基因體學是討論解析基因功能,了解基因和基因間關係,來提供醫學、農學以及生命科學上種種之利用的科學。人類基因體序列定序完成,加上許多動物、植物的基因序列也相繼定序完成使基因體學得到了進步的發展。
結構基因
結構基因是一類編碼蛋白質或RNA的基因,在大腸杆菌乳糖代謝的基因調節係統中有3個連鎖在一起的結構基因。LacZ基因是決定β-半乳糖苷酶的形成,而β-半乳糖苷酶將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖,作為細菌代謝活動的碳源。LacY基因是決定β-半乳糖苷透性酶的合成。該酶的作用是使乳糖易於進入E.coli的細胞中。LacA是基因編碼β-半乳糖苷乙酰基轉移酶,此酶的功能尚不清楚。這3個結構基因具有兩方麵的特征:
(1)它們彼此緊密連鎖。按ZLYLA順序排列,而且在一起轉錄形成一個多順反子的mRNA;
(2)隻有當乳糖存在時,這些基因才迅速轉錄,形成多順反子的mRNA,並翻譯成相應的酶,所以這些酶就是由乳糖誘導產生的誘導酶,其活性的產生和活性的提高不是已有的酶被激活所致,而是在誘導物的誘導下酶的重新合成,並隨著合成的進行,酶的濃度迅速增加的結果。
基 因 組
一般的定義是單倍體細胞中的全套染色體為一個基因組,或是單倍體細胞中的全部基因為一個基因組。可是基因組測序的結果發現基因編碼序列隻占整個基因組序列的很小一部分。因此,基因組應該指單倍體細胞中包括編碼序列和非編碼序列在內的全部DNA分子。說的更確切些,核基因組是單倍體細胞核內的全部DNA分子;線粒體基因組則是一個線粒體所包含的全部DNA分子;葉綠體基因組則是一個葉綠體所包含的全部DNA分子。
靜態突變
在一定條件下生物各世代中以相對穩定的頻率發生的基因突變稱為靜態突變。靜態突變可包括點突變和片段突變,其突變率一般保持在10~6左右。
鯨魚鰭的啟發
鯨魚、海豚等都有很好的流線型體形,都是優秀的遊泳能手。有著“海上霸王”稱號的虎鯨,每小時能遊55千米。斑點海豚的遊泳速度也高達每小時53千米。它們在追捕食物時,速度可以陡然增加一倍甚至還要多。它們能在幾秒鍾內,從低速突然提高到全速,又能從高速狀態戛然而止。這都是軍艦、潛艇望塵莫及的。
鯨魚都有一對寬大的胸鰭,就好像兩隻船槳一樣。活著的鯨魚當然要靠它來劃水,死的鯨魚胸鰭不會劃水了,但也一樣起作用,它把海水的波浪變成了動力。所以,鯨雖然死了,胸鰭的存在使海水波浪成了推動死鯨前進的動力。人們劃著小船去叉它,當然追不上了。
人們在鯨魚和海豚的啟發下,對軍艦、輪船的設計都作了改進,水下部分不再是刀狀了,而是鯨魚體形,從而使阻力減小。一種新式的核潛艇就是按鯨的輪廓和比例建造的,采用這種設計方案就使航速一下子提高了20%~25%。這對於在水下長期航行的核潛艇是非常有利的。
角魚
角魚又叫紅眼魚,為怒江特有,是我國角魚屬的唯一代表。體呈細圓筒形,背鰭分枝鰭條八根,須八對,下唇不形成後緣遊離的吸盤,吻端兩側有能上下活動的吻小葉,小葉豎立如雙角,角魚由此得名。生活在淺水河灣底部。
角魚體細長,前端近圓筒狀,後端側扁,頭小。吻圓鈍,兩側各有一可活動的三角形小側葉,吻皮向腹麵擴展,蓋住上頜,邊緣成流蘇狀。口下位;上唇消失;下唇與下頜分離,前緣腹麵有一橫帶,上被小乳突。兩頜具薄角質緣。須2對;吻須位於吻側溝的始端,較眼半徑長;口角須頗小,隱於口角內。鼻孔周圍有白色小顆粒,疏密不一。側線鱗36~38個。體背和側部青灰色,雜雲紋斑,腹部灰白。背鰭上部和臀鰭中部灰黑;尾鰭下緣黑色,其餘淺灰色。眼為紅色。
角魚主要棲息於底質多岩石清水江河的下層。刮食著生藻類。體型較小,體長一般100~150毫米。
角蜥亞科
角蜥亞科屬美洲鬣蜥科的一亞科。有8屬40~124種,包括角蜥、強棱蜥、猶他蜥等,分布於加拿大南部到巴拿馬一帶,主要為陸棲,有些種類可以生活於荒漠中。其中角蜥屬成員在遇到危險時眼睛可以噴出血來嚇唬敵人。角蜥屬體型短粗,與大多數蜥蜴截然不同,也與同亞科其他成員不同。
箭 毒 蛙
許多兩棲動物身上都帶有毒素,能夠從皮膚上散發或分泌出毒汁。世世代代以來,亞馬孫雨林的土著人一直用它們身上的毒汁來塗在捕獵用的弓箭上,使之更具殺傷力。
箭毒蛙的不同尋常之處在於其交配之前,雌蛙和雄蛙會在一起嬉戲。在最終雌蛙產卵、雄蛙射精前,它們會花上2~3個小時互相朝對方跳躍。交配後,雄蛙把受精卵放在自己的背上,受精卵會在那兒孵化和成長。
許多箭毒蛙的表皮顏色鮮亮,經常帶有紅色、黃色或黑色的斑紋。這些顏色在動物界常被用做一種動物向其他動物發出的警告:它們是不宜吃的。這些顏色使箭毒蛙顯得非常與眾不同——它們不需要躲避敵人,因為攻擊者不敢接近它們。
簡單擴散
簡單擴散也叫自由擴散,特點是:
(1)沿濃度梯度(或電化學梯度)擴散;
(2)不需要提供能量;
(3)沒有膜蛋白的協助。某種物質對膜的通透性(P)可以根據它在油和水中的分配係數。簡單擴散是被動運輸的基本方式,不需要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,而隻靠膜兩側保持一定的濃度差,通過擴散發生的物質運輸。簡單擴散的限製因素是物質的脂溶性、分子大小和帶電性。一般說來,氣體分子(如O2、CO2、N2)、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過質膜,大的不帶電的極性分子(如葡萄糖)和各種帶電的極性分子都難以通過質膜。
節肢動物門
節肢動物門是動物界最大的一門。包括人們熟知的蝦、蟹、蜘蛛、蚊、蠅、蜈蚣以及已絕滅的三葉蟲等。全世界約有100萬餘種,占整個現生物種數的75%。身體兩側對稱。由一列體節構成,異律分節,可分為頭、胸、腹部,或頭部與胸部愈合為頭胸部,或胸部與腹部愈合為軀幹部,每一體節上有一對分節的附肢。附肢有雙枝型和單枝型兩類。節肢動物的重要特征是體外覆蓋著幾丁質的外骨骼,又稱表皮或角質層。在相鄰體節之間的關節膜上,角質層非常薄,易於屈折活動。附肢的關節也可活動。節肢動物在生長過程中要定期蛻皮。前後兩次蛻皮之間的階段叫做齡期。循環係統為開管式。水生種類的呼吸器官為鰓或書鰓,陸生的為氣管或書肺或兩者兼有。原始的節肢動物靠體表交換氣體。神經係統為集中型鏈狀神經係統。有觸覺、味覺、嗅覺、聽覺、平衡和視覺等感覺器官。眼有單眼和複眼兩種。複眼由2個眼組成,能感知外界物體的運動和形狀,能適應光線強弱和辨別顏色。多數節肢動物雌雄異體。陸生種類常行體內受精,而水生種類有很多為體外受精。一般是卵生,也有卵胎生;此外,還有孤雌生殖、幼體生殖和多胚生殖等形式。節肢動物生活環境極其廣泛,無論是海水、淡水、土壤、空中都有它們的蹤跡。有些種類還寄生在其他動物的體內或體外。
金滴蟲目
金滴蟲目是藻類植物的一門。色素體中含有葉綠素a和c,還有豐富的β-胡蘿卜素及少量的葉黃素和墨角藻黃素,色素體常呈金黃、黃綠或褐色。
植物體類型多樣:單細胞或分枝絲狀體,能運動或不能運動。產生的動孢子,多具兩條不等長或等長的鞭毛,還有少數類群無鞭毛,但能伸出偽足作變形蟲樣運動。細胞裸出或具以果膠質為基質的矽質鱗片,或具囊殼。金藻為能運動的單細胞種類,其繁殖方法為細胞縱分裂以形成兩個子體細胞;群體的種類除細胞縱分裂外,也常斷裂成兩個或更多的新群體。此門藻類最獨特的無性生殖方式為在原生質形成的靜孢子,多呈球形,有時為橢圓形。孢子萌發時,其原生質形成一個新個體。有性生殖尚未發現。
金藻門約200屬,1 000多種。中國約有30種。多分布於清潔的貧營養型淡水中,也有的生於半鹹水或海水中,通常在冬、春和晚秋季節生長旺盛。一些種類常作為貧營養型水體的指示生物,如魚鱗藻、錐囊藻等。
金 線 鲃
金線鲃屬魚綱、鯉形目、鯉科、金線鲃屬。金線鲃體長,側扁,頭後背部顯著隆起呈弧形,體重約0.1~0.25千克。頭細長,背麵平直,稍下彎。吻尖細,口端位,上唇薄而下唇厚。須2對,發達;吻須短,頜須伸達眼後緣的下方。鱗細小,沿側線鱗則比較大,側線鱗61~69,側線略下彎。背鰭外緣稍內凹或平截,背鰭刺較細,基部粗硬,後緣鋸齒細弱,頂端柔軟分節,起點位於腹鰭稍後。全身呈淡黃色,頭側與背部略帶青灰色,體側近背部有許多淡灰色圓斑;腹部白色,各鰭均為金黃色。
精子介導的基因轉移
精子介導的基因轉移是把精子作適當處理後,使其具有攜帶外源基因的能力。然後,用攜帶有外源基因的精子給發情母畜授精。在母畜所生的後代中,就有一定比例的動物是整合了外源基因的轉基因動物。同顯微注射方法相比,精子介導的基因轉移有兩個優點:首先是它的成本很低,隻有顯微注射法成本的1/10。其次,由於它不涉及對動物進行手術處理,因此,可以用生產牛群或羊群進行試驗,以保證每次試驗都能夠獲得成功。
間 蜂 猴
間蜂猴體形大於倭蜂猴但小於蜂猴,成體體重一般為400~700克,體長250毫米左右。上體色似倭蜂猴,但毛端白色尖明顯,體背中央有明顯的暗褐色脊紋,體毛很少卷曲。倭蜂猴和間蜂猴的標本,經比較,兩者在體型大小、外形和毛色差異、齒型結構和其他形態結構上均有差異,而非年齡變異。
間蜂猴的棲息生境與倭蜂猴相似,均生活在炎熱的印度支那熱帶低海拔(300米以下)地區的原始闊葉林中,在茂密的竹林或野芭蕉林中亦有所發現。夜行性,樹棲,單獨活動,主要食物為熱帶軟性甜水果,如野芭蕉、榕樹果等,亦偶食昆蟲、鳥卵等動物性食物。
簡單序列長度多態性
簡單序列長度多態性是據串聯重複排列微衛星基序兩側的單一序列設計引物,對微衛星序列進行擴增,由微衛星基序重複數目的變異而產生多態性。
由於基因組中某一特定的微衛星的側翼序列通常都是保守性較強的單一序列,因而可以將微衛星側翼的DNA片段克隆、測序,然後根據微衛星的側翼序列就可以人工合成引物進行PCR擴增,從而將單個微衛星位點擴增出來。
由於單個微衛星位點重複單元在數量上的變異,個體的擴增產物在長度上的變化就產生長度的多態性,這一多態性稱為SS,P,每一擴增位點就代表了這一位點的一對等位基因。SS,P是一些長度不等的重複序列,有多個等位基因位點,它們多為2~4個核苷酸序列重複(也叫微衛星標記),在不同動植物品係中其重複次數不同,故可用PCR法來檢測各該多態性序列的長度,從而快速測定出多種回交後代中標記物的分離方式。基因組中廣泛分布,等位性變異豐富,檢測手段簡便,穩定可靠而受重視,但是微衛星標記要求已知微衛星兩側單一序列信息而使其發展受到限製,同時微衛星標記具有嚴格的種屬特異性也使其應用上受到限製。
激素調節
動物機體通過各種內分泌腺分泌的激素,間接調節動物機體的活動。內分泌腺分泌的激素直接進入血液,隨著血液循環到達身體各個部分,在一定的器官或組織中發生作用,從而協調動物機體新陳代謝、生長、發育、生殖及其它生理機能,使這些機能得到興奮或抑製,使它們的活動加快或減慢。這種調節叫激素調節,它屬於體液調節。分散在動物機體各處的內分泌腺,分泌不同的激素,發揮不同的作用,共同組成一個內分泌係統。這個係統的機能是由高級中樞的控製。中樞神經係統的機能如果發生障礙,內分泌就會失調,動物機體的代謝作用就會發生紊亂。所以每一個動物機體必須有一套健全的神經體液調節係統,才能保持正常的各種生理功能。