表观遗传学的特点
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表观遗传学的特点范文第1篇
关键词:分子生物学；课程设计；教学评价；探索
分子生物学是在分子水平上研究生命现象与生命本质的科学。作为生命科学的共同语言，主要阐明生物大分子的结构、代谢途径、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制，是推动新的诊断、治疗和预防方法。对于中西医结合医学生而言，学习医学分子生物学，不仅是为未来的专业课的学习打下基础，也为将来的工作和继续深造学习提供知识储备。学生在学习时靠死记硬背，缺乏对知识的思考，不能将分子生物学的知识和临床学科的内容进行横向联系，导致基础理论知识和临床实际应用严重脱节。这无疑更不利于优秀的中西医结合人才的培养。因此，针对目前社会对高素质中西医结合人才的要求，必然需要我们针对中西医结合专业的特点，优化分子生物学的教学内容，探索有效的教学方法，以激发学生的学习兴趣，强化学生对知识的记忆，培养学生将理论知识应用到其他课程学习及今后临床工作中的能力，真正发挥分子生物学在医学研究领域的重要作用。
一分子生物学课程教学的总体设计
分子生物学作为医学临床和科学研究的基本工具，发展速度快、应用广泛。根据中西医结合人才培养的目标与要求，以“理论适度，突出应用”为原则，优化教学内容，对教材内容进行更新、精简和重组。同时对教学学时加以调整，做到重点主要讲，拓展自学为主，并且改变教学模式，采用多种教学方法。
（一）教学内容整合和优化
分子生物学内容改革主要是以基础知识为主体，积极反映本学科发展的新动向、新进展，力求做到“少而精”，由浅入深，循序渐进，既注意层次分明，又注意知识的连贯性及实用性。拟对教学内容包括以下几点更新和优化。目前我校采用的《分子生物学》教材是第八版《生物化学与分子生物学》，之前采用过新世界中医药院校创新教材《分子生物学》第一版。中西医结合专业分子生物学大纲要求授课内容包括绪论、基因与基因组、DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白质的生物合成、基因表达与调控、基因工程与癌基因。在培养设计中，《分子生物学》一般在《生物化学》之后学习。为了增强知识的连贯性和整体性将原来基因与基因组这章的内容与基因表达调控内容进行整合，重点介绍基因的结构，病毒、原核和真核生物基因组的特点。原癌基因和癌基因这章的内容，适度减少，原因是为了适应当前知识的更新，在此处只做基本概念的介绍，同时，提醒学生要紧跟科学发展，追踪相关知识的更新。其他章节适度增加科学研究的新进展，而教学内容基本不变。除此之外，需要对一些章节的知识进行更新。例如基因表达牵涉到遗传学和表观遗传学的内容，尤其是表观遗传学是近几年生命科学研究的热点，其对基因表达的调控涉及生殖发育、环境适应和疾病的产生。而目前《分子生物学》的“基因表达调控”一章只介绍了“原核生物的表达调控”和“真核生物表达的调控”两节内容，没有表观遗传学的内容，应予以适当添加，考虑到学时的限制，我们拟在表观遗传学的基本概念、调控方式和研究策略上做简单的概括性的介绍。另外，在目前的分子生物学研究中，常常牵涉到基因组学的研究，其内容涉及海量的生物学信息的推导和计算。例如引物设计、测序比对、同源分析、表观遗传位点分析和组学研究分析等等。这就牵涉到一个重要的工具学科—生物信息学的学习。但是目前许多中医类院校忽视对此内容的学习。考虑到此学科的难度，我们拟简单介绍生物信息学的基本内容和常用的生物软件的用途及使用方法，为他们在以后的工作和研究中打下基础。再而，细胞通讯和信号转导是目前中医药科学研究重点强调的内容，但目前本章的学习内容主要在强调基础知识，忽视了与科研和临床实际问题相结合。因此在本章中，我们拟整合和提炼基础知识，重点讲授与常见生理病理（例如糖尿病、细胞凋亡等）密切相关的信号转导通路。
（二）课时的合理分配
分子生物学是从分子水平探索生命现象、生命活动的规律和本质的一门学科。因此，学习的内容牵涉到蛋白质、核酸等分子。本科阶段的教学目标是通过本课程的学习，使学生掌握分子生物学的基本理论、基本技能和最新进展，并特别注重与基础医学和临床医学的结合，从而为学生进一步学习其他专业课程和开展医学研究工作奠定医学分子生物学基础。因而，在课时分配上注重对基本理论和基本技能的侧重。安徽中医药大学中西医结合专业分子生物学的总学时是36学时，其中理论27学时，实验时。理论学时中，绪论1学时，基因与基因组2学时，DNA的生物合成•4学时，RNA的生物合成4学时，蛋白质的生物合成4学时，基因表达与调控4学时，基因工程6学时和癌基因2学时将原来的DNA生物合成的4学时变为5学时，原癌基因与抑癌基因由2学时变为1学时。原来的基因表达调控由4学时变为6学时（将基因与基因组的内容整合到基因表达调控章节之前）。实验学时的分配没有变化，PCR技术应用3学时，核酸的制备和测定6学时。
二教学方法的革新
在教学过程中我们要根据教学内容采用一定的教学方法，这主要是由于不同的教学方法都有其适用性，而教学方法本身不存在绝对的优劣。《分子生物学》各章内容都有其关键知识点，而每一知识点都有其特点，任何单一的教学方法对每一关键知识点而言并不总是最适合的。学生有了实际的参考的物质加以想象后就很容易理解这些抽象的知识要点，再进行理解记忆就变得相对简单了。且有了这样的类比经验可以启发学生产生更多的想象，让这个分子生物学的某些知识变得简单易懂。归纳和总结一直是医学基础课学习的重要方法。分子生物学的许多概念、分子结构特点和反应过程比较相近，学生易于混淆。例如，重叠基因与重复序列、启动子与增强子等。诸如这类概念或化学过程相近的知识点，关键是使学生掌握两者的相同和不同点，因此对比归纳式教学方法就有其优越性。教师通过对有联系的知识点的对照归纳分析，有助于突出重点、易化难点，有助于将知识条理化、系统化，使学生把握住知识点内在的联系和区别，达到认识其本质的目的。基于上述原因，对优化后的各章关键知识点，采用不同教学方法如类比联想、归纳比较、引导启发和理论联系实际等方法进行讲授，比较各教学方法在此知识点的适用性和优劣性，最终优化出一套适合中西医结合临床专业多元教学方法体系。
三紧密联系临床实际应用
分子生物学学习的目的是为临床服务的，因此在教学上需要多联系实际的医学问题，即理论联系实际的教学方法。例如，在讲授DNA是遗传信息载体的时候，可以将DNA指纹联系到实际医学的基因诊断和基因治疗；在基因表达调控中，将遗传学（单基因与多基因遗传病）和表观遗传学调控，如DNA甲基化（组蛋白修饰）的表观遗传调控与心血管等疾病联系在一起；在癌基因与抑癌基因内容时，可以将临床实际遇到的癌症的遗传特点和检测方式中加以引入。通过这种和实际的医学诊断和治疗相结合的方法使学生认识到学习内容可以直接解决实际的健康问题，将极大地调动学习热情和兴趣，提高学习效果。四建立科学合理的评价体系为了提高学生的质量，使其更能适应社会需求，安徽中医药大学积极进行教学改革，要求转变教育思想，改变以前课堂教学的形式和对学生的评价体系。为此，在中西医结合专业分子生物学的评价体系中，初步建立形成性评价。评价体系主要包括考勤（10%）、课堂问题（20%）、每章科学问题讨论（20%）和试卷成绩（50%）课堂提问主要是每次课教师准备三个问题，让学生回答，根据回答情况，进行评分。每章科学问题讨论采用PBL形式，分组完成，最后给于评价。这种方式实施极大的调动学生的积极性，根本上改变之前仅依靠期末试卷带来的学生惰性式学习习惯，培养了学生的学习兴趣，课堂气氛活跃，学生课下投入的时间大大提高，学习的自主性和能动性都得到大大增强。和一些形成性评价相似，课时、场地的限制和教师与学生比例失调限制了这种评价体系的实施。五结语分子生物学是生命科学的分支，是中西医结合临床医学生必须熟练的基本知识和基本技能。在分子生物学的教学过程中，要密切联系临床的实际应用，及时联系科学研究动态，才能激发学生的学习兴趣，培养学习的积极性和调动学生自主学习的能力，使他们不仅能现在掌握分子生物学的基本知识，还能在未来工作中继续跟踪医学分子生物学的发展，适应社会对新型中西医结合专门医疗人才的要求。
参考文献：
[1] •秦崇涛,张捷平，王一铮等.医学分子生物学实验教学改革的探索[J].广西中医药大学学报,2012,15(4):102-104.
[2] 马•克龙，汪远金，黄金铃等.中西医结合专业分子生物学教学改革探索[J].中医教育,2013,30(1):50-52.
[3] 程•玉鹏，李慧玲，高宁等.《药学分子生物学》在中医院校的课程设计与教学评价[J].林区教学,2011(5):7-8.
[4] •聂晶，韩为东.•医学分子生物学教学个体化改革探讨[J].基础医学教育,2014,16(5):351-353.
表观遗传学的特点范文第2篇
关键词：生物科学 遗传学 教学内容 重复
中图分类号：G642.3 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.020
遗传学是研究生物遗传和变异规律的一门科学。它是现代生命科学教学中最重要的主干课程之一，是高等院校生物科学等相关专业必修的专业基础课。现今，遗传学正以极快的速度向前发展，并不断渗透到其它生物、医学学科，这使得原本在遗传学中讲授的内容也同时出现在其他课程的教学内容中。这种现象反映了遗传学在生命科学中的核心地位，也凸显了高校遗传学教学所面临的教学内容重复问题。事实上，为体现一门课程的系统性、完整性和先进性，在编写教材时，学科之间有关内容的相互渗透、交叉以至重复是不可避免的。但相同的内容在多门课程的课堂教学中反复出现会使学生失去学习兴趣，浪费宝贵的课时，使教学效率大打折扣。本文将对该问题进行分析，并提出一些对策供同行讨论。
1 遗传学与其它课程教学内容重复的具体表现
目前，我国各大专院校生物、医药、农林等专业均开设有遗传学。虽然不同专业的教学重点有所不同，但核心内容相对统一。遗传学是笔者所在学院生物科学等专业本科生的一门必修课，这门课的任务是：引导学生牢固掌握遗传学最重要的基本原理，熟悉各分支学科的主要理论与研究方法，了解遗传学的重大理论与技术进展，熟悉遗传学研究技术与实验装备，为学生毕业后在本学科以及相关学科中的发展打下坚实的基础。
除遗传学外，我院还为生物科学专业的学生开设有细胞生物学、分子生物学、基因工程、生物化学、微生物学等专业必修课。我们选用的遗传学教材的内容基本上涵盖了遗传学的各个发展阶段，其中，遗传物质的细胞学和分子基础、染色体的结构变异、基因突变与DNA损伤修复、原核生物和真核生物基因表达的调控等章节[1]与上述几门课程的教学内容分别存在着不同程度的交叉（表1），有的甚至是其它课程的重点内容。尤以分子生物学、基因工程这两门课的教学内容与遗传学的相似度最高，这三门课几乎都重复着共同的遗传学问题――遗传物质的结构、复制、转录、翻译、调控、突变、重组等。另外，我院生物科学专业细胞生物学、分子生物学的开课时间与遗传学相同，这使得遗传学教学内容重复的问题更加突出。
表1 遗传学教学内容在其它课程中的分布
2 问题的根源
其它课程的教学内容与遗传学出现重复并不是偶然的，这种局面的形成与遗传学自身的发展特点及其学科内涵有很大的关系。
遗传学的研究进程按照不同历史时期的学术水平和工作特点，大体上可划分为经典遗传学、生化遗传学、分子遗传学、基因工程学、基因组学和表观遗传学等数个既彼此相对独立又前后互相交融的不同发展阶段[2]。如果以半个多世纪前Watson和Crick提出DNA双螺旋结构为界，也可以简单的将整个遗传学的发展过程划分为经典遗传学（classical genetics）和分子遗传学（molecular genetics）两大阶段：经典遗传学以孟德尔遗传学为基础，主要研究性状在系谱中的传递，即基因在亲代和子代之间的传递问题；分子遗传学则是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支，主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。
在整个遗传学的发展史上，分子遗传学的地位无疑是相当重要的。它的兴起使遗传学的面貌焕然一新，既系统地继承和发展了经典遗传学和生化遗传学的研究脉络，又全面地影响并渗透到后继学科的各个领域。从内容上来看，分子遗传学与分子生物学的学科界限十分模糊。通过对上述课程教学内容的分析我们也不难发现，那些重复的内容有相当一部分是分子遗传学范畴的。另外，由于生化遗传学和早期的分子遗传学研究都以微生物为材料，因此遗传学与微生物学、生物化学之间必然存在着千丝万缕的联系。而基因工程学、基因组学本身就是现代遗传学的分支学科，它们成为生物科学专业的必修课或进入课堂教学是高校课程设置不断细化和专业化的结果，也难免会与同时开设的遗传学存在教学内容上的重叠。
3 解决教学内容重复问题的对策
教学内容重复无疑会影响教学效果。我们通过实践发现，从授课内容本身、教师和学生、以及教学方法等环节入手，能够有效地避免重复对教学带来的不利影响。
3.1 合理调整教学内容
近些年来，同行们在遗传学教学内容的调整上作了大量的改革和探索。常见的做法是根据自己的理解及理论专长跳跃式地分割讲授，或根据自己的经验对教学内容做出取舍，甚至有人提出只讲经典遗传学而放弃分子遗传学。上述做法并不能有效地解决遗传学的教学内容重复问题，相反会造成教学不成体系的局面，对“教”和“学”都很不利[3]；而如果无视教学内容重复的存在，贪多求全、面面俱到，对所有内容蜻蜓点水般逐一讲解，又无法实现大学遗传学教学深度和难度的提升。
我们认为，对遗传学教学内容进行删减是必要的，但必须遵循遗传学的发展历史和保持其完整的知识结构体系，不能大刀阔斧整章删除，而应在重复章节内部进行微调，具体做法包括：精简繁杂冗长的内容，下放学生能看懂的内容（自学），突出基础性、应用性的内容，增加前瞻性的内容等。这就要求教师有较高的遗传学理论修养，准确把握各章节特别是重复内容在整个遗传学教学体系中的地位，做好教学内容的层次划分，根据层次选择不同的授课侧重点。
3.2 加强授课教师之间以及师生间的协调沟通
教学内容重复已成为遗传学等课程授课教师的共识，对各自的教学内容进行删减无疑成了最简单、最常用的一种解决方法。但如果大家在没有交流的情况下对同样的内容都作了删除，重复的内容反而会变成被遗忘的内容。因此，积极促成遗传学与其他相关课程任课教师间的沟通十分必要。
我们认为，集体备课是教师之间进行相互沟通的一种有效形式。通过这种方式，相关课程的教学人员能够坐下来共同研究教学内容，在“知己知彼”的基础上协调、统筹各自的授课章节，明确重复内容的教学分工，制订满足包括遗传学在内的多门课程教学需要的授课计划，做到各有侧重而又不失体系的完整性。这不仅可避免实际教学过程中的低级重复，还能保证课程之间的相互衔接，有助于学生顺利地掌握所有课程的教学内容。另一方面，还应当加强授课教师和学生之间的课内外交流。如：教师可在开课前召开师生座谈会，了解所教班级学生对重复内容的掌握情况；开课后则根据学生的反馈，随时调整教学方案。
3.3 优选教学方法
为了保持遗传学完整的知识结构体系，所谓的重复内容不但不可不讲，而且还要下功夫选择合适的教学形式或方法来讲。对于在其他课程已深入学过而在遗传学中只需一般了解的内容，通过简单的问答引导学生回顾这部分内容即可；对于对遗传学新知识点有重要铺垫作用的其他课程的基础性知识，可采取布置学生课前或课中自学、再集中小结的方法帮助学生巩固复习之，还要注意从遗传学的角度阐明同一知识点，突出遗传学的学科特色；对于其他课程仅略有涉及但在遗传学中须进一步加深了解的内容，宜先勾起学生对这部分知识的点滴回忆，同时指出学生现有知识的不足，从而激发他们的求知欲，然后顺理成章地讲下去，在学生的高度关注中完成该知识点在遗传学中的深入讲授；对于一些有特殊作用的重复内容，则要综合运用多种教学方法将其讲好讲透，如：减数分裂在遗传学和细胞生物学的教材中均有详细的描述，属于重复的教学内容，但却是理解遗传的连锁交换和重组的一把钥匙；在整个遗传学的教学过程中，应反复多次向学生强调和提及减数分裂过程中的染色体行为，将这部分知识迁移和渗透整合进连锁遗传分析、真核生物遗传分析、细菌和病毒的遗传分析等多个章节，使枯燥难懂的遗传学分析过程变得易于理解，让重复的内容为新的知识点和教学难点服务。
此外，遗传学与其他课程之间还可以开展合作教学。如：我们尝试将遗传学和细胞生物学这两门专业基础课的实验课合二为一，以综合性大实验的形式开设，从而将遗传学和细胞生物学关联起来，有助于学生从整体上把握这两门课程，实现了教学资源的整合，提高了教学效率，较好地化解了教学内容重复的问题。
4 结语
遗传学与多门课程教学内容的重复是客观存在的，随着生物科学专业课程设置专业化程度的提高，这种局面将变得愈来愈突出。因此，调整遗传学教学内容势在必行。但无论进行怎样的调整，都必须遵循遗传学的发展历史、保持基础遗传学完整的知识结构体系。作为遗传学的授课教师，既要关心遗传学研究的最新动态，又要加强对遗传学理论体系的整体把握和理解，只有这样才能合理有效地解决遗传学教学内容重复的问题，从而节约教学资源，提高专业课教学质量。
参考文献：
[1]戴灼华，王亚馥，粟翼玟.遗传学[M].高等教育出版社，2008.
[2]吴乃虎.基因工程原理[M].科学出版社，1998.
[3]程焉平，刘春明，王洪振.尊重教学规律，保持遗传学教学的系统性[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2007，（2）：82-84.
作者简介：袁茵（1981-），女，河南开封人，研究生，讲师，从事遗传学教学工作，广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州 510006
陆幸妍，广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州 510006
表观遗传学的特点范文第3篇
1．1主要的遗传改造技术应用于制作动物模型上的优缺点
1．1．1转基因技术该技术将体外构建的包含基因表达框的DNA通过直接注射到受精卵雄原核中，使其在基因组DNA扩增的过程中随机插入到基因组中而构建，其中BAC转基因由于具有能完整地保留基因表达的调控元件、基因上下游序列较长大大降低了插入位点周围序列的影响、插入基因组中的拷贝数较低且传代较稳定等传统转基因所不具有的优点［5］，而越来越受到学者们的重视。该技术可以利用强驱动子使基因过表达，用于模拟和再现基因扩增引起的一些疾病，如许多肿瘤的发生是由于癌基因的扩增而造成的。利用转基因技术也可以在体表达针对某个或某些mRNA的micoRNA而关闭或敲弱这些基因的表达，以再现由于缺乏这些基因表达而造成的疾病。该技术的主要缺点是:一是插入的随机性可能造成外源性转基因的表达不能完全遵循原有内源性基因表达的模式，对内源性基因的表达还可能造成干扰;二是效率低。
1．1．2以同源重组为基础的遗传改造技术该技术将经改造后的序列通过同源重组替换原有的序列，从而达到改造基因的目的。该技术需经历ES细胞培养、ES细胞内重组和筛选、囊胚注射和子宫移植等阶段而获得嵌合鼠，再从嵌合鼠的后代中获得能稳定遗传改造过的基因的首建鼠。该技术可以用于对基因进行定点突变、整个或部分序列替换造成该基因功能的缺失，可实现传统敲除(conventionalknockout)［6］、结合Cre－loxp［7］、Flp－Frt［8］系统可实现对特定基因的条件性敲除(conditionalknockout，包括组织特性和发育阶段特异性敲除)。该技术可以模拟和再现人或动物由基因点突变而造成的疾病，可以实现在特定的组织细胞、特定的发育阶段关闭某个或某些基因的表达，以模拟和再现这些组织细胞或发育阶段相关的特定疾病的发生、发展过程等。该技术的主要缺点是:受限于ES细胞的培养技术(目前仅有小鼠、大鼠的数个ES细胞系可用)、首建鼠获得率低、周期长等。
1．1．3以人工核酸内切酶为基础的遗传改造技术近年来，许多学者从微生物中发现了几种能特异性识别某些碱基序列的内切酶并加以改进，发展成为人工核酸内切酶，应用该技术可以精确地对某些特异DNA序列进行识别、结合和特异性切除，以促进外源DNA序列在缺口处的插入，从而达到切除或者替换原有序列的目的，实现基因改造。近几年，迅速发展起来的人工内切酶技术，包括ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9技术，具有操作简单、修改精确度高、效率高、周期短、不受ES细胞的局限、可对多种细胞内的基因进行改造等优点［9］。其中CRISPR/Cas9技术在南京大学模式动物研究所得到了很好的开发和应用，黄行许等人利用该技术已经成功实现对包括人ES细胞在内的多种种属和种系细胞株内的基因改造，成功地实现了对小鼠［10］、大鼠［11］、猴［12］的基因改造，其中包括条件性敲除改造等。CRISPR/Cas9等新技术的开发和利用提高了遗传改造的成功率，使多种属、种系的遗传改造疾病动物模型的构建成为可能。
1．2遗传改造疾病动物模型在医药学研究上的应用及其特点
1．2．1在西医药研究上的应用特点及其前景基于对小鼠遗传信息的深入研究，对人、小鼠疾病的遗传学研究成果，目前已通过遗传改造技术构建出多种能再现人、小鼠疾病的小鼠模型，并被广泛应用于研究和揭示疾病发生和发展分别所涉及的信号通路、基因及其调控等。由于肿瘤的发生和发展过程实质上是体细胞或生殖细胞基因突变及其积累的过程，因此遗传改造技术构建的肿瘤疾病模型能再现许多肿瘤的发生和发展过程，因此在肿瘤医学研究和抗肿瘤药物开发上具有巨大的应用价值，并已取得了不小的成果。目前，已获知肿瘤发生和发展的过程是Ras通路［13］、WNT通路［14］或PI3K/AKT通路［15］等促进细胞增殖的信号通路被激活，而p53通路［16］或Rb通路［17］等抑制细胞增殖的信号通路被破坏的过程。在对这些分子机制较为深刻和充分的认识基础上，已开发出多种抗肿瘤药物。例如对靶向EGFR的药物已被应用于临床上抗肿瘤治疗［18］，对p53通路的调节模式的认识及对有关分子结构的了解，促成了MDM2抑制药物RG7112［19］等的产生，这些药物均在一定程度上对一些肿瘤有较好的疗效。近年来，基于对小鼠转移性肿瘤模型中获得的有关肿瘤转移过程所涉及的分子机理的深刻认识，为开发出能广泛抑制肿瘤转移药物提供了理论依据。由于受到ES细胞培养难等技术限制，目前遗传改造疾病动物模型绝大多数来自于小鼠，CRISPR/Cas9技术在多种模式动物中的成功应用，使得更广泛的动物遗传改造成为可能，从而为构建除小鼠以外的遗传改造疾病动物模型清除了技术障碍。
1．2．2在中医药学研究上的应用特点及其前景由于中医症候的标准化、量化从理论上和方法上的未统一、未确定，导致中医症候本身的描述和表征上存在争议性，使得依据中医药理论所构建的疾病动物模型能被业者认可的极为有限。尽快制订统一的中医症候确诊标准，探索符合中医药理论的量化方法，探讨和揭示中医症候与基因的表达调控及其功能的关系，有助于中医药实践和理论的深入发展。中医理论的整体观和辨证观强调了机体的整体性、个体的特异性和致病的辩证性在疾病诊断、病因、病机探索和疾病治疗上的关键作用，提示需要以组学如功能基因组学、转录物组学、蛋白质组学和代谢组学等的理念和方法，洞察中医症候的病因和病机。因此，从遗传学角度来解读中医症候，更多体现在以某个基因为主的多基因间相互关联和作用(整体性和辩证性)，更多表现为表观遗传学上的改变(个体性)所造成的症候的发生和发展。现代遗传改造技术的长足进步和CRISPR/Cas9等新技术的产生，使得经济、快捷地在1个个体中对多个基因进行改造和进行人为模拟自然调控成为可能。随着中医症候的标准化和量化从理论上得到统一和确定，方法上得到改进和广泛的认同，相信遗传改造技术所构建的中医症候动物模型在不久的将来必将面世，这将为中医药学的研究提供新的平台，有望促进中医药学的实践和理论发展达到新的高度。
2小结
表观遗传学的特点范文第4篇
[关键词] 药用植物； CRISPR/Cas9； 基因编辑技术
基因编辑技术在生物学研究中展现出了广阔的应用前景，已经成为基因改造和功能基因研究中不可或缺的技术手段，是一项可以与分子克隆、 PCR 等技术相媲美的技术突破[1]。由于CRISPR/Cas9系统具有强大的技术优势，一经报道便迅速成为分子生物学领域研究的热点，在推动基因治疗、基因功能研究、动物模型制造、农作物品种改良等领域发挥了巨大的作用。目前，该技术除了在细胞和动物水平展开应用之外，在多种模式植物及农作物的研究中也得到了广泛应用，例如拟南芥[2]、烟草[3]、水稻[4]、小麦[4]、玉米[5]、高粱[6]、番茄[7]、大豆[8]、甜橙[9]等。本文参考CRISPR/Cas9技术在其他领域中的研究方法和进展，展望其在药用植物功能基因组学研究、活性成分次生代谢及合成生物学研究、药用植物分子育种研究等方面的应用。
第一代基因组编辑系统锌指核酸酶[10]（Zincfinger nucleases，ZFNs）系统和第二代基因编辑系统类转录激活因子效应物核酸酶[11]（transcription activatorlike effector nucleases，TALENs）系统均是利用蛋白与 DNA 结合的方式靶向编辑特定的基因组位点，但由于二者组装复杂且成本高，其推广应用受到了一定的限制。近期韩春雨团队发明了一种最新的基因组编辑技术，即NgAgogDNA（Natronobacterium gregoryi argonauteguide DNA）技术[12]。NgAgo是一种DNA介导的核酸内切酶，初步研究表明该技术在靶基因选择广泛性和脱靶效率等方面较CRISPR/Cas9系统有一定的优势，但目前该技术仅在人类细胞中进行过试验，且在NgAgo蛋白的模块化程度、多位点编辑能力等方面还有待进一步考察。CRISPR/Cas[13] （clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPRassociated protein）系统，是继ZFNs和TALENs系统之后的第三代基因编辑系统，通过简单的核苷酸互补配对方式与特定的位点结合，即可实现对靶基因的编辑，其实验设计简单、操作简便、成本低，目前已经成为应用最为广泛的基因组编辑技术。
1.1 CRISPR/Cas系统的组成 CRISPR，即成簇规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats），由高度保守的重复序列和不同的间隔序列交替排列组成，间隔序列可特异性识别外源DNA。CRISPR/Cas广泛存在于古生菌和细菌中，属于获得性免疫系统，可以将入侵的噬菌体或质粒DNA特征片段整合到自己的基因组中成为间隔序列，形成记忆性免疫，当这些外源入侵者再次入侵时，系统就会自动行使特异性识别和剪切功能[1416]。CRISPR 基因座由crRNA（CRISPR RNA）与反式激活crRNA即tracrRNA（transactivating CRISPR RNA）复合物、Cas蛋白编码基因、前导序列（leader sequence）以及CRISPR序列组成，这些部件共同参与CRISPR/Cas系统的免疫防御功能[17]。
1.2 CRISPR/Cas系统的工作原理 CRISPR 系统分为 3 种类型，Ⅰ型和Ⅲ型系统均需多种Cas蛋白形成复合体才能行使切割功能[1819]，而Ⅱ型系统的特征性蛋白仅为1个Cas9蛋白，该蛋白具有加工产生crRNA和切割外源核酸的功能，Cas9 蛋白、crRNA 和tracrRNA三者共同作用即可对外源 DNA 进行靶向裂解[2021]。现在常用的CRISPR/Cas9系统即由Ⅱ型系统改造而来[22]（图1）。
当噬菌体或质粒DNA入侵宿主细胞时，Cas9 蛋白靶向并裂解噬菌体基因组中的原型间隔序列（protospacer），并将其整合到宿主基因组的 CRISPR 位点，然后将这些间隔序列转录成crRNA，在 Cas9蛋白的参与下，靶向切割入侵的噬菌体 DNA 序列，与此同时，重复序列截取噬菌体的某些 DN段形成CRISPR间隔序列，当同种噬菌体再次入侵时，间隔序列将会转录形成crRNA，这些 crRNA 与tracrRNA形成二级结构，与Cas9蛋白形成复合体，识别紧随原型间隔序列后的原型间隔序列毗邻基序（protospacer adjacent motif，PAM），Cas9蛋白的核酸酶结构域切割与 crRNA 互补的双链DNA形成DNA双链断裂（DSBs，DNA doublestrand breaks）。真核生物细胞内存在着2种DNA修复方式，可以主动修复DSBs。一种是非末端同源交连（NHEJ，nonhomologous endjoining），修复后的DNA双链经常出现个别碱基的缺失或插入，从而导致基因功能的改变；另一种是同源重组修复（HDR，homologydirected repair）方式，常引起碱基的替换。在自然条件下，同源重组修复出现的概率极低，因此细胞中DSBs的修复方式以NHEJ为主[23]，所以，经过CRISPR/Cas9系统编辑后的基因多导致基因功能的丧失。后来研究者们在深入了解CRISPR/Cas9系统的工作原理后，用一种含有发卡结构的sgRNA代替crRNAtracrRNA复合体系，并从链农杆菌S. pyogenes中得到Cas9蛋白编码序列，成功将这一技术简化到实验室研究中[22]。
1.3 CRISPR/Cas9基因编辑技术的优势 与其他基因编辑技术相比，CRISPR/Cas9技术具有显著的优势。主要体现在以下几点：①设计简单，适用范围广。只要靶基因序列中含有NGG的PAM位点[22]，即可将NGG上游20个碱基设计为sgRNA，靶向识别该序列，并在Cas9蛋白的切割作用下实现对靶基因的编辑。几乎所有的基因中都含有多个PAM序列，因此，CRISPR/Cas9系统能够对基因组中绝大多数基因进行编辑，而相比之下，ZFNs和TALENs系统对靶序列的限制较多，设计过程较为复杂，适用范围相对较小。②对植物基因组编辑的特异性较高。目前的研究成果表明，CRISPR/Cas9技术对大型复杂基因组，例如人类基因组等，进行编辑时存在较高的脱靶率，在小鼠和斑马鱼中存在较低的脱靶率[2425]，但在植物研究领域，除了在对六倍体植物小麦的基因组进行编辑时存在个别脱靶之外[26]，在其他植物，如拟南芥、烟草中均未发现脱靶现象[23]。③能够同时编辑多条基因。只要针对不同的基因设计不同的sgRNA，并将其与Cas9蛋白编码序列构建到同一个转化体系中，便可一次性实现对多个基因的改造，CRISPR/Cas9技术的应用大大提高了基因组编辑效率[27]。④能够获得无外源基因插入的转基因植物。传统的转基因技术往往会将筛选基因、报告基因等外源基因插入到植物基因组中，并且稳定遗传给后代，而CRISPR/Cas9系统的编辑位点和插入位点不同，外源基因可以在后代的分离过程中被去除，从而获得无外源基因插入的遗传改良品种，提高社会对转基因植物的接受程度。
2 展望CRISPR/Cas9 基因编辑技术在药用植物研究中的应用
2.1 药用植物功能基因组学研究 在生物学基础研究领域，CRISPR/Cas9系统可以实现基因的敲除、插入、定点替换、染色体重组和多基因敲除等，可以从反向遗传学的角度快速解析基因功能及基因间的相互作用。目前，大部分药用植物的遗传背景和与重要次生代谢产物积累相关的功能基因尚不明确，以往主要通过以大肠杆菌作为宿主细胞的原核表达和以酵母作为宿主细胞的真核表达的体外功能验证法，和以RNAi，VIGS过表达技术[2830]为主的体内功能验证法对基因的功能进行鉴定。然而上述3种体内功能验证法均是通过调控基因的表达量从而达到功能验证的目的，相较而言，CRISPR/Cas9技术从DNA水平上对基因进行编辑，可以从源头上阻止基因的完整表达，是体内验证基因功能强有力的工具。在植物研究领域，Christopher Brooks等[7]利用CRISPR/Cas9技术敲除了控制番茄叶片形态的SlAGO7基因，与野生型番茄宽阔平展的叶片相比，突变植株的叶片窄小甚至有些呈针状，从反向遗传学的角度证明了番茄SlAGO7基因的功能；Shan等[4]利用基因枪转化方法对水稻PDS和小麦MLO等基因实现了定点敲除，获得的纯合PDS基因敲除水稻突变体产生了矮化、白化的突变表型；地钱是研究陆生植物进化的模式植物，Sugano等[31]通过农杆菌共转化地钱壳孢子调控生长素正调控因子ARF1基因，经抗性筛选后在T1代中获得的突变植株对比野生型地钱显示出了明显的NAA抗性，而且这些突变可以通过无性生殖的方式实现稳定遗传。以上研究表明，CRISPR/Cas9技术已经成功在双子叶植物、单子叶植物和个别低等植物的研究中展开应用，并且能够很好地揭示基因功能，可以预见，该技术在药用植物功能基因研究方面具有巨大的应用潜力。
除了鉴定特定基因的功能以外，CRISPR/Cas9技术还可以与高通量测序结合进行功能基因组学研究。高通量测序技术可以在整个基因组、转录组或外显子组等范围内检测出基因或其转录产物的变化，筛选得到可能与某类功能相关的基因。在医学研究领域，Yuexin Z等[32]利用CRISPR/Cas9技术和高通量DNA测序技术建立了一种慢病毒聚焦型人源细胞文库，并开发出了一种基于sgRNA文库进行高通量功能基因筛查的新方法。这种研究思路同样适用于药用植物，如通过CRISPR/Cas9技术敲除某条代谢途径上的某个关键基因，将相应次生代谢产物积累发生显著变化的植株与野生型植株进行比较转录组学研究，分析差异基因，将为解析该代谢途径和深入挖掘途径上关键基因提供有效途径。
2.2 药用植物活性成分次生代谢及合成生物学研究 活性成分含量的积累一直是药用植物研究关注的重点，目前许多重要活性成分的获取仍然依赖于对原植物的提取，如果能够通过改造植株代谢网络达到使目标次生代谢物含量增加的目的，这将在一定程度上减少药用植物的采挖，促进资源的可持续发展。Keasling课题组利用CRISPR/Cas9技术对酿酒酵母工程菌进行了改造，通过提高MVA途径代谢流、降低甾醇代谢效率以及截断下游二萜类成分合成等方法，使突变菌株产生的甲羟戊酸含量比野生型菌株高出41倍[33]。按照这样的思路，利用CRISPR/Cas9技术可以对许多重要次生代谢产物的含量进行调控，例如敲除丹参酮生物合成旁路途径上的关键基因，使GGPP的代谢流向丹参酮类成分合成途径上转移等。
大肠杆菌和酿酒酵母等简单生物的遗传背景清楚、生长迅速、培养简单，是基因工程主要的受体菌，可以通过设计代谢途径和不同模块组成的生物元件来改变细胞的正常代谢，合成人们感兴趣的代谢物，比如中药药用活性成分。与其他药用活性成分的合成生物学研究相比，一些来源于药用植物的单体药物的生物合成受到了更广泛的关注[34]。近年来，中药活性成分的合成生物学研究取得了一定的成果，例如，伯克利分校Keasling课题组构建了高产青蒿酸的工程菌，与Amyris公司合作，使青蒿酸产量高达25 g・L-1，并经简单化学反应合成青蒿素[3536]；Dai等[37]获得了同时合成齐墩果酸、原人参二醇和原人参三醇的第一代“人参酵母”细胞工厂；Zhou等[38]通过“模块途径工程”策略在酿酒酵母中获得了高产的丹参酮类活性成分前体物质次丹参酮二烯。在异源生产过程中，工程菌的特性对产物的产量影响极大，由于药用活性成分的多样性，研究过程中往往要用到不同功能、不同特点的工程菌株，但传统的工程菌改造方法较为繁琐且耗时，并非每个实验人员都能轻松熟练地掌握，这在一定程度上给科研工作带来了不便。但新一代基因编辑技术CRISPR/Cas9诞生后，可以一次性对多个位点进行改造，操作过程简单、高效，具有分子生物学实验背景的研究者只需通过简单的学习便可掌握这一技术，由此可见，CRISPR/Cas9技术将为中药活性成分合成生物学的发展提供新方法。
2.3 药用植物的分子育种 在植物学研究领域，CRISPR/Cas9 技术可以实现定向育种，培育出高产、抗逆或一些有具有特殊应用价值的作物或菌种。与自然进化相比，通过基因编辑技术对控制植物关键性状的基因进行编辑能够大大加快选育良种的速度。传统的转基因技术只能将外源基因随机整合到植物基因组中，以此达到改造和培育新品种的目的，但在这个过程中，插入位点的随机性常常导致许多不利结果，如内源基因破坏、外源基因沉默等，因此，通过传统的转基因手段得到理想的转基因植株是一件耗时且繁杂的工作。然而，CRISPR/Cas9 技术可以实现基因组定点编辑，使植物的分子育种变得高效、定向。
Yanpeng W等[39]通过CRISPR/Cas9技术敲掉了六倍体植物小麦的TaMLO基因，获得了抗白粉病小麦新品种。尽管很多植物是异源多倍体，但CRISPR/Cas9系统可以同时编辑多条基因，因此该技术与其他基因编辑技术相比更简单高效。目前，运用于临床的中药材主要通过人工种植和野外采挖等方式获取，药用植物病虫害一直是药农的心腹大患，例如丹参的枯萎病、叶斑病，黄芩、当归、黄连的白粉病，人参、西洋参的水锈病等，是否可以学习农作物研究领域通过CRISPR/Cas9技术对某些药用植物病虫害开展基因防治值得思考。另一方面，一些药用植物在生长过程中会产生对人体有害的次生代谢产物，限制了其在临床中的应用，例如马兜铃科的关木通，由于代谢产生的马兜铃酸具有肾毒性，给许多长期服用龙胆泻肝丸的患者带来了肾功能损害。如果可以通过CRISPR/Cas9技术阻断相关有害成分的代谢通路，这也将是药用植物品种改良的一个新的研究策略。
自转基因植物问世30多年来，其生物安全性一直饱受争议。与传统的转基因技术不同，CRISPR/Cas9技术具有定点修饰功能，可以从后代中筛选出只有目标突变基因不含有Cas9蛋白和sgRNA表达载体的株系，这种突变株系不存在外源基因的污染，突变效果与植物自然发生的遗传变异无异，可大大提高人们对转基因植物的接受程度。Je Wook Woo等[40]通过将纯化过的Cas9蛋白和sgRNA分别导入拟南芥、烟草、莴苣和水稻的原生质体中，再将原生质体诱导成无外源基因插入的再生植株，突变效率高达46%。虽然药用植物的分子育种尚未开展，但随着基因编辑技术的不断完善和潜在危险性的不断降低，CRISPR/Cas9技术极有可能全面应用到药用植物的分子育种和品种改良研究中。
2.4 其他 CRISPR/Cas9系统除了用于简单高效的基因组定向编辑和基因组规模的功能筛选外，还可以用于内源基因的转录调控、表观遗传调控以及特定染色点的标记等。Cas9蛋白包含RuvC和 HNH 2个行使切割功能的结构域，二者分别负责切割一条DNA单链，若其中一个结构域发生突变，Cas9 将丧失双链切割功能而变成切口酶（nickase） ，即nCas9，只能切割双链DNA中的1条。nCas9与2条不同的sgRNA联用可大大提高基因编辑的特异性。因为只有2个sgRNA同时打靶时才能引起DSB，nCas9也可用于较大片段的置换，显著提高HDR的发生几率[41]。若同时突变RuvC和 HNH结构域，则Cas9成为dead Cas9（dCas9） ，内切酶活性丧失。dCas9能够在gRNA引导下定向结合到靶序列上，造成位阻效应阻碍RNA聚合酶复合体的结合，从而在不改变编码DNA序列的情况下抑制基因的转录，这就是CRISPR干扰（CRISPR interference，CRISPRi）[42]。传统的 RNAi 技术是对转录后的 mRNA 进行干扰，而CRISPRi能够在转录前期对基因的表达进行调控，通过靶向顺式作用原件、抑制反式作用因子结合的方式激活或抑制特定基因的表达，有助于基因启动子功能和其他基因调控模块的研究。Larson等[42]的研究表明CRISPRi对基因的转录调节具有非常高的特异性，表明CRISPRi在精确调节基因表达方面具有极大地潜力。此外，dCas9还可应用于生物表观遗传学研究中，可以定点添加或去除表观遗传标记，为研究表观遗传修饰在基因调控网络中的作用提供新的思路。在植物研究领域，诱导植株产生HDR一直是个难题，nCas9技术的产生也许可以帮助解决这个问题。同样，dCas9也有望用于药用植物的表观遗传研究中，以阐释药用植物的遗传背景和药材道地性。
3 讨论
相比分子生物学其他研究领域，药用植物分子研究的基础较为薄弱。近些年来，尽管在广大科研工作者的共同努力之下取得了较为丰硕的研究成果，但与模式植物和重要农作物烟草、拟南芥、水稻等的研究进展相比，药用植物的研究仍较落后。首先，药用植物遗传转化体系的建立不够完善，许多重要的药用植物由于难以建立起有效的遗传转化体系而无法开展转基因研究；目前转化体系建立的比较完善的药用植物只是凤毛麟角，如丹参等。其次，药用植物的基因组数据不够完整，绝大多数药用植物没有进行基因组测序，这使利用CRISPR/Cas9技术对药用植物基因组进行编辑存在一定的盲目性，无法估测其脱靶效率。但据报道，CRISPR/Cas9技术在植物中的脱靶效率较低，研究者们可以通过设计多个sgRNA靶向同一条基因，若不同突变位点出现的突变表型呈现一致性，即可证明基因的功能。此外，许多重要的次生代谢产物的生源合成途径尚不清晰，限制了该技术的进一步应用。最后，药用植物研究关注的重点大多是代谢途径上的关键基因，对其他细节方面，如启动子、增强子、抑制子的研究并不深入，药用植物的分子研究仍然存在一些盲区，这也在一定程度上限制了CRISPR/Cas9技术功能在药用植物研究中的充分发挥，如dCas9系统的靶向激活、抑制、表观修饰等功能。随着CRISPR/Cas9技术、药用植物分子生物学技术的发展和上述问题的解决，CRISPR/Cas9技术必将在药用植物研究领域中大放异彩。
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表观遗传学的特点范文第5篇
[关键词]本草基因组学； 基因组学； 组学； 中药
[Abstract]Traditional Chinese medicine （TCM） has contributad greatly to improving human health However， the biological characteristics and molecular mechanisms of TCM in the treatment of human diseases remain largely unknown Genomics plays an important role in modern medicine and biology Here， we introduce genomics and other related omics to the study of herbs to propose a new discipline， Herbgenomics， that aims to uncover the genetic information and regulatory networks of herbs and to clarify their molecular mechanisms in the prevention and treatment of human diseases Herbgenomics includes herbal structural genomics， functional genomics， transcriptomics， proteomics， metabonomics， epigenomics and metagenomics Genomic information， together with transcriptomic， proteomic， and metabolomic data， can therefore be used to predict secondary metabolite biosynthetic pathways and their regulation， triggering a revolution in discoverybased research aimed at understanding the genetics and biology of herbs Herbgenomics provides an effective platform to support chemical and biological analyses of complex herbal products that may contain more than one active component Herbgenomics is now being applied to many areas of herb related biological research to help understand the quality of traditional medicines and for molecular herb identification through the establishment of an herbal gene bank Moreover， functional genomics can contribute to model herb research platforms， geoherbal research， genomicsassisted herb breeding， and herbal synthetic biology， all of which are important for securing the future of medicinal plants and their active compounds In addition， Herbgenomics will facilitate the elucidation of the targets and mechanism of herbs in disease treatment and provide support for personalized precise medicineHerbgenomics will accelerate the application of cuttingedge technologies in herbal research and provide an unprecedented opportunity to revolutionize the use and acceptance of traditional herbal medicines
[Key words]Herbgenomics； genomics； omics； traditional Chinese medicine （TCM）
doi：10.4268/cjcmm20162101
本草基因组学（herbgenomics）是利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络，阐明中药防治人类疾病分子机制的学科，从基因组水平研究中药及其对人体作用的前沿科学。涉及中草药结构基因组、中草药转录组、中草药功能基因组、中草药蛋白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、药用模式生物、基因组辅助分子育种、DNA鉴定、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等理论与实验技术。
传统药物应用历史悠久，应用方式多样，相关研究主要集中在形态识别、化学物质基础揭示、药效作用分析、资源调查、人工栽培等方面，但长期以来对传统药物基因资源的认识和了解十分薄弱，人才极其匮乏。由于中药原植物基因组信息缺乏，中医药学和现代生命科学之间缺乏沟通的桥梁，新兴的前沿生命科学技术很难应用于传统中医药研究，如对于中药道地性形成和维持的遗传机制及道地性和药性的相互关系缺乏深入了解，已严重影响了我国道地药材的资源保护和新品种选育，中药道地性形成和维持的遗传基础研究急需加强；中药药性的生物学本质研究亟待加强，多年来中药药性研究主要集中在化学和药理方向，但对于中药药性的生物学本质研究还非常薄弱，已从根本上制约了对中药药性的深入研究；中药基因资源是一种珍贵的国家战略资源，国际竞争严峻，韩国、美国、日本等国家已启动许多中药基原物种全基因组研究，对我国传统中药研究领域造成极大挑战。另外，由于大多数药用植物有效成分含量低，分离提取需要消耗大量原料，对天然资源造成极大破坏，也使得多数提取类药物的生产成本很高。
本草基因组学作为新兴学科，广义而言是从基因组水平研究中药及其对人体作用。一方面从基因组水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，研究基因及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，从蛋白质组学角度研究中药作用靶点，特别是中药复方的多靶点效应，为中药配伍提供科学依据，指导药物开发及合理用药，为实现个体化精准医疗提供重要信息和技术保障；另一方面建立含有重要活性成分的中药原植物基因组研究体系，系统发掘中药活性成分合成及优良农艺性状相关基因，解析代谢物的合成途径、代谢物网络及调控机理，为中药道地品种改良和基因资源保护奠定基础，为中药药性研究提供理论基础，对传统药物学理论研究和应用具有重要意义，从基因组层面阐释中药道地性的分子基础，推动中药创新药物研发，为次生代谢产物的生物合成和代谢工程提供技术支撑，创新天然药物研发方式，为优质高产药用植物品种选育奠定坚实基础，推动中药农业的科学发展，对揭示天然药物形成的生物学本质具有重要价值，对培养多学科人才充实到传统药物研究具有引领作用。狭义而言本草基因组学集中研究中草药本身的遗传信息，不涉及对人体的作用。也就是说狭义本草基因组学主要研究中草药结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组、代谢组、表观基因组、宏基因组，以揭示中药道地性和中药药性的遗传本质。本草基因组学正促进前沿生命科学技术应用到中药领域，推动中药研究迅速走到生命科学的最前沿。
1 本草基因组学的产生和发展
1.1 本草基因组学的产生 从“神农尝百草，一日而遇七十毒”的传说到现存最早的中药学著作《神农本草经》（又称《本草经》），从世界上现存最早的国家药典《新修本草》（即《唐本草》）到本草学巨著《本草纲目》，两千多年来，中药学的发展反映了我国劳动人民在寻找天然药物、利用天然药物方面积累了丰富经验。中药学是中国医药学的伟大宝库，对世界医药学发展作出了巨大贡献。随着现代科学技术的发展，特别是人类基因组计划（Human Genome Project）的提出和完成，对人类疾病的认识和治疗开启了全新的篇章，在此背景下，中药学研究逐渐深入到基因组水平从而导致本草基因组学产生和兴起。
1977年Sanger完成首个物种全基因组测序，噬菌体φX174基因组，大小为5.836 kb[1]；人类基因组计划由美国科学家于1985年率先提出，1990年正式启动，2000年完成，是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程，其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的[2-3]。2000年，破译拟南芥Arabidopsis thaliana全基因组，大小为125 Mb，作为第一个植物全基因组测序在植物科学史上具有里程碑意义[4]。我国药用植物有11 146种，约占中药材资源总数的87%[5]，是所有经济植物中最多的一类。同时，药用植物也是S多化学药物的重要原料，目前1/3以上的临床用药来源于植物提取物或其衍生物，其中最著名的青蒿素来源植物是黄花蒿。
中国学者应用光学图谱和新一代测序技术，完成染色体水平的灵芝基因组精细图绘制，通过基因组解析提出灵芝为首个中药基原的药用模式真菌，文章发表在《自然通讯》上，期刊编辑部以特别图片（featured image）形式进行了推介（图1）[6]，认为该论文表明灵芝对于研究传统菌类中药的次生代谢途径及其调控是一个有价值的模式系统。灵芝基因组图谱的公布为开展灵芝三萜等有效成分的合成研究提供了便利，随着这些合成途径的逐步解析，使得通过合成生物学合成灵芝有效成分成为可能。同时，对灵芝生长发育和抗病抗逆关键基因的发掘和认知，将推动灵芝的基因组辅助育种研究，加速灵芝新品种的培育，并为灵芝的科学栽培和采收提供理论指导。
2009年，陈士林团队提出本草基因组计划，即针对具有重大经济价值和典型次生代谢途径的药用植物进行的全基因组测序和后基因组学研究，全基因组测序、组装和分析策略：测序物种的筛选原则，待测物种基因组预分析，测序平台的选择，遗传图谱和物理图谱的绘制，全基因组的组装及生物信息学分析；模式药用植物突变体库的建立和基因功能研究；药用植物有效成分的合成及其调控研究；药用植物抗病抗逆等优良性状的遗传机制研究及优良品种选育。在此基础上，详细介绍了本草基因组方法学研究：全面介绍物种基因组大小、染色体数目测定方法、第二代高通量测序方法、全基因组组装和基因组注释方法、基因组比较等生物信息学分析手段、简要阐述重测序在药用植物全基因组研究中的应用方法。由此，本草基因组学逐渐形成和完善，包括中草药结构基因组、转录组、功能基因组、蛋白质组学、代谢组、表观基因组、宏基因组、基因组辅助分子育种、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等内容。基于分子生物学和基因组学的药用植物鉴别是当前研究的活跃领域，用于鉴别的分子生物学和基因组学技术：AFLP、RFLP、RAPD、DNA微阵列技术（microarray）、DNA条形码（barcoding）等，基于基因组鉴别的分子基础是植物分子系统发育关系反映物种进化关系。在这些技术当中，药用植物DNA条形码鉴定策略及关键技术是最受关注的方向，中药材DNA条形码分子鉴定指导原则已列入《中国药典》2010年版增补本Ⅲ和《中国药典》2015年版。
1.2 本草基因组学的发展 2015年国际期刊《科学》增刊详述“本草基因组解读传统药物的生物学机制”，提出本草基因组学为药用模式生物、道地药材研究、基因组辅助育种、中药合成生物学、DNA鉴定、基因数据库构建等提供理论基础和技术支撑（图2）。目前，药用植物基因组学与生物信息学已经进入快速发展阶段，必将对传统药物学产生巨大影响。国内外已经开展青蒿[7]、丹参[8-15]、西洋参[16]、甘草[17]等多种药用植物的大规模转录组研究。基因组序列包含生物的起源、进化、发育、生理以及与遗传性状有关的一切信息，是从分子水平上全面解析各种生命现象的前提和基础。第二代高通量测序技术的飞速发展及第三代单分子测序技术的兴起使测序成本大大降低，测序时间大大缩短，为本草基因组计划的实施奠定了坚实的技术基础。目前，赤芝[6]、紫芝[18]、丹参[19]及铁皮石斛[20-21]等重要药用植物的基因组已完成测序工作并发表，人参、苦荞、穿心莲、紫苏等中草药基因组图谱也完成绘制。
例如为了解析丹参的遗传背景，陈士林团队联合国内外著名高校和研究机构，通过联合测序技术完成了丹参基因组图谱的组装，丹参基因组的完成代表着首个鼠尾草属物种基因组图谱的成功绘制。进化分析显示丹参与芝麻亲缘关系更近，估计其分化时间约6 700万年前。丹参基因组的发表推动首个药用模式植物研究体系的确立。本草基因组学将开辟中药研究和应用的全新领域，把握历史性机遇，将极大提高我国开发中药资源的能力，增强我国中药基础研究实力、提高我国中药研究的自主创新能力，对于加速中药现代化进程具有重大的战略性科学意义，促进中药研究和产业的快速发展[22]。本草基因组学将使中草药生物学研究进入一个崭新的时代――本草基因组时代。
1.3 学科内涵和外延 根据本草基因组学产生和发展过程，主要从3个方面确定学科的内涵，即理论体系、实验技术和应用方向（图3）。本草基因组学形成了高度综合的理论体系，包括从基因组水平研究本草的九大内容：中草药结构基因组、中草药功能基因组、中草药转录组和蛋白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药合成生物学、中药基因组学、中草药生物信息学等。本草基因组学的实验方法主要包括九大技术：高通量测序技术、遗传图谱构建技术、光学图谱构建技术、基因文库构建技术、突变库构建技术、组织培养与遗传转化、蛋白质分离纯化与鉴定技术、四大波谱技术及联用、基因组编辑技术等。基于本草基因组学的理论体系和实验技术，形成了该学科的七大应用方向：药用模式生物研究、阐明道地药材形成机制、基因组辅助育种、基因资源保护和利用、中药质量评价和控制、中药新药研发、指导相关学科研究。
本草基因组学的学科外延与本草学、中药学、基因组学、生物信息学、分子生物学、生物化学、生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学、中药药理学、中药化学等密切相关（图4）。本草学和中药学为本草基因组学奠定了深厚的历史基础和人文基础，为本草基因组学研究对象的确定提供丰富候选材料，基因组学和生物信息学为本草基因组学提供前沿理论和技术支撑，分子生物学、生物化学、中药化学则为本草基因组学提供基础理论和基本实验技术支持，生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学与本草基因组学互相支撑发展，各学科的侧重点不同，中药药理学、中药化学为本草基因组学的应用提供技术支持。与以上各学科相呼应，本草基因组学促进本草学和中药学从经典走向现代、从传统走向前沿，为中医药更好服务大众健康提供强大知识和技术支撑，扩大了基因组学和生物信息学的研究对象和应用领域，为分子生物学、生物化学、中药化学走向实践应用提供了生动案例，推动生药学、中药资源学、中药鉴定学、中药栽培学从基因组和分子水平开展研究，为中药药理学的深入研究提供理论和技术支持。
2 本草基因组学研究热
本草基因组学借助基因组学研究最新成果，开展中草药结构基因组、中草药功能基因组、中草药转录组和蛋白质组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药合成生物学、中药代谢组、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等理论研究，同时对基因组研究相关实验技术在本草学中的应用与开发进行评价，推动本草生物学本质的揭示，促进遗传资源、化学质量、药物疗效相互关系的认识，以下详细阐述本草基因组学的研究内容。
2.1 中草药结构基因组研究 我国药用资源种类繁多，因此药用物种全基因组计划测序物种的选择应该综合考虑物种的经济价值和科学意义，并按照基因组从小到大、从简单到复杂的顺序进行测序研究。在测序平台的选择上应以第二代及第三代高通量测序平台为主，以第一代测序技术为辅。近年来，紫芝、赤芝、茯苓、丹参、人参、三七等10余种药用植物被筛选作为本草基因组计划的第一批测序物种，其中赤芝结构基因组发表被《今日美国》（USA Today）以“揭秘中国‘仙草’基因组”为题报道（图5），丹参基因组小（约600 Mb）、生长周期短、组织培养和遗传转化体系成熟等原因，被认为是研究中药活性成分生物合成理想的模式植物[23]。丹参全基因组测序完成已推动丹参作为第一个药用模式植物研究体系形成。
由于多数药用植物都缺乏系统的分子遗传学研究，因此在开展全基因组计划之前进行基因组预分析非常必要。基因组预分析的主要内容包括：①利用条形码等技术对满足筛选原则的待测物种进行鉴定[24-25]；②通过观察有丝分裂中期染色体确定待测物种的染色体倍性和条数；③采用流式细胞术[26]或脉冲场电泳技术估测物种的基因组大小，为测序平台的选择提供参考；④基因组Survey测序，在大规模全基因组深度测序之前，首先对所选药用植物进行低覆盖度的Survey测序，用来评价其基因组大小、复杂度、重复序列、GC含量等信息。
遗传图谱和物理图谱在植物复杂的大基因组组装中具有重要作用。借助于遗传图谱或物理图谱中的分子标记，可将测序拼接产生的scaffolds按顺序定位到染色w上。但遗传图谱的构建需要遗传关系明确的亲本和子代株系，因此其在大多数药用植物中的应用受到限制。物理图谱描绘DNA上可以识别的标记位置和相互之间的距离（碱基数目）。最初的物理图谱绘制多是基于BAC文库，通过限制性酶切指纹图谱、荧光原位杂交等技术将BAC克隆按其在染色体上的顺序排列，不间断地覆盖到染色体上的一段区域[27]。如今，光学图谱OpGen[28]和单分子光学图谱BioNano等[29]依赖于大分子DNA酶切标记的方法常用于物理图谱的绘制。
随着第二代测序技术的快速发展，用于短序列拼接的生物信息学软件大量涌现，常用软件包括Velvet[30]， Euler[31]， SOAPdenovo2[32]， CAP3[33]等。基因组草图组装完成后，可利用生物信息学方法对基因组进行分析和注释，为后续功能基因组研究提供丰富的资源。例如，可以通过GeneScan[34]， FgeneSH[35]等工具发现和预测基因，利用BLAST同源序列比对或InterProScan[36]结构域搜索等方法对基因进行注释，利用GO分析对基因进行功能分类[37]，利用KEGG对代谢途径进行分析等[38]。
2.2 中草药功能基因组研究 根据全基因组序列和结构信息，中草药功能基因组研究充分利用转录组学、蛋白组学、代谢组学等方法，对药用植物的功能基因进行发掘和鉴定，研究内容主要集中于构建模式药用植物平台、次生代谢产物合成途径和调控机制的解析、抗病抗逆等优良农艺性状遗传机制的揭示等。
拟南芥、水稻等重要模式植物均具有大规模的T-DNA 插入突变体库，利用这些突变体库发掘了大量生长发育、抗逆性、代谢相关的重要基因。丹参等模式药用植物全基因组序列和大规模突变体库的建立将为药用植物研究提供丰富的资源和材料，从而推动药用植物功能基因研究， 尤其是次生代谢途径相关基因的鉴定进程，突变体库中的一些具有抗逆、抗病、高产等优良性状的突变株系以及转基因植株也是良好的新种质资源。药用植物有效成分的生物合成途径和调控方面的研究还很薄弱，主要集中在长春花、青蒿和甘草等少数物种，一些具有重大商业价值的天然药物，如紫杉醇、长春碱、喜树碱等生物合成途径至今还未被完全解析，已有报道多采用单基因研究策略。本草基因组学为次生代谢途径相关基因的“批量化”发掘奠定基础，对次生代谢产物的生物合成及代谢工程等应用领域产生重要影响。
与生长发育、抗逆抗病、重要遗传性状及种质性状控制相关的基因是药用植物重要的功能基因，利用基因组注释信息，发掘优良基因，运用基因工程的手段打破生殖隔离，培育活性成分含量高的具有优良农艺性状的新品种，为活性成分的大量提取和广泛临床应用奠定基础[39]。中草药结构基因组将为转录组分析和基因组重测序研究提供参考序列，通过对种内或品种间种群个体的转录组测序和重测序可快速、准确、大规模地发现SNP，SSR，InDel等分子标记，加速分子标记和优良性状的遗传连锁研究，快速发现药用植物的表型、生理特征与基因型的关系，提高育种工作效率[39]。
2.3 中药组学其他研究 中草药转录组学是中草药功能基因组学的重要研究内容，是在整体水平上研究中草药某一生长阶段特定组织或细胞中全部转录本的种类、结构和功能以及基因转录调控规律的科学。中草药转录组研究为鉴定中草药植物生长发育及抗病抗逆等优良性状相关的基因功能提供基础[40-41]。目前，在多数中草药植物无法进行全基因组测序的情况下，转录表达谱研究成为比较基因序列、鉴定基因表达的一种快速方法。通过对中草药不同组织部位、不同生长时期、不同生长环境下的转录组进行比较分析，可有效发掘参与中草药植物生长发育及抗病抗逆等优良性状相关基因。
中药蛋白质组学是将蛋白质组学技术应用于中药研究领域，一方面通过比较对照细胞或动物组织的蛋白质表达谱和给予中药后蛋白质表达谱的差异，可找到中药的可能靶点相关蛋白质，另一方面不同中草药及其不同组分例如根茎叶中蛋白质组的差异，以评价中草药活性成分与其生长过程中蛋白组变化的关系，寻找中药高活性的机制。不同于其他蛋白质组学，中药蛋白质组学的研究对象为中草药本身及用中药（单体化合物、中药组份或复方）处理后的生物体（细胞或组织），发现中药的有效成分及作用机制。中药蛋白质组学的研究目标包括：中药药物作用靶点的发现和确认，特别是中药复方的多靶点效应，蛋白质组学能更好发现中药复方的多种靶点，研究中药植物蛋白质组成差异，阐明中药作用机制及中药毒理作用机制，以及为中药配伍提供科学依据。
中药代谢组学结合中草药结构基因组解析代谢物的合成途径、代谢物网络及调控机理，研究内容主要包括药用植物的鉴别和质量评价，药用植物品种选育及抗逆研究，初生、次生代谢途径解析，代谢网络、代谢工程研究及合成生物学研究等几个方面，最终为药用植物品种选育、创新药物研发和质量安全性评价奠定基础。
中药基因组学从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，研究基因及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，以此平台指导药物开发及合理用药，为提高药物的安全性和有效性，避免不良反应，减少药物治疗费用和风险，实现个体化精准医疗提供重要信息和技术保障。例如，Sertel等[42]经基因检测得出53/56的基因上游位置包含一个或多个c-Myc/Max结合位点，c-Myc和Max介导的转录控制基因表达可能有助于提高青蒿琥酯对癌细胞的治疗效果[43]。又如，银杏具有显著的诱导CYP2C19活性效应，研究显示不同CYP2C19基因型个体，银杏与奥美拉唑（omeprazole，广泛使用的CYP2C19底物）存在潜在的中西药互作关系。Chen等 [44]研究了健康志愿者体内六味地黄丸潜在的中-西药相互作用以及是否受基因型影响。
中草药表观基因学是针对本草基因组计划中具有重要经济价值的药用植物和代表不同次生代谢途径的模式药用植物开展表观基因组学研究。研究内容主要包含4个领域：分别是DNA甲基化、蛋白质共价修、染色质重塑、非编码RNA调控。中草药表观基因组学将通过研究重要中药材（药用生物）的基因组信息及其表观遗传信息变化，探索环境与基因、基因与基因的相互作用，解析哪些基因受到环境因素的影响而出现表观遗传变化可能提高中药材的药效品质，哪些表观遗传信息影响中药的性味等。
中草药宏基因组学是以多种微生物基因组为研究对象，对药材生长环境中微生物的多样性、种群结构、进化关系、功能活性以及微生物与药材生长相互协作关系进行研究的一门学科，对于帮助解决中草药连作障碍等现实问题具有重要指导作用。
药用模式生物研究体系的确立是本草基因组学的重大贡献，该体系具有模式生物的共同特征。从一般生物学属性上看，通常具有世代周期较短、子代多，表型稳定等特征。从遗传资源看，基因组相对较小，易于进行全基因组测序，遗传转化相对容易。从药用特点看，需适于次生代谢产物生物合成和生产研究。
3 本草基因组学的实践应用
本草基因组学作为前沿科学，具有很强的理论性，同时该学科涉及的技术方法和理论对中医药实践具有巨大的指导意义。例如，基于中草药结构基因组开发的DNA条形码分子鉴定技术被国际期刊《生物技术前沿》以题为“草药鉴定从形态到DNA的文艺复兴”发表，将给传统中药鉴定带来革命性影响；基于中草药功能基因组和表观基因组研究阐明道地药材的形成机制，将对优质中药生产和栽培技术的改进提供指导；基于本草基因组学构建的基因数据库、代谢物数据库、蛋白数据库等，以及开发的相关生物信息学方法，将为中药药理学、中药化学、新药开发等提供战略资源；基于合成生物学技术实现目标产物的异源生产，具有环境友好、低耗能、低排放等优点，将为天然药物研发提供全新方式。
3.1 道地药材的生物学本质研究 道地药材是优质药材的代表，既受遗传因素的控制，又受环境条件的影响。组学技术可提供有用工具阐明道地药材的分子机制，例如，道地药材“沙漠人参”肉苁蓉Cistanche deserticola是中国最具特色的干旱区濒危药用植物和关键物种，新疆和内蒙古是其重要主产区和传统道地产区，研究表明，内蒙古阿拉善和新疆北疆是肉苁蓉两大生态适宜生产集中区（2类生态型），黄林芳等[45]对两大产区肉苁蓉化学成分、分子地理标识及生态因子进行考察。应用UPLC-Q-TOF/MS技术对肉苁蓉苯乙醇苷及环烯醚萜苷类成分进行分析；基于psbA-trnH序列对不同产地肉苁蓉进行分子鉴别及分析；通过“中国气象科学数据共享服务网”，获得两大产区包括温度、水分、光照等生态因子数据；运用生物统计、数量分类等分析方法，对肉苁蓉进行生态型划分。UPLC-Q-TOF/MS分析表明，内蒙古与新疆产肉苁蓉明显不同，鉴定出16种成分，其中2′-乙酰毛蕊花糖苷可作为区分两大产地肉苁蓉的指标成分；psbA-trnH序列比对分析发现，肉苁蓉不同产地间序列位点存在差异，新疆产肉苁蓉在191位点为G，内蒙古产则为A，NJ tree分析表明，肉苁蓉2个产地明显分为2支，差异显著；生态因子数据亦表明，肉苁蓉的两大气候地理分布格局，为研究不同生态区域中药生态型及品质变异的生物学本质提供了一种新思路，也为深化道地药材理论研究奠定重要基础。
另外，针对同一药材在不同种植区域，开展中草药表观基因组研究，明确不同生产区域的遗传变异，特别是环境不同对药材表观遗传的修饰作用，包括DNA甲基化修饰、小RNA测序分析、染色质免疫共沉淀分析等。此外，土壤微生物也是道地药材生长环境中的重要因素。采用宏基因组分析土壤微生物群落，为揭示土壤微生物和药材生长的相互作用提供依据。
3.2 中药分子标记用于中药质量控制研究 本草基因组和功能基因组研究为开发药材分子标记提供了丰富基因资源。基于基因组的分子标记有AFLP， ISSR， SNP等，基于转录组的分子标记有SSR等。当前国际上最受关注的分子标记是DNA条形码，已经构建标准操作流程和数据库、鉴定软件，可广泛应用于中药企业、药房、研究院所和大专院校等。中药材DNA条形码分子鉴定指导原则已被纳入《中国药典》，植物药材以ITS2序列为主、psbA-trnH为辅助序列，动物药材以COI序列为主、ITS2为辅助序列，在此基础上，进一步开发了质体基因组作为超级条形码对近缘物种或栽培品种进行鉴定。该体系可广泛应用于中药材种子种苗、中药材、中药超微破壁饮片、中成药等鉴定，已出版专著《中国药典中药材DNA条形码标准序列》和《中药DNA条形码分子鉴定》。
3.3 本草基因资源的保护与利用 随着本草基因组研究的发展，本草遗传信息快速增加，灵芝基因组论文被Nature China网站选为中国最佳研究（图6），迫切需要一个通用平台整合所有组学数据。数个草药数据库已经被建立，例如草药基因组数据库（http：//）、转录组数据库（http：//medicinalplantgenomics.msu.edu）、草药DNA条形码数据库（http：///en）、代谢途径数据库（http：//）等。但是这些数据库缺乏长期维护，对使用者要求具备一定生物信息学技能。因此整合DNA和蛋白质序列、代谢组成分信息，方便使用的大数据库十分必要和迫切。进一步提升生物信息分析方法，更好地利用基因组和化学组信息解析次生代谢产物的生物合成途径，将有助于有效设计和寻找植物和真菌药物。
利用简化基因组测序技术获得数以万计的多态性标记。通过高通量测序及信息分析，快速鉴定高标准性的变异标记（SNPs），已广泛应用于分子育种、系统进化、种质资源鉴定等领域。利用该技术可以筛选抗病株的特异SNPs位点，建立筛选三七抗病品种的遗传标记，辅助系统选育，有效的缩短育种年限。通过系统选育的方法获得的抗病群体，并采用RAD-Seq技术筛选抗病株的SNPs位点，为基因组辅助育种提供遗传标记，进而有效缩短了三七的育种年限，加快育种进程。利用遗传图谱识别影响青蒿产量的基因位点取得突破，于《科学》[7]，该文基于转录组及田间表型数据，通过构建遗传图谱识别影响青蒿素产量的位点。青蒿植株表型的变异出现在Artemis的F1谱系中，符合高水平的遗传变异。Graham等[7]发现与青蒿素浓度相关的QTL分别为LG1，LG4及 LG9（位于C4）。在开发标记位点用于育种的同时，Graham等检测了23 000株植株的青蒿素含量，这些植株是青蒿的F1种子经甲基磺酸乙酯诱变后于温室培养12周的F2、F3代。结果发现经诱变后的材料大约每4.5 Mb有一个突变，其变异频率小于Artemis中的每1/104碱基对的SNP多态性。该方法能够识别携带有益变异的个体（来源于甲基磺酸乙酯诱变处理），同时亦能识别遗传背景获得提升的个体（由于自然变异而导致有益等位基因分离的个体）。Graham等也检测高产F2代植株青蒿素的含量：尽管F2的植株杂合性较低，但其青蒿素含量比UK08 F1群体植株的含量高。另外，Graham等验证了基于田间试验获得与青蒿素含量相关的QTL在温室培育的高产植株中高效表达。同时发现，大量分离畸变有利于有益的等位基因（位于C4 LG1且与青蒿素产量相关的QTL）。这些数据证实了QTL及其对青蒿素产量的影响，同时也证明了基因型对于温室及田间培育的青蒿材料具有极大影响。
3.4 中药合成生物学研究 结构复杂多样的中药药用活性成分是中药材发挥药效的物质基础，也是新药发现的重要源泉。然而许多中药材在开发和使用的过程中往往面R一系列难题，如许多药材生长受环境因素影响较大；有些珍稀药材生长缓慢，甚至难以人工种植；大多数药用活性成分在中药材中含量低微，结构复杂，化学合成困难；传统的天然提取或者人工化学合成的方法难以满足科研和新药研发的需求，中药合成生物学将是解决这一矛盾的有效途径。中药合成生物学是在本草基因组研究基础上，对中药有效成分生物合成相关元器件进行发掘和表征，借助工程学原理对其进行设计和标准化，通过在底盘细胞中装配与集成，重建生物合成途径和代谢网络，实现药用活性成分的定向、高效的异源合成，从而提升我国创新性药物的研发能力和医药产业的国际核心竞争力[40]。
随着基于高通量测序的中草药结构基因组学和转录组学研究的快速发展，利用生物信息学技术和功能基因组学方法从大量中药原物种的遗传信息中筛选和鉴定出特定次生代谢途径的酶编码基因，将极大加快次生代谢途径的解析进程，为中药合成生物学研究奠定坚实基础。通过优化密码子偏好性、提高关键酶编码基因的表达量、下调或抑制代谢支路等方法来优化和改造异源代谢途径， 按人们实际需求获取药用活性成分[40]。
3.5 中药作用靶点与个性化治疗 中药蛋白质组学将蛋白组学技术应用于中药研究领域，对寻找中药的可能靶点和阐明中药有效成分作用机制具有重要意义。譬如，蒋建东教授团队在小檗碱降血脂研究中开展的突出工作[46]，以及Pan等[47]利用蛋白组学技术分析丹参酮ⅡA对宫颈癌Caski细胞的抑制作用，发现C/EBP同源蛋白和细胞凋亡信号调节激酶1参与丹参酮ⅡA的抑癌作用。对于中药复方的相关作用靶点也有报道，Nquyen-Khuong等[48]探讨了由栝楼、大豆、中药五味子和西地格丝兰提取物组成的混合物作用于人膀胱癌细胞后蛋白质组的表达谱变化，鉴定了多种与能量代谢、细胞骨架、蛋白质降解以及肿瘤抑制相关的蛋白。
青蒿素及其衍生物青蒿琥酯表现出明显的体内外抗肿瘤活性，但其抗肿瘤的分子机制并不明确。研究者采用了基因芯片技术，在转录水平解析青蒿琥酯抗肿瘤相关的基因。再将表达谱数据导入信号通路分析和转录因子分析，结果表明c-Myc/Max可能是作为肿瘤细胞应对青蒿琥酯效应基因的转录调控因子，这一结果可能指导针对不同个体采用不同的治疗策略[42]。由于银杏具有显著的诱导CYP2C19活性效应，通过研究不同CYP2C19基因型健康中国人个体，银杏与奥美拉唑（omeprazole，广泛使用的CYP2C19底物）潜在的中西药互作关系。结果显示，银杏诱导CYP2C19基因型模式依赖的奥美拉唑羟基化反应，随后降低5-羟基奥美拉唑肾脏清除率。银杏和奥美拉唑或其他CYP2C19底物共同服用可显著减弱其药效，还需更多证据支持[49]。这一研究证实个体化治疗基于人体基因差异，可能发挥更好疗效。
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表观遗传学的特点范文第6篇
1.内蒙古医科大学，内蒙古呼和浩特 010059；2.内蒙古包钢医院口腔科，内蒙古包头 014010
[摘要] 错畸形的病因学研究是口腔正畸学的热点之一。错畸形多具有遗传倾向，表现为亲代与子代之间牙及颅面性状的相似性，牙齿发育作为全身发育的一部分，环境因素可以通过影响基因的表型而使牙齿发育表现多种多样，但牙齿发育受遗传因素影响更大[1]。牙冠宽度是牙齿形态测量及牙量指数的重要指标，牙弓形状、大小与牙弓间隙分析、矫治后牙弓的稳定性密切相关。牙冠和牙弓的测量值在正畸诊断和治疗中具有重要意义。该文对遗传性因素影响牙齿和牙弓正常发育的研究现状进行概述，以期为错畸形的临床诊断和治疗提供参考。
关键词 遗传度；模型测量；牙冠；牙弓
[中图分类号]R783.5[文献标识码]A[文章编号]1674-0742（2015）03（c）-0015-03
Research on the Heritability of Dental Crown and Dental Arch in Teenagers and Children
LIU Jing1 ZHANG Jinghui2 QIAN Yichao2
1. Inner Mongolia Medical University， Hohhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 010059， China；
2. Department of Stomatology， Baogang Hospital， Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region， 014010， China
[Abstract] Etiology of malocclusion is one of the research hotspots in orthodontics. Malocclusion has genetic predisposition generally， which shows the similarity of dental and craniofacial traits between parent and offspring. As a part of the body development， tooth development is affected more by genetic factors although the environmental factors can make tooth development be diverse via affecting gene phenotype [1].The width of tooth crown is an important index of measuring tooth morphology and tooth size. The shape and size of dental arch are closely related to dental arch space analysis and the stability of the dental arch after the treatment. Measurement value of tooth crown and dental arch has important significance in orthodontic diagnosis and treatment. This paper outlines the status of research on the genetic factors influencing the normal growth of teeth and dental arch， in order to provide reference for clinical diagnosis and treatment of malocclusion.
[Key words]Heritability； Dental cast measurement； Dental crown； Dental arch
[作者简介]刘静（1989-），女，内蒙古临河人，在读硕士，医师，研究方向：口腔正畸。
[通讯作者]张景慧（1966-），女，内蒙古包头人，硕士，主任医师，研究方向：口腔正畸。
依据2000年中华口腔医学会学分会的调查，以个别正常为标准，乳牙列、替牙列及恒牙列中错畸形的患病率分别为51.84%、71.21%和72.92%。当前正畸学主要是以错畸形的病因为研究热点，大部分结论一致认为错畸形的原因包括遗传因素和环境因素两方面。遗传度是表示遗传与环境互相作用的参数，在0~1之间，主要表示的是遗传因素。以往很多研究证明可以通过双生子的方法来得出遗传因素与环境因素对牙性状发育产生的影响。双生子包括同卵双生、异卵双生，同卵双生的遗传结构一模一样，而环境因素也可能对个体差异造成一定的影响；异卵双生，是指个体相互之间拥有相同的遗传物质，但差别在于性状与表现型特征方面的不同，由于二者生长环境相似，所以对不同基因型的表现型效应研究可借助此条件。子女与父母之间也存在遗传性，因此在形态结构或生理特点上相似。以往有通过对子女与父母、双胞胎之间、同胞之间牙模型测量及遗传度的计算来研究遗传因素的报道，并对错畸形的发展方向进行预测，为治疗青少年儿童错畸形矫治提供正确指导。本文对遗传性因素影响牙齿、牙弓发育的研究现状作一综述。
1 模型测量方法
目前，对于牙特征的研究多采用模型测量的方法，牙模型能够客观而完整地记录口腔各器官的形态特征，可用以在临床上找出错形成的原因、机制，对错畸形制定治疗方案、正确诊断和预后评估提供依据。
模型测量包括接触式和非接触式两种。接触式是指借助不同测量仪器直接测量模型，但接触式主要分为手工测量和针触机械测量两种。作为最传统的测量方法，手工接触测量法测量精度不高，针触机械测量（通过测量头直接与被测牙冠表面接触并记录坐标，计算机进行图形重建）有一定的测量盲区。
非接触式测量有近景立体摄影测量与激光三维扫描测量两种。在解析几何原理基础上利用高精度控制网通过照相机或摄像机获得不同角度的立体像对，并对其进行计算机技术处理并测量，该方法称为立体摄影测量法，在颌面部软组织测量方面应用广泛。当前最先进的立体陈测量方法是激光立体测量法，它精度高、功能广泛，可以测量空间任意两点之间距离和角度、牙弓弧长、曲面面积，也能够完成牙的移动、旋转、拔除、咬合等动态模拟，但设备多， 价格昂贵， 需专业人员操作。
陈俊等[6]对牙模型三维激光扫描系统与手工测量的可靠性比较显示二者差异无统计学意义，但牙模型三维激光扫描系统具有一些手工测量所无法达到的功能。宋又廉等[7]发现在牙模型的测量方面，对其测量精度要求在0.1 mm 是合理的，因为其它任何一种测量仪器都不可能超越这个精度。而且，目前的要求对医疗和研究工作的需求已经完全能满足，也能够为标准测量数据和如何选择工具、研发新型牙模型测量系统提供依据。
2 遗传度的研究
2.1 牙冠遗传度的研究
同卵双生子由于有相似的基因结构，他们的牙齿冠宽较异卵双生更为相似。许多研究证明牙齿冠宽受遗传基因的影响较大如外国学者Hughes 等［8］通过观察同卵双生子99对和同性别异卵双生子81对、不同性别异卵双生子41对还有个体牙模型160个，得出牙齿的大小的遗传性也很强。
随着研究的深入，牙冠大小的遗传被研究得更细致。在牙冠的近远中径与唇舌径同遗传的关系方面，也有许多研究人员做出贡献，如，Dempsey等［10］计算出各个牙齿近远中径的遗传度为0.81～ 0.91；而 Hluskode 计算的近远中径遗传度平均为0.67。国内学者［11］计算的各个牙齿近远中径的遗传度在0.73~0.91。续美如［13］采用 Holzinger 经典双生子法进一步计算牙齿近远中径总和的遗传度，上颌为0.69，下颌为0.75，证明牙齿在近远中径方面还是有较强的遗传因素。
ALVESA[14]早在1974年就对芬兰一个海岛的90组全系家族进行了牙冠近远中和唇舌宽度测量，所有牙齿平均近远中遗传度为0.54， 上颌所有牙齿值近远中的平均遗传度为 0.60，下颌近远中为 0.47。牙冠近远中宽度遗传度从高至低是上颌中切牙、尖牙、第一前磨牙和下颌的侧切牙、第一前磨牙、磨牙。所有牙齿平均唇舌向宽度遗传度为0.67.上颌唇舌为 0.78，下颌唇舌向为0.56。唇舌向宽度遗传度从高至低是上颌尖牙、第一前磨牙、磨牙和下颌第一前磨牙、磨牙。牙冠唇舌宽度遗传力可能超过近远中宽度，上颌受遗传影响更大一些，可能与下颌活动频繁及动度大更多受环境影响有关。对称性在遗传作用中较为明显，两侧同一位置牙齿的测量指标（ 近远中宽度或唇舌宽度） 由相同遗传因子控制；下切牙近远中及唇舌向宽度由一个遗传因子支配，而上切牙的近远中宽度和唇舌向宽度未发现有共性因子存在，受不同的遗传因子影响，上下切牙在遗传作用方面的具有独立性。近年，［11］对82对6~12岁女性双生子，进行切牙牙冠的近远中宽度和唇舌向宽度测量，通过因子分析发现，牙齿发育虽然表现为多基因遗传，但也会因为基因表型的变化影响环境进而使牙齿发育呈现多样性。
2.2 牙弓遗传度的研究
乳牙列的牙弓宽度和高度具有较强的遗传特性。Hughes［15］用硅橡胶取模得到精确的牙模型，通过测量及统计学分析后得出乳尖牙牙间弓宽度的遗传指数为0.47~0.82，乳磨牙牙间弓宽度的遗指数为0.80~0.93，而牙弓高度的遗传度为0.76~0.93。这些数据证明了乳牙列牙弓受遗传因素影响较大。
恒牙列牙弓受遗传控制不及牙齿强，续美如［13］对48对双生子研究发现，牙弓受遗传控制最强的是高度，其次是宽度，长度最弱。遗传因素更强烈的参与促进牙弓高度变化。另上颌牙弓弧形长度的遗传度（0.71） 明显高于下颌（ 0.31） ，这可能是由于下颌在咀嚼活动中更活跃，更易受环境因素的影响而产生变异。
Shosei等[16]采用三维测量对44对同卵双生子以及25对异卵双生子进行牙齿模型测量，获得牙弓宽度的遗传指数在0.49~0.92，牙弓长度的遗指数在0.86~ 0.94，得出遗传因素对牙弓形态具有决定性作用。Eguchi等对双生子的研究也获得类似结果。Eguchi［16］研究了澳大利亚的同卵双生、异卵双生双胞胎样本量化遗传和环境因素变化对牙弓宽度，长度和腭高度的相对贡献，结果为遗传度分别为牙弓宽度0.49~0.92，牙弓长度0.86~0.94，和牙弓高度为0.80~0.81。同时，他发现遗传因素对同卵双生双胞胎的相关性普遍高于异卵双生的双胞胎。
Cassidy等[17]研究分析了来自155对同胞关系的320名青少年上颌和下颌牙弓的大小和形状。牙弓的大小有一个适度的遗传因素，约0.50，尽管这个估计可能包含共享环境的影响，牙弓长度和宽度生长因子在很大程度上是独立的。Brown等人也发现牙弓宽度和长度度在很大程度上是相互独立的，可能是受不同的发展过程影响。一个群体中牙弓宽度遗传力最高，平均约0.60。牙弓形态的家族性影响研究显示，遗传率低于平均水平，平均为0.39，牙弓大小和形状被看作是更容易受到环境的影响，而不是遗传。这些研究结果显示需要更好地了解是什么外在因素调节发育过程中牙弓的大小和形状。
Harris[27]在对同胞之间以及父母与子女之间进行牙17个变量遗传度的估计发现，兄弟姐妹间下颌牙弓宽度的遗传度和下颌的尖牙牙弓宽度遗传度，分别为0.80和0.79。其表型相似是受到了母亲的影响。在对母亲与后代咬合变量遗传度估计中，上颌尖牙牙弓宽度，和上下牙弓的长度这三个性状表现出相对较高的遗传度。
在许多已尝试单独在颅面形态遗传和环境的影响的研究中，环境已被发现是重要的。以往的研究结果表明，虽然遗传变异对牙弓宽度和牙弓长度等特点产生重大影响，环境之间的相似之处与不同家庭比之间的遗传变异也很重要。此外，食物结构、后牙颊舌向倾斜角度、咀嚼载荷程度和习惯性活动都可能影响牙弓的宽度，牙弓在大小以及形态方面表现出的差异是由于遗传因素和口周肌肉等微环境的影响。
牙模型的测量分析对于正畸治疗具有及其重要的意义，随着计算机图像处理技术的不断发展和在正畸研究中的应用，更为精确的测量方法将用于牙模型的测量， 为正畸临床上错畸形的诊断、分析、矫治计划设计等具有一定的参考价值。遗传因素对牙齿大小的决定性作用较牙弓强。牙齿大小与牙弓大小、形态之间的关系以及各类型错畸形之间遗传性状的异同也应该被进一步深入研究。同时，为了应对环境因素对牙特征影响，在儿童阶段应尽早纠正口腔不良习惯，积极防治替牙障碍，保持乳牙列的完整，避免牙弓长度的缩短。在治疗错畸形时一定要关注与父母相关性强的牙颌面特征对发育期儿童生长趋势的影响，并注意父母影响的差异，以便制定出更为合理的临床矫治方案。
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表观遗传学的特点范文第7篇
治疗药物监测(therapeutic drug monitoring，TDM)是近20年来形成的一个新的临床药学分支，是临床药理学的重要研究内容之一。TDM主要通过运用各种灵敏的现代分析检测手段，定量分析生物样品中药物及其代谢产物的浓度，并利用药代动力学原理和计算方法拟订最佳给药方案，包括治疗用药的剂量、给药间隔以及给药途径，实现给药方案个体化，指导临床合理用药，以提高药物的疗效，避免或减少毒、副反应，同时也为药物过量中毒诊断和处理提供有价值的实验室依据。TDM是现代临床药物治疗学的重大进展之一，正越来越多地被应用于临床各个学科。本文就TDM相关研究进展作一综述。
1 开展TDM的意义
1.1 实施个体化治疗
通过TDM，临床可对不同生理、病理状况下的患者进行个体化治疗。一般而言，临床常规用药剂量基于群体患者统计数据，大部分患者按此剂量用药安全、有效。但由于患者的生理、病理及遗传等个体情况存在差异，同一药物在体内的药动学过程和参数各不相同，从而会产生不同的效应。如新生儿与老年人对很多药物清除缓慢；营养不良者与肥胖者的药物表观分布容积存在个体差异；某些生活习惯(如吸烟)影响茶碱的代谢；在病理情况下，如患者肾功能受损。氨基糖苷类抗生素、地高辛等药物的清除速率会减慢，肝功能受损患者的茶碱代谢会减慢。因此，须在特殊病理、生理状况下，对药物浓度进行监测。根据监测结果采取不同给药方案，以期获得最大疗效并减少不良反应。
1.2 避免药物毒性
TDM可监测呈非线性动力学特征的药物浓度及毒性大、治疗窗窄的药物浓度，以避免药物毒性。具非线性动力学特征的药物如阿司匹林、氨茶碱、苯妥英钠等，当血药浓度超过一定范围后，剂量的增加与血药浓度的增加不成比例，在此情况下应适时监测血药浓度。如当氨茶碱的血药浓度>30μg／mL时，药物的半衰期将明显延长，易蓄积中毒，在应用此药时有必要给予特别关注；抗精神病药物因可引起粒细胞减少、心电图改变、肝脏功能损害甚至黄疸等毒性作用，在使用过程中也应注意血药浓度监测。近年来，随着器官移植技术的发展和广泛应用，免疫抑制剂受到越来越多的关注。该类药物抑制淋巴细胞功能，在减少移植排斥反应、延长移植物存活时间的同时，还具有较强的毒性，尤其是新一代免疫抑制剂环孢素、他克莫司和西罗莫司等，由于治疗窗窄，药动学存在明显的个体差异，因此需要密切监测药物浓度，以确保药物处于有效治疗范围并避免中毒。抗肿瘤药物及某些抗菌药物也是如此。
2 应予TDM的药物
2.1 TDM的条件与适用范围
在具备以下条件时，TDM的结果方可对临床用药的安全、有效具有指导意义：1)药物的治疗作用和毒性反应必须与血药浓度有一定的相关性；2)判断药物疗效的指标不明显；3)已具有可供参考的药物治疗浓度范围和药动学参数；4)已建立了灵敏、准确和特异性的血药浓度测定方法，并可迅速获得结果。
临床治疗药物监测并非对所有药物和患者都需要。目前，应予治疗药物监测的药物如下：1)安全范围较窄的药物，即治疗指数低、毒性大的药物，如地高辛、锂盐、茶碱和环孢素等。2)药动学呈非线性特征的药物。这类药物(如苯妥英钠、普萘洛尔、乙酰水杨酸、双香豆素等)在剂量增大时，血药浓度会不成比例地迅速增加，并伴以明显的消除半衰期延长。3)患有肝、肾、心脏和胃肠道等脏器疾患者。药物在这些患者的体内过程明显受影响，药动学参数可发生显著改变。4)有药物毒性反应发生可能或可疑发生的患者。5)在常用剂量下元治疗响应、需查找原因者。6)需长期服用而又易发生毒性反应的药物。7)新生儿、婴幼儿及老年患者。8)联合用药时发生的相互作用可能改变药物体内过程。9)在个别情况下确定患者是否按医嘱服药。10)提供治疗上的医学法律依据。
2.2 药物
2.2.1 免疫抑制
自20世纪70年代环孢素(CsA)用于临床以来，器官移植的成功率显著提高。目前，已有CsA、他克莫司(FKS06)、麦考酚酸酯(MMF)和西罗莫司等药物用于临床，而血药浓度监测主要用于CsA、FK06和西罗莫司。目前认为，肾移植患者只要不发生排斥反应，CsA浓度就应控制在较低水平。尤其对术后3年以上的患者，浓度可维持在100μg/L左右。这样，既能达到满意的免疫抑制效果，又能减少CsA的不良反应，同时还可降低患者的医疗费用。临床传统习惯是在早晨服药前取血测定谷浓度(C0)。近年，多项回顾性、前瞻性临床研究发现，仅监测C0是不完善的。1993年，LiodhoLm等首先提出用药后12 h的药时曲线下面积(AUC)与抗排斥药效具有相关性。随后。经大量学者研究证实，CsA服药后2 h的血药浓度(C0)处于药动学变化的最高区域，C2单个血样点就能确定CsA的吸收情况。他克莫司与CsA相比，最大的优势是肝脏毒性小，适用于肝功能异常的移植患者、CsA中毒时的转换治疗和难治性排斥反应。患者的服药剂量应根据血药浓度来调整，当浓度维持在5～20 ng／mL之间时，多数患者的排斥反应可被控制。维持治疗可减低剂量，主要根据移植患者的排斥反应及耐受性予以调整。不过，虽有学者经研究认为，服药后4 h浓度(C4)与患者血药浓度的相关性最好，但目前临床TDM还是常规监测C0。
2.2.2 抗癫痫药物(AED)
临床常用的AED有10余种，包括苯巴比妥、苯妥英钠、丙戊酸钠和卡马西平等。已知这些药物的血药浓度与临床疗效密切相关，有明确的效应浓度范围和中毒界限，对它们进行TDM已得到普遍认同，成为常规治疗中不可缺少的一部分。新型AED价格较贵，部分实验室正在建立监测方法，但对大部分新AED至今还没有研究出完善的浓度一效应关系。此外，部分新型AED的有效浓度范围至效应浓度和毒性浓度范围会出现部分重合。虽然没有明确的TDM目标浓度，但是某些药物，尤其是拉莫三嗪和唑尼沙胺(可能还包括奥卡西平和托毗酯)的药理学性质都表明。它们在不久的将来可能被纳入TDM范围。
2.2.3 抗微生物药物
TDM应用最广泛的抗微生物药物为氨基糖苷类和多肽类抗生素。这两类药物主要经肾排泄，有较大的肾毒性。肾功能不全对此类药物体内浓度的影响较大，且易加重肾脏损害，故需根据肾功能情况和体内药物水平进行剂量调整。
近年来，氨基糖苷类抗生素的每日1次给药法已得到逐步推广。虽然最佳剂量尚未完全统一，但通常认为，庆大霉素、妥布霉素和奈替米星的每日1次剂量宜控制在5～7
mg／kg，阿米卡星的每日剂量宜控制在20 mg／kg(峰浓度、8h浓度和24 h浓度分别为61.0 mg／L、5.9 mg／L和1.3 mg/L)。阿米卡星、妥布霉素与庆大霉素相比，毒性相对较低，对肾功能正常的患者来说，不需进行TDM，但如与万古霉素联用治疗严重感染或用于肾功能不全患者时，TDM亦十分必要。
随着耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)所致感染的发生率不断上升，万古霉素已成为治疗MRSA感染的首选药物。研究显示，其杀菌效应与血药浓度高于最低抑菌浓度(MIC)的持续时间及抗菌后效应(PAE)有关。Iwamoto等。的研究结果表明，万古霉素峰浓度高于25μg／mL有利于获得理想的临床疗效。通常，临床希望其峰浓度达到30～40μg/mL，谷浓度达到5～10μg/mL。万古霉素峰浓度的采集应在给药后1～2 h进行。也有研究认为，只要采集1个谷浓度血样，就可通过一室模型Bayesian方法估算出万古霉素的平均稳态浓度。由于万古霉素的杀菌作用具时间依赖性，平均稳态浓度应比谷浓度更具实际意义。
2.2.4 抗肿瘤药物甲氨蝶呤(MTX)
抗肿瘤药物的TDM目的主要在于个体化给药和减少药物不良反应。对大多数抗肿瘤药物，目前尚未建立起标准的剂量调整方案。大多数TDM还是通过已知的剂量一效应关系，在药动学原则的指导下，尝试实施个体化给药。MTX是一种治疗指数低、毒性大的抗癌药物，大剂量MTX配合甲酰四氢叶酸钙(CF)解救疗法对多种恶性肿瘤(如骨肉瘤、非霍奇金淋巴瘤、小细胞肺癌和头颈部肿瘤)疗效显著。MTX的毒性不仅取决于MTX剂量，而且与其浓度及维持时间密切相关，药效往往与毒性反应同时出现。cF解救过早会降低疗效，过晚则不能减少严重毒、副作用。因此，MTX的24 h时血药浓度应
2.2.5 抗逆转录病毒药物
在艾滋病(AIDS)患者中进行的研究表明，当非核苷类逆转录酶抑制剂依非韦仑的血浆药物浓度4 mg／L时，中枢神经系统不良反应几率增加。虽然此类不良反应呈一过性和可逆性，多数情况下不必减量或调整用药方案，但在血药浓度较高(>8 mg/L)或不良反应持续存在时，建议将剂量调整为400 mg／d，或交替服用200 mg／d或400 mg／d。蛋白酶抑制剂(Pls)的出现给人获得性免疫缺陷病毒(HIV)感染治疗带来了变革。但临床试验显示，也在药动学方面存在许多局限，包括口服生物利用度低、半衰期短、谷浓度(Cmin)低以及需高剂量频繁给药等。大多数Pls会与血浆蛋白高度结合，使得进入感染组织的有效浓度降低。这些局限最终可能导致不适当的药物浓度，从而允许残余病毒复制以及形成耐药性突变。另外，Pls是CYP 450和P2糖蛋白的底物，这可能导致较大的个体血药浓度差异，同时增加药物相互作用发生的可能性。由于Pls的治疗目标浓度尚无定论，根据药物作用模式和治疗方案不同，目标浓度应有区别。对其它PIs无效患者，目标浓度可能高于首次应用患者。IC95对确定目标浓度有重要指导价值；相反，其它抗逆转录病毒药物的协同使用可适当降低目标浓度。目前对采用何种浓度(Cmin或Cmax)、何时采样还没有达成一致，但对浓度作适当的解释有利于明确其临床意义。
2.2.6 抗精神病药物
典型及非典型抗精神病药物对精神分裂症的疗效已得到确认。非典型药物疗效确切，不良反应较少，依从性好，适宜长期服用，但由于费用较高，典型药物现仍占有相当市场份额。典型抗精神病药物因其药动学特点及有严重的不良反应，要求应用时采取个体化给药方案。抗精神病药物的TDM始于三环类抗抑郁药(如丙眯嗪、去甲替林等)，目前国内一些精神病专科医院仍在对一些经典抗精神病药物(如氯丙嗪、奋乃静、氯氮平、舒必利和碳酸锂等)进行TDMm。
2.2.7 中药
随着中药的广泛应用，有关其不良反应及毒、副作用的报道逐年增多。导致不良反应的中药不仅有乌头、蜈蚣和附子等毒性药材，某些药物如人参，如果长期服用、剂量过大，也会出现毒、副作用甚至致死。需进行TDM的中药主要有以下几种；1)本身具剧毒，如乌头、砒石和雄黄等。2)剂量不易控制，如丹参、川芎、六神丸等。3)配伍后易与其它药物发生相互作用，如乌头与贝母合用会降低乌头疗效。4)用药时间过长易引起蓄积中毒，如黄花夹竹桃长期使用会发生洋地黄样蓄积中毒。常用的中药TDM技术方法有：分光光度法、色谱法和微生物法等，但由于中药成分比较复杂，绝大多数有效成分未明或干扰因素太多，缺乏体内微量定量分析方法，因此对中药TDM的研究目前仍处于探索阶段。
2.2.8 心血管药物
强心苷类药物地高辛，抗心律失常药利多卡因、普鲁卡因胺、奎尼丁和胺碘酮，β－受体阻断剂普萘洛尔、美托洛尔和阿替洛尔等药物，因有效浓度范围小、易过量造成中毒而需监测。
3 常用检测方法
TDM常用检测方法有以下几种：1)分光光度法。早在20世纪50年代末即采用，用于测定苯巴比妥和苯妥英钠血浓度。这种方法需要的样品量大，且灵敏度低、干扰因素多、专属性不好，因此难以普及。2)色谱法(单用或与质谱联用)。灵敏度高，选择性强，可同时测定多种药物及其代谢产物。不足之处是测定周期较长，测定分析技术较难掌握。色谱法包括气相色谱法和高效液相色谱法，气相色谱联用质谱法具有更高的专一性和灵敏度，是目前最常应用的方法。3)免疫学方法，包括放射免疫法、均相酶免疫法及荧光偏振免疫法。免疫法分析周期短，自动化程度高，操作简便，适用于急诊和大量样本的测定，发达国家实验室通常采用此法，国内应用也渐增多。该方法的缺点是不能同时测定数种药物，测定的品种限于常规测定品种，不能满足对新药进行研究的要求。4)毛细管电泳法。特点是高效分离、自动化、操作简单、样品量少、精确度高、分析速度快，不需要有机溶媒而仅需缓冲溶液，所用材料成本低。5)原子吸收法。操作简单，可测定含有金属离子的药物如顺铂、碳酸锂。6)微生物法。仅用于某些抗菌药物的监测。
4 提高TDM质量的措施
准确、可靠的TDM测定结果是保证患者个体化治疗的必要条件。除制订并执行检测操作规程、正确选择测定方法、定期进行质控分析外，明确采血时间也是非常重要的。由于各种药物的药动学性质不同，用药后达到稳态血药浓度及稳态后出现峰、谷浓度的时间也各不相同，故为使测出的血药浓度能真实反映药物的峰、谷浓度，并能作为给药方案调整的可靠依据，必须根据各种被监测药物的药动学性质、体内过程，规定其采血时间。例如，地高辛半衰期较长，约36 h，应按一定的剂量与给药间隔连续服用8～10 d(5～6个半衰期)后，待血药浓度达稳态，方可在某次服药前采血。
5 TDM的发展方向
在临床上，常有诊断相同、一般状况类似，但使用同一药物治疗时获得的疗效却相差甚远，毒、副作用也不一样的情况，即有明显的个体差异。对此，用传统药动学、药效学无法解释。研究显示，遗传决定药物的代谢转化，个体及家系或各种族人群中的药效学和药动学存在差异，人们通过探讨相关酶的特性提出了遗传药理学的概念。药动学由药物代谢酶决定，而药效学则受药物目标蛋白的控制。随着TDM和遗传药理学的进一步发展，不仅能监测患者的药物浓度是否在治疗范围，还可以前瞻性地用患者的特异性遗传信息来监测药物治疗。将来，TDM最有可能是在选定的患者中联合传统模式和药物遗传学监测一起进行。患者的遗传信息将以基因芯片的形式储存和调用，从而有可能根据每个人特定的代谢、消除等基因型来选择药物并决定其剂量。当然，遗传药理学也并非如想象中的那样万能。首先，大部分药物并不受基因多态性的影响；其次，缺乏快速、准确、经济适用的基因分型方法；再次，许多生理、病理因素会影响结果的判断。另外，仍有许多非遗传因素会带来差异。因此，仅仅依赖基因测定是不可行的。
将来的临床药物治疗模式应以遗传药理学为导向，结合血药浓度监测，以指导特定药物对特定患者的合理使用。随着进入个体化药物治疗时代，不仅能对某一特定患者给予最好的药物，而且可在治疗开始时就给予最有效和最安全的药物剂量。
表观遗传学的特点范文第8篇
研究生科技小论文格式写作很多人都不知道怎么来写，其实论文的写作都是有技巧的，关注学术参考网可以查看更多的论文写作技巧，下面是小编整理的关于研究生科技小论文格式写作技巧，欢迎大家阅读借鉴。
一、科学研究的两个关键因素
1、科研思维：我老板一直跟研究生说“一定要做scientist，而不能做technician”，然而这一点往往在研究生教育阶段最容易被忽视。一般都是老板提出新idea，然后分工，每个研究生可能仅做其中某个环节或者是按照到导师的思路逐步去做，再加上研究生本身在实验操作上可能一开始就要花大量的时间去适用新环境和永远做不完的事情，可想而知，最终仅仅培养出一位“优秀技术员”，这在硕士研究生阶段尤为突出。但是，科研思维就像人体中的包含大脑的躯干，更加像是大海航行中的指南针，离开了他，最终科学研究将会停滞不前。
2、实验技术：有很好的idea，没有很好的实验条件和技能强的技术人员，科研思维也会变成“空想”。也许我们均没有国外实验室那样高顶尖的实验仪器，有的实验室还可能没有专门技能的技术人员，全靠研究生一届一届地带着的干，时常会出现技术脱节。但是我们可以不断创造条件进行实验；若实在实验条件不够的话，我们还可以搞合作；当然，我们也可以充分利用当前的条件，通过科学思维来达到最终的实验目的，即发高影响因子的文章。
二、如何在研究生阶段学得更多
1、多付出。“不付出，你就很难获得更多”。在我接触的研究生同学中，许多学生“以自我为中心的弊病”十分突出，不知是当前独生子女带来的、还是深受家庭学校社会教育的不足所引起的。实践中这些人表现为“先收获再付出，甚至寻求不付出而有所收获的捷径”。然而，另一些人在表现“先付出再收获，甚至不求收获的付出”，与人相处融洽，虽然每天处于繁忙中，但最终的收获是很大的，甚至终生受益。——学会了许多实验技能。“在帮助别人实验的同时也为自己后面实验奠定了良好的基础”
2、多交流。“不交流，你就很难飞得更高”。研究生阶段中，许多研究生惧怕自己的导师，不敢主动与老板进行交流，这将会导致这部分研究生最终可能连自己实验的目的和意义可能都不知道，这会在研究生论文答辩中时常发生。如果在不与身边的同学交流，仍然保持本科生的自学精神状态，那将会导致许多实验挫折的重蹈，更不要学他人的其他优点了，永远站在理论、书本的层面上，没能充分结合实践，最终是难以超过他人、难以成功的。——掌握了科研思维和许多实验原理。
3、多谦虚。“不谦虚，你就很难交到朋友”。在日常交往中，我深深体会到“谦虚使人进步，骄傲使人落后”，为什么？对方谦虚，我可能会毫不吝啬地把自己所知道的知识道出来与他进行分享和交流，他也可能从中学到他还没掌握或没理解的问题；但相反，我可能就不会说的太多，而且他也不会让你说的多，否则他就不叫“骄傲”。一次，我的一位师兄的论文答辩PPT，老板要他给我看看，帮忙修改一下，我是十分认真地通读了几遍，提出了我认为十个非常中肯的建议，没想到他找了十个相应的理由把我的建议一一否决(因为我自己还没答辩，也可以理解。但我参加过国家级PPT大赛和给大学生多媒体上课)，我只好忍痛点头说他说的有道理。后来，论文答辩的当天，导师把他PPT看了一下，提了许多和我一致的意见，唉!——做人也是一门学问，许多人这方面很欠缺。
4、自我加压。“不加压，你就很难取得成功”。这样的事例我见得太多了，从书本上的“伤仲永”到我亲眼所见的小学生、初中生、高中生和大学生等等，无论在人生哪一阶段，只要你松懈下来，你的同学、同事，甚至后来人都会把你丢得很远。这些例子告诫我们只有不断地自我加压，全面提高自我的综合素质，才能取得最终的成功。同样，研究生不是终点，而是我们进行科学探索的起始，所以我们更要加快步伐去学习、探索未知。——压力变动力，动力变能力，能力变效力。
三、科研实践中技巧汇总——详见下文
1、如何为申报基金奠定基础？
1)科学研究离不开各种基金资助。科研工作者可能会经历校/院/所基金、省/市教育厅基金、省/市自然科学基金、国家自然科学基金、国家重大支撑计划、国家863和973、国际合作项目等等申报，这些基金/项目的成功申报可能都需要拥有良好的基础。
2)在学生时代，我们只要把学习成绩弄好了，只要发表几篇论文足以毕业了，“我行我素”不一定会影响到你什么，更加感受不到周围的巨大压力；但进入社会后，如果你仍然以自我为中心地埋头苦干，可能很难快速地实现你的终极目标。人在不能改变环境的前提下，只能不断地学会适应环境；对人的成功来说，情商和智商都十分重要，需要双重发展。
3)结合以上几点，打好基础的方法：一方面在努力提高自己的能力的同时，也要增加与你本专业同仁的交流，如通过你以前的老板、同学或现在的同事、领导等等，通过交流，你可以从他们那里学到新的知识，甚至是前沿领域，同时也可让人家留下你的好印象(人是有情感的高级动物，同等情况下，可能会优先资助你)。当然，选择考博或出外进修可能更加方便与牛人的交流，可以考虑。
2、如何顺利开展长期实验(慢性毒性实验)？
1)长期实验的特点是：实验周期长、投入的人力/物力/财力较大。一旦实验成功，受益很大，发表文章也颇受欢迎；当然，也有很大的风险，有许多不确定因素的影响。
2)为何开展长期实验？首先，许多慢性疾病的病因研究离不开长期实验的开展，如肿瘤、高血压、成年疾病胎生起源学说验证等。其次，许多新化学品的慢性毒性评价需要开展长期实验，如一般毒性中的慢性毒性和致癌作用评价等。最后，急性毒性实验仅仅代表某一化学物的急性毒性，不能代表该化学品的其它毒性。
3)要顺利开展长期实验，必须做到：首先，研究设计全面，包括研究目的确立、研究对象的选择、实验过程的质控、实验指标的确立、实验中可能遇到的重大难题等。其次，做到各方面充分准备。课题负责人和成员要多请教相关熟悉专家和老师，让他们传授经验和教训，同时人员的岗前培训和合理安排、动物和试剂的预先订购、实验过程的盲法进行、定期对前面实验的总结和下一步实验的计划等也要准备。最后，慢性实验中收集的生物材料十分珍贵，在进行分子生物学实验或其它生化实验之前，若方法不成熟，可以用急性染毒处理收集的材料先进行实验，当方法成熟之后，再对珍贵的慢性实验材料进行检测分析。另外，一定要密切观察实验中研究对象的反应，尽量避免实验中不良因素的影响，灵活应对实验中的不良意外发生。
3、如何为课题组开辟新方向？
1)尽管我年资不大，但是我研究生阶段经历了三次研究方向的改变：肝脏毒性研究——生殖与发育毒性研究——神经发育毒性研究。前两个方向分别均发表了2篇SCI论文和好几篇中文论著，每一次的更换方向，我都从中学到了许多科学研究相关的精华。所以，我还是有许多经历与大家进行分享。
2)研究生为导师开辟新方向的难点所在：导师本人可能也对这个新方向不熟悉、研究生本身对科学研究把握能力有限、研究生实验时间较短(一般1-3年)、许多新的实验平台需要建立、对本方向的研究动态尚需要时间来不断学习等等。
3)研究生想为课题组顺利开辟新方向，必须做到：首先，大量阅读与新方向相关的中外文文献，以便了解该领域的研究动态和急需解决的难题，这一点十分重要。其次，逐步建立新的实验平台，由易到难、由宏观到微观，甚至可以先重复别人的研究，以验证你所建立的方法的正确性。最后，研究设计前和实验期间要多与该领域的专家、老师、同学请教，同时经常与导师探讨该课题的研究进展和下一步的研究计划。或许过来人的一句话会让你豁然开朗，少走许多弯路。另外，开辟新方向的研究生最好先发表1-几篇论文垫底，以防影响顺利毕业。因为开辟新方向是有风险的，倒不是一定失败，而是因为时间的原因，很难说一定在短时间能。
4、如何培养创新思维？
1)实例：本人几年前刚进入研究生学习阶段时，对科学研究和科学实验一窍不通，完全从0开始，更不要谈有创新思想。但是付出、交流、努力、再学习的全过程，让我初步认识到科学研究的真谛。例如，几年前我给大学生上课，只能是理论加理论，学生很乏味，但我尽力了，学生也可谅解。现在给学生上课，我经常结合科研实践，大谈专业前沿知识，能全程把握课堂的学习气氛。当然，更主要我也发表几篇SCI论文、获得过国家级奖励，让我很自信，也鞭策了我不断地努力学习、再学习。
2)我从过去对本专业知识的理解不足到现在基本掌握了本专业的前沿领域和热点研究内容，如成年疾病的胎生起源学说的进一步验证、纳米毒理学、组学研究、毒物的兴奋效应、环境内分泌干扰化学物对生殖发育的影响、表观遗传学的研究等等。总结几点如下：自我上进的心、多与自己导师和其他有影响的老师交流学习、多参加国内/国际大会进行交流、大量阅读本专业和跨专业的外文文献、定期阅读高影响因子的文献(如nature、science、cell、Plos等，他们中许多文章可能是未来几年的研究内容的导向)等。
3)宏观上，一味重视研究基础，那无科研基础、但有创新性和可行性的课题研究者永无出头之日。我曾看到一普通学校的老师的早期标书及其后来标书的申请过程，第一份标书他一点基础没有，但标书很好，评审专家给了他小额资助，正因为这一资助，后来他连续获得两项面上项目的资助，现已经发表几十篇SCI论文。若开始扼杀了他的第一份标书，我想他后来很难建立很好的科研基础。我认为每个人的研究基础都是从0开始的，而不是像海归或大老板那样有基础。国人为什么一直拿不到诺贝尔医学奖？我想这可能是主要原因，太看重以前的工作基础，扼杀了许多人的创新思维。
5、如何提高实验技能？
1)勤动手。这一点刚从本科阶段过渡到研究生阶段的学生可能不好适应，因为本科生实验多是老师准备好，学生只要做一下就行了。而研究生阶段从实验准备、实验过程、实验结束整理收拾等均需要自己动手。研究生阶段有许多方法值得学习，如生化实验、分子生物学方法、常规的试剂配制、动物的选择和染毒处理、生物材料的收集等，这些都离不开不断地动手锻炼。