高中质子守恒快速写法生物圈2,我的写法可以吗,我觉得标记基因不能表示目的基因就有导入啊

请选择考试请选择考试《基因传》:疾病遗传的密码,可能从这里得到破解
近年来,越来越多的研究发现,像躁郁症与精神分裂症这样的精神疾病,存在紧密的遗传联系。如果某位家族成员患有精神分裂症,而另一位成员患有躁郁症,那么他们的子女也可能会患精神分裂症。
印度裔美国医生悉达多·穆克吉,很早就注意到了这一现象。在他的家族里,精神疾病已经至少延续了两代。他的堂兄与两位叔父均被不同类型的精神病拖垮。他的父亲曾经历过至少两次名为“心因性神游症”的疾病发作。穆克吉怀疑,他的家族成员体内可能隐藏着疾病的遗传组分。这一猜想,将他引向了基因研究的新方向。
虽然家庭与遗传的话题始终贯穿着人们的生活,但是穆克吉说,市面上反映这些内容的书籍并不多见。在完成他大放异彩的成名作品《众病之王:癌症传》之后,这位科学作家再次执笔撰写另一部著作。在探究常态、身份、变异与遗传奥秘的过程中,《基因传》诞生了。
撰文|曾鼎
破译人类遗传法则的研究
穆克吉将人类研究基因的历史,在《基因传》里作了全景式的描述。他的写作时间轴,从1865年起的“遗传科学昙花一现”,一直到2015年后的“人类后基因时代”。基因研究150年的磅礴历史,这本书在内容广度和发掘深度上都创下新高,书中塑造了诸多鲜活的历史人物,像研究豌豆的孟德尔、研究果蝇的摩尔根、发现DNA的沃森。
登场亮相最早的重磅人物便是孟德尔。在跌宕起伏的历史序曲中,遗传学的开山鼻祖孟德尔用10年做出豌豆研究的成果,但他在生前并未被学界广泛注意。
《基因传:众生之源》
作者:(美)悉达多·穆克吉
译者:马向涛
版本:中信出版社 2018年1月
罕见地完整讲述了基因理论的起源、发展和未来,按照时间顺序和故事情节展开,是一部反映基因发展史的传记。
这位奥地利修道院士在1856年至1863年间,在修道院的后院种下数千株豌豆植株,通过杂交实验发现若干遗传规律。随后,孟德尔于1865年在布尔诺自然科学研究协会上报告了研究结果,后来又在《布尔诺自然科学协会学报》发表了论文。孟德尔平日少言寡语,他的写作也简明扼要:仅用44页纸,他就提炼出近10年的研究成果。
他的文章被寄至全世界的研究机构,孟德尔自己还印制了数十份寄给各地科学家。然而,就像某位遗传学家记述的那样,接下来发生了“生物学史上最为怪异的沉默事件之一”。从1866年至1900年间,孟德尔的文章仅被引用了4次,几乎从科学文献的领域中消失。同一时期,关于人类遗传及其操纵的问题已经是欧美政策制定的焦点议题,但是孟德尔与他的成果依然不为世界所知。
现代生物学的立足之本一度被长期埋没,但只要是金子,终究会重现光芒。
科学家贝特森,人送外号“孟德尔斗牛犬”。他结合自身的研究成果,确认了孟德尔的实验数据,并试图改变公众的认知。他将传播孟德尔定律视为己任。贝特森的足迹遍布欧美,在他出席的所有遗传学相关活动中,他都会强调孟德尔的发现。
《医学的真相》
作者: [美] 悉达多·穆克吉
译者: 潘斓兮
版本: 中信出版集团 2016年8月
贝特森曾经写道,破译遗传法则将改变“人类的世界观和改造自然的能力”,其作用要远大于“自然科学领域里任何可以预见的进展”。1905年,贝特森为这门学科创造出了一个新名词:遗传学(Genetics),也就是研究遗传与变异规律的学科,其词根来自希腊语“诞生”(genno)。
彼时,贝特森富有先见地写道:
“当遗传学的启蒙教育逐渐完成,遗传规律也得以广为知晓,那时会发生什么呢?……有一点可以确定,人类将会对遗传过程干预……人类对于干预遗传产生的远期后果一无所知,可是这并不会推迟开展相关实验的时间。”
当有关遗传机制的新旧概念层出不穷,人们也需要创造新的术语。是时候给孟德尔的“遗传单位”命名了。1909年,科学家约翰森创造了一个新的名词:“基因”(gene)。
但当时无论贝特森还是约翰森,都不理解什么是基因。穆克吉写道,他们对于基因的物质形态、物理与化学结构、体内或者细胞内位置,甚至作用机制等问题一无所知。基因的概念非常抽象,只是被用来标记某种功能。
当遗传学遭遇政治
《基因传》记述了基因的来龙去脉,人类为研究基因付出的努力。人们曾喜获丰收,也曾走过弯路。令人印象深刻的是,遗传学在发展过程中遭遇政治,波澜起伏。
从孟德尔开始豌豆实验,到卡丽·巴克被法院强制执行绝育手术,只经历了62年。就在这期间,基因已经从植物学实验中的抽象概念,演变为操纵社会发展的强大工具。
来自美国弗吉尼亚州的卡丽·巴克智力低下,被强奸致孕,又被关进低能患者收容所,最终被判决接受绝育手术。1927年,收容所的负责人约翰·贝尔医生对她施以结扎手术,完成绝育。这起案例后来走向美国最高法院——巴克诉贝尔案。案件的争议是,对于这类人群的绝育是否合理。
遗传学在当时的影响已经渗透进美国政治和个人生活,一场由国家倡导的绝育工程此时已经遍及全美。很多州都制定了苛刻的法律措施,对那些被认定为劣等人的男女(惯犯、白痴、弱智和强奸犯)实施绝育并收容监禁。
同时,纳粹政府也在法律的掩护下,逼近种族净化的底线。纳粹德国认为,基因不可改变,“犹太人就是犹太人”,因此对社会标签“劣等”的人大量绝育、监禁甚至谋杀,灾难登峰至极。1935年,为了防止遗传混合,纳粹政府在颁布的《德意志血统及荣誉保护法》中,禁止犹太人与德意志血统的公民通婚或者与雅利安后代发生性关系。此外,还有法律禁止犹太人在家里雇佣“德国女佣”,身体净化与种族净化的理念不断遭到强化。
慕克吉在TED演讲,他指出基因与细胞的研究,将带给我们看待疾病时完全不同的视角。
1939年,机会终于来临。一对狂热的纳粹父母为了矢忠,希望将自己生来失明且伴有肢体残疾的孩子从国家遗传基因库中清除。希特勒批准了其安乐死的请求,然后将该项计划迅速扩展应用到其他儿童。纳粹德国颁布了《严重遗传性与先天性疾病科学登记制度》,以此为契机大规模开展安乐死计划,在全国范围内彻底清除遗传“缺陷”。
同时,苏联以李森科为代表的环境适应论者认为,动植物的遗传背景都可以被环境重置,人们的差异可以被清除,“任何人都可以成为其他人”,并且希望通过清除所有差异,来实现激进的集体利益。两种敌对的意识形态为寻找打击工具,同时找上了遗传学。
穆克吉写道:“尽管纳粹主义与李森科主义的理论基础源自两种截然相反的遗传概念,但是,这两种理论之间具有惊人的相似性。它们都采用了某种遗传学理论来构建人类身份的概念,而这些歪理邪说最后都沦为满足政治意图的工具。”
基因研究如何影响人类?
进入21世纪,遗传学领域的研究进展日新月异。科学家不仅破译了遗传密码,发现了DNA双螺旋结构,开启了分子生物学时代,更借此介入生命健康领域。在《基因传》里,穆克吉花费大量篇幅描述最近数十年的发展。由基因测序、克隆、表达、修饰工具武装起来的基因研究,试图帮助人类远离疾病的痛苦。
在人类的疾病中,那些最容易受到基因影响且临床表现最明显的病例,也就是所谓的单基因遗传病。基因通过合成蛋白质来影响生理功能并决定人类的命运,而疾病可能就是源自DNA上某个碱基对的改变。这样的单基因遗传病为数不多,但是代表性的病例都很有名:例如英国王室遗传的血友病,以及著名的镰刀形红细胞贫血症。
《众病之王:癌症传》
作者:(美)悉达多·穆克吉
译者:李虎
版本:中信出版社 2013年2月
什么是癌?它是怎样产生的?我们最终能否战胜?四千年的斗争史,诠释癌症的前世今生。2011年普利策奖获奖作品。
科学家马克库斯克被视为“临床医用基因学之父”,他从上世纪80年代起,就系统地为人类遗传病进行等级分类,希望撰写一部“人类表型、遗传性状与遗传病的百科全书”。1998年,当该书更新至第二十版时,马克库斯克发现,有多达12000种基因变异与人类性状和疾病有关,有些变异影响不大,另一些却有致命的后果。
完成单基因遗传病的分类后,马克库斯克将研究重点转向多基因遗传病。除了像多出一条染色体的唐氏综合征这样的遗传病,另一类多基因遗传病表现更为复杂,而且这类多基因遗传病与之前那些临床罕见的疾病不同,许多在日常生活中发病率很高,比如糖尿病、冠心病、高血压、精神分裂症、抑郁症、不孕症、肥胖等。
这些多基因遗传病与单基因遗传病有着本质区别。穆克吉解释,例如导致高血压的病因有成千上万种,而在同期参与调节的基因也涉及成百上千个,其中每个基因都会对血压与血管的完整性产生微弱的叠加效应。这一领域的研究,也引出了当前热门的“基因诊断”话题。
《基因传》的最后,穆克吉试图用不同案例诠释利用基因预测“未来风险”的利弊。其中一个案例仍关系到精神疾病,这把读者带回到本书故事最初穆克吉家族精神疾病的起点。实际上,鉴定复杂的家族性疾病相关基因极为困难,比较鉴别两套基因组之间的细微差异,对于数据规模与计算能力的要求非常苛刻。寻找导致家族性疾病的多个基因变异就像是大海捞针。
穆克吉说,目前根据基因组分析的结果,科学家已经发现了至少108个与精神分裂症有关的基因(更确切地说是某些基因区段),但遗憾的是,我们对于这些致病基因的真实身份知之甚少。按照穆克吉的解释,至少还有三类问题仍待解决:首先,其中依然涉及为数众多的未知基因;其次,我们并不清楚基因具体作用的机制;最后,那些被鉴别出的“问题”基因,也许另一方面能有增强某种能力的好处。
显然,对于基因研究,人类未来仍有无数故事等待书写。
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考点:转基因生物的利与弊
分析:本题以生物学知识、生物学观点为核心命题点,考查C4植物、细胞工程、基因工程等知识点.1、C4植物“花环型”两圈细胞中的叶绿体结构不同,其代谢有联系,叶肉细胞含有正常的叶绿体,主要完成CO2的初步固定;维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体,主要完成CO2的再次固定和有机物的生成.2、细胞工程是生物工程的一个重要方面.总的来说,它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法,按照人们的设计蓝图,进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养.当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面.通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株,并可以产生新的物种或品系.3、基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品.基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段.
解:A、C4植物叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体结构、功能不同,但代谢是有联系的,他们共同完成光合作用全过程,A错误;B、将C4植物叶绿体移人C3植物体内使光合效率提高,应属于细胞器水平的细胞工程,B错误;C、重组质粒中的标记基因,可以用于检测受体细胞中是否含有目的基因,C错误;D、抗冻基因如导入叶绿体或线粒体,则遵循质遗传规律;如导入细胞核与染色体整合,则遵循核遗传规律,D正确.故选:D.
点评:本题综合考查考生运用所学生物学知识和观点正确分析、判断的能力.还要知道,C3植物和C4植物的区别:1.C4途径的CO2的受体是磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),CO2与PEP结合生成C4的场所是叶肉细胞的叶绿体.2.C4形成后进入维管束鞘细胞释放CO2,CO2与C5结合生成2C3进行C3途径.3.C3植物仅在叶肉细胞的叶绿体内进行C4途径,C4植物既在叶肉细胞的叶绿体内进行C4途径又在维管束鞘细胞的叶绿体内进行C3途径.C4植物固定CO2的PEP羧化酶与CO2的亲和力比C3途径中C5羧化酶与CO2的亲和力高60倍.因此,C4植物能够把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来,并运输到维管束鞘细胞的叶绿体中供C3途径利用.因此,在热带的高温地区及在夏季炎热的中午,叶片气孔关闭,C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用.C4植物比C3植物更适于生活在温度较高的热带地区,C4植物比C3植物在进化上更高等.
练习册系列答案
科目:高中生物
[生物---选修Ⅰ生物技术实践]某小组同学为了调查湖水中细菌的污染情况而进行了实验.实验包括制备培养基、灭菌、接种及培养、菌落观察计数.请回答与此实验相关的问题.(1)培养基中含有的蛋白胨、淀粉分别为细菌培养提供了和.除此之外,培养基还必须含有的基本成分是和.(2)对培养基进行灭菌,应该采用的方法是.(3)为了尽快观察到细菌培养的实验结果,应将接种了湖水样品的平板置于中培养,培养的温度设定在37℃.要使该实验所得结果可靠,还应该同时在另一平板上接种作为对照进行实验.(4)培养20小时后,观察到平板上有形态和颜色不同的菌落,这说明湖水样品中有种细菌.一般说来,菌落总数越多,湖水遭受细菌污染的程度越.(5)如果提高培养基中NaCl的浓度,可以用于筛选耐细菌,这种培养基被称为.
科目:高中生物
如果让小眼睛的雄果蝇与正常眼睛的雌果蝇交配,其后代中有77只眼睛全部正常的雄果蝇,78只全为小眼睛的雌果蝇.小眼睛这一性状属(  )
A、常染色体显性B、常染色体隐性C、X染色体显性D、X染色体隐性
科目:高中生物
让实验动物猴吸入混有18O2的空气,该猴体内最先出现18O的化合物是(  )
A、CO2B、H2OC、C2H5OHD、C3H6O3
科目:高中生物
在光合作用过程中,不属于暗反应的是(  )
A、CO2与五碳化合物结合B、三碳化合物接受ATP释放的能量C、H2O的氢传递给NADP+D、NADPH的氢传递给三碳化合物
科目:高中生物
如果一定重量的黄豆全部萌发生成黄豆芽,黄豆芽中的有机物总量、有机物种类分别比黄豆中的(  )
A、多、多B、少、多C、多、少D、少、少
科目:高中生物
在下列遗传实例中,属于性状分离现象的是(  )①高茎豌豆与矮茎豌豆杂交,后代全为高茎豌豆&&②高茎豌豆与矮茎豌豆杂交,后代有高有矮,数量比接近于1:1&&&③圆粒豌豆自交后代中,圆粒豌豆与皱粒豌豆分别占和&&&④开粉色花的紫茉莉自交,后代出现红花、粉花、白花三种表现型.
A、②③④B、③④C、②③D、③
科目:高中生物
下列关于细胞癌变的叙述,错误的是(  )
A、癌细胞在适宜条件时可无限增殖B、癌变前后,细胞的形态和结构有明显差别C、病毒癌基因可整合到宿主基因组诱发癌变D、原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖
科目:高中生物
关于细菌的叙述,正确的是(  )
A、不同种类细菌的生长均需要相同的碳源B、常用液体培养基分离获得细菌单菌落C、细菌大量培养过程中,芽孢形成于细菌生长的调整期D、培养基中含有高浓度NaCl有利于金黄色葡萄球菌的筛选
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人工智能荣登《自然》杂志! 基于DNA甲基化的AI系统可诊断近100种脑癌
内容详细:
来自美国、德国、意大利等 100 多个实验室的近 150 位科学家通力合作,联合在顶级期刊《自然》发表了这篇文章,他们开发了一个超级 AI 系统,该系统基于肿瘤组织 DNA 的甲基化数据,可以准确区分近 100 种不同的中枢神经系统肿瘤。更厉害的是,这个 AI 系统还能自学成才,发现一些临床指南里面没有的新分类。
为了更广泛的可访问性,团队设计了一个免费的在线分类工具,不需要任何额外的现场数据处理。团队称,研究结果为跨越其他癌症实体生成基于机器学习的肿瘤分类器提供了蓝图,并具有从根本上改变肿瘤病理的应用前景。
大约一个月之前,张康教授那篇「」在朋友圈刷屏,也充分体现了公众对于AI技术在医疗领域的不断突破给予了极大的热情。
准确的诊断对于适当的疾病治疗至关重要。目前,临床上中枢神经系统肿瘤的诊断核心技术还是基于显微镜的组织学诊断。然而,这需要对细微的细胞改变进行评估。在某些情况下,可能导致不同个体对特定样本进行不同的分类。如今,技术的发展使大量的分子数据能够被获取和评估,这种主观判断的误差也在不断缩小。
1926 年,一篇由神经外科医生 Percival Bailey 和 Harvey Cushing 发表的题为「神经胶质瘤组的肿瘤分类与预后相关的研究」,为公众提供了对中枢神经系统(CNS)癌症类型的发展、细胞特征和临床后果的早期认识。这本书的标题充满了预见性,因为他们所倡导的基于显微镜的诊断方法并不普遍。作者的想法早于他们的时间。例如,书名中的「histo-genetic」一词指出了细胞变化与遗传学之间的联系。Bailey 和 Cushing 对细节的强烈关注使得他们能够发现与临床结果相关的宏观和微观肿瘤特征,并提出了 14 种肿瘤的分类。
今天,许多脑肿瘤通过组织学和分子特征的分析来鉴定。世界卫生组织在 2016 年更新其对某些脑肿瘤的诊断指南,以推荐一种结合组织学和分子信息的综合诊断方法。然而,不同的中枢神经系统肿瘤的临床表现和生物学特性有高度特异性,很难确诊。很多在显微镜下表现相似的肿瘤,实际上有不同的基因变异特点,这些几乎是很难观察到的,这就给精准诊断带来了极大的困难。
组织学分析的一个重要发展是计算工具的拓展,让机器学习过程分析组织学数据。在这种方法中,使用由医生分类的肿瘤样本图像的数据集对「计算机」进行「训练」。计算机使用分类信息来开发自己的模式识别标准,用以识别肿瘤类型。然而,如果缺乏对某些肿瘤明确定义的诊断标准,或者如果不同类型的肿瘤在组织学上难以区分,机器就会遇到挑战。
研究团队决定专注于分类信息,其分类不需要复杂的视觉评估。他们采用机器学习方法根据 DNA 甲基化的变化(将甲基添加到 DNA 中)进行肿瘤分类,并将这些诊断与病理学家使用组织学分析所做的诊断相比较。
AI 科技评论了解到,DNA 甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一。这类改变不会改变 DNA 序列,但可影响基因表达或细胞命运。异常 DNA 甲基化和癌症其他后生变化的作用正日益明显。在许多癌症中,表观遗传变化的基因组范围模式(称为表观基因组)可能发生显着改变。例如,神经胶质瘤中基因 IDH1或 IDH2 的突变引起 DNA 甲基化模式的全基因组失调,这可能与特定的临床结果相关。
之前的研究已经强调了在某些类型的脑肿瘤中,分析DNA甲基化的诊断优势:甲基化特征一方面能够标记相应的细胞变化,一方面还能够用于追踪细胞来源,例如用来诊断那些病灶不明的癌症。然而,常规的全基因组范围甲基化分析对于临床诊断仍然不常见,原因有几个:成本;样品要求;缺少必要的数据分析专家以及这些发现是否会对临床治疗产生影响。
但是,相关研究正在取得一些进展。现在科学家已经可以很容易地从经福尔马林固定后石蜡包埋的少量组织(FFPE)中提取 DNA。
作者向计算机提供了由世界卫生组织分类的几乎所有 CNS 肿瘤类型样本的全基因组甲基化数据。此外,为了区分中枢神经系统肿瘤与其他肿瘤和正常脑组织之间的差异,研究团队还分析了部分间充质肿瘤、黑色素瘤、弥漫性大 B 细胞淋巴瘤、浆细胞瘤以及 6 种垂体腺瘤,以及健康脑组织的 DNA 甲基化情况。
根据世卫组织的分类以及样本的诊断结果,在有监督的机器学习算法下,分析世卫组织定义的每类肿瘤的甲基化特征;然后又用无监督的机器学习算法再分析一遍,让 AI 系统总结出自己对中枢神经系统肿瘤甲基化的认知。
据 AI 科技评论了解,经过训练,计算机可以根据特定的甲基化特征将肿瘤分为 82 个不同的类别。其中有 29 个符合世卫组织定义的特定肿瘤类型,第二类也有 29 个,它们能与 WHO 分类中的某种肿瘤下面的亚类型匹配。剩下的就是只能部分匹配,或者完全不能匹配。研究人员认为,这些发现可以帮助研究人员更深入地理解中枢神经系统肿瘤,并有助于治疗方案的选择或诊断工具的发展。
图1 使用机器学习方法的肿瘤分类。Capper&等人使用机器学习方法根据称为甲基化的DNA改变类型的全基因组模式对脑肿瘤进行分类。使用基于标准显微镜分析或选定病理学家诊断的肿瘤样品的甲基化数据来训练计算机。训练结束后,电脑获得1104个测试用例。
作者比较了计算机和病理学家所做的诊断。在60.4%的样本上,AI系统和病理学家诊断是一致的。15.5%的样本AI系统和病理学家的也是一致的,只不过AI系统认为,它们应该属于一个更小的亚型。还有12.6%的病例,AI系统和病理学家诊断的结果不一致。经过更加深入的分析(例如基因测序)之后,92.8%的样本是AI系统正确。
考虑到每种样本的低成本与标准癌症诊断相比的优势,研究团队的方法是否代表了肿瘤诊断的未来可能标准?
针对这个问题,研究者也提出,甲基化特征还不能作为单一的诊断标准,还需要临床的验证。
获得肿瘤标本的全面分子图谱当然是有用的(尤其是当与显微镜检查相结合时),并且可能会随着医学治疗变得更加个性化以适应个体肿瘤特征的前进方向。
组织学仍然是疾病分类中不可或缺的部分,因为显微镜标本保存和检查的标准方法为世界各地临床实验室使用的常规诊断工作流程提供了最容易获取和标准化的切入点。疾病可以在分子和细胞变化中表现出来; 因此,整合分子分析和视觉检查的方法可以加强诊断能力。
常规和广泛使用由研究人员开发的平台,对于目前许多实验室来说可能并不实用。所以这种技术最可能的直接应用是评估具有不明确组织学特征的病例。然而,这一新的方法对传统方式来说是一个有益的补充。
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