材料基因组工程
对“材料基因组工程”的认识及看法
学号：22011216 姓名：胡方方
“材料基因组工程”这是一个既熟悉而又陌生的名词，熟悉的是“材料”和“基因组工程”，然而两者的组合就是我们这些外行人所不能想象得到的，这对我们来说是一个新的领域，因而我对它产生了些许的好奇。带着好奇的心理，我聆听了邓伟侨教授的一场关于“材料基因组工程”的课外研学讲座。
要了解“材料基因组工程”，对它有一个清晰而又正确的认识。首先，要弄懂什么是“材料”，什么是“基因组工程”；再来进一步的认识什么是“材料基因组工程”，为什么会出现以及一些现状。
“材料”是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。“基因组工程”就是测出人类基因组DNA的30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，找出它们在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。物质的基本组成单元就是原子，而将材料与基因组工程联系在一起，不难得出这是将材料与人类做一个类比，基因之于人的性状如同原子之于材料。我们知道，原子结构决定了物质的性质，性质决定了物质的用途，反之，那么想要得到有着特定功能的物质材料，我们就能够得到组成物质的原子及其原子结构。材料显微组织及其中的原子排列决定了材料的性能，就像人体细胞里的基因排列决定了人体机能一样。材料基因工程就是寻找和建立材料从原子排列到相的形成到显微组织的形成到材料性能与使用寿命之间的相互关系，把成分-结构-性能关系的数据库与计算材料设计结合起来，可以大大加快材料研发速度、降低材料研发的成本、提高材料设计的成功率。
人类基因工程计划的实施和取得的进展和成果，以及现实生活中许许多多的的例子给了科学家和研究人员很大的启发。
一、“材料基因组工程”是在何种的时代背景下被提出的。
技术的革新和经济的发展越来越依赖于新材料的进步，就像身体是革命的本钱，良好的材料则是技术革新和经济发展的载体、基石，没有优良的材料作支撑，一切都只是空谈，都是虚无缥缈的，先进的科学技术也就不能够被充分的表达。目前，从新材料的最初发现到最终工业化应用一般需要10~20年的时间。例如，作为目前移动电子设备所使用的Li电池，从上世纪70年代中期的实验室原型到90年代晚期的应用，前后花了近20年的时间，但是至今还没能够应用到电动汽车上，很明显新材料的研发步伐严重滞后于产品的设计，也就是说先进的科学技术因为材料的落后而不能够付诸现实。而这一类事情带来的结果不仅仅局限在材料方面，他带来了跟多的能源的浪费以及环境的污染等等。当前，面临竞争激烈的制造业和快速的经济发展，材料科学家和工程师必须缩短新材料的发现到付诸应用的研发周期，只有这样才能解决在21世纪这个科学技术与经济呈爆炸式发展的时代对新型材料的大量需求的巨大挑战。然而，目前的新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的尝试实验。其实很大一部分的实验是可以依靠高效、准确的计算工具模拟来实现就可以得到结果的，但是现实中我们所拥有的计算准确性不够，而浪费大量的时间和原料。另一方面，新材料从发现、发展、性能优化、系统设计和集成、产品论证及推广过程中所涉及的研究团队间彼此独立、缺少合作和相互间数据、技术的共享，使得研发周期再一次的延长。
二、“材料基因组工程”的主要目的是什么呢？
这是一次技术的革命，科技的进步不是巧合，是人类探索未知的必然结果，而“材料基因组工程”的提出正是这一材料革命的雏形，它的主要目的是试图把新材料的开发周期缩短一半，打造全新环形开发流程，推动材料科学家重视制造环节，并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据，代码，计算工具等，构建专门的数据库实现共享，致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问题。
三、“材料基因组工程”的内容是什么？是打算如何来实施完成的？
“材料基因组工程”与“人类基因组工程”类似，通过高通量的第一性原理计算，结合已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其化学组分、晶体和各种物性的数据库，并利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更多的信息。材料基因工程主要包括三大系统：材料超级计算系统、材料性能扫描测试技术系统和材料设计性能数据库与信息平台系统。此三大系统是新材料设计的三大支柱，将为我国材料的高效应用和新材料的快速研发提供可靠的技术支持、标准化的基础数据和技术原型。材料基因工程将开创新材料研发的新局面。
实施主要有以下几个方面：
材料计算。建立准确的材料性能预测模型，并依据理论和经验数据修正模型预测；建立开放的平台实现所有源代码共享；开发软件界面友好，以便进一步拓展到更多的用户团体。
材料实验。实验为弥补理论计算，模型的不足和构架不同尺度计算间的联系；补充非常基础的材料物理，化学和材料学的数据，涉及材料的电子，力学，光学等性能数据，构建材料性能相关的成分，组织和工艺间内在联系，并建立庞大的数据库；利用实验数据修正计算模型，加速新材料的筛选及高效确定。
材料数字化数据库的建立。构建不同的材料的基础数据库、数据的标准化以及它们的共享系统；拓展云计算技术在材料研发中的作用，包括远程数据存储于共享；通过数字化数据库建设，联系科学家与工程师共同高效开发新材料。
四、“材料基因组工程”研究的重点有哪些？
面向工业发展的新材料。轻质防护材料；电子材料；能源存储；生物替换材料；密切注重于能源及电子行业相关的矿物；积极开展能够替代稀少元素的相关新材料研发。
面向人类健康的新材料。生物相容性材料（假肢，植入材料与器件，人工器官等）；防护人体受伤的防护材料。
面向清洁能源的新材料。生物质能源转化催化剂；人工光合作用材料；光伏电池材料；能源存储材料；汽车轻量化材料；混合动力、电动汽车及氢能汽车。
对下一代研究人员的培养。改变单兵作战，强化“官产学研用”之间的协作与共享机制；在材料开发领域，强化实验学家、理论学家、计算机人才和工程师之间的密切合作；数字化数据的共享与计算平台的开放；加强在高校的本科生和研究生中的交叉学科课程设置；企业员工针对材料设计与模拟软件和相关程序的再教育。
五、“材料基因组工程”的提出已经有两年的时间，在国内外有了怎样的行动与进展？
我国在这一方面的行动与进展。
2012年，中南大学“金属材料基因工程”创新引智基地建设项目获得批准。
2012年12月21日，《材料科学系统工程发展战略研究—中国版材料基因组计划》重大项目启动会在中国工程院召开。
2013年10月28日，材料基因组工程暨多尺度材料分子模拟设计学术研讨会在上海举行。
国外这一方面的行动与进展。
2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的“推进制造业伙伴关系”计划，通过政府、高校及企业的合作来强化美国制造业，投资逾1亿美元的“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative）是其组成部分之一。
六、我的一些关于“材料基因组工程”的看法。
材料基因组工程，在造福人类的科技事业方面，不亚于人类基因测序工程。为占人类四分之一的中国人谋福祉，本身就是为全人类作贡献。把发展中国的科技事业与为全人类谋幸福统一起来。在解决“材料基因”课题过程中，应有中国科学家的地位，中国的科技工作者和科技共同体，理当做出应有的贡献。尽管中国古代有璀璨的技术发明，但中国的现代科学却是近代以来西学东渐的结果。18世纪由于清政府的腐败，我们错过了工业革命这个走向强盛契机，而一度被欺压；在上个世纪末，我们参与了“人类基因组计划”的实践，我们在世界上取得一些地位；但是这些还远远的不够，一个拥有最深厚底蕴的大国，不应该只有这一点点的成就，而这一次将是制造业的又一次伟大革命，倘若我们抓住这一次机遇，我们将是一个在文化以及国力都将超越其他国家的大国。
参考文献：
《科学时报》 (2011-12-22 A1 要闻)；
中国教育网发布时间：2011-10-25；
百度百科《浅析美国“材料基因组计划”》文/万勇黄健冯瑞华姜山王桂芳中国科学院武汉文献情报中心；
《Materials Genome Initiative——Light Weight Structural Materials Session》John Allison The University of Michigan May 15,2012 NIST/OSTP MGI Workshop 。
材料基因工程
材料基因工程 ——为什么是一项“颠覆性前沿技术” 1.前言 材料基因组技术是近几年兴起来的材料研究新理念和新方法，是当今世界材料科学与工程领域的最前沿。材料基因工程借鉴人类基因组计划，探究材料结构与材料性质变化的关系。并通过调整材料的原子或配方、改变材料的堆积方式或搭配，结合不同的工艺制备，得到具有特定性能的新材料。但是材料基因组与人类基因组的又有很大的区别，材料的微观结构多样化，不但成分组成可以不同，微观形貌等结构也可能千差万别，其组成-结构-性能之间的关系更加复杂。 2.材料基因组技术 2.1材料基因组技术 材料基因组计划是通过“多学科融合”实现“高通量材料设计与试验”；其核心目标在于通过“高通量计算、实验和大数据分析”技术加速材料“发现-研发-生产-应用”全过程，缩短材料研发周期，降低材料研发成本，引发新材料领域的科技创新和商业模式变革。 材料基因组技术包括高通量材料计算方法、高通量材料实验方法和材料数据库三大组成要素。 2.1.1高通量材料计算方法 高通量计算是指利用超级计算平台与多尺度集成化、高通量并发式材料计算方法和软件结合，实现大体系材料模拟、快速计算、材料性质的精确预测和新材料的设计，提高新材料筛选效率和设计水平，为新材料的研发提供理论依据。其中并发式材料计算方法包括第一原理计算方法、计算热力学方法、动力学过程算法等，跨越原子模型、简约模型和工程模型等多个层次，并整合了从原子尺度至宏观尺度等多尺度的关联算法。 高通量材料集成计算技术利用第一性原理、分子动力学与位错动力学、合金相图计算、相场计算等方法，快速并行模拟实验室中成分与性能优化的传统试错式材料研发过程，并基于材料科学知识，迅速挑选有利于目标性能的合金成分与微观结构特征，从而加速新材料的研发进程并显著降低材料研发成本。 2.1.2高通量材料实验方法 传统材料研发模式依赖于成分与工艺的不断“试错”实验优化，结合对结构-性能关系的不断理解以获得满足性能指标的材料。但是，新型关键材料具有成分多元化、复杂化、微结构多级化等特点，传统的“试错”模式在实际材料开发中不仅耗费巨大，而且几乎难以取得成功。 高通量实验平台是发展材料基因组技术具备的条件之一。高通量实验平台可以为据库提供数据支撑；而就高通量集成计算而言，高通量实验技术为各种计算模拟工作提供计算目标。材料基因组概念中的高通量实验技术具有快速制备快速表征各类金属与非金属样品的能力，典型的高通量实验方法有扩散多元结与材料基因芯片 2.1.3材料数据库 数据可以看作是感兴趣参量的具体数值，这些参量在空间与时间上的一系列
材料基因组计划(MGI)专题学习报告
材料科学与工程前沿课程报告 第一部分：材料基因组计划（MGI）专题学习报告 学院：材料科学与工程学院 专业：材料科学与工程 姓名：XXXXX 学号：XXXXX 班级：XXXXX 2012年11月19日
材料基因组计划（MGI）专题学习报告摘要：在美国2012 年财政预算中，新增了1 亿美元用以支持一项名为“材料基因组”的创新计划。美国“材料基因组计划”试图创造一个材料创新框架，以期抓住材料发展中的机遇，这个试图揭示物质构成、不同元素排列与材料功能之间关系，进而实现有目的设计新材料的科学工程，有着更强烈的实用和需求背景，也是美国为保持其在先进材料及高端制造业领域领先地位的一大举措。十多年前的中国没有能抓住“人类基因组计划”的先机，面临比“人类基因组计划”更为重要和广泛的“材料基因组计划”，我们不能再次丧失历史机遇。本文主要介绍我对材料基因计划的认识和对我们国家如何能抓住这次历史机遇提出自己的认识并提出展望。 关键词：材料基因组计划历史机遇新材料材料数据库 引言： 2011 年6 月24 日，美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”（Advanced Manufacturing Partnership，AMP）计划，呼吁美国政府、高校及企业之间应加强合作，以强化美国制造业领先地位，而“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative，MGI）作为AMP 计划中的重要组成部分，投资将超过1 亿美元。“材料基因组”计划是“先进制造业伙伴关系”计划的主要基础部分，新兴材料才是新型制造业的基础。MGI 的实施正是抓住了AMP计划实施的“牛鼻子”，是重中之重[1]。这是金融危机之后，美国政府意识到仅靠服务业已无法支撑美国经济走出泥潭，必须重振制造业。美国制造业的振兴不是传统制造业的复兴，而是新兴制造业的培育，其中建立在材料科学基础上的新材料产业是重点之一。 2011年9月16日，奥巴马签署了《美国发明法案》，对现行专利体制进行重大变革，并宣布了一系列旨在促进科研成果转化的重要政策措施。可以看出，美国当前的科技政策更加重视科技成果的商业化和开发新市场的改革，“材料基
材料基因组工程
对“材料基因组工程”的认识及看法 学号：22011216 姓名：胡方方 “材料基因组工程”这是一个既熟悉而又陌生的名词，熟悉的是“材料”和“基因组工程”，然而两者的组合就是我们这些外行人所不能想象得到的，这对我们来说是一个新的领域，因而我对它产生了些许的好奇。带着好奇的心理，我聆听了邓伟侨教授的一场关于“材料基因组工程”的课外研学讲座。 要了解“材料基因组工程”，对它有一个清晰而又正确的认识。首先，要弄懂什么是“材料”，什么是“基因组工程”；再来进一步的认识什么是“材料基因组工程”，为什么会出现以及一些现状。 “材料”是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。“基因组工程”就是测出人类基因组DNA的30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，找出它们在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。物质的基本组成单元就是原子，而将材料与基因组工程联系在一起，不难得出这是将材料与人类做一个类比，基因之于人的性状如同原子之于材料。我们知道，原子结构决定了物质的性质，性质决定了物质的用途，反之，那么想要得到有着特定功能的物质材料，我们就能够得到组成物质的原子及其原子结构。材料显微组织及其中的原子排列决定了材料的性能，就像人体细胞里的基因排列决定了人体机能一样。材料基因工程就是寻找和建立材料从原子排列到相的形成到显微组织的形成到材料性能与使用寿命之间的相互关系，把成分-结构-性能关系的数据库与计算材料设计结合起来，可以大大加快材料研发速度、降低材料研发的成本、提高材料设计的成功率。 人类基因工程计划的实施和取得的进展和成果，以及现实生活中许许多多的的例子给了科学家和研究人员很大的启发。 一、“材料基因组工程”是在何种的时代背景下被提出的。 技术的革新和经济的发展越来越依赖于新材料的进步，就像身体是革命的本钱，良好的材料则是技术革新和经济发展的载体、基石，没有优良的材料作支撑，一切都只是空谈，都是虚无缥缈的，先进的科学技术也就不能够被充分的表达。目前，从新材料的最初发现到最终工业化应用一般需要10~20年的时间。例如，作为目前移动电子设备所使用的Li电池，从上世纪70年代中期的实验室原型到90年代晚期的应用，前后花了近20年的时间，但是至今还没能够应用到电动汽车上，很明显新材料的研发步伐严重滞后于产品的设计，也就是说先进的科学技术因为材料的落后而不能够付诸现实。而这一类事情带来的结果不仅仅局限在材料方面，他带来了跟多的能源的浪费以及环境的污染等等。当前，面临竞争激烈的制造业和快速的经济发展，材料科学家和工程师必须缩短新材料的发现到付诸应用的研发周期，只有这样才能解决在21世纪这个科学技术与经济呈爆炸式发展的时代对新型材料的大量需求的巨大挑战。然而，目前的新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的尝试实验。其实很大一部分的实验是可以依靠高效、准确的计算工具模拟来实现就可以得到结果的，但是现实中我们所拥有的计算准确性不够，而浪费大量的时间和原料。另一方面，新材料从发现、发展、性能优化、系统设计和集成、产品论证及推广过程中所涉及的研究团队间彼此独立、缺少合作和相互间数据、技术的共享，使得研发周期再一次的延长。 二、“材料基因组工程”的主要目的是什么呢？
第九章基因工程和基因组学
第九章基因工程和基因组学 本章习题 1．什么是遗传工程？它在理论上和实践上有什么意义？ 答：遗传工程是将分子遗传学的理论与技术相结合，用来改造、创建动物和植物新品种、工业化生产生物产品、诊断和治疗人类遗传疾病的一个新领域。 广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、基因工程、细胞器工程等。狭义的遗传工程即是通常讲的基因工程。本章只涉及狭义的遗传工程，即基因工程。 理论意义：遗传工程（基因工程）中的DNA重组主要是创造自然界中没有的DNA分子的新组合，这种重组不同于精典遗传学中经过遗传交换产生的重组。 实践意义：遗传工程（基因工程）技术的建立，使所有实验生物学领域产生巨大的变革。在工厂化生产药品、疫苗和食品；诊断和治疗遗传疾病；培养转基因动植物等方面都有非常重大的意义，即基因工程技术已广泛用于工业、农业、畜牧业、医学、法学等领域，为人类创造了巨大的财富。（详见第10题）。 2．简述基因工程的施工步骤。 答：基因工程的施工由以下这些步骤： ⑴.从细胞和组织中分离DNA； ⑵.利用能识别特异DNA序列的限制性核酸内切酶酶切DNA分子，制备DNA 片段； ⑶.将酶切的DNA片段与载体DNA（载体能在宿主细胞内自我复制连接），构建重组DNA分子； ⑷.将重组DNA分子导入宿主细胞，在细胞内复制，产生多个完全相同的拷贝，即克隆； ⑸.重组DNA随宿主细胞分裂而分配到子细胞，使子代群体细胞均具有重组DNA分子的拷贝； ⑹.从宿主细胞中回收、纯化和分析克隆的重组DNA分子； ⑺.使克隆的DNA进一步转录成mRNA、翻译成蛋白质，分离、鉴定基因产物。
3．说明在DNA克隆中，以下材料起什么作用。 (1)载体；(2)限制性核酸内切酶；(3)连接酶；(4)宿主细胞；(5)氯化钠 答：⑴. 载体：经限制性酶酶切后形成的DNA片段或基因，不能直接进入宿主细胞进行克隆。一个DNA片段只有与适合的载体DNA连接构成重组DNA后，在载体DNA的运载下，才可以高效地进入宿主细胞，并在其中复制、扩增、克隆出多个拷贝。可作为DNA载体的有质粒、噬菌体、病毒、细菌和酵母人工染色体等。 ⑵. 限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶是基因工程的基石。在细菌中这些酶的功能是降解外来DNA分子，以限制或阻止病毒侵染。这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列，在这一序列内将双链DNA分子切断。 ⑶. 连接酶：将外源DNA与载体相连接的一类酶。 ⑷. 宿主细胞：能使重组DNA进行复制的寄主细胞。 ⑸. 氯化钠：主要用于DNA提取。在pH为8左右的DNA溶液中，DNA分子是带负电荷的，加入一定浓度的氯化钠，使钠离子中和DNA分子上的负电荷，减少DNA分子之间的同性电荷相斥力，易于互相聚合而形成DNA钠盐沉淀。另外，氯化钠也是细菌培养基的成分之一。 4．有一个带有氨苄青霉素和四环素抗性的质粒，在其四环素抗性基因内有一个该质粒惟一的EcoRI酶切点，今欲用EcoRI位点克隆果蝇DNA，构建一个基因库，连接的产物转化大肠杆菌菌株DH5 ，试问：⑴. 在培养基中加入哪一种抗生素用于选择阳性克隆？⑵. 对哪一种抗生素有抗性的质粒携带外源果蝇DNA片段？⑶. 如果有的克隆可抗两种抗生素，如何解释？ 答：⑴.在培养基中加入四环素结合影印法可用于选择阳性克隆。 ⑵.对氨苄青霉素有抗性的质粒携带外源果蝇DNA片段。 ⑶.这种克隆是没有受到EcoRI酶解的原始质粒或这些克隆都是自连形成的非重组体。 5．在构建一个真核生物核DNA库时，需要考虑哪些因素？ 答：核基因库是将某一生物的全部基因组DNA酶切后与载体连接构建而成的。通常方法是，尽量提取大分子量的核DNA，用限制性酶酶切后，分离选择具有一定长度（大于15kb）的DNA片断，与适宜的载体连接构成重组DNA分子，
基因组学复习资料整理
基因组学 1. 简述基因组的概念和其对生命科学的影响。 基因组：指一个物种的全套染色体和基因。广义的基因组：核基因组，线粒体基因组，叶绿体基因组等。 基因组计划对生命科学的影响： ①研究策略的高通量，彻底认识生命规律：基因组研究高通量，研究手段和 研究策略的更新，加强了生命科学研究的分工与协作，从不同层次深入研究生命现象。 ②促进了相关学科的发展：分子生物学遗传学生物信息学生物化学细胞生 物学生理学表观遗传学等 ③物种的起源与进化： Ⅰ.重要基因的发掘、分离和利用：遗传疾病相关基因，控制衰老的基因，工业价值的细菌基因，重要农艺性状基因等。 Ⅱ.充分认识生命现象：基因的表达、调控，基因间的相互作用，不同物种基因组的比较研究，揭示基因组序列的共性，探讨物种的起源和进化。 ④伦理学法律问题：伦理问题，知识产权问题，法律问题，社会保险问题。 2. Ac/Ds转座因子 Ac因子有4563bp，它的大部分序列编码了一个由5个外显子组成的转座酶基因，成熟的mRNA有3500bp。该因子本身的两边为11bp的反向重复末端（IR），发生错位酶切的靶序列长度8bp。Ds因子较Ac因子短，它是由Ac因子转座酶基因发生缺失而形成的。不同的Ds因子的长度差异由Ac因子发生不同缺失所致。 Ac/Ds因子转座引起的插入突变方式：玉米Bz基因是使糊粉层表现古铜色的基因，当Ac/Ds转座插入到Bz基因座后，糊粉层无色。当Ac/Ds因子在籽粒发育过程，部分细胞发生转座，使Bz靶基因发生回复突变，从而形成斑点。 Ac/Ds两因子系统遗传特点： 1）Ac具有活化周期效应，有活性的Ac+因子被甲基化修饰后会形成无活性的ac-因子，反之无活性的ac-因子去甲基化成有活性的Ac+因子。 2）Ac与Ds因子有时表现连锁遗传但更多表现独立遗传。 3）Ac对Ds的控制具有负剂量效应。 4）Ac/Ds可引发靶基因表现为插入钝化、活性改变、表达水平改变和缺失突变等。 5）Ds的结构不同，插入同一靶基因的位点可能不同，形成的易变基因的表型也不同。（分子生物学79-81） 3. 正向遗传与反向遗传 正向遗传学研究指从突变体开始的遗传学研究，关心的问题是突变体表型的变化是由哪一个基因功能丧失后引起。 反向遗传学研究指从基因序列开始的遗传学研究，关心的问题是基因功能丧失后会使植物的表型产生什么样的变化。
材料基因组
彭贤文材料1201 41230029 材料基因组计划 自从十九世纪八十年代以来，技术变革和经济的发展越来越依赖新材料的发展。正如硅在十九世纪七十年代引起现代信息技术产业的崛起，先进材料可能推进新兴的旨在解决能源、国家安全以及人类福利等问题的价值数十亿美元的产业的发展。随着先进材料不断应用于解决清洁能源、国家安全以及人类福利等问题，它对经济安全以及人类的幸福生活越来越重要。加速先进材料的发现和发展对提升全球竞争力也是至关重要。材料基因组计划将创建一个新的材料创新的时代。 目前，一种材料从发现到第一次投入使用的时间范围大约是10到20年，这使得新材料的发展速度远远落后与产品的开发速度。这是因为长久以来材料的发展和研究依赖科学的直觉的反复的实验。而且，当前大多数的材料设计和测试是通过旷日持久的反复试验以及表征循环来执行的。同时，一种新材料发展的各个阶段可能由不同的工程师或科研团队在不同的研究机构完成，各个阶段间缺乏促进整体快速发展的信息反馈。为实现材料的快速发展，必须加速计算模型、数据交换以及模拟材料行为的高级算法的发展来补充物理实验。改善的数据分享系统以及更加综合的工程团队将使设计、系统工程以及生产活动交互重叠。用数学模型和计算仿真来取代冗长昂贵的经验研究将显著加速材料的发展和配置。 为此，材料基因组计划将创建一个材料创新框架，首先，打造材料创新基础。材料基因组计划将研发新的综合计算、实验和数据信息学的工具。这些软件和集成工具将跨越整个材料发展过程，并以一种开放平台进行开发，提高预测能力，并按最新标准快速整合整个材料创新基础数字化信息。这一基础设施将与现有的产品设计框架无缝结合，推动材料工程设计快速、全面的发展。然后，开发数据共享平台。材料基因组计划将设置数据共享平台让研究人员能够轻松地将自己的数据导入模型，同时使研究和工程人员能够彼此整合数据，促进处于不同材料开发阶段的科学家和工程师的跨学科交流。 此外，材料基因组计划将用研发的新材料来实现国家的目标。美国目前面临的清洁能源、国家安全和人类福祉等问题的求解都有赖于先进材料的发展。对于国家安全相关材料，美国国防部和国防实验室都在材料研究方面投入巨资。研究实验室忙于轻质保护材料、电子材料、储能材料、生物替代材料等的研究。军方则使用先进材料来保护和武装军队。对于人类健康和福利相关材料，先进材料的许多应用可解决人类健康和福利面临的挑战，从生物相容性材料，如假肢或人工器官，到用于设计防止受伤的保护材料。对于清洁能源系统相关材料，众所周知开发清洁能源、减少对于石油的依赖是美国明确优先发展的项目。材料研究可以帮助找到新技术，如为生物燃料生产更好的催化剂、直接从阳光产生能量的人工光合作用、新颖高效的太阳能光伏、便携式能源存储设备等。 最后，在政府、学术界和产业界的利益相关者要接受并不断扩大材料创新基础设施的范围和内容，以给我们的下一代生产力必要的工具和方法来实现我们国家的目标。
材料基因组
材料基因组计划(MGI) 专题学习报告 材料基因组计划是人类经过信息技术革命后，充分认识到材料革新对技术进步和产业发展的重要作用，以及在复兴制造业的战略背景下提出来的。其主要目的是试图把新材料的开发周期缩短一半，打造全新环形开发流程，推动材料科学家重视制造环节，并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据，代码，计算工具等，构建专门的数据库实现共享，致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问题。材料基因组计划主要包括四大系统：材料超级计算系统，材料性能扫描测试技术系统和材料设计性能数据库与信息平台系统。[1] 图1材料连续发展示意图 一，国外研究进展 2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的先进制造业伙伴关系—计划（AMP），希望通过政府高校科研院所和企业合作来振兴强化美国的制造业先进制造业伙伴关系计划包括四个子计划：（1）用于提高美国国家安全相关行业的制造业水平投入3亿美元包括小型大功率电池先进复合材料金属加工生物制造和替代电池等新型技术产业（2）材料基因组（Materials Genome Initiative，MGI）计划通过在研究培训和基础设施方面超过1亿美元的投资，使发现开发和应用先进材料的速度提高到目前的2倍先进材料又将推动数十亿美元的新兴先进制造清洁能源和国家安全等领域的相关技术，简言之，MGI 是AMP 的基础，缩短了先进材料的开发和应用周期，才有可能掀起制造业的又一次伟大革命新型高端材料与信息技术的结合，才是第三次工业革命产业范式转变的坚实基础（3）投资7000 万美元研制下一代机器人技术（4）开发创新的高效的能源制造工艺，将耗资1.2亿美元开发创新的制造工艺和材料，使企业降低成本，减少能源消耗材料基因组计划是先进制造业伙伴关系计划的主要基础部分，新兴材料才是新型制造业的基础MGI 的实施正是抓住了AMP 计划实施的关键，是重中之重。 2011年6月底，白宫发布了美国国家科学技术委员会起草的“材料基因组计划”白皮书（Materials Genome Initiative，MGI）。白皮书提出，要实现材料领域发展模式的转变，把新材料研发和应用的速度从目前的10～20年缩短为5～10年。[2] 白宫自去年6月底推出材料基因组计划的白皮书后，目前正向相关国家实验室、大学等机构征求政策建议。
基因组学考试资料-整理版
第一章 一、基因组 1、基因组（genome）：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和,是指生物细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因间区域。 2、基因组学：指以分子生物学技术、计算机技术和信息网络技术为研究手段，以生物体全部基因为研究对象，在全基因背景下和整体水平上探索生命活动的在规律及其外环境影响机制的科学。 基因组学包括3个不同的亚领域 结构基因组学(structural genomics) ：以全基因组测序为目标 功能基因组学(functional genomics)：以基因功能鉴定为目标 比较基因组学(comparative genomics) 二、基因组序列复杂性 1、C值是指一个单倍体基因组中DNA的总量，以基因组的碱基对来表示。每个细胞中以皮克(pg，10-12g)水平表示。 C 值悖理（矛盾）（C-value paradox)：在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接 近的物种之间，它们的C值可以相差数10倍乃至上百倍。 C值反映了总体趋势上，随着生物结构和功能的复杂性的增加，各分类单元中最小基因组的大小随分类地位的提高而递增。 2、序列复杂性 单一顺序：基因组中单拷贝的DNA序列 重复顺序：基因组中多拷贝的基因序列 真核生物基因组DNA组分为非均一性，可分为3种类型：快速复性组分、居间复性组分、缓慢复兴组分 三、基因与基因家族 1、基因家族：是真核基因组的共同特征，他们来自一个共同的祖先，因基因加倍和趋异，产生了许多在DNA序列上基本一致而略有不同的成员。 包括编码RNA的基因和编码蛋白质的基因 2、隔裂基因（split gene）：指基因部被一个或更多不翻译的编码顺序即含子所隔裂。 3、异常结构基因分类 重叠基因：编码序列彼此重叠的基因，含有不同蛋白质的编码序列。 基因基因:一个基因的含子中包含其他基因。 反义基因: 与已知基因编码序列互补的的负链编码基因，参与基因的表达调控，可以干扰靶基因mRNA转录与翻译。 4、假基因：来源于功能基因但已失去活性或者改变原来活性功能的DNA序列. 四、基因组特征比较 真核生物基因组的特征：复杂性较高的生物基因组结构松弛，在整个基因组围分布大量重复顺序（小基因组重复序列较少，大基因组重复序列急剧扩增）；含有大量数目不等的线性DNA分子，并且，每个长 链DNA都与蛋白质组成染色体结构；含有细胞器基因组（所有真核生物都具有环状的线粒体DNA，植物细胞还含有环状的叶绿体DNA。） 原核生物基因组的特征 :原核生物基因数目比真核生物少，大小在5 Mb以下; 原核生物基因组结构更紧凑;（极少重复序列;重复基因的数量远远低于真核生物；不存在含子，基本都是编码序列，无断裂基因。）
材料基因工程发展的重点和难点
材料基因工程发展的重点和难点 材料基因组计划（又名Materials Genome Initiative），简称MGI。2011年6月，时任美国总统奥巴马宣布启动材料基因组计划，意在改革传统材料研究的封闭型工作方式，培育开放、协作的新型“大科学”研发模式，从而实现将材料从发现到应用的速度至少提高1倍，成本减半的目标。 欧美发达国家的“材料基因组”正迅猛地发展起来，而国内材料科技工业与国际先进水平尚存在一定的差距，“材料基因组计划”为材料科技工业快速追赶国际先进水平提供了机遇。为避免我国在未来的新材料技术及其他高科技领域的国际竞争中处于被动地位，国务院、科技部、中国科学院、中国工程院、发展改革委、教育部、工业和信息化部、食品药品监管总局等一起合力发起国家重点研发计划《材料基因工程关键技术与支撑平台重点专项实施方案》工作，启动“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项发展计划。 在欧美的材料基因组计划中，数据共享与计算工具开发至关重要。在国内，数据+人工智能是材料基因工程的核心。 在计算工具的配备上，国内现在基本可以买到高端的服务器硬件。但数据也尤为重要，尤其是大数据和数据库的建立。但在大量数据获取方面，国内仍然落后于美国和日本。 从常温的光学显微镜，电子扫描显微镜，真实色共聚焦显微镜（Hybrid），到高温激光共聚焦显微镜，材料二维的图像获取手段上，国内的现已基本满足，不足的是，高端仪器的密度比发达国家尚有差
距。 材料真实内部三维数据的获取上，国内仍多采用人工研磨拍照的方式获取，一个试样的数据获取，短则一个月，长则半年，数据的可靠性暂且不说，这样的数据获取速度，严重影响材料基因组计划的进展速度。“我国材料基因工程有望2025年进入世界并跑或领跑”则困难重重。 在自动化技术高度发达的日本和美国，都有全自动的材料内部数据获取技术。例如，全自动逐层切片成像系统（Genus_3D），可在一两天内完成一个试样数据的获取，已经助力名古屋大学等单位和研究所高效、高质量的获取材料内部的三维数据。而国内拥有类似设备的单位，寥寥无几。在材料内部数据的获取上，差距正在逐步加大。 因此，我国材料基因工程发展，大量数据的获取技术需尽早解决。
最新 美欧材料基因工程计划研究现状及启示-精品
美欧材料基因工程计划研究现状及启示 材料基因工程的研究受到了包括美国、欧洲、日本等在内的世界主要发达国家地区的重视，以下是想备搜集整理的一篇探究美欧材料基因工程计划研究内容的，欢迎阅读查看。 1研究背景 新材料的发展长期以来采用的是通过以经验、半经验为基础的传统“炒菜”式实验来摸索，并给予确认的研究模式。这种模式的效率很低，已经难以适应当前世界各国经济快速发展的需求，而且需耗费大量的资源、能源和人力，非常不经济。材料科学家一直在寻求研究和发展新材料的更快速、更经济、更有效的新途径。凝聚态物理的多体相互作用模型及理论的重大进展、计算物科和方法体系的建立、科学和技术的飞速进步等，使得对材料的结构进行计算预测及其性能模拟计算日益成为必要和可能。 美国、欧盟、日本、新加坡、中国等世界主要国家/地区都非常注重材料计算与模拟的发展，组织实施了一系列相关的研究计划和项目。始于2001年的美国能源部“高级计算科学发现项目”是开发新一代科学模拟计算机的综合计划[1].早在2003年，美国国家研究委员会针对美国国防部对材料与制造研究的需求进行了研究，并推荐将计算材料设计研究作为投资的主要方向。欧洲科学基金会的“材料的从头算模拟先进概念”计划(AB-initioSimula-tionsofMaterials,Psi-k2)致力于开发凝聚态材料在原子层级的“从头算”计算方法[2],“生物系统与材料科学的分子模拟”则关注开发计算工具，用于了解生物系统以及人工纳米材料的介观结构。 2002年，日本文部科学省启动纳米生物技术、能源和环境领域“生产技术先进仿真软件”的开发;2009年，开始“间隙控制材料设计和利用技术”;同年，文部科学省和经济产业省联合推行“分子技术战略”[3].新加坡高性能计算研究院开发的APEX(AdvancedProcessExpert)数据挖掘技术已被用于解决工业问题，研究内容包括计算化学、多尺度建模、固态电子学和纳米结构等。 2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”计划，其中一项举措就是实施“材料基因组计 划”(MaterialsGenomeInitiative,MGI);几乎是同时，欧洲也启动了“加速冶金”(AcceleratedMetallurgy,AccMet)计划。这两项大型的研究计划都意在加速材料研发和应用的速度，并通过降低研发成本和周期降低失败风险。美国试图打造全新“环形”开发流程，推动材料科学家重视制造环节，并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据、代码、计算工具等，构建专门的数据库实现共享，致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问;欧洲则认为，在过去一万年，对人类的技术进步，相比其他材料，金属和合金贡献最大，加之欧盟历来重视防范原材料的风险，因而此次专注于高性能合金的开发。表1所示是美国、欧洲正在开展的材料基因组相关研究的概况对比。【1】
基因工程和基因组学
第九章基因工程和基因组学 (一) 名词解释： 基因工程 1.标记基因：指与目标性状紧密连锁、同该性状共同分离且易于识别的可遗传的等位基因变异。 2.cDNA库：是以mRNA为模板，经反转录酶合成互补DNA构建的基因库。 3.克隆（无性繁殖系）选择学说：一个无性繁殖系是指从一个祖先通过无性繁殖方式产生的后代， 是具有相同遗传性状的群体。经过选择培养，可以获得无性系变异体，但其遗传性状不一定有差异，在适当的培养条件下可产生逆转。 4.基因组：一个物种的单倍体细胞中所含有的遗传物质的总和称为该物种的基因组。 5.遗传多态现象：同一群体中存在着两种以上变异的现象。通常不同变异型间易于区别，不存在中 间类型，而且遗传方式清楚。例如人的ABO血型就是遗传多态，这个血型系统由同一基因座上的3个等位基因决定，各型间区分明确，在同一地区有一定的频率分布。 6.基因芯片：所谓基因芯片，是指利用大规模集成电路的手段，控制固相合成成千上万个寡核苷酸 探针，并把它们有规律地排列在指甲大小的硅片上，然后将要研究的材料，如DNA或cDNA用荧 光标记后在芯片上与探针杂交，再通过激光共聚焦显微镜对芯片进行扫描，并配合计算机系统对每一个探针上的荧光信号作出比较和检测，从而迅速得出所需的信息。 7.BAC文库（bacterial artificial chromosome，细菌人工染色体文库）：BAC是人工染色体的一 种，是以细菌F因子（细菌的性质粒）为基础组建的细菌克隆体系。 8.Ti质粒：在根瘤土壤杆菌细胞中存在的一种染色体外自主复制的环形双链DNA分子，称为Ti质 粒，它控制根瘤的形成，Ti是英文tumor-inducing（肿瘤的诱发）的略语。可作为基因工程的 载体。 9.穿梭载体（shuttle vector）：指既能在真核细胞中繁殖，又能在原核细胞中繁殖的载体。它既 含有原核细胞的复制原点，又含有真核生物的复制原点，而且又具备可利用的酶切位点和合适的筛选指标。 (二) 是非题： 1.限制性内切酶EcoRI对一定核甘酸顺序的切割位点是G↓AATTC CTTAA↑G。（+） 2.CTTGAA可以是限制性内切酶的的识别序列。（-） 3.限制与修饰现象是宿主的一种保护体系，它是通过对外源DNA的修饰和对自身DNA的限制实现的。 （-） 4.限制性图谱与限制性片段长度多态性（RFLP）图谱的最显著的区别在于前者是一个物理图谱而后 者是一个连锁图。（+） 5.已知某一内切核酸酶在一环状DNA上有3个切点，因此，用此酶切割该环状DNA，可以得到3个 片段。（+） 6.迄今所发现的限制性内切核酸酶既能作用于双链DNA，又能作用于单链DNA。（-） 7.能够在不同的宿主细胞中复制的质粒叫穿梭质粒。（+） 8.只有完整的复制子才能进行独立复制，一个失去了复制起点的复制子不能进行独立复制。（+）
美国材料基因组计划 简介
美国材料基因组计划简介 东北大学秦高梧 2012年11月1日 一、项目背景 自上个世纪八十年代起，技术的革新和经济的发展越来越依赖新材料的进步。目前，从新材料的最初发现到最终工业化应用一般需要10~20年的时间。例如，作为目前移动电子设备所用的Li电池，从上世纪70年代中期实验室原型到90年代晚期应用，前后花了近20年时间，但是至今还没能应用到电动汽车上，很明显，新材料的研发步伐严重滞后于产品的设计。 当前，面对竞争激励的制造业和快速的经济发展，材料科学家和工程师必须缩短新材料从发现到应用的研发周期，以期来解决21世纪的巨大挑战。然而，当前的新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的“尝试法”实验。其实，有些实验是可以借助现有高效、准确的计算工具，然而，这种计算模拟的准确性依然很弱。制约材料研发周期（图1）的另一因素是从发现、发展、性能优化、系统设计与集成、产品论证及推广过程中涉及的研究团队间彼此独立，缺少合作和相互数据的共享以及材料设计的技术有待大幅度提升。 图1 新材料研发周期示意图 二、项目的目标 最近在工程领域出现的集成材料计算与计算机技术相结合范例表明，可以把现有的材料研发周期20~30年缩短到2~3年。《材料基因组计划》拟通过新材料研制周期内各个阶段的团队相互协作，加强“官产学研用”相结合，注重实验技术、计算技术和数据库之间的协作和共享（利益通过学习标识以解决知识产权问题），目标是把新材料研发周期减半，成本降低到现有的几分之一，以期加速美国在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等方面的进步，加强美国的国际竞争力。《材料基因组计划》项目在2012年已投入1亿美元。整个目标和具体内容如图2所示。 图2 美国《材料基因组计划》的整个目标和具体内容 三、主要内容 3.1 材料计算手段 目前，从电子到宏观层面都有各自的材料计算软件，但是还不能做到高效跨尺度计算以达到材料性能预测的目的；各个软件之间彼此不兼容；由于知识产权问题，彼此不能共享计算工具的源代码。在这方面未来的工作主要集中在以下几个方面： （1）建立准确的材料性能预测模型，并依据理论和经验数据修正模型预测； （2）建立开放的平台实现所有源代码共享； （3）开发的软件界面友好，以便进一步拓展到更多的用户团体。 3.2 实验手段 （1）实验为弥补理论计算模型的不足和构架不同尺度计算间的联系； （2）补充非常基础的材料物理，化学和材料学的数据，涉及材料的电子，力学，光学等性能数据，构建材料性能相关的成分，组织和工艺间内在联系，并建立庞大的数据库；
华大基因简介
华大基因简介 1999年9月9日，随着"国际人类基因组计划 1% 项目"的正式启动，北京华大基因研究中心在北京正式成立。华大基因坚持“以任务带学科、带产业、带人才”，先后完成了国际人类基因组计划“中国部分”（1%）、国际人类单体型图计划（10%）、水稻基因组计划、家蚕基因组计划、家鸡基因组计划、抗SARS 研究、炎黄一号等多项具有国际先进水平的科研工作，在《Nature》和《Science》等国际一流的杂志上发表多篇论文，为中国和世界基因组科学的发展做出了突出贡献，奠定了中国基因组科学在国际上的领先地位；同时建立了大规模测序、生物信息、克隆、健康、农业基因组等技术平台，其测序能力及基因组分析能力位居亚洲第一、世界第三；开创了科学、技术、产业相互推动的发展模式；开展了广泛的国际国内科技合作与交流；建设了一支具有世界一流水平、年轻的产学研队伍；再现了基因组科学和产业发展的深圳速度和深圳奇迹。 抓住新技术突破的机遇，华大基因主力于2007年南下深圳，成立了致力于公益性研究的事业单位深圳华大基因研究院，并于当年10月完成了第一个中国人的基因组序列图谱，又在2008年1月与英美科学家一起启动了“国际千人基因组计划”、2008年3月启动了“大熊猫基因组计划”，2008年10月完成了大熊猫基因组框架图和手工克隆猪的研制，2009年4月启动了“世界三极动物基因组计划”，2009年8月启动了“万种微生物基因组计划”。在国际合作方面，华大基因已启动了“中丹合作糖尿病项目”、“中国欧盟合作肠道微生物项目”，并与丹麦科学家成立了“中丹癌症研究中心”、与香港中文大学成立了“中?华?基因组研究中心”。 在国家领导和有关部门、地方领导及有关部门的支持和鼓励下，华大基因坚持“科学发展才是硬道理”的信念，探索发展一种以技术发展为支撑、以科学发展为导向的全新的推动社会前进和引领未来的发展模式。在科学、技术、产业三位一体的前提下，华大基因致力于开展知识产权密集型的人类健康、规模化重要物种、重要经济动植物等基因组研究，大力发展我国的医学健康产业和现代农业产业。目前，华大基因已形成了科学、技术、产业相互促进的发展模式，建立了
材料基因工程
材料基因工程——为什么是一项“颠覆性前沿技术” 1.前言 材料基因组技术是近几年兴起来的材料研究新理念和新方法，是当今世界材料科学与工程领域的最前沿。材料基因工程借鉴人类基因组计划，探究材料结构与材料性质变化的关系。并通过调整材料的原子或配方、改变材料的堆积方式或搭配，结合不同的工艺制备，得到具有特定性能的新材料。但是材料基因组与人类基因组的又有很大的区别，材料的微观结构多样化，不但成分组成可以不同，微观形貌等结构也可能千差万别，其组成-结构-性能之间的关系更加复杂。 2.材料基因组技术 2.1材料基因组技术 材料基因组计划是通过“多学科融合”实现“高通量材料设计与试验”；其核心目标在于通过“高通量计算、实验和大数据分析”技术加速材料“发现-研发-生产-应用”全过程，缩短材料研发周期，降低材料研发成本，引发新材料领域的科技创新和商业模式变革。 材料基因组技术包括高通量材料计算方法、高通量材料实验方法和材料数据库三大组成要素。 2.1.1高通量材料计算方法 高通量计算是指利用超级计算平台与多尺度集成化、高通量并发式材料计算方法和软件结合，实现大体系材料模拟、快速计算、材料性质的精确预测和新材料的设计，提高新材料筛选效率和设计水平，为新材料的研发提供理论依据。其中并发式材料计算方法包括第一原理计算方法、计算热力学方法、动力学过程算法等，跨越原子模型、简约模型和工程模型等多个层次，并整合了从原子尺度至宏观尺度等多尺度的关联算法。 高通量材料集成计算技术利用第一性原理、分子动力学与位错动力学、合金相图计算、相场计算等方法，快速并行模拟实验室中成分与性能优化的传统试错式材料研发过程，并基于材料科学知识，迅速挑选有利于目标性能的合金成分与微观结构特征，从而加速新材料的研发进程并显着降低材料研发成本。 2.1.2高通量材料实验方法 传统材料研发模式依赖于成分与工艺的不断“试错”实验优化，结合对结构-性能关系的不断理解以获得满足性能指标的材料。但是，新型关键材料具有成分多元化、复杂化、微结构多级化等特点，传统的“试错”模式在实际材料开发中不仅耗费巨大，而且几乎难以取得成功。 高通量实验平台是发展材料基因组技术具备的条件之一。高通量实验平台可以为据库提供数据支撑；而就高通量集成计算而言，高通量实验技术为各种计算模拟工作提供计算目标。材料基因组概念中的高通量实验技术具有快速制备快速表征各类金属与非金属样品的能力，典型的高通量实验方法有扩散多元结与材料基因芯片
第十一章 基因工程和基因组学
第十一章基因工程和基因组学[关闭窗口] 本章习题 1.解释下列名词：基因工程、限制性内切酶、限制、粘性末端、重组DNA分子、运载工具、质粒、核基因库、染色体基因库、cDNA库、人工合成基因、植物基因转化、DNA芯片技术、分子标记辅助选择、基因组学、蛋白质组学、生物信息学。 2．什么是遗传工程？它在理论上和实践上有什么意义？ 3．简述基因工程的施工步骤。 4．说明在DNA克隆中，以下材料起什么作用。 (1)载体；(2)限制性核酸内切酶；(3)连接酶；(4)宿主细胞；(5)氯化钠 5．有一个带有氨苄青霉素和四环素抗性的质粒，在其四环素抗性基因内有一个该质粒惟一的EcoRI酶切点，今欲用EcoRI 位点克隆果蝇DNA，构建一个基因库，连接的产物转化大肠杆菌菌株DH5 ，试问：⑴. 在培养基中加入哪一种抗生素用于选择阳性克隆？⑵. 对哪一种抗生素有抗性的质粒携带外源果蝇DNA片段？⑶. 如果有的克隆可抗两种抗生素，如何解释？ 6．在构建一个真核生物核DNA库时，需要考虑哪些因素？ 7．根据下列凝胶电泳分析的结果，构建一个限制性酶图谱，并表明酶切位点及片段的碱基数，片段总长度为1300bp。电泳分析结果如下： 8．在下列6种限制性酶图谱中，有一种排列方式与凝胶电泳的带型是一致的。3种酶分别是：E：EcoRI、N：NcoI、A：AatII。
试回答： ⑴.根据电泳中DNA带型，选择正确的图谱并说明原因。 ⑵.在将这块凝胶转移后进行Southern杂交分析，带星点的是与pep基因杂交的信号带，说明pep在图谱中的位置。 9．简述将除草剂基因转移到植物基因组的过程。 10．简述基因组遗传图谱与物理图谱的异同。 11．简述基因工程在工、农、医三方面的成就及发展前景。 参考答案[关闭窗口] 第十一章基因工程和基因组学[关闭窗口] 参考答案 1.解释下列名词：基因工程、限制性内切酶、限制、粘性末端、重组DNA分子、运载工具、质粒、核基因库、染色体基因库、cDNA库、人工合成基因、植物基因转化、DNA芯片技术、分子标记辅助选择、基因组学、蛋白质组学、生物信 息学。 答：基因工程：在分子水平上，采取工程建设方式，按照预先设计的蓝图，借助于实验室技术将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物中去，使外源基因正确表达，定向获得新遗传性状的一门技术。 限制性内切酶：一种水解DNA的磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具。 限制：降解外源DNA，防御异源遗传信息进入的手段。 粘性末端：指遗传工程中，酶解时所产生的带有互补碱基配对顺序、可以自动接合成为环状DNA的单链尾巴。 重组DNA分子：基因工程中用限制性内切酶切割"目的"基因和载体DNA分子后，使两者都产生粘性末端，再把两者 连接起来形成DNA分子。 运载工具：将“目的”基因导入受体细胞的运载工具。 质粒：细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子。质粒具有重组 表型检测标记，检测是否携带外源DNA片段。 核基因库：将某生物全部基因组DNA酶切后与载体连接构建而成的基因库。理想的核基因库应能包括全部基因组序列。 染色体基因库：将基因组的一部分如一条染色体构建而成的基因库，可选择特异基因以及分析染色体结构和组织。 cDNA库：以mRNA为模板，经反转录酶合成互补DNA构建而成的基因库。 人工合成基因：根据已知的基因或氨基酸序列，将化学合成寡核苷酸的方法与酶促合成DNA的方法相结合合成的基因。
基因组学
课程名称基因组学 硕士课程论文 题目:基因枪技术在植物学研究中的应用 学科专业: 植物学 年级: 2012 学号: 2012210632 研究生:侯敏指导教师:查笑君 论文提交时间: 2012 年 12 月 11 日 基因枪技术在植物学研究中的应用
摘要基因枪是当今研究中一种重要的基因转移方法,在各个应用领域都显示出了其独特的优越性,因而广受重视;与此同时,基因枪技术本身也在实践中不断发展和完善。本文在回顾和总结基因枪技术使用原理的基础上,综述了基因枪在植物学研究中的应用。 关键词基因枪;植物学;基因转移;应用 Appl ication of Particle Bombardment in the Research of Botany Abstract As an important means of gene delivery , gene gun technology has showed its superiority in many application fields of gene engineering , and so has gained wide attention. At the same time , gene gun technology is also evolving in practice. Upon the retrospection and of the gene gun principles , the application of the gene gun in the Botanical Research was summaried. Key words Gene gun ; botany ; gene delivery ;application 1 基因枪技术的转化原理与发展 近年来转基因技术以前所未有的速度进步人们已经不再满足于单个基因成功插入原有生物的基因组中而是把目光放在插入基因的成功表达和产。然而自然界的生物体是十分复杂的有机整体许多的功能性状并不是单个基因可简单调控的即使像海藻一样简单的双糖在酵母中的代谢途径也需要个基因产物的直接参与。目前进行多基因转化研究的主要技术手段有两种一种是单质粒载体的转化即几个目的基因和标记基因在同一载体质粒上另一种是目的基因和标记基因位于不同的载体上的共转化研究后者的主要优点在于能在分离的世代中把在生产中没有意义的基因分离同时也可以转入更多的外源基因基因枪转化方法则是实现其转化的主要途径。 基因枪技术( Particle gun) ,又称生物弹或生物发射法(Biolistic process) 、粒子轰击技术( Particle bombardment) 和高速微粒子发射技术( High - velocity microprojectile) 。其原理是利用高速飞行的微米或亚微米级惰性粒子(钨或金粉) ,将包被其外的目的基因直接导入受体细胞,并释放出外源DNA ,使DNA 在受体细胞中整合表达,从而实现对受体细胞的转化。根据动力来源不同,基因枪可大体分为火药式( Gunpowder )、放电式( Elect ric discharge) 和气动式（Pneumatic) 3 种类型。1987 年美国康乃尔大学的J . C. Santord 等设计制造的火药式基因枪是最初的基因枪。到目前为止还有以化学推进剂为动力(弹药枪) 和以放电为动力(电子枪) 用于粒子轰击细胞的新工具,特点是能转化有细胞壁的植物细胞,并能直接向细胞器中输入DNA ,或用来转化花粉以避开组织培养的操作。在全面推广粒子枪之前还要进行开发和改良,更有效的电子枪会取代弹药枪。 2 基因枪法在禾谷类作物遗传转化中的应用 2．1 转化目的基因改良作物性状在用基因枪法转化禾谷类作物的研究中,转化的目的基因主要有抗除草剂基因、抗虫基因、抗病基因、雄性不育基因等。 2.1.1 转化抗除草剂基因 抗除草剂基因既可用作选择标记基因建立遗传转化系统,又能作为目的基因,使转基因作物在生长期间可使用除草剂除草,从而免去人工除草工作,节省了大量劳力。常用的抗除草剂基因是PPT 乙酰转移酶基因(又称bar 基因) ,抗除草剂bialaphos。用基因枪法将bar 基因转化小麦[、水稻、玉米、高粱,均获得了抗除草剂植株。 2.1.2 转化抗虫基因 在禾谷类作物中,用基因枪法转化的抗虫基因主要是苏云金芽孢杆菌的晶体蛋白基因(Bt 基因) ,而且在玉米中报道得较多,王国英等用基因枪法将Bt 基因转化玉米胚性愈伤组织,获得了转Bt 基因的植株,对一个转Bt 基因植株的杂交后代进行了玉米螟抗性的田间鉴定,抗虫和感虫植株的比例接近1∶1 ,符合孟德尔单显性基因的遗传规律。在水稻中,用改良的苏云金杆菌δ—内毒素[cryIA(b) ]基因经基因枪法转化,获得了能育的抗黄茎钻蛀虫转基因粳稻植株。 2.1.3 转化抗病基因 简玉瑜等用基因枪法将抗菌肽B(cecropin B) 基因导入水稻得到了转基因植株,对T3 代抗白叶枯