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表觀遺傳學(xué)的特點范文第1篇

基因組印記

基因組印記是一種不遵循傳統(tǒng)孟德爾遺傳規(guī)律的表觀遺傳現(xiàn)象。這是由于來源于某一親本的等位基因或其所在的染色體發(fā)生了表觀遺傳修飾，導(dǎo)致不同親本來源的兩個等位基因在子代細胞中表達不同。受印記機制調(diào)控而差異表達的基因稱之為印記基因（imprintedgene）。目前在植物、昆蟲和哺乳動物中均發(fā)現(xiàn)了基因組印記現(xiàn)象，而在鳥類、魚類、爬行類和兩棲類動物普遍認(rèn)為不存在印記現(xiàn)象。1991年Bartolomei等采用基因敲除技術(shù)在小鼠中首次確認(rèn)了類胰島素生長因子2型受體和非編碼RNAH19基因兩個母源印記基因及一個類胰島素生長因子2型父源印記基因。2007年，杜克大學(xué)的研究人員用機器學(xué)習(xí)的人工智能形式發(fā)現(xiàn)了156個新的印記基因，并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)造了第一張人類基因組印記基因圖譜。

X染色體失活

X染色體失活是指雌性哺乳類細胞中兩條X染色體的其中之一失去活性的現(xiàn)象，X染色體會被包裝成異染色質(zhì)，進而因功能受抑制而沉默化，這種現(xiàn)象也稱為X染色體的劑量補償（dosagecompensation）。X染色體失活的起始和選擇發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，這個過程被X染色體失活中心（X-inactivationcenter，XIC）所控制，是一種反義轉(zhuǎn)錄的調(diào)控模式。這個失活中心存在著X染色體失活的特異性轉(zhuǎn)錄基因，當(dāng)失活命令下達時，這個基因產(chǎn)生1個17kb不翻譯的RNA與X染色體結(jié)合，介導(dǎo)DNA甲基化和組蛋白修飾，引發(fā)并維持X染色體的失活。X染色體失活中心還有“記數(shù)”功能，即保持每個二倍體中僅有1條X染色體有活性，其余全部失活。X染色體的失活狀態(tài)需要表觀遺傳修飾來維持，可以通過有絲或減數(shù)分裂遺傳給后代。

非編碼RNA

非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質(zhì)的功能性RNA分子，其中包括rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、microRNA等多種已知功能的RNA以及未知功能的RNA。按照它們的大小可分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA，前者在基因簇以至于整個染色體水平發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，后者在基因組水平調(diào)控基因表達并介導(dǎo)mRNA的降解，誘導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，決定細胞的分化命運，還對外源的核酸序列有降解作用以保護本身的基因組。microRNA是一類內(nèi)源產(chǎn)生的長度約為22個核苷酸的非編碼小RNA分子，廣泛存在于真核生物甚至病毒中，通過調(diào)節(jié)編碼蛋白的基因的表達或翻譯來發(fā)揮調(diào)控作用。microRNA的功能十分廣泛并且滲入到了生理病理學(xué)的各種調(diào)控途徑中，包括發(fā)育周期、細胞增殖和分化、細胞凋亡、新陳代謝、神經(jīng)調(diào)控、腫瘤發(fā)生以及病毒和宿主的相互作用等。在法醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，由于降解后的片段長度過小，不能進行有效的PCR擴增，然而microRNA就能滿足降解檢材的PCR擴增，開始成為關(guān)注的熱點。

表觀遺傳學(xué)在法醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

1表觀遺傳學(xué)與親權(quán)鑒定

自1985年英國遺傳學(xué)家AlecJeffreys教授首次報道DNA指紋圖技術(shù)應(yīng)用于法醫(yī)DNA分析以來，DNA分析技術(shù)已經(jīng)在多起重大的刑事犯罪偵破和民事訴訟中發(fā)揮重要的作用。目前主要是以熒光標(biāo)記STR與SNP等傳統(tǒng)遺傳標(biāo)記進行個體識別和親權(quán)鑒定。但在法醫(yī)學(xué)親子鑒定中，尤其是子代為雜合子或者父（母）和子代為相同的雜合子的單親鑒定中，親代的必需等位基因可能無法確定，使基因座的鑒別能力下降。但通過使用親緣特異性甲基化遺傳標(biāo)記可以直接判定等位基因的親源，從而確定親代的必需等位基因。Zhao等應(yīng)用甲基化特異性PCR對被甲基化標(biāo)記的母系SNP位點rs220028進行檢測證明了這一觀點。另外，Poon等報道，采用DNA甲基化標(biāo)記可有效識別孕婦外周血中的胎兒DNA，這也為產(chǎn)前的親權(quán)鑒定提供了一種非侵入性的檢測方法。

2表觀遺傳學(xué)與年齡推斷鑒定

個體年齡推斷一直是法醫(yī)學(xué)研究的重要內(nèi)容。目前實際工作中，個體年齡推斷主要依據(jù)人類學(xué)方法，通過測量與年齡相關(guān)的骨骼、牙齒標(biāo)志等，根據(jù)相關(guān)模型進行推算。近年來，許多研究者發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)為個體年齡推斷的研究提供了一種新的思路。DNA甲基化隨年齡變化的特點為利用甲基化標(biāo)記進行年齡推斷提供了可能。陳培利等利用人胚肺二倍體成纖維細胞（humanembryoniclungdiploidfibroblast，2BS）進行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其p16基因啟動子區(qū)及外顯子Ⅰ處的DNA甲基化水平隨個體細胞代齡的增加而降低。Tra等用限制性標(biāo)記基因組掃描（restrictionlandmarkgenomescanning，RLGS）技術(shù)對T淋巴細胞2000個基因座的甲基化年齡變化情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)29個基因座有變化，其中23個增加，6個降低。由于甲基化標(biāo)記數(shù)目眾多，從中可以篩選出一組適合于法醫(yī)學(xué)應(yīng)用的、年齡變化有規(guī)律的座位，應(yīng)用于微量檢材的年齡推斷。尹慧等用高效液相色譜（HPLC）法對94個健康個體DNA甲基化水平的檢測發(fā)現(xiàn)，5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）含量隨年齡增加而降低，50歲以上與50歲以下年齡組5mC含量差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。2010年，Teschendorff等通過對261個絕經(jīng)后婦女全血樣本約14000個基因啟動子區(qū)超過27000個CpG的甲基化狀態(tài)進行分析，證實干細胞多梳蛋白家族（polycombgroup，PcG）靶基因比非靶基因更容易隨年齡發(fā)生甲基化，并且變化不依賴于組織類型、疾病狀態(tài)和甲基化水平。

Bocklandt等通過分析唾液中的DNA甲基化標(biāo)記，可以預(yù)測一個樣本組成員的年齡，結(jié)果與實際年齡相差大約在5歲范圍內(nèi)。這項技術(shù)如果被確證，可能會成為法醫(yī)取證方面很有用的一種工具。同時，它還表明了一種可能性：DNA甲基化修飾或許可以提供一種比計算生日更具醫(yī)學(xué)相關(guān)性的年齡測定方法。

2010年，NorenHooten等在外周血單核細胞中的800個microRNA標(biāo)記中篩選出9個與年齡相關(guān)的基因，但發(fā)現(xiàn)其中5個與疾病有關(guān)，該研究表明microRNA可以作為推斷年齡以及和年齡相關(guān)疾病的診斷指標(biāo)。

2011年，國內(nèi)Jin等首次報道了通過體細胞發(fā)揮功能的組蛋白修飾基因?qū)λダ线@一重要生物學(xué)過程的調(diào)控作用。這項研究通過生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)組蛋白H3K27me2/3去甲基酶UTX-1/UTX對衰老發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。在秀麗線蟲中，該基因的雜合突變體及野生型的RNAi敲降后都能極大地延長線蟲壽命，使其抗逆性也大大加強。遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)其功能依賴于胰島素樣信號通路。這種通過重新建立組蛋白修飾模式的方式，揭示了細胞的重編程在抑制衰老過程中的重要作用，并提示其作用機制在哺乳動物細胞中同樣存在。

3表觀遺傳學(xué)與雙生子的鑒別

同卵雙生子（monozygotictwins，MZ）是由一個受精卵經(jīng)過卵裂產(chǎn)生兩個單獨的細胞，并發(fā)育為完全獨立的個體，因此同卵雙生兩個個體的遺傳背景完全相同，享有共同的DNA序列。在法醫(yī)DNA分析領(lǐng)域，現(xiàn)有的DNA分析手段尚不能有效鑒別同卵雙生個體。

但是近年來，眾多研究都已證實，同卵雙生子的表觀遺傳學(xué)水平存在一定的差異。Fraga等對西班牙的40對同卵雙生子個體進行研究，發(fā)現(xiàn)他們在DNA甲基化、X染色體失活、組蛋白位點特異性乙?；洗嬖诓町悾⑶疫@種差異會隨年齡增長而增加。Kaminsky等對114對同卵雙生子個體的DNA甲基化的研究顯示，血白細胞、口腔黏膜上皮細胞和腸道組織中的甲基化狀態(tài)均存在差異。

此外，Ollikainen等對新生兒不同組織相關(guān)的4個差異甲基化區(qū)域的甲基化狀態(tài)進行了研究，發(fā)現(xiàn)甲基化水平存在顯著差異。從上述研究成果中可以看出，研究人員已經(jīng)把目光投入到了法醫(yī)DNA分析的全新領(lǐng)域，尤其是DNA甲基化在同卵雙生子中的研究。這些都為采用DNA甲基化這一表觀遺傳學(xué)標(biāo)記進行同卵雙生子個體甄別的可能性提供了強有力的理論支撐。

4表觀遺傳學(xué)與組織來源鑒定

在常見的法醫(yī)學(xué)案件中，有時需要對生物檢材的組織來源進行鑒定。傳統(tǒng)的形態(tài)和生化方法信息含量少，容易受各種條件的影響，因此常常受到限制。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，以表觀遺傳學(xué)為基礎(chǔ)的組織鑒定方法存在明顯優(yōu)勢，越來越為人們所關(guān)注。

例如，富含CpG的Alu重復(fù)序列，在體細胞中是甲基化的，在生殖細胞中卻是低甲基化的，有一個在進化上比較年輕的Alu亞族在中幾乎是完全沒有甲基化的。通過對這一Alu亞族甲基化的分析，就可以判斷檢材是否含有。范光耀應(yīng)用聯(lián)合亞硫酸氫鹽的限制酶法，調(diào)查、常見體液、分泌液和組織的DEAD盒多肽4［DEAD（Asp-Glu-Ala-Asp）boxpolypeptide4，DDX4）］基因啟動子甲基化水平，發(fā)現(xiàn)中的甲基化水平顯著高于非組織。因此，選擇一個合適的界值，可以根據(jù)DDX4甲基化水平有效地鑒別（斑）的種屬來源。

Hanson等運用RT-PCR技術(shù)，根據(jù)microRNA的細胞組織特異性對血液、、唾液、陰道分泌液和經(jīng)血進行來源鑒別，并通過與21種人體組織比對驗證了各種斑痕microRNA表達的特異性，用于檢測RNA的模板量最低可達50pg。Zubakov等運用微陣列和Taqman定量PCR技術(shù)確證了一些能運用于法醫(yī)學(xué)實踐識別血痕和精斑的穩(wěn)定的microRNA標(biāo)記。該項研究不僅將靈敏度提高到相當(dāng)于單細胞水平的0.1pgRNA模板量，而且在新鮮與陳舊樣本的比對中發(fā)現(xiàn)其microRNA分子絕對含量未發(fā)生明顯變化。

5其他

近年來，隨著學(xué)者們對RNA在法庭科學(xué)領(lǐng)域的研究逐漸廣泛和深入，發(fā)現(xiàn)microRNA在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價值也日益重要。2007年王芬等發(fā)現(xiàn)有6個microRNA分子在H2O2誘導(dǎo)PC12細胞凋亡后表達顯著下調(diào)，這一結(jié)果為法醫(yī)病理學(xué)者研究腦缺血再灌注損傷中神經(jīng)細胞凋亡的機制提供了理論依據(jù)。2010年李文燦等在研究大鼠心肌組織microRNA降解與死亡時間的相關(guān)性時發(fā)現(xiàn)，其含量在機體死后120h內(nèi)保持相對穩(wěn)定的水平，可作為內(nèi)參指標(biāo)反映其他生物指標(biāo)的變化水平。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，法醫(yī)工作者又面臨一項新的挑戰(zhàn)，即如何在日常的親緣鑒定和個體識別工作中有效甄別偽造DNA。用于偽造DNA常使用PCR擴增的方法，因此使用親緣特異性甲基化遺傳標(biāo)記，可以在進行親子鑒定和個體識別的同時，檢測樣本的甲基化狀態(tài)，從而鑒別樣本是否為人工偽造DNA。因此DNA甲基化遺傳標(biāo)記在鑒定DNA是否人工偽造中發(fā)揮著重要的作用。

表觀遺傳學(xué)的特點范文第2篇

齡成為可能。作為表觀遺傳學(xué)重要組成部分的dna甲基化，在機體生長、發(fā)育、衰老的過程中存在著動態(tài)變化過程．通過

檢測dna甲基化改變，有望構(gòu)建與之相關(guān)的年齡變化模式，用以推斷個體年齡。本文著重介紹dna甲基化水平的改變與

個體年齡的相關(guān)性及其在判斷個體年齡方面的前景。

【關(guān)鍵詞】法醫(yī)物證；dna甲基化；年齡推斷；生物體衰老

【中圖分類號】d9l9．2

【文獻標(biāo)識碼】a

【文章編號】1007—9297(20__)04—0284—05

當(dāng)前在法醫(yī)學(xué)實踐中，對個體年齡的推斷主要是

依據(jù)人類學(xué)方法測量骨骼、牙齒等一些具有年齡相關(guān)

性的檢材．并根據(jù)相關(guān)模型進行計算。分子生物學(xué)的

飛速發(fā)展，開拓了人們的視野。借助于分子生物學(xué)理

論和方法．在細胞水平、分子水平發(fā)現(xiàn)一些可能與年

齡相關(guān)的遺傳學(xué)改變，如dna損傷修復(fù)能力、端粒的

長度、線粒體片段的缺失、dna甲基化水平、b一半乳糖

苷酶活性以及基因表達譜等。lll dna甲基化是表觀遺

傳學(xué)(epigenetics)的重要組成部分，在維持正常細胞

功能、遺傳印記、胚胎發(fā)育以及人類腫瘤發(fā)生中起著重

要作用．在衰老的過程中某些細胞會發(fā)生年齡相關(guān)的

變化，121例如某個cpg島的從頭甲基化會關(guān)閉一個基

因，使這個基因相關(guān)的生理功能喪失：同樣。甲基化的

丟失也會激活正常情況下沉默的基因．造成不恰當(dāng)?shù)?/p>

異位表達(ectopic expression)。必須指出，表觀遺傳研

究絲毫沒有降低遺傳學(xué)或基因組學(xué)的重要性，恰恰相

反，表觀遺傳學(xué)是在以孟德爾式遺傳為理論基石的經(jīng)

典遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)母體中孕育的專門研究基因功

能實現(xiàn)的一種特殊機制的遺傳學(xué)分支學(xué)科。認(rèn)識到表

觀基因組在發(fā)育、生長和衰老過程中存在著一個動態(tài)

變化的過程，以及體細胞的表觀基因組有重新編程的

可能性，有助于我們以新的觀點來探索衰老的機制，構(gòu)

建年齡變化的模式。本文就dna甲基化與個體年齡的

相關(guān)性及其在判斷個體年齡方面的前景進行探討。

一

、概述

(一)表觀遺傳學(xué)和dna甲基化

遺傳學(xué)是與表觀遺傳學(xué)(genetic)相對應(yīng)的概念。

遺傳學(xué)是指基于基因序列改變所致基因表達水平變

化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等；而

表觀遺傳學(xué)則是指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(zhì)構(gòu)象變化等：表

觀基因組學(xué)(epigenomics)~0是在基因組水平上對表觀

遺傳學(xué)改變的研究。甲基化是最重要的表觀遺傳修飾

形式。dna甲基化是生物體在dna甲基化轉(zhuǎn)移酶

(dnmts)的作用下，以s一腺苷酰一l一甲硫氨酸(sam)

為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基上去的過程，

dna甲基化多發(fā)生在胞嘧啶，大多在一cpg一序列上。

胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine．

5-mc)。這種dna修飾方式并沒有改變基因序列。但

它調(diào)控了基因的表達。

哺乳動物中．cpg序列在基因組中出現(xiàn)的頻率僅

有l(wèi)％，遠低于基因組中的其他核苷酸序列。但在基因

組的某些區(qū)域中，cpg序列密度很高，可以達均值的5

倍以上，成為鳥嘌呤和胞嘧啶的富集區(qū)．形成所謂

cpg島。通常cpg島大約含有500多個堿基。在哺乳

動物基因組中約有4萬個cpg島，而且只有cpg島

的胞嘧啶能夠被甲基化，cpg島通常位于基因的啟動

子區(qū)或是第一個外顯子區(qū) 。人類基因組中大小為

100～l 000 bp左右且富含cpg二核苷酸的cpg島總

是處于未甲基化狀態(tài)．并且與56％的人類基因組編碼

基因相關(guān)。人類基因組序列草圖分析結(jié)果表明，人類

基因組cpg島約為45 000個．大部分染色體每1 mb

就有5—15個cpg島。平均值為每mb含lo．5個cpg

島，cpg島的數(shù)目與基因密度有良好的對應(yīng)關(guān)系。健

康人基因組中．cpg島中的cpg位點通常是處于非甲

基化狀態(tài)，而在cpg島外的cpg位點則通常足甲基化的。這種

甲基化的形式在細胞分裂的過程中能夠穩(wěn)定的保留。閣基因

調(diào)控元件(如啟動子)所含cpg島中的5-mc會阻礙

[作者簡介]李鑫(1974一)，男，山東淄博人，主檢法醫(yī)師，碩士研究生，主要從事法醫(yī)遺傳學(xué)研究。

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與dna的結(jié)合，所以dna甲基化一

般與基因沉默(gene silence)相關(guān)聯(lián)；而去甲基化

(demethylation)往往與一個沉默基因的重新激活(re．

activation)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)機體衰老或呈病理狀態(tài)，特別是

腫瘤發(fā)生時，抑癌基因cpg島以外的cpg序列非甲

基化程度增加，而cpg島中的cpg則呈高度甲基化，

以至于染色體螺旋程度增加及抑癌基因表達的丟失。

一般說來，dna的甲基化對維持染色體的結(jié)構(gòu)、x染

色體的失活、基因印記和腫瘤的發(fā)生發(fā)展都起重要的

作用。【6】

(二)dna甲基化的生物作用及特點

1．dna甲基化與基因表達

dna甲基化在維持正常細胞功能、遺傳印記、胚

胎發(fā)育過程以及衰老過程中起著極其重要的作用。研

究表明胚胎的正常發(fā)育得益于基因組dna適當(dāng)?shù)募?/p>

基化。例如：缺少任何一種甲基轉(zhuǎn)移酶對小鼠胚胎的

發(fā)育都是致死性的。[31此外，等位基因的抑制被印記控

制區(qū)(icrs)所調(diào)控，該區(qū)域在雙親中的一個等位基因

是甲基化的。17]印記基因的異常表達可以引發(fā)伴有突

變和表型缺陷的多種人類疾病。甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄

主要通過以下機制來實現(xiàn)。

(1)直接抑制。cpg島甲基化真接干擾tf與調(diào)控

區(qū)dna 的結(jié)合． 例如camp反應(yīng)元件結(jié)合蛋白

(creb)，ap一2，e2f，nfkb等tf不能與相應(yīng)的dna

位點相結(jié)合。但有些tf如sp1，ctf與甲基化和非甲

基化位點都能結(jié)合，這表明甲基化單獨不足以阻止體

內(nèi)tf與dna相結(jié)合。

(2)間接機制。近年來發(fā)現(xiàn)一些甲基化dna結(jié)合

蛋白如mdbp1，mdb2以及甲基化cpg結(jié)合蛋白如

mecp1，mecp2與甲基化dna特異結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)

錄。其介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制的程度取決于甲基化密度和啟動

子的強度。如低密度甲基化可完全抑制一些弱的啟動

子，但對強的啟動子則收效甚微。

(3)dna甲基化還可通過影響染色體結(jié)構(gòu)來抑制

轉(zhuǎn)錄。不僅甲基化啟動子區(qū)形成的核小體抑制體外起

始轉(zhuǎn)錄，而且mecp1與甲基化啟動子cpg位點結(jié)合

后，可引起染色質(zhì)聚縮成非活性高級結(jié)構(gòu)，以至于轉(zhuǎn)

錄因子不能與其相結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄。

dna甲基化狀態(tài)并非固定不變．在許多哺乳動物

組織內(nèi)，基因組甲基脫氧胞嘧啶水平隨老化而下降，

在鮭魚、小鼠、大鼠、牛與人類的腦、肝臟、大腸粘膜、

心臟和脾臟內(nèi)發(fā)現(xiàn)dna脫甲基化作用。相反，大鼠肺

則不發(fā)生脫甲基化，大鼠。腎內(nèi)甲基脫氧胞苷總含量增

加。這說明甲基化狀態(tài)隨老化而變化，即發(fā)生甲基化

· 285 ·

和脫甲基化，但總的說來，最常見的變化似乎是進行

性的脫甲基化。這些變化均可導(dǎo)致隨老化而發(fā)生的基

因表達變化。

2．dna甲基化與腫瘤的關(guān)系

研究表明，dna甲基化在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起

重要作用。甲基化狀態(tài)的改變是引起腫瘤的一個重要

因素，這種變化包括dna甲基化總體水平降低和啟

動子等基因表達調(diào)控元件附近的cpg島局部甲基化

水平的異常升高，從而導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定(如染色

體的不穩(wěn)定、可移動遺傳因子的激活、原癌基因的表

達)和抑癌基因的不表達。如果抑癌基因中有活性的

等位基因失活，則發(fā)生癌癥的幾率提高，例如：胰島素

樣生長因子一2(igf一2)基因印記丟失導(dǎo)致多種腫瘤，

如wilm‘s瘤?！?j

3．dna甲基化與基因印記

基因組印記是性細胞系的一種表觀遺傳修飾，這

種修飾有一整套分布于染色體不同部位的印記中心

來協(xié)調(diào)。印記中心直接介導(dǎo)了印記標(biāo)記的建立及其在

發(fā)育全過程中的維持和傳遞，并導(dǎo)致以親本來源特異

性方式優(yōu)先表達兩個親本等位基因中的一個．而使另

一個沉默。基因組印記是可遺傳的，dna的甲基化在

基因組印記的分子機理中充當(dāng)重要角色。dna高甲基

化是一個基因印記抑制信號，dna甲基化對控制印記

基因中父子和母子等位基因的不同表達具有重要作

用。[91

4．人類基因組dna甲基化的特點

dna甲基化的基本特征有：1)數(shù)量多、信息容量

大；2)可遺傳性：有絲分裂時分化細胞可以穩(wěn)定地將

甲基化模式傳遞給子代細胞：3)相對穩(wěn)定性，即在體

內(nèi)．內(nèi)外環(huán)境短時間變化不會引起細胞基因組甲基化

譜的改變；4)與snp標(biāo)記毗鄰，提供不同層次信息，相

互補充。人類基因組dna甲基化還有自身特點。

(1)時空特異性。dna甲基化是記錄細胞分化歷

史、維持組織特異性基因表達的主要機制之一。有學(xué)

者認(rèn)為，dna甲基化可能使分化細胞基因組重新編

程，通過dna 甲基化來控制基因的時空表達，調(diào)節(jié)發(fā)

育過程和各種生理反應(yīng)。在不同組織或同一類型細胞

的不同發(fā)育階段，基因組dna上各cpg位點甲基化

狀態(tài)的差異構(gòu)成基因組dna甲基化譜。組織特異的

dna甲基化譜是哺乳動物基因組的一個顯著特征。

細胞之間dna甲基化模式的差異是在個體發(fā)育

的過程中逐步形成的，并在以后的有絲分裂中保持不

變。在胚胎發(fā)育過程中，細胞的甲基化模式按一定方向

發(fā)生有規(guī)律地變化。成年個體，組織特異性基因形成組

· 286 ·

織特異性的甲基化模式。隨著年齡增長，基因組dna甲

基化總體水平不斷下降．特定dna片斷的甲基化程度

可以增高或降低。取決于組織細胞和基因種類。

(2)親緣特異性。在某些基因座，所有組織體細胞

都選擇性地將親代一方的等位基因甲基化．呈現(xiàn)親緣

依賴的等位基因甲基化模式。

(3)病理特異性。在病理狀態(tài)下，組織細胞的dna

甲基化譜發(fā)生特異性的改變。dna甲基化改變在許多

腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的作用。目前證實，啟

動子高甲基化是腫瘤抑制基因第三種常見的失活途徑。

二、dna甲基化與年齡相關(guān)性

分化細胞的穩(wěn)定性是高等生物的基本特征之一。

然而，在衰老過程中某些細胞會發(fā)生年齡相關(guān)的變

化。例如，某種cpg島的從頭甲基化會關(guān)閉一個基因，

喪失與這個基因相關(guān)的生理功能；同樣．甲基化的喪

失也會激活正常情況下沉默的基因，造成不恰當(dāng)?shù)漠?/p>

位表達。2o世紀(jì)8o年代初，wilson等測定了體外培養(yǎng)

的人、田鼠及小鼠成纖維細胞dna的5 甲基胞嘧啶

含量，發(fā)現(xiàn)均隨細胞分裂次數(shù)的增加而降低．且下降

速度以人、田鼠、小鼠的次序遞減．而永生化細胞系的

5 甲基胞嘧啶含量則保持相對穩(wěn)定。以dna甲基化

酶抑制劑5 氮雜胞苷或5 氮脫氧胞苷處理人二倍

體成纖維細胞或某些腫瘤細胞，可使其增殖能力下

降，體外培養(yǎng)壽限縮短。因此，dna甲基化水平也可以

作為細胞分裂的“計時器”。體內(nèi)實驗同樣發(fā)現(xiàn)基因組

整體甲基化水平有隨齡降低的趨勢。

在基因組整體甲基化水平降低的同時，衰老過程

中也伴有個別基因甲基化水平增高的現(xiàn)象。最早證明

與年齡相關(guān)啟動子cpg島的甲基化是人結(jié)腸組織雌

激素受體(estrogen receptor，er)基因，年輕個體中，幾

乎檢測不到er基因的甲基化，以后，隨齡逐漸升高。

另外。胰島索樣生長因子2(insulinlike growth facror，

igf2)、肌原調(diào)節(jié)蛋白myod1、體覺誘發(fā)電位組分

n33基因啟動子cpg島的甲基化水平在正常的結(jié)腸

組織中同樣隨齡升高。tra等用限制性界標(biāo)基因組掃

描技術(shù)對t淋巴細胞20__個基因座的甲基化年齡變

化情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)29個基因座有變化，其中23

個增加，6個降低。也許．這些特定基因的甲基化是更

好的衰老生物學(xué)標(biāo)志。

陳培利等_10]利用人胚肺二倍體成纖維細胞(hu

man fetal lung diploid fibroblasts。2bs)進行體外培養(yǎng)。

發(fā)現(xiàn)其p16基因啟動子區(qū)及外顯子i處的dna甲基

化水平隨個體細胞代齡的增加而降低。他們首先將

2bs細胞在體外作常規(guī)傳代培養(yǎng)(規(guī)定3o代齡以內(nèi)為

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

年輕細胞，55代齡以上為衰老細胞，在31至54代齡

之問位中年細胞)。然后用有機法提取細胞dna，取各

組dna各llxg加入sinai約40u，25~c酶切過夜(smai

不具備甲基化修飾作用)。然后對p16基因外顯子i

及13-actin進行pcr擴增。

ll 二| ’。_ lll

l | _ __?一_l＼

‘l ＼_ _l’ _li ＼

_l＼ il 、

l i、

4 _ li 0_ _l

年輕細胞中年j田胞老年細胞

圍1不同代齡2bs細胞p16外顯于pcr擴增條帶的吸光度掃描值【’。

寰1 不同代齡2bs細胞pl6外丑于l殛i~-actinpcr擴增條帶的吸

光度掃描值

組別 n

灃：#以b—actin的值校正后結(jié)果；t檢驗，與年輕細胞相比， p<o．05

實驗結(jié)果(參見表1)表明，不同代齡2bs細胞

p16基因外顯子i上的擴增產(chǎn)物均低于相對的未酶切

的b—actin對照組，且其dna甲基化水平隨代齡的增

加而趨于降低，在年輕細胞中甲基化水平約為64％．

而在衰老細胞中僅為24％，降低約40％。在之后的研

究中，陳培利等在以2bs為模型的衰老研究中發(fā)現(xiàn)，

細胞分裂一次端區(qū)(即端粒)縮短50bp，抑制dna甲

基化則可導(dǎo)致細胞早衰。?】他們測定了去甲基化處理

后的2bs細胞的端區(qū)長度．研究表明老年2bs細胞衰

老表型更加明顯，端區(qū)長度較對照細胞縮短，而年輕

細胞則變化不顯著。從而推斷甲基化的改變可以影響

染色質(zhì)的構(gòu)象，從而可能改變端區(qū)結(jié)合蛋白與dna

的作用l1 1，后者可以進一步引起端區(qū)長度改變。

三、dna 甲基化檢測方法

隨著對甲基化研究的不斷深入，各種各樣甲基化

檢測方法被開發(fā)出來以滿足不同類型研究的要求。

dna甲基化可以從甲基化含量、甲基化水平、甲基化

模式和甲基化圖譜分析等多種途徑進行分析。甲基化

含量分析5mc在基因組中所占的總體比例：甲基化水

2 1 8 6 4 2 0

l n n

瓔輟 越

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第13卷(第4期)

平分析單個cpg胞嘧啶甲基化的發(fā)生率，若同時分析

多個cpg位點，則可以制作甲基化水平圖譜；甲基化模

式分析一段單鏈dna上一組cpg的甲基化狀態(tài)組合。

根據(jù)研究目的，甲基化檢測方法分為：基因組整體水平

的甲基化檢測，特異位點甲基化的檢測和尋找新甲基化

位點。從研究所用的處理方法不同分為：基于pcr的甲

基化分析方法；基于限制性內(nèi)切酶的甲基化分析方法；

基于重亞硫酸鹽的分析方法和層析法等。[31以下歸納

總結(jié)了主要的甲基化分析方法以及相關(guān)特性。

(一)基因組整體水平甲基化分析

高效液相色譜柱(hplc)及相關(guān)方法。hplc是一

種比較傳統(tǒng)的方法，能夠定量測定基因組整體水平

dna甲基化水平。它由kuo等1980年[131首次報道。

過程是將dna樣品先經(jīng)鹽酸或氫氟酸水解成堿基，

水解產(chǎn)物通過色譜柱，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)品比較，用紫外光

測定吸收峰值及其量，計算5mc／(5mc+5c)的積分面

積就得到基因組整體的甲基化水平。oefner等1992

年提出變性高效液相色譜法(dhplc)用于分析單核

苷酸和dna分子。鄧大君等20__年i141將其改進與

pcr聯(lián)用建：立了一種檢測甲基化程度的dhplc分析

方法。將重亞硫酸鹽處理后的產(chǎn)物進行差異性擴增。

由于原甲基化的在重亞硫酸鹽處理時仍被保留為胞

嘧啶，因此原甲基化的在pcr擴增時，其變性溫度也

相應(yīng)上升。使pcr產(chǎn)物在色譜柱中保留的時間明顯延

長．這樣就可以測定出pcr產(chǎn)物中甲基化的情況。

這種方法的最明顯優(yōu)點是：可用于高通量混合樣

本檢測．能夠明確顯示目的片段中所有cpg位點甲基

化的情況．但不能對甲基化的cpg位點進行定位。

其他基因組水平甲基化分析還有sssi甲基轉(zhuǎn)移

酶法，免疫化學(xué)法，氯乙醛法等。各具優(yōu)缺點。

(二)特異性位點的dna 甲基化的檢測

1．甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶(ms—re—pcr／

southern)法

這種方法利用甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶對甲

基化區(qū)的不切割的特性．將dna消化為不同大小的

片段后再進行分析。 這是一種經(jīng)典的甲基化研究方

法，其優(yōu)點是：相對簡單，成本低廉，甲基化位點明確，

實驗結(jié)果易解釋；

2．甲基化特異性的pcr(ms—pcr)

herman等[161 1996年在使用重亞硫酸鹽處理的基

礎(chǔ)上新建的一種方法。它將dna先用重亞硫酸鹽處

理。這樣未甲基化的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏?，而甲基?/p>

的不變。隨后行引物特異性的pcr。檢測msp擴增產(chǎn)

物．如果用針對處理后甲基化dna鏈的引物能擴增

· 287 ·

出片段，則說明該被檢測的位點存在甲基化；若用針對

處理后的非甲基化dna鏈的引物擴增出片段．則說明

被檢測的位點不存在甲基化(見圖2)。[15·17]

． ／

5’衄_{2盈__ 平 盈3． 5-啪__曩墨|_唧h _霉疊__甲3·

— __． —

p1．m ri 一 一

圖2甲基特異性的pcr擴增(ms—pcr)示意i莩i。dna經(jīng)重亞硫酸鹽處

理后。以處理后的產(chǎn)物作為模板．加入甲基化特異性的引物(primer 1)

或非甲基化的引物(primer¨)．進行特異性的擴增(如圖所示)，只有結(jié)

合完全的甲基化或非甲基化特異性引物的片段才能擴增出產(chǎn)物。[1s,1

(三)尋找新甲基化位點

1．限制性標(biāo)記基因組掃描(rlgs)

costello等20__年報道的rlgs[ 81能對整個基因

組的甲基化狀態(tài)進行分析．發(fā)現(xiàn)新甲基化基因的方

法。這種方法聯(lián)合使用了限制性內(nèi)切酶及二維電泳。

其過程是：先用甲基化敏感的稀頻限制性內(nèi)切酶not

i消化基因組dna，甲基化位點保留，標(biāo)記末端、切

割、行一維電泳，隨后再用更高頻的甲基化不敏感的

內(nèi)切酶切割。行二維電泳，這樣甲基化的部分被切割

開并在電泳時顯帶，得到rlgs圖譜與正常對照得出

缺失條帶即為甲基化的可能部位。

2．聯(lián)合甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶的mb(com．

pare—ms)

srinivasan yegnasubramaniant 91 20__年報道了一

種新方法compare—ms．該法將mbd柱層析法與

ms—re聯(lián)用。互補了各自單用的弊處，能夠快速、敏感

的檢測dna甲基化情況(見圖3)。[19j

四、甲基化型分析的優(yōu)勢以及存在的問題

(一)甲基化作為檢測對象的優(yōu)勢

1．甲基化型既能反映有關(guān)基因功能狀態(tài)及與此相

連的多種疾病相關(guān)的豐富信息。叉具有簡單的“二元

化”性質(zhì)，即令甲基化為“0”，非甲基化為“1”，就可以進

行數(shù)字化處理，便于開展大規(guī)模和自動化監(jiān)測分析。

2．dna分子十分穩(wěn)定。有可能將它和dna的snp

分析等置于同一個技術(shù)平臺。同時它又比rna和蛋白

質(zhì)更便于保存和運輸。并可對已經(jīng)石蠟、甲醛或乙醇預(yù)

· 288 ·

_f 簟

圖3 聯(lián)臺甲基化敏豫性限制性內(nèi)切酶的mbd (compare-ms)示

意圍。用甲基化以外的位點的內(nèi)切酶ia酶)與甲基化敏雅的內(nèi)切酶(b

酶)聯(lián)用．則甲基化的dna鏈不被切開。非甲基化的切開．再行mbd

捕獲存在甲基化位點的dna片段。最后行實時pcr擴增并分析。f刪

處理的樣本進行分析，可以開發(fā)歷史上儲備的病理學(xué)資

料。

(二)存在的問題

目前還未找到dna甲基化改變與年齡之間的精

確的量化關(guān)系式。雖然人們對個體細胞的衰老及其基

因甲基化水平的改變有了初步的了解．但還在研究探

索二者之問的精確的量化關(guān)系。[201對使用dna甲基

化改變來推斷個體年齡的大小，仍需要進行大量的研

究和調(diào)查。

(三)付諸于實踐之前還必須解決的問題

1．確定表觀遺傳修飾與特定生理指標(biāo)的相關(guān)性：

2證實將這些指標(biāo)作為鑒別診斷的潛在可能性和

技術(shù)可行性：

3．通過一定規(guī)模的流行病學(xué)調(diào)查來驗證實驗室內(nèi)

的表觀遺傳生理及病理發(fā)現(xiàn)在人群中的真實性。

五、dna甲基化在法醫(yī)學(xué)中判定個體年齡上的展

望

目前，研究dna甲基化水平改變與個體年齡的

相關(guān)性尚處于試驗階段，但已引起許多學(xué)者的關(guān)注。

人類表觀基因組協(xié)會(human epigenome con—sortium，

hec)于20__年1o月正式宣布開始投資和實施人類

表觀基因組 計劃(human epigenome project，hep)。

dna甲基化已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)和表觀基因組學(xué)的

重要研究內(nèi)容，hep的最終目標(biāo)是就要確認(rèn)這些dna

甲基化位點在人類基因組的分布與頻率，以指導(dǎo)和系

統(tǒng)研究dna甲基化在人類表觀遺傳、胚胎發(fā)育、基因

印記等發(fā)揮的作用。 借助于該計劃的實施和分子生

物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在法醫(yī)實踐中可以通過調(diào)查各年齡

段人群基因組dna甲基化分布以及相關(guān)頻率，建立

相關(guān)統(tǒng)計學(xué)模型，將來有望成為法醫(yī)個體年齡判定的

一項重要的生物學(xué)指標(biāo)。(感謝西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附

法律與醫(yī)學(xué)雜志20__年第l3卷(第4期)

屬醫(yī)院婦產(chǎn)科、環(huán)境與疾病相關(guān)教育部重點實驗室鄭鵬生教授

和顧婷婷同學(xué)的支持和幫助。)

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表觀遺傳學(xué)的特點范文第3篇

【關(guān)鍵詞】　微小RNA；　分子生物學(xué)特征；　調(diào)控作用機制；　治療

Lee等[1]1993年發(fā)現(xiàn)在秀麗隱桿線蟲(C，elegans)存在一種非編碼的基因。核糖核酸(RNA)lin-4參與調(diào)控線蟲時序發(fā)育。Reinhart等[2]于2000年在線蟲中發(fā)現(xiàn)另一個類似結(jié)構(gòu)的具有轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)功能的小分子RNA(Let-7)。隨后，相繼在生物界包括動、植物，病毒等142個物種中發(fā)現(xiàn)15172個小分子RNA，統(tǒng)稱為微小RNA(microRNA、miRNA)，發(fā)現(xiàn)并鑒定在人類基因組中可能存在1000個miRNA[3]。研究表明，miRNA參與了細胞分裂，增殖、分化、發(fā)育等生物學(xué)過程，而且發(fā)揮著癌基因和抑癌基因的功能，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用[4]。肺癌已成為人類病死率最高的腫瘤類疾病之一，據(jù)統(tǒng)計全球每年大約有130萬人死于該病[5]。在肺癌患者中，80%以上是非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer， NSCLC)，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢。調(diào)查表明，NSCLC在干預(yù)后5年存活率僅為15%[6]。因此，肺癌的早診、早治已成為當(dāng)前基礎(chǔ)和臨床研究的熱點。本文綜述miRNA及其與肺癌治療的新進展，新認(rèn)識。

1　MiRNA的分子生物學(xué)特征

miRNA分子生物學(xué)特征包括[7]：(1)一組內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA，廣泛存在于生物包括動植物，病毒等真核細胞中，具有高度保守性；(2)長度為18～22 nt；(3)miRNA在3ˊ端有1～2個堿基的長度變化，為單鏈結(jié)構(gòu)，5ˊ端有一磷酸基團，3ˊ端為羥基，該結(jié)構(gòu)特點是使其與功能mRNA的降解后段和大多數(shù)寡核苷酸保持區(qū)別；(4)同一基因簇的miRNA具有較強的同源性，不同基因簇的miRNA同源性較弱，其表達具有時序表達特異性和組織表達特異性；(5)據(jù)預(yù)測，miRNA調(diào)控人類約超過1/3的mRNA，單個miRNA能影響數(shù)百種蛋白質(zhì)的表達。

2　肺癌中的miRNA的調(diào)控作用機制

miRNA通過靶基因3ˊ端非翻譯區(qū)序列結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控靶基因。肺癌中miRNA的調(diào)控作用機制大致可分為3類[8]，即轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，表觀遺傳學(xué)(apigenetics)調(diào)控和miRNA的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism， SNP)。

2.1　轉(zhuǎn)錄后調(diào)控　在細胞質(zhì)內(nèi)，成熟的miRNA與AgoⅡ等形成誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing complex， RISC)。RISC內(nèi)miRNA通過與靶基因mRNA的3ˊUTR結(jié)合來調(diào)控基因的表達，其方式主要有兩種，即抑制翻譯或降解mRNA。此外，miRNA還可能影響mRNA的穩(wěn)定性。

2.2　表觀遺傳學(xué)調(diào)控　表觀遺傳學(xué)是指在基因的核苷酸序列不發(fā)生突變的情況下，基因的修飾與DNA甲基化，組蛋白的乙酰化等導(dǎo)致基因活性發(fā)生改變，且可遺傳數(shù)代。miRNA通過甲基化靶基因，即通過表觀遺傳學(xué)的改變來影響腫瘤的發(fā)生。miRNA的表達，尤其是靠近CPG島的基因受甲基化影響較大。研究表明，miRNA-370作用與白介素-6(IL-6)，受DNA甲基化酶Ⅰ及HASI4442的影響，而miR-34b和miR-34c由于甲基化不足影響p53相關(guān)基因的功能[9]。miR-29家族作為抑癌基因，作用于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT3A和DNMT3B，誘導(dǎo)抑癌基因EHZT，wwox正常甲基化，從而抑制NSCLC的發(fā)展[10]。

2.3　miRNA的SNP　miRNA多態(tài)性與肺癌形成密切相關(guān)。Sun等[11]分析了多種miRNA的多態(tài)性，表明即使在成熟miRNA之外的序列的堿基改變亦能影響miRNA的生成和功能。在pre-miR-146a中。G/C改變導(dǎo)致成熟的miR-146a表達下降。從而對其靶基因的作用顯著下降。Hi等[12]研究發(fā)現(xiàn)，pre-has-mir-196中的rs 11614913 SNP(C-T)改變了has-mir-196加工的過程，影響了miRNA的成熟和表達，從而影響了NSCLC患者的預(yù)后和存活。

3　miRNA與肺癌的治療

表觀遺傳學(xué)的特點范文第4篇

【關(guān)鍵詞】微分方程 生物信息學(xué) 案例式教學(xué)法 問題式教學(xué)法

【中圖分類號】O175 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0060-01

生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科正在迅猛的發(fā)展，通過將數(shù)學(xué)科學(xué)知識和技巧引入生物科學(xué)的領(lǐng)域，幫助生物學(xué)家解釋各種生命現(xiàn)象。同時，生物學(xué)又為數(shù)學(xué)家提供了豐富的研究課題。微分方程是數(shù)學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，也是其他工科專業(yè)的必修課程之一，為其解決實際問題提供必要的數(shù)學(xué)知識。微分方程通過對自然科學(xué)和社會科學(xué)中的問題進行數(shù)值或者定性的描述，幫助人們對事物的發(fā)展進行預(yù)見。微分方程在眾多的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，包括物理學(xué)、航天、醫(yī)藥、化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。隨著完成測序的生物數(shù)量的迅速增加及更深入廣泛的了解基因功能，生物網(wǎng)絡(luò)的研究在生物信息學(xué)中越來越受重視。由于微分方程系統(tǒng)的靈活強大，有利于描述生物網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系。因此，微分方程課程被生物信息學(xué)專業(yè)作為重要的必修課程之一。由于本課程數(shù)學(xué)理論豐富應(yīng)用性較強的特點，在給非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生授課的過程中往往面臨兩難的境地：一方面如果按照數(shù)學(xué)專業(yè)授課模式側(cè)重數(shù)學(xué)理論的介紹就會脫離本專業(yè)的特點，應(yīng)用性欠缺使得學(xué)生缺乏興趣；另一方面，如果大量介紹應(yīng)用，又會因為學(xué)生數(shù)學(xué)背景知識的缺乏而造成學(xué)生比較迷茫。如何在授課過程中將理論和實際內(nèi)容有機的結(jié)合，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生興趣值得思考。本文結(jié)合生物信息學(xué)的專業(yè)特點，總結(jié)了微分方程在教學(xué)過程中的一點體會。

1.合理的整合教學(xué)內(nèi)容

關(guān)于微分方程的教材很多，但是一些教材偏重于理科注重公式定理的推導(dǎo)證明，沒有實際應(yīng)用的舉例，公式抽象語言晦澀學(xué)生難于理解。本校生物信息學(xué)本科專業(yè)采用的教材是周義倉編寫的常微分方程及其應(yīng)用，其內(nèi)容上在反應(yīng)數(shù)學(xué)理論嚴(yán)密性的同時，強調(diào)了建模、應(yīng)用和計算機等特點，每章使用數(shù)學(xué)軟件進行具體實例的解析。

首先，在吃透教材的基礎(chǔ)上對教學(xué)內(nèi)容進行合理適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在了解數(shù)學(xué)背景知識的同時更注重微分方程理論的應(yīng)用性而不關(guān)注數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。

其次，注意不同知識點的歸納總結(jié)。在教學(xué)過程中注意及時的整理和總結(jié)，幫助學(xué)生理清它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。同時，這些理論知識的落腳點就是眾多不同類型微分方程的求解，針對不同求解方法進行歸納，強化訓(xùn)練。

最后，注意學(xué)生實際的動手操作能力。結(jié)合實驗課針對每章的教學(xué)內(nèi)容鍛煉學(xué)生的實際動手操作能力，結(jié)合Maple或Matlab軟件判斷微分方程的類型并進行求解。除此之外，可以適當(dāng)增加實際的問題，例如藥物代謝、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等生物信息學(xué)中的經(jīng)典問題進行數(shù)學(xué)建模、求解方程、解釋實際現(xiàn)象。

2.多樣化的教學(xué)方法和手段

微分方程涉及很多數(shù)學(xué)理論的推導(dǎo)，因此在數(shù)學(xué)專業(yè)中往往采用板書的方式。既能幫助學(xué)生理解推演過程，又能根據(jù)學(xué)生理解情況隨時調(diào)整。但是對于生物信息學(xué)專業(yè)單純的板書或者多媒體教學(xué)都會導(dǎo)致單調(diào)枯燥，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將二者有機的結(jié)合，通過板書將復(fù)雜的理論知識在黑板上演示，同時將微分方程的圖形利用多媒體技術(shù)展現(xiàn)使得課堂教學(xué)更具有直觀性，使學(xué)生更容易理解教學(xué)內(nèi)容并加深印象。在教學(xué)過程中適當(dāng)引入討論式教學(xué)方法，針對實際問題讓學(xué)生進行分組討論有利于培養(yǎng)學(xué)生積極探索、勇于創(chuàng)新、敢于質(zhì)疑的學(xué)習(xí)態(tài)度。

3.理論聯(lián)系實際

對于微分方程的內(nèi)容，如果只進行理論的學(xué)習(xí)而不進行上機的實際操作無異于是紙上談兵，上機的操作如果僅僅局限于是方程的求解和判斷也僅僅是浪費時間。通過上機時間不僅鍛煉學(xué)生將所學(xué)算法程序化和學(xué)生的邏輯思維能力，還要提供學(xué)生應(yīng)對問題的解決能力。隨著海量基因組數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，如何利用基因組數(shù)據(jù)分析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑是生物信息學(xué)研究人員亟待解決的問題。利用微分方程演化生物網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系得到了廣泛的應(yīng)用。針對微分方程在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，讓學(xué)生體會將實際問題數(shù)學(xué)化，建立模型求解方程，解釋實際問題，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題、提高算法分析與設(shè)計的能力。其次，積極鼓勵學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模競賽活動，在活動中讓學(xué)生體會運用理論知識解決實際問題的樂趣。

4.靈活的評價機制

傳統(tǒng)的考核辦法采取單一的筆試成績，但這往往不能評價學(xué)生的綜合素質(zhì)以及知識的掌握程度。在考核內(nèi)容上主要突出三點內(nèi)容：（一）對基本概念的掌握程度；（二）分析問題與解決問題的綜合實力；（三）考查學(xué)生對微分方程求解方法和技巧的掌握。

對于生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生，要求有強大的數(shù)學(xué)與計算機功底解決生物學(xué)問題。因此既要有扎實的理論基礎(chǔ)，又要求具有分析和解決實際生物學(xué)問題的能力。面對微分方程這門課程，既要重視數(shù)學(xué)理論的教學(xué)，又要注重對學(xué)生解決生物學(xué)實際問題的引導(dǎo)，結(jié)合本專業(yè)的特點及培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

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作者簡介：

王芳（1982- ），吉林人，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，講師，主要研究方向：生物信息學(xué)，計算表觀遺傳學(xué)。

表觀遺傳學(xué)的特點范文第5篇

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；課程教學(xué)；改革研究；創(chuàng)新生物學(xué)人才

分子生物學(xué)的目標(biāo)是在分子水平上闡明細胞活動的規(guī)律，從而揭示生命的本質(zhì)[1]。雖然它在生物類專業(yè)課程體系中充當(dāng)著重要角色，對生命科學(xué)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，但是分子生物學(xué)的教學(xué)卻因為課程內(nèi)容多，學(xué)科交叉廣，理解難度高，信息量大，知識更新快而使教學(xué)效果差強人意，集中表現(xiàn)為教師授課難和學(xué)生學(xué)習(xí)難。這種現(xiàn)狀不但困擾著老師和同學(xué)，也與大學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)不相適應(yīng)。如何克服分子生物學(xué)課堂教學(xué)的“瓶頸”？本人在從事十多年的分子生物學(xué)教學(xué)過程中，努力研究和探索多種形式的教學(xué)改革，力求提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

一、教學(xué)內(nèi)容的合理組織

分子生物學(xué)的教學(xué)除了選用好的教材，制定完善的教學(xué)大綱，如何組織教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的一個非常重要環(huán)節(jié)[2]。教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生的應(yīng)該是完整、清晰的、有層次、條理的知識。我們在組織教學(xué)的過程中，首先從提高自身學(xué)科素養(yǎng)著手?！耙槐窘滩臅瑪?shù)種參考書”，除分子生物學(xué)國內(nèi)、國外各類版本外，與分子生物學(xué)相互交叉和滲透的其他學(xué)科，如細胞生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)，我們也都進行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和強化，不斷夯實專業(yè)知識、拓展專業(yè)領(lǐng)域，基本構(gòu)建了分子生物學(xué)完整的知識體系，具備了對教材處理的前提。既避免了教學(xué)中各學(xué)科的重復(fù)，也進一步凝練了知識。此外，我們還通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺向全國優(yōu)秀教師學(xué)習(xí)，在不斷的探索中總結(jié)出了教學(xué)內(nèi)容合理組織的一些思路。1.思維導(dǎo)學(xué)模式。在DNA復(fù)制教學(xué)環(huán)節(jié)，知識點多，并且較分散，很容易在教學(xué)中造成學(xué)習(xí)困難和知識混淆的現(xiàn)象，針對這章教學(xué)的特點，我們采用了思維導(dǎo)學(xué)模式，收到了非常好的教學(xué)效果。2.重點、難點解讀。本科教學(xué)形式多樣化，也更提倡學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，但并不是淡化了教師的教學(xué)，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(xué)目的，合理組織和引導(dǎo)學(xué)生理解并掌握教學(xué)的重點和難點內(nèi)容。比如在講解染色體端粒末端修復(fù)機制中，教師首先要從教材的知識結(jié)構(gòu)中梳理出重點。染色體端粒末端修復(fù)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(fù)機制的不同；（4）DNA結(jié)構(gòu)的變化；（5）端粒酶的修復(fù)機制。梳理知識點后，總結(jié)教學(xué)重點：一是引物切除后損傷修復(fù)在體細胞和性細胞中的不同；二是四鏈DNA結(jié)構(gòu)；三是端粒酶的修復(fù)機制。其中端粒酶修復(fù)機制的講授是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。難點集中在端粒酶的性質(zhì)和修復(fù)發(fā)生的過程。經(jīng)過對教學(xué)內(nèi)容中重點和難點的準(zhǔn)確把握和合理組織，教師才能在課堂教學(xué)中突出重點、突破難點，讓學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)無障礙。

二、教學(xué)方法和手段的改進

教學(xué)方法的推陳出新，是教學(xué)改革的重要內(nèi)容[4]。為發(fā)揮學(xué)生作為教學(xué)主體的能動性，我們根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置了啟發(fā)式、聯(lián)想式、探究式等多種教學(xué)方法[5]，讓學(xué)生參與到教學(xué)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(xué)生靈活掌握學(xué)習(xí)的方法。

1.啟發(fā)式教學(xué)。啟發(fā)的目的在于舉一反三，觸類旁通。針對每一次的課堂教學(xué)，設(shè)計一些拋磚引玉的問題，供學(xué)生思考與討論，這成為了分子生物學(xué)理論教學(xué)的重要組成部分。如進行到真核生物基因表達調(diào)控學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，提出甲基化修飾的生物學(xué)意義，這個問題覆蓋范圍廣，涉及到了DNA復(fù)制的調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)和DNA甲基化修飾對基因表達的調(diào)控，以及Epigenetic（表觀遺傳學(xué)）方面的知識。通過提出問題—討論分析—不斷啟發(fā)—再討論分析—歸納總結(jié)—解決問題這一系列的互動教學(xué)活動，充分調(diào)動了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)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(fā)表各自的觀點，不但有利于促進學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，而且有利于學(xué)生通過對基礎(chǔ)知識的消化、理解來達到理論的升華、拓展[4]。

2.聯(lián)想式教學(xué)。分子生物學(xué)是在生物化學(xué)、細胞生物學(xué)和遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)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(fù)，一方面要通過聯(lián)想知識點適時培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，提高學(xué)生對知識的遷移能力和整合能力。如在講解化學(xué)修飾對基因的表達調(diào)控時，將細胞生物學(xué)中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有機結(jié)合，使學(xué)生了解基因表達調(diào)控對細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用機制。

3.探究式教學(xué)。在分子生物學(xué)教學(xué)中，每一個理論知識的背后都是科學(xué)研究的重大突破。如確定遺傳物質(zhì)是DNA的兩大經(jīng)典實驗，我們以探究的形式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，從實驗設(shè)計，到結(jié)果顯示，再經(jīng)過討論分析并得出結(jié)論，以課題研究的角度，研究人員的身份引導(dǎo)學(xué)生進入學(xué)習(xí)角色，將學(xué)科概念、理論產(chǎn)生的起因和過程展示給學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生努力探索，走近科學(xué)，讓學(xué)生從中領(lǐng)悟知識形成的探究性和科學(xué)性，逐漸培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的高素質(zhì)研究型人才。4.多媒體多樣化教學(xué)。分子生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容具有微觀性、復(fù)雜性、抽象性和動態(tài)性。傳統(tǒng)的教學(xué)手段無法滿足教學(xué)的需求，而多媒體技術(shù)則具有聲像俱佳、動靜皆宜的特點[7]，是傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的。多年來我們不斷補充和完善教學(xué)手段，逐漸形成了獨具特色的多媒體教學(xué)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(nèi)外的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺。如講述DNA半保留復(fù)制機理時[8]，首先將DNA可能存在的幾種復(fù)制方式用圖像展現(xiàn)，并利用Meselson和Stahl設(shè)計的DNA復(fù)制同位素示蹤實驗和密度梯度離心實驗來進行結(jié)果驗證，引導(dǎo)學(xué)生明確掌握DNA半保留復(fù)制特點，并結(jié)合文字，通過圖文并茂的多媒體課件，將教學(xué)內(nèi)容中的背景知識、基本概念、基本理論，以及靜態(tài)、抽象的微觀知識清晰講解。多媒體課件動靜結(jié)合、聲像互動。對于生命過程中動態(tài)的知識點，比如DNA的復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的翻譯過程，可以將這些復(fù)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(xiàn)給學(xué)生，既加深了學(xué)生對知識的理解，也提高了其學(xué)習(xí)效率。

三、知識領(lǐng)域的拓展

分子生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容除包含基礎(chǔ)理論知識外，還有大量理論應(yīng)用的研究方法部分。我們在教學(xué)中不僅僅將知識局限在教材中，利用課堂教學(xué)不斷引導(dǎo)學(xué)生去了解本學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點、最新進展、發(fā)展趨勢[8]，以及生物技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的廣泛應(yīng)用。

1.專題講座與專題討論。專題講座是教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，自己組織參考資料對教學(xué)內(nèi)容的延伸與拓展。比如在講授“SNP技術(shù)”時，先從遺傳標(biāo)記分析的發(fā)展著手，把一代、二代的標(biāo)記分析做知識性的回顧，再將納入教材的第三代標(biāo)記分析“SNP”做詳細的講解，引導(dǎo)大家理解什么是單核苷酸多態(tài)性，核苷酸多態(tài)性研究的生物學(xué)意義以及在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、畜牧等多種領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。通過這種方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)科當(dāng)前發(fā)展的趨勢、研究的熱點以及爭論的問題。專題討論則是以學(xué)生為主體，根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，組織學(xué)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(xué)內(nèi)容時，設(shè)計“轉(zhuǎn)基因的利與弊”供學(xué)生討論。引導(dǎo)學(xué)生思考基因工程藥物和轉(zhuǎn)基因動植物對社會產(chǎn)生的巨大影響，讓知識離開課本走進生活，從而喚起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索未知領(lǐng)域的欲望。這不僅使學(xué)生更加深入、系統(tǒng)地理解所學(xué)知識，并且培養(yǎng)了學(xué)生靈活運用知識的能力[10]。

2.生物信息技術(shù)與數(shù)據(jù)庫。生物信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為分子生物學(xué)研究方法中不可分割的一部分，比如在“PCR技術(shù)”的專題講座中，不僅要對實驗?zāi)康摹⒃?、操作以及?yīng)用進行講解，還要特別對引物設(shè)計的生物信息技術(shù)進行補充，介紹學(xué)生對一些常規(guī)的生物信息技術(shù)軟件Primer6.0、DNAman、Olig6.0、DNAS-tar、Cluster等有一個基本的認(rèn)知度。在整個分子生物學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生需要自行查閱和組織各種文獻資料，因此，必須特別強調(diào)互聯(lián)網(wǎng)資源運用的重要性。教師通過介紹中國知網(wǎng)、維普、清華同方、NCBI等幾個常用資源庫，使學(xué)生了解如何利用資源庫進行查詢，對互聯(lián)網(wǎng)資源的熟練應(yīng)用使學(xué)生的知識體系得以完善，學(xué)生通過自身的努力來提高信息收集和辨別的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。

四、教學(xué)改革中應(yīng)該注意的問題

1.教師的專業(yè)修養(yǎng)與教學(xué)基本功。教師在教學(xué)中具有雙重身份，既是一名導(dǎo)演，又是一名演員。作為導(dǎo)演，首先需要有最新的教學(xué)理念，整個教學(xué)過程中適時設(shè)問、適時討論、適時啟發(fā)。其次要有較強的課堂組織能力，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，把握課堂節(jié)奏，調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)激情，使教學(xué)有的放矢。否則會在教學(xué)中出現(xiàn)“啟而不發(fā)”和論證條理不清的現(xiàn)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(yè)知識、廣泛的認(rèn)知領(lǐng)域、全面的知識結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)給學(xué)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(yè)素質(zhì)，此外，還要掌握適合自己的各項教學(xué)技能。

2.多媒體教學(xué)的合理應(yīng)用。多媒體教學(xué)只是一種提高教學(xué)效果的輔助手段，是為教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)服務(wù)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(xué)課件上出現(xiàn)過多的文字，否則多媒體成了教學(xué)活動中的主體，老師由照本宣科轉(zhuǎn)變?yōu)榘缪莘庞硢T和播音員的角色。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果也就適得其反。多媒體和傳統(tǒng)教學(xué)只有合理地結(jié)合，取長補短，才能在課堂教學(xué)中體現(xiàn)出其真正的價值?？傊虒W(xué)改革的目標(biāo)是幫助學(xué)生建立學(xué)科知識體系，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生后繼學(xué)習(xí)的能力。正如葉圣陶先生所說：“教師的教學(xué)，不在于給學(xué)生搬去可以致富的金子。而在于給學(xué)生點金的指頭。”目前，我們關(guān)于分子生物學(xué)課堂教學(xué)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(xué)科修養(yǎng)和科研素質(zhì)外，也以“夯實基礎(chǔ)、拓展知識、增強能力、提高素質(zhì)”[8]作為教學(xué)的目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)，努力在今后把教學(xué)工作開展得更加有生有色，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)創(chuàng)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(xué)院

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