生命科学与技术研究进展

1. 什么是系统生物学？

系统生物学是一种典型的多学科交叉研究，它需要生命科学、信息科学、数学、计算机科学等各种学科的共同参与。它是一种整合型大科学，要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）整合在一起进行研究。对于多细胞生物而言，系统生物学就是要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。

系统生物学包括四个方面：

一、系统结构。包括基因，蛋白间关系以及由此得到的基因蛋白网络和生物通路，以及这些相互之间关系所牵涉到的细胞内和细胞外结构的物理特性和机制。

二、系统动力学。可以通过代谢分析，敏感性分析，动力学分析工具比如分叉分析等，以及识别不同行为所内含的机制等分析方法和手段来理解在不同时间点不同条件下系统的行为。

三、系统的控制方法。掌握这些控制细胞处于各种状态的机制，用来模拟系统，能得到治疗疾病的药靶。

四、设计的方法。基于某些设计的原则和模拟方法，可以修正和构造具有所需特性的系统，而不需要盲目地反复实验。

2. 生物芯片技术对于系统生物学的意义？

生物芯片是多领域相揉合的产物，生物芯片技术涉及电子技术、成像光学、材料学、计算机技术、生物技术等。简单说，生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片技术是系统生物学技术的基本内容。

系统生物学有两个关键技术基础，“组学”数据基础，以及检测和实验技术基础。在检测和实验技术这一方面，生物芯片占有举足轻重的地位。二十世纪末期，生物芯片开始进入大家的视野，它有着传统技术无可比拟的优势：高通量、微型化、自动化。系统生物学需要处理海量的组学数据，如果仅仅依靠传统手段，将举步维艰，借助于芯片技术，将事半功倍。

3. 以某离子通道为例，叙述蛋白结构和功能的测量方法和手段

以BK通道为例，结构测量：首先得到通道的序列，设计引物，通过体外PCR 快速高效的体外扩增该片段，然后连接到合适的载体上导入宿主细胞中进行表达，获得蛋白，通过HPLC进行蛋白分析和分离，将纯化后的蛋白配制成浓溶液，进行晶体生长实验，获得高质量的单晶体后，进行X射线衍射来解析该通道的结构，功能测量：通过量：通过切除部分序列，来测量通道的功能序列，定点突变来确定通道的关键氨基酸。通过特异性药物或毒素与通道的结合相互作用来检测通道的生理活性和功能。

4、有哪些方法可用来确定离子通道生理功能？

（1）电压钳技术

膜对某种离子通透性的变化是膜电位和时间的函数。用玻璃微电极插入细胞内，利用电子学技术施加一跨膜电压并把膜电位固定于某一数值，可以测定该膜电位条件下离子电流随时间变化的动态过程。利用药物使其他离子通道失效，即可测定被研究的某种离子通道的功能性参量

（2）单通道电流记录技术

用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面,使之形成10～100GΩ的密封，被孤立的小膜片面积为μm2量级,内中仅有少数离子通道。然后对该膜片实行电压钳位，可测量单个离子通道开放产生的pA（10-12安培）量级的电流，这种通道开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化，可直接得到各种离子通道开放的电流幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。

（3）通道药物学研究

结合对药物分子结构的了解，不但可以深入了解药物和毒素对人和动物生理功能作用的机制，还可以从分子水平得到通道功能亚单位的类型和构象等信息。

（4）通道蛋白分离、通道重建和基因重组技术

利用与通道特异结合的毒剂标记，可把通道蛋白质从膜上分离下来，经过纯化，可以测定各亚单位多肽的分子量。然后，把它们加入人工膜，可重新恢复通道功能。

5. 植物功能基因组学的研究策略

植物功能基因组研究就是指利用各种手段，将未知的基因序列加以功能的注释、赋予功能的含义，是实现从量到质转变的关键过程。基本策略是从研究单一基因或蛋白质上升到从系统角度研究所有基因或蛋白质。第一是模式生物组：研究基因功能最有效的方法是观察敲除基因或者是超表达后再细胞或整体水平上产生的表型变化，这需要选择一个有效的模式基因组，如拟南芥，水稻等。第二是研究基因的表达，方法主要有：表达序列标签，基因芯片和微点阵，基因表达系统分析法。除此之外，插入性诱变以及基因沉默技术，蛋白质组学，生物信息学，液相原位PCR技术也是研究基因组学的技术

6.植物功能基因组学研究新进展

功能基因组学的研究又被称为后基因组学研究，它是利用结构基因组学提供的信息和产物，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统研究。

基因功能基因组学中利用T—DNA插入诱导产生突变进行基因功能分析，利用转座子系统诱导产生突变进行基因功能分析，基因表达系列分析技术，表达序列标签技术，利用同源序列研究分析基因功能，利用生物芯片进行基因功能分析。通过综合运用这些新技术对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述

7. 简述基因工程的原理。

基因工程主要是DNA重组技术是指在体外把不同基因进行人工“剪切”、“组合”和“拼接”使基因得以重新组合，然后通过载体进行无性繁殖，要使新的基因在受体细胞的表达，产生人类所需要的物质，或组建新的生物类型。

主要内容: (1) 从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基因的DNA片段。(2) 将带有目的基因的DNA 片段连接到能够自我复制并具有选择标记的载体分子上, 形成重组DNA 分子。(3) 将重组DNA 分子引入到受体细胞。(4) 带有重组体的细胞扩增,获得大量的细胞繁殖体。(5) 从大量的细胞繁殖群体中,筛选出具有重组DNA 分子的细胞克隆。(6) 设法使目的基因实现功能蛋白的表达。