興趣小組活動(dòng)總結(jié)
興趣小組活動(dòng)總結(jié)
研究小組成員:葉濤、梅坤榮、高冠男、殷毅、葉瑞強(qiáng)、林瓏輔導(dǎo)老師:杜立林博士、朱冰博士、戚益軍博士、馬力耕博士
一引子
基因組學(xué)課程期末考試的最后一道論述題,是“請根據(jù)自己的理解,總結(jié)基因組非編碼區(qū)可能的功能”,。當(dāng)時(shí)回憶起Watson主編的《MolecularBiologyoftheGene》中說,3200Mb人類基因組里,除了48Mb是基因外,還有intron、UTR、pseudogene、microsatellite、transposon以及編碼miRNA的序列,便如是作答。這道題,引起了我對基因組非編碼區(qū)功能的極大興趣:為什么物種越往高等進(jìn)化,基因組非編碼序列的比例就越高?為什么僅僅兩萬八千左右個(gè)基因,就能決定人類作為萬物之靈長的地位,可這個(gè)數(shù)目并不比果蠅多多少?什么決定了人類的智力,關(guān)鍵在于基因序列還是所謂的“junkDNA”?玉米的基因組比水稻大很多,但也未見得玉米就比水稻高等,那么是什么決定了基因組的大小呢?這些問題時(shí)常浮現(xiàn)在我腦中,正好借曉東所長提出的“興趣小組”活動(dòng),通過跟組員的討論、與PI的交流,希望產(chǎn)生一些思維碰撞的靈感。
這一系列文章,是我對“興趣小組”活動(dòng)的全面總結(jié),一部分是流水賬般的記敘小組討論,一部分是跟PI討論的收獲,還有一些是我們自己mentalexercise的過程,包括提出的假設(shè)、可能的實(shí)驗(yàn)手段和存在的瓶頸,最后是組員的一些感想。
值得一提的是,雖然我們小組人數(shù)不多,但指導(dǎo)老師是最多的,這給我們提供了更多與PI交流的機(jī)會(huì)。
最后說明一下,我們所說的“non-codingDNA”,是指不編碼蛋白的基因組DNA序列。
二組員和最初的幾次討論我們小組的題目是“基因組非編碼序列的功能”,先描述一下各位組員吧。
梅坤榮,華科生物信息專業(yè)。我覺得她最強(qiáng)的地方是,不論組員之間意見多么分歧,抑或是思路不太清晰,她都能幫我們理清頭緒,首先做什么,接著做什么,并提出大家都容易接受的方案。
高冠男,山東大學(xué),一個(gè)說話聲音不大的女生,對non-codingDNA在個(gè)體發(fā)育中的調(diào)控作用十分感興趣。記得每次討論的時(shí)候,都很認(rèn)真的記筆記,提出的問題往往能反映出她活躍的思考。
殷毅,北師大,在以前的實(shí)驗(yàn)室做了一年關(guān)于microRNA的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,相當(dāng)能提問,從她的提問中,能感覺出她讀過各個(gè)方面的論文,有很廣泛的知識(shí)背景,此外對非編碼區(qū)編碼的microRNA很感興趣。
葉瑞強(qiáng),武漢大學(xué)。人稱“小強(qiáng)”,一個(gè)相當(dāng)粗獷的山東漢子,對自己的人生道路有很明確的把握,他永遠(yuǎn)不會(huì)拒絕需要幫助的人。他的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷很豐富,是能花100%精力做好一件事的人。此外,籃球、乒乓球、排球他樣樣精通,要打球,找他準(zhǔn)沒錯(cuò)。
林瓏,安徽大學(xué)。說話語速挺快,做事很有熱情的女生。
最初的幾次,主要討論了從什么角度研究non-codingDNA,有人希望把精力主要放在non-codingDNA的進(jìn)化問題上,還有人提議把焦點(diǎn)集中在non-codingRNA上,也有人提議將non-codingDNA分為衛(wèi)星\/微衛(wèi)星序列、轉(zhuǎn)座子、假基因、內(nèi)含子等不同特點(diǎn)的類別進(jìn)行討論?傊瑳]有統(tǒng)一的意見,我們決定找指導(dǎo)老師討論后,再做決定。
三與PI的討論
杜立林老師的研究方向主要是,以裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料研究DNA雙鏈斷裂。他向我們介紹了“TheENCODEProject”,難以置信的是,研究表明整個(gè)基因組,包括DNA的兩條鏈,都會(huì)被轉(zhuǎn)錄。他還提到,河豚的全基因組測序并不是因?yàn)樽鳛槟J缴飦硌芯浚且驗(yàn)樗绕渌棺祫?dòng)物基因組小很多,所謂的“垃圾DNA”很少,可能成為研究如何在含較少non-codingDNA情況下,基因組是如何復(fù)制的模型。他讓我們意識(shí)到,基因組不同層次的包裝,似乎也存在著某種密碼,例如某些位置相對固定的核小體所需的核小體定位信號(hào)。他同時(shí)提到了一個(gè)新的概念“染色體脆性位點(diǎn)”,實(shí)際上脆性位點(diǎn)會(huì)在正常條件下發(fā)生雙鏈斷裂,造成基因組的不穩(wěn)定性。那么為什么經(jīng)過長期的進(jìn)化,這些位點(diǎn)沒有經(jīng)過選擇壓力被淘汰呢?杜立林老師認(rèn)為,同一段序列可能需要同時(shí)執(zhí)行多種功能,為了執(zhí)行某些更重要的功能,這些位點(diǎn)必須同時(shí)具有“脆性”。我們從馬力耕老師體會(huì)了用分類的方法、進(jìn)化的思想,研究問題的思路;從戚益軍老師了解到,可以用研究一個(gè)基因的方法來研究microRNA的功能;從朱冰老師很多“搞笑”的故事中,想象了基因組在細(xì)胞核中可能存在的三維空間結(jié)構(gòu)。
這些討論,讓我們逐漸認(rèn)識(shí)到基因組提供的是多維的信息,除了已知層面的信息外,基因組還具有很多隱含的信息,鑒于高等生物基因組中90%以上由non-codingDNA組成,或許這些隱含信息正是蘊(yùn)含在貌似“垃圾”的non-codingDNA中的。
四我們的一些設(shè)想
首先,我們把基因組的信息分為了三個(gè)層次:隱含信息、序列水平的信息、調(diào)控水平的信息。隱含信息包括核小體定位信號(hào)等蘊(yùn)含著決定基因組高級(jí)結(jié)構(gòu)的信息中,我們幾乎可以肯定這種信息的存在,但我們對這些信息的表現(xiàn)形式不太明了,這主要受實(shí)驗(yàn)條件的限制。序列水平的信息,包括例如染色體脆性位點(diǎn)等具有序列和位置特異性的位點(diǎn)。調(diào)控水平的信息主要包括各種non-codingRNA的調(diào)控作用。
我們有兩個(gè)很初步的設(shè)想:
(一)核小體定位信號(hào)作為選擇壓力的基因組大小決定:
基因組就像是一個(gè)巨大的圖書館,大約每200bp一個(gè)核小體,因此核小體就像是一種標(biāo)簽。部分核小體的位置是相對固定的,這些核小體定位信號(hào)就存在與基因組中。為了解釋同一進(jìn)化水平生物基因組大小的差異,例如為什么玉米比水稻基因組大很多,我們選擇核小體定位信號(hào)作為一種選擇壓力,當(dāng)基因組序列不足以提供所有需要定位的核小體信號(hào)時(shí),基因組功能便不能得到有效執(zhí)行,具有進(jìn)化上的劣勢,將在進(jìn)化過程中被淘汰。在這種時(shí)候,有兩種選擇,一是基因組的擴(kuò)大,以滿足所需的核小體定位信息,可能當(dāng)DNA序列增加時(shí),用來定義基因組空間結(jié)構(gòu)的保守位置核小體數(shù)目增加,于是進(jìn)入的一種選擇趨于增大的基因組的進(jìn)化方向;另一種選擇是基因組的縮小,通過減少DNA序列,減少對保守位置核小體的需求,進(jìn)入一種選擇趨于減小的基因組的進(jìn)化方向。最終,達(dá)到基因組大小與核小體定位所需信息的一種平衡。這個(gè)設(shè)想,其實(shí)是基于基因組信息并不是隨大小的增加而線性增加的,于是存在了多個(gè)基因組信息與基因組大小的平衡狀態(tài)。
對于這個(gè)進(jìn)化上的設(shè)想,難以找到可行的試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證,只能做“理想實(shí)驗(yàn)”,從邏輯上考察其合理性。
(二)染色體的程序性斷裂:
基因組的斷裂對細(xì)胞具有很大危害,而且對細(xì)胞來說,染色體特定位點(diǎn)的斷裂比隨機(jī)斷裂更加具有可控性。我們的設(shè)想是細(xì)胞存在一種機(jī)制介導(dǎo)染色體程序性斷裂。由于從酵母到人,都具有染色體脆性位點(diǎn),我們推測染色體程序性斷裂的機(jī)制可能是保守的,因此選擇便于培養(yǎng)、生長快速、容易觀察的裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料。將含有已知脆性位點(diǎn)的序列和熒光報(bào)告基因整合到酵母基因組合適區(qū)域,當(dāng)脆性位點(diǎn)發(fā)生斷裂,顯微鏡下將觀察到酵母發(fā)出熒光。我們預(yù)計(jì)野生型酵母,脆性位點(diǎn)自發(fā)斷裂具有較穩(wěn)定的斷裂幾率。誘變劑處理酵母,在不同環(huán)境壓力和化合物處理?xiàng)l件下,篩選脆性位點(diǎn)自發(fā)斷裂顯著降低的突變體,定位發(fā)生突變的DNA區(qū)域,如果編碼一種蛋白,可使用免疫共沉淀等研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的方法找到可能存在的介導(dǎo)染色體程序性斷裂的復(fù)合物中的其他組分。
五小組成員活動(dòng)感想
高冠男:多年來,研究者們對人類基因組的關(guān)注主要集中在編碼蛋白質(zhì)的基因和蛋白質(zhì)本身。隨著人類基因組計(jì)劃的完成和哺乳類轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的不斷積累,揭示出人類和其他高級(jí)真核生物的遺傳物質(zhì)只有極小一部分編碼蛋白質(zhì),而超過97的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是功能多樣的RNA分子,即非編碼RNA(non-codingRNA,ncRNA)。
絕大部分非編碼序列以高度重復(fù)序列的形式存在,如衛(wèi)星、小衛(wèi)星、微衛(wèi)星、長散布元件、短散布元件等;內(nèi)含子、3"不譯區(qū)作為結(jié)構(gòu)基因的一部分被一同轉(zhuǎn)錄;RNA基因轉(zhuǎn)錄具有明確功能的RNA分子;順式作用元件是目前已知的具有重要調(diào)控功能的非編碼序列;非編碼序列的存在與真核生物基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān);目前非編碼序列的研究已引起廣泛的科學(xué)關(guān)注,利用數(shù)理方法研究其遺傳信息的儲(chǔ)存方式及運(yùn)作規(guī)律是十分重要的研究領(lǐng)域。非編碼序列的起源問題是一個(gè)引起眾多關(guān)注的問題。關(guān)于這一問題有著很多不同的猜測,如病毒起源和基因duplication起源等,但是并沒有得到明確的證據(jù)。對于是怎樣一個(gè)過程造成了這些可能是外源或者內(nèi)源的插入的多余基因變成了有用的基因。如串聯(lián)重復(fù)序列是指1~200個(gè)堿基左右的核心重復(fù)單位,以頭尾相串聯(lián)的方式重復(fù)多次所組成的重復(fù)序列。它廣泛存在于真核生物和一些原核生物的基因組中,并表現(xiàn)出種屬、堿基組成等的特異性。在基因組整體水平上,各種優(yōu)勢的重復(fù)序列類型不同。即使在同一重復(fù)序列類型內(nèi)部,不同重復(fù)拷貝類別(如AT、AC等)在基因組中的存在也表現(xiàn)出很大的差異。同時(shí),這些重復(fù)序列類型和各重復(fù)拷貝類別在同一物種的不同染色體間,以及基因的編碼區(qū)和非編碼區(qū)間也表現(xiàn)種屬和堿基組成差異。這些差異顯示了重復(fù)序列起源和進(jìn)化的復(fù)雜性,可能涉及到多種機(jī)制和因素,并與生物功能密切相關(guān)。
通過序列保守性的比對與功能分析,發(fā)現(xiàn)保守性與功能的重要性無關(guān),在序列上不保守的區(qū)域可能會(huì)有著相同的功能,這些功能可能是非常重要的。基因組的大部分都會(huì)被轉(zhuǎn)錄為RNA,但是相當(dāng)?shù)牟糠洲D(zhuǎn)錄水平很低,但是不能排除這些轉(zhuǎn)錄子都是有功能的。
生物信息學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用在這一領(lǐng)域起到了重大作用,但是很遺憾缺乏這方面的人才。我們通過討論發(fā)現(xiàn),興趣很好找,但是一旦想要從興趣中挖掘出一個(gè)切實(shí)可行的project確實(shí)是難上加難。要從兩個(gè)方面考慮,第一是是否有研究意義,這決定了是否能申請到足夠的經(jīng)費(fèi)。另一方面是從本身的可實(shí)施性考慮,是否能夠在實(shí)驗(yàn)室的條件下解決。兩者缺少了哪一個(gè)都會(huì)使這一目標(biāo)成為失敗的。
葉瑞強(qiáng):
非編碼序列,即所謂的有功能蛋白質(zhì)的DNA序列。現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的人認(rèn)同它們不是,或者不僅僅是我們曾經(jīng)認(rèn)為的“JUNKDNA”的觀點(diǎn)。垃圾可以理解為“無用的”,人類基因組工程確定了大約兩千多個(gè)與蛋白質(zhì)制造有關(guān)的基因,而其余的基因片段被認(rèn)為是由所謂的沒有功能的“垃圾”DNA片段組成的。我認(rèn)為造成這種觀點(diǎn)的原因主要有三個(gè):第一,非編碼序列有很多都是重復(fù)的、冗余的、結(jié)構(gòu)簡單的等特征,很難將它們和復(fù)雜的功能聯(lián)系到一起;第二,由于當(dāng)時(shí)研究水平的限制,沒有確切的證據(jù)能夠表明它是有用的;第三,因?yàn)閹缀跛芯唧w的生理機(jī)能都要由蛋白質(zhì)來完成,所以認(rèn)為不編碼蛋白質(zhì)的DNA應(yīng)該是沒有用的也是正常的。但是,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多非編碼區(qū)域內(nèi)的調(diào)控序列,它們能幫助基因開啟和關(guān)閉以調(diào)控基因的表達(dá),于是涌現(xiàn)了很多如操縱子、增強(qiáng)子,絕緣子等新的概念,當(dāng)然也包括目前研究的比較火熱的miRNA,這些發(fā)現(xiàn)可以基本排除完全否定非編碼序列的觀點(diǎn)。同時(shí)非編碼區(qū)數(shù)據(jù)龐大,序列類型復(fù)雜,因而可能具有多種信息功能,目前發(fā)現(xiàn)了其中的一些功能信息,比如提供了生物進(jìn)化的物質(zhì)基礎(chǔ);而且作為一種“活躍分子”改變著基因組整體GC含量;為中期染色體帶型提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),例如CpG島、DNA環(huán)、GR帶型為主的基質(zhì)附著位點(diǎn),揭示了非編碼DNA是如何形成染色體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所以就目前的發(fā)現(xiàn)來看,這些非編碼序列不是垃圾信息,很可能對于生物的進(jìn)化,發(fā)育調(diào)控有重要的功能。但是,我們也不能排除存在完全的垃圾信息的可能性!對于這個(gè)問題的解釋,我們可以從進(jìn)化的觀點(diǎn)來考慮,從微生物中,非編碼區(qū)只占整個(gè)基因組序列的10%20%;到高等生物和人類基因組中,非編碼序列則占了基因組序列的絕大部分,我們可以用達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說來解釋這些非編碼序列存在的價(jià)值,但是我們同時(shí)也通過木村資生的中性理論證明存在垃圾信息的可能性,這兩種理論都有他們存在的價(jià)值和依據(jù),所以我認(rèn)為應(yīng)該綜合他們的觀點(diǎn)來看問題!對非編碼序列的來源可以提出了多種解釋,比如有一部分來自病毒或者轉(zhuǎn)座子,它們插入基因組中,并跳來跳去大量復(fù)制。還有一些垃圾DNA可能是死亡基因的遺骸,被稱為“假基因”。它們原本是編碼蛋白質(zhì)的真基因,由于發(fā)生變異而失去功能被棄之不用。它們的序列與真基因非常相似,但有著細(xì)微差別,正是這些差別使假基因不能編碼蛋白質(zhì)。去掉假基因不會(huì)影響有機(jī)體的功能,偶爾某個(gè)假基因發(fā)生變化、死而復(fù)生倒可能造成麻煩。由于假基因的存在不增加或減少生物的生存優(yōu)勢,所以進(jìn)化過程很難把它們從基因組里清除出去。也有一些可能是由于復(fù)制錯(cuò)誤,發(fā)生滑動(dòng)或者序列發(fā)生duplication等造成。淡然這些大部分是根據(jù)已有的現(xiàn)象和理論的猜測,很難設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去證明這些問題。
對于非編碼序列研究的方法,很大程度上要借助于生物信息學(xué)。通過對已有序列的分析、比對來獲得非編碼序列的特征、數(shù)目和分布等,從而進(jìn)一步分析它們的功能。這也是目前比較常用的方法,通常根據(jù)序列的保守性來分析功能的重要性。這方面的進(jìn)步不僅需要計(jì)算機(jī)學(xué)家不斷開發(fā)新的算法,更需要生物學(xué)家對非編碼序列進(jìn)行更深層次的研究。另外,套用編碼序列的研究方法,對于非編碼序列進(jìn)行“敲出”來研究表型的變化,這在201*的SCIENCE中有過報(bào)道,他們刪除了小鼠基因組中超過100萬個(gè)堿基對的非編碼DNA(約占鼠基因組的1%),但并沒有對這些小鼠的發(fā)育、壽命和繁殖造成可察覺的影響,或許也可以通過同源重組等方式來替換基因組的非編碼序列來研究。但這些方法很難進(jìn)行較深層次的研究,這也是限制這項(xiàng)領(lǐng)域發(fā)展的最大瓶頸。我們需要一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),也需要新的試驗(yàn)方法!所以要真正研究清楚非編碼序列,我們還有很長的路要走!
最后我想談一點(diǎn)關(guān)于這樣一次活動(dòng)的感受,雖然王所可能對我們的期望很高,希望我們可能通過交流突破某一問題,但我想他更希望我們注重的是過程而不是結(jié)果,通過和PI交流,與興趣相投的同學(xué)交流,查閱文獻(xiàn),思考問題,我們收獲了很多。我想只要認(rèn)真的參與了這樣一次活動(dòng),無論結(jié)果如何,都將使我們受益匪淺!
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足球興趣小組總結(jié)
教師:譚
學(xué)校根據(jù)課改要求,并結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況,開展了特色各異的興趣小組,豐富了學(xué)生們的學(xué)習(xí)生活,培養(yǎng)了學(xué)生的特長,起到了很好的促進(jìn)作用。本人承擔(dān)足球興趣小組的組織與輔導(dǎo)工作。在過去的工作中積累了一些經(jīng)驗(yàn),下面就興趣小組活動(dòng)情況、教學(xué)組織措施、經(jīng)驗(yàn)與提高措施等三方面進(jìn)行總結(jié)。一、興趣小組基本情況
根據(jù)學(xué)生自愿報(bào)名原則,一共有24名學(xué)生參加本小組,興趣小組共開展了15次教學(xué)活動(dòng)。二、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
經(jīng)過本學(xué)期的興趣班活動(dòng),本人總結(jié)出下列經(jīng)驗(yàn):、學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生基于自己的學(xué)習(xí)需要而表現(xiàn)出來的認(rèn)識(shí)傾向,它是學(xué)好一門學(xué)問的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上要充分照顧到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,要選擇一些學(xué)生比較喜歡、容易產(chǎn)生興趣的內(nèi)容,這樣做,有利于學(xué)生的掌握和主動(dòng)學(xué)習(xí)的力度。、注重實(shí)戰(zhàn)能力的培養(yǎng),使學(xué)習(xí)興趣持久不熄。足球是一門實(shí)踐操作極強(qiáng)的學(xué)科,學(xué)生們的年齡偏小,都是小學(xué)的學(xué)生,對足球了解得甚少,只是感性的喜歡而已。從這點(diǎn)出發(fā),結(jié)合我對這些孩子理解能力和學(xué)習(xí)能力的分析,我決定本次興趣小組的學(xué)習(xí)重點(diǎn)應(yīng)放在基本動(dòng)作的練習(xí)和良好踢球習(xí)慣的培養(yǎng)上。為了能有效激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,變感性的喜歡為理性的追求,我在開學(xué)前搜集了很多有關(guān)足球運(yùn)動(dòng)視頻文件,在前兩節(jié)課上集中欣賞,已達(dá)到直觀教學(xué)提高學(xué)生積極性的目的。通過后面的學(xué)習(xí)過程可知這種方式取得了良好的效果。、發(fā)揮“小老師”的作用,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)踐中,教師由于各種原因不能兼顧到每一位學(xué)生,這時(shí)可以讓一部分能力較強(qiáng)的學(xué)生充當(dāng)“小老師”,對其他同學(xué)遇到的一些難題給予解答,互幫互助,共同學(xué)習(xí)。學(xué)生當(dāng)“小老師”改變了傳統(tǒng)的師生間單向傳遞知識(shí)的方式,使學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的傳授者,發(fā)揮了學(xué)生的主體作用。三、存在的問題與改進(jìn)措施
在興趣小組的活動(dòng)開展活動(dòng)中,我們也遇到了一些困難。首先是學(xué)生的自制力問題,低年級(jí)學(xué)生的自制力較差,學(xué)生在活動(dòng)時(shí),總有部分自制力較差的學(xué)生借機(jī)會(huì)注意力不集中,既影響自己有影響了其他同學(xué)的學(xué)習(xí)。學(xué)生視野不開闊,這主要表現(xiàn)在不善于溝通,大局觀、團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)調(diào)能力不強(qiáng)。
因此,對于今后的興趣班活動(dòng),我打算從以下幾個(gè)方面提高興趣小組活動(dòng)質(zhì)量:、加強(qiáng)管理。通過從技術(shù)上和管理制度上約束學(xué)生自由行為,對不服從管教并且屢教不改的成員進(jìn)行“小懲罰”,可以給他們布置一個(gè)額外的小任務(wù)。、開展豐富多彩的活動(dòng),從各方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。
總之,興趣小組的明天會(huì)更好,我會(huì)繼續(xù)努力,把興趣小組辦的更加有特色,更加的有個(gè)性。
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