基于遗传学的产品开发基因研究|遗传学

基于遗传学的产品开发基因研究

目前，遗传学的学科特点是:（1)知识点繁多，理论体系复杂;(2)需要掌握较多的 基础理论与相关的实验技能，如化学、生物化学、概率论和统计学等学科;（3) 要求学生能够应用所掌握的遗传学知识解决实践问题。所以遗传学一直是学生普 遍反映很难学习的课程之一。对于遗传学这种理论与实践相结合的核心基础课程， 要求任课教师必须采用合理而有效的教学方法，否则很难取得良好的教学效果。

在高校遗传学教学中存在许多经典案例，如：果蝇的翅型、体色、眼 色等性状的遗传；
豌豆的性状遗传以及玉米籽粒的形状和颜色性状的遗传等。其 中，还有一个非常重要的经典案例，即血型遗传。自20世纪初至今,ABO血型遗 传一直是复等位基因的一个不可缺少的经典案例。随着科学技术的高速发展，血 型的经典内涵得到不断提升，新的研究结果使血型遗传所涵盖的遗传学知识点越 来越多，内容越来越丰富。因此，以我们身边最常见的表型--血型为案例开展遗 传学教学不仅可以将复杂的知识点简单化、形象化，便于理解，还可以将繁多的 基础知识串联起来，便于记忆。另外，以血型遗传作为经典案例在遗传学的教学 中还可以不断加人新的研究和新的应用，使经典的内涵不断得到新的提升，让学 生的视野接触到前沿的科学知识，为日后的科研接力打好基础。

1血型与遗传学之间的重要关系 开展案例教学，案例的选择是关键。血型是人类血液由遗传控制的个 体性状之一，与人类的生活关系密切，用途广泛。自1900年到2005年，已检测出 约29个血型系统[21。临床上最常用的有“ABO血型系统”、“Rh血型系统”、“MN 血型系统”和“HLA血型系统”。这些血型系统涵盖了复等位基因、基因互作之上 位效应等遗传学的孟德尔定律拓展原理，基因的表达调控及群体遗传等遗传学的 精髓内容。透过这个知识窗口，可以看到遗传学在血型中的奥秘。

孟德尔遗传定律从建立、发展到不断拓展完善，一直都是贯穿高校遗 传学教学的核心知识点。由于现在大学生从高中开始就接触孟德尔定律，如果大 学教学还是重复高中阶段所涉及的内容，学生的学习兴趣难以提高。在高中知识 的基础上，开展案例教学，引入现代遗传学在人类血型上的最新认识，则不但可 以给学生一种似曾相识的感觉，还能自然地激起他们深入探索的兴趣。血型的遗传特征及生化基础可以清晰明了地向学生阐述清楚孟德尔定律的一些重要的延 伸知识内容。从红细胞血型到白细胞血型，从常见的ABO血型到罕见的孟买、 Rh血型，对于假基因、等位基因、复等位基因和拟等位基因等不容易理解的基 因概念以及基因之间的相互作用都可以通过血型案例，把学生带入情境之中，在 教师的指引下由学生自己依靠其拥有的基础知识结构和背景，在血型案例情境中 发现、分析和解决问题，比较轻松地掌握这些容易混淆不清的概念和一些难以理 解的遗传学现象，如非等位基因之间的相互作用之上位效应等。

此外，人的血红蛋白基因在不同发育时期的表达调控还涉及遗传学中 的表型和基因型之间的关系，真核生物中的基因表达调控模式等知识点。对血型 相关的一些遗传疾病进行分析，还可以引申出基因突变和染色体缺失突变及一些 重要的遗传标记。血型的遗传学检测方法及临床上的输血原则和溶血、血型互配 等现象也与受基因表达调控的红细胞的细胞膜糖基的特征和生化机制密切 相关， 引导遗传学从理论到实验，再到实践中的应用。血型与疾病的关联分析，把科研 思维引入高校遗传学教学中，让学生紧跟时代发展的步伐，理论联系实际，为日 后的科研工作打好基础。

遗传学中两大重要的主题是遗传和变异，主要包括孟德尔遗传和连锁 遗传、基因突变和染色体畸变。通过以复旦大学遗传学教学大纲为参考，与刘祖 洞主编的《遗传学》和乔守怡主编的《现代遗传学》教材内容相比较发现，血型 遗传案例除了与上述遗传学四大内容关联外，还涉及到基因的表达调控、群体遗 传、表观遗传等知识点，其中大部分知识点都是要求学生重点掌握的内容。目前， 血型案例所涵盖的主要遗传学知识内容及在遗传学学科中的重要意义的归纳见 表1。因此，把血型作为经典案例，开展遗传学的案例教学既贴近生活，引发学 生深刻的思考，又能代表性地进一步阐述探讨遗传学的生物知识。

2血型案例在遗传学教学中的开展 在以血型为案例的教学过程中，我们首先根据高校遗传学的教学目标 和培养目标的要求，在学生掌握了一些遗传学的基础知识和理论知识的基础上， 结合遗传学的教学进度逐步有序地进行介绍：1.血型基本知识介绍；
2.红细胞血 型的细胞膜糖基特征和生化机制；
3.红细胞血型与输血；
4.血型的遗传学规律特 征，包括(I)ABO血型复等位基因遗传及其应用，（II)ABO血型基因的克隆， （III)ABO血型的遗传学鉴定；
5.ABO血型的拓展，包括(I)孟买血型与拟孟买血 型，（II)红细胞血型与白细胞血型。下面主表1血型与高校遗传学教学的重要关 系要选取两个方面阐述在遗传学教学中的开展过程。

2.1血型基本知识在教学中的开展 ABO血型系统是第一个被描述的红细胞血型系统，也是最具有临床意 义的一个系统。因此，在进行血型基本知识介绍时往往以ABO血型为例。随着以 分子生物学为基础的血型研究的发展，ABO血型的基因遗传背景目前已比较清楚。

在介绍血型基因的基本知识同时也涵盖着遗传学知识的传播，而且随着血型基因 知识的不断丰富完善，涵盖的遗传学知识也越来越广泛。

ABO血型由3个复等位基因控制，即iA、产和i°o在开展遗传学相关教 学活动时，一般都用此作为分析生物界中复等位现象的经典例证。这些基础知识 对于高校学生来说可能在高中的时候就已经获得。因此，在大学开展相关教学时， 除了简单介绍这3个主要的复等位基因外，还可以深入讲述新的研究结果，到目 前为止通过分子生物学方法已经确定了160多个^50等位基因，只是目前国际上以 4川7基因作为等位基因的参比序列，其他基因均与其紧密相关，非常保守。在此 基础上ABO血型又可分为许多亚群，其中A血型表现出最多的亚型。在红细胞血 型系统中还有一种Rh血型，分为Rh阳性和Rh阴性。Rh血型主要由3个紧密连锁 的基因D/d、C/c、E/e决定，这3个基因以单倍型方式传递，属于拟等位基因。这 样在讲解原有知识基础上，又不局限于原有知识范围，由ABO血型到Rh血型， 由复等位基因引出拟等位基因，在教学方法上可以通过相互比较，举例分析，扩 大学生的知识面，提 高他们的学习兴趣。

人类的血型是不是一生恒定不变的？面对这个问题，很多学生都会认 为血型是由遗传决定，不会改变。其实人类的血型也会发生变异，如急性白血病 以及再生障碍性贫血可以使血型抗原减弱，骨髓增生异常综合征可以导致血型抗 原丢失等。而且，健康人也存在血型变异的现象，但是这个是与细胞表面血型物 质受到掩盖以及人体存在一些稀有ABO等位基因有关。这些新的知识可以向学生 很好地展示“遗传和变异”，利用身边的血型案例调动学生的学习积极性，使他们 积极主动地掌握遗传学的精髓。

此外，最近几年疾病引发基因甲基化和突变的研究"又可以结合表观遗传学的内容开展教学。

2.2红细胞血型的细胞膜糖基特征和生化机制在教学中的开展 人类ABO基因位于9号染色体长臂(9q34)，其基因产物是一些专一性 的糖基转移酶，可以催化血型抗原前体特定部位的糖基转移，从而控制ABO血型 抗原的生物合成。其中4基因编码产物为N-乙酰-D-半乳糖胺转移酶(简称A酶)， 可以产生常见的A抗原；
S基因编码产物ci-l，3-D-半乳糖转移酶(简称B酶)，可以 产生常见的B表面抗原；
和S基因同时存在产生的等位基因，其编码产物具有A酶 和B酶的特异性，在红细胞表面上产生不同强度的A和B抗原；
而O基因则是第258 位和第349位碱基缺失导致的密码子移位，使终止密码提前出现，合成了无酶活 性的短肽，因而体内没有A酶和B酶，也不能催化糖基转移，只有前体物质H的产 生为H抗原(图1)。因此ABO血型有时也称为八811型[71。这样，不同的」、B、0 基因编码不同的多肽，产生具有不同功能的糖基转移酶，非常简单地引出了遗传 学中经典的基因与酶的关系的“一个基因一条多肽(一个基因一个酶)假说”,使学 生很容易获得一个基因决定一条相应的多肽链(酶)的结构，并相应地 影响这个多肽(以及由单条或多条多肽链组成的酶）的功能这种遗传 学思想，达到良好的教学效果。