现代分子生物学第一章.ppt

Molecular Biology 李桂民,Reference： 1. P.C.特纳，A.G.麦克伦南等著，分子生物学(第三版)， 科学出版社， 2009年 2. Robert F.Weaver,分子生物学（影印版） 科学出版社，2002 Lewin, B., GENES X. University Press, Oxford. (英文版） 4. Lizabeth A. Allison, Fundamental Molecular Biology, 基础分子生物学（影印版），高等教育出版社，2008 5. Watson.J.D等 , 杨焕明 等(译)，基因的分子生物学(第6版)，科学出版社，2009年7月 6. Robert F.Weaver (作者), 郑用琏 (译)，分子生物学，科学出版社，2010年1月,7. 赵亚华，基础分子生物学教程（第二版），科学出版社 8. 郑用琏，基础分子生物学，高等教育出版社，2007 9. 叶林柏，郜金荣，基础分子生物学，科学出版社， 2004 10. 李明刚 编著 高级分子遗传学 科学出版社 2004 11. J,萨姆布鲁克，E.F.弗理奇,T.曼尼阿蒂斯著,金冬雁, 黎孟枫等译,候云德等校:分子克隆实验指南,第三版, 科学出版社,2003 12. 戴余军 , 母昌考 , 盛继群，现代分子生物学辅导与习题集，中国科学技术大学出版社，2011年7月,常用网站： National Center for Biotechnology Information / European Bioinformatics Institute http:/www.ebi.ac.uk/ 北京大学生物信息中心 /chinese/ 图书馆资源： 中国知网、万方数据资源系统,交流网站 中文分子生物学个人交流网 生物谷 中国生物论坛 丁香园生物医学论坛 生物通,Chapter 1 Introduction,第一节 分子生物学的概念,一、广义的概念： 研究蛋白质及核酸等生物大分子的结构和功能，即从分子水平阐明生命现象和生物学规律。,二、狭义的概念： 核酸(或基因)的生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、翻译和表达调控等过程，当然其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。 从基因出发来阐明生命现象和生物学规律。,一、基因与基因组的结构与功能 基因的研究一直是分子生物学发展的主线 细胞染色体水平 DNA大分子水平 反向生物学阶段,第二节 分子生物学的研究内容,二、DNA的复制、转录和翻译 三、基因表达调控的研究 四、结构分子生物学 五、DNA重组技术,第三节 分子生物学与其他学科的关系,分子生物学：从分子水平理解生命活动 细胞生物学：从细胞水平 理解生命活动 遗传学：从遗传角度理解生命活动 生物化学：从化学组成角度来理解生物大分子和生物代谢。,第四节 分子生物学发展的历程,一、对DNA和遗传信息传递的认识阶段 1944 Avery: DNA是遗传信息的载体； 1952 Hershey和Chase：进一步证实 1953 Watson & Crick：DNA 双螺旋模型 1958 Meselson & Stahl: DNA半保留复制模型,1968年Okazaki：DNA半不连续复制模型 1958年Crick：中心法则 60年代Nirenberg、Ochoa & Khorana等: 破译了RNA上编码合成蛋白质的遗传密码 1961年, Jacob和Monod提出调节基因表达的操纵子学说,Central dogma,replication,transcription,Reverse transcription,RNA editing,RNA replication,translation,二、重组DNA技术的建立和发展阶段 1967 Gellert：DNA连接酶 1970 Smith 和 Wilcox：限制性内切酶 1972 Berg: recombinant DNA in vitro 1973 Cohen: first used plasmid to clone DNA 1977 Gilbert & Sanger: sequence 1986 Mullis: PCR 三、重组DNA技术的应用和分子生物学的迅猛发展阶段,第五节 分子生物学研究进展,一、基因组学(Genomics) ： 基因组作图、测序及分析的科学 结构基因组学 功能基因组学,（一）结构基因组学(structural genomics) 1、模式生物基因组研究： 1996年，完成酵母菌基因组测序。 1998年12月，宣告完成线虫完整基因组序列的测定工作， 这是第一次绘出多细胞动物的基因组图谱。 2000年3月，已完成了果蝇的基因组测序 2001年12月14日，美、英等国科学家宣布绘制出拟南 芥基因组的完整图谱。 为人类的基因组研究提供重要的依据,2、人类基因组计划 (human genome project) 1990 人类基因组计划开始实施 2000 公布人类基因组草图 2003 获得更详细的草图 2006 人类基因组计划彻底完成,（二 ）功能基因组学 (functional genomics) 模式生物的功能基因组学 线虫、果蝇、酵母、拟南芥、水稻,二、蛋白质组学 (proteomics) 在特定的时间和特定的空间研究一个完整的生物体（或细胞）所表达的全体蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白质与蛋白质相互作用等，从而在蛋白质水平上获得对于有关生物体生理、病理等过程的全面认识。 贺福初- 中国人类肝脏蛋白质组计划,三、基因表达调控机理 非编码 RNA siRNA and microRNA 2002年世界十大科学进展 2006年诺贝尔生理学与医学奖 Fire and Mello，RNA干扰,四、结构分子生物学 研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能的科学 五、DNA重组技术 1、基因工程 2、作为基础研究的手段,一、结构基因组学 人类基因组 2001年2月12日中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 2003年4月14日，6国科学家宣布人类基因组序列图率先绘制成功，全部实现HGP的所有目标，并公开研究数据和结果。,六、 我国分子生物学研究的进展,2002.4 杨焕明 Science 水稻全基因组框架序列图 2002.12 韩斌 Nature 水稻第四号染色体测序图 2004.12 向仲怀、夏庆友 Science 家蚕基因组 框架图 2009.10 向仲怀、王俊 Science 桑蚕大规模基因组重测序,2009.7 陈竺、王升跃、韩泽广 Nature 日本血吸虫基因组测序和基因功能分析工作 2009.12 汪建、王俊 Nature 大熊猫的基因组测序工作,二、功能基因组学 2003年，李家洋，Nature 阐明了水稻分蘖调控的分子机理,张启发 主持的“十五”重大专项“水稻功能基因组”课题 1、获得了27万多个独立转化子的突变体； 2、分离了9万多条全长cDNA片段并进行序列测定； 3、分离出了1200多个新基因并推测了其功能； 4、分离出了107个具有重要性状的功能基因并申请了专利； 5、分离出了18个具有明显育种前景的功能基因,植物生理生态研究所： 国家863计划课题：棉花功能基因组研究-棉纤维发育 诣在从基因的角度破解提高棉纤维品质的奥秘。 课题组的研究人员分离了棉花MYB基因GaMYB2/FIF1,2005，许田 ，Cell PB 转座子在哺乳动物细胞和小鼠中的高效转座 在世界上首次创立了一个高效实用的哺乳动物转座因子系统，为大规模研究哺乳动物基因功能提供了崭新途径。,三、结构分子生物学 2004年，常文瑞， Nature 菠菜主要捕光复合物(LHC-II) 2.72分辨率的晶体结构 2005，饶子和，Cell 线粒体膜蛋白复合物II的精细结构 率先在世界上解析了线粒体膜蛋白复合物II的精细结构，填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白，成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑。,四、神经生物学 2005，饶毅 ， Cell GSK蛋白质的活性对确定神经细胞极性起关键作用 2005，张旭，Cell（神经所） 调控阿片类物质镇痛作用的新机制 2005，马兰，Cell（复旦大学） 药物成瘾的分子神经学机制,2005，袁小兵，Nature （神经所） 神经纤维最前端生长锥的细胞膜TRPC的阳离子通道具有传递“方向指令”的关键作用 2005，郭爱克，Science 果蝇跨模态学习的相互作用,五、其他,2005，刘金华，Science（中国农大） 高致病性禽流感H5N1对候鸟的感染 2005，尚永丰，Nature（北京大学基础医学院） 雌激素和三苯氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理 2005，邓子新， Molecular Microbiology DNA大分子上一种新的硫修饰,2006. 6.3 0, 武维华 , Cell 发现蛋白激酶CIPK23在K+低浓度情况下可以调控K+运输，并且也证明编码CIPK23蛋白的基因LKS1受到损伤将极大的降低K+的吸收，从而引起叶子萎黄病(chlorosis)和生长抑制,2004,薛勇彪，Plant cell（2篇） 在植物有性生殖自交不亲和的分子机理研究取得突破性进展,上海植物生理生态所：关于miRNA的研究 2004 ，陈晓亚，Plant cell 发现生长素反应因子ARF10和ARF16是控制根冠发育的关键因子，miRNA160通过调控这两个基因的表达水平影响根冠和侧根的发育。,2004 ，黄海，Plant cell 发现拟南芥RNA-依赖的RNA聚合酶(RdRPs)与转录因子AS1和AS2共同调控叶的发育，植物RDR6-相关的表观遗传途径和AS1-AS2途径协同调控植物的正常发育。 这两项成果都说明miRNA对植物的器官发育起重要的调控作用。,分子生物学不仅是目前自然科学中发展最迅速、最具活力的领域，也是新世纪的