2016.1.12基因功能的常用研究方法

回答：基本上可以认为这个女生是中文系的，爱好之一是羽毛球
第一招： 天地人合举例——人合

“人合”——近朱者赤，近墨者黑：相互作用的一些基因常常具有类似功能， 它们为完成同一功能而通力合作。例如，如果实验发现蛋白C与蛋白D相互结 合，而基因D是某一信号通路的受体，则基因C可能也是该信号通路成员 “人合”——近猪者吃，近墨者喝：一个人不仅会经常接触与自己类似的人， 还经常接触自己的工作对象。例如，经常与学生接触（学生/老师）。同理， 与一个基因接触的其它基因或者物质，也可能是其作用的对象。例如，如果 蛋白质F与DNA结合在一起，则提示其对DNA发挥作用，可能参与DNA复制、 转录等 “合”——合理。人类进化使不合理的基因被淘汰，已存在的基因，其功能 必定合理，至少具有合理一面。合理的表现是能够促进个体的生存和繁衍。 合理遵循两个原则：一，经济原则。生物不会浪费物质和能量在一个无用或 者冗余的基因上。凡是一个基因可以实现的功能，没有必要用两个基因。二， 有效原则。基因的功能应该促进而不是损害生物的生存和繁衍。根据合理性 原则，无需任何实验证据，我们不难想到非编码DNA序列是有用的，不是无 用的垃圾

有时全身性的过表达、低表达或者基因敲除会出现我们不想要的结果。 例如，全身性的基因敲除会致命。为了解决这个问题，现已开发出许 多种组织特异性和时间特异性的过表达、低表达和基因敲除技术，使
得基因调控更加准确
第三招：上下求索

横向：基因需要经过转录为RNA、翻译为蛋白质至少两步才能发挥
功能。所以，研究一个基因的功能，就可以在DNA、RNA和蛋白质
每一个研究都离不开这三板斧。而只要学会这三板斧，就可以做大部
分科研了。所以，科研就是这么简单
谢谢
2016.1
第四招：背井离乡

反之，如果misexpression产生了某一表型，不代表该表型是该基因的 正常功能——该基因“可以”做什么，不代表该基因实际上做了什么。 例如，我们把一个教授放到农村去，他没法接触到做科研需要的设备、 文献等，而且迫于生计，他不得不自己种田维持生存。我们能够下结 论说：教授的社会职能是种田吗？当然不可以。但是我们可以说：教
的结论就更有把握（In vitro）

值得注意的是，misexpression不产生预期表型，并不能认为研究基 因与该表型无关。因为一个基因发挥作用，需要很多其它基因的帮助。
如果misexpression的部位、时间、物种缺乏该基因发挥功能需要的辅
助基因，或者多了可以抑制该基因功能的其它基因的表达，则可以导 致预期表型无法产生（In vivo不可或缺）
验设计，必须提前想到这些缺陷，并通过相应实验设下“埋伏”，反 驳这些可能的反驳；此外，还应通过类似实验重复验证来增加结论的
可靠性，这就叫做“十面埋伏”

中医诊治病人，需要“望闻问切”，把四种方法得到的信息综合起 来才能做出正确的诊断，这叫“四诊合参”。历史学上有一个说法叫
做“孤证不立”，就是说如果只有一条证据支持一个论点，那么这个
基因网络。所以，研究一个基因的功能，还可以构建出它所处的网络
“七大绝招”与“三板斧”

第一招：天地人合 第二招：患得患失 第三招：上下求索 第四招：背井离乡 第五招：内外兼修 第六招：十面埋伏 第七招：一网打尽
三板斧：天时地利，患得患失，十面埋伏

为了增加适用范围，上面一共总结出了七大绝招，但却不够简练。一 个研究或者一篇文章，常常只用到其中的一部分。为了更加简洁，可 以总结为最重要的“三板斧”：天时地利，患得患失，十面埋伏。 “天时地利”，指的是基因何时何地表达。“患得患失”，其中“患 失”比“患得”重要得多。“十面埋伏”，指的是立体论证。基本上，
授是“可以”种田的
第五招：内外兼修

体外实验（In vitro）简单便捷，可以很快得到结果。可是，体外实 验的条件和体内的情况不一样，体外实验得到的结果一般还需要体内 实验（In vivo）来验证

“内外兼修”指既做体外实验， 又做体内实验
第六招：十面埋伏

当你论证一个观点的时候，评审会想办法反驳你（找缺陷）。好的实
时间，TA在本校教教室；为了辨别男女，观察TA上洗手间是男？还是女？
高兴的是，TA去了女洗手间（终于松了一口气 ）。不过你比较小心，为防 万一，继续跟踪，看她晚上回宿舍去的是男？还是女？ 不出所料，她去了本 校的女生宿舍。这下你终于放心了：她是本校的一个女生
第一招： 天地人合举例——天地

第一个问题——她是女的（她去女洗手间和女生宿舍） 第二个问题——她是本校女生（白天去本校教室，晚上去本校女生宿 舍）

近朱者赤，近墨者黑 近猪者吃，近墨者喝
第一招： 天地人合举例——天地

科学研究原则：“从生活中来，到生活中去”


研究基因的功能——人的功能
举例：男生，喜欢上了一个“女生”，可是这个“女生”长得扑朔迷离，帅 气中带着妩媚，羞涩中透出豪爽


第一个问题：TA到底是男还是女？
第二个问题：TA是不是学生？如果是的话，是本校的吗？ 不认识TA的朋友，无信息来源。为了解除疑惑，决定跟踪：发现白天大多数

所以，研究一个基因，就可以在不同的表达水平和不同的作用水平 上“上下求索”
第四招：背井离乡

背井离乡（misexpression），就是在非正常时间、非正常位置、非正
常物种（时间、地点、人物）表达一个基因。如果在正常情况下，研
究基因具有特定功能，而且在非正常时间、非正常位置和非正常物种 间表达的时候同样导致该功能，则我们下“该基因具有该特定功能”
两方面的实验都要做

我们不仅要“患得患失”，还要“斤斤计较”。因为过表达或低表 达的水平不同，表型改变可能也不同，甚至看不到表型改变。例如，
用siRNA Knockdown一个基因的表达水平的70%也许看不到任何变
化，但是Knockdown 90%就能观察到表型改变了。所以，当过表达 或者低表达研究基因却没有得到预期结果的时候，就需要考虑基因表
而其余的通路基因没有鉴定出来，那就可以研究上游的配体和下游的 信号通路基因分别是什么。一个转录因子，常常可以激活或抑制一系 列基因的表达，究竟可以控制哪些下游基因，也值得研究
第三招：上下求索

蛋白质发挥功能，常常会有正性调控和负性调控因子。从上游来看， 哪些基因及其产物可以促进或抑制研究基因的表达水平？具体机制是 怎样的？从下游来看，哪些基因及其产物可以增强或者减弱研究基因 的功能？具体机制是怎样的？这些都可以研究
第六招：十面埋伏

看文献的时候，你会 发现作者做了一大堆实验，这么多的实验就像
唐僧在你耳边念经一样，把你弄得晕头转向。为了提高看文献的效率，
一般只看关键实验，次要的实验可以略过。当你做学术报告时，由于 时间有限，只报告关键实验。等到观众提问时，这些次要实验就可以 派上用场了

例如，听完你的报告，有听众提问说：“我觉得你的结果还有 两种 可能的解释，包括。。。你怎样得出这个结论的呢？”此时，你就可 以从容自若的说：“这是一个很好的问题。针对第一种可能，我们做 了XX实验，结论不支持这个可能。针对第二种可能，我们做了XX实

第一招：天地人合 第二招：患得患失 第三招：上下求索 第四招：背井离乡 第五招：内外兼修 第六招：十面埋伏 第七招：一网打尽
第一招： 天地人合

天时，地利，人合 “天时”指基因及其产物什么时候表达（when） “地利”指基因及其产物表达于哪个部位（where） “人合”可以进一步引申为两点
论点是不可靠的。生活中，如果有一个人说某人有问题，他不一定真 的有问题。可是如果很多人都说他有问题，那他就很可能真的有问题 了
第六招：十面埋伏

如果仅仅从一篇文章的角度来考虑，做这么多的实验不是很有必要。
例如，做了第一个实验，结论成立的可能性是80%，做了第二个，可
能性上升到95%。可是，科研是积累性的，你的结论是别人推理的基 础，你推理的基础则是前人的结论。假如A1引用了你的文章，A2又 引用了A1的文章，如此反复一直到A10。如果每篇文章结论正确的概 率是80%，则A10文章结论正确的概率是0.8010=10%，如果每篇文章 结论正确的概率是95%，则A10文章结论正确的概率是0.9510=60%。 多做实验增加结论的可靠性，对于科学的长期发展是至关重要
水平分别进行研究。DNA的水平相同，不代表RNA的水平相同；同 样，RNA的水平相同，不代表在蛋白质的水平相同。哪怕就是在
RNA水平，还有不同剪切的可能

纵向： 一个基因翻译成蛋白质之后，常常需要同其它的基因及其产 物相互作用才能发挥功能。例如基因S，翻译成蛋白质S，如果它是配
体，就需要和受体结合，然后受体激活信号通路。如果S鉴定出来了

一个人什么时候，在哪里活动——提示其身份
基因表达的时间和部位——提示其功能 例如，如果基因A在胚胎发育过程中表达，成年后不表达，则提示该 基因与发育有关。基因B在在大脑的海马中表达，而海马与记忆有关， 那么这个基因可能与记忆有关
第一招： 天地人合举例——人合

第三个问题——她是哪个系的？她有什么兴趣爱好？ 信息来源：她有两个个形影不离的好朋友。你恰好有同学认识她的这 两个朋友。同学告诉你：她两个好朋友都是中文系的，都喜欢打羽毛 球
验，发现。。。” 看到了吧？这就是“十面埋伏”的妙处
第七招：一网打尽

每一个基 因都有作用于它的上游基因，也有受它作用的下游基因。 每一个上游基因和下游基因又分别有自己的上下游基因。除了上下游 基因及其产物，细胞内、机体内的其它物质例如离子等也都会作用于 基因自身。用马哲的观点来说就是联系无处不在，无时不有。这些联 系构成了一个复杂的网络。目前生命科学的一个发展趋势就是研究


第二招：患得患失
两种方法 第一种方法是失去



第二种方法是得到
得到和失去，都可以让我们知道事物和人物的功能，而其中失去更为

有效
第二招：患得患失

ຫໍສະໝຸດ Baidu
得，指的是基因的过表达（Over-expression）；失，指的是基因敲除 （Knockout）或者低表达（Under-expression）。例如研究的假说是 基因A与记忆力呈正相关，那么可以这样设计实验：先过表达基因A， 预期结果是记忆力增强，再降低基因A的表达水平，或者完全敲除， 预期结果是记忆力减弱。高质量的实验设计，一般应该“患得患失”，
研究基因功能的常用方法
——唐凌峰 博文
皮肤科 李欣 2016.1
“七大绝招”与“三板斧”
生命科学、医学的研究有很大一部分集中于研究基因及其产物的功能 用来研究基因功能方法——“七大绝招”和“三板斧”



掌握了这“七大绝招”和“三板斧”，设计实验更容易，看文献听学术报
告也更轻松
“七大绝招”与“三板斧”
达水平的变化是否不足
第二招：患得患失

有时即使完全敲除一个基因也看不到任何表型的改变，此时也不能下 “研究基因与研究表型无关”结论。（桥、桥墩：桥墩在这里好比处 于同一个通路具有相似功能的基因，桥是否可以通车好比基因的表型 是否正常）。在敲除一个基因A看不到表型改变的情况下，可以在基 因B（与A的功能具有相似性，或者是上下游的基因）敲除的动物模 型上敲除基因A，观察敲除后是否有变化