1. 提綱

A 課時數：2 （第1次課）

B課程內容

1.1分子生物學簡介

1)? 講述分子生物學的發(fā)展和學習方法

2)? 介紹1~2個最新的研究進展（植保相關）砌溺。

C主要知識點

專業(yè)名詞

分子生物學 molecular biology

功能基因組學 functional genomics

2. 課堂內容

教材

分子生物學是生命科學相關專業(yè)中的核心課程之一影涉，另外就是生物化學和遺傳學。現階段规伐，我覺得應該要加上基因組學和基本的生物信息學蟹倾。3大課程的教材都比較厚，在本科階段猖闪，一般都只是挑選其中的主要內容進行講述鲜棠。在slide 3中，我列了幾本參考書培慌，不同的教科書基本內容都是一致的豁陆。其中最厚的那一本是鄭用鏈老師等譯注的《分子生物學》，也是這些教材中唯一包含大量實驗結果的（如膠圖等原始實驗結果）吵护。此外盒音，還有許多的網上資源，特別是一些視頻資源馅而，能夠極大的幫助大家去理解抽象的一些理論知識祥诽。

課程的特點與學習方法

基本上不會有同學認為《分析生物學》是一門容易的課程。它的難度可能在幾個方面：一是相關理論都是從一些實驗結果抽象出來的瓮恭，大部分實驗結果可能是一條條的DNA或者蛋白的電泳條帶雄坪，根據這些“條帶”，分子生物學家門可以推測生物體在分子水平的運行規(guī)律屯蹦。二是所學到的理論來源于對有限的幾個模式生物系統(tǒng)的研究维哈，而且我認為對模式生物的了解也還是有限盯漂；三是涉及許多專業(yè)名詞，而且很多名詞是英語的（偶爾還雜合拉丁文的詞根）笨农，不懂了解這些名詞就缆，就聽不懂相關的內容。

學習建議

1.從“粗”到“細”谒亦，構建自己的知識體系竭宰；

2.三分靠記，七分靠意（圖像記憶份招，從實驗來理解切揭，生物學家的思維方式）；

3.讀完一本教材的2/3以上（這個對大部分同學有難度）锁摔；

4.學習3-5個經典實驗的原理和思想廓旬；

5.充分利用網上的學習資源（但不要依賴網絡）；

6.閱讀20-50頁的英文資料谐腰；

7.利用好老師（利用好-老師孕豹，利用-好老師，大家都已經進入實驗室了十气，和老師多聊多問）

The scientist is not a person whogives the right answers, he's one who asks the right questions.--Claude Levi-Strauss (列維-斯特勞斯)

1. 背景簡介

如果要評出大家最最感興趣的自然科學問題励背，在生命科學領域，任何凡夫俗子都能隨時提出許多來砸西，比如為什么不能長生不老叶眉，為什么要睡覺，為什么會出現冠狀病毒芹枷。在農學領域也是一樣衅疙，比如能不能創(chuàng)造出新的農作物抵抗所有病害，植物是如何感應環(huán)境變化的鸳慈。在2005年饱溢，science雜志125年紀念版提出的125個重大科學問題中，有不少和植物相關的蝶涩，而且這些領域也是相關的研究熱點理朋，大家有興趣也可以讀一讀（http://science.sciencemag.org/content/309/5731/78.2/tab-pdf）。

為了理解生命科學是如何逐漸成為一門學科的绿聘，建議大家先理解一下從拉馬克主義到達爾文進化論嗽上。拉馬克主義主張獲得性遺傳，好比將水稻一直在冬天種熄攘，也許就能獲得耐冷的水稻兽愤。達爾文的進化論我不用多說，大家都是比較了解的。近期表觀遺傳學的發(fā)展浅萧，有科學家提出的新拉馬克主義來解釋獲得性遺傳逐沙，即環(huán)境引起的表觀遺傳變化，表觀修飾的DNA更容易產生基因突變洼畅，從而“獲得”新的表型適應環(huán)境吩案。但我覺得這還是在進化論的范式中。這里要再提一下的是進化論的思想對我們理解生物學問題至關重要帝簇，好像進化論可能是生命科學中唯一真正上升到哲學思想層次的徘郭。我以前喜歡和學生開玩笑說，在回答生物學問題時丧肴，只要說“這是生物進化....”残揉，基本都能回答自然界各種生命現象，再加上在《分子生物學》中學的幾個專業(yè)名詞解釋一二芋浮，就會顯得高大上了抱环。（當然，這是玩笑纸巷，不適合跟專業(yè)人士交談時使用）镇草。

2. 分子生物學是做什么的

我希望大家看看這個小幽默（英文原版更帶勁），當你能理解其中的幽默之處時何暇，說明大家入門了陶夜。

鏈接：https://www.zhihu.com/question/22263377/answer/24446363

來源：知乎

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英文出處：http://www2.biology.ualberta.ca/locke.hp/dougandbill.htm

比爾之死 （The Demise of Bill）

Douglas

R. Kellogg

節(jié)譯

山腳下有家汽車工廠黔夭，山頂上住著兩個人宏胯。一個叫比爾，是個退休的遺傳學家本姥，還有一個是退休的生化學家（沒人知道他叫啥）肩袍。兩人一輩子都在追求學術，對于汽車是怎么回事一無所知婚惫，但現在他們退休了氛赐，決定研究一下汽車是怎么跑的。不過先舷，因為不同的學術背景艰管，他們采用了完全不同的方法。

比爾蒋川，因為不喜歡辛苦（和大部分遺傳學家一樣）牲芋，立刻想到了一個辦法來理解汽車的運行。第二天早晨他下山去把工廠里的一個工人的手給捆了起來。然后他回到山上倒了杯咖啡悠閑地坐下缸浦。正當他把咖啡送到嘴邊的時候夕冲，外面?zhèn)鱽砹似婀值捻懧暋艹鋈グl(fā)現，生化學家從工廠里弄來了一輛車裂逐，渾身都是油污地鉆在車里歹鱼。比爾問他在干啥，生化學家說：“我在把車拆開卜高，看看它是怎么運作的弥姻。”比爾大笑不止篙悯，回到自己的桌邊悠閑地喝了一整天咖啡——與此同時生化學家一直在辛苦地和車搏斗蚁阳。

天色將晚，比爾把筋疲力竭的生化學家叫過來鸽照，朝山下一指螺捐。新車正從工廠里魚貫而出，但所有的車都少了一個圓形的部件矮燎。結果所有的車都沒能轉過第一個彎定血，全堆在了草坪上〉猓“啊哈澜沟！”比爾高呼，“我今天捆手的那個工人就是負責安裝這個圓形部件的峡谊，而這部件負責轉向茫虽。”接著他問生化學家今天學到了什么既们。生化學家說濒析，他今天都在研究一個白色的小零件，而他還不知道這零件是干啥的啥纸。遺傳學家又一次大笑不止号杏。

第二天，比爾再接再厲斯棒，下山去把另一個工人的手捆了起來盾致，然后又回到山上喝咖啡。正當他把咖啡送到嘴邊的時候荣暮，外面?zhèn)鱽砹艘宦暠ā艹鋈グl(fā)現庭惜，生化學家正在從地上爬起來，滿臉都是黑的渠驼，大半頭發(fā)都燒沒了蜈块。比爾問他是怎么回事鉴腻，生化學家只是簡單地說，“我發(fā)現汽車鐵箱里的液體是高度易爆的百揭∷ィ”晚些時候，兩人向山下望去器一，發(fā)現工廠里一輛車都沒有出來课锌。比爾很困惑。就這樣過去了很多天祈秕。

比爾對他的每一項發(fā)現都大肆宣揚渺贤。比如有一天，工廠出來的車沒有前窗和后窗请毛，卻有側窗志鞍。比爾對汗流浹背的生化學家說：“今天我捆手的那個工人負責裝前后窗，這和側窗是獨立的方仿」膛铮”有天晚上，幾杯酒過去之后仙蚜，生化學家對比爾說：“既然你已經知道了這么多此洲，告訴我車是怎么運作的∥郏”比爾似乎有些迷惑呜师，想了一會兒，他說贾节，如果汽車沒有底下的四個圓形東西汁汗，它就哪里都不能跑，所以這些圓東西就是負責讓汽車跑起來的結構栗涂。生化學家只是又喝了一口碰酝，什么都沒說。但其實戴差，幾個月下來，生化學家覺得自己發(fā)現了一些初步的通路铛嘱。比如暖释，一個通路是，鐵箱里的爆炸液體通過一個細管道抵達一個儀器墨吓，在這里變成蒸汽球匕，然后蒸汽被吸進幾個圓柱形腔室。另一個通路是帖烘，從電池來的電流流經他之前研究過的那個白色小零件亮曹，形成火花，引燃了蒸汽，把一個活塞推了出去照卦。生化學家還研究了那些根本沒從工廠里開出去的車式矫，研究它們各自到底缺少了什么零件。由此他驗證了之前拆車時形成的很多理論役耕。

過了些日子采转，遺傳學家覺得自己對車已經懂得夠多了，于是他決定買一輛車瞬痘，這樣在等待捆手實驗結果的時候他可以出去兜風故慈。但是幾周后他的車突然不能啟動了，他想一定是需要換輪子了——但是換完之后沒有效果框全。這時生化學家路過察绷，簡單檢查之后，他說津辩，看來是一條電池線松了拆撼，不費吹灰之力就把車修好了。故事的結尾是這樣的：有一天丹泉，比爾的車撞到了樹上——他的車開得好好的情萤，但是突然有只果蠅爬到了他眼睛上。不幸的是摹恨，他沒戴安全帶筋岛，因為當他把安全帶工人的手捆上時，車子運轉起來完全正常晒哄，因此他覺得安全帶是演化遺跡睁宰，對車的功能并不重要。所幸他沒有死寝凌，但是他一出院就立刻買了一輛新車柒傻，然后把生化學家叫來，讓他幫忙把車拆開较木。

Douglas R. Kellogg is in the Departmentof Physiology, School of Medicine, University of California, San Francisco, CA94143.GENErations,Volume 2, Number 11994 Genetics Society of America, March 31, 1994

后面還有一個The Demise of Bill的故事红符，大家也可以看看。http://www2.biology.ualberta.ca/locke.hp/dougandbill.htm

傳統(tǒng)生物學研究中伐债，遺傳學家往往就是去掉一個基因（突變體）预侯，看看對生物有什么影響，如一個基因突變后峰锁，小麥矮了一般萎馅，就叫這個基因為半矮桿基因(如semi-dwarf1, sd1)，那它就是控制植物高矮的虹蒋，在未克隆到基因以前糜芳，可以通過雜交飒货、回交、測交等峭竣，知道這個基因是存在的塘辅、是和哪些基因連鎖，到了80邪驮、90年代莫辨，可以通過map-based gene cloning（基因的圖位克隆）來獲得基因的序列毅访；生物化學家眼中沮榜，就是把基因產物弄出來，看看是怎么發(fā)揮作用的喻粹，是催化了哪個反應蟆融，合成了什么物質。以sd1為例守呜，這個基因是催化赤霉素合成代謝中某一步驟的酶型酥。而分子生物學是要將兩者結合，找到基因查乒，還弄清楚基因是如何工作的弥喉，再深入一點，再一個生物學過程中玛迄，基因的活性是如何被調控的由境、如何調控下游基因的。

分析生物學的誕生

經典遺傳學階段蓖议，提出了基因概念虏杰，請大家自己歸納一下以下3位科學家的主要貢獻：孟德爾的豌豆；摩爾根的果蠅勒虾；Barara的玉米纺阔。他們的名字和貢獻的理論是大家都要記住的。

在遺傳學發(fā)展的同時修然，生物化學的發(fā)展也將基因的化學本質逐步揭示, 明確了DNA是遺傳物質笛钝，接著DNA雙螺旋的發(fā)現和中心法則的提出，這是分子生物學誕生的標志°邓危現在婆翔，大家可以找到基因，克隆基因掏婶，改造基因，同時從遺傳和生化方面研究“基因”的故事潭陪。

分子生物學誕生的一些重要節(jié)點

1869年, Friedrich在細胞核中發(fā)現一種混合物雄妥，成為核素（nuclein）

19世紀末, DNA和RNA的化學成分的確定

1928年最蕾，Griffith細菌轉化實驗

1941年，Geogle Beedle和Tatum提出一個基因一個酶的假說

1944年老厌，Oswald Avery證明了DNA是攜帶遺傳物質

1950年瘟则，Erwin Chargaff發(fā)現A=T，G=C

1952年枝秤，Hershey和Chase進一步證明DNA是遺傳信息的載體

1953年醋拧，Watson和Crick確定DNA的雙螺旋結構

1958年，Crick提出中心法則

建議大家讀一讀Watson和Crick發(fā)表的DNA double Helix的論文淀弹，就一頁丹壕，經典。

中心法則

相信大家都學過了中心法則薇溃。最早由Crick提出的菌赖，是生物遺傳信息的傳遞法則。后來經過部分修正沐序。教科書或網上有非常多的資料來介紹中心法則琉用。簡單說，DNA保存遺傳信息（DNA->DNA）策幼，可以自我復制邑时；DNA可以將遺傳信息轉錄給RNA （DNA->RNA)；RNA作為中間“信使”特姐，將遺傳信息翻譯為蛋白質(RNA->Protein)晶丘；蛋白質催化各種生化反應。而對中心法則的修正包括到逊，一是RNA也可以自我復制铣口，貯存遺傳信息，并可以逆轉錄為DNA（RNA病毒）（RNA->DNA）觉壶；二是朊病毒(prion)中脑题，蛋白被認為也可以攜帶遺傳信息傳給蛋白 (Protein -> Protein)；三是 RNA和蛋白可以調控DNA貯存的遺傳信息（如通過siRNA改變基因表達铜靶，蛋白給DNA或RNA進行各種表觀遺傳學修飾叔遂，改變遺傳信息的表達）。

其實争剿，我們這個課程就是講述中心法則中的每一步是如何完成的已艰。結果半個世紀的研究，我們對生命的中心法則有了前所未有的了解蚕苇，但未知的問題還是很多哩掺。課程中高級一點的知識就是在中心法則框架下，一些關鍵的涩笤、或我們感興趣的生物學過程是如何完成的（或被調控）嚼吞。比如盒件，植物病理學基礎研究中的一個重要問題就是植物如何分辨病原細菌，病原物又是如何突破植物的免疫系統(tǒng)成功入侵的舱禽。這里面牽涉了許許多多的基因炒刁、各種層次的生物大分子的互作，如果大家深入了解下午誊稚，會發(fā)現植物和病原物都是”高智商“翔始，能夠非常精確地找到對方的弱點，這可能就是進化的”奇跡“

什么是分子生物學里伯？

□在分子水平上闡明不同生物的共同規(guī)律城瞎，揭示生命的本質。

□分子生物學主要致力于對細胞中不同系統(tǒng)之間相互作用的理解俏脊，包括DNA全谤，RNA和蛋白質生物合成之間的關系以及了解它們之間的相互作用是如何被調控的。

□基因的分子生物學爷贫。講述基因的“故事”, one gene, one story.

分子生物學的基本原則

□共同的基本“元件”（單體）構成生物大分子

□生物大分子單體的排列決定了不同生物性狀的差異和個性特征认然。

□所有生物遺傳信息表達的中心法則是相同的

3. 關于分子生物學的一些tip

現代分子生物學研究利用模式生物系統(tǒng)來，從分子水平闡明各種生命活動的普遍規(guī)律漫萄。研究內容包括：基因工程（遺傳工程）卷员，基因表達調控，生物大分子的結構和功能腾务，基因組學與生物信息學毕骡，系統(tǒng)生物學等。這里也特別提一下生物信息學岩瘦，隨著技術的發(fā)展未巫，生物學研究涉及愈來愈多的大數據，平時不學一點這方面的知識启昧，就會落伍叙凡、淘汰。

常見的模式生物

大腸桿菌密末，Escherichia coli

酵母握爷，Saccharomyces cerevisiae

線蟲，Caenorhabditis elegans

斑馬魚严里，Danio rerio

果蠅新啼，Drosophila melanogaster

小鼠，Mus musculus

擬南芥刹碾，Arabidopsis thaliana

水稻燥撞，Oryza sativa

分子生物學研究對象的尺度：微觀為主，兼顧宏觀。

分子生物學依賴實驗：結論來源于實驗叨吮，依賴儀器辆布。

4. 一些例子

分子生物學是發(fā)展最快的學科之一，與其他學科間的界限也逐漸模糊茶鉴。很多課程都會在前面加個“分子”兩個字就可略見一斑，如“分子細胞生物學”景用，“分子植物病理學”涵叮，....。

農業(yè)領域的研究離不開植物伞插，這里給大家推薦一些材料去閱讀割粮。

1. Nature Plants在2017年發(fā)表的一篇綜述，系統(tǒng)地介紹了中國植物學研究的復興媚污。

2. 中科院儲成材老師舀瓢，2013年在《植物學報》發(fā)表的一篇轉基因育種的綜述。

3.對于植保的同學來說耗美，植物生物技術5大突破中京髓，植保相關的占了3個（https://croplife.org/news/5-big-biotech-breakthroughs/）：抗病，抗除草劑商架，抗蟲相關的堰怨。

4. 在幻燈片中，也介紹了幾個植物相關的大型研究項目蛇摸，大家有興趣可以看看备图。

此外，我也列了幾個近2年的一些有意思的研究例子赶袄，這些研究論文在網上都能找得到相關的科普介紹揽涮。

1. 赤晶米 （作物的營養(yǎng)強化）

2. 基因編輯作物 （新的生物遺傳改良途徑）

3. 基因編輯人類嬰兒事件（example of bad science）