林木分子-绪论

ForestTreeMolecularBiology林木分子生物学本课程是林学专业的专业特色课。为林学专业学生进一步学习分子生态学、林木分子遗传学、林木分子育种学、树木基因组学、树木生物技术等提供必要的理论基础，同时使学生在分子水平上对树木的生长发育和生理生化机理具有初步认识。课程目的通过介绍分子生物学基本概念和基本过程以及分子生物学涉及到的常用仪器及其使用原理，使学生掌握分子生物学的基础理论知识；通过讲解分子生物学在林学主要领域中的应用，使学生了解分子生物学在林学研究中的重要性；通过讨论树木分子生物学研究前沿的重要文献，使学生了解树木分子生物学的研究方法和研究现状，掌握一定数量的树木分子生物学专业词汇，提高英文文献的阅读能力。授课教师基础分子生物学、常用研究技术（郑波）树木抗逆生理与分子机理研究（杜克兵）克隆树木分子生物学（王永健）分子标记在林木遗传育种中的应用（王滑）树木生长发育的分子机理（施雪萍）参考书《基础分子生物学》第一版2007/第二版2012郑用琏主编，高等教育出版社《Lewin'sGenesX》

2010JocelynE.Krebs等，高等教育出版社《植物生物化学与分子生物学》（中文版）2004BobB.Buchanan等，科学出版社，成绩评定平时成绩占总成绩的40%，包括考勤、提问与讨论、文献阅读和英文摘要翻译；期末考试成绩占总成绩的60%，主要考查学生对基础理论知识的掌握。Forestry(林业）Forestryisthescience,art,andcraftofcreating,managing,using,andconservingforestsandassociatedresourcesinasustainablemannertomeetdesiredgoals,needs,andvaluesforhumanbenefit.Forestry(林业）林业科学以地学、生物学、特别是森林生态学为理论基础，以系统工程为研究方法，主要探讨森林的发生发展规律，森林组成中各成分之间及其环境诸因素之间的相关关系，采种、育苗、造林、抚育、间伐和主伐的理论与技术，森林病虫害和其他危害及其防治措施，林火管理和利用，土壤侵蚀、小流域的综合防治和防护林体系，林业政策、林业经济理论和林业企业组织计划与管理；森林采运工艺和机械化作业技术，林产加工工艺与设备，以及木材综合利用的技术措施等。目的是指导林业生产建设，以获得最佳的经济效益、生态效益和社会效益。林学二级学科设置森林培育林木遗传育种森林经理水土保持与荒漠化森林保护野生动植物保护与利用……生命科学贯穿于林学的大多领域Forestry(林业）Forestindustry?森林的利用与开发是单方向的行为森林不因为人类而存在，相反，森林生态因为人类的行为而变得脆弱林学研究对于林业的依赖性森林科学与林业科学认识自然与改造自然的平衡 愚钝与愚昧 自然科学的自然美Forest(森林）广义林学与侠义林学没有生命就没有森林森林里的生命现象生命个体（群体）与环境的互作生命个体（群体）间的互作生命个体（群体）的生命规律femtometer第１章绪论二十一世纪——生命科学世纪1.1现代生物学的发展1.2分子生物学的概念1.3分子生物学发展的历程1.4现代分子生物学的发展1.5分子生物学的延伸本章内容如果把当今世界上的学术论文分为生命科学与非生命科学两类，就会发现生命科学类占到了53%，在权威刊物如《nature》、《science》中，这个数据达到了56%。21世纪是生命科学的世纪

2008年9月18日我国水稻，玉米，小麦，棉花，大豆，猪，牛，羊的转基因生物培育的重大专项计划正式启动。

对未来经济社会发展有重大影响的重大关键技术研发和产品开发，中央今年安排３２８亿元，２０１０年安排３００亿元左右抓住世界生物科技革命和产业革命的机遇，将生物产业培育成为我国高技术领域的支柱产业生物医药、生物农业、生物能源、生物制造和生物环保产业为重点

大力发展现代生物产业国务院总理温家宝2009年5月13日主持召开国务院常务会议通过《促进生物产业加快发展的若干政策》

1.1现代生物学的发展数、理、化相关学科生物学实验技术渗透

交叉近代生物学实验生物学个性共性宏观生物学（生态学为核心）微观生物学（分子生物学为核心）细胞水平分子水平结构生物学，发育生物学，系统生物学等新兴学科发展生物多样性研究资源保护与利用生态学，进化论环境保护，持续发展描述性的生物学1.2分

子

生

物

学

的

概

念ThetermhasmorethanonedefinitionDefineinbroadly：understandbiologicalphenomenainmolecularterms(difficulttodistinguishfrombiochemistry)Defineinrestrictively：studyofgenestructureandtheiractivitiesinmolecularlevelWhatisMolecularbiology?GeneconceptGenestructureGenereplicationGeneexpressionGenerecombinationGenemutationMolecularBiologyoftheGeneWhatisthegene?Basicproperty

ReplicationExpressionMutation

DNADoubleHelixmodel1953J.WatsonandF.Crick

1.3分子生物学发展的历程

MILESTONE

遗传因子假说

(HypothesisoftheinheritedfactorG.J.Mendel1866.)生物性状由遗传因子控制亲代传给子代的是遗传因子（A,a….）遗传因子在体细胞内成双（AA,aa）在生殖细胞内为单（A,a）杂合子体细胞内具有成双的遗传因子（Aa）

等位的遗传因子独立分离

非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中奥斯瓦德·埃弗里OswaldAvery的历史贡献

1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAvery’sachievementbeforehisdeath.分子生物学领域里的孟德尔(1877-1955)1928-1944进行16年的肺炎链球菌遗传转化研究证明DNA是转化因子

Thelifelongpitywasdueto…..

科学家对核酸的了解还知之甚少

DNA分子的功能也就更不为人知蛋白质可能是遗传专一性的决定分子

DNase失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活第一个动摇了“蛋白质是基因”的理念奠定了“DNA是遗传物质”的理论基础……8年后（1952年）M.Delbruck，S.E.Luria，A.Hershey

对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究

证明了DNA是主要的遗传物质尽管Avery的实验未引起概念的革命但他的研究工作引起了ErwinChargaff的极大兴趣，为提出DNA双螺旋结构模型起到了非常重要的作用Chargaff规则（Chargaff‘srules）(查格夫法则):1949ChargaffanalyzedthenucleotidecompositionofDNADNA是由四种脱氧核苷酸(nucleotide)，就是腺嘌呤(adenine)、鸟嘌呤(guanine)胸腺嘧(thymidine)和胞嘧啶(cytocine)组成的，且在不同物种中四种核苷酸的比率不同。但A与T的量相等，G与C的量相等，即A=T；G=C，这就是所谓的Chargaff规则。Coloniesofrough(R,thesmallcolonies)andsmooth(S,thelargecolonies)strainsofStreptococcuspneumoniae.NonvirulentRstrainVirulentSstrainExperimentalProofoftheGeneticFunctionofDNA肺炎链球菌TheGriffith'sexperimentdemonstratingbacterialtransformation.AmouseremainshealthyifinjectedwitheitherthenonvirulentRstrainofS.pneumoniaeorheat-killedcellfragmentsoftheusuallyvirulentSstrain.

Rcellsinthepresenceofheat-killedScellsaretransformedintothevirulentSstrain,causingpneumoniainthemouse.感染(A)ThetransformingactivityinScellsisnotdestroyedbyheat.AdiagramoftheAvery–MacLeod–McCartyexperimentthatdemonstratedthatDNAistheactivematerialinbacterialtransformation.(A)PurifiedDNAextractedfromheat-killedScellscanconvertsomelivingRcellsintoScells,butthematerialmaystillcontainundetectabletracesofproteinand/orRNA.(B)ThetransformingactivityisnotdestroyedbyeitherproteaseorRNase.(C)ThetransformingactivityisdestroyedbyDNaseandsoprobablyconsistsofDNA.(C)ThetransformingactivityisdestroyedbyDNase.(B)ThetransformingactivityisnotdestroyedbyeitherproteaseorRNase.DNAisadouble-strandedhelixJamesWatsonandFrancisCrickworkedoutthethree-dimensionalstructureofDNA,basedonX-raycrystallographybyRosalindFranklin&MauriceWilkins.DNADoubleHelixmodel1953WatsonandCrickdeducedthedoublehelixstructureofDNA.TheysubmittedapapertothescientificjournalNature,whichwaspublishedonApril25,1953.ThishasbeendescribedbysomeotherbiologistsandNobellaureatesasthemostimportantscientificdiscoveryofthe20thcentury.

在确定DNA分子结构的研究中，没有用DNA分子做任何一个实验！DNAReplicationSemiconservativereplication遗传密码的破译AseriesofcodonsareinpartofanmRNAmolecule.Eachcodonconsistsofthreenucleotides,usuallyrepresentingasingleaminoacid.MarshallNirenbergJacquesMonodFrancoisJacobmRNA的发现与operon的提出

直到1960年：DNA－RNA－蛋白质之间的关系仍未获得有力的实验证据仍未提出明确的科学阐明证明“遗传密码的携带者－mRNA的存在”关键：ArthurPardee、FrancoisJacob、JacquesMonod通过(Pa-Ja-Mo)大量实验最终证明：基因通过RNA严格地控制着蛋白质的合成

Namingas“messengerRNA”Operon操纵子

（启动基因＋操纵基因＋结构基因）遗传工程引发了一场分子物学革命不仅能将目标基因定向引入到其他物种中去而且可以利用细菌对目的DNA分子进行克隆基于“遗传重组”技术的生物学的理论不断创新基于“遗传工程”技术的生物遗传改良成效明显有关基因工程技术发明获得Nobel奖

WernerArber

DanielNathans

HamiltonO.Smith

discoveryapplicationidentificationTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1978虽然，没有任何一项技术具有原创性但是，利用已报道的多项技术创造性地实现了不同DNA分子的体外重组SV40λDNA＋EcoRIRecombinationDNA“遗传工程”的奠基工作PaulBergNP1980TheNobelPrizeinChemistry1993“…forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method…"KaryB.Mullis

加速分子生物学发展进程的一项“晚熟却简单”技术1.4现代分子生物学的发展转录组学transcriptomics蛋白质互作蛋白组学代谢组学metabolomics生物信息学生物系统网络构建系统生物学是一门新的学科，它以分析，研究和最终控制生物系统为目的。系统生物学代表着生命科学发展总体趋势的大方向!

生物体系中不同组分的相互作用。SystemsBiology分子生物学分子结构生物学分子发育生物学分子神经生物学分子育种学分子肿瘤学分子细胞生物学分子免疫学分子病毒学分子生理学分子考古学分子遗传学分子数量遗传学分子生态学分子进化学…………….1.5分子生物学的延伸分子生物学已经渗透到生物学的几乎所有领域分子生物学已经成为生命科学领域的带头学科基因的传播

Anidealorganismforageneticisttouseasastudyorganismwouldpossessthefollowingcharacteristics:1.

Arelativelyshortlifecycle2.Alargedegreeofgeneticvariationamongindividuals

MatingsthatproducelargenumbersofoffspringAwell-characterizedgeneticbackground,

karyotype,etc.ModelBiologicalSystemsa)Virus,thesimplestlivingorganismb)Bacteria,free-livingunicellularorganisms.theycanbegrowneasilyandrapidly.C)ThebacteriumthathasservedthefieldofmolecularBiologybestis:Escherichiacoli(E.coli)Whichdividesevery20minat37Cunderoptimalconditions,thusAsinglecellbecomes109inabout20hours!d)Bacteriophage,representthesimplestlifeform,usedassimplemodelsystemsformanykindsofstudies,themostsignificantuseis:Useproteincoat/DNAcoreofphagetofindwhichcarriesheredityinformationf)Mutanttodiscovergenes;employedastoolsforproducinglargenumbersofcopiesofhumanchromosomefragments“YeastAr