分子生物学论文图

分子生物学论文图

　　给楼主论文：

　　分子细胞基因组的研究

　　随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。70年代末以来，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。
　　发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视。
　　蛋白质－核酸体系 生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由 DNA构成。简单的病毒，如λ噬菌体的基因组是由 46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA（由于是双股DNA，通常以碱基对计算其长度）。细菌，如大肠杆菌的基因组，含4×106碱基对。人体细胞染色体上所含DNA为3×109碱基对。
　　遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代 DNA为模板合成子代 DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类RNA起着信息传递作用，故称信使核糖核酸(mRNA)。由于构成RNA的核苷酸是4种，而蛋白质中却有20种氨基酸，它们的对应关系是由mRNA分子中以一定顺序相连的 3个核苷酸来决定一种氨基酸，这就是三联体遗传密码。
　　基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板，复制出子代 DNA链。转录是在 RNA聚合酶的催化下完成的。转译的场所核糖核蛋白体是核酸和蛋白质的复合体，根据mRNA的编码，在酶的催化下，把氨基酸连接成完整的肽链。基因表达的调节控制也是通过生物大分子的相互作用而实现的。如大肠杆菌乳糖操纵子上的操纵基因通过与阻遏蛋白的相互作用控制基因的开关。真核细胞染色质所含的非组蛋白在转录的调控中具有特殊作用。正常情况下，真核细胞中仅2～15％基因被表达。这种选择性的转录与转译是细胞分化的基础。
　　蛋白质－脂质体系 生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。
　　高等植物的性状主要由核基因控制，其遗传遵循孟德尔规律。1900年Coorence和Baut等人就已发现影响质体表型的一些突变不符合孟德尔遗传规律；1962年里斯(Ris)和Plont证明植物叶绿体中存在遗传物质DNA。现已证明，植物细胞质中的叶绿体和线粒体都含有自己的DNA及整套的转录和翻译系统，能够合成蛋白质。高等植物的叶绿体和线粒体基因组，多数在有性杂交过程中表现为母性遗传。其机制有两种解释：一是认为雄配子不含有细胞质，因而没有胞质基因；另一种观点是雄配子含有少量的细胞质，其细胞器在受精前即已解体，失去功能。胞质基因组的母性遗传，大大限制了胞质基因的遗传研究，利用有性杂交方法难以知晓当胞质基因处于杂合状态时的遗传和生理效应及其对表型的影响。近年来发展起来的体细胞杂交技术为胞质基因的研究开辟了一条新途径。本文拟对植物体细胞杂交后代胞质基因重组的多样性，创制胞质杂种的可能途径及胞质基因组的传递等问题加以说明。
　　1 植物体细胞杂交后代胞质基因组重组的多样性
　　体细胞杂交时，核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组三者均既可以单亲传递又可以双亲传递，因而可以产生许多有性杂交难以产生的核-质基因组的新组合类型。Kumar等人根据已有的实验结果结合理论推导提出，植物体细胞杂交一代理论上可以产生48种类型，而相应的有性杂交一代只能产生两种类型。48种类型可分为亲型、核杂种和胞质杂种3类。胞质杂种即是具有一个亲本的细胞核和双亲细胞质的植株或愈伤组织，它是研究胞质基因组的好材料。
　　2 创制胞质杂种的方法
　　2．1 “供体-受体”原生质体融合技术 这是目前最为可行的方法，由Zelcer等(1987)提出。其原理基于生理代谢互补，利用高于致死剂量的电离辐射处理供体原生质体使其核解或完全失活，细胞质完整无损；再用碘乙酸或碘乙酚胺处理受体原生质体以使其受到暂时抑制而不分裂，这样双亲原生质体融合后，只有融合体能够实现代谢上的补偿，进行持续分裂，形成愈伤组织或再生植株，这些融合体就是各种各样的胞质杂种。此技术的优点是双亲不需任何选择标记，适用范围广，可行性强，缺点是适宜的辐射剂量难以掌握。
　　2．2 “胞质体-原生质体”融合法 所谓胞质体是指去核后的原生质体。该法由Maliga提出。优点是避免了电离辐射可能产生的不利影响，缺点是制备胞质体尚存在一些技术性的困难。最近Lesney等人提出了一种能够从悬浮系原生质体制备大量胞质体的方法。
　　2．3 其它的可能途径
　　(1)根据双亲原生质体形态上的差异或通过荧光染料标记来机械分离融合体，然后进行微培养。(2)利用分别由核基因组和质基因组编码的抗药性状，通过双重抗性选择获得胞质杂种。(3)原生质体直接摄取外缘细胞器。(4)通过显微注射或电激法实现细胞器转移。
　　3 胞质杂种中双亲胞质基因的传递遗传学
　　3．1 叶绿体基因组 胞质杂种中，叶绿体基因组的传递分为单亲传递和双亲传递两种。单亲传递是指胞质杂种愈伤组织及由之再生的植株只含有亲本之一的叶绿体基因组。这种分离机制目前尚不清楚。关于叶绿体基因组的分离是否随机的问题，由于研究者们采用的试验材料不同得出两种结论：一种是叶绿体基因组的随机分离，这在品种间、种间及属间原生质体融合中都被观察到；另一种是叶绿体基因组的非随机分离(即亲本之一的叶绿体基因组优先保留)，如弗利克(Flick)和埃文(Evens，1982)在烟草的研究中表明，所有的N．nesophila和N．tabacum体细胞杂种都只具有N．nesophila叶绿体基因组，类似的例子很多。双亲传递是指胞质杂种中，同时含有双亲的叶绿体基因组，其在体细胞杂种以后的有性繁殖过程中能够保持稳定，既然双亲叶绿体能够共存，理论上二者就有可能发生重组。事实上，叶绿体基因组重组现象已被观察到，但频率很低。
　　3．2 线粒体基因组 胞质杂种中，线粒体基因组的传递方式是双亲传递，且发生活跃的重组，产生丰富的新类型。然而在分析线粒体基因组重组类型时不可忽视由于离体培养而诱发的线粒体基因组分子内重组(突变)的可能性，因为离体培养过程中不仅使核基因组产生大量变异，而且对于某些植物，也可诱发线粒体基因组发生变异。
　　4 植物胞质基因组控制的重要性状
　　目前已基本阐明的由叶绿体基因组编码的性状主要是一些抗药性状。如：链霉素抗性、林肯霉素抗性等。在与线粒体基因组有关的性状中，研究最多的是胞质型雄性不育性状。许多学者在不同植物上研究发现，雄性不育系与其同型保持系之间在线粒体DNA内切图谱或其编码的蛋白上存在明显差异。如在玉米上已发现T型雄性不育植株的线粒体基因组发生了多至7次重组，且主要发生于26s rRAN基因附近，产生一个嵌合基因，因此导致转录时阅读框架发生了改变，如果这个嵌合基因发生了缺失或小段插入，则阅读框架恢复正常，育性也随之恢复。
　　总之，植物体细胞杂交是胞质基因组及其所控制性状研究的有效途径，关于胞质性状的研究对于某些植物已从分子水平上深入到了与雄性不育相关的特异线粒体DNA片段及相应的特殊蛋白，但仍有许多问题有待深入研究。这些问题的阐明将会使得从分子水平上改良雄性不育性状成为可能。

分子生物学进展

科学领域中任何一门学科的形成和发展，一般很难准确地说明它是何时、何人创始的。分子生物学的产生和发展，同其它学科一样，经历了漫长而艰辛的过程，逐步走向成熟而迅速发展的道路。
1871年，Lankester就提出，生物不同种属间的化学和分子差异的发现和分析，对确定系统发生的关系，要比总体形态学的比较研究更为重要。后来，随着德国、美国生理化学实验室的
建立和生物化学杂志的创办，促进了生物化学的发展。当生物化学深入到研究生物大分子时，
1938年Weaver在写给洛克菲勒基金会的报告中，首次使用了分子生物学(molecular biology)一词。他写道：“在基金会给予支持的研究中，有一系列属于比较新的领域，可称之为分子生物学……”。一年以后，研究蛋白质结构的Astbury使用了这个名词，以后它变得越来越普遍。特别是在1953年，Watson和Crick发表了著名论文“脱氧核糖核酸的结构”以后，DNA双螺旋结构的发现，促进了遗传学、生物化学和生物物理学的结合，推动了分子生物学的形成和迅速发展，使生命科学全面地进入分子水平研究的时代，这是生物科学发展史上的重大里程碑。1956年剑桥医学研究委员会率先建立了分子生物学实验室，1959年创刊了《分子生物学》杂志，1963年成立了欧洲分子生物学国际组织，分子生物学从而成为崭新的独立学科，带动着生命科学迅猛发展，成为现代自然科学研究中的重要领域。
在分子生物学的形成和发展过程中，有许多重大的发现和事件，具体情况如下：
1864年：Hoope-Seyler结晶并命名了血红蛋白。
1869年：Mieseher第一次分离了DNA。
1871年：Lankester首先提出生物不同种属间的化学和分子差异的发现与分析，对确定系
统发生的关系，要比总体形态学的比较研究更为重要。
1926年：Sumaer从刀豆的提取物中得到脲酶结晶，并证明此蛋白质结晶有催化活性。同年，Svedberg创建了第一台分析用超高速离心机，并用其测定了血红蛋白的相对分子质量约为6.8X104。
1931年：Pauling发表了他的第一篇关于“化学键特性”的论文，详细说明了共价键联结的
规律。后来，又建立了处理生物分子的量子力学理论。
1934年：Bernal和Crowfoot发表了第一张胃蛋白酶晶体的详尽的X-射线衍射图谱。
1941年：Astbury获得了第一张DNA的X-射线衍射图谱。
1944年：Avery提供了在细菌的转化中，携带遗传信息的是DNA，而不是蛋白质的证据。实验证明，使无毒的R型肺炎双球菌转变成致病的S型，DNA是转化的基本要素。8年后，1952年，Hershey和Chase又用同位素示踪技术证明T2噬菌体感染大肠杆菌，主要是核酸进入细菌内，而病毒外壳蛋白留在细胞外。烟草花叶病毒的重建实验证明，病毒蛋白质的特性由RNA决定，即遗传物质是核酸而不是蛋白质。至此，DNA作为遗传物质才被普遍地接受。
1950年：Chargaff以不同来源DNA碱基组成的精确数据推翻了四核苷酸论，提出了Chargaff规则，即DNA的碱基组成有一个共同的规律，胸腺嘧啶的摩尔含量总是等于腺嘌呤的摩尔含量，胞嘧啶的摩尔含量总是等于鸟嘌呤的摩尔含量，即[A]＝[T]和[G]＝[C]。
1951年：Pauling和Corey应用X-射线衍射晶体学理论研究了氨基酸和多肽的精细空间结构，提出了两种有周期规律性的多肽结构学说，即alpha螺旋和B-折叠理论。
1953年：这是开创生命科学新时代的第一年，具有里程碑意义的是Watson和Crick发表了“脱氧核糖核酸的结构”的著名论文，他们在Franklin和Wilkins X-射线衍射研究结果的基础上，推导出DNA双螺旋结构模式，开创了生物科学的新纪元。同年，Sanger历经8年的研究，完成了第一个蛋白质一胰岛素的氨基酸全序列分析。
随后，1954年Gamnow从理论上研究了遗传密码的编码规律；1956年Volkin和Astrachan发现了mRNA(当时尚未用此名)；1958年，Hoagland等发现了tRNA在蛋白质合成中的作用；Meselson和Stahl应用同位素和超离心法证明DNA的半保留复制；Crick提出遗传信息传递的中心法则。
1960年：Marmur和Dory发现了DNA的复性作用，确定了核酸杂交反应的专一性和可靠性；Rich证明DNA-RNA杂交分子与核酸间的信息传递有关，开创了核酸实际应用的先河。与此同时，在蛋白质结构研究方面，Kendrew等得到了肌红蛋白0.2nm分辨率的结构，Perutz等得到了血红蛋白0.55nm分辨率的结构。
1961年：这是分子生物学发展不平凡的一年。Jacob和Monod提出操纵子学说，发表了蛋白质合成中遗传调节机理的论文，此论文被誉为是分子生物学中文笔优美的经典论文之一。同年，Brenner等获得mRNA的证据；Hall和Spiegelman证明T2 DNA和T2专一性RNA的序列互补；Crick等证明了遗传密码的通用性。
1962年：Arber提出第一个证据，证明限制性核酸内切酶的存在，导致以后对该类酶的纯
化，并由Nathans和Smith应用于DNA图谱和序列分析。
1965年：Holley等采用重叠法首先测定了酵母丙氨酰-tRNA的一级结构，为广泛、深入地研究tRNA的高级结构奠定了基础。
1967年：Gellert发现了DNA连接酶，该酶将具有相同粘末端或者平末端的DNA片段连接在一起。同年，Philips及其同事确定了溶菌酶0.2nm分辨率的三维结构。
1970年：Temin和Baltimore几乎同时发现了反转录酶，证实了Temin 1964年提出的“前
病毒假说”。在劳氏肉瘤病毒(RSV)感染以后，首先产生的是含有RNA病毒基因组全部遗传信息的DNA前病毒，子代病毒的RNA是以前病毒的DNA为模板进行合成的。反转录酶已成为目前分子生物学研究中的一个重要工具。
1972年～1973年：重组DNA时代到来。Berg、Boyer和Cohen等创建了DNA克隆化技术，在体外构建成具有生物学功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。与此同时，Singer和Nicolson提出生物膜结构的液态镶嵌模型。
1975年：Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印迹法；Gruustein和Hogness建立了克隆特定基因的新方法；O'Farrell发明了双向电泳分析蛋白质的方法，为分子生物学的深入发展创造了重要的技术条件；Blobel等报导了信号肽。
1976年：Bishop和Varmus发现动物肿瘤病毒的癌基因来源于细胞基因(即原癌基因)。
1977年：Berget等发现了“断裂”基因；Sanger、Maxam和Gilbert创立了“酶法”“化学法”测定DNA序列的方法，标志着分子生物学研究新时代的到来。
1979年：Solomon和Bodmer最先提出至少200个限制性片段长度多态性(RFLP)可作为连接人整个基因组图谱之基础。
1980年：Wigler等通过与某个选择性标志物共感染，从而把非选择性基因导入哺乳动物细胞；Cohen和Boyer获得一项克隆技术的美国专利。
1981年：Cech等发现四膜虫26S rRNA前体的自我剪接作用，随后又证明前体中的居间序列(intervening sequence，IVS)有五种酶的活力。几乎在同时，Altman从纯化的RNase P中，证明催化tRNA前体成熟的催化剂是RNase P中的RNA。具有催化作用RNA(ribozyme)的发现，促进了RNA研究的飞速发展。
1982年：Prusiner等在感染搔痒病的仓鼠脑中发现了朊病毒(prion)。
1983年：Herrera-Estrella等用Ti质粒作为转基因载体转化植物细胞获得成功。
1984年：McGinnis等发现果蝇、非洲爪蟾等同源异形基因中的同源异形盒(homeobox)的
核苷酸序列；Schwartz和Cantor发明了脉冲梯度凝胶电泳法；Simons和Kleckner等发现了反义RNA。
1985年：Saiki等发明了聚合酶链式反应(PCR)；Sinsheimer首先提出人类基因组图谱制
作计划的设想；Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法；Miller等发现DNA结合蛋白的锌指结构。
1986年：Dryja等发现成视网膜细胞瘤(Rb)基因是一种抑癌基因；Robin等采用X-光晶相学，证实了DNA结合蛋白的螺旋-转角-螺旋结构。
1987年：Mirkin等在酸性溶液的质粒中发现三链DNA；Burke等用酵母人工染色体(YAC)作载体克隆了大片段DNA；Hoffman等确定了Dnchenne肌肉萎缩病灶的蛋白产物是萎缩素(dystrophin)；Hooper等和Kuehn等分别用胚基细胞进行哺乳动物胚的转基因操作，取得重大进展。
1988年：Landsehalz等在对CyC3(细胞色素C基因调节蛋白)、癌基因产物(MyC、V-jun、V-fos)和CBP(CCAAT盒结合蛋白)的研究过程中，发现了结合区亮氨酸序列的周期性，提出DNA结合蛋白的亮氨酸拉链结构模型；同年，Whyfe等证明癌的发生是癌基因的激活和抑癌基因失活的结果。
1989年：Greider等首先在纤毛原生动物中发现了端粒酶(telomerase)是以内源性RNA为模板的反转录酶；Hiatt等首次报导了在植物中亦可产生单克隆抗体。
1990年：人类基因组计划(HGP)全面正式启动；Simpson等发现了对mRNA前体编辑起指导作用的小分子RNA(guide RNA)；Sinclair等在人类Y染色体上发现了新的性别决定基因-SRY基因。
1991年：由欧洲共同体(EC)组织17个国家35个实验室的147位科学家，以手工测序为主要手段，首先完成了第一条完整染色体(酵母3号染色体)的315kb的测序工作；Hake等首次报导在植物中发现含有同源异形盒基因；Blackburn等提出调节聚合序列[通式为(T/A)mGn，m＝124，n＝1~8]的单链DNA可形成分子内或分子间的四螺旋结构，起着稳定染色体的作用。
1993年：Jurnak等在研究果胶酸裂解酶时，发现一种新的蛋白质结构-平行B螺旋(parallel B helix)；Yuan等在哺乳类细胞内发现一种参与调节细胞凋亡并具有剪切作用的蛋白质-IL-1B转换酶(interlukin-1B-convertingenzyme，ICE)。
1994年：日本科学家在((Nature Genetics》上发表了水稻基因组遗传图；Wilson等用3年
时间完成了线虫(Celegans)3号染色体连续的2.2Mb的测定，预示着百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来。
1995年：Cuenoud等发现了具有酶活性的DNA；Tu等在中发现了具有转运与信使双功能的RNA-10 Sa RNA。
1996年：Lee等首次报导了酵母转录因子GCN4中的氨基酸片段能自动催化合成自我复制的肽；洪国藩等采用“指纹-锚标”战略构建了高分辨率的水稻基因组物理图谱，DNA片段的长度为120kb；Goffeau等完成了酵母基因组DNA全序列(1.25X10 7bp)的测定。
1997年：Wilmut等首次不经过受精，用成年母羊体细胞的遗传物质，成功地获得克隆羊-多莉(Dolly)；Willard等首次构建了人染色体(HACs)；Salishury等发现DNA一种新的结构形式-四显性组合，这可能是基因交换期间DNA联结的一种方式。
1998年：Renard等用体细胞操作获得克隆牛-Marguerife，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；GeneBank公布了最新人的“基因图谱98'’，代表了30181条基因定位的信息；Venter对人类基因组计划提出新的战略-全基因组随机测序，毛细管电泳测序仪启动。
从以上所述分子生物学的发展中，可以看出20世纪是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展。50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的DNA测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代。