上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程编号：BI906姓名：王庆 班级：F1102006 学号：5110209149专业：机械与动力工程学院 阅读与理解 题目编号 16 得分 序 阅读文章名称 1 A new hominin foot from Ethiopia shows multiple Pliocene bipedal adaptations 2 Additive threats from pathogens,climate and land-use change for global amphibian diversity 3 Causes,consequences and ethics 4 Changing Arctic Ocean freshwater pathways 5 Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing 6 Comparing the yields of organic and conventional agriculture 7 Consequences of changing 8 Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome 9 Emerging fungal threats to animal,plant and ecosystem health 10 Evolution of increased complexity in a molecular machine 11 Genetic contribution to stability and change in intelligence from childhood to old age 12 Getting the measure of biodiversity 13 Global patterns in biodiversity 14 Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation 15 Insights into hominid evolution from the gorilla genome sequence 16 Prediction mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners 17 Rapid evolutionary divergence and ecotypic diversification of germination behavior in weedy rice populations 18 Recent contribution of glaciers and ice caps to sea level rise 19 Regeneration of whole fertile plants from 30000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost 20 Reversal of cocaine-evoked synaptic potentiation resets drug-induced adaptive behaviour 21 Stability and complexity in model ecosystems 22 Stability criteria for complex ecosystems 23 Systematic conservation planning 24 The diversity-stability debate 25 The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses 26 Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current 27 Will a Large Complex System be Stable
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程编号： BI 906 姓名： 王庆 班级： F1102006 学号： 5110209149 专业： 机械与动力工程学院 阅读与理解 题目编号 16 得分 序 号 阅读文章名称 1 A new hominin foot from Ethiopia shows multiple Pliocene bipedal adaptations 2 Additive threats from pathogens, climate and land-use change for global amphibian diversity 3 Causes, consequences and ethics 4 Changing Arctic Ocean freshwater pathways 5 Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing 6 Comparing the yields of organic and conventional agriculture 7 Consequences of changing 8 Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome 9 Emerging fungal threats to animal,plant and ecosystem health 10 Evolution of increased complexity in a molecular machine 11 Genetic contribution to stability and change in intelligence from childhood to old age 12 Getting the measure of biodiversity 13 Global patterns in biodiversity 14 Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation 15 Insights into hominid evolution from the gorilla genome sequence 16 Prediction mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners 17 Rapid evolutionary divergence and ecotypic diversification of germination behavior in weedy rice populations 18 Recent contribution of glaciers and ice caps to sea level rise 19 Regeneration of whole fertile plants from 30000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost 20 Reversal of cocaine-evoked synaptic potentiation resets drug-induced adaptive behaviour 21 Stability and complexity in model ecosystems 22 Stability criteria for complex ecosystems 23 Systematic conservation planning 24 The diversity–stability debate 25 The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses 26 Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current 27 Will a Large Complex System be Stable
Burga Alejandro,Casanueva M.Olivia,Lehner Ben et al.Predicting mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners.Nature,2011,480(Dec.8 TN.7376):250-253 从遗传相互作用伴侣的早期随机变异预测突变结果 王庆 背景知识： 1.部分名词解释： (I)表型(phenotype),指能将生物体分类成独立类群的一系列特征。英文注释：A phenotype refers to a set of characteristics that can be used to classify organisms into discrete groups. (2)分子伴侣(molecular chaperones):一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质， 它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构 成这些蛋白质结构执行功能时的组份。 (3)不完全外显率(incomplete penetrance):在特定环境中，某一基因型中的部分个体显示 预期表型的比率。 (4)冗余(redundancy):概念来源于自动控制系统可靠性理论。在串联系统中，当系统的元 件数目增大时，系统的可靠性便急剧下降，并且任何一个元件失效，都会引起整个系统失 效。为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。“冗余是 生命有机体减少外界环境不利变化对其生存影响的保险对策”山 (5)热休克蛋白(Hsp90):英文名称：heat shock protein,指：昆虫组织或细胞由热或其他化 学的或环境的刺激诱导产生的一类蛋白质，有助于昆虫耐受高温。 (6)报道基因(reporter gene):是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因，从而在其表达 后，使细胞表现出特定的可检测性状。此类基因所表达的蛋白活性己被确认，常被应用与 转基因技术当中，如常用的编码绿色荧光蛋白(GP)的基因。 2.正文摘要： 许多的突变，包括引起疾病的那些突变，都只有对个体的一个子集有有害作用。这其中 的原因还是未知的，但是可能包括额外的遗传变异和环境危险因素。然而表型不一致甚至会 在缺乏遗传变异中保留，比如，同卵双生的双胞胎，和突变的不完全外显率，在同质环境中 也会在同基因的模型生物中频繁地发生。这里我们构建了一个基于遗传互作网络的不完全外 显的模型。使用线虫作为模型系统，我们识别了在个体间改变与影响变异结果的两种补偿机 制。首先，诱导遗传基因在个体间不同的复制的反馈，伴随着高效的表达隐藏了突变的影响。 这支持了在基因组中的冗余是为了缓冲随机发育失败的假设。其次，在正常的胚胎发育中我 们发现在分子伴侣，比如Hs印90（热休克蛋白）的诱导中，有着实质变异。伴侣作为遗传变异 的缓冲区，有对Hs90有更强诱导胚胎不太可能被一种遗传突变影响。同时地，量化这两个 独立响应的变异允许一个突变的表型结果在个体中被更加精确地预测。我们的模型提供了一 个为了剖析不完全外显的原因的框架。此外，这个结果开创了在每个个体中，个体间是通过 特殊的和更一般的缓冲系统双方面的变异相结合来确定的遗传突变的结果的。 实验的过程与说明： 1这是公认的，同基因的个体在分子水平上表现出实质变异，比如特定基因的表达水平。 2.为了识别突变结果的决定因素，我们提出了一个基于基因互作网络的不完全外显率模 型。 3.为了测试我们的模型，我们首先使用了一个空的突变的T-box转绿因子基因tbx-9,它会 引起线虫幼虫形态在表皮和肌肉的异常发育的不完全外显缺陷。 4.如果tbx-9的不完全外显率是与tbx-8在表达过程中的变异有关，那么增加tbx-8的表达 应该能够弥补tbx-9的损失。 5.我们量化了对在正常发育中由tbx-8启动子驱动的荧光报道者的诱导，并发现在有重要
Burga Alejandro, Casanueva M. Olivia, Lehner Ben et al.Predicting mutation outcome from early stochastic variation in genetic interaction partners.Nature,2011,480(Dec.8 TN.7376):250-253. 从遗传相互作用伴侣的早期随机变异预测突变结果 王庆 背景知识： 1. 部分名词解释： (1) 表型(phenotype)，指能将生物体分类成独立类群的一系列特征。英文注释：A phenotype refers to a set of characteristics that can be used to classify organisms into discrete groups. (2) 分子伴侣（molecular chaperones）：一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质， 它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构 成这些蛋白质结构执行功能时的组份。 (3) 不完全外显率( incomplete penetrance)：在特定环境中，某一基因型中的部分个体显示 预期表型的比率。 (4) 冗余(redundancy)：概念来源于自动控制系统可靠性理论。在串联系统中，当系统的元 件数目增大时，系统的可靠性便急剧下降，并且任何一个元件失效，都会引起整个系统失 效。为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。“冗余是 生命有机体减少外界环境不利变化对其生存影响的保险对策”[1] (5)热休克蛋白(Hsp90)：英文名称：heat shock protein，指：昆虫组织或细胞由热或其他化 学的或环境的刺激诱导产生的一类蛋白质，有助于昆虫耐受高温。 (6) 报道基因 ( reporter gene)：是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因 ,从而在其表达 后，使细胞表现出特定的可检测性状。此类基因所表达的蛋白活性已被确认，常被应用与 转基因技术当中，如常用的编码绿色荧光蛋白（GFP）的基因。 2. 正文摘要： 许多的突变，包括引起疾病的那些突变，都只有对个体的一个子集有有害作用。这其中 的原因还是未知的，但是可能包括额外的遗传变异和环境危险因素。然而表型不一致甚至会 在缺乏遗传变异中保留，比如，同卵双生的双胞胎，和突变的不完全外显率，在同质环境中 也会在同基因的模型生物中频繁地发生。这里我们构建了一个基于遗传互作网络的不完全外 显的模型。使用线虫作为模型系统，我们识别了在个体间改变与影响变异结果的两种补偿机 制。首先，诱导遗传基因在个体间不同的复制的反馈，伴随着高效的表达隐藏了突变的影响。 这支持了在基因组中的冗余是为了缓冲随机发育失败的假设。其次，在正常的胚胎发育中我 们发现在分子伴侣，比如 Hsp90（热休克蛋白）的诱导中，有着实质变异。伴侣作为遗传变异 的缓冲区，有对 Hsp90 有更强诱导胚胎不太可能被一种遗传突变影响。同时地，量化这两个 独立响应的变异允许一个突变的表型结果在个体中被更加精确地预测。我们的模型提供了一 个为了剖析不完全外显的原因的框架。此外，这个结果开创了在每个个体中，个体间是通过 特殊的和更一般的缓冲系统双方面的变异相结合来确定的遗传突变的结果的。 实验的过程与说明： 1.这是公认的，同基因的个体在分子水平上表现出实质变异，比如特定基因的表达水平。 2.为了识别突变结果的决定因素，我们提出了一个基于基因互作网络的不完全外显率模 型。 3.为了测试我们的模型，我们首先使用了一个空的突变的 T-box 转绿因子基因 tbx-9，它会 引起线虫幼虫形态在表皮和肌肉的异常发育的不完全外显缺陷。 4.如果 tbx-9 的不完全外显率是与 tbx-8 在表达过程中的变异有关，那么增加 tbx-8 的表达 应该能够弥补 tbx-9 的损失。 5.我们量化了对在正常发育中由 tbx-8 启动子驱动的荧光报道者的诱导，并发现在有重要
的外源性的成分的胚胎之间发生了实质变异。 6.我们接下来量化了在tbx-9突变体动物中tbx-8的诱导报道，并发现了表达的确增加了。 7.再接下来，我们测试了在孵化过程中，诱导tbx-8中的变异是否与tbx-9的突变有关。 8.FLYWCH转录因子fh-1和fh-2是一对额外的祖先基因的复制，冗余抑制了miRNA lin-4, Iin-48和mir-241在胚胎中的表达。在广泛的进化阶段，许多祖先基因副本部分的保留着冗余 的功能。一种对此的解释是因为由随机发展的错误提供的选择压力。 我们的研究为这种假说直接提供了实证支持，表明当一部分冗余基因是灭活的的时候， 在其他基因的表达变异变成了对个体表型的重要影响。我们认为，突变结果的一种额外影响 可能是对普通缓冲系统，比如分子伴侣的活性的变化。 9.我们为组成型的表达伴侣daf-21构造了一种转录报道者。 10.我们使用了对基因hsp-40的报道者，测试了是否这种变异是特定的对daf-21还是对 其他伴侣共有的。 11.接下来，我们构建了允许我们去量化同时在个体间对两个缓冲系统表达的变异。 创新点： 在文章所表述的实验中，研究人员以线虫为模型系统，通过荧光标记的方法来检测胚胎 发育过程中基因的表达，并与正常发育的胚胎、各自的成年个体做了比较。 作者从中识别出了两个调控性补偿机制，其一是存在于特定的基因中：其二是分子伴侣 等普遍型调控因子。根据这些补偿的作用，来达到预测突变的结果。该模型提供了一个为了 剖析不完全外显的原因的框架，并也为分析内部遗传突变与外部环境影响提供了新方法。 全文总结：总的来说，我们己经表明，不完全外显率不仅是一个由突变引起的直接破坏 结果，而是生物体在特殊和更加偶然的遗传互作伙伴两方面有可塑的补偿响应，这在不同的 个体间是不同的。它是这些变异的结合体，它确定了每一个突变在每个个体中的结果。 遗传突变在其他的生物种类中也经常有不同的后果，包括人类疾病。基于从线虫中的发 现，我们建议，不完全的基因补偿可能在人类疾病中扮演一个角色，影响了在每个个体中的 遗传多态性结果。 读后感： 由于并非生科专业的学生，我也没有太纠结在文章后面对具体操作方法的补充叙述上， 而是将重点放在整个实验设计的原理、逻辑性与研究人员得出的结论中。所以在此无法得出 什么在操作方法上的可能存在的创新之处。另外，较多的生物技术方面的词汇让我有时候显 得无所适从，在翻译方面显得生涩甚至不通顺。 通览全文，研究人员通过一系列的实验，得出的是两个补偿机制，来解释为什么可以通 过遗传互作对的早期变异来预测其突变结果：通过量化这两个补偿机制在早期变异中的作用 于强度来达到目标。 在得出结论的同时，研究人员也验证了前人对于基因冗余作用的假设：为了缓冲随机产 生的发育的失败。通过查找文献，我也具体的了解到这些冗余对生物、对生态系统的作用。 总而言之，文章提出的是一种全新的用来预测个体成长发育后表现型的方法。 个人认为，从更深的层次来说，如果后来的研究者能顺着这个框架，深入发掘下去，找 到更加全面的量化方法使得人们能够完成对所需胚胎的多样的、复杂的所需表型的早期变异 的测量，那对于使用生物技术定向改变或是修饰生物的表型，可以节省大量的实验时间，或 是对某些个体的疾病的早期预防具有重要的指导作用。这些方面的潜在作用无疑是让我们激 动的，期待未来的生物技术人员能够在此领域做出贡献。 参考文献： [1]蔡昆争，段舜山.基因的功能冗余U】.生态学杂志，2001,20(4)：61-64
的外源性的成分的胚胎之间发生了实质变异。 6.我们接下来量化了在 tbx-9 突变体动物中 tbx-8 的诱导报道，并发现了表达的确增加了。 7.再接下来，我们测试了在孵化过程中，诱导 tbx-8 中的变异是否与 tbx-9 的突变有关。 8.FLYWCH 转录因子 flh-1 和 flh-2 是一对额外的祖先基因的复制，冗余抑制了 miRNA lin-4， lin-48 和 mir-241 在胚胎中的表达。在广泛的进化阶段，许多祖先基因副本部分的保留着冗余 的功能。一种对此的解释是因为由随机发展的错误提供的选择压力。 我们的研究为这种假说直接提供了实证支持，表明当一部分冗余基因是灭活的的时候， 在其他基因的表达变异变成了对个体表型的重要影响。我们认为，突变结果的一种额外影响 可能是对普通缓冲系统，比如分子伴侣的活性的变化。 9. 我们为组成型的表达伴侣 daf-21 构造了一种转录报道者。 10. 我们使用了对基因 hsp-40 的报道者，测试了是否这种变异是特定的对 daf-21 还是对 其他伴侣共有的。 11.接下来，我们构建了允许我们去量化同时在个体间对两个缓冲系统表达的变异。 创新点： 在文章所表述的实验中，研究人员以线虫为模型系统，通过荧光标记的方法来检测胚胎 发育过程中基因的表达，并与正常发育的胚胎、各自的成年个体做了比较。 作者从中识别出了两个调控性补偿机制，其一是存在于特定的基因中；其二是分子伴侣 等普遍型调控因子。根据这些补偿的作用，来达到预测突变的结果。该模型提供了一个为了 剖析不完全外显的原因的框架，并也为分析内部遗传突变与外部环境影响提供了新方法。 全文总结：总的来说，我们已经表明，不完全外显率不仅是一个由突变引起的直接破坏 结果，而是生物体在特殊和更加偶然的遗传互作伙伴两方面有可塑的补偿响应，这在不同的 个体间是不同的。它是这些变异的结合体，它确定了每一个突变在每个个体中的结果。 遗传突变在其他的生物种类中也经常有不同的后果，包括人类疾病。基于从线虫中的发 现，我们建议，不完全的基因补偿可能在人类疾病中扮演一个角色，影响了在每个个体中的 遗传多态性结果。 读后感： 由于并非生科专业的学生，我也没有太纠结在文章后面对具体操作方法的补充叙述上， 而是将重点放在整个实验设计的原理、逻辑性与研究人员得出的结论中。所以在此无法得出 什么在操作方法上的可能存在的创新之处。另外，较多的生物技术方面的词汇让我有时候显 得无所适从，在翻译方面显得生涩甚至不通顺。 通览全文，研究人员通过一系列的实验，得出的是两个补偿机制，来解释为什么可以通 过遗传互作对的早期变异来预测其突变结果：通过量化这两个补偿机制在早期变异中的作用 于强度来达到目标。 在得出结论的同时，研究人员也验证了前人对于基因冗余作用的假设：为了缓冲随机产 生的发育的失败。通过查找文献，我也具体的了解到这些冗余对生物、对生态系统的作用。 总而言之，文章提出的是一种全新的用来预测个体成长发育后表现型的方法。 个人认为，从更深的层次来说，如果后来的研究者能顺着这个框架，深入发掘下去，找 到更加全面的量化方法使得人们能够完成对所需胚胎的多样的、复杂的所需表型的早期变异 的测量，那对于使用生物技术定向改变或是修饰生物的表型，可以节省大量的实验时间，或 是对某些个体的疾病的早期预防具有重要的指导作用。这些方面的潜在作用无疑是让我们激 动的，期待未来的生物技术人员能够在此领域做出贡献。 参考文献： [1]蔡昆争,段舜山.基因的功能冗余[J].生态学杂志,2001,20(4):61-64