導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)的區(qū)別，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

基因表達(dá)正確與否，既受控于DNA序列，又受制于表觀遺傳學(xué)信息。表觀遺傳學(xué)主要通過(guò)DNA的甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等方式控制基因表達(dá)。近年發(fā)現(xiàn)，副突變也包含有表觀遺傳性質(zhì)的變化。

1.DNA甲基化

DNA甲基化是由酶介導(dǎo)的一種化學(xué)修飾，即將甲基選擇性地添加到蛋白質(zhì)、DNA或RNA上，雖未改變核苷酸順序及組成，但基因表達(dá)卻受影響。其修飾有多種方式，即被修飾位點(diǎn)的堿基可以是腺嘌呤N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥(niǎo)嘌呤的N-7位和胞嘧啶的C-5位，分別由不同的DNA甲基化酶催化。在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化學(xué)性修飾堿基，CG二核苷酸是最主要的甲基化位點(diǎn)。DNA甲基化時(shí)，胞嘧啶從DNA雙螺旋突出，進(jìn)入能與酶結(jié)合的裂隙中，在胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，有活性的甲基從S-腺苷甲硫氨酸轉(zhuǎn)移至胞嘧啶5-位上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。DNA甲基化不僅可影響細(xì)胞基因的表達(dá)，而且這種影響還可隨細(xì)胞分裂而遺傳并持續(xù)下去。因此，它是一類高于基因水平的基因調(diào)控機(jī)制，是將基因型與表型聯(lián)系起來(lái)的一條紐帶。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的基因組DNA中，約有3%～5%的胞嘧啶是以5-甲基胞嘧啶形式存在的，同時(shí)70%的5-甲基胞嘧啶參與了CpG序列的形成，而非甲基化的CpG序列則與管家基因以及組織特異性表達(dá)基因有關(guān)。因而CpG的甲基化與否在基因的表達(dá)中起重要作用。高度甲基化的基因，如女性兩條X染色體中的一條處于失活狀態(tài)，而為細(xì)胞存活所需一直處于活性轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的持家基因則始終處于低水平的甲基化。在生物發(fā)育的某一階段或細(xì)胞分化的某種狀態(tài)下，原先處于甲基化狀態(tài)的基因，也可以被誘導(dǎo)去除甲基化，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄活性。

2.組蛋白修飾

組蛋白是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，是一類小分子堿性蛋白質(zhì)。組蛋白有兩個(gè)活性末端：羧基端和氨基端。羧基端與組蛋白分子間的相互作用和DNA纏繞有關(guān)，而氨基端則與其他調(diào)節(jié)蛋白和DNA作用有關(guān)，且富含賴氨酸，具有極度精細(xì)的變化區(qū)，這類變化由乙酰化、磷酸化、甲基化等共價(jià)修飾引起。這些修飾可作為一種標(biāo)記或語(yǔ)言，是“組蛋白密碼”的基本組成元素。這種組蛋白密碼可被一系列特定的蛋白質(zhì)所識(shí)別，并將其轉(zhuǎn)譯成一種特定的染色質(zhì)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的調(diào)節(jié)，這顯著地?cái)U(kuò)大了遺傳密碼的信息儲(chǔ)存量。

3.染色質(zhì)重塑

真核生物染色質(zhì)是一切遺傳學(xué)過(guò)程的物質(zhì)基礎(chǔ)，染色質(zhì)構(gòu)型局部和整體的動(dòng)態(tài)改變，是基因功能調(diào)控的關(guān)鍵因素。染色體重塑是指染色質(zhì)位置和結(jié)構(gòu)的變化，主要涉及在能量驅(qū)動(dòng)下核小體的置換或重新排列，它改變了核小體在基因啟動(dòng)子區(qū)的排列，增加了基因轉(zhuǎn)錄裝置和啟動(dòng)子的可接近性。染色質(zhì)重塑的發(fā)生和組蛋白N端尾巴修飾密切相關(guān)，尤其是對(duì)組蛋白H3和H4的修飾。修飾直接影響核小體的結(jié)構(gòu)，并為其他蛋白提供了和DNA作用的結(jié)合位點(diǎn)。染色質(zhì)重塑主要包括兩種類型：一類是含有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和脫乙酰酶的化學(xué)修飾;另一類是依賴ATP的物理修飾，利用ATP水解釋放的能量解開(kāi)組蛋白和DNA的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄得以進(jìn)行。

4.非編碼RNA

調(diào)控有多種功能性非編碼RNA可對(duì)基因表達(dá)水平進(jìn)行干擾。各種生物中雙鏈RNA（dsRNA）可通過(guò)不同途徑被分割成小的干涉RNA（siRNA）或RNAi。RNA干涉（RNAi）屬于轉(zhuǎn)錄后基因沉默，它可使轉(zhuǎn)錄后的同源mRNA降解，使同系的DNA序列發(fā)生修飾性變化（甲基化），使rRNA甲基化，從而使目的基因表達(dá)沉默。

5.副突變

副突變是指一個(gè)等位基因可以使其同源基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生穩(wěn)定可遺傳變化，即一個(gè)等位基因被另外一個(gè)等位基因在轉(zhuǎn)錄水平上被沉默且這種能力可遺傳。這種現(xiàn)象是1956年R.A.Brink在研究玉米的R基因座位時(shí)發(fā)現(xiàn)的。此后在其他植物、真菌甚至小鼠中發(fā)現(xiàn)。

二、遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的關(guān)系

傳統(tǒng)遺傳學(xué)認(rèn)為遺傳信息儲(chǔ)存于DNA的序列中，它主要研究基因序列改變所致的基因表達(dá)水平的變化，是基因質(zhì)的變化;表觀遺傳學(xué)則認(rèn)為遺傳信息是DNA甲基化形式和組蛋白密碼、RNA干涉等，它實(shí)際上是以基因表達(dá)水平為主的量變遺傳學(xué)。表觀遺傳變異也能遺傳，并具重要的表型效應(yīng)，但其不同于基因突變。在整個(gè)生命過(guò)程中，表觀遺傳學(xué)機(jī)制能對(duì)激素、生長(zhǎng)因子等調(diào)節(jié)分子傳遞的環(huán)境信息在不改變DNA序列的情況下做出反應(yīng)。因此，只有二者彼此協(xié)同，生命過(guò)程才能按序正常進(jìn)行，否則就會(huì)出現(xiàn)異常。由此可見(jiàn)，遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)系統(tǒng)既相區(qū)別、彼此影響，又相輔相成，共同確保細(xì)胞的正常功能。

三、表觀遺傳學(xué)研究的應(yīng)用前景

表觀遺傳學(xué)補(bǔ)充了“中心法則”忽略的兩個(gè)問(wèn)題，即哪些因素決定了基因的正常轉(zhuǎn)錄和翻譯以及核酸并不是存儲(chǔ)遺傳信息的唯一載體;在分子水平上，表觀遺傳學(xué)解釋了DNA序列所不能解釋的諸多奇怪的現(xiàn)象。例如，同一等位基因可因親源性別不同而產(chǎn)生不同的基因印記疾病，疾病嚴(yán)重程度也可因親源性別而異。表觀遺傳學(xué)信息還可直接與藥物、飲食、生活習(xí)慣和環(huán)境因素等聯(lián)系起來(lái)，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)能夠通過(guò)改變表觀遺傳以導(dǎo)致癌癥發(fā)生，尤其是維生素和必需氨基酸。

篇2

[關(guān)鍵詞]桔梗；同源四倍體；DNA甲基化；MSAP

[Abstract]In order to investigate the epigenetic variations between diploid and autotetraploid of Platycodon grandiflorus.the diploid buds of P. grandiflorus were soaked in the mixture of different concentration colchicines and 0.002 g?mL-1 dimethyl sulphoxide （DMSO）.The identification of autotetraploid plants were based on morphological characteristics，chromosome number and flow cytometry. And then the level and pattern of DNA methylation explored by using the technology of methylation sensitive amplified polymorphism （MSAP）.The result demonstrated that the buds soaked in 0.2% colchicines and 0.002 g?mL-1 DMSO solution for 12 h was ideal conditions to induce autotetraploid of P. grandiflorus，with induction rate of 32.0%.The diploid and tetraploid plants existed distinctly differences in morphological indexes.Totally，1 586 bands were amplified by 20 pairs of selective primers，of which 764 and 822 bands were detected in diploid and autotetraploid respectively.The total methylation ratio，full methylation ratio and hemimethylated ratio were 91.25%，61.25% and 30.65% in diploid of P. grandiflorus，respectively.However，the total methylation ratio，full methylation ratio and hemimethylated ratio of autotetraploid of P. grandiflorus were 86.13%，54.38% and 31.75%， respectively. Compared with diploid，the genomic DNA total methylate ratio and full methylation ratio of autotetration plants decreased by 6.02% and 7.14%.But the hemimethylated ratio of autotetraploid was higher than that of diploid，which more than 1.6%.All this results indicated that DNA methylation patterns have adjusted during the polyploidy process.

[Key words]Platycodon grandiflorus； autotetraploid； DNA methylation； MSAP

多倍體是指含有3套或3套以上完整染色體組的生物體[1]。由于多倍體將1個(gè)或多個(gè)整套染色體累加到基因組上，對(duì)生物體的基因組產(chǎn)生了一定沖擊，這種“基因組沖擊”使生物體的新陳代謝和基因調(diào)控等發(fā)生改變，從而使植株的形態(tài)器官、生理指標(biāo)、遺傳特性等產(chǎn)生變異[2-5]，這些變異會(huì)增強(qiáng)植株的生態(tài)適應(yīng)性和環(huán)境的抗逆性，降低蒸騰作用，提高光合效率等，對(duì)植株的生物量和某些次生代謝產(chǎn)物含量及品質(zhì)有促進(jìn)作用[6]。因此多倍體植物具有更大的生存潛能和更強(qiáng)的選擇優(yōu)勢(shì)。研究表明，多倍化不僅能導(dǎo)致植物的基因組結(jié)構(gòu)改變、堿基序列消除、轉(zhuǎn)座子激活等，還能影響表觀遺傳調(diào)控模式[7-8]。表觀遺傳變異是指不改變DNA堿基序的一種可遺傳的基因表達(dá)變化，包括DNA甲基化修飾、組蛋白的各種修飾等[9]，其中DNA甲基化修飾是研究多倍體表觀遺傳變異的最佳途徑之一[10]。DNA甲基化能在分子水平上對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，保護(hù)基因組結(jié)構(gòu)的完整性，并控制冗余基因的表達(dá)，保持多倍體植物基因組的穩(wěn)定性 [11-12]。多倍化能夠誘導(dǎo)DNA甲基化的改變，而DNA甲基化又在基因組調(diào)控和基因表達(dá)上起到一個(gè)樞紐的作用，因而用甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性技術(shù)（MSAP）研究不同倍性植株基因組DNA甲基化的表達(dá)水平及模式變化，在一定程度上對(duì)解釋多倍體植株出現(xiàn)的新的表型具有重要的意義。

目前多倍體方面的研究主要集中于異源多倍體的物種[13-16]，而對(duì)同源多倍體化后所產(chǎn)生的一系列變化方面的相關(guān)文章較少，這是因?yàn)楫愒炊啾扼w化后較同源多倍體化后引起的變化更為明顯[17-18]。但是，異源多倍體帶來(lái)的雜交效應(yīng)將混淆于倍性引起的后果[19]，因此，僅依賴于倍性調(diào)控變化方面的研究應(yīng)通過(guò)同源多倍體來(lái)體現(xiàn)，揭示僅由基因組加倍而不涉及雜交等其他因素所造成的基因組沖擊以及隨后多個(gè)基因組趨于穩(wěn)定的內(nèi)在機(jī)制也需通過(guò)同源多倍體的研究來(lái)闡明。

桔梗為常用大宗藥材，具有開(kāi)宣肺氣，祛痰排膿的功效[20]，在我國(guó)南北各地大面積栽培。但長(zhǎng)期以來(lái)只種不選，導(dǎo)致品種退化，藥材產(chǎn)量和品質(zhì)下降[21]。本研究在采用生物技術(shù)離體誘導(dǎo)并鑒定獲得桔梗同源四倍體的基礎(chǔ)上，采用甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性（MSAP）技術(shù)對(duì)二倍體和四倍體基因組DNA的甲基化變化情況進(jìn)行分析，一方面為桔梗的品種選育提供材料，另一方面從表觀遺傳學(xué)的角度探討桔梗四倍體表型變化的分子機(jī)制，為多倍體育種提供一定的理論依據(jù)。

1材料

挑選籽粒飽滿的桔梗種子，經(jīng)流水沖洗40 min后置于超凈工作臺(tái)，用75%乙醇消毒30 s后轉(zhuǎn)入0.1%升汞（HgCl2）中滅菌6 min，無(wú)菌水清洗3～5次，接入MS培養(yǎng)基，25～30 d后獲得桔梗無(wú)菌系。

2方法

2.1桔梗無(wú)菌快繁體系的建立和優(yōu)化

以桔梗幼芽為材料，接種到增殖和生根培養(yǎng)基上，增殖培養(yǎng)基以MS為基本培養(yǎng)基，分別添加不同濃度6-BA（6-芐氨基嘌呤）、NAA（α-萘乙酸）和2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）；生根培養(yǎng)基以1/2MS為基本培養(yǎng)基，并添加不同濃度NAA（α-萘乙酸）和IBA（吲哚丁酸）進(jìn)行生根培養(yǎng)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，2。每個(gè)處理15個(gè)幼芽，5瓶重復(fù)，培養(yǎng)30 d后分別統(tǒng)計(jì)增殖系數(shù)和生根率。

2.2桔梗同源四倍體的離體誘導(dǎo)及鑒定

2.2.1桔梗同源四倍體的離體誘導(dǎo)具體方法參照王紅娟等[22]，并作適當(dāng)調(diào)整。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，0.1%，0.2%的秋水仙素（加0.02 g?mL-1二甲亞砜）混合液經(jīng)20 mL的注射器和0.22 μm的水系濾頭抽濾滅菌后將桔梗不定芽浸泡在其中，置于震動(dòng)搖床內(nèi)處理12，24，36，48，60 h，然后用無(wú)菌水沖洗3次后接種到MS培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。以清水浸泡作為對(duì)照，共15個(gè)處理，每個(gè)處理15個(gè)幼芽，做5次重復(fù)。

2.2.2桔梗同源四倍體的鑒定采用形態(tài)鑒別、流式細(xì)胞儀分析和根尖染色體鑒定相結(jié)合的方法來(lái)確定倍性株系。先將形態(tài)變異明顯的植株進(jìn)行流式細(xì)胞儀分析，具體方法參照張俊娥等[23]，稱取0.5 g組培苗葉片，用濾紙吸干水分后置于干凈培養(yǎng)皿中，加入2 mL預(yù)冷的組織解離液（80 mmol?L-1KCl，20 mmol?L-1NaCl，15 mmol?L-1Tris-HCl，20 mmol?L-1Na2EDTA，0.1% TritonX-100，2.0% PVP-K30，pH 7.5），用刀片一次性快速切碎葉片，過(guò)濾后于4 ℃環(huán)境下2 000 r?min-1離心5 min，漂洗2～3次，加入2 mL DAPI染液室溫下反應(yīng)1 h后即可上樣測(cè)定。流式細(xì)胞儀鑒定的株系進(jìn)一步采用根尖壓片法確定植株染色體數(shù)目。具體方法參照張振超等[24]，早上9：00～11：00點(diǎn)取幼苗根尖（0.5～1 cm），在0.002 mol?L-1的八羥基喹啉預(yù)處理2～3 h，于4 ℃冰箱中卡諾固定液（乙醇-冰醋酸 3∶1）處理24 h，在60 ℃的1 mol?L-1 HCL中解離8 min，卡寶品紅染色10 min，然后制片、鏡檢。

2.3總DNA提取

稱取0.5 g二倍體和四倍體桔梗試管苗幼葉，采用改良的CTAB法進(jìn)行DNA提取，具體方法參照陳昆松等[25]，提取的DNA經(jīng)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濃度和純度后用并1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，總DNA 置于-20 ℃冰箱待用。

2.4MSAP分析及聚丙烯酰胺凝膠電泳

2.4.1酶切、鏈接反應(yīng)MSAP試驗(yàn)步驟參照Portis等[26]方法，用雙切酶組合EcoRⅠ/HpaⅡ和EcoR Ⅰ/ MspⅠ對(duì)基因組DNA進(jìn)行酶切，在酶切片段的兩端加上人工設(shè)計(jì)的與EcoRⅠ和Hpa Ⅱ/Msp Ⅰ酶切位點(diǎn)互補(bǔ)的人工接頭，然后用AFLP擴(kuò)增體系進(jìn)行擴(kuò)增，接頭和引物序列見(jiàn)表3。引物由北京博友順生物科技有限公司合成。

2.4.2預(yù)擴(kuò)增、選擇性擴(kuò)增和電脈預(yù)擴(kuò)增反應(yīng)體系為20 μL，其中含有10 mmol?L-1 dNTPs 0.4 μL，10×Buffer 2 μL，5 U?μL-1Taq酶0.2 μL，10 μmol?L-1 E00-primer 0.5 μL，10 μmol?L-1 M00-primer 0.5 μL，其余用水補(bǔ)齊。反應(yīng)條件為：94 ℃ 30 s，56 ℃ 1 min，72 ℃ 1 min，26個(gè)循環(huán)，72 ℃延伸10 min。預(yù)擴(kuò)增產(chǎn)物稀釋20倍，供選擇擴(kuò)增用。

選擇擴(kuò)增體系同預(yù)擴(kuò)增體系，條件為：94 ℃ 30 s，65 ℃至56 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，13個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)降0.7 ℃進(jìn)行降式PCR 擴(kuò)增；94 ℃ 30 s，56 ℃ 30 s，72 ℃ 1 min，23個(gè)循環(huán)，72 ℃延伸10 min。

選擇性擴(kuò)增完成后在擴(kuò)增PCR產(chǎn)物中加入上樣緩沖液，94 ℃變性10 min 后然后立即轉(zhuǎn)移到冰上冷卻防止復(fù)性，取5 μL變性產(chǎn)物于6%變性聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行垂直電泳分析，銀染后觀察。

2.5條帶統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

由于甲基敏感擴(kuò)增多態(tài)性技術(shù)中分別用EcoRⅠ/HpaⅡ和EcoRⅠ/MspⅠ雙切酶對(duì)基因組DNA進(jìn)行酶切。因此每個(gè)樣品同時(shí)擁有2條泳道：第1條泳帶采用EcoRⅠ/HpaⅡ進(jìn)行酶切，記為H，第2條泳帶采用EcoRⅠ/ MspⅠ進(jìn)行酶切，記為M。同一位點(diǎn)有條帶的記為“1”，無(wú)帶的記為“0”。

3結(jié)果與分析

3.1增殖及生根培養(yǎng)基優(yōu)化

將長(zhǎng)1.5～2 cm的桔梗不定芽接到7種增殖培養(yǎng)基中，經(jīng)30 d培養(yǎng)后均出現(xiàn)不定芽增殖的現(xiàn)象，具體結(jié)果見(jiàn)表4，在4號(hào)培養(yǎng)基中，分化的芽數(shù)最多，增殖系數(shù)平均達(dá)9.3±0.24，且出芽整齊，生長(zhǎng)健壯，葉色濃綠。因此，桔梗無(wú)菌苗增殖的最適培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.5 mg?L-1+ NAA 0.3 mg?L-1。

生根培養(yǎng)基優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表5，不同濃度的NAA和IBA對(duì)桔梗試管苗生根率、根生長(zhǎng)狀況均有影響，隨著NAA和IBA濃度的增大，生根率逐漸降低，且出根不整齊，根細(xì)短。當(dāng)培養(yǎng)基蔗糖含量為28 g?L-1，NAA質(zhì)量濃度為0.6 mg?L-1時(shí)，平均生根率高達(dá)82.6±3.8，且根粗壯，整齊。由此可見(jiàn)，桔梗的最佳生根培養(yǎng)基為1/2MS+NAA 0.6 mg?L-1。

3.2桔梗同源四倍體的誘導(dǎo)結(jié)果

將桔梗不定芽用抽濾滅菌的秋水仙素（加0.02 g?mL-1二甲亞砜）混合液浸泡處理后，成功得到了桔梗同源四倍體植株。誘導(dǎo)結(jié)果見(jiàn)表6，不同的質(zhì)量濃度和處理時(shí)間對(duì)不定芽的誘導(dǎo)效果不同，低濃度和短時(shí)間處理下誘導(dǎo)率低，但成活率高，隨著質(zhì)量濃度和處理時(shí)間的增加，誘導(dǎo)率逐漸提高，但不定芽成活率降低。根據(jù)四倍體植株的誘導(dǎo)率和成活率，篩選出最佳處理濃度和時(shí)間，即用0.1%的秋水仙素溶液處理48 h或0.2%的秋水仙素溶液處理12 h為桔梗同源四倍體誘導(dǎo)的最佳條件。

3.3桔梗同源四倍體的鑒定

一般而言，四倍體植株具有巨型化特征，將形態(tài)變異明顯的植株先經(jīng)流式細(xì)胞儀分析后，再用根尖壓片法鑒定，見(jiàn)圖1。結(jié)果表明，桔梗二倍體植株根尖染色體數(shù)為2n=2x=18，DNA相對(duì)含量在100處有1個(gè)單峰；同源四倍體植株染色體數(shù)為2n=4x=36，DNA相對(duì)含量在200處有1個(gè)單峰，見(jiàn)圖2。

3.4桔梗二倍體和同源四倍體基因組DNA甲基化水平差異

MSAP技術(shù)中同裂酶HpaⅡ和MspⅠ都能識(shí)別并切割CCGG序列，但二者識(shí)別甲基化的位點(diǎn)不同，HpaⅡ能切割無(wú)甲基化和單鏈甲基化位點(diǎn)而不能切割雙鏈甲基化位點(diǎn)；MspⅠ能切割無(wú)甲基化和內(nèi)甲基化位點(diǎn)而不能切割外甲基化位點(diǎn)，因此經(jīng)HpaⅡ和MspⅠ切割后在聚丙烯酰胺凝膠電泳分析膠上能檢測(cè)出4種條帶類型，即：Ⅰ型，H，M都有帶，說(shuō)明CCGG位點(diǎn)無(wú)甲基化；Ⅱ型，H有帶，M無(wú)帶，說(shuō)明CCGG位點(diǎn)發(fā)生單鏈外甲基化，即半甲基化；Ⅲ，H無(wú)帶，M有帶，說(shuō)明CCGG位點(diǎn)發(fā)生雙鏈內(nèi)甲基化，即全甲基化；Ⅳ，H，M都無(wú)帶，說(shuō)明CCGG位點(diǎn)有雙鏈內(nèi)外側(cè)甲基化、雙鏈外甲基化或無(wú)CCGG序列[16]。桔梗二倍體和同源四倍體DNA經(jīng)MSAP擴(kuò)增的條帶數(shù)及甲基化水平見(jiàn)表7，用20對(duì)引物組合共擴(kuò)增后共有1 586條條帶，其中二倍體764條，四倍體822條。二倍體總甲基化率、全甲基化率和半甲基化率分別為92.15%，61.52%，30.65%，而四倍體的為86.13%，54.38%，31.75%，與桔梗二倍體相比，其同源四倍體總甲基化率降低6.02%，全甲基化率降低7.14%，而半甲基化率升高1.6%，這說(shuō)明染色體加倍后其DNA甲基化水平發(fā)生了變化。

3.5桔梗二倍體和同源四倍體基因組DNA甲基化類型

二倍體和同源四倍體桔?；蚪MDNA甲基化類型見(jiàn)表8，二倍體和四倍體共有15種條帶，見(jiàn)圖3。其中A型為單態(tài)性位點(diǎn)，包括3個(gè)亞類，表示二倍體與四倍體甲基化狀態(tài)相同；B型為去甲基化位點(diǎn)，包括5個(gè)亞類，說(shuō)明在該位點(diǎn)二倍體存在甲基化，而四倍體發(fā)生了去甲基化；C型為過(guò)或超甲基化類型，也有5個(gè)亞類，即與二倍體相比，四倍體甲基化升高；D型為次甲基類型，有2個(gè)亞類，表示相比于二倍體來(lái)說(shuō)，四倍體甲基化降低，但仍有甲基化現(xiàn)象[17]。與二倍體相比，桔梗試管苗染色體加倍后，其基因組DNA有23.54%發(fā)生了去甲基化現(xiàn)象，29.07%發(fā)生了過(guò)或超甲基化現(xiàn)象，2.97%發(fā)生了次甲基化現(xiàn)象，只有44.42%的基因組DNA未發(fā)生任何改變。

4討論與結(jié)論

4.1桔梗同源四倍體的離體誘導(dǎo)及鑒定

本研究中采0.2%抽濾滅菌的秋水仙素溶液浸P11～P20.其中的10對(duì)引物，每對(duì)引物下有4條泳道，從左往右依次為2H，2M，4H，4M；2H和4H分別表示二倍體和四倍體桔梗EcoR Ⅰ/Hpa Ⅱ酶切的擴(kuò)增結(jié)果；2M和4M表示二倍體和四倍體桔梗EcoR Ⅰ/Msp Ⅱ酶切的擴(kuò)增結(jié)果。

泡桔梗頂芽12 h，獲得了誘導(dǎo)率為32.0%的四倍體植株。高山林等[27]采用培養(yǎng)基中添加40 mg?L-1秋水仙素的方法誘導(dǎo)桔梗四倍體，誘導(dǎo)率達(dá)到37.5%；王小華等[28]采用0.1%秋水仙素處理桔梗嫩莖40 h，誘導(dǎo)率達(dá)到50%。前人誘導(dǎo)率較高的原因可能是在鑒定過(guò)程中僅用形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)的方法鑒定倍性，并沒(méi)有排除嵌合體的干擾，從而將嵌合率也計(jì)算到誘導(dǎo)率中，出現(xiàn)誘導(dǎo)率較高的現(xiàn)象，本研究采用了形態(tài)鑒別、流式細(xì)胞儀分析和根尖染色體鑒定相結(jié)合的方法進(jìn)行倍性鑒定，排除了嵌合體的干擾，提高了結(jié)果的可靠性，為進(jìn)一步研究桔梗同源四倍體的遺傳穩(wěn)定性和農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)提供可靠的材料。

4.2桔梗二倍體與四倍體基因組DNA甲基化水平差異及模式變化

多倍體植物具有器官巨大、活性成分含量高、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這可能是多倍化后植物體內(nèi)基因組結(jié)構(gòu)和表觀遺傳修飾發(fā)生了廣泛變化[3]，進(jìn)而導(dǎo)致植物出現(xiàn)新的性狀。但在對(duì)擬南芥[5]、水稻[29]、白菜[18]的同源多倍體及二倍體的比較研究中發(fā)現(xiàn)這些植物同源多倍化后基因組結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生明顯改變，且多倍化后多倍體的基因表達(dá)譜也與二倍體十分相似。表明同源多倍化后基因組并沒(méi)有同異源多倍化一樣發(fā)生大規(guī)模的基因組結(jié)構(gòu)調(diào)整事件。本研究中，從圖1可以明顯看出桔梗同源四倍體比二倍體植株粗大，葉片增厚增大，葉柄葉脈粗大等現(xiàn)象，同源多倍體桔梗新出現(xiàn)的區(qū)別于親本的性狀則可能與表觀遺傳調(diào)控密切相關(guān)。

甲基化是一種常見(jiàn)的表觀遺傳修飾形式，在基因表達(dá)中起著重要的調(diào)節(jié)作用，同源多倍化過(guò)程中，DNA甲基化會(huì)參與多倍體的適應(yīng)性調(diào)整，并發(fā)生特異性的變化以調(diào)控基因表達(dá)和轉(zhuǎn)座子的活性等，所以不同倍性材料中DNA甲基化水平會(huì)發(fā)生一定程度的改變[29]。楊嵐等[30]采用MSAP技術(shù)對(duì)甜葉菊同源四倍體與二倍體的表觀遺傳進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)四倍體基因組DNA的總甲基化率和全甲基化率略有所降低，甲基化模式主要以過(guò)和超甲基化為主；長(zhǎng)春花[31]多倍化后基因組CCGG位點(diǎn)的 DNA的總甲基化率、全甲基化率和半甲基化率較二倍體植株均有所提高，甲基化類型以C型即過(guò)或超甲基化類型最多。本研究中，桔梗同源四倍化后基因組DNA的總甲基化率和全甲基化率有所降低，其中總甲基化率降低6.02%，全甲基化率降低7.14%，且甲基化模式主要以過(guò)或超甲基化類型（C型）為主，占29.07%，其次是去甲基化（B型），占23.54%，最少的是次甲基化（D型），占2.97%。由此可推測(cè)同源四倍體出現(xiàn)新的表型與DNA甲基化模式的重新調(diào)整尤其是大量過(guò)或超甲基化變異有關(guān)，過(guò)或超甲基化就可能導(dǎo)致相應(yīng)位點(diǎn)所在基因表達(dá)的關(guān)閉或抑制，進(jìn)而維持四倍體植株這自身基因組的穩(wěn)定性。有關(guān)染色體加倍后DNA甲基化模式調(diào)整的程度對(duì)多倍體性狀和表型改變的機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。

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篇3

美國(guó)東部時(shí)間8月6日凌晨，遠(yuǎn)征5.67億公里的美國(guó)“好奇”號(hào)火星車歷經(jīng)8個(gè)月飛行，在位于火星蓋爾隕坑中心山脈的山腳下成功著陸，開(kāi)始其探索火星生命痕跡的旅程。登陸火星數(shù)分鐘后，“好奇”號(hào)陸續(xù)向地球傳回火星圖像。

“好奇”號(hào)被譽(yù)為人類在其他星球登陸的最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是美國(guó)太空探索歷史上又一重要里程碑，是行星探索的巨大一步?！昂闷妗碧?hào)長(zhǎng)約2.8米，重900多千克，長(zhǎng)度是2004年在火星著陸的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車的2倍，重量是它們的5倍多。它共有6個(gè)輪子，每個(gè)均擁有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，兩個(gè)前輪和兩個(gè)后輪還配有獨(dú)立的轉(zhuǎn)向馬達(dá)。這一系統(tǒng)可以使“好奇”號(hào)在火星表面原地360度轉(zhuǎn)圈。“好奇”號(hào)的動(dòng)力由一臺(tái)多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器提供，其本質(zhì)上是一塊核電池，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)14年。

2 加拿大科學(xué)家開(kāi)發(fā)出人造大腦

加拿大一個(gè)科學(xué)家小組稱，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出迄今為止最接近真實(shí)大腦的機(jī)能大腦模型。這個(gè)利用超級(jí)電腦運(yùn)行的模擬大腦擁有的一個(gè)數(shù)碼眼睛，可以用來(lái)進(jìn)行視覺(jué)輸入，它的機(jī)械臂能繪制出它對(duì)視覺(jué)輸入作出的反應(yīng)。這個(gè)模擬大腦非常先進(jìn)，甚至能通過(guò)IQ測(cè)試的基本測(cè)試。加拿大滑鐵盧大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家和軟件工程師表示，這是迄今為止世界上最復(fù)雜、最大規(guī)模的人類大腦模型模擬。這個(gè)名叫Spaun的大腦由250萬(wàn)個(gè)模擬神經(jīng)元組成，它能執(zhí)行8種不同類型的任務(wù)。這些任務(wù)的范圍從描摹到計(jì)算，再到問(wèn)題回答和流體推理，可謂五花八門。測(cè)試期間，科學(xué)家亮出一系列數(shù)字和字母，讓Spaun記入儲(chǔ)存器，然后科學(xué)家亮出另一種字母或符號(hào)，作為指令，告訴Spaun借助它的記憶力做什么。隨后機(jī)械臂會(huì)描繪出任務(wù)輸出。該研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。此前也有不少模擬大腦的項(xiàng)目，但僅模擬大腦的功能形式，而Spaun則能展示這些功能如何作用于各種行為。

3 科學(xué)家設(shè)計(jì)出世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線

澳大利亞和美國(guó)科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)1月6日在《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們成功設(shè)計(jì)出迄今世界上最細(xì)的納米導(dǎo)線，厚度僅為人類頭發(fā)的萬(wàn)分之一，但導(dǎo)電能力可與傳統(tǒng)銅導(dǎo)線相媲美。這項(xiàng)技術(shù)有望應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)研制領(lǐng)域?？茖W(xué)家利用精心設(shè)計(jì)的原子精度掃描隧道顯微鏡，在硅表面以1納米間隔安放1個(gè)磷原子的方式制備了納米導(dǎo)線，其寬度相當(dāng)于4個(gè)硅原子，高度相當(dāng)于1個(gè)硅原子。通過(guò)這種方式設(shè)計(jì)的納米導(dǎo)線可以使電子自由流動(dòng)，有效解決了電阻問(wèn)題。這一新技術(shù)表明，計(jì)算機(jī)元件可以降低到原子尺度，這是個(gè)巨大突破。量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要區(qū)別是，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只使用1和0兩種狀態(tài)來(lái)記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算，而量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)使用多個(gè)不同的量子態(tài)，因此具有更大的信息存儲(chǔ)和處理能力，被認(rèn)為是未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向。

4 癌癥干細(xì)胞研究獲新證據(jù)

很多時(shí)候，那些似乎已經(jīng)被治療消滅的癌癥又會(huì)卷土重來(lái)。一些科學(xué)家將此歸罪于所謂的癌癥干細(xì)胞，它們是癌細(xì)胞的一個(gè)子集，能夠保持休眠狀態(tài)，從而逃避化療或放療，并在幾個(gè)月或幾年后形成新的腫瘤。這種想法一直存在爭(zhēng)論，然而，8月1日，《自然》、《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表的3篇論文提供了新的證據(jù)，表明在某些腦、皮膚和腸道腫瘤中，癌癥干細(xì)胞確實(shí)是腫瘤生長(zhǎng)的源頭。

癌癥干細(xì)胞模式有別于認(rèn)為腫瘤生長(zhǎng)機(jī)會(huì)均等的傳統(tǒng)理論，后者相信，任何以及所有的癌性細(xì)胞都能夠分裂并導(dǎo)致腫瘤的生長(zhǎng)及擴(kuò)散。而癌癥干細(xì)胞模式則認(rèn)為，腫瘤生長(zhǎng)具有更多的層次，主要由一個(gè)能夠進(jìn)行自我復(fù)制的細(xì)胞子集所驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而生成腫瘤所包含的其他類型的細(xì)胞。在這些新的研究中，3個(gè)獨(dú)立的研究團(tuán)隊(duì)利用遺傳細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)追蹤了特定細(xì)胞在生長(zhǎng)的腫瘤內(nèi)部的增殖情況。這種細(xì)胞追蹤技術(shù)是檢驗(yàn)癌癥干細(xì)胞模式的正確方法。

5 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“疑似”上帝粒子

歐洲核子研究中心宣布，該中心的兩個(gè)強(qiáng)子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——ATLAS和CMS均發(fā)現(xiàn)一種新的粒子，具有和科學(xué)家們多年以來(lái)一直尋找的希格斯玻色子相一致的特性。

ATLAS和CMS研究小組在4日上午的學(xué)術(shù)研討會(huì)上介紹各自研究成果，分別確認(rèn)目前通過(guò)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)取得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了在125-126吉電子伏特質(zhì)量區(qū)間存在一種新的粒子，數(shù)據(jù)的確定性為5西格瑪，即理論物理界可以確認(rèn)“發(fā)現(xiàn)”的水平。

希格斯玻色子是物理學(xué)基本粒子“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言的一種自旋為零的玻色子，也被稱為“上帝粒子”。

盡管相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這僅是初步結(jié)果，但其足以引起全球科學(xué)界的關(guān)注。這是一項(xiàng)無(wú)與倫比的成就。這是粒子物理學(xué)和科學(xué)探索史上的重大時(shí)刻，意義深遠(yuǎn)。這一新發(fā)現(xiàn)將開(kāi)拓實(shí)驗(yàn)和理論物理的新領(lǐng)域。

6 日本科學(xué)家首次用“人造”卵子產(chǎn)下小鼠

在利用源自干細(xì)胞的產(chǎn)下了正常幼鼠后，日本京都大學(xué)的一個(gè)研究小組又通過(guò)同樣的方式利用卵子完成了這一壯舉。這項(xiàng)研究最終有望為幫助那些不育夫婦懷孕帶來(lái)新的方法。

上述兩項(xiàng)研究所使用的干細(xì)胞都是胚胎干（ES）細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干（iPS）細(xì)胞。研究人員從ES細(xì)胞和iPS細(xì)胞入手，并且在一種蛋白質(zhì)的“雞尾酒”中對(duì)其進(jìn)行培育，從而形成了與原生殖細(xì)胞類似的細(xì)胞。為了得到卵母細(xì)胞或前體卵細(xì)胞，研究人員隨后將這些原始細(xì)胞與小鼠胎兒的卵巢細(xì)胞相混合，從而形成了再造的卵巢，并最終將其移植到活體小鼠的正常卵巢中。4周零4天后，那些與原生殖細(xì)胞類似的細(xì)胞發(fā)育成為卵母細(xì)胞。研究小組去除掉卵巢，得到卵母細(xì)胞，并且對(duì)其進(jìn)行體外授精，然后再將得到的胚胎移植進(jìn)代孕母親體內(nèi)。大約3周后，正常的小鼠崽誕生了。研究人員在10月4日的美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

7 英國(guó)研究發(fā)現(xiàn)一種高速磁存儲(chǔ)原理

英國(guó)約克大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員在《自然—通訊》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)一種可用于開(kāi)發(fā)高速磁存儲(chǔ)設(shè)備的原理，由此帶來(lái)的存儲(chǔ)速度可高出現(xiàn)有硬盤數(shù)百倍。

據(jù)介紹，現(xiàn)在硬盤等存儲(chǔ)器多使用磁性物質(zhì)，如果要記錄信息，就需要把磁性物質(zhì)的磁極顛倒，這個(gè)過(guò)程中常用的方式是使用外加磁場(chǎng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，不使用外加磁場(chǎng)，單純使用熱量也能起到同樣的效果。其具體方式是向磁性物質(zhì)發(fā)射含有熱量的激光脈沖，它在吸收熱量后磁極也會(huì)顛倒。

參與研究的托馬斯·奧斯特勒說(shuō)，這是一項(xiàng)革命性的發(fā)現(xiàn)，可在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出存儲(chǔ)速度高出現(xiàn)有硬盤數(shù)百倍的存儲(chǔ)器，每秒鐘存儲(chǔ)的信息可以高達(dá)上萬(wàn)億字節(jié)。由于不需要使用外加磁場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的存儲(chǔ)器所消耗的能量也會(huì)更少。

8 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)質(zhì)量是太陽(yáng)170億倍的黑洞

霍比·埃伯利望遠(yuǎn)鏡大質(zhì)量星系調(diào)查項(xiàng)目的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了可能是迄今質(zhì)量最大的黑洞。這一罕見(jiàn)黑洞質(zhì)量達(dá)170億個(gè)太陽(yáng)，位于NGC 1277星系，其質(zhì)量占了該星系質(zhì)量的14%，而通常黑洞只占其所在星系的1%。這一發(fā)現(xiàn)可能改寫黑洞與星系的形成演化理論。相關(guān)在11月29日的《自然》雜志上。

NGC 1277位于距地球2.5億光年之外的英仙座星團(tuán)，大小只有銀河系的1/10。此前哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)給NGC 1277拍過(guò)照。本次研究又結(jié)合了霍比·埃伯利望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，并在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行了多種模型計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中存在一個(gè)質(zhì)量達(dá)太陽(yáng)170億（誤差范圍30億）倍的黑洞。 研究人員還發(fā)現(xiàn)，NGC 1277星系是一個(gè)較小的透鏡星系（在星系型態(tài)分類上是介于橢圓星系和螺旋星系之間的星系），內(nèi)部均為古老恒星，其中最“年輕”的恒星壽命也有80億年。

9 德國(guó)首次從皮膚細(xì)胞中培養(yǎng)出成體干細(xì)胞

德國(guó)馬克斯·普朗克協(xié)會(huì)3月22日宣布，該機(jī)構(gòu)研究人員成功從已分化體細(xì)胞——皮膚細(xì)胞中培養(yǎng)出成體干細(xì)胞，為全球首創(chuàng)。

現(xiàn)階段，具有分化多種組織細(xì)胞潛能的誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）成為不少干細(xì)胞專家的研究重點(diǎn)，人類已能從已分化的體細(xì)胞中培養(yǎng)出iPS細(xì)胞。不過(guò)，這種干細(xì)胞雖可分化成任意組織，但由于其分化能力過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致有時(shí)不但無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組織再生，反而分化出癌細(xì)胞，形成腫瘤。而本次研究人員利用皮膚細(xì)胞培養(yǎng)成體干細(xì)胞的方法剛好可解決這一問(wèn)題。成體干細(xì)胞是一種存在于已分化組織中的未分化細(xì)胞，可自我更新并形成特定組織。研究人員將實(shí)驗(yàn)鼠皮膚細(xì)胞放在特定培養(yǎng)環(huán)境中，皮膚細(xì)胞在特殊生長(zhǎng)因子的誘導(dǎo)下，成功“變身”成體神經(jīng)干細(xì)胞。通過(guò)成體干細(xì)胞的培養(yǎng)可更有針對(duì)性、更安全地實(shí)現(xiàn)特定組織再生。這種方法具有巨大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。

10 首個(gè)“超電子”電路問(wèn)世

美國(guó)科學(xué)家們用光子取代電子，制造出首個(gè)由光子電路元件組成的“超電子”電路。相關(guān)研究發(fā)表在《自然—材料學(xué)》雜志上。

“超電子”中的“超”指的是超材料——嵌入材料中的納米圖案和結(jié)構(gòu)，使其能采用以前無(wú)法做到的方法操控波。賓夕法尼亞大學(xué)電子和系統(tǒng)工程學(xué)院納德·恩西塔團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中利用亞硝酸硅制造出梳狀的長(zhǎng)方形納米棒陣列。這種新型納米棒的橫截面和其間的孔隙形成的圖案能復(fù)制電阻器、感應(yīng)器和電容器這三個(gè)最基本電路元件的功能，只不過(guò)其操縱的是光波。在實(shí)驗(yàn)中，他們用一個(gè)光子信號(hào)照射該納米棒，并在波通過(guò)時(shí)用光譜設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。他們使用不同寬度和高度組合的納米棒重復(fù)該實(shí)驗(yàn)后證明，不同大小的光電阻器、感應(yīng)器和電容器都可以改變光“電流”和光“電壓”。恩西塔表示：“我們能通過(guò)安排不同的電路元件制造出無(wú)數(shù)個(gè)電路，我們也希望設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的光學(xué)元件，以獲得具有不同功能的光子電路?！?/p>

獲得提名的其他候選條目

（按報(bào)道時(shí)間先后為序）

荷蘭發(fā)明能提高太陽(yáng)能電池效率的納米涂層

荷蘭原子和分子物理學(xué)研究所發(fā)表新聞公報(bào)說(shuō)，其科學(xué)家研制出一種特殊的納米涂層，能夠大幅提高太陽(yáng)能電池效率。荷蘭科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種特殊的納米涂層。涂層中的納米粒子是圓筒狀結(jié)構(gòu)，而且這些圓筒的幾何尺寸恰好適合捕捉太陽(yáng)光。

在實(shí)驗(yàn)中，荷蘭科學(xué)家使用飛利浦公司開(kāi)發(fā)的一種新型“印刷”技術(shù)，成功將納米涂層直接印刷到現(xiàn)有太陽(yáng)能電池的硅晶片上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，印刷完涂層的硅晶片呈黑色，反射率被大幅降低。

研究小組負(fù)責(zé)人阿爾伯特·普爾曼說(shuō)，“新涂層不僅適用于太陽(yáng)能電池，在普通照相機(jī)和攝像機(jī)的鏡頭以及光學(xué)儀器等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用前景?！?/p>

大猩猩基因組測(cè)序完成

自從人類基因組在10年前測(cè)序完畢后，研究人員一直夢(mèng)想能夠破解其他3種類人猿（黑猩猩及矮黑猩猩、大猩猩、猩猩）的脫氧核糖核酸（DNA）。如今，最后剩下的大猩猩基因組測(cè)試也已完成，從而揭示了這種最大的靈長(zhǎng)目動(dòng)物與我們之間的一些有趣的聯(lián)系。令人感到驚訝的是，部分人類基因組與大猩猩基因組的相似性居然高于后者與黑猩猩基因組的相似性，并且一些之前認(rèn)為對(duì)人類的獨(dú)特進(jìn)化很關(guān)鍵的基因?qū)τ诤谛尚啥酝瑯又匾?/p>

來(lái)自英國(guó)辛克斯頓市維康信托基金會(huì)桑格研究所的研究人員3月7日在《自然》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

首個(gè)初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成功

十多年來(lái)，物理學(xué)家一直在試圖用量子力學(xué)方法傳遞機(jī)密信息，進(jìn)而不必?fù)?dān)心其被截獲。但他們一直沒(méi)有創(chuàng)造出一個(gè)真正的量子網(wǎng)絡(luò)。如今，一個(gè)德國(guó)研究小組使用兩個(gè)完全分離的原子建立了首個(gè)真正的量子連接。研究人員表示，很多這樣的連接結(jié)合在一起便能夠構(gòu)建一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)。

德國(guó)加爾興市馬普量子光學(xué)研究所的Stephan Ritter和同事，在4月12日出版的《自然》雜志上報(bào)告了一個(gè)初級(jí)的量子網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)基于束縛在位于街道兩側(cè)單獨(dú)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)光腔中的單個(gè)原子的量子節(jié)點(diǎn)。這是科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)這種初級(jí)的量子網(wǎng)絡(luò)，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的量子網(wǎng)絡(luò)邁出關(guān)鍵一步。

法國(guó)研制的納米級(jí)塑料具有高導(dǎo)電性

來(lái)自法國(guó)國(guó)家科研中心和斯特拉斯堡大學(xué)的研究人員在《自然—科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上介紹說(shuō)，一種最新研制的塑料纖維實(shí)際上綜合了目前常見(jiàn)的兩種導(dǎo)電材料——金屬和塑性有機(jī)聚合物的優(yōu)點(diǎn)。它成本低，易處理，像塑料一樣輕且柔韌，而導(dǎo)電性能又類似金屬，可媲美銅線。

法國(guó)國(guó)家科研中心已為此項(xiàng)科研成果注冊(cè)了專利。研究人員認(rèn)為，21世紀(jì)電子工業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)就是如何將組件微縮至納米尺度。這種導(dǎo)電性能極佳的塑料納米纖維將有助于解決這個(gè)問(wèn)題。他們表示，下一步會(huì)嘗試把這種塑料納米纖維應(yīng)用于電子設(shè)備的生產(chǎn)中，如制造可彎曲的顯示屏或太陽(yáng)能電池等。

美首次向國(guó)際空間站發(fā)射商業(yè)飛船

美國(guó)太空探索技術(shù)公司5月22日凌晨向國(guó)際空間站發(fā)射“龍”飛船，這是世界第一艘向空間站發(fā)射的商業(yè)飛船。

“龍”飛船高約6.1米，直徑約3.7米，于22日攜帶500多公斤貨物發(fā)射升空，25日與空間站對(duì)接，返程時(shí)承載約600多公斤載荷，成功完成首次由商業(yè)飛船向空間站運(yùn)送補(bǔ)給的任務(wù)。5月31日，“龍”飛船已于當(dāng)天中午墜入太平洋海域?；厥蘸螅褒垺憋w船被運(yùn)往太空探索技術(shù)公司位于得克薩斯州的工廠進(jìn)行檢測(cè)并卸貨，其中一些高價(jià)值試驗(yàn)載荷將在48小時(shí)內(nèi)送交航天局。

“龍”飛船未來(lái)將放棄水上著陸技術(shù)，而通過(guò)推進(jìn)器進(jìn)行地面著陸。

多國(guó)科學(xué)家完成西紅柿基因組測(cè)序

一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)5月31日在英國(guó)《自然》雜志上以封面文章形式發(fā)表研究報(bào)告說(shuō)，他們完成了對(duì)西紅柿的基因組測(cè)序，這將有助于將來(lái)培育更優(yōu)良的西紅柿品種。

這個(gè)項(xiàng)目由一個(gè)稱作“西紅柿基因組聯(lián)盟”的研究團(tuán)隊(duì)完成，成員包括14個(gè)國(guó)家的研究人員。其中，中國(guó)科學(xué)家高質(zhì)量地完成了測(cè)序總?cè)蝿?wù)的1/6。據(jù)報(bào)告介紹，他們選取了農(nóng)產(chǎn)品中常見(jiàn)的一種西紅柿開(kāi)展基因組測(cè)序，結(jié)果顯示其基因組約含3.5萬(wàn)個(gè)基因。研究人員同時(shí)還對(duì)另一種野生西紅柿進(jìn)行基因組測(cè)序，這兩個(gè)基因組高度相似，差異只有約0.6%。對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這一成果意味著今后可能會(huì)出現(xiàn)更好吃的西紅柿品種。

科學(xué)家造出全新量子物質(zhì)形態(tài)

美國(guó)斯坦福大學(xué)宣布，他們用金屬鏑造出世界上第一個(gè)雙極量子費(fèi)米子氣體。研究人員認(rèn)為，該費(fèi)米子氣體兼具晶體和超流液二者看似矛盾的特征，是一種全新的量子物質(zhì)形態(tài)。這標(biāo)志著人們?cè)诶斫赓M(fèi)米子系統(tǒng)性質(zhì)，將凝聚物質(zhì)物理學(xué)中的超自然現(xiàn)象引入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等方面，邁出了重要的一步。相關(guān)在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

研究人員指出，這種費(fèi)米子氣體有望帶來(lái)量子液晶，也就是那些構(gòu)成大部分顯示器所用液晶的量子力學(xué)版；或者帶來(lái)一種超級(jí)固體，這是一種假設(shè)的物質(zhì)態(tài)，理論上這種固體具有超流液的特征。

小體積十億像素相機(jī)問(wèn)世

英國(guó)《自然》雜志刊登報(bào)告說(shuō)，研究人員開(kāi)發(fā)出首個(gè)體積較小的十億像素相機(jī)，它不僅在清晰度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通相機(jī)，而且體積也不像天文臺(tái)所用的十億像素觀測(cè)設(shè)備那樣龐大。

美國(guó)杜克大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員報(bào)告說(shuō)，他們研發(fā)出的名為AWARE-2的相機(jī)不僅像素能達(dá)到十億以上，并且體積相對(duì)較小，其長(zhǎng)寬均為0.75米，高0.5米。與一些高清相機(jī)拍攝角度狹窄不同，這種相機(jī)能拍攝的角度水平可達(dá)120度，豎直可達(dá)50度。

據(jù)介紹，這種十億像素相機(jī)可能會(huì)首先用于軍事偵察等領(lǐng)域。潛在客戶是一些需要高清晰度照片的媒體公司或?qū)I(yè)研究人員。

人類基因功能“詳圖”問(wèn)世

國(guó)際科學(xué)界9月5日宣布，“DNA元素百科全書”計(jì)劃（簡(jiǎn)稱ENCODE）獲得迄今最詳細(xì)的人類基因組分析數(shù)據(jù)，其成果以30多篇論文的形式發(fā)表在《自然》雜志等多份學(xué)術(shù)刊物上。這是“人類基因組計(jì)劃”之后國(guó)際科學(xué)界在基因研究領(lǐng)域取得的又一重大進(jìn)展。科學(xué)家正在利用ENCODE的信息開(kāi)展多種疾病和表觀遺傳學(xué)的研究。

ENCODE的研究結(jié)果，將改變?nèi)藗儗?duì)人類基因組的思維方式和實(shí)際應(yīng)用。如果說(shuō)人類基因組計(jì)劃提供了一張地圖，那么ENCODE計(jì)劃就在這張地圖上標(biāo)出了各個(gè)基因的功能信息。ENCODE計(jì)劃有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的32個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與。

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