2022年年生物学综合考博真题和答案四川大学 .pdf

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1、一：必答题1.在你的研究领域或你感兴趣的领域中，请简述你认为的一个重大的科学突破和一个最有希望突破的科学问题，并说明其对生物科学研究的作用和影响。在此领域中，哪些科学问题你愿意以毕生精力去解决。2.在你亲自参加的研究课题中，请叙述一组令你特别兴奋或标志性的实验（可简图帮助说明）包括：1.实验目的2.实验设计和手段3.试验中所遇到的具体问题和解决方法4.实验结果对该领域的贡献5.下一步实验设计和想法二：选答三题1.今年中央一号文件明确提出要加强农业转基因生物技术研究、安全管理，科学普及，请谈谈我国对转基因生物的科学及现状及需要做的工作答：我国对转基因生物的科学及现状: 尽管我国转基因生物研发起步

2、较早但相关科普工作一直处于较低水平，相关支撑技术与基础设施亦十分薄弱，这与国际发展趋势以及国内发展要求都是极不相称的。同时，较之发达国家， 我国国民总体科学素质水平不高，认知能力较差， 民众参与意识淡薄，加之人口基数大、区域差异大、农村人口多、媒体覆盖面小，很难进行及时、高效的科普工作。需要做的工作 : 1 政府统筹规划，在机制、技术、设施方面全力保2 建 立 高效的 转 基 因 生物 科 普 渠 道1 ) 传统媒体与新兴媒体并重 。2 ) 重视示范，开展形象化科普。3 ) 占领重要阵地，发挥辐射带动作用。4 ) 重视信息反馈与交流 。3 创作形式丰富喜闻乐见优秀的转基因生物科普作品2.举例说

3、明肠道宏基因组与疾病的关联分析方法。答： 在人体内微生物的数量比人类细胞要多10 多倍。其中大多数的微生物都是正常的肠道菌群。这些微生物的编码基因总量是人类编码基因数目的 50-100倍，被统称为宏基因组。 出生后进入人体并对人体代谢产生重要影响的这些微生物是后天禀赋的重要承载者 , 调控人体的生命健康。例如：肠道微生物与2 型糖尿病的宏基因组关联在新一代鸟枪法深度测序技术的基础上，研发出一种新的宏基因组关联分析方法。先后分两个阶段，对总计345 个人的肠道微生物进行了MGWAS，共鉴定出大约6 万个与T2D相关的分子标记；然后又确定了这些基因标志物在粪便标本中的丰度，根据其相对丰度或者分类将

4、T2D患者和非T2D患者体内的宏基因组模式加以归纳、提炼和分类汇总，从而建立起一个全新的概念宏基因组关联群组。3.你掌握的知识和理解，举例阐述应该如何有效地开展珍稀頻危动物的保护名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 答： 由于人口，活动范围广，使许多珍贵的野生动物被迫退缩残存在边远的山区、森林、草原、沼泽、荒漠等地区，分布区已极其狭窄。被分割成互不连接的独立群体，近亲繁殖，品种日益退化。濒危动物物野外数量濒危动物的种群

5、数量稀少，而且继续呈下降趋势。大型动物种群个体数少，濒危程度高，数量减少较快；小型动物种群个体数较多，濒危程度尚低，野外数量减少稍慢。二）濒危原因 1.自然灾害的直接破坏，使得某些数量较少动物种群中的个体大量死亡。自然灾害所造成的食物严重缺乏使某动物种群大量饥饿致死。如大熊猫种群在1983 年因主食箭竹大面积开花枯死，严重威胁大熊猫种群的生存。 2.由于人类活动的直接或间接影响，使得动物种群在地理上形成隔离的小种群，而这样的小种群最容易成为特种而且难以适应生境的剧然变化， 它们一般总是最先绝灭。 3.有些处于食物链顶端的某些大型动物，如华南虎、东北虎等， 由于它们的种群数量本身就不多，所以一旦

6、遇到食物和栖息地的破坏和急剧变化， 很容易变成濒危种类。 4.有较高经济价值和商业价值的野生动物，如雪豹、梅花鹿等，被人类所大量猎捕而造成濒危。 5.由于动物残留种群基因交换机遇减少，近亲繁殖而损害种群繁衍。 6.人类经济活动和现代化生产，对自然环境造成的严重破坏和污染，导致了动物个体的受损和死亡，如白鳍豚、赤颈鹤。根据濒危动物的现状，保护濒危动物应当注意以下几个方面：1. 保护野生动物种群保护濒危动物首先是保护它们的野外种群和个体，使它们能够在各自的分布区内满足生存的基本要求 ( 包括食物、水、隐蔽物、栖息环境、繁殖条件等) 。不得惊忧和捕杀野生濒危动物，未经许可不能私自动物种群是保护濒危动

7、物的关键，它直接关系到濒危动物能否生存和延续它们的种群。2. 栖息地的保护保护濒危动物的生存环境、取食区域、繁殖条件、求偶或迁徙通道，是恢复濒危动物种群的重点工作。3. 建立救护和繁殖种群对很难在自然状态条件下繁衍或是种类数量已经达不到自然扩大种群的濒危动物。应特别批准救护繁殖单位采取人工繁殖措施和饲养的自然繁殖，为濒危动物扩大种群创造条件。4. 减少和消除不利因素人口的增长，粮食产地的开垦，城市的扩大，湖泊、湿地的开发、森林的减少、河流的污染，这些人为因素和经济活动却无时不在干扰和影响着野生动物的繁衍生息。应当采取必要和有效的措施，限制、减少和延缓这些不利因素对野生动物。5. 加强管理，严惩

8、偷猎应当严格执行国家颁布的野生动物保护法和各项保护野生动物法规，采取有力措施制止偷猎行为， 坚决查处和打击各种偷猎、走私和贩运国家保护动物的犯罪分子，实行对濒危动物的重点保护。做到严禁乱捕滥猎；设立禁止捕猎区；设立自然保护区；野生动物的迁移地保护拓展： 1. 北部白犀牛 2. 白鳍豚：别名白暨、白鳍豚，白暨豚种群数量很小，为国特有的珍稀水生兽类，亟待加强保护。产于长江中下游湖北、安徽、江苏段的干流之中。它们大约在长江生活了2500 万年，有“活化石”的美称。由于数量奇少，被列为中国一级保护野生动物。 3.苏门答腊虎：在野生状态下只有20 只。随着 40 年代巴利虎和70 年代里海虎的灭绝，人们

9、预计，这一物种在不久的将来也将在地球上消失。 4.斯比克斯鹦鹉：在野生状态下，斯比克斯鹦鹉虽没有完全灭绝但已经少得不能再少。1990年寻找这种鸟的鸟类学家仅仅找到一只幸存的雄性鸟，生活在遥远的巴西东北部地区。目前被人俘获的大约31 只鸟是这种鸟能够存续下去的唯一希望。5. 奥里诺科鳄鱼：是南美洲体形最大的食肉动物，也是地球上 12 种最濒临灭绝的物种之一。6. 僧海豹据专家估计，世界上仅有500 只，生活在地中海，受到海水和海滩生态环境变坏的影响，被渔民大量捕杀。 7. 微型猪：是世界上最小的猪，野猪的一种，主要生活在印度东北部。60 厘米长，高约25 厘米，成年猪不足10 公斤。曾在喜马拉雅

10、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 山地区大量存在，现在仅印度阿桑地区的玛纳斯国家公园拥有为数不多的几头。其基因与家猪的基因并无太大差别。 8. 小嘴狐猴：世界最小的猴类，生活在马达加斯加。 9.兰. 坎皮海龟是目前全世界范围内12 种最濒危动物中唯一数目成增长趋势的动物。需经历11-35 年成长期。 12. 夏威夷蜗牛4.当前我国社会经济发展和生态环境保护的矛盾越来越突出，请从生态学的角度谈谈你的认识，并对生态保护

11、提出建议答：环境问题，既是经济问题，又是社会问题。经济和社会的发展取决于环境资源的支撑能力，保护环境能够促使国民经济持续、健康、协调地发展；如果环境进一步恶化，那么不仅影响经济的发展，也影响社会的安定。由于保护环境直接关系到国家的强弱、民族的兴衰、社会的稳定，关系到国家的全局战略和长远发展，加之我国环境问题的严重存在，所以，环境保护在我国尤其重要。建议： 国家要加强对生态环境的保护，禁止滥伐森林，严禁捕猎野生动物。植树造林、兴修水利、加固堤坝、保护植被、退田还湖、退田还林。实行计划生育。减少资源浪费，保护资源，合理利用资源。发展环保科技，加强对污染的处理。作为公民，要增强环保意识，落实环保行动

12、，同破坏环境的行为作斗争。5.详述基因与基因组的概念，指出真核生物与原核生物基因组在物理结构和遗传内容上的差异。何为基因组计划？基因组序列的公布给传统的分子生物学研究带来了哪些方法上的改革？答： 基因: 是具有遗传效应的DNA片段。 基因组： 一个细胞或者生物体所携带的一套完整的单倍体序列，包括全套基因和间隔序列。从细胞结构1. 真核细胞具有由染色体、核仁、核液、双层核膜等构成的细胞核；原核细胞无核膜、 核仁，故无真正的细胞核，仅有由核酸集中组成的拟核2. 真核细胞有内质网、高尔基体、 溶酶体、 液泡等细胞器， 原核细胞没有。 真核细胞有发达的微管系统，其鞭毛（纤毛） 、中心粒、纺锤体等都与微

13、管有关，原核生物则否。3. 真核细胞有由肌动、肌球蛋白等构成的微纤维系统，后者与胞质环流、吞噬作用等密切相关；而原核生物却没有这种系统，因而也没有胞质环流和吞噬作用。真核细胞的核糖体为80S型，原核生物的为70S型，两者在化学组成和形态结构上都有明显的区别。4. 原核细胞功能上与线粒体相当的结构是质膜和由质膜内褶形成的结构，但后者既没有自己特有的基因组，也没有自己特有的合成系统。真核生物的植物含有叶绿体，它们亦为双层膜所包裹，也有自己特有的基因组和合成系统。与光合磷酸化相关的电子传递系统位于由叶绿体的内膜内褶形成的片层上。原核生物中的蓝细菌和光合细菌，虽然也具有进行光合作用的膜结构，称之为类囊

14、体，散布于细胞质中，未被双层膜包裹，不形成叶绿体。从基因组结构1. 真核生物中除某些低等类群（如甲藻等） 的细胞以外， 染色体上都有5种或 4 种组蛋白与DNA结合， 形成核小体；而在原核生物则无。2. 真核生物中除某些低等类群（如甲藻等） 的细胞以外， 染色体上都有5 种或 4 种组蛋白与DNA结合，形成核小体；而在原核生物则无。 3. 真核细胞含有的线粒体，为双层被膜所包裹，有自己特有的基因组、核酸合成系统与蛋白质合成系统，其内膜上有与氧化磷酸化相关的电子传递链从遗传过程1. 真核细胞的转录在细胞核中进行，蛋白质的合成在细胞质中进行，而原核细胞的转录与蛋白质的合成交联在一起进行。2. 真核

15、细胞的有丝分裂是原核细胞所没有的。3. 真核细胞在细胞周期中有专门的DNA复制期（ S期） ；原核细胞则没有，其DNA复制常是连续进行的。最原始的真核生物的直接祖先很可能是一种异常巨大的原核生物，体内具有由质膜内褶而成的象内质网那样的内膜系统和原始的微纤维系统，能够作变形运动和吞噬。以后内膜系统的一部分包围了染色质，于是就形成了最原始的细胞核。内膜系统的其他部分则分别发展为高尔基体、溶酶体等细胞器。按照美国学者L. 马古利斯等重新提出的“内共名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

16、 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 生说” （见细胞起源） ，线粒体起源于胞内共生的能进行氧化磷酸化的真细菌，而叶绿体则起源于胞内共生的能进行光合作用的蓝细菌。基因组计划：一般指20 世纪 90 年代初实施的人类基因组计划（HGP ） 。现泛指包括对水稻、拟南芥、酵母等模式生物的基因组分析，核心内容为基因组全序列测定。6.请详述数据库的概念，写出你所了解的常用数据库管理系统。如果你在实验室有一批新的数据并大声构建一个数据库向外发布，你打算怎样做，写出完整的步骤。数据的类型自己设定，可以是核苷酸，氨基酸序列或任何你熟悉的数据7.分别举例阐述生物大分子之间的相互作用是怎样

17、影响基因表达的。8.请设计实验确定某种蛋白质是否能够停留在内质网中，若能，请在设计你， ，认引导其进入内质网和停留在内质网中的信号序列是什么（注：信号序列。蛋白质自身中的一段连续的氨基酸残基组成）9.要想研究某种天然小分子药物对细胞增殖或者死亡的影响，什么研究。反映细胞增殖或死亡现象？如何进一步研究细胞内某个蛋白在小。调剂细胞增殖或死亡过程中发挥了关键作用10. 试述组织培养的理论和实践意义？答：植物组织培养即植物无菌培养技术，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官如根、茎、叶、茎尖、花、果实等）组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）或细胞（如大孢子、小孢子、体细胞等）以

18、及原生质体,在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株的学科实践意义： 这在一定程度上解决了通过去病毒等提高作物产量与品质问题，也为配合育种进行新品种的培育。提供了新途径组织培养的研究中，发现培养细胞中含有大量的次生物质，而且这些次生物质具有一定的药用价值。这明显地促进了药物生产，扩大了某些短缺药物的来源。同时， 减少对天然药材的过度采集，对于生态环境的平衡也具有一定的积极影响。调味品和香料等日用化合物在近半个世纪以来一直依靠有机化学合成。无疑，植物组织培养这一技术的发展为获得这些有机物开辟了一条新的途径。1 植物组织培养是脱毒苗（种

19、苗不懈怠遗传病毒）2 植物组织培养育苗速度最快（实验室全年生产）3 植物组织培养技术学起来不难（4 植物组织培养就是克隆技术，生产的苗子都一样，大田5 植物组织培养生产成本不高6 植物组织培养的种苗平均增产40%-50% （马铃薯为例脱毒苗比普通苗可增产45%-50% 植物组织培养的简单过程如下：剪接植物器官或组织经过脱分化（也叫）形成愈伤组织再经过再分化形成组织或器官经过培养发育成一颗完整的植株。植物组织培养的大致过程是：在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖或花药）的一部分切下来，放在适当的人工培养基上进行培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。不过这种组织没有发生分

20、化，只是一团薄壁细胞，叫做愈伤组织。 再适合的光照、 温度和一定的营养物质与激素等条件下，愈伤组织便开始分化，产生出植物的各种器官和组织，进而发育成一棵完整的植株。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 11. 植物是怎样适应逆境条件的？答： 逆境 : 使植物产生伤害的环境，又叫胁迫，包括冷热旱涝。植物对逆境的适应 :1.生物膜的改变， 当植物在逆境条件下植物通过改变膜中膜脂的状态和膜脂的成分来适应逆境条件。2. 胁迫蛋

21、白，在逆境条件下植物体会内会诱导合成部分新蛋白，这些蛋白对植物细胞耐受逆境刺激，平稳度过不良环境，有重要作用。例如，热激蛋白、冷调蛋白、厌氧多肽等。3. 清除体内的活性氧；在逆境条件下植物体受到环境刺激后会积累大量的自由基，自由基会破会植物细胞膜的完整性，这是植物的体内会产生一些酶，如超氧化物歧化酶、过氧化氢还原酶、过氧化物酶等将体内的过多自由基清除，从而使植物免受伤害。4. 渗透调节；当植物受到水分胁迫时植物体内积累某些有机物质，提高细胞液浓度降低其渗透势，使植物得以保存体内水分，适应缺水环境。这些物质有。脯氨酸、甜菜碱、钾离子等。 5. 脱落酸；当植物处在逆境时可促进细胞内脱落酸水平升高，

22、提高植物的抗性，减少膜伤害，较少自由基对膜的伤害，促进渗透物质积累，减少水分丢失。 6 避逆性，耐逆性逆境对待谢的影响：1破坏细胞膜结构完整性2影响酶活性3 大分子物质分解失活4内源 ABA水平升高12. 微生物的发展方向及其在现代农业中的作用? 答：就目前来说，微生物跟自然环境与生物体是密不可分的，比较明显的就是有益和有害的相互影响。纵观人类发展史，微生物在对人类和自然环境中的作用，那是功不可没。比如：抗生素产生菌的发现，让人类有了抵抗病原微生物感染的有利武器，挽救了无数人的生命；有害方面也很明显，比如无数次的疫病暴发，都是很多种病原微生物造成的。但现在的诸如医药、农业、化工、新材料、能源等

23、等方面的新技术、新手段， 都与微生物有极强的依赖。比如： 微生物生产的乙醇、石油分解菌、 新药产生菌、拮抗病原的有益菌、调整人和动植物健康的益生菌。从这方面来说，有益微生物的研究和发展应是无可限量的。单就从近些年微生物方面的国家支持和扶持研究的项目，及在此方面转化和进行的项目来看，微生物应该说是微生态产业正是当下的朝阳产业。1. 提高土壤肥力：任何植物都必须依土壤为基地，从土壤中汲取养分。而土壤形成的本身，及土壤熟化的过程都主要是微生物的作用。微生物分解土壤中植物所不能直接利用的有机质， 形成腐殖质， 改善了土壤结构，增加了植物可吸收利用的养分。 同时，土壤中一些固氮的微生物把大气中游离态的

24、n2 固定到菌体中或土壤里供植物利用，这样大大改善土壤肥力。另外，土壤中的微生物由于存在着拮抗作用，而产生了许多抗生物质，这些物质可以抑制和杀灭有害微生物，从而使作物生长的更好，使产量大大提高。 2. 生物固氮： 生物固氮不仅节约能源, 而且不会对环境造成威胁。但迄今为止所发现的固氮微生物均不可以在粮食作物如水稻、小麦、玉米以及多种果树、蔬菜上固氮 , 即使少数可以, 起固氮量也很少, 所以这些农作物的高产不得不以来化学氮肥。生物固氮不仅节约能源, 而且不会对环境造成威胁。但迄今为止所发现的固氮微生物均不可以在粮食作物如水稻、小麦、玉米以及多种果树、蔬菜上固氮 , 即使少数可以, 起固氮量也很

25、少, 所以这些农作物的高产不得不以来化学氮肥。 3 生物农药：生物农药统属于所谓的“第三代农药”。第三代农药包括杀灭剂、绝育剂、性诱剂、拒食剂、激素等，这些多数是生物代谢的产物。在农业上使用生物农药不会带来严重的污染而且对人类的健康不会产生危害，不但可以防治害虫，还对粮食产量的增加有很大的促进作用。13. 微生物与植物互作的种类有哪些？如何合理利用他们之间的互作关系？答： a. 植物与根际微生物的互作, 微生物对植物的作用是多方面的。在根际微生物区系中，主要体现在微生物分泌激素对整株植物具有促生作用、根际微生物的分解和转化作用及对植物病害的生防作用; 可以将有益的根际微生物开发成微生物肥料。

26、b. 叶名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 围微生物的分布，叶围微生物对某些植物病害具有一定的拮抗作用。叶围微生物在其生长发育过程中会产生具有拮抗性或竞争性的一种或几种代谢产物，从而达到抑制植物病原菌的效果。C. 植物与内生菌的互作；植物内生菌在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于植物的各种组织和器官内部并与植物建立和谐联合关系，其中的某些类群可以产生各种化学物质，并且能通过竞争或其他作用来抑制杀死某些致病菌。植物内生

27、菌包括内生真菌、内生细菌和内生放线菌等。请论述哪些研究手段和方法对生命科学特别是遗传学的研究促进作用？请举例说明。14. 请简述 DNA双螺旋模型，并论述DNA 双螺旋模型的意义以及生物学，遗传学等科学发展的作用答： DNA双螺旋结构模型是James Watson 和 Francis Crick 于 1953 年提出的描述DNA二级结构的模型，也称为WatsonCrick 结构模型。模型要点是：（ 1）两条多核苷酸链以相反的平行缠结， 依赖成对的碱基上的氢键结合形成双螺旋状，亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧， 而碱基位于内侧， 两条链的碱基之间以氢键相结合，一条链的走向是5到 3 ，

28、另一条链的走向是3到 5 ； （2）碱基平面向内延伸，与双螺旋链成垂直状；（3）向右旋，顺长轴方向每隔0.34nm 有一个核苷酸，每隔3.4nm 重复出现同一结构； （4）A与 T配对，其间距离1.11nm；G与 C 配对，其间距离为1.08nm，两者距离几乎相等，以便保持链间距离相等； （5）在结构上有深沟和浅沟；（6） DNA双螺旋结构稳定的维系横向稳定靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性递积力维持双螺旋模型的意义，不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制：由于腺膘呤(A) 总是与胸腺嘧啶（T）配对、鸟膘呤（G）总是与胞嘧啶（C）配对，这说

29、明两条链的碱基顺序是彼此互补的，只要确定了其中一条链的碱基顺序，另一条链的碱基顺序也就确定了。因此， 只需以其中的一条链为模版，即可合成复制出另一条链。克里克从一开始就坚持要求在发表的论文中加上“DNA的特定配对原则，立即使人联想到遗传物质可能有的复制机制”这句话。他认为，如果没有这句话，将意味着他与沃森“缺乏洞察力，以致不能看出这一点来”。在发表 DNA双螺旋结构论文后不久， 自然杂志随后不久又发表了克里克的另一篇论文，阐明了DNA的半保留复制机制这个结构模型的生物学意义的在于：反向平行的DNA双链解释了遗传学的基本问题遗传物质究竟是怎样进行精确自我复制的，即遗传复制中样板的分子基础。DNA

30、双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础; 提出了硷基配对是核酸复制、 遗传信息传递的基本方式；从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。在此期间的主要进展包括：遗传信息传递中心法则的建立对蛋白质结构与功能的进一步认识15. 请描述第二代测序的基本原理，其与第一代测序的异同，以及第二代测序在当前分子生物学研究中的应用。第一代指双脱氧末端终止法，扩增后通过毛细管电泳读取序列，每次获取数据量少第二代为高通量测序， 采用微珠或高密度芯片边合成边测序，代表有 454，solexa ，solid ，高通量，可一次获得数G数据，相

31、对与第三代，都仍然需要扩增的方法放大信号，扩增后再检测。第三代特点是单分子测序，多基于纳米科技， 无需扩增， 对单分链DNA/RNA 直接用合成、 降解、通过纳米孔等方式直接测序，核心特点是无需扩增所以成本更低第二代测序技术的核心思想是边合成边测序（Sequencing by Synthesis)，即通过捕捉新合成 的 末 端 的 标 记 来 确 定DNA 的 序 列 ， 现 有 的 技 术 平 台 主 要 包 括Roche/454 FLX、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

32、 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - Illumina/Solexa Genome Analyzer和 Applied Biosystems SOLID system。16. 请描述你知道的蛋白质功能预测的常用方法，以及他们的优点和局限性。何为GO(gene ontology)他在蛋白质功能预测中有哪些作用？第一代 DNA测序技术用的是1975 年由桑格（ Sanger）和考尔森 （Coulson ）开创的链终止法或者是 1976-1977 年由马克西姆 （Maxam ）和吉尔伯特 （Gilbert）发明的化学法 （链降解） . 并在 1977 年，桑格测定了第一个基因

33、组序列，是噬菌体X174的，全长5375 个碱基 1。自此，人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入基因组学时代。研究人员在 Sanger 法的多年实践之中不断对其进行改进。在 2001 年，完成的首个人类基因组图谱就是以改进了的Sanger 法为其测序基础，Sanger 法核心原理是：由于ddNTP的 2和 3都不含羟基，其在DNA的合成过程中不能形成磷酸二酯键，因此可以用来中断DNA合成反应，在 4 个 DNA合成反应体系中分别加入一定比例带有放射性同位素标记的ddNTP （分为：ddATP,ddCTP,ddGTP和 ddTTP ） ， 通过凝胶电泳和放射自显影后可以根据电泳

34、带的位置确定待测分子的DNA序列（图2） 。值得注意的是， 就在测序技术起步发展的这一时期中，除了 Sanger 法之外还出现了一些其他的测序技术，如焦磷酸测序法、链接酶法等。其中，焦磷酸测序法是后来Roche 公司 454技术所使用的测序方法24，而连接酶测序法是后来ABI 公司 SOLID技术使用的测序方法2,4 ，但他们的共同核心手段都是利用了Sanger1 中的可中断DNA合成反应的dNTP 。总的说来， 第一代测序技术的主要特点是测序读长可达1000bp，准确性高达99.999%，但其测序成本高， 通量低等方面的缺点，严重影响了其真正大规模的应用。因而第一代测序技术并不是最理想的测序

35、方法。经过不断的技术开发和改进，以Roche 公司的454 技术、illumina公司的 Solexa ， Hiseq 技术和 ABI 公司的 Solid技术为标记的第二代测序技术诞生了。 第二代测序技术大大降低了测序成本的同时，还大幅提高了测序速度，并且保持了高准确性，以前完成一个人类基因组的测序需要3 年时间，而使用二代测序技术则仅仅需要1周，但在序列读长方面比起第一代测序技术则要短很多。表 1 和图 3 对第一代和第二代测序技术各自的特点以及测序成本作了一个简单的比较5，以下我将对这三种主要的第二代测序技术的主要原理和特点作一个简单的介绍。测序技术在近两三年中又有新的里程碑。以 PacB

36、io 公司的 SMRT 和 Oxford Nanopore Technologies纳米孔单分子测序技术，被称之为第三代测序技术。与前两代相比， 他们最大的特点就是单分子测序，测序过程无需进行PCR扩增。其中 PacBio SMRT 技术其实也应用了边合成边测序的思想5，并以 SMRT 芯片为测序载体。 基本原理是： DNA聚合酶和模板结合,4 色荧光标记 4 种碱基（即是 dNTP ）,在碱基配对阶段, 不同碱基的加入, 会发出不同光, 根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。 同时这个 DNA 聚合酶是实现超长读长的关键之一, 读长主要跟酶的活性保持有关, 它主要受激光对其造成的损伤所影响

37、。PacBio SMRT 技术的一个关键是怎样将反应信号与周围游离碱基的强大荧光背景区别出来。他们利用的是ZMW （零模波导孔）原理：如同微波炉壁上可看到的很多密集小孔。小孔直径有考究, 如果直径大于微波波长, 能量就会在衍射效应的作用下穿透面板而泄露出来，从而与周围小孔相互干扰。如果孔径小于波长 , 能量不会辐射到周围，而是保持直线状态 （光衍射的原理） , 从而可起保护作用。同理 , 在一个反应管(SMRTCell: 单分子实时反应孔) 中有许多这样的圆形纳米小孔, 即ZMW( 零模波导孔 ), 外径 100多纳米 , 比检测激光波长小( 数百纳米 ), 激光从底部打上去后不能穿透小孔进入

38、上方溶液区, 能量被限制在一个小范围( 体积 20X 10-21 L)里, 正好足够覆盖需要检测的部分, 使得信号仅来自这个小反应区域, 孔外过多游离核苷酸单体依然留在黑暗中, 从而实现将背景降到最低。另外，可以通过检测相邻两个碱基之间的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 测序时间，来检测一些碱基修饰情况，既如果碱基存在修饰，则通过聚合酶时的速度会减慢，相邻两峰之间的距离增大，可以通过这个来之间检测甲基化等信息（图7） 。SMRT技术的测序速度很快，每秒约10 个 dNTP 。但是，同时其测序错误率比较高（这几乎是目前单分子测序技术的通病），达到 15%,但好在它的出错是随机的，并不会像第二代测序技术那样存在测序错误的偏向，因而可以通过多次测序来进行有效的纠错。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -