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遺傳學的發展階段范文1
關鍵詞：袁隆平；專業成長路徑：啟示
中圖分類號：G718.5
文獻標識碼：A
文章編號：1001-751812008)21-0019-04
教師專業化是國際教師教育研究領域的一個熱點問題。是教育改革和發展的趨勢；也是我國保證和提高教師隊伍整體素質，實施科教興國戰略的重要舉措。袁隆平是一位杰出的科學家、雜交水稻之父，他在雜交水稻領域令世人矚目的成功歷程同時也是他作為一名高職教師的專業成長過程。研究袁隆平的專業成長路徑。對目前的高職教師專業發展具有良好的借鑒和指導意義。
一、高職教師專業發展及我國高職教師專業發展現狀
教師專業發展是指教師在整個專業生涯中，通過終身專業訓練，習得教育專業知識技能，實施專業自主，表現專業道德。并逐步提高自身從教素質，成為一個良好的教育專業工作者的專業成長過程。高職院校教師專業發展旨在通過對教師專業意識的養成和專業素質的培養來促進其教學能力的發展與提升其職業地位。高職院校教師專業發展的特點，是在批判反思傳統教師專業發展機理的基礎上，形成的“以教師專業自主發展為核心；以雙師資格為目標取向；以實踐性知識建構為基礎；以職校、大學、企業三元合作為培養模式：以多樣發展為途徑和以自我評價為主體”的高職教師專業發展觀。
關于教師專業發展的研究，國內外的文獻都相當豐富。20世紀60年代末，美國得克薩斯大學的富勒(Fuller)開始了對教師專業發展階段的研究。他以教師在其成長中關注事物的更迭為研究對象，采用問卷調查，提出了職前教師專業發展階段理論，認為職前教師的專業發展要經歷“執教之前關注階段(pre-teaching concern)、早期關注求生階段(early concerns about survival)、關注教學情境階段(teaching situational concerns)和關注學生階段(concerns about pupils)”四個發展階段。我國學者多將教師專業發展分為：1、新手階段(1―2年教齡)；2、優秀新手階段(2―3年教齡)；3、勝任階段(3―4年教齡)；4、熟練階段(5年以上教齡)；5、專家階段?；蜻m用階段(從教1-2年)；成長階段(從教3-8年)；稱職階段(又稱高原階段，35歲以后)；成熟階段(專家型、學者型教師)等四個階段。并指出不是所有教師的專業發展都會經歷所有階段，大部分教師到熟練階段或稱職階段就停止不前了。高職教師的專業發展也是一個持續不斷的過程，主要包括適應階段、成長階段、稱職階段和成熟階段；其發展的模式包括技能熟練模式與反思性實踐模式。
教師專業發展的不同階段理論使各國學者和相關教育部門都相當重視影響教師專業發展的因素研究。并采取各種措施加強教師培訓。以期促進教師盡快地向專業階段的高一級發展。許多學者和專家從教師專業成長的范式和過程中總結出了一些影響教師專業發展的因素。其中主觀因素有：職業發展動機、認知能力、人際交往和自我評價等，它們也被稱為“內因”：客觀因素有：教育政策、學校管理、學校氛圍和教師文化等。它們也被稱為“外因”。
盡管研究者對教師專業發展進行了各方面研究。并取得了一定的成績；但目前我國教師專業發展實踐過程中還普遍存在以下問題。1、外部支持忽視教師自身需要。具體表現在：首先，從專業發展的目的看，忽視了教師主體參與對教師專業發展的重要價值；其次，從教師專業發展的內容來看。對教師專業結構中涉及教師情意等深層內容有所忽略：再次。從教師發展的執行者來看，教師本人缺乏決定本身專業發展方向及其方式的自；第四，從教師專業發展的實現模式來看，對不同年齡、不同發展階段的教師采用同一種教學方法、同一種教學內容，忽視了教師自身的需要和感受；第五，從教師專業發展的評價來看，評價標準統一、硬性，忽視了教師的整體發展，忽視了教師發展中的教師自主性和教師自我價值的實現等方面。2、教師自身內部發展動力不足。高職教師專業發展現狀則呈現以下特點：1、高職教師對“教師專業發展”這一概念比較陌生，混淆于教師在職培訓，狹隘地理解為只是學科專業知識的提高，沒有注意到包涵專業教育能力的提高，2、雖然高職教師理論上對“教師專業發展”不清楚，但在實踐中高職教師的自我專業發展意識強，有主動的職業發展意識。
總之，我國在促進教師專業發展的外部支持中，不同程度地存在著未能針對教師的實際發展水平，忽視教師主體需要、忽視教師情意、教師期望等深層次發展的現象，教師自身在發展過程中，因對“教師專業發展”這一概念比較陌生，所以盡管高職教師的自我專業發展意識較強，其自主專業發展思想和實踐仍相當狹隘。
二、袁隆平專業成長路徑及其特點
袁隆平院士是世界杰出的科學家，是高職教育中最優秀的教師典范。伴隨著他在雜交水稻研究領域的不斷成功，作為一名高職教師，他的專業也在快速地發展，并呈現出明顯的階段特性。
(一)初為人師，由學習者走向適應者?！鞍褧毯谩笔墙處煂I成長的第一步，也是教師由學習者走向適用者的關鍵性一步，要做到這一點。就必須在教學實踐中努力學習、刻苦磨練，逐步形成過硬的教學基本功。袁隆平是1953年8月從西南農學院畢業，響應祖國號召來到安江農校的，主教俄語課和遺傳學課。深厚的專業基礎知識、良好的綜合素養、生動透徹的課堂講解，以及對教育事業的無限熱愛使他很快成為了學生們最喜歡的教師，成功地實現了由學習者走向適應者的第一次飛躍。教學中他不但盡量用生動淺顯的語言向學生們傳授必備的理論知識，還總能根據他所任教科目的特點，克服一切困難帶領學生們將書本上的理論運用于實踐。讓實踐檢驗理論。理論教學與實踐相結合是他堅持的教學方向；與學生們一起認真鉆研教材，不神化教材，是他的教學思想；在教學中深化課堂知識，在實踐中拓展學生的視野。是他的教學手段。翻他曾按照米丘林、李森科的學說進行無性雜交實驗，做營養培養。強化環境，實驗失敗后，敢于大膽懷疑；他也曾理性地于20世紀50年代末期大膽地向學生傳授染色體、基因遺傳學說，在課堂上講解雜種優勢利用在作物育種中的廣闊前景?？梢哉f，“勤于學習、努力實踐、多方閱讀各種書刊”一直就是袁隆平的愛好，也正因為這樣。他從來就不是一個簡單的適應者，在他初為人師。盡力適應角色轉換時期，他
就帶領他的學生們開始了對已有理論的檢驗性探索，他向學生們傳授的知識是那樣的有用，他傳授知識的方法手段是那樣的靈活多樣，所有這些都使他的專業得到了快速的成長，并于1958年他從教4年、“無性雜交實驗”失敗后，在“年輕人要探討真學問”的思想鼓舞下，大膽地開始了他新的探索。
(二)敢于懷疑，由適應者走向探索者。美國心理學家波斯納曾經提出一個公式：教師成長=經驗+反思。教師專業成長的第二步是積極進行教學反思和創新，在教育科研中。養成探索的思維態勢和創新的思想方法，形成自己的教學風格。這是教師專業發展成熟期。袁隆平在西南農學院學習期間，就對美國遺傳學家摩爾根、孟德爾的學說有所接觸了解，如果說從他畢業到1958年是他適應教學、積累經驗階段的話，1958年他培育的“無性雜交”作物種子試種的失敗，使他毅然拋棄了錯誤的試驗，并在反復學習了的《實踐論》和《矛盾論》后選擇了水稻純系選育和人工雜交試驗作為自己的科研課題，大膽地開始了新的科研和教學探索。
袁隆平在給他的學生們上“無性雜交的遺傳學意義”時，為了讓學生們明白“無性雜交可以改變作物的遺傳性質”這一結論的錯誤，不惜冒著政治風險。帶著學生們去他的實驗地里現場觀察，用活生生的現實否定了當時的經典理論：并因勢利導運用“打比方”等教學方法，使學生們進一步明確“外因決定論”的錯誤及孟德爾――摩爾根基因、染色體遺傳學說的新近研究進展，其作為一名科研者和教育者的探索精神和勇氣實在令人驚嘆!
對待當時“社來社區”，有一定種田經驗，卻嚴重缺乏理論知識基礎的學生，袁隆平有時干脆把課堂搬到了試驗田，利用試驗的進展激發學生們的問題意識，然后針對問題及時給學生們講解有關的理論知識，使本來枯燥無味的專業理論知識變得生動有趣，也不難理解了；同時他還以當時專業領域的最新研究成果多在國外。鼓勵學生們要學好英語，并且利用自己的扎實英語功底親自給學生們補習英語，使他的學生們不至于因為語言障礙而阻礙專業發展。正因為袁隆平在教學科研中積極反思、大膽探索。他的學生們不只是把他當成老師，更把他當成摯友：他也從不需要校方規定什么，自覺地專注于自己的事業，和他的學生們樂此不疲于他的“雜交水稻”研究。他的雜交水稻研究也經常有令人難以置信的進展，隨著1970年11月23日“野敗”的被發現而終于打開了秈型雜交稻培育的突破口，為他“專家型”教師的誕生描上了濃墨重彩的一筆。
(三)樂于分享，由探索者走向引領者。教育領域中的引領者樂于交流與分享。能引領教師跳出自己對某些問題的思維定勢或思維滯塞，多視角、多維度地思考問題。全方位、多途徑地探尋解決問題的出路，為教師不斷自我超越和自主專業發展搭建起一座四通八達的“立交橋”。袁隆平就是這樣一位樂于把自己的思考結果、問題疑難提交給集體去研究的教師。隨著“野敗”的被發現?！耙皵 钡腇1代已表現出非常優越的雄性不育保持功能，尋找保持系突破在即，袁隆平成了中國雜交水稻研究領域無人能與之比肩的祖師和最高權威。這時(1971年)國家科委和農業部決定組織該科研項目的全國性協作攻關。面對來自湖南、廣東、廣西、江西等13個省、市、自治區的18個科研單位的50多名其實對雜交水稻的研究理論基本不了解的農業科研人員，袁隆平并沒有草草應付了事，而是向前來參與研究的科研人員敞開了自己無私的胸懷。不但詳細地向前來的科研人員介紹了“雜交水稻”的研究進展狀況，在田間對他們進行手把手的試驗速成訓練：還專門在駐地農場借用教室對科研人員進行速成理論教學，使新去各省、市、自治區的科研人員的科研實力得到了迅猛的加強。更難能可貴的是，科研人員的科研實力加強后，他便傾其所有將為數不多的、十分寶貴的“野敗”種子分送給各省朋友每人幾粒，使他們能直接利用當時已有成果高起點切入課題。一步到位地正式進入實驗研究狀態，爭分奪秒，最大限度地為大家贏得了研究時間和盡早成功的機會。
20世紀70年代，羅孝和培育“三超稻”時，因只增產稻草不增產稻谷而被有關人士誤解，袁隆平不但主動幫他應對來自外界的壓力：還親自和他一起把“三超稻”的優勢由只增產稻草轉向了增產稻谷。就這樣。在他的設計和引領下，中國的雜交水稻研究領域群星璀璨，羅孝和、尹華奇、李必湖、鄧華鳳……他們與袁隆平一樣，曾經是一個個平凡的人，但是在袁隆平的引領下，終于成為鑲嵌在中國農業科技星空中的一顆顆耀眼的明星。袁隆平作為一名職業教育教師在其專業成長中也實現了由探索者到引領者的轉變。
縱觀袁隆平專業成長路徑，不難發現其專業成長具有“發展需求和愿望的內在性、發展內容的個體性、發展個體的自覺主動性”等鮮明特點；他的專業成長是一種自主性的專業成長，同時也是一種充滿詩意的專業成長。是他“讓全世界人們遠離饑餓”的崇高專業理想和職業認同堅定了他不斷追求、不斷探索的決心，是他的“善于學習、勇于實踐、勤于反思、精于研究、樂于交流與分享”使他能盡快適應教師的工作。并圓滿地實現了從學習者到適應者。到探索者，再到引領者的轉變。不但取得了令世人驚嘆的科研成果，更譜寫了桃李滿天下的精彩華章。他的專業成長路徑值得每一位立志在教育領域有所成績者借鑒，更能給立志促進教師專業發展的管理者諸多啟示。
三、袁隆平專業成長路徑對高職教師專業發展的啟示
(一)幫助教師們樹立正確而崇高的專業理想。在市場經濟條件下，在急功近利、浮躁媚俗的世態中，教師往往容易迷失專業理想，喪失專業追求，讓教育淪為一種普通的謀生手段，從而嚴重延緩并阻礙了教師的專業發展。袁隆平之所以能很快地由一個初為人師的適用者成長為一名雜交水稻領域的引領者，與他一開始就樹立了“讓所有的人遠離饑餓”這一崇高理想密切相關，他的專業成長路徑告訴我們，作為一名新世紀的教師，要樹立崇高而堅定的專業理想，淡泊名利，安心從教，開拓進??；要確立以人為本的教育理念。促進學生終身發展：要樹立做創新型教師的職業理想。
只有樹立了崇高專業理想的教師，才會對教育工作產生強烈的認同感和投入感，才會主動去提升教育責任感與自我發展的使命感，努力提高自己的專業才能和專業服務水準：也只有樹立了專業理想的教師。才會最終把教育工作當作幸福的事業，而不會在奉獻中去斤斤計較個人的榮辱得失：才會做到科學規劃自我發展，努力創造自我新形象，真正做到“與學生共同成長”。
(二)創設一種重視教師專業發展需要的外部環境。有著崇高專業理想的教師，一般都會科學地規劃其職業生涯，走一條教師自主專業發展之路。我們知道事物的發展變化總是需要滿足一定的條件，并離不開一定的外部環境。袁隆平的專業成長快速而通暢離不開當時國家對雜交水稻研究的大力支持(使他躲過了“”的摧殘)，也離不開當時“安江農校”許多領導、老師對他的幫助、理解；今天的高職教師要實現其專業自主發展，照樣離不開院校的引導、扶持、理解甚至幫助。高職院校在幫助教師們樹立起了正確而崇高的專業理想后，更要關心各位教師自主專業發展的規劃、設計，對教師專業發展中產生的各種合理需要要充分重視，及時予以滿足。以促進教師專業盡快地向高一個層次發展。最終成為其專業領域的引領者。
(三)構建一套促進教師自主專業發展的制度體系。樹立了崇高的專業理想，營造了適宜的專業成長環境以后，我們還需要制定相關的制度，使這種適宜教師專業成長的外部環境能穩定下來，對教師自主專業發展起到保障機制的作用。
遺傳學的發展階段范文2
關鍵詞： 生物信息學 農業研究領域 應用
“生物信息學”是英文單詞“Bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州Gatlinburg召開的“生物學中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學者Lim在1991年發表的文章中首次使用。生物信息學自產生以來，大致經歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個發展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項目首席科學家Collins F博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）的所有目標全部實現［3］。這標志著后基因組時代（Post Genome Era，PGE）的來臨，是生命科學史中又一個里程碑。生物信息學作為21世紀生物技術的核心，已經成為現代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質和生命，其研究成果必將深刻地影響農業。本文重點闡述生物信息學在農業模式植物、種質資源優化、農藥的設計開發、作物遺傳育種、生態環境改善等方面的最新研究進展。
1.生物信息學在農業模式植物研究領域中的應用
1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃（NPGI），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經濟價值的關鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計劃是與人類基因組工程（HGP）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學的方法系統地研究這些重要農作物的基因表達、蛋白質互作、蛋白質和核酸的定位、代謝物及其調節網絡等，從而從分子水平上了解細胞的結構和功能［5］。目前已經建立的農作物生物信息學數據庫研究平臺有植物轉錄本（TA）集合數據庫TIGR、植物核酸序列數據庫PlantGDB、研究玉米遺傳學和基因組學的MazeGDB數據庫、研究草類和水稻的Gramene數據庫、研究馬鈴薯的PoMaMo數據庫，等等。
2.生物信息學在種質資源保存研究領域中的應用
種質資源是農業生產的重要資源，它包括許多農藝性狀（如抗病、產量、品質、環境適應性基因等）的等位基因。植物種質資源庫是指以植物種質資源為保護對象的保存設施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質資源庫，在我國也已建成30多座作物種質資源庫。種質入庫保存類型也從單一的種子形式，發展到營養器官、細胞和組織，甚至DN段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應用各種分子標記來鑒定種質資源。例如微衛星、AFLP、SSAP、RBIP和SNP等。由于對種質資源進行分子標記產生了大量的數據，因此需要建立生物信息學數據庫和采用分析工具來實現對這些數據的查詢、統計和計算機分析等［7］。
3.生物信息學在農藥設計開發研究領域中的應用
傳統的藥物研制主要是從大量的天然產物、合成化合物，以及礦物中進行篩選，得到一個可供臨床使用的藥物要耗費大量的時間與金錢。生物信息學在藥物研發中的意義在于找到病理過程中關鍵性的分子靶標、闡明其結構和功能關系，從而指導設計能激活或阻斷生物大分子發揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發方向。生物信息學為藥物研發提供了新的手段［8，9］，導致了藥物研發模式的改變［10］。目前，生物信息學促進農藥研制已有許多成功的例子。Itzstein等設計出兩種具有與唾液酸酶結合化合物：4-氨基-Neu5Ac2en和4-胍基-Neu5Ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經進入臨床試驗階段。TANG SY等學者研制出新一代抗AIDS藥物saquinavir［12］。Pungpo等已經設計出幾種新型高效的抗HIV-1型藥物［13］。楊華錚等人設計合成了十多類數百個除草化合物，經生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。
現代農藥的研發已離不開生物信息技術的參與，隨著生物信息學技術的進一步完善和發展，將會大大降低藥物研發的成本，提高研發的質量和效率。
4.生物學信息學在作物遺傳育種研究領域中的應用
隨著主要農作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關分子基礎的進一步闡明，人們可以利用生物信息學的方法，先從模式生物中尋找可能的相關基因，然后在作物中找到相應的基因及其位點。農作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列、分子標記、圖譜和功能方面的數據，可通過建立生物信息學數據庫來整合這些數據，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎上，育種學家就可以應用計算機模型來提出預測假設，從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優良農作物品種。
5.生物信息學在生態環境平衡研究領域中的應用
在生態系統中，基因流從根本上影響能量流和物質流的循環和運轉，是生態平衡穩定的根本因素。生物信息學在環境領域主要應用在控制環境污染方面，主要通過數學與計算機的運用構建遺傳工程特效菌株，以降解目標基因及其目標污染物為切入點，通過降解污染物的分子遺傳物質核酸 DNA，以及生物大分子蛋白質酶，達到催化目標污染物的降解，從而維護空氣［16］、水源、土地等生態環境的安全。
美國農業研究中心（ARS） 的農藥特性信息數據庫（PPD） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環境中轉運和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術大學（Toyohashi University of Technology） 多環芳烴危險性有機污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環保局綜合風險信息系統數據庫（IRIS） 涉及 600種化學污染物，列出了污染物的毒性與風險評價參數，以及分子遺傳毒性參數［17］。除此之外，生物信息學在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網絡的普及，情報、信息等學科的資源共享，勢必會創造出一個環境微生物技術信息的高速發展趨勢。
6.生物信息學在食品安全研究領域中的應用
食品在加工制作和存儲過程中各種細菌數量發生變化，傳統檢測方法是進行生化鑒定，但所需時間較長，不能滿足檢驗檢疫部門的要求，運用生物信息學方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進而運用PCR法［19］、RT-PCR法、熒光RT-PCR法、多重PCR［20］和多重熒光定量PCR等技術，可快速準確地檢測出細菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、ELISA法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術也是未來食品病毒檢測的發展方向。
轉基因食品檢測是通過設計特異性的引物對食品樣品的DNA提取物進行擴增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉基因農產品數據庫信息的及時更新，可準確了解各國新出現和新批準的轉基因農產品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時對檢驗方法進行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學在食品領域的應用還比較有限，但隨著食品安全檢測數據庫的不斷完善，相信相關的生物信息學技術將在食品領域發揮越來越重要的作用。
生物信息學廣泛用于農業科學研究的各個領域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報部門，以及信息中介服務機構提供相關服務，通過出版物、信息共享平臺、數字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學發展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學能夠更好地為我國農業持續健康發展發揮作用。
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遺傳學的發展階段范文3
關鍵詞 數據挖掘 預處理方法 基因表達數據
中圖分類號：O17文獻標識碼：A
Pretreatment Method of the Gene Expression Data
WANG Xiuzhu
(Computer Science and Technology, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010)
AbstractThis paper introduces several common gene expression data pretreatment method, and compared those methods, elucidatedapplication advantages of different methods in different environment.
Key wordsdata mining; pretreatment methods; gene expression data
隨著人類基因組計劃對24對染色體全部基因測序工作的完成，人類對基因的研究將進入全新的發展階段，而它的重點也將落在對基因表達數據的分析上。面對數以千兆計的基因表達數據記錄，數據挖掘成了首當其沖的、強有力的分析工具。選擇合適的數據挖掘算法，是基因表達數據知識發現的關鍵。一般基因表達數據都會存在諸如數據完整性、數據的冗余性、屬性間的相關性等問題而不能直接滿足挖掘算法的要求。本文首先提出幾種常用的基因表達數據預處理方法，隨后會對這些方法進行論述和比較，以闡明在不同環境下各種預處理方法的應用優勢。
數據預處理是從大量的數據屬性中提取出一些對目標輸出有重要影響的屬性，即降低原始數據的維數，從而達到改善實例數據質量和提高數據挖掘速度的目的。常見的基因表達數據預處理方法有以下幾類。
1 基于粗糙集理論的約簡方法
20世紀80年代初，波蘭的Pawlak針對G.Frege的邊界線區域思想提出了粗糙集理論，粗糙集理論的主要研究內容有知識約簡、離散化問題和不完全知識的補齊等，它在一定程度上很好地解決了傳統數據挖掘中存在的超大數據、不確定性數據、噪音數據、空值和冗余數據等問題。①
粗糙集理論的基本思想是：用數據集的等價關系，這種關系可以是某個屬性，也可以是某幾個屬性的組合，對此數據集進行劃分，從而得到不同的基本類，在這些基本類的基礎上進一步求得最小約簡集，以達到降維的目的。
粗糙集理論的優點是：無需提供額外的先驗信息就可將問題的論域進行劃分，無需相關領域專家的監督就可獨立完成。能有效地去除基因表達數據庫中的冗余數據、噪音數據和空數據，并對數據進行有效的降維。缺點是：只能處理離散型數據。因此，如果基因表達數據庫中的數據是連續型的，則首先要對其進行離散化處理后才能運用粗糙集理論來進行后續處理。
2 基于概念樹的數據濃縮方法
在基因表達數據庫中，許多屬性都是可以進行歸類的，各屬性值依據抽象程度可以構成一個層次結構，這種層次結構通常稱為概念樹。它依據抽象程度將屬性按照一般到特殊的順序排列，并用這種層次結構體現出來。這種方法其實是幾組合并的處理過程，用這種方法從基因表達數據庫中發現規則知識的核心是執行基本的和面向各屬性的歸納。②
基于概念樹的數據濃縮法的基本思想是：（1）用概念樹中的父概念去替代下面同性的、較具體的屬性值。（2）合并知識基表中出現的相同元組，并計算由這些相同元組所構成的宏元組所覆蓋的元組數，如果元組數大于設定的閥值，則用概念樹中更一般的父概念去替代。（3）得到覆蓋面更廣、數量更少的宏元組以達到降維的目的。（4）將最終結果進行歸納并轉換成邏輯規則。
基于概念樹的數據濃縮法是基于監督的方法，它的降維思想主要是根據經驗和需要制定出相應的剪枝閾值，以對噪聲數據進行有效剪除。這種概念泛化處理的手段，能使處理后的基因表達數據庫以不同層次和匯聚密度展現出來，為后續數據挖掘階段能更好地挖掘出不同層次屬性值間的關系做出了鋪墊。
3 主成分分析法
常見的基于統計分析的屬性選取方法有主成分分析、逐步回歸分析、公共因素模型分析等。它們都是旨在用盡可能少的特征去描述高維的原始基因表達數據庫，從而達到降維的目的。其中最有代表性，應用得最廣的就屬主成分分析。③
主成分分析的基本思想是：將多個變量通過線性變換的方式選出較少的重要變量的一種多元統計分析方法,它是在數據信息丟失最少的原則下對高維空間進行降維處理。它設法將原來給定的一組變量X1,X2,,,Xp,通過線性變換,轉換為一組不相關的變量Y1,Y2,,,Yp,在這種變換中，保持原始變量的方差和不變。通常數學上的處理就是將原來p個指標作線性組合，作為新的綜合指標的同時,使得Y1具有最大方差,成為第一主成分，如果第一主成分不足以代表原來p個指標的信息,再考慮選取第二個線性組合Y2作為第二主成分。依此類推,原來的k個變量就可以轉換成q個主成分。
主成分分析法的特點是用盡可能少的、具有代表性的特征變量來描述原本高維的基因表達數據庫，它能依據變量間的相關程度，自動生成權重，在一定程度上避免了人為因素的干擾，確保了評價的客觀性。它的局限性在于評價結果并不能重復使用，每次樣本的增減都會使原來的評價失去意義。
4 遺傳算法
遺傳算法是一種基于生物進化論和分子遺傳學的全局隨機搜索算法，它模擬了生物界“生存競爭，優勝劣汰，適者生存”的機制，用逐次迭代法去搜索尋優，求得問題的最優解。④⑤遺傳算法的基本思想是：將問題的可能解按某種形式進行染色體編碼。在選擇個體適應度評價較優的染色體中隨機選取 N 個進行復制。通過選擇、交叉、變異三個環節產生一群新的更適應環境的染色體，從而形成新的種群。
遺傳算法應用的關鍵是適應度函數的建立和染色體的描述，具體體現在對遺傳算法運行參數的設定上，其中包括對種群的大小、進化終止的最大代數、交叉概率、變異概率的確定等。在實際應用中，通常將它和神經網絡方法綜合使用。
5 結論
綜上所述，在以上的數據預處理方法中，基于粗糙集理論的約簡方法在處理離散型基因表達數據上具有明顯優勢；基于概念樹的數據濃縮方法在有相關領域專家監督的前提下具有優勢；基于統計分析的屬性選取方法由于在對基因表達數據的預處理過程中無需通過人為賦值來確定各個指標的權重，增強了數據處理的客觀性。此外，它是在數據信息丟失最少的前提下進行的。因此，它較其他三種方法在降維的質量上有優勢，遺傳算法在處理基因表達數據上的降維效果也是比較明顯的，但通常要與神經網絡相結合來使用，算法的復雜度相對較高。
基金項目：西南科技大學青年基金項目（項目編號：11zx3118，“西南科技大學科研基金資助成果”）
注釋
①于成.粗糙集在基于神經網絡的入侵檢測系統的探討[J].自動化與儀器儀表,2010.5:129-131.
②劉上力,趙勁強,聶勤務.Web使用挖掘中的數據預處理方法[J].鄭州輕工業學院學報(自然科學版),2010.25(4):71-74.
③顧明,蘇園園.主成分分析法在工作評價中的應用[J].科教導刊,2010(6):159-161.
遺傳學的發展階段范文4
關鍵詞： 生物研究 環境科學 生命科學
環境科學，是一門研究環境的物理、化學、生物三個部分的學科。環境科學所研究的環境，是以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發展的物質條件的綜合體，包括自然環境和社會環境。自然環境是直接或間接影響到人類的，一切自然形成的物質及其能量的總體。而社會環境是人類在自然環境的基礎上，通過長期有意識的社會勞動所創造的人工環境。
一、環境對生命科學的影響
自改革開放以來，社會經濟已經取得迅速發展。在經濟高速發展之際，環境的變化愈來愈引起廣大公眾的關注。人與環境，就像魚和水一樣密不可分。環境創造了人類，人類依存于環境，受其影響，不斷與其相適應；人類通過自身的生產活動不斷改造環境，使人與自然更和諧。生活環境對人類的生存和健康意義重大，適宜的生活環境可以促進人類健康長壽。反之，如果對人類生產和生活活動中產生的各種有害物質處理不當，使環境受到破壞，將損害人類健康，威脅子孫后代。
（一）環境對人體健康有直接影響。環境污染物主要來自工業生產過程中形成的廢水、廢氣、廢渣，包括城市垃圾等。在人體內存在的元素中，除碳、氫、氧、氮能形成各種體內的有機物質外，其他元素都各以一定的化學形態和結構形成各種生物配合體、功能蛋白質、酶等而存在于人體組織中，或作為組成人體結構的材料，或作為血氧運輸的載體，或作為酶的激活劑，或作為體液中電解質平衡的調節劑，或作為人體細胞間的信息傳遞的通訊員。這些元素協同作用，共同完成人體的新陳代謝功能。所以，自然環境遭到破壞，直接影響到人體的健康，破壞元素之間的協調和控制，人體失去平衡就會誘發各類疾病。
（二）自然環境是直接或間接影響生物的。環境變化是由物理的、化學的、生物的和社會的因素及其相互作用所引起的。因此，必須研究污染物在環境中物理、化學的變化過程，在生態系統中遷移轉化的機理，以及進入生物體后發生的各種作用，包括致畸作用、致突變作用和致癌作用。這就需要我們有豐富的生命科學理論知識作為基礎，深刻了解細胞的形態結構與新陳代謝，以及細胞的分裂、分化、衰老、死亡、癌變，及遺傳變異的相關機理。
（三）人文環境突出了人類對生命科學的掌握和控制。生命科學的發展經歷了一個漫長的演變和發展階段，各大師都提出了自己獨特的觀點和理論，例如達爾文的選擇論、分子遺傳學說等。時至今日，各學科的科學工作者都已從掌握的生命程式中找到各自所涉及科學的一些規律的認知。科學工作者對生命科學這一學科的認識和研究直接引導著人類向前發展。
二、環境科學與人類活動同自然生態之間的關系密不可分
環境為人類提供生存條件（包括提供發展經濟的物質資源）。人類通過生產和消費活動，不斷影響環境的質量。人類生產和消費系統中物質和能量的遷移、轉化過程是異常復雜的，但必須使物質和能量的輸入同輸出之間保持相對平衡。這個平衡包括兩項內容：
一是排入環境的廢棄物不能超過環境自凈能力，以免造成環境污染，損害環境質量，這就要求我們利用生命科學的知識提高環境的自凈能力。
二是從環境中獲取的可更新資源不能超過它的再生增殖能力，從環境中獲取的不可更新資源要做到合理開發和利用，有關社會經濟的決策必須考慮生態學的要求，以求得人類和環境的協調發展。
三、加強環境保護，重視生命科學
（一）切實保護人類賴以生存的自然環境。人類健康與環境的質量有密切關系，因此我們要切實保護環境，政府要制定切實可行的環保政策，增強環保工作的制度性和建設性。人們應該從自身做起，從自己身邊的小事做起，養成保護環境的良好習慣，促進人類健康發展。
（二）著手凈化社會環境以求穩定和諧社會。這個世紀是生命科學的世紀。最近幾十年全球的計算機技術飛速發展，很自然地將計算機技術應用到生命科學的研究中，當然最主要的就是自動化技術，我們可以看到近些年來，各國在研究生命科學的時候大量應用自動化技術，并且自動化技術在生命科學的研究中越來越重要。人類要在科學技術不斷發展的今天，充分利用計算機成果，幫助生命科學的研究和推動其發展的進程。
（三）提倡尊重科學兼以敬畏可貴的生命。堅持科學發展觀是推動生命科學發展的必經之路。對于生命，每個人都應對其充分尊重和敬畏。生命的意義不僅是生物存在的特征，生命賦予生物的不是簡單的一條命而已，更多的是深刻理解生命本身存在的意義?；诳茖W的前提之下，創造和諧穩定的社會環境，培養優秀的創新人才方是推動生命科學領域不斷前進和進步的上策。
綜上所述，環境科學與生命科學是息息相關、密不可分的。生命科學的發展能豐富環境科學知識，有利于環境保護，同時，環境科學也能為生物的存活提供保障。
參考文獻：
遺傳學的發展階段范文5
[關鍵詞] 精準醫學； 口腔精準醫學； 個體化醫療； 生物樣本庫
[中圖分類號] R 78 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2015.03.021
[Abstract] The completion of human genome project and the progress in medical practice have inevitably lead to the deve-lopment of precision medicine， which is a medical model that proposes the customization of medical care including medical decisions， practices， and/or medical products with patient’s genetic background， environmental factors and life behavior being taken into account. The current work proposed precision stomatology for the first time， and by integrating data reported in recent literature， we described the current practice of precision stomatology in multiple disciplines in modern dentistry. The clinical significance of precision stomatology and its future challenges have also been discussed.
[Key words] precision medicine； precision stomatology； personalized medicine； biobank
2011年美國科學院、美國工程院、美國國立衛生研究院及美國科學委員會共同發出“邁向精準醫學”的倡議，并首次提出了精準醫學（precision me-dicine）概念[1]。精準醫學可歸納為P4醫學，即前瞻性（predictive）、預防性（preventive）、個體化（personalized）及參與性（participatory）[2]。精準醫學是以個體化醫療為基礎，隨著各種高通量組學技術快速進步以及生物信息與大數據共享的交叉應用而發展起來的新型醫學概念與醫療模式。精準醫學有賴于基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等組學技術和生物醫學前沿技術，對大樣本人群與特定疾病類型進行生物標記物的分析與鑒定、驗證與應用，從而精確尋找疾病的原因和治療的靶點，并對一種疾病不同狀態和過程進行精確亞型分類，最終實現對疾病和特定患者進行個體化精準診療，提高疾病診治與預防效益。
精準醫學研究正成為國際醫學領域的前沿與焦點。美國總統奧巴馬在2015年國情咨文演講中正式提出了“精準醫學計劃”（Precision Medicine Initia-tive），擬研究個體遺傳變異在疾病發生、發展中的作用，了解疾病治療的分子基礎，加速推動個體化精準醫療的發展。精準醫學也引起了眾多國內醫學工作者的關注。王辰院士領銜的研究團隊已制定了臨床常見病種的個體化精準治療指南，通過中國健康促進基金會平臺，在國內上百家三甲醫院建立精準醫學中心，根據患者基因特征，開展個體化精準藥物治療，取得很好的效果。
口腔醫學作為醫學的重要組成部分，許多口腔疾病都基于個體遺傳與環境因素，全身系統性疾病與口腔健康也有著十分密切的關系。現代口腔醫學需主動參與全球醫學研究前沿，構建新的口腔疾病知識網絡，優化口腔疾病個體預防、診斷及治療，提高口腔醫療的均等性、可及性和先進性，降低重大口腔疾病的發病率，提升疑難疾病的治愈率，實現口腔精準醫學（precision stomatology），促進中國醫療事業的發展。
1 口腔疾病的精準醫療
當前口腔疾病的診治主要基于臨床癥狀和病理學表現，但一些臨床或病理分型相同的疾病，經過相同臨床治療的效果并不相同，提示現有口腔疾病診療遠未達到個體化水平?？谇痪珳梳t學應當深入研究個體差異對口腔疾病發生、發展的影響，根據疾病發生的遺傳背景，結合環境與宿主生活習慣等因素，建立新的口腔疾病知識網絡，實現個體化的疾病“精準預防”與“精準診治”。下文以口腔醫學各學科典型疾病為例，結合近期相關研究進展，闡述口腔精準醫學對各學科發展的指導意義。
1.1 口腔癌
美國的精準醫學計劃主要從腫瘤防治新途徑入手，旨在基于分子標志物對腫瘤進行分類，并針對關鍵分子靶點制定個性化的治療方案，促進疾病的預后[2-3]?？谇话┦穷^頸部最常見的惡性腫瘤之一，主要包括唇癌、牙齦癌、舌癌、軟硬腭癌、頜骨癌、口底癌、口咽癌、涎腺癌和上頜竇癌以及發生于顏面部皮膚黏膜的癌癥等。廣義的口腔癌包括眼眶以下、頸部以上范圍內所發生的癌癥，絕大部分屬于鱗狀上皮細胞癌，統稱為頭頸部鱗狀細胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）。中國是HNSCC的高發地區。全球HNSCC致死率在癌癥致死率中排名第六，診斷后5年生存率不及50%，屬預后較差、毀容性疾病。過去30年間，手術、放療及化療等治療手段的發展對HNSCC患者生存率的提高有限。如何早期檢測HNSCC病損，尋找有效藥物靶標治療晚期和復發患者，是亟待解決的難題。獲得與臨床相關的癌變分子標記，實現早期診斷、有效阻斷、靶向治療，成為HNSCC精準醫療的關鍵。
鑒于口腔腫瘤與唾液在解剖學上的密切關系，以及唾液生物學樣本易獲取、轉運、保存的生物學特點，近年來唾液組學借助各種高通量組學技術，從大規?？谇话┗颊呷巳和僖簶颖局泻Y選出大量的生物標記物，為口腔腫瘤的早期診斷與個體化治療提供了眾多潛在的分子靶點。美國加州大學牙學院科學家團隊建立了唾液組學知識網絡，包括Saliva Ontology和SdxMart兩大功能模塊，前者通過統一的語言，實現不同研究者間以及唾液組學與其他系統組學間的數據對接；后者通過可視化界面，實現對口腔癌及其他常見口腔疾病在蛋白組、轉錄組、非編碼小RNA、代謝組等層面分子標記物查找，旨在有效整合與共享唾液組學研究數據與臨床資源，促進基礎研究成果向臨床口腔癌精準醫療的轉化[4]。
近期針對頭頸部腫瘤組織的高通量測序研究表明，多數HNSCC中存在一些基因突變[5-8]，包括p53信號通路相關的TP53[9]、與有絲分裂相關的PIK3CA[10]以及Notch信號通路相關基因（Notch1、Notch2以及Notch3）等[11]。另外，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）基因突變（936 C>
T）以及GSTM1功能失活突變均被證實與亞洲人群口腔癌的易感性密切相關[12-13]。針對上述分子靶點設計個體化基因治療，將有助于實現口腔癌的精準治療。四川大學華西口腔醫院李龍江教授團隊對口腔癌不同階段患者接受基因治療敏感性的臨床研究積累了長期經驗，近期研究發現重組腺病毒p53基因治療結合常規化療可顯著提高口腔鱗狀細胞癌三期患者的生存率，但對口腔癌四期患者生存率無明顯促進效果[14]，提示建立針對口腔癌臨床分期的個體化精準醫療勢在必行。
值得注意的是，約有62%的口腔鱗狀細胞癌來源于口腔潛在惡性病損（oral potential malignant le-sion，OPML），后者主要包括白斑、紅斑及扁平苔蘚等口腔黏膜疾病。對于OPML患者，早期診斷與惡變風險評估尤為重要，早期干預能夠顯著提高患者生存率及生活質量[15]。目前研究[16]已發現一些可導致OPML惡變的風險因素，包括病理組織學改變和環境因素，然而通過這些風險因素來判斷OPML是否可能惡變仍然存在一定的局限性[15]。研究發現個體基因背景與OPML惡變與否顯著相關。具有惡變傾向的白斑病變組織中觀察到p53高表達，或p53低表達的同時伴有Ki67高表達[17]；具有惡變傾向的紅斑病變組織中p53突變率較高[18]。通過對不同階段OPML及口腔黏膜原位癌患者的病變組織樣本進行組學分析，發現了一些功能基因拷貝數改變以及mi-RNA改變與OPML進程密切相關[15，19]，提示基因轉錄調控及轉錄后調控可能參與了OPML惡變過程。深入研究個體基因信息與OPML轉歸的關系，建立新的疾病分類體系，對早期診斷及精準治療具有惡變傾向的OPML有重要意義。
1.2 口腔感染性疾病
齲病是最常見的口腔感染性疾病，可對牙體硬組織造成不可逆的損害，因此個體的齲病風險評估及早期干預尤為重要。通過動物實驗及臨床回顧性研究，已發現了一系列患齲風險因素，包括致齲微生物檢出率、高糖飲食、口干癥等。然而近期研究顯示，部分人群即使暴露于高致齲風險因素，其患齲率仍較低，而一些較少暴露于上述齲病風險因素的人群，其患齲率卻比較高，提示現有齲病風險評估系統尚存在局限性，可能與忽略了個體遺傳背景及缺乏對個體口腔微生物群落結構與功能的整體評價有關。動物實驗[20]及流行病學調查發現遺傳因素與齲病發生相關[21]；進一步通過連鎖分析及關聯分析，發現某些參與釉質發育、味覺喜好、唾液組成及宿主免疫的基因與齲病易感性相關[22-23]。隨著高通量測序技術的發展，全基因組關聯分析（genome-wide association study，GWAS）作為一種非假說驅動的開放式研究，已成為篩選、鑒定更多與齲易感性相關基因的有力手段[24-27]。Shaffer等[24]早在2011年對3～12歲乳牙列患齲兒童進行了全基因組掃描與關聯分析，發現包括ACTN2、EDARADD、EPHA7、LPO、MPPED2、MTR、ZMPSTE24在內的7個新基因與患齲風險密切相關。進一步整合現有齲病相關GWAS研究數據進行meta分析發現，MPPED2與乳牙患齲風險顯著相關，而ACTN2與乳牙和恒牙患齲風險均顯著相關，提示MPPED2和ACTN2可為齲病精準預測和精準治療提供潛在分子靶點[28]。
牙周病也是常見的口腔感染性疾病。1999年牙周病分類世界研討會根據牙周病的臨床表現、牙周微生物群落、全身系統性疾病等因素，將牙周炎分為4類：慢性牙周炎、侵襲性牙周炎、全身系統疾病伴發性牙周炎及壞死性牙周炎。由于早期慢性牙周炎與侵襲性牙周炎在臨床表現、微生物群落、組織學形態等方面無法精確鑒別，現有牙周病分類系統已無法有效指導臨床醫生對一些個體進行早期干預，導致一些侵襲性牙周炎患者在已造成較嚴重牙周組織損害后才得到針對性治療。有研究[29]指出可通過家族聚集、基因信息及一些環境因素對侵襲性牙周炎進行風險評估。Kebschull等[30-31]通過對120例慢性牙周炎或侵襲性牙周炎患者的牙周組織進行轉錄組分析，并通過計算機進行聚類分析將所有樣本分為兩類；發現基于轉錄組信息進行的分類與個體牙周炎相關指標（炎癥破壞程度、牙周微生物群落等）更為相符。上述研究提示：根據個體基因信息與牙周疾病的關系，對牙周炎進行全新的分子生物學分類，可對牙周炎風險進行精準評估，從而對一些高風險人群進行預防及早期治療。
由于人體是由人自身細胞及定植于人體內部及表面微生物共同組成的超級復合體[32]，對影響人體功能及健康的第二基因組――微生物組進行系統性、群落性和差異性研究，也必將為口腔精準醫學提供新模式。借助于高通量測序與生物信息學技術的發展，學者們[33-34]對健康與疾病狀態下口腔微生物群落多樣性及功能組成進行了深度掃描，研究結果發現了大量與齲病、牙周病及口腔黏膜感染相關的微生物與功能基因簇，為疾病的精準預測與診療提供了海量的生物學標記。以齲病為例，除公認的鏈球菌、乳桿菌及放線菌外，丙酸桿菌、韋榮菌、顆粒鏈球菌、纖毛菌等多種細菌在健康及疾病人群之間的分布存在顯著差異，這些細菌在疾病發生中的作用及其對疾病風險預測的價值有待深入研究。
發生在牙齒不同部位（釉質、牙骨質及牙本質）的齲損組織內微生物組成也存在顯著差異，齲病不同進展階段的微生物組成也發生了明顯演替[35]，提示對臨床表現不一和/或處于疾病不同發展階段的人群采用單一的檢測、診斷及治療齲病的方式必將造成部分患者的防治失敗，發展口腔精準醫學在齲病防治領域勢在必行。在對牙周病相關微生物組的研究過程中，研究者不但篩選出了牙周病狀態下差異分布的微生物群落組成，還發掘出了差異性富集的功能基因及轉錄子。筆者所在課題組采用人體微生物功能基因組芯片技術發現了編碼毒力因子、氨基酸代謝、糖胺聚糖代謝和嘧啶代謝相關的功能基因在牙周炎患者中大量富集[36]。最近一項針對牙周炎患者齦下菌斑宏轉錄組的研究[37]發現，絕大多數表達上調的致病毒力因子主要來自一些以往被忽視的微生物。除齲病及牙周病這兩大口腔最常見的感染性疾病外，筆者所在課題組對放療導致口腔黏膜炎患者口腔細菌組成進行了全面分析，發現擬桿菌屬、費克藍姆菌屬、葡萄球菌屬組成豐度在放療性黏膜炎發生、發展過程中產生了顯著變化，這些差異性分布微生物表型是否可作為疾病預防及診斷的分子生物學標記亟待證實。
口腔常見感染性疾病防治研究進展提示，口腔精準醫學需全面考慮宿主遺傳因素與微生物群落因素對口腔常見感染性疾病發生、發展的影響。找尋與疾病發生密切相關的宿主基因及核心微生物組，建立全面的疾病風險評估系統，可建立更為有效個體化預防措施和治療方法，如基于核心微生物群落組成與功能的椅旁診療系統和分子靶標疫苗，以及基于宿主易感基因的個體化基因治療。
1.3 唇腭裂（cleft lip and palate，CLP）
CLP是一種由環境和遺傳因素交互作用所導致的多基因遺傳性疾病，是人類常見的出生缺陷。在世界范圍內，CLP發病率約為1.7‰。CLP不但直接影響患者發音、聽力、吞咽等生理功能，還可影響患者長期心理健康，嚴重影響患者生存質量?？谇痪珳梳t學對CLP的診治目標是：深入研究CLP發生的遺傳機制，根據不同分子生物學發病機理對CLP進行分類，實現精確的早期診斷，甚至胚胎期個體化基因治療。由于頜面部發育過程中有多種基因與信號傳導通路參與，任何環節的錯誤都有可能導致CLP發生，具有顯著的遺傳異質性，因此對CLP遺傳機制的研究較為困難[38]。通過以家系或人群作為研究對象，采用連鎖分析[39]、外顯子測序[40]、GWAS[41]等遺傳學研究手段，篩選與CLP發生相關的基因，進一步通過動物實驗，驗證并探究這些基因在CLP發生過程中的作用，目前已發現IRF6基因、Wnt/β-
catenin及BMP信號通路等功能異常與CLP發生密切相關。進一步整合遺傳學研究成果，以不同表型的CLP為研究對象，一方面采用組學研究方法，發現更多與疾病發生相關的基因；另一方面優化前瞻研究模型，探索不同基因異常導致CLP發生的分子機制，對實現CLP的精準醫療有重要意義。
1.4 錯畸形
錯畸形由遺傳因素與環境因素共同作用而產生，Angle錯分類將其分為Ⅰ～Ⅲ類。對于個別類型錯畸形，通過早期預防矯治、阻斷矯治等干預措施，能阻礙其發生、減輕其畸變程度或改善后續的治療效果。然而基于家族遺傳史、早期口腔檢查及影像學檢查等，難以在早期對疾病進行精確的風險評估及診斷。深入研究錯畸形發生的遺傳機制，將利于錯畸形早期診斷，并可通過基因信息判斷某些患者的治療效果[42]。
目前普遍認為Ⅲ類錯畸形是一種多基因遺傳性疾病[43]，但也有家系研究[44]表明Ⅲ類錯畸形為單基因遺傳疾病，具有孟德爾遺傳疾病特征，提示Ⅲ類錯畸形可能存在擁有不同遺傳發病機理的亞型。全基因組連鎖分析發現一些基因座上的遺傳信息改變與Ⅲ類錯畸形發生相關[43]。關聯分析發現一些影響髁突軟骨生長的基因，如IHH、PTHLH、VEGF、RUNX2、SOX9等，與Ⅲ類錯畸形的發生密切相關[43]。 通過對4個家系進行外顯子測序，發現DUSP6的一個錯義突變與Ⅲ類錯畸形顯著相關[45]。通過GWAS等手段可獲得更多與錯畸形發生相關的候選基因，進一步對候選基因的機制研究亦將闡明其與錯畸形發生及預后的關系，最終可實現通過個體遺傳信息對某些錯畸形進行早期診斷并進行傳統的早期治療，甚至針對某些導致錯畸形發生的遺傳因素進行精確的基因治療。
1.5 牙列缺損與缺失
牙列缺損、缺失是口腔最常見疾病之一，嚴重影響咬合功能和全身健康。種植義齒修復是目前治療牙列缺損、缺失的理想方案，成功率高達90%，但是一旦牙種植失敗將對患者造成一定的經濟損失與健康危害。骨整合是牙種植修復成功的重要標志之一，其過程類似骨愈合，依賴于宿主的組織修復能力及免疫反應。臨床研究發現一些骨整合失敗的風險因素，包括吸煙、系統性疾病、手術感染與創傷等因素。然而尚有一些骨整合失敗病例并不能完全由以上臨床指標解釋。一些學者[46]發現牙種植失敗存在聚集現象，即常發生于某些特定人群。目前認為牙種植失敗存在遺傳易感性[47]，發現和鑒定與牙種植體失敗相關的個體遺傳信息，一方面可精準評估個體牙種植失敗風險，為高風險人群制定個性化修復方案；另一方面可在高風險人群牙種植修復過程中進行精準靶向干預，提高牙種植成功率[47]。
目前針對牙種植失敗相關遺傳因素的研究仍局限于對一些參與骨代謝的基因進行關聯分析，研究發現IL1B[48]和MMP1[49]等基因與牙種植體失敗相關。為能更全面地發現與牙種植失敗相關的基因多態性，GWAS、外顯子測序等高通量研究技術將是有力的工具。此外，還需建立更多的動物模型研究，對候選基因進行功能驗證，并探究其分子機制。
1.6 其他
目前關于兒童口腔疾病發生、發展的分子機制研究相對較少。兒童早期齲（early childhood caries，ECC）定義為71月齡以下兒童發生的乳牙齲損。ECC病因與其他類型齲病有一致性，但亦存在一些特有的風險因素[50]，如產婦口腔健康情況以及生活習慣（糖、果汁攝入等）。遺傳因素也是ECC病因的重要組成部分，Bagherian等[51]發現ECC患兒基因組HLA-DRB1等位基因頻率顯著高于無齲組兒童?；诂F有研究對ECC經行風險評估與早期預防仍具有局限性，需要更廣泛而深入的研究。
牙釉質發育不全（amelogenesis imperfecta，AI）是一系列影響釉質形成或礦化過程的遺傳性疾病，具有多種表型以及遺傳異質性。迄今已經發現數十種基因異常與非綜合征型先天性AI發生相關，包括AMELX、ENAM、AMBN及MMP20等[52-53]。進一步以不同表型AI為研究對象，利用組學研究手段發現更多的與疾病發生相關基因突變，通過機制研究探索其發病的分子生物學機理，可為AI的基因診斷與基因治療奠定基礎。
另外，上述一些口腔疾病（如CLP、錯畸形等）的“精準預防”與“精準診治”與兒童口腔醫學范疇有明顯重疊。兒童口腔醫學的特點決定其應當承擔個體早期信息采集工作，推動口腔精準醫學相關研究與臨床進展。
2 實現口腔精準醫學的挑戰
2.1 構建口腔疾病知識新網絡
現有口腔疾病定義與分類存在局限性，即主要基于疾病的臨床表現及組織病理學改變，但一些臨床指標及病理學指標的判讀具有主觀性，導致一些疾病的診斷不夠精確。以表型為依據的疾病分類方式對一些在分子機制上不同而表型相似的疾病無法精確區分，導致采取同一種治療方法針對不同患者取得的療效差異顯著。另外，某些疾病的臨床表現、組織病理學表現具有滯后性，傳統方法往往只有在疾病已造成嚴重損害時才能進行相應診療?？谇痪珳梳t學要求針對口腔疾病發生的分子機制進行深入研究，對口腔疾病進行新的分子生物學定義或分類，從而形成口腔疾病知識新網絡[1]?？谇痪珳梳t學所構建的口腔疾病知識新網絡應具有系統性、準確性、個體化及前瞻性，并以實現口腔疾病椅旁診療與口腔衛生宣教為主要目標。具體需實現對當前已獲得及后續將要獲得的高通量組學研究（基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組）海量數據和患者臨床信息的結構化存儲和數據管理，實現臨床采樣、樣本分析、患者臨床信息、牙醫診療方案等核心步驟的高效整合；開發數據庫快速檢索和智能化數據挖掘工具，進行多角度樣本對比與聚類，挖掘分子遺傳信息與患者臨床表現及檢測報告的相關性，通過各種交互式、可視化、圖形化操作界面，最終自動生成口腔精準醫學診斷報告與治療方案，服務于牙醫和患者。
筆者所在研究團隊在長期從事口腔內科學相關基礎與應用基礎研究上，正在著手建立口腔菌群臨床助診系統。該系統的建立將實現椅旁采集個體口腔菌群樣本，應用高通量測序技術獲得菌種組成等數據，匹配宿主臨床信息，實現海量測序數據與患者口腔健康狀態的結構化存儲和數據管理；圍繞顯微成像與宏基因組學兩類數據，通過智能化的數據挖掘，自動生成口腔微生物群落臨床助診系統檢測報告，并根據牙醫和患者需求，通過電腦、iPAD和智能手機等新一代醫患溝通工具，探索和示范新一代移動遠程口腔醫療系統，對口腔感染性疾病進行“精準預防”及“精準診斷”。
2.2 組建口腔生物樣本庫
精準醫學建立在大規模人群組學研究基礎上，依賴于高質量、大數量的生物樣本，包括人體血液、尿液、病變組織及微生物群落等。因此，建立具有完整臨床信息的高質量生物樣本庫是21世紀個體化精準醫療的關鍵[54]。
生物樣本庫要求采集范圍廣，即要求納入的個體數量多，又要求采集的樣本種類多。例如丹麥國家生物樣本庫，含有1 500萬份生物樣本，包括血漿、血清、DNA等樣本，全國每天新增入庫的樣本約有1 000多份[54]。口腔精準醫學生物樣本庫不但包括血液、組織、DNA等生物學樣本，還應包括口腔菌斑、唾液等樣本。
生物樣本庫的建立還需配套的管理與安全維護工具：首先，樣本庫應當實時動態更新，以確?；谏飳W樣本的研究能準確揭示疾病動態變化的分子機理；其次，用于組學研究的生物樣本需在較長時間內維持高質量，一些易降解破壞的DNA、RNA樣本需要科學的保存；另外，在生物樣本庫的建立過程中還需加強對與之配套的信息化管理數據庫的安全維護，特別注意在各生物樣本庫數據共享過程中針對涉及個人遺傳信息方面的隱私保護。
隨著“十二五”國家科技計劃的推進，我國的生物樣本庫建設取得了蓬勃發展，其中臨床疾病樣本庫和流行病研究人群對列樣本庫備受關注。筆者課題組在“十二五”國家科技支撐計劃項目支持下，充分利用依托單位四川大學華西口腔醫院巨大的臨床患者資源，建立了口腔臨床樣本采集規范，包括嚴格的納入排除標準、樣品采樣（唾液、軟組織、菌斑）、標記和轉送、樣品處理、鑒定、分類、保存標準。在該系列流程的規范下，四川大學口腔疾病研究國家重點實驗室已建立了我國人口腔微生物組資源庫。在口腔生物樣本庫的建設過程中，國際同行在臨床資源采集與安全管理方面有哪些可借鑒的經驗，國內多中心聯合樣本庫建設現狀、遇到問題和困難，如何提高國內口腔生物樣本庫樣本的數量與質量，加強生物樣本實體庫與信息庫的安全管理，加速建設緊密圍繞口腔臨床重大疾病的生物樣本庫進而為口腔精準醫療提供有力的支持，是我們將長期面臨的一系列的實際問題。
3 結語
精準醫學模式的提出集合了諸多現代醫學科技發展的知識與技術體系，體現了現代醫學理念“簡單到復雜，復雜到精準”的發展趨勢，也代表了臨床實踐發展的方向。盡管現階段美國的精準醫學計劃主要旨在實現腫瘤的精準醫療，但在這場圍繞精準醫學開展的未來醫學格局的競爭中，應立足國情，明確自身優勢，從腫瘤和非腫瘤疾病兩方面入手，加速利用我國巨大的患者資源轉化為促進臨床診療技術進步的戰略資源。與傳統口腔醫學模式相比，口腔精準醫學旨在把人們對口腔疾病機制的認識與生物大數據和信息科學整合交叉，精確進行疾病分類及診斷，為疾病患者提供更具針對性和有效性的防療措施，既有生物大數據的整合性，也有個體化疾病診治的針對性和實時檢測先進性。有理由相信，口腔精準醫學將帶來一場新的醫療革命，并將深刻影響未來醫療模式。在口腔精準醫學臨床研究方面，中國與美國處于同一起跑線，亟需國家大力投入與布局，整體提升我國口腔精準醫療水平及其轉化應用領域的核心競爭力，為國家科學技術的發展、全面實現科學技術總體規劃目標和造福人類做出更有力的推動和重大的貢獻。
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遺傳學的發展階段范文6
一、正確處理學科知識、社會需要和學生發展之間的關系
無論是課程目標的確定還是教學內容的選取,都有一個首當其沖而且無法回避的問題,也就是學科知識、社會需求和學生發展三者的關系問題。各國課程改革的經驗表明,“以學科為中心”的課程能夠較好地傳遞人類社會積累的知識和經驗,有利于學生建立完整的知識結構并實現知識的遷移,但是由于忽視社會的需要和學生的心理特征及認知規律,容易造成與社會脫節和學生學習負擔過重?！耙陨鐣橹行摹钡恼n程強調按社會需要來確定教學內容,有利于培養學生參與社會活動的意識和能力,但是由于忽視知識的內在邏輯順序和學生的個性特點,使得課程內容零散,缺乏整體性和連續性,不利于學生的全面發展?！耙詫W生為中心”的課程以學生的興趣和動機為基礎,以學生所需要的經驗和感興趣的問題構成學習單元,讓學生從做中學,有利于提高學生的學習興趣,發展學生學習的主動性和創造性,但是由于忽視知識的系統性和教育的社會功能,內容龐雜而缺乏連續性,不利于人類文化遺產的傳遞,不利于學生掌握適應社會所必需的基礎知識和基本技能?，F在,越來越多的人認為,學科知識、社會需求和學生的發展都是課程設計應當考慮的重要因素,應當將這三者作為一個統一的整體來考慮,不可偏廢。
中學生物課程目標的確定應當力求實現學科知識、社會需求和學生發展的最佳結合。因此,新世紀中學生物課程教材改革的重點不是如何更加完美地呈現生物學科的知識結構,而是如何更好地體現學生發展和社會的需要。
二、課程目標要適應社會發展的需要
在充滿希望和挑戰的21世紀,科學技術與社會將發生強相互作用?？萍紝⒏叨壬鐣?社會將高度科技化。社會的高度科技化要求公民普遍具有較高的科學素養,包括科學知識、科學觀點、科學態度、科學精神、科學方法、科學價值觀、科學思維習慣和行為習慣等。生物科學在社會發展中的地位和作用要求我國涌現出一大批站在生物科學前沿的創新型人才。從這個意義上說,中學生物課程一方面要使廣大受教育者具有較高的生物科學素養,另一方面又要為將來可能從事生物科學研究的學生,在態度觀念、知識和能力等方面打好生物學基礎。
從國際上看,全球經濟的一體化,人類社會的高度信息化和科技化,高科技的發展所引發的知識經濟時代的到來。全球性的人口、糧食、健康、能源、資源和環境等問題,都給各國的基礎教育,尤其是發展中國家的基礎教育提出了嚴峻的挑戰,要求基礎教育的教育目標作適當的調整,如強調國際理解,具有收集和處理信息的能力,樹立全球意識和環境意識,樹立人與自然和諧共處、可持續發展的觀念,學會關心,學會學習,學會發現,學會創造等。從國內形勢來看,經濟正處在高速增長的階段,同時也面臨著許多問題,如人口負擔過重,環境污染加劇,科學技術水平與發達國家相比差距較大,民族創新意識不強,社會轉型期人們的思想觀念沖突和各種社會矛盾比較突出,人們的思想道德和科學文化素養有待于進一步提高,等等。這些問題對基礎教育所提出的要求,特別是知識經濟對基礎教育的要求,也都應當在中學生物課程目標中得到體現。
知識經濟是建立在知識的生產、傳播、轉移、分配和使用之上的經濟。知識經濟所依賴的主要資源不是有形的物質資源,而是無形的智力資源。中國作為一個人口眾多、人均物質資源相對貧乏、因科技和管理水平低而對物質資源的利用效率又很低的國家,如果能充分開發人們的大腦,提高民族創新能力,特別是科技創新能力,沉重的人口負擔就會轉化為無與倫比的智力資源。中國就有可能變劣勢為優勢,在某種程度上超越工業化國家已經走過的一些發展階段,迅速趕上發達國家。假如我們培養出的學生總是長于記憶而拙于發現,長于應試而拙于實踐,樂于接受現成結論而不會質疑,只知被動完成老師下達的學習任務而不知主動地學習,創新精神和實踐能力就無從談起,我們怎么能抓住知識經濟時代帶來的發展機遇呢?由此可見,新世紀中學生物課程的教育目標,應當以全面提高學生的生物科學素養為宗旨,以培養學生的創新精神和實踐能力為重點。
三、課程目標要符合學生發展的需要
關于學生發展的需要,首先應當研究中學生學習生物科學的心理特征和認知規律。要了解哪些內容是學生樂于學習的,哪些內容對學生的終身學習和發展具有較高的價值,而不是單純從學科知識的系統性出發,選取學生應當學習的內容。調查表明,關于動植物的形態結構和分類等事實性知識,名詞術語較多;有些動植物是學生不常見的,教學大綱和教材從學科知識的系統性出發,將它們作為代表動物或代表植物講述,學生的學習興趣較低。關于原理性知識和程序性知識,能夠使學生理解為什么,懂得怎么做,是學生非常感興趣的。例如,生物的性狀是怎樣遺傳給后代的?遺傳物質是怎樣發現的?等等。因此,在確定具體教學內容的教學目標時,對事實性知識應當做較低要求,如知道或識記等;對原理性和程序性知識應當做較高要求,如理解和應用等。教學內容的時效性和對學生發展的價值是與其基礎性呈正相關的,也就是說,教學內容與基本概念、基本原理和相關性越高,其時效性就越長,對學生發展的價值就越大。因此,在確定本學科課程目標時,使學生掌握生物學的基本概念和基本原理仍是不可忽視的。
生物學實驗、實習和調查等探究活動是中學生普遍感興趣的。這些探究活動不僅能夠幫助學生掌握知識,而且能夠使學生充分體驗到發現的樂趣,成功的愉悅,在科學態度、意志、合作精神、觀察能力、動手能力、分析和解決問題的能力等方面也能得到發展。因此,讓學生擁有科學探究的經歷和體驗,應當成為中學生物課程的重要目標。
在研究學生心理特征和認知規律的基礎上,至少還應當研究以下幾個問題。一是如何促進學生的全面發展。促進學生的全面發展是靠整個教育體系特別是課程體系來實現的,社會和家庭因素也起著重要作用,因而非一門學科課程所能承擔。但是,一門學科課程的教育功能又是多方面的。中學生物課程作為一門科學課程,在提高學生的生物科學素養、發展智力的同時,在德育、美育和促進學生身心健康發展方面也應當發揮獨特的作用。二是如何體現尊重學生個性發展的特點。學生的認知水平和興趣都不是整齊劃一的。具體教學內容的教學目標應當體現彈性和選擇性,有基本要求和較高要求之分,隨著年級的遞進,選學內容應當逐漸增多。各種探究活動應當為學生提供多種可供選擇的方案,也可以讓學生自己提出探究的課題,自己設計和進行實驗尋找答案。
三是如何為學生的終身發展打基礎,培養學生終身學習的能力。為此,在課程目標中應當要求學生具有利用課本以外的信息資源獲取和處理信息的能力。 四、課程目標應當體現學科特點
在20世紀,隨著數學、物理和化學原理和方法在生物學研究中的廣泛應用,研究手段的現代化,生物科學取得了突飛猛進的發展。以DNA雙螺旋結構模型的建立為標志,分子生物學的研究取得長足進展,并深入到遺傳學、細胞生物學、神經生物學、發育生物學、進化論和生態學等各分支領域,使生物學各個領域的研究在分子水平上趨于統一,并越來越接近揭示生命的本質。生物科學原理與工程技術的結合,催生了生物工程(生物技術),并迅速實現產業化,成為新的經濟增長點,在農業、醫藥工業、醫療、環保等領域碩果累累。與生物學密切相關的人體科學、營養學、優生學、衛生學、行為科學等學科的發展,在促進人們身心健康、提高人們生活質量方面發揮了重要作用。
21世紀將會加速發展的學科群中,生命科學因其研究客體的極端精巧和復雜性,以及社會多種需求(人類生存環境、資源、食物、健康等)所產生的緊迫性,最可能出現革命性的變化,以至成為新的科技革命的中心,對其他學科產生巨大的帶動作用,并對人類社會的生產方式、生活方式乃至思維方式產生廣泛而深刻的影響。
生物科學的現狀和發展趨勢要求中學生物課程的知識教育目標做出相應的變革,應當使學生不僅掌握基本的生物學概念、原理和規律,而且了解這些知識產生的過程及其應用,還要了解生物科學的新進展和發展趨勢。
生物課程在思想品德教育方面具有獨特的作用。生命的物質性,生物界普遍存在的對立統一,各種生命現象之間、生物個體之間、生物與環境之間存在的相互依存和普遍聯系,等等,都是進行辯證唯物主義教育的好材料。我國生物資源的多樣性、生物科學的成就等內容,能夠激發學生的民族自豪感;我國野生生物資源和生物多樣性面臨的危機、生態環境的惡化等內容,能夠激發學生的民族責任感,這些都是進行愛國主義教育的良好素材。生物進化觀點和生態學觀點教育,能夠幫助學生建立科學的世界觀。生態學的基本原理和生態倫理學等內容,能夠幫助學生正確認識和對待人與生物的關系、人類社會經濟發展與自然環境的關系,樹立人與自然和諧共處和可持續發展的觀念。生物工程的興起和克隆技術的出現,已經并將繼續對人類的倫理道德體系提出新的挑戰。生物科學史和科學探究活動等內容,能夠幫助學生理解科學的性質,養成科學態度和科學精神。生物科學、技術與社會相互聯系和相互作用的內容,能夠幫助學生正確認識科學、技術和社會的關系,形成科學的價值觀。中學生物課程目標應當充分體現本學科這些德育功能。
