基因组学的研究内容
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基因组学的研究内容范文第1篇
关键词：药物基因组学；中药；基因组技术
中图分类号：[R932] 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0160-02
中药是中华民族的瑰宝，随着生物科技的发展，我们也越来越关注运用现代科学技术对中药进行全面研究。基因组学是20世纪末发展起来的一门科学，随着人类基因组计划的完成及后基因组时代的到来，药物基因组（Pharmacogenomics），即研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以提高药物的疗效和安全为目标，已成为新的研究重点。药物基因组学的发展为中药现代化提供了良好契机。
一、基因组学概述
1.基因组学定义。基因组学（Genomics）是研究基因组的科学，它以分子生物学、电子计算机和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因组背景下和整体水平上探索生命活动内在规律及内在环境对机体影响机制的科学。它从全基因组的整体水平，而不是单个水平，来研究生命这一具有自组织和自装配特性的复杂系统，认识生命活动的规律，从而将更加接近生命的本质和面貌。
2.基因组研究内容。基因组学作为一门新兴学科，根据其研究对象，研究的重点及研究的目的不同，又分成多分支学科。根据研究的重点不同，基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学，结构基因组学以全基因组测序为目标，而功能基因组学以基因功能鉴定为目标。根据研究的对象不同还可将基因组学分为疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学和环境基因组学等。基因组研究可以理解为：①基因表达概况研究，即比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病状态，以及体外培养的细胞中基因表达模式的差异，技术包括传统的RTPCR，RNase保护试验，RNA印迹杂交等。②基因产物-蛋白质功能研究，包括单个基因的蛋白质体外表达方法，以及蛋白质组研究。③蛋白质与蛋白质相互作用的研究，利用酵母双杂交系统，单杂交系统（one-hybrid system），三杂交系统（thrdee-hybrid system）以及反向杂交系统（reverse hybrid system）等。
二、中药研究中常用的基因组技术
1.基因芯片技术。基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）、DNA微阵列，是基于核酸、探针互补杂交技术原理，将大量的寡核酸片段按预先设定的排列顺序固化在载体表面如硅片或玻片上，并以此为探针，在一定的条件下与样品中的待测的靶基因片段或DNA序列杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶序列信息的快速检测和分析。目前已成为基因表达分析的最常用工具。基因芯片技术具有高通量、并行、高内涵的特点，这就为探索中药作用机理开辟了新领域。现代药理学分子水平研究表明药物作用都有其靶点，基因芯片可以确定靶组织的基因表达模式，从而将中药作用的靶基因全部显示出来。如陈明伟利用基因芯片技术检测中药单体人参皂苷20（R）Rg3对肿瘤血管生长调控因子（VEGF）蛋白表达的抑制作用。基因芯片技术还有助于确定中药有效部位，通过基因芯片技术迅速筛选起作用的中药有效成分。此外，基因芯片技术在中药材鉴定，道地药材筛选，中药新药研发等方面都有重要的应用。
2.DNA分子标记技术。①RAPD技术。RAPD即随机扩增多态性DNA，在1990年由Welsh与Williams等人发展起来，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。其以基因组DNA为模板，以单个人工合成的随机多态核苷酸序列（通常为10个碱基对）为引物，在热稳定的DNA聚合酶作用下，进行PCR扩增。RAPD技术能快捷地辨别出不同遗传物质之间最微小的DNA偏差，而且耗材较少，不必提前获知其基因碱基顺序，通过对遗传资源的分析，从遗传多样性中得到详尽的遗传信息。现在，RAPD技术已成功鉴定细辛、蒲公英、龙胆草、人参及西洋参等药材。②RELP技术。RELP技术即限制性长度多态性分析技术，就是将DN段用限制性内切酶消化后，进行限制性片段长度多态性分析。RELP技术可以确定基因种属的特异性和药材的鉴定。陈美兰采用PCR-RFLP方法从分子水平鉴定人参中有效成分人参皂苷的含量，克服了因人参分布易受生长环境、储存条件和加工等诸因素影响，采用传统的形态学和组织学方法难以鉴别的缺点。
3.PCR技术。PCR技术即聚合酶链式反应技术，是体外扩增DNA序列的技术，广泛应用于目的基因的制备等几乎所有的分子生物学领域。DNA的保存需要严格的条件，在正常的中药材加工和储存过程中是很难做到的。王严明等通过PCR技术从保存了9年的药材龟板中提取DNA，成功进行了DNA指纹鉴定。
4.DNA测序技术。DNA测序技术，即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。该技术包括单向测序（Single-Read Sequencing），双向测序（Paied-End Sequencing）混合样品测序（Indexed Sequencing）。DNA测序技术在中药品质研究中有重要的应用，刘玉萍等采用PCR直接测序技术测定半夏及其伪品的18SrRNA基因核苷酸序列并作序列变异和选择性内切酶谱（PCR-SR）分析，为半夏正品鉴别提供分子依据。此外，该技术还可以用于中药的品质鉴定，仇萍等通过DNA指纹图谱从分子水平对中药材种质进行准确分析，从而为鉴定药材的真伪优劣提供依据。
三、展望
基因组学研究已把揭示生命本质提高到了一个全新水平，同样它在中药各个领域的渗透也使中药发展有了更广阔的前景，将推动中药在种材培育、药材鉴定、机理阐述和新药研发的进步，促进中药走出中国，走向世界。
参考文献：
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[4]陈明伟，倪磊，赵小革.人参皂苷R93对肿瘤血管生长调控因子蛋白表达抑制作用的研究[J].中国中药，2005，30（5）：357-360.
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基因组学的研究内容范文第2篇
（青年俊才候选人）。主要从事鱼类比较基因组学和群体基因组学研究。迄今在BMC Biology、Molecular Biology and Evolution、Molecular Ecology等国际知名学术期刊发表学术论文20余篇。
鱼类几乎占领了地球上所有水域中的生态位，既是生态系统的重要组成部分和生物资源，也是重要的科学研究对象。“中国的鱼类研究具有源远流长的历史。遗憾的是，目前斑马鱼、青、刺鱼、鲡鱼等成为模式生物的鱼类，都是由外国学者所倡导和建立的。某种角度上中国的鱼类研究缺少自己的标签。”郭宝成说。10多年来，郭宝成遨游在鱼类世界里，他的身影穿梭在实验室里、野外采样现场、讲台上、学术报告会议上，忙碌而又充实。
始于兴趣，享受科研
“早在中山大学读本科的时候，受益于本科生导师制，师从鱼类生理学家和鱼类养殖学家林浩然院士。”郭宝成就是这样跟鱼结了缘。
兴趣使然，研究生时期，郭宝成选择就读于中国鱼类学研究中心――中国科学院水生生物研究所，师从中国鱼类分子系统学与生物地理学的杰出研究者――何舜平研究员。郭宝成回忆说：“何老师给了我极大的学术自由，宽松自由的学习氛围使我感受到了科研是一种享受。”
同时，郭宝成也深刻感知到科研容不得半点浮躁，并且在之后的科研道路上用自己的行动践行着这一箴言。“何老师总是告诫我们要把有限的时间和精力都投入到实验室和科研项目上。很多老院士、老科学家，他们一辈子就专注于做一件事。”郭宝成也坚信，有付出就会有回报，你的付出即便现在看不到回报，但在未来一定会反馈给你。
2010年，郭宝成顺利拿到了中国科学院水生生物研究所水生生物学博士学位，5年的硕博连读使他在鱼类分子进化领域得到了系统的训练与积累，但是郭宝成却希望能够继续深造，开阔学术视野。“在鱼类研究领域，国外无论是在理论上，还是在实际应用中，都有很多值得学习的地方。”博士毕业后，郭宝成先后在瑞士苏黎世大学和芬兰赫尔辛基大学继续从事有关鱼类进化基因组学的研究。
国外6年的科研历程使郭宝成建立了广泛的学术交流网络，瑞士苏黎世大学的Andreas Wagner教授、芬兰赫尔辛基大学的JuhaMerila教授、德国明斯特大学的Erich Bornberg-Bauer教授、英国皇家学会院士牛津大学的 PerterHoland教授、加拿大麦吉尔大学的Frederic Chain博士、芬兰赫尔辛基大学的Zitong Li博士都是郭宝成科研路上的合作者。
“其实，科研是没有国界、不分领域的。我和很多科学研究者都素未谋面，但是我们通常会用e-mail进行交流，共同的兴趣爱好驱使我们走到一起。比如，我在瑞士的导师提倡‘idea-driven’，他的实验室里有做鱼的、做酵母的、做老鼠的，大家的研究对象不尽相同，但总是可以相互学习借鉴。”郭宝成说。
勇于开拓，解锁鱼类基因进化密码
基因（M）重复作为普遍存在的生物学现象，是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量。重复基因的功能分化一直是研究热点，也是郭宝成的研究内容之一。通过数据挖掘，郭宝成发现已有的研究大都集中于重复基因序列碱基变异，插入缺失对重复基因的影响是研究中的“缺口”。因此，他决定以在进化过程中，基因（组）重复尤其突出的鱼类为研究对象，系统研究插入缺失对重复基因分化的影响。
郭宝成发现重复基因比单拷贝基因积累了更多的插入缺失，重复基因两个拷贝均有插入缺失积累，缺失的积累要比插入的积累普遍，插入缺失倾向积累于蛋白质二级结构的环结构域及三级结构的表面，重复基因两个拷贝间的序列分化程度与其插入缺失积累密度呈显著的正相关，插入缺失而非碱基变异是重复基因两个拷贝间蛋白四级结构分化的主要原因。通过总结上述研究成果，郭宝成提出了插入与缺失是重复基因进化的重要动力。研究结果发表于国际知名分子进化刊物Molecular Biology and Evolution，受到编辑与审稿人的高度认可。
生物适应性进化的遗传基础是生物学研究的基本问题，了解生物适应性进化的遗传基础，对于生物多样性的保护以及资源的可持续利用至关重要。因此，郭宝成以鱼类海水向淡水的适应为其研究的切入点。
已有研究表明，环境因子是方向性选择的重要动力，因此具有非常高盐度和温度梯度变化的波罗的海为研究海洋鱼类群体分化提供了天然的实验室。通过对波罗的海中三刺鱼和鲱鱼群体的研究，郭宝成发现，遗传分化发生在三刺鱼和鲱鱼的整个基因组范围；而盐度和温度的变化是波罗的海三刺鱼和鲱鱼遗传分化的动力。为海洋鱼类群体分化及局部适应（local adaptation）提供了确凿的证据，研究成果发表在BMC系列旗舰刊物BMC Biology和分子生态学代表性刊物Molecular Ecology上，发表一年来已受到数十次引用。积跬步，以至千里
“促进和提高中国的鱼类进化研究”，这是长久以来萦绕在郭宝成内心的声音。2016年，郭宝成作为中国科学院动物研究所“百人计划―青年俊才”候选人从芬兰归来。在未来几年里，一方面，他将以前期的研究成果为切入点，继续深入研究插入与缺失在重复基因功能分化中的作用及其在鱼类物种分化中可能的作用；另一方面，为了研究生物进化的重复性和可预测性，郭宝成拟以发生适应辐射的刺鱼类群为研究对象，运用群体基因组学和比较基因组学的方法，研究全球范围内，刺鱼从海水向淡水适应辐射过程中，种内平行进化与种间趋同进化的遗传基础，从而进一步揭示适应辐射发生遗传机制的一般规律。郭宝成已经逐步组建起了属于自己的鱼类进化与基因组学研究团队，并且得到了国家自然科学基金的资助。
在开展科学研究的同时，郭宝成深知科研平台在创新型人才的培养中蕴含着巨大的潜力。他说：“人才培养工作是科学研究的重中之重，毕竟科研最终是要由人完成的。就鱼类研究在国内的发展来看，我们应该以人为本，培养一批以鱼类为研究对象，掌握分子与细胞生物学、遗传学、基因组学以及生物信息学技术的复合型人才，以此带动我国鱼类研究的发展。”目前.郭宝成的中国科学院动物研究所鱼类进化与基因组学研究团队已经纳入了1名博士后、1名博士生和2名硕士研究生，并且正在逐步扩展当中。
在具体的科研人才培养工作中，郭宝成认为，学生独立思考与动手能力是并重的。他说：“作为学生科研道路上的指引者，我们既要培养学生的独立思考能力，组织学生参加各种学术会议，开拓眼界，又要培养学生动手解决科学问题的能力。独立思考能让学生知道什么是科学研究的重要问题或者亟待解决的问题，而动手能力则为问题的解决提供了保障。”
基因组学的研究内容范文第3篇
基因工程的发展促使它成为生命科学研究的核心学科。一般高校都将基因工程这门课作为专业必修课在大三的第二学期开设，其先修课程为生物化学、遗传学以及分子生物学等。基因工程的课程内容具有两个特点:一是教学内容与其他学科紧密相连。基因工程不仅与生物化学等基础课程的内容相互联系、交叉重叠，同时又与细胞工程、蛋白质工程、微生物工程等应用性课程相互呼应与衔接。二是内容涵盖面广，更新发展快。随着人类基因组计划的完成，生命科学的研究已经由基因组时代进入到后基因组时代，单纯的基因测序以及基因工程技术已经不能满足人类对生命信息的探索与追求。后基因组时代到来的标志就是功能基因组学研究的兴起。功能基因组学研究涉及转录组、蛋白质组以及代谢组等多个方面，多学科的交叉研究使其发展迅速。综上两个特点，为了避免课程知识上的教学重复，同时又能在有限的教学课时内将基础知识与最新、最前沿的研究信息最大程度地传授给学生，笔者对课程的教学内容及其对应的教学课时进行适当的调整。以往的基因工程教学内容共有11章32学时，可归纳为4个部分:第1章，基因工程学发展历史概述、基因工程的基本概念(4课时);第2、3章，基因工程的基本原理及技术，主要围绕基因工程的基本构件载体和工具酶(12课时);第4～10章，基因工程实施的三大步骤，包括DNA体外重组、重组DNA导入宿主细胞后扩增和表达以及基因工程后处理(12课时);第11章，基因工程的应用与前景(4课时)。笔者在此基础上对教学内容进行了适当合理的取舍与增加，做到突出重点，加强基本概念和原理的理解，通过列举实际应用研究来介绍相关的技术与方法。同时整合课时分布，在原有的32课时中拿出8课时介绍功能基因组学研究的知识。其内容主要围绕克隆与表达后的目的产物(蛋白质)的提取、分离、纯化与鉴定的方法、原理以及技术。调整后的课程安排如表1。通过此番改革教学内容，一方面可以开拓学生的视野，帮助学生了解基因工程以及功能基因组学的理论知识和实际应用领域;另一方面也可以激发学生学习基因工程的积极性与主动性。
2教学手段与方法的改良
传统的基因工程教学方法在水产类高等学校中多以板书结合多媒体的方法来讲解概念、原理以及性质等内容，其过程相对机械、枯燥，使得学生难以理解所学内容。对此，笔者通过多媒体教学与自制模型演示相结合的方法取代原有的传统教学。由于基因工程的很多内容相对抽象，仅仅通过文字、图片和语言来表述是难以讲解透彻的。现代的多媒体教学技术具有图文声像随意组合、灵活多变的特点，为学生创造了良好的学习情境。通过功能强大的各种计算机软件把一些很难理解的内容做成动画影片，化难为易、化静为动、变抽象为形象，使学生对上课产生兴趣，促进学生对知识学习的渴望。同时，利用自制的模型讲解课程中的重点以及难点。例如:在介绍限制酶的切割位点时，让学生手持模型，分别角色扮演限制酶和基因序列，在排列位置的互换中了解3种切口的方式以及位置。这样的教学方法不仅形象，也让学生在互动中快速、深刻地记忆知识要点。另外，通过当下研究的前沿话题为例，先提出一个问题，引导学生运用其他课程所学过的或者自身所积累的知识来联想、分析、讨论，自己设计解答此问题的方法或实验流程。然后老师再参与其中，在讨论和修改方法以及实验流程的过程中，引出所要讲授的新的概念和知识要点。
例如介绍表达物质(蛋白质)的鉴定时，老师会先提出问题:基因克隆表达出的物质是什么?这些物质是由什么组成的?鉴定这些物质可以使用什么方法?然后引导学生回顾生物学中心法则，得出基因表达物质为蛋白质，蛋白质是由氨基酸组成等所学过的知识，由此学生可归纳出氨基酸测序法等鉴定蛋白质的方法。最后老师再在此基础上补充出WesternBlot法、生物质谱技术等新的鉴定方法。这样的讲课方式让学生回到课堂上的主角位置，在复习了以往的知识要点的同时也加深了学生对新知识的理解与记忆，在一定程度上启发了学生如何去发现问题和解决问题。此外，基因工程是一门实践性很强的课程，在讲授理论课的同时，实验课的安排也是非常重要的。设计好与理论课相配套的实验课程，可以使学生加深对基因工程学理论的学习和理解，达到理论和实践相结合的目的。对此，各大高校均在基因工程实验课上进行了改革创新，但有一点总被忽略，那就是实验研究对象。目前，国内大多数高校基因工程实验课所使用的研究对象均为果蝇等无脊椎模式生物。这种情况对于普通高校而言是可行的，但是对于拥有特色学科的水产类高校而言，研究对象也应具有其专业特点。所以本实验课所使用的研究对象是斑马鱼这种海洋模式生物。研究对象的改变虽微不足道，但是能让学生更好地理解自己所学专业的特色，在实践操作中加深对所属专业的热爱。
3成绩考核
中国传统的应试教育产生了“高分决定一切”的迂腐思想。随着国家教育体系改革的不断推进，学生对于专业知识的掌握与否，已经不能仅从一张考卷成绩的高低来反映，考核成绩的结构应向多元化的方向发展。基因工程的最终考核成绩主要包括两部分:平时成绩占40%，其中课堂出勤率10%、课堂讨论10%、课堂小考10%以及实验报告10%;期末考试成绩占60%。这样的考核体系改变了过去注重结果忽略过程的做法，让学生在平时将知识一点一滴地积累起来。同时，也让授课教师能够及时得到教学效果的反馈信息，进一步提高教学水平。
4结语
基因组学的研究内容范文第4篇
信息、生物、新材料三大前沿领域
信息、生物、新材料是21世纪前30年发展最快、最热门的三大领域，它们集结了当今世界最强势的研究力量。但在这些关系未来发展的关键领域中，我国许多核心技术仍依赖追踪、模仿和引进国外技术，原始创新能力明显不足。
从更宽的视野来看，不仅仅是这三个领域的发展需要高扬“自主创新”的信心与勇气。实际上，整个中国科技正面临着前所未有的发展压力：对外要适应国际科技竞争的紧迫形势，对内要满足经济社会发展进程中的重大战略性需求。而原始创新能力和技术创新能力的薄弱，已成为当前和未来相当长时期内影响我国整体竞争力的极大障碍。
面向未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》即将，科技部等有关部门正在着手制定科技“十一五规划”——关于中国科技“未来”的探讨与关注，在最近一年多来达到了前所未有的程度。就是在这样带着几分焦灼、几分期待、几分信心的探讨氛围中，“自主创新”成为人们关于中国科技发展的共识。
带着这个共识，再来看中国科技发展面临的“压力”，在很大程度上已经变成了未来发展的重大机遇。未来10年，中国在这三大领域中最有可能实现自主创新的关键技术群究竟有哪些？有限的科技经费究竟应当投入到哪些突破口？
下一代移动通信技术
移动通信是人类社会发展中的一大奇迹。2004年12月，全球（蜂窝）移动通信用户总数已达17亿以上，超过已有百年发展历史的固定通信用户数。过去10年，移动通信技术完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡，当前正处于由其巅峰状态向第三代（3G）移动通信技术过渡的进程中。
目前，世界发达国家纷纷投入力量进行第三代及下一代移动通信标准、技术和产品的开发。
——3G移动通信：国际电信联盟（ITU－T ）批准为3G 的三大标准分别是欧洲的WCDMA，美国高通公司的CDMA2000和中国大唐电信的TD－SCDMA。3G已在全球30多个国家开始商用。
——增强型3G（Enhanced 3G）：为了克服3G 技术不能很好支持流媒体等业务的不足，国际电信联盟已在制定增强型3G技术标准。专家预测，增强型3G技术将进入商用。
——4G（或Beyond 3G）：下一代移动通信即所谓超3G（以下统称Beyond 3G）技术的研究是国际上的热点。Beyond 3G具有更高的速率与更好的频谱利用率。 欧盟、日本、韩国等国家已开始4G框架的研究，预期Beyond 3G技术可望在2010年后开始商用。
中国移动用户总数已达3.34亿，居世界第一，总体技术水平与国际同步，处于由第二代向第三代的过渡时期。我国3G移动通信技术已经具备了实现产业化的能力，我国大唐电信2000年5月提出的TD－SCDMA标准已成为国际电信联盟正式采纳的三大标准之一。此外，在国家“863”计划的支持下，开展了Beyond 3G技术的研究，预期该技术可望在2010年后开始商用。
Beyond 3G技术对我国经济社会发展和国防建设具有十分重要的意义。 德尔菲专家调查统计结果显示，我国研发水平比领先国家落后5年左右， 通过自主开发或联合开发，在未来5年可能形成自主知识产权。以华为、 中兴为代表的一批高技术通信设备制造业公司，在第三代移动通信设备（3G）等研发方面紧跟国际前沿，打破了国外公司对高技术通信设备的垄断，开始参与国际通信标准的制定，开发具有自主知识产权的核心技术，具备了参与国际竞争的能力，具备实现技术和产业跨越式发展的契机。
中国下一代网络体系
下一代网络（NGN）泛指以IP为核心，同时可以支持语音、 数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。
世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。国际电信联盟电信标准化部门（ITU－T）、欧洲电信标准化协会（ETSI）、互联网工程任务组（IETF）、第三代伙伴组织计划（3GPP）等，都在致力于下一代网络体系的研究。目前，美国、日本、韩国、新加坡以及欧盟都已启动了下一代互联网研究计划，全面开展各项核心技术的研究和开发。
我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”期间，863计划建成了“中国高速信息示范网”（CAINONET）、国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网NSFCNET”等重大项目，目前已开始基于NGN的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用研究。中兴、华为等企业还推出了基于软交换的NGN解决方案；在下一代互联网研究上，中兴、港湾网络等推出的高端路由交换机，可应用于国家骨干IP网络建设，以及大中型宽带IP城域网核心骨干和汇聚。国内公司还开始自行设计高端分组交换定制ASIC芯片。我国已成为少数几个能够提供全系列数据通信设备的国家之一。
下一代网络技术对促进我国高新技术的发展，以及对改造和提升我国传统产业具有举足轻重的作用，对国家安全至关重要。从总体上看，我国互联网技术跟随国外发展，在技术选择上缺乏系统研究，走过一些弯路，至今与国外仍存在较大差距。无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼，应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。不能像第一代互联网那样，技术、标准都是外国的，给国家安全造成隐患。
纳米级芯片技术
当前，集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”，即其集成度和产品性能每18个月增加一倍，按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。
自上世纪90年代以来， 全球集成电路制造技术升级换代速度加快。 当前国际上CMOS集成电路大规模生产的主流技术是130nm， 英特尔等部分技术先进的芯片制造公司已在用90nm进行高性能芯片生产。2005年，美国AMD公司已开始量产90nm的高性能芯片，国际上对65nm技术的开发也已成功。伴随130nm到90nm技术的升级， 考虑到扩大生产规模和降低成本，大多数公司将使用12英寸替代8英寸硅基片， 这也必将带来半导体设备的大量更新。
近年来我国一些先进集成电路制造公司的崛起，使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距有了显著的缩小，但整体水平仍与先进国家相差2～3代。目前，我国集成电路设计公司年设计能力已超过500种，主流设计水平达到180nm，130nm技术正在开发中，90nm技术的研发也开始着手进行。从产业发展看，我国集成电路已初步形成由十多家芯片生产骨干企业、十多家重点封装厂、二十多家初具规模的设计公司、若干家关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，设计、芯片制造、封装三业并举的蓬勃发展态势。以中科院计算所为代表的研究机构和企业在CPU研发方面所取得的新进展，标志着我国集成电路设计具有较强能力，与国际先进水平的差距进一步缩小。目前我国芯片业大多集中在低端的交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等领域，IC卡芯片所占比重一直占据芯片总体市场的20％左右。
世界第一颗0.13微米工艺TD－SCDMA 3G手机核心芯片10月9日在重庆问世
今后的IC是纳米制造技术的时代，而纳米级芯片技术是我国赶超国际的关键，它的成功将会是我国IC工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力，专家认为应优先发展。
中文信息处理技术
包括汉字和少数民族文字在内的中文信息处理技术，是汉语言学和计算机科学技术的融合，是一门与语言学、计算机科学、心理学、数学、控制论、信息论、声学、自动化技术等多种学科相联系的边缘交叉性学科。
随着互联网的发展，中文信息处理技术已渗透到社会生活的各个方面。1994年，微软开始进入中文软件市场，微软的WORD把国产WPS挤出了市场，继而Windows中文版又把国产中文之星挤垮。微软凭借其强大的优势地位，使国产的中文信息处理软件举步维艰。中文版的Windows、Office等占据了大部分的中文软件市场，使中文信息处理逐渐丧失了其特殊地位。
经过二三十年的努力，我国的中文信息处理，包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等的基本处理技术已经实用化，目前正在逐渐摆脱“字处理”阶段，处于向更高级阶段快速发展的时期。包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解和智能接口等技术的研究已获得进展。中文的全文检索、内容管理、智能搜索、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制，并取得了较大进展，涌现了联想、方正、四通、汉王、华建等公司。
随着中国加入WTO与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临， 中文信息处理技术越发显得重要，其自动化水平的提高，将大大促进我国科技、国民经济和社会发展，同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。未来无疑应当加强中文信息处理技术的研发投入与政策倾斜。
人类功能基因组学研究
20世纪末启动的人类基因组计划被公认为生命科学发展史上的里程碑，其规模和意义超过了曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。随着人类基因组、水稻基因组以及其他重要微生物等50多种生物基因组全序列测定工作的完成，国际基因组研究进入到功能基因组学新阶段。
功能基因组学已成为21世纪国际研究的前沿，代表基因分析的新阶段。它是利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究，是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。从1997年迄今已发表的有关功能基因组学的论文数以千计，其中不少发表在《细胞》《自然》《科学》等国际著名刊物上。
目前功能基因组研究的重点集中在四个方面：一是基因测序技术研究。预计今后几年内，测序技术将继续发展，特别是有一些重要的改进将直接用于功能基因组的研究；二是单核苷多态性（SNP）以及在此基础上建立的SNP单体型研究；三是基因组有序表达的规律研究。主要包括基因的深入鉴定、基因表达与转录组研究、蛋白和蛋白质组研究、代谢网络和代谢分子研究、基因表达调控研究等；四是计算生物学和系统生物学研究。
近几年来，在国家“863”计划、国家重大科技专项等的资助下，我国功能基因组学研究取得了一系列进展。中华民族占世界人口的1／5，有丰富的遗传疾病家系资源，这是我国发展功能基因组研究的有利因素。“十五”期间，我国参与国际蛋白质组计划、国际人类基因组单体型图计划，高质量按时完成了项目中所承担的21号染色体区域的任务，建立并完善了中华民族基因组和重要疾病相关基因SNPs及其单倍型的数据库的建设，在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文，申报了一批国家专利，收集、保存了一批宝贵的遗传资源，并初步建立了遗传资源收集网络和资源信息库的采集管理系统，组建了一批国家级基地，培养了一支队伍，建立了一批技术平台。但总体而言，我国在功能基因组研究及应用方面的原始创新成果数量较少，还不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。
未来研究重点包括：
——功能基因组研究。重点开展植物功能基因组研究、人类功能基因组研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因组研究；
——蛋白质组学研究。蛋白质组学是一个新生领域，目前还处于初期发展阶段，仍有许多困难有待克服。我国应选择具有特色的领域开展研究；
——生物信息技术。我国的研究重点应集中在生物信息数据库的构建、生物信息的开发、加工、利用及生物信息并行处理方面；
——生物芯片技术及产品。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、生化反应芯片和样品制备芯片等。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。我国生物芯片研究紧跟国际前沿，它将对我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选具有革命性的推动作用，也将对我国人口素质、农业发展、环境保护等作出巨大的贡献。
专家认为，我国人类功能基因组学研究的研发水平比领先国家落后5年左右， 若能高度重视，充分利用我国已有的技术和资源优势，未来10年我国可能实现人类功能基因组学研究的跨越发展。
蛋白质组学研究
随着被誉为解读人类生命“天书”的人类基因组计划的成功实施，生命科学的战略重点转移到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。蛋白质作为生命活动的“执行者”，自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研究的战略制高点。
目前蛋白质组学的主要内容是建立和发展蛋白质组研究技术方法，进行蛋白质组分析。为了保证分析过程的精确性和重复性，大规模样品处理机器人也被应用到该领域。整个研究过程包括样品处理、蛋白质的分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。
附图
自1995年蛋白质组一词问世到现在，蛋白质组学研究得到了突飞猛进的发展。我国的蛋白质组研究也在迅速开展，并取得了许多有意义的成果，中国科学家已经在重大疾病如肝癌，比较蛋白质组学的研究等方面取得了重要成就，在“973 ”计划的资助下，我国已经开始了二维电泳蛋白组分离研究、图像分析技术和蛋白质组鉴定质谱技术研究等。
如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机，迅速地进入到蛋白质组学研究的国际前沿，是摆在我国生命科学研究发展方向上的一个重要课题。
目前我国在该领域的研发基础较好，只比先进国家落后5年左右。 蛋白质组学属科学前沿，专家建议结合我国现行的基因组研究及其他有我国特色或优势的领域开展研究，不要重复或追随国际已有的工作，而应走自己的路，未来10年内有可能取得重大科学突破。
生物制药技术
生物制药被称为生物技术的“第一次浪潮”，其诱人前景引起了全世界各国政府、科技界、企业界的高度关注。
在过去的30年间，全球生物技术取得了令人瞩目的成就。据美国著名咨询机构安永公司2004年和2005年发表的第十八和第十九次全球生物技术年度报告分析，2003年全球生物技术产业营收达410亿美元。目前已有190余种生物技术产品获准上市，激发起投资者对生物技术股与融资的兴趣。
近20年来，我国医药生物技术产业取得了长足的进步，据《中国生物技术发展报告2004》统计，我国已有25种基因工程药物和基因工程疫苗，具有自主知识产权的上市药物达9种，重组人ω－干扰素喷鼻剂2003年4月获得国家临床研究批文，可用于较大规模高危人群的预防。但总体上与世界先进水平相比还存在很大的差距，医药生物技术产品的销售收入仅占医药工业总销售额的7.5％左右。
为加快我国生物制药技术的发展，今后的研究开发重点是：
——生物技术药物（包括疫苗）及制备技术。围绕危害人民健康的神经系统、免疫系统、内分泌系统和肿瘤等重大疾病和疑难病症的防治与诊断，应用基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等技术，开发单克隆抗体、基因工程药物、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质药物和基因工程疫苗，拓宽医药新产品领域；
——高通量筛选技术。目前，国外许多制药公司已把高通量筛选作为发现先导化合物的主要手段。典型的高通量筛选模式为每次筛选1000个化合物，而超高通量筛选可每天筛选10万多个化合物。随着分析容量的增大，分析检测技术、液体处理及自动化、连续流动以及信息处理将成为未来高通量筛选技术研究的重点；
——天然药物原料制备。目前，已经发现人类患有3万多种疾病，其中1／3靠对症治疗，极少数人能够治愈，而大多数人缺乏有效的治疗药物。以往多用合成药物，随着科技的进步，人们自我保健意识增强，对天然药物的追求与日俱增。当前世界各国都在加强天然药物的研发。
生物信息学研究
在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析，对基因组研究相关生物信息获取、加工、储存、分配、分析和解释——上世纪80年代一经产生，生物信息学就得到了迅猛发展。其研究一方面是对海量数据的收集、整理与服务；另一方面是利用这些数据，从中发现新的规律。
具体地讲，生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头， 找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区；同时， 阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言规律；在此基础上，归纳、 整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。另外生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机理，最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。
生物信息学的发展已经将基因组信息学、蛋白质的结构计算与模拟以及药物设计有机地连接在一起，它将导致生物学、物理学、数学、计算机科学等多种科学文化的融合，造就一批新的交叉学科。
科学家们普遍相信，本世纪最初的若干年是人类基因组研究取得辉煌成果的时代，也是生物信息学蓬勃发展的时代。据预测，到2005年生物信息的全球市场价值将达到400亿美元。
我国生物信息学研究起步较早。20世纪80年代末，国内学者就在《自然》上报道了免疫球蛋白基因超家族计算机分析的工作。目前，多家大学和研究机构也相继成立了生物信息中心或研究所，各种原始数据库、镜像数据库和二级数据库也已经逐步建立，同时我国还建立了相关的工作站和网络服务器，实现了与国际主要基因组数据库及研究中心的网络连接，开发了用于核酸、蛋白结构、功能分析的计算工具以及蛋白质三维结构预测、并行化的高通量基因拼接和基于群论方法开发的基因预测等多种软件。中国学者还运用自主开发的电脑克隆程序，开展了大规模EST 数据分析，建立了一系列基因组序列分析新算法和新技术，并在国内外著名科学杂志上发表了一系列论文，取得了引人注目的进展，尤其在人类基因组基因数目的预测上获得了与目前的实验事实相当吻合的结果，在国际上获得普遍认可。
农作物新品种培育技术
最近几年，农业生物技术的发展对农业产业结构调整产生的巨大影响，已引起各国政府和科学家的高度重视。农业生物技术领域研究中最活跃的是育种技术——应用现代分子生物学和细胞生物学技术进行品种改良，创造更加适合人类需要的新物种，获得高产、优质、抗病虫害新品种。这使得新品种层出不穷，品种在农业增产中的贡献率将由现在的30％提高到50％。国际水稻研究所已经培育出每公顷7500公斤的超级水稻，非洲培育出增产10倍的超级木薯。
我国该领域的基础研究和高技术研究取得了一批创新成果：如植物转基因技术、细胞培育技术、籼稻的全基因组测序、花粉管通道转基因方法等，使研制具有自主知识产权的转基因农作物新品种成为现实和可能。目前，已培育出亩产达到807.4公斤的超级杂交稻；2004年转基因抗虫棉的种植面积已占全国棉花种植面积的50％左右；利用细胞工程技术培育的抗白粉病、赤霉病和黄矮病等小麦新品种已累计推广1100多万亩；植物组织培养和快繁脱毒技术在马铃薯、甘蔗、花卉生产中发挥了重要的作用。
专家认为，我国农作物新品种培育的研发基础较好，整体科研技术与国外处于同等水平，只要充分利用资源，发挥优势，很可能在该领域取得突破。
纳米材料与纳米技术
纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。
近年来，科技强国在该领域均取得了相当重要的进展。
在纳米材料的制备与合成方面，美国科学家利用超高密度晶格和电路制作的新方法，获得直径8nm、线宽16nm的铂纳米线；法国科学家利用粉末冶金制成了具有完美弹塑性的纯纳米晶体铜，实现了对纳米结构生长过程中的形状、尺寸、生长模式和排序的原位、实时监测；德国科学家巧妙地利用交流电介电泳技术，将金属与半导体单壁碳纳米管成功分离；日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料。
在纳米生物医学器件方面，科学家用特定的蛋白质或化合物取代用硅纳米线制成场效应晶体管的栅极用以诊断前列腺癌、直肠癌等疾病，成百倍地提高了诊断的灵敏度。另外，纳米技术在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展。与此同时，国外大企业纷纷介入，推动了纳米技术产业化的进程。
当前纳米材料研究的趋势是，由随机合成过渡到可控合成；由纳米单元的制备，通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样；由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料。
纳米材料和技术很可能在以下四个领域的应用上有所突破：一是IT产业（芯片、网络通讯和纳米器件）；二是在生物医药领域应用纳米生物传感的早期诊断和治疗，到2010年将给人类带来新的福音；三是在显示和照明领域的应用已有新的进展，纳米光纤、纳米微电极等已产生极大影响；四是纳米材料技术与生物技术相结合，在基因修复和标记各种蛋白酶等方面蕴育新的突破，预计2010年纳米技术对国际GDP的贡献将超过2万亿美元。
我国纳米材料研究起步较早，基础较好，整体科研水平与先进国家相比处于同等水平，部分技术落后5年左右。目前有300多个从事纳米材料基础研究和应用的研究单位，并在纳米材料研究上取得了一批重要成果，引起了国际上的广泛关注。据英国有关权威机构提供的调查显示，我国纳米专利申请件数排名世界第三位。
国内目前已建成100多条纳米材料生产线，产品质量大都达到或接近国际水平。与发达国家相比，我国的差距一是在纳米材料制备与合成方面尚处于粗放阶段，缺乏应用目标的牵引，集成不够；二是纳米材料计量、测量和表征技术明显落后于国外，对标准试样和标准方法的建立重视不够，对表征手段的建立投资不足；三是纳米材料的基础研究、应用研究和开发研究出现脱节，纳米材料研究缺乏针对性；四是学科交叉、技术集成不够。
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信息技术正在发生结构性变革
目前，信息技术正在发生结构性的变革，在信息器件向高速化、微型化、一体化和网络化发展的同时，软件和信息服务成为发展重点。大规模集成电路正快速向系统芯片发展；移动通信技术正在向第三代、第四展，将提供更优质、更快速、更安全的服务，并带来巨大的经济利益；电信网、计算机网和有线电视网三网融合趋势进一步加快，无线网络成为世界关注的重点；全球化的信息网络将像电力、电话一样为社会公众提供各种信息服务，越来越深刻地改变着人们的学习、工作和生活方式，也将对产业结构调整产生重大影响。
微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术、网络技术等领域的发展方兴未艾，极有可能引发新一轮产业革命。
大显神通的新材料
高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料，对支撑交通运输、能源动力、电子信息、航空航天以及国家重大工程起着关键性作用。
新型功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的材料，是信息技术、生物技术、能源技术和国防建设的重要基础材料。当前国际上功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如信息功能材料、超导材料、生物医用材料、能源材料、生态环境材料及其材料的分子、原子设计正处于日新月异的发展之中。
信息功能材料发展的重点是磁性材料、电子陶瓷材料、压电及光电(磁)晶体、高性能封装材料等方面。超导材料的主要特征是零电阻和排磁通效应，是20世纪留给人类开发核聚变能、高效运输工具、低耗传输电能和精密探测器件的新型功能材料。
基因组学的研究内容范文第5篇
关键词：分子生物学；农学学科；分子育种
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0201-02
分子生物学是21世纪最具创新性和活力的学科，它主要讲授生物学领域的基础知识和最新研究进展，如：核酸、RNA和蛋白质的结构和功能、遗传信息的表达与调控、转基因等[1]。通过本课程的学习，可以促使农科学生从分子水平上认知生命现象的本质，增强同学们探索生命现象本质的兴趣。更为重要的是，本课程能让同学们掌握现代分子生物学的基本理论和技术，为其他专业课的学习和今后的发展奠定基础。生物技术是推动现代农业向前发展的重要引擎，掌握基本的生物学理论和技术能促进农科学生的就业，并为他们将来从事生命科学的相关研究打下坚实的基础。同时，我们也应该看到，分子生物学在实际的教学过程中存在众多的问题，如基础知识点量大、新知识涌现快、课时严重不足等，以上种种问题直接导致分子生物学的教学工作困难重重。仅凭借传统的教学手段和方法已经很难适应市场对新时代毕业生的要求，教学改革势在必行[2]。本文将结合本人学习和教授分子生物学中的经历和经验，对如何提高和改进分子生物学的教学工作提出以下四方面的观点。
一、优化章节教学内容、突出基础性
传统的分子生物学课本通常会包括：核酸结构与功能、DNA到RNA、mRNA到蛋白质、分子生物学研究技术和方法、原核基因的表达调控、真核基因的表达调控、疾病与人类健康、基因与发育、基因组与比较基因组学等章节。要想在32个课堂教学的学时内完成这些内容的教学，几乎是不可能的，即使能够讲完这些章节，上课效果也会大打折扣，因此需要对全部讲授内容进行有目的精简和优化。
《生物化学》和《遗传学》也是农科本科生的必修课程，且这两门课程与《分子生物学》课程的教学内容有交叉，例如核酸和蛋白质的结构等。因此在有限的学时内讲授《分子生物学》课时，就需要根据农学专业的前修课程，进行相关调整和整合。根据内容的基础性和重要性，将全部内容整合成如下章节：核酸的结构与功能、DNA的表达与调控、RNA的翻g与调控、基因组与比较基因组学。其中“核酸的结构与功能”在《生物化学》课程中有大量讲解，因此，此章节可以降低为6个学时；“DNA的表达与调控”章节的内容涉及mRNA水平上的调控、真核生物的表达调控、原核生物的表达调控等内容，内容较多，涉及基础知识点较多，对后续专业课和学生继续深造有较大影响，应分配12个学时；“RNA的翻译与调控”涉及mRNA的翻译过程、翻译过程调控机理、原核生物和真核生物的翻译调控，本章节也是本课程的重要章节，对后续专业课和继续深造有较大影响，涉及较多前沿知识点，应分配10个学时；“基因组与比较基因组学”涉及测序等现代技术，是大多数同学们从未涉及到的知识，起到承前启后的作用，所以应选取此章节进行讲解，并分配4个学时。
二、合理化实验教学、突出实用性
实验设计的原则是：突出基础性、与课堂知识的关联性、不同实验间的连续性，最重要的是要有实用性，且是目前农学专业研究生所用的主流实验技术。只有实用的实验技术才能满足农学本科毕业生将来的工作和进一步深造的需求，只有基础性的实验才能加深同学们对于基础理论的理解，并为他们自主设计实验提供技术支撑。基于以上原则，我们设计了以下分子生物学实验内容及学时分配：重组质粒的构建（2学时）、质粒转化（3学时）、大肠杆菌培养（2学时）、质粒提取（2学时）、质粒酶切（2学时）、目的基因的琼脂糖分离（3学时）、分离目的基因的处理及测序（2学时）。这个系列的实验包括了生物工程的质粒重组、转化、菌培养、质粒提取、酶切、电泳、测序，基本涵盖了分子生物学知识获取的全部重要实验和分析技术，有助于加深同学们对相关知识点的理解，并为同学们的自主实验设计提供技术支撑。
三、应用微信、QQ等社交软件传授知识、突出趣味性
同学们都是新世纪成长起来的年轻人，对待新鲜事物容易接受，因此能否借助现代社交软件（如微信、QQ等）传授知识，是能否真正将知识灌输给同学们的关键。“微信”和“QQ”软件是目前中国最流行的社交软件，而智能手机的普及推动了利用这些软件进行信息交流的全天候化。教授一门课程时要求全体同学们加为“微信”和“QQ”好友，然后就可以利用“微信”里的“朋友圈”和“QQ”里的“好友动态”全天候的给同学们灌输知识。
当然利用社交软件灌输知识不能采取和课堂授课同样的内容，只有的信息有“趣味性”，才能引起同学们的兴趣，才最终起到辅助课堂教学并推动本门课程学习的目的。例如转发以下话题：“一个细胞引发的惨剧（2016-07-26，丁香园）”；“红杏出墙――肥胖易感基因FTO的家丑（2014-03-14，丁香园）”；“清华大学一实验室发生爆炸，博士后不幸死亡（2015-12-18，澎湃新闻）”警醒同学们的安全意识。
四、结合就业市场需求、突出前瞻性
农学专业学生未来的工作去向主要有以下几种：（1）考研；（2）本专业企事业单位；（3）本专业私人企业；（4）非本专业工作。对于从事本专业工作的同学，《分子生物学》的学习可能帮助他们考研和更快的开展相关工作；对于从事非本专业工作的同学，本课程的学习能拓宽他们的视野和眼界。因此，农学本科专业的《分子生物学》教学应立足于本专业未来的就业市场，而必须区别于其他专业的课程内容，并且突出前瞻性。
总之，《分子生物学》是高等学校农学专业重要的基础性课程，是很多后续课程的基石，授课效果的好坏对农学专业学生后续的发展至关重要。因此，我们在该课程的教授过程中，要不断探索和总结，以授课内容能否适应现代社会的发展和需求为评价标准。通过对教学内容的不断优化、实用性建设、新传授方法应用及接近市场需求，能培养出基础扎实、适应性强、能快速适应社会需求的新世纪人才。我将始终以“生以求知为乐，师以从教为荣”[3]作为自己的座右铭，时刻“自省吾身”并不断学习和求索，在高等教育的舞台上散发出自身的光芒。
参考文献：
[1]朱玉贤.现代分子生物学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2012.
