fā)生異常變化，影響到生命的安全和健康，當(dāng)然細(xì)胞內(nèi)還存在著相當(dāng)完善的機(jī)制能夠修復(fù)這些損害。但當(dāng)DNA的破壞程度超過修復(fù)機(jī)制的修復(fù)能力時(shí)，就在細(xì)胞水平發(fā)生了問題，從少量細(xì)胞發(fā)生問題發(fā)展到臨床可能表現(xiàn)為疾病并被檢出的階段所經(jīng)歷的時(shí)期可能是比較漫長的，在這個(gè)過程中，如果借助基因檢測技術(shù)，那么早期發(fā)現(xiàn)某些疾病完全是可能的，這將大大降低醫(yī)療費(fèi)用，大大減少患者的痛苦。

其他生物也是如此嗎？

許多實(shí)驗(yàn)表明，確實(shí)如此。

一項(xiàng)針對(duì)多種擬南芥的基因研究表明，環(huán)境因素對(duì)物種遺傳多樣性和基因組的影響很大。除了實(shí)驗(yàn)室中科學(xué)家的“最愛”，世界各地還分布著多種野生擬南芥。它們的生長速度、葉子顏色以及發(fā)枝方式都是不同的。在最新的研究中，由德國馬普發(fā)育生物學(xué)研究所Detlef Weigel領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家小組，從美洲、非洲和亞洲以及其他極地和亞熱帶區(qū)域搜集了19種擬南芥，并將它們的基因序列（約1.2億個(gè)堿基對(duì)）與實(shí)驗(yàn)室用擬南芥基因組進(jìn)行了對(duì)比研究，從而確定了相關(guān)的遺傳差異。

所得到的結(jié)果令人吃驚：它們遺傳差異的廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了所謂的“改進(jìn)基因組”。研究人員發(fā)現(xiàn)，平均每180個(gè)堿基對(duì)中就有一個(gè)是可變的。同時(shí)研究表明，大約4%的實(shí)驗(yàn)室用擬南芥基因組要么與野生種類差異很大，要么完全不存在于野生種類的擬南芥中。此外，大約十分之一的野生擬南芥基因是有缺陷的，無法完成正常的功能。

新的研究結(jié)論為科學(xué)家提出了許多新的基礎(chǔ)性問題。Weigel表示，“或許并不存在所謂的一個(gè)物種的基因組。迄今為止，對(duì)個(gè)體DNA序列的認(rèn)識(shí)并不能使科學(xué)家充分理解一個(gè)物種的遺傳潛能?！贝送?，擬南芥基因組的可塑性也令人驚訝。盡管擬南芥的基因組中的基因數(shù)量與人類和一些作物相當(dāng)，但它整個(gè)基因組的大小不及后兩者的十二分之一。同時(shí)，擬南芥基因組中幾乎沒有重復(fù)序列和無關(guān)聯(lián)的“垃圾”序列。

進(jìn)一步研究表明，擬南芥與外界環(huán)境相互作用相關(guān)（比如抵御病原體和感染）的基因，其可變性大大超過其他功能基因。Weigel認(rèn)為，這一遺傳特性反映出擬南芥對(duì)當(dāng)?shù)厣姝h(huán)境的適應(yīng)性，正是這些易變基因使得擬南芥能夠經(jīng)受干燥和潮濕，炎熱和寒冷，并調(diào)節(jié)自身的生長季節(jié)。

還有另一個(gè)關(guān)于動(dòng)物基因和環(huán)境的事例。

美國國家科學(xué)院對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物對(duì)周邊環(huán)境造成影響的問題高度重視。
美國食物和藥品管理局（FDA）要求該委員會(huì)專家組列出與動(dòng)物生物技術(shù)相關(guān)的科學(xué)熱點(diǎn)問題。在2002年8月12日公布的報(bào)告中，該委員會(huì)將轉(zhuǎn)基因動(dòng)物對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的影響擺在所有熱點(diǎn)問題的首位。
一家美國公司（麻薩諸塞州的ABFW公司）生產(chǎn)了一種轉(zhuǎn)基因大馬哈魚。該魚生長速度非?？欤L至成魚的速度是普通大馬哈魚的三倍。一些科學(xué)家和環(huán)境組織對(duì)該魚表示出強(qiáng)烈擔(dān)憂。他們認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因魚會(huì)在與野生大馬哈魚的生存競爭中處于優(yōu)勢，并可能將一些有害的基因帶給環(huán)境中的其他動(dòng)物。但這家公司聲稱已經(jīng)收集到有關(guān)該報(bào)告關(guān)心的熱點(diǎn)問題的一系列資料?！拔覀儗⒁斗攀袌龅闹皇遣荒芊敝车拇菩源篑R哈魚，并不存在這樣的環(huán)境問題?！?

雖然這一事例，沒有直接說明，環(huán)境對(duì)基因的改變，但是轉(zhuǎn)基因會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害這一觀點(diǎn)也間接說出確切的答案。

也就是說生物基因會(huì)因環(huán)境而改變。

基因和環(huán)境因素的相互作用基因作用的表現(xiàn)離不開內(nèi)在的和外在的環(huán)境的影響。在具有特定基因的一群個(gè)體中，表現(xiàn)該基因性狀的個(gè)體的百分?jǐn)?shù)稱為外顯率；在具有特定基因而又表現(xiàn)該一性狀的個(gè)體中，對(duì)于該一性狀的表現(xiàn)程度稱為表現(xiàn)度。外顯率和表現(xiàn)度都受內(nèi)在環(huán)境和外在環(huán)境的影響。

內(nèi)在環(huán)境指生物的性別、年齡等條件以及背景基因型。

外在環(huán)境 ：

① 溫度。溫度敏感突變型只能在某些溫度中表現(xiàn)出突變型的性狀，對(duì)于一般的突變型來說，溫度對(duì)于基因的作用也有程度不等的影響。如實(shí)驗(yàn)一，ab兩盆綠豆性狀表現(xiàn)不一，我們大之人為是有溫度影響；

②營養(yǎng)。家兔脂肪的黃色決定于基因y的純合狀態(tài)以及食物中的葉黃素的存在。如果食物中不含有葉黃素，那么yy純合體的脂肪也并不呈黃色。y基因的作用顯然和葉黃素的同化有關(guān)。演化就細(xì)胞中DNA的含量來看，一般愈是低等的生物含量愈低，愈是高等的生物含量愈高。就基因的數(shù)量和種類來講，一般愈是低等的生物愈少，愈是高等的生物愈多。DNA含量和基因數(shù)的增加與生理功能的逐漸完備是密切相關(guān)的。

等等。

基因最初是一個(gè)抽象的符號(hào)，后來證實(shí)它是在染色體上占有一定位置的遺傳的功能單位。這次的調(diào)查和探究可以從分說明，生物基因會(huì)因環(huán)境而改變。

另外在給你個(gè)參考，希望對(duì)你有幫助。
生物燃料大有可為_生物論文

你認(rèn)為美國過分依賴進(jìn)口石油嗎？有人認(rèn)為使用生物燃料的時(shí)機(jī)如今已經(jīng)成熟：

●最早從今年5月開始，圣路易斯市的公交乘客可以乘坐用柴油和豆油混合燃料驅(qū)動(dòng)的公交汽車。

●由于去年的玉米產(chǎn)量很高，以玉米為原料的乙醇生產(chǎn)行業(yè)今年打算使乙醇產(chǎn)量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的水平。

●還有埃德加·萊特利創(chuàng)造的方法。石油一再漲價(jià)使這位賓夕法尼亞農(nóng)民非常煩惱，他開始用一種非常搶手的新式爐子燃料玉米給自家供暖。

盡管用糧食作燃料不是新鮮事——魯?shù)婪颉さ胰粋€(gè)世紀(jì)之前就以花生油為燃料驅(qū)動(dòng)汽車——但是這種想法突然之間變得非常實(shí)用。石油價(jià)格越來越高，而糧食價(jià)格卻非常低，以至于政治家們和眾多管理者正在重新考慮這個(gè)問題。能夠完全燃料的、可再生的生物燃料在歐洲已經(jīng)得到廣泛使用。它可以緩解美國的石油供應(yīng)，并有助于使美國的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)保持穩(wěn)定。
前景亮麗

生物燃料甚至沒有難聞的氣味。用戶報(bào)告說，以大豆作原料的生物柴油燃燒以后排出的廢氣有點(diǎn)像炸薯?xiàng)l的味道。專家們說，即使糧食的價(jià)格回升，如果美國為了遏制全球變暖而優(yōu)先發(fā)展生物燃料，神巫燃料可能具有光明的前景。

自從20世紀(jì)70年代人們開始使用汽油混合燃料以來，種植玉米的農(nóng)民就一直敦促人們更多地使用乙醇作汽油燃料。除了用作牲畜飼料和出口之外，生產(chǎn)生物燃料如今已成為玉米的第三大用途。

乙醇生產(chǎn)行業(yè)去年用玉米為原料總共生產(chǎn)了16億加侖乙醇，而且生產(chǎn)規(guī)模還在擴(kuò)大。伊利諾伊州的阿徹—丹尼爾斯—米德蘭公司生產(chǎn)的乙醇約占美國總產(chǎn)量德一半，該公司打算把乙醇生產(chǎn)能力再擴(kuò)大20%。

今年最令人驚奇的是生物柴油的問世。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用豆油和柴油混合燃料同普通柴油的效果一樣好（特別寒冷的天氣除外），而且比普通柴油干凈得多。但是標(biāo)準(zhǔn)的混合燃料——80%柴油和20%豆油——成本太高了。據(jù)全國生物柴油委員會(huì)說，部分是由于大豆價(jià)格低廉，生物柴油的價(jià)格已從每加侖4美元降到1.25至2.25美元。這個(gè)價(jià)格與普通柴油的價(jià)格差不多，足以使許多人考慮使用生物柴油。
政府補(bǔ)貼

政府的補(bǔ)貼也促進(jìn)了生物燃料的發(fā)展。去年11月份，美國農(nóng)業(yè)部決定今后兩年每年拿出1.5億美元補(bǔ)貼乙醇生產(chǎn)廠家，用以增加乙醇和生物柴油等生物燃料的使用。至少有5個(gè)州正在考慮制訂稅收鼓勵(lì)政策，以便進(jìn)一步鼓勵(lì)使用生物柴油。

再上述政策的鼓勵(lì)下，生物柴油的產(chǎn)量劇增——由1999年的50萬加侖猛增到2000年的500萬加侖。據(jù)估計(jì)，僅美國農(nóng)業(yè)部制訂的鼓勵(lì)出事就可使生物柴油產(chǎn)量再提高3650萬加侖。

這些數(shù)目還是無法同每年560億加侖的柴油產(chǎn)量相比。但是主張生產(chǎn)生物燃料的人士說，如果石油行業(yè)像布什政府日前宣布的那樣，再2006年之前被迫轉(zhuǎn)產(chǎn)低硫柴油，豆油可能會(huì)成為與生物燃料配套使用的主要潤滑劑。實(shí)際上，潤滑劑為糧食提供了另一個(gè)由希望的市場。研究人員已經(jīng)用糧食為原料開發(fā)出同樣廉價(jià)而且更有益于環(huán)境的替代品，取代石油產(chǎn)品用作半拖車掛鉤、鐵軌和鏈鋸的潤滑劑。

此類項(xiàng)目將有助于給美國長期不振的農(nóng)業(yè)注入資金。據(jù)可再生燃料協(xié)會(huì)說，僅乙醇生產(chǎn)一項(xiàng)每年就能為農(nóng)民增加45億美元的收入。

2，
轉(zhuǎn)基因食品利與弊
關(guān)鍵字：食品 目前 美國 組織 基因 作物 農(nóng)作物 轉(zhuǎn)基因 基因技術(shù)
①轉(zhuǎn)基因食品概念，產(chǎn)生基理
稍有點(diǎn)科學(xué)常識(shí)的人都知道，基因是控制生物性狀的最基本單位，記錄著生物生殖繁衍的遺傳信息。通過修改基因能改變一個(gè)有機(jī)體的部分或全部特征。
轉(zhuǎn)基因食品就是移動(dòng)動(dòng)植物的基因并加以改變，制造出具備新特征的食品種類。譬如利用生物技術(shù)將某些動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到其它物種上去，通過改造生物的遺傳組織，使其出現(xiàn)原物種原來并不具備的特征，這些轉(zhuǎn)變可以按照人類所需要的目標(biāo)來完成。舉這樣的例子來加以說明：人們可以用鮮魚的基因幫助西紅柿、草莓等普通植物來抵御寒冷；把某些細(xì)菌的基因接入玉米、大豆的植株中，就可以更好地保護(hù)它們不受害蟲的侵襲。而以這些轉(zhuǎn)基因生物為原料加工生產(chǎn)的食品就是轉(zhuǎn)基因食品。
②轉(zhuǎn)基因食品發(fā)展?fàn)顩r
據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的材料，1997年全世界轉(zhuǎn)基因作物的播種面積約為1100萬公頃，1998年上升到近3000萬公頃，1999年底，估計(jì)將達(dá)4000萬公頃，平均增幅超過lO0％。
美國是轉(zhuǎn)基因技術(shù)采用最多的國家。自20世紀(jì)90年代初將基因改制技術(shù)實(shí)際投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以來，目前美國農(nóng)產(chǎn)品的年產(chǎn)量中55％的大豆、45％棉花和40％的玉米已逐步轉(zhuǎn)化為通過基因改制方式生產(chǎn)。目前，大約有20多種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種子已經(jīng)獲準(zhǔn)在美國播種，包括玉米、大豆、油菜、土豆、和棉花。據(jù)估計(jì)，從1999年到2004年，美國基因工程農(nóng)產(chǎn)品和食品的市場規(guī)模將從40億美元擴(kuò)大到200億美元，到2019年將達(dá)到750億美元。有專家預(yù)計(jì)：21世紀(jì)初，很可能美國的每一種食品中都含有一定量基因工程的成分。其它還有阿根廷、加拿大也是轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速的國家。
我國的轉(zhuǎn)基因研究也有較大的發(fā)展，并且在基因藥物、轉(zhuǎn)基因作物、農(nóng)作物基因圖與新品種等方面具有相對(duì)比較優(yōu)勢。但真正進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的則較少，就農(nóng)作物而言，目前只有抗蟲棉、矮牽?；?、抗病毒甜椒、抗病毒蕃茄和延熟蕃茄等。③轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體益弊及轉(zhuǎn)基因食品安全性；
直到目前為止，轉(zhuǎn)基因食品在推出市場前都沒有經(jīng)過長遠(yuǎn)的安全評(píng)估，人類長期食用是否安全仍然成疑，而科學(xué)界對(duì)這些食品是否安全也沒有共識(shí)。
——持肯定態(tài)度的說法：
美國第一批轉(zhuǎn)基因西紅柿上市以來，全球約有2億多人食用過數(shù)千種轉(zhuǎn)基因食品，5年多來尚未報(bào)道過一例食品安全事件；我國進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆較多，據(jù)估計(jì)約有一半的大豆色拉油中含有轉(zhuǎn)基因成分，目前沒有出現(xiàn)任何問題。
基因技術(shù)的突破使科學(xué)家們得以用傳統(tǒng)育種專家難以想象的方式改良農(nóng)作物，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。第一，可降低生產(chǎn)成本。一個(gè)品種的基因加入另一種基因，會(huì)使該品種的特性發(fā)生變化，具備原品種所不具備的因子，從而增強(qiáng)了抗病、抗雜草或抗蟲害能力，由此可減少農(nóng)藥和除草劑的用量，降低種植成本。第二，可提高作物單位面積產(chǎn)量。一種作物的基因改良后，更容易適應(yīng)環(huán)境，能更有效抵御各種災(zāi)害的襲擊，并使產(chǎn)量更高。第三，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以使開發(fā)農(nóng)作物的時(shí)間大為縮短。利用傳統(tǒng)的育種方法，需要七、八年時(shí)間才能培育一個(gè)新的品種，而基因工程技術(shù)培育出一種全新的農(nóng)作物品種，時(shí)間可縮短一半。因此，有專家認(rèn)為，不出多少年，轉(zhuǎn)基因技術(shù)將改變世界。
轉(zhuǎn)基因技術(shù)可根據(jù)人們的需要，賦予農(nóng)作物新的特性。例如可以使農(nóng)作物自己釋放出殺蟲劑，可以使農(nóng)作物在旱地或鹽堿地上生長，或者生產(chǎn)出營養(yǎng)更為豐富的食品?？茖W(xué)家還利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，開發(fā)能夠生產(chǎn)防病的疫苗和食品的農(nóng)作物。農(nóng)業(yè)版圖。
——持否定態(tài)度的說法：
1999年的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯事件，英國的一位研究人員公布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說：用含有轉(zhuǎn)基因的馬鈴薯飼養(yǎng)大鼠，引起了大鼠器官生長異常、體重減輕、免疫系統(tǒng)遭到破壞。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即引起轟動(dòng)，導(dǎo)致了世界范圍的對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全性的懷疑。
1999年5月英國的權(quán)威科學(xué)雜志(自然)刊登了美國康奈爾大學(xué)副教授約翰?羅西的一篇論文，引起世人的震驚。論文說，研究人員把抗蟲害轉(zhuǎn)基因玉米——BT基因玉米的花粉撒在苦苣菜葉上，然后讓蝴蝶幼蟲啃食這些菜葉。四天之后，有44％的幼蟲死亡，活著的幼蟲身體較小，而且無精打采。而另一組幼蟲啃食撒有普通玉米花粉的菜葉，則未有出現(xiàn)死亡率高或發(fā)育不良的現(xiàn)象。論文據(jù)此推斷，BT轉(zhuǎn)基因玉米花粉含有毒素。
人們懷疑，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和以此為原料制造的轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體是否也有危害，比如，具有抗蟲害、自動(dòng)除雜草的轉(zhuǎn)基因作物其作用機(jī)理與傳統(tǒng)農(nóng)藥有無不同，會(huì)不會(huì)將有毒性的物質(zhì)“傳送”給消費(fèi)者的有機(jī)體系?還有，某種轉(zhuǎn)基因食品可以抵御細(xì)菌入侵，那么是否會(huì)使我們體內(nèi)外的細(xì)菌產(chǎn)生變異而對(duì)所有的抗菌素產(chǎn)生免疫力?目前，這些問題尚無法作出明確的解釋。并且，英國的研究人員近來在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)：小白鼠在食用轉(zhuǎn)基因土豆10天后，其腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷。這就更加深了人們的恐懼心理。 中國科學(xué)院的《科學(xué)新聞》最近發(fā)表的一篇文章，將轉(zhuǎn)基因食物“可能”對(duì)人類健康的危害總結(jié)為3點(diǎn)：某些毒素可引起人類急、慢性中毒，某些轉(zhuǎn)基因作物可引起人的過敏反應(yīng)，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品營養(yǎng)成分變化，使人的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)失衡。
——現(xiàn)狀：
世界糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織及經(jīng)濟(jì)合作組織這些國際權(quán)威機(jī)構(gòu)都表示，人工移植外來基因可能令生物產(chǎn)生“非預(yù)期后果”。即是說我們到現(xiàn)在為止還沒有足夠的科學(xué)手段去評(píng)估轉(zhuǎn)基因生物及食品的風(fēng)險(xiǎn)。
國際消費(fèi)者聯(lián)會(huì)（成員包括115個(gè)國家的250個(gè)消費(fèi)者組織）表示“現(xiàn)時(shí)沒有一個(gè)政府或聯(lián)合國組織會(huì)聲稱轉(zhuǎn)基因食品是完全安全的?！?/p>

在現(xiàn)代DNA中發(fā)現(xiàn)古代人類的痕跡！

在深度學(xué)習(xí)技術(shù)的幫助下，古人類學(xué)家發(fā)現(xiàn)了人類家譜上丟失已久的分支證據(jù)。深度學(xué)習(xí)技術(shù)能幫助古生物學(xué)家和遺傳學(xué)家尋找古人類的痕跡嗎？7萬年前，當(dāng)現(xiàn)代人第一次走出非洲時(shí)，至少有兩個(gè)已經(jīng)滅絕的相關(guān)種群在歐亞大陸等候著他們。這兩個(gè)相關(guān)種群就是古代人類尼安德特人和丹尼索瓦人，而后古代人類與早期的現(xiàn)代人雜交，現(xiàn)今的非洲后裔基因組還存留著古代人類DNA片段。越來越多的跡象表明，這段 歷史 遠(yuǎn)比我們了解到的精彩。一個(gè)研究小組在《自然》(Nature)上報(bào)道稱：他們?cè)谖鞑麃喌囊粋€(gè)洞穴中發(fā)現(xiàn)了一塊屬于人類雜交后代的骨頭碎片，這一后代的母親是尼安德特人，父親是丹尼索瓦人，這塊骨頭碎片是第一代人類雜交的第一個(gè)化石證據(jù)。

不幸的是，類似的化石十分罕見，例如對(duì)丹尼索瓦人的了解基于從一根指骨中提取的DNA。雖然那些來自早期雜交群體的結(jié)合以及其他祖先結(jié)合很容易被發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)涉及到物理證據(jù)時(shí)，它們可能難以求證。它們出現(xiàn)過的線索可能只存在于某些人的DNA中，即便如此，它們也可能比尼安德特人和丹尼索瓦人的基因更微妙。統(tǒng)計(jì)模型幫助科學(xué)家在沒有化石數(shù)據(jù)的情況下推斷出這些種群的存：例如2013的古人類和現(xiàn)代人基因變異模式表明，一個(gè)未知的人類種群與丹尼索瓦人(或他們的祖先)進(jìn)行了雜交。但專家們認(rèn)為，這些方法也不可避免地忽視了許多細(xì)節(jié)。

還有誰對(duì)現(xiàn)今人類的基因組做出了貢獻(xiàn)？這些種群長什么樣子？它們生活在哪里？它們與其他人類物種互動(dòng)和交配的頻率是多少？發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一篇論文中，研究人員展示了深度學(xué)習(xí)技術(shù)的潛力，這種技術(shù)可以幫助填補(bǔ)一些缺失部分，填補(bǔ)的部分專家甚至可能還沒有意識(shí)到。他們通過深入研究，挑選出了另一個(gè)種群的存在證據(jù)：歐亞大陸上一個(gè)未知的人類祖先，它可能是尼安德特人和丹尼索瓦人的混血，也可能是丹尼索瓦人的親戚。這項(xiàng)研究工作指出了人工智能在古生物學(xué)中的未來用途，它不僅能識(shí)別不可預(yù)見的痕跡，還能揭示出我們?cè)谶M(jìn)化過程中的缺失部分。

目前統(tǒng)計(jì)方法涉及同時(shí)檢測4個(gè)基因組的共同特征，這是對(duì)相似性的測試，但不一定是對(duì)實(shí)際祖先的測試；因?yàn)楹芏嗖煌姆椒ǘ伎梢越忉屗沂镜纳倭炕蚧旌衔?。例如這些分析可能表明，現(xiàn)代歐洲人與尼安德特人的基因組有某些共同特征，但與現(xiàn)代非洲人不同，然而這并不意味著這些基因來自尼安德特人與歐洲祖先的雜交。后者可能與一個(gè)與尼安德特人關(guān)系密切的種群繁殖，而不是尼安德特人本身。因?yàn)槿狈ξ锢碜C據(jù)來表明這些古老的假定基因變異來源于何時(shí)、何地以及如何生活的種群，所以很難說在眾多的推測祖先中，明確指出是哪一個(gè)。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的古人類學(xué)家約翰·霍克斯(John Hawks)說：這項(xiàng)技術(shù)簡單而強(qiáng)大，但在理解進(jìn)化論方面還有很多問題沒有解決。深度學(xué)習(xí)方法試圖解釋基因流動(dòng)的水平，雖然基因流動(dòng)水平相對(duì)于統(tǒng)計(jì)方法來說太小了，但它提供了更廣泛、更復(fù)雜的模型來解釋。通過訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)在基因組數(shù)據(jù)中根據(jù)最可能產(chǎn)生它們的人口 歷史 對(duì)各種模式進(jìn)行分類，而不需要被告知如何建立這些聯(lián)系。

深度學(xué)習(xí)技術(shù)的使用可以發(fā)現(xiàn)研究人員沒有懷疑過的古人類痕跡。首先，我們沒有任何理由認(rèn)為尼安德特人、丹尼索瓦人和現(xiàn)代人是人類 歷史 脈絡(luò)中僅有的三個(gè)種群。根據(jù)霍克斯的說法，這樣的種群可能有幾十個(gè)。紐約州立大學(xué)石溪分校(Stony Brook University)人類學(xué)家賈森·劉易斯(Jason Lewis)贊同這種觀點(diǎn)并表示：我們的想象力一直受到限制，因?yàn)槲覀兛偸窃陉P(guān)注活著的人，或者在歐洲、非洲和西亞發(fā)現(xiàn)的化石。深度學(xué)習(xí)技術(shù)以一種奇怪的方式重新聚焦這些可能性，這種方法不再受我們想象力的限制。

深度學(xué)習(xí)似乎不太可能解決古生物學(xué)家的問題，因?yàn)檫@種方法通常需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。以其最常見的圖像分類器為例，當(dāng)專家訓(xùn)練一個(gè)模型識(shí)別貓的圖像時(shí)，專家有成千上萬張可以訓(xùn)練的圖片，并且專家本身知道它是否有效，因?yàn)樗镭垜?yīng)該長什么樣。由于缺乏相關(guān)的人類學(xué)和古生物學(xué)數(shù)據(jù)，想要利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)的研究人員不得不通過創(chuàng)造自己的數(shù)據(jù)來讓它變得更聰明。巴塞羅那國家基因組分析中心(National Center of Genomic Analysis)的研究員奧斯卡·勞(Oscar Lao)說：我們?cè)谕骟a臟的把戲，能夠使用無限數(shù)量的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)引擎，因?yàn)槲覀兪褂玫氖悄M。

研究人員根據(jù)不同的人口統(tǒng)計(jì)細(xì)節(jié)組合生成了成千上萬的模擬進(jìn)化史：祖先人口的數(shù)量，大小，當(dāng)他們彼此分離時(shí)的混血率等等。從這些模擬的 歷史 中，科學(xué)家們?yōu)楝F(xiàn)代人生成了大量的模擬基因組。他們對(duì)這些基因組進(jìn)行了深度學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練，使其了解哪種進(jìn)化模型最有可能產(chǎn)生給定的遺傳模式。然后，研究小組將人工智能釋放，以推斷出最符合實(shí)際基因組數(shù)據(jù)的 歷史 。最終，該系統(tǒng)得出結(jié)論，一個(gè)以前未被確認(rèn)的人類群體也對(duì)亞洲后裔的祖先有所貢獻(xiàn)。從所涉及的基因模式來看，這些人本身可能要么是30萬年前丹尼索瓦人和尼安德特人雜交產(chǎn)生的一個(gè)獨(dú)特種群

要么是在那之后不久從丹尼索瓦人后裔中進(jìn)化而來的一個(gè)群體。這并不是深度學(xué)習(xí)第一次被這樣使用，該領(lǐng)域的一些實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在應(yīng)用類似方法來解決進(jìn)化研究的其他線索。俄勒岡大學(xué)(University of Oregon)的安德魯?科恩(Andrew Kern)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，利用基于模擬的方法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)包括人類在內(nèi)的物種如何進(jìn)化的各種模型進(jìn)行了區(qū)分。發(fā)現(xiàn)進(jìn)化所青睞的大多數(shù)適應(yīng)并不依賴于種群中有益的新突變的出現(xiàn)，而是依賴于已經(jīng)存在的遺傳變異的擴(kuò)展，將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于這些新問題正產(chǎn)生令人興奮的結(jié)果。

存在一些問題，首先、如果實(shí)際的人類進(jìn)化史與深度學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練的模擬模型不相同，那么這項(xiàng)技術(shù)將產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。這是科恩和其他人一直在努力解決的問題，為了提高準(zhǔn)確性，還有很多工作要做。普林斯頓大學(xué)(Princeton University)生態(tài)學(xué)家和進(jìn)化生物學(xué)家約書亞·阿基(Joshua Akey)說：我認(rèn)為人工智能在基因組學(xué)方面的應(yīng)用被過度夸大了。深度學(xué)習(xí)技術(shù)是一種奇妙的新工具，但它只是一種方法，這并不能解決我們想要了解人類進(jìn)化中的所有謎團(tuán)和復(fù)雜性。

一些專家甚至持懷疑態(tài)度，哈佛大學(xué)(Harvard University)和皮博迪博物館(Peabody Museum)的古生物學(xué)家戴維·皮爾比姆(David Pilbeam)在一封電子郵件中寫道：我的判斷是，除了經(jīng)過深思熟慮的、智能的、非人工的分析之外，數(shù)據(jù)的密度和質(zhì)量并不理想。然而在其他古生物學(xué)家和遺傳學(xué)家看來，這是一個(gè)很好的進(jìn)步，可以用來預(yù)測未來可能的化石發(fā)現(xiàn)和人類幾千年前應(yīng)該存在的遺傳變異。我認(rèn)為深入學(xué)習(xí)真的會(huì)促進(jìn)群體遺傳學(xué)，對(duì)于我們可以訪問數(shù)據(jù)但不能訪問生成數(shù)據(jù)過程的其他字段，情況可能也是如此。

大約在科恩和其他種群遺傳學(xué)家和進(jìn)化生物學(xué)家開發(fā)基于模擬的人工智能技術(shù)來解決問題的同時(shí)，物理學(xué)家也在研究如何篩選大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)和其他粒子加速器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，地質(zhì)研究和地震預(yù)測方法也開始受益于深度學(xué)習(xí)方法。麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)布羅德研究所(Broad Institute of the Massachusetts Institute of Technology)的計(jì)算生物學(xué)家尼克·帕特森(Nick Patterson)說：我真的不知道會(huì)發(fā)生什么，但有新方法出現(xiàn)總是好的。它如果能很好地回答我們的問題，我們會(huì)盡所能發(fā)展它！

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn): 《natural》,《Nature Communication》

文: Jordana Cepelewicz/Quanta magazine/Quanta Newsletter

DOI: 10.1038/s41586-018-0455-x

DOI: 10.1038/nature12886

DOI: 10.1038/s41467-018-08089-7

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美

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