一：必答題在你的研究領(lǐng)域或你感興趣的領(lǐng)域中，請簡述你認為的一個重大的科學突破和一個最有希望突破的科學問題，并說明其對生物科學研究的作用和影響。在此領(lǐng)域中，哪些科學問題你愿意以畢生精力去解決。在你親自參加的研究課題中，請敘述一組令你特別興奮或標志性的實驗（可簡圖幫助說明）包括：實驗?zāi)康膶嶒炘O(shè)計和手段試驗中所遇到的具體問題和解決方法實驗結(jié)果對該領(lǐng)域的貢獻下一步實驗設(shè)計和想法二：選答三題今年中央一號文件明確提出要加強農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)研究、安全管理，科學普及，請談?wù)勎覈鴮D(zhuǎn)基因生物的科學及現(xiàn)狀及需要做的工作答：我國對轉(zhuǎn)基因生物的科學及現(xiàn)狀:盡管我國轉(zhuǎn)基因生物研發(fā)起步較早但相關(guān)科普工作一直處于較低水平，相關(guān)支撐技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施亦十分薄弱，這與國際發(fā)展趨勢以及國內(nèi)發(fā)展要求都是極不相稱的。同時，較之發(fā)達國家，我國國民總體科學素質(zhì)水平不高，認知能力較差，民眾參與意識淡薄，加之人口基數(shù)大、區(qū)域差異大、農(nóng)村人口多、媒體覆蓋面小，很難進行及時、高效的科普工作。需要做的工作:1政府統(tǒng)籌規(guī)劃，在機制、技術(shù)、設(shè)施方面全力保2建立高效的轉(zhuǎn)基因生物科普渠道1)傳統(tǒng)媒體與新興媒體并重。2)重視示范，開展形象化科普。3)占領(lǐng)重要陣地，發(fā)揮輻射帶動作用。4)重視信息反饋與交流。3創(chuàng)作形式豐富喜聞樂見優(yōu)秀的轉(zhuǎn)基因生物科普作品舉例說明腸道宏基因組與疾病的關(guān)聯(lián)分析方法。答：在人體內(nèi)微生物的數(shù)量比人類細胞要多10多倍。其中大多數(shù)的微生物都是正常的腸道菌群。這些微生物的編碼基因總量是人類編碼基因數(shù)目的50-100倍，被統(tǒng)稱為宏基因組。出生后進入人體并對人體代謝產(chǎn)生重要影響的這些微生物是后天稟賦的重要承載者,調(diào)控人體的生命健康。例如：腸道微生物與2型糖尿病的宏基因組關(guān)聯(lián)在新一代鳥槍法深度測序技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出一種新的宏基因組關(guān)聯(lián)分析方法。先后分兩個階段，對總計345個人的腸道微生物進行了MGWAS，共鑒定出大約6萬個與T2D相關(guān)的分子標記；然后又確定了這些基因標志物在糞便標本中的豐度，根據(jù)其相對豐度或者分類將T2D患者和非T2D患者體內(nèi)的宏基因組模式加以歸納、提煉和分類匯總，從而建立起一個全新的概念——宏基因組關(guān)聯(lián)群組。你掌握的知識和理解，舉例闡述應(yīng)該如何有效地開展珍稀頻危動物的保護答：由于人口，活動范圍廣，使許多珍貴的野生動物被迫退縮殘存在邊遠的山區(qū)、森林、草原、沼澤、荒漠等地區(qū)，分布區(qū)已極其狹窄。被分割成互不連接的獨立群體，近親繁殖，品種日益退化。瀕危動物物野外數(shù)量瀕危動物的種群數(shù)量稀少，而且繼續(xù)呈下降趨勢。大型動物種群個體數(shù)少，瀕危程度高，數(shù)量減少較快；小型動物種群個體數(shù)較多，瀕危程度尚低，野外數(shù)量減少稍慢。二）瀕危原因1.自然災(zāi)害的直接破壞，使得某些數(shù)量較少動物種群中的個體大量死亡。自然災(zāi)害所造成的食物嚴重缺乏使某動物種群大量饑餓致死。如大熊貓種群在1983年因主食箭竹大面積開花枯死，嚴重威脅大熊貓種群的生存。2.由于人類活動的直接或間接影響，使得動物種群在地理上形成隔離的小種群，而這樣的小種群最容易成為特種而且難以適應(yīng)生境的劇然變化，它們一般總是最先絕滅。3.有些處于食物鏈頂端的某些大型動物，如華南虎、東北虎等，由于它們的種群數(shù)量本身就不多，所以一旦遇到食物和棲息地的破壞和急劇變化，很容易變成瀕危種類。4.有較高經(jīng)濟價值和商業(yè)價值的野生動物，如雪豹、梅花鹿等，被人類所大量獵捕而造成瀕危。5.由于動物殘留種群基因交換機遇減少，近親繁殖而損害種群繁衍。6.人類經(jīng)濟活動和現(xiàn)代化生產(chǎn)，對自然環(huán)境造成的嚴重破壞和污染，導致了動物個體的受損和死亡，如白鰭豚、赤頸鶴。根據(jù)瀕危動物的現(xiàn)狀，保護瀕危動物應(yīng)當注意以下幾個方面：1.保護野生動物種群保護瀕危動物首先是保護它們的野外種群和個體，使它們能夠在各自的分布區(qū)內(nèi)滿足生存的基本要求(包括食物、水、隱蔽物、棲息環(huán)境、繁殖條件等)。不得驚憂和捕殺野生瀕危動物，未經(jīng)許可不能私自動物種群是保護瀕危動物的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到瀕危動物能否生存和延續(xù)它們的種群。2.棲息地的保護保護瀕危動物的生存環(huán)境、取食區(qū)域、繁殖條件、求偶或遷徙通道，是恢復瀕危動物種群的重點工作。3.建立救護和繁殖種群對很難在自然狀態(tài)條件下繁衍或是種類數(shù)量已經(jīng)達不到自然擴大種群的瀕危動物。應(yīng)特別批準救護繁殖單位采取人工繁殖措施和飼養(yǎng)的自然繁殖，為瀕危動物擴大種群創(chuàng)造條件。4.減少和消除不利因素人口的增長，糧食產(chǎn)地的開墾，城市的擴大，湖泊、濕地的開發(fā)、森林的減少、河流的污染，這些人為因素和經(jīng)濟活動卻無時不在干擾和影響著野生動物的繁衍生息。應(yīng)當采取必要和有效的措施，限制、減少和延緩這些不利因素對野生動物。5.加強管理，嚴懲偷獵應(yīng)當嚴格執(zhí)行國家頒布的《野生動物保護法》和各項保護野生動物法規(guī)，采取有力措施制止偷獵行為，堅決查處和打擊各種偷獵、走私和販運國家保護動物的犯罪分子，實行對瀕危動物的重點保護。做到嚴禁亂捕濫獵；設(shè)立禁止捕獵區(qū)；設(shè)立自然保護區(qū)；野生動物的遷移地保護拓展：1.北部白犀牛2.白鰭豚：別名白暨、白鰭豚，白暨豚種群數(shù)量很小，為國特有的珍稀水生獸類，亟待加強保護。產(chǎn)于長江中下游湖北、安徽、江蘇段的干流之中。它們大約在長江生活了2500萬年，有“活化石”的美稱。由于數(shù)量奇少，被列為中國一級保護野生動物。3.蘇門答臘虎：在野生狀態(tài)下只有20只。隨著40年代巴利虎和70年代里海虎的滅絕，人們預計，這一物種在不久的將來也將在地球上消失。4.斯比克斯鸚鵡：在野生狀態(tài)下，斯比克斯鸚鵡雖沒有完全滅絕但已經(jīng)少得不能再少。1990年尋找這種鳥的鳥類學家僅僅找到一只幸存的雄性鳥，生活在遙遠的巴西東北部地區(qū)。目前被人俘獲的大約31只鳥是這種鳥能夠存續(xù)下去的唯一希望。5.奧里諾科鱷魚：是南美洲體形最大的食肉動物，也是地球上12種最瀕臨滅絕的物種之一。6.僧海豹據(jù)專家估計，世界上僅有500只，生活在地中海，受到海水和海灘生態(tài)環(huán)境變壞的影響，被漁民大量捕殺。7.微型豬：是世界上最小的豬，野豬的一種，主要生活在印度東北部。60厘米長，高約25厘米，成年豬不足10公斤。曾在喜馬拉雅植物是怎樣適應(yīng)逆境條件的？答：逆境:使植物產(chǎn)生傷害的環(huán)境，又叫脅迫，包括冷熱旱澇。植物對逆境的適應(yīng):1.生物膜的改變，當植物在逆境條件下植物通過改變膜中膜脂的狀態(tài)和膜脂的成分來適應(yīng)逆境條件。2.脅迫蛋白，在逆境條件下植物體會內(nèi)會誘導合成部分新蛋白，這些蛋白對植物細胞耐受逆境刺激，平穩(wěn)度過不良環(huán)境，有重要作用。例如，熱激蛋白、冷調(diào)蛋白、厭氧多肽等。3.清除體內(nèi)的活性氧；在逆境條件下植物體受到環(huán)境刺激后會積累大量的自由基，自由基會破會植物細胞膜的完整性，這是植物的體內(nèi)會產(chǎn)生一些酶，如超氧化物歧化酶、過氧化氫還原酶、過氧化物酶等將體內(nèi)的過多自由基清除，從而使植物免受傷害。4.滲透調(diào)節(jié)；當植物受到水分脅迫時植物體內(nèi)積累某些有機物質(zhì)，提高細胞液濃度降低其滲透勢，使植物得以保存體內(nèi)水分，適應(yīng)缺水環(huán)境。這些物質(zhì)有。脯氨酸、甜菜堿、鉀離子等。5.脫落酸；當植物處在逆境時可促進細胞內(nèi)脫落酸水平升高，提高植物的抗性，減少膜傷害，較少自由基對膜的傷害，促進滲透物質(zhì)積累，減少水分丟失。6避逆性，耐逆性逆境對待謝的影響：1破壞細胞膜結(jié)構(gòu)完整性2影響酶活性3大分子物質(zhì)分解失活4內(nèi)源ABA水平升高微生物的發(fā)展方向及其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用?答：就目前來說，微生物跟自然環(huán)境與生物體是密不可分的，比較明顯的就是有益和有害的相互影響?？v觀人類發(fā)展史，微生物在對人類和自然環(huán)境中的作用，那是功不可沒。比如：抗生素產(chǎn)生菌的發(fā)現(xiàn)，讓人類有了抵抗病原微生物感染的有利武器，挽救了無數(shù)人的生命；有害方面也很明顯，比如無數(shù)次的疫病暴發(fā)，都是很多種病原微生物造成的。但現(xiàn)在的諸如醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化工、新材料、能源等等方面的新技術(shù)、新手段，都與微生物有極強的依賴。比如：微生物生產(chǎn)的乙醇、石油分解菌、新藥產(chǎn)生菌、拮抗病原的有益菌、調(diào)整人和動植物健康的益生菌。從這方面來說，有益微生物的研究和發(fā)展應(yīng)是無可限量的。單就從近些年微生物方面的國家支持和扶持研究的項目，及在此方面轉(zhuǎn)化和進行的項目來看，微生物應(yīng)該說是微生態(tài)產(chǎn)業(yè)正是當下的朝陽產(chǎn)業(yè)。1.提高土壤肥力：任何植物都必須依土壤為基地，從土壤中汲取養(yǎng)分。而土壤形成的本身，及土壤熟化的過程都主要是微生物的作用。微生物分解土壤中植物所不能直接利用的有機質(zhì)，形成腐殖質(zhì)，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了植物可吸收利用的養(yǎng)分。同時，土壤中一些固氮的微生物把大氣中游離態(tài)的n2固定到菌體中或土壤里供植物利用，這樣大大改善土壤肥力。另外，土壤中的微生物由于存在著拮抗作用，而產(chǎn)生了許多抗生物質(zhì)，這些物質(zhì)可以抑制和殺滅有害微生物，從而使作物生長的更好，使產(chǎn)量大大提高。2.生物固氮：生物固氮不僅節(jié)約能源,而且不會對環(huán)境造成威脅。但迄今為止所發(fā)現(xiàn)的固氮微生物均不可以在糧食作物如水稻、小麥、玉米以及多種果樹、蔬菜上固氮,即使少數(shù)可以,起固氮量也很少,所以這些農(nóng)作物的高產(chǎn)不得不以來化學氮肥。生物固氮不僅節(jié)約能源,而且不會對環(huán)境造成威脅。但迄今為止所發(fā)現(xiàn)的固氮微生物均不可以在糧食作物如水稻、小麥、玉米以及多種果樹、蔬菜上固氮,即使少數(shù)可以,起固氮量也很少,所以這些農(nóng)作物的高產(chǎn)不得不以來化學氮肥。3生物農(nóng)藥：生物農(nóng)藥統(tǒng)屬于所謂的“第三代農(nóng)藥”。第三代農(nóng)藥包括殺滅劑、絕育劑、性誘劑、拒食劑、激素等，這些多數(shù)是生物代謝的產(chǎn)物。在農(nóng)業(yè)上使用生物農(nóng)藥不會帶來嚴重的污染而且對人類的健康不會產(chǎn)生危害，不但可以防治害蟲，還對糧食產(chǎn)量的增加有很大的促進作用。微生物與植物互作的種類有哪些？如何合理利用他們之間的互作關(guān)系？答：a.植物與根際微生物的互作,微生物對植物的作用是多方面的。在根際微生物區(qū)系中，主要體現(xiàn)在微生物分泌激素對整株植物具有促生作用、根際微生物的分解和轉(zhuǎn)化作用及對植物病害的生防作用;可以將有益的根際微生物開發(fā)成微生物肥料。b.葉圍微生物的分布，葉圍微生物對某些植物病害具有一定的拮抗作用。葉圍微生物在其生長發(fā)育過程中會產(chǎn)生具有拮抗性或競爭性的一種或幾種代謝產(chǎn)物，從而達到抑制植物病原菌的效果。C.植物與內(nèi)生菌的互作；植物內(nèi)生菌在其生活史的一定階段或全部階段生活于植物的各種組織和器官內(nèi)部并與植物建立和諧聯(lián)合關(guān)系，其中的某些類群可以產(chǎn)生各種化學物質(zhì)，并且能通過競爭或其他作用來抑制殺死某些致病菌。植物內(nèi)生菌包括內(nèi)生真菌、內(nèi)生細菌和內(nèi)生放線菌等。請論述哪些研究手段和方法對生命科學特別是遺傳學的研究促進作用？請舉例說明。請簡述DNA雙螺旋模型，并論述DNA雙螺旋模型的意義以及生物學，遺傳學等科學發(fā)展的作用答：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是JamesWatson和FrancisCrick于1953年提出的描述DNA二級結(jié)構(gòu)的模型，也稱為Watson–Crick結(jié)構(gòu)模型。模型要點是：（1）兩條多核苷酸鏈以相反的平行纏結(jié)，依賴成對的堿基上的氫鍵結(jié)合形成雙螺旋狀，親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈的堿基之間以氫鍵相結(jié)合，一條鏈的走向是5’到3’，另一條鏈的走向是3’到5’；（2）堿基平面向內(nèi)延伸，與雙螺旋鏈成垂直狀；（3）向右旋，順長軸方向每隔0.34nm有一個核苷酸，每隔3.4nm重復出現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)；（4）A與T配對，其間距離1.11nm；G與C配對，其間距離為1.08nm，兩者距離幾乎相等，以便保持鏈間距離相等；（5）在結(jié)構(gòu)上有深溝和淺溝；（6）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系橫向穩(wěn)定靠兩條鏈間互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性遞積力維持雙螺旋模型的意義，不僅意味著探明了DNA分子的結(jié)構(gòu)，更重要的是它還提示了DNA的復制機制：由于腺膘呤(A)總是與胸腺嘧啶（T）配對、鳥膘呤（G）總是與胞嘧啶（C）配對，這說明兩條鏈的堿基順序是彼此互補的，只要確定了其中一條鏈的堿基順序，另一條鏈的堿基順序也就確定了。因此，只需以其中的一條鏈為模版，即可合成復制出另一條鏈?？死锟藦囊婚_始就堅持要求在發(fā)表的論文中加上“DNA的特定配對原則，立即使人聯(lián)想到遺傳物質(zhì)可能有的復制機制”這句話。他認為，如果沒有這句話，將意味著他與沃森“缺乏洞察力，以致不能看出這一點來”。在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)論文后不久，《自然》雜志隨后不久又發(fā)表了克里克的另一篇論文，闡明了DNA的半保留復制機制這個結(jié)構(gòu)模型的生物學意義的在于：反向平行的DNA雙鏈解釋了遺傳學的基本問題——遺傳物質(zhì)究竟是怎樣進行精確自我復制的，即遺傳復制中樣板的分子基礎(chǔ)。DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ);提出了鹼基配對是核酸復制、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，為認識核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎(chǔ)。在此期間的主要進展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進一步認識請描述第二代測序的基本原理，其與第一代測序的異同，以及第二代測序在當前分子生物學研究中的應(yīng)用。第一代指雙脫氧末端終止法，擴增后通過毛細管電泳讀取序列，每次獲取數(shù)據(jù)量少第二代為高通量測序，采用微珠或高密度芯片邊合成邊測序，代表有454，solexa，solid，高通量，可一次獲得數(shù)G數(shù)據(jù)，相對與第三代，都仍然需要擴增的方法放大信號，擴增后再檢測。第三代特點是單分子測序，多基于納米科技，無需擴增，對單分鏈DNA/RNA直接用合成、降解、通過納米孔等方式直接測序，核心特點是無需擴增所以成本更低第二代測序技術(shù)的核心思想是邊合成邊測序（SequencingbySynthesis)，即通過捕捉新合成的末端的標記來確定DNA的序列，現(xiàn)有的技術(shù)平臺主要包括Roche/454FLX、Illumina/SolexaGenomeAnalyzer和AppliedBiosystemsSOLIDsystem。請描述你知道的蛋白質(zhì)功能預測的常用方法，以及他們的優(yōu)點和局限性。何為GO(geneontology)他在蛋白質(zhì)功能預測中有哪些作用？第一代DNA測序技術(shù)用的是1975年由桑格（Sanger）和考爾森（Coulson）開創(chuàng)的鏈終止法或者是1976-1977年由馬克西姆（Maxam）和吉爾伯特（Gilbert）發(fā)明的化學法（鏈降解）.并在1977年，桑格測定了第一個基因組序列，是噬菌體X174的，全長5375個堿基1。自此，人類獲得了窺探生命遺傳差異本質(zhì)的能力，并以此為開端步入基因組學時代。研究人員在Sanger法的多年實踐之中不斷對其進行改進。在2001年，完成的首個人類基因組圖譜就是以改進了的Sanger法為其測序基礎(chǔ)，Sanger法核心原理是：由于ddNTP的2’和3’都不含羥基，其在DNA的合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以用來中斷DNA合成反應(yīng)，在4個DNA合成反應(yīng)體系中分別加入一定比例帶有放射性同位素標記的ddNTP（分為：ddATP,ddCTP,ddGTP和ddTTP），通過凝膠電泳和放射自顯影后可以根據(jù)電泳帶的位置確定待測分子的DNA序列（圖2）。值得注意的是，就在測序技術(shù)起步發(fā)展的這一時期中，除了Sanger法之外還出現(xiàn)了一些其他的測序技術(shù)，如焦磷酸測序法、鏈接酶法等。其中，焦磷酸測序法是后來Roche公司454技術(shù)所使用的測序方法2–4，而連接酶測序法是后來ABI公司SOLID技術(shù)使用的測序方法2,4，但他們的共同核心手段都是利用了Sanger1中的可中斷DNA合成反應(yīng)的dNTP?？偟恼f來，第一代測序技術(shù)的主要特點是測序讀長可達1000bp，準確性高達99.999%，但其測序成本高，通量低等方面的缺點，嚴重影響了其真正大規(guī)模的應(yīng)用。因而第一代測序技術(shù)并不是最理想的測序方法。經(jīng)過不斷的技術(shù)開發(fā)和改進，以Roche公司的454技術(shù)、illumina公司的Solexa，Hiseq技術(shù)和ABI公司的Solid技術(shù)為標記的第二代測序技術(shù)誕生了。第二代測序技術(shù)大大降低了測序成本的同時，還大幅提高了測序速度，并且保持了高準確性，以前完成一個人類基因組的測序需要3年時間，而使用二代測序技術(shù)則僅僅需要1周，但在序列讀長方面比起第一代測序技術(shù)則要短很多。表1和圖3對第一代和第二代測序技術(shù)各自的特點以及測序成本作了一個簡單的比較5，以下我將對這三種主要的第二代測序技術(shù)的主要原理和特點作一個簡單的介紹。測序技術(shù)在近兩三年中又有新的里程碑。以PacBio公司的SMRT和OxfordNanoporeTechnologies納米孔單分子測序技術(shù)，被稱之為第三代測序技術(shù)。與前兩代相比，他們最大的特點就是單分子測序，測序過程無需進行PCR擴