遗传学

生物体的形态特征，即表型，是其基因型的产物，而基因型是指从亲代遗传的等位基因（基因变异体）组合。基因在不同程度上与彼此及环境因素相互作用，从而产生各种性状。群体中等位基因和性状的分布受到多种因素的影响，包括自然选择、迁移和随机遗传漂变。在本视频中，JoVE 将介绍遗传学领域的一些奠基性发现，从格雷戈尔·孟德尔（Gregor...

为了剖析遗传过程或创造具有新性状组合的生物体，科学家可以进行遗传杂交，即有目的地使两个生物体交配。后代中亲本遗传物质的重组使研究人员能够推断基因的功能、相互作用及其在基因组中的位置。

遗传筛选是确定基因功能和理解基因相互作用的关键工具。筛选通常包括对基因进行突变，然后评估受影响生物体的相关表型。该过程可以是“正向遗传学”方法，即随机产生突变以鉴定导致特定表型的未知基因；也可以是“反向遗传学”方法，即针对特定基因进行突变，以观察所产生的表型。本文中，JoVE...

许多人类疾病与基因序列的突变或变异相关。其中一些基因变异具有遗传性，可代代相传，而另一些则在生物体生命周期中随机产生，引发如癌症等疾病。研究人员正致力于识别和表征这些基因改变，以期改善患者的诊断方法和治疗选择。在本视频中，我们将回顾遗传病研究的历史，并探讨医学遗传学家所关注的关键问题。随后将讨论用于确定疾病遗传基础的各种工具，包括基因分型技术与全基因组关联研究（GWAS）。最后，将介绍医学遗传学研究中的若干当前实例。...

单核苷酸多态性（SNPs）是人类遗传变异中最常见的形式。DNA中单个碱基的这些差异通常不会直接影响基因表达，但在许多情况下仍可用于定位与疾病相关的基因或用于患者诊断。目前已建立多种方法用于识别或“基因分型”SNPs。JoVE的SNP基因分型简介首先讨论了SNPs的定义以及如何利用它们鉴定与疾病相关的基因。随后介绍了几种常见的SNP基因分型方法，包括直接杂交、基于PCR的方法、片段分析和测序。最后，我们展示了这些技术在当今遗传学研究中的一些应用实例。...

细胞遗传学是致力于研究染色体的学科，涉及对细胞染色体数目和结构的直接观察，二者合称为核型。许多染色体异常与疾病相关。核型中的每条染色体均可使用多种染料染色，产生独特的带型模式。近年来的技术，包括比较基因组杂交和荧光原位杂交 原位...

基因表达是一个复杂的过程，细胞通过该过程利用其遗传信息生成具有功能的产物。这一过程在多个阶段受到调控，任何调控异常都可能导致癌症等疾病。本视频重点介绍了与基因表达相关的重要历史发现，包括对DNA碱基不同组合如何编码构成蛋白质的氨基酸的理解。探讨了基因表达研究领域中的若干关键科学问题，随后讨论了用于检测基因表达水平及其调控机制的多种实验技术。最后，我们介绍了当前科学家如何应用这些技术来研究基因表达。...

微阵列是用于分析基因表达的重要工具，其原理基于固定在玻璃芯片上的探针与来自样本的核酸之间的互补结合。利用这些阵列，科学家可以同时评估数千个基因的表达情况。此外，还可以比较不同细胞或组织类型的表达谱，从而推断不同基因在生物过程中表达水平的变化，进而深入了解这些基因在通路或网络中可能发挥的功能。在此，JoVE...

来源：Pablo Sanchez Bosch2，Sean Corcoran2 和 Katja Brückner1,2,3 1艾利和艾迪特·布罗德再生医学与干细胞研究中心 2细胞与组织生物学系，  3心血管研究所，加利福尼亚大学旧金山分校，美国加利福尼亚州旧金山     cDNA末端快速扩增（RACE）是一种通过延伸至mRNA的3’或5’端来扩增全长cDNA的技术，即使在未知序列的情况下也可实现（Frohman等，1988）。与常规PCR不同，该技术使用一条特异性PCR引物和一条非特异性引物，后者可无差别地结合大多数mRNA。根据目标扩增区域位于mRNA的3’端或5’端，选择第二条引物结合polyA尾（3’端）或结合添加至所有转录本的合成接头（5’端）。由于PCR扩增仅依赖一侧已知序列（3’或5’），这种引物组合被称为产生“单侧”或“锚定”PCR产物（Ohara等，1989）。该方法能够捕获基因特异性的稀有mRNA，否则这些mRNA难以被检测到，例如因其表达水平相对较低或完整序列未知（Frohman等，1988）。 RACE 技术首先通过逆转录（RT）步骤，将 mRNA 合成为单链互补...

在多种基因表达分析方法中，RNA高通量测序（RNA-seq）尤为引人关注，因其可在无需依赖已有基因组信息的情况下进行实验与分析。在RNA-seq过程中，从目标样本中分离出的RNA被用于构建DNA文库，随后进行扩增和测序。最终，RNA-seq能够确定哪些基因被表达、其表达水平以及是否存在任何先前未知的转录本。在此，JoVE 介绍了 RNA-seq 背后的基本原理。随后讨论了一般 RNA-seq 实验方案中的实验与分析步骤。最后，我们探讨了研究人员目前如何应用 RNA-seq，例如比较不同生物样本之间的基因表达，或表征蛋白质与 RNA...

自遗传学研究早期以来，科学家就注意到某些可遗传的表型差异并非由DNA核苷酸序列的差异所致。现有证据表明，这些“表观遗传”现象可能由多种机制调控，包括DNA胞嘧啶碱基的甲基化修饰、组蛋白蛋白上添加各种化学基团，以及通过与非蛋白质编码RNA的相互作用将蛋白因子招募至特定DNA位点。在本视频中，JoVE 介绍了表观遗传学领域重要发现的历史，例如 X 染色体失活（XCI），即在雌性哺乳动物细胞中整条 X 染色体被沉默的现象。本文回顾了该领域的关键科学问题与研究方法，包括识别与不同表观遗传修饰相关的 DNA...

CpG二核苷酸上的甲基化是一种DNA化学修饰，被认为在调控基因表达中发挥重要作用。特别是位于启动子及其他基因调控元件附近的甲基化位点簇，即“CpG岛”的甲基化，可能参与基因的稳定沉默，例如在基因组印记和X染色体失活等表观遗传过程中。同时，异常的CpG甲基化已被证实与癌症相关。在本视频中，将介绍DNA甲基化的生物学功能和作用机制，以及用于识别基因组中甲基化位点的各种技术。随后，我们将详细探讨重亚硫酸盐分析的各个步骤——这是检测DNA甲基化最常用的方法之一，同时介绍该技术的多项应用。...

组蛋白是一类通过作为DNA缠绕的“支架”来帮助真核细胞核内DNA有序排列的蛋白质，由此形成一种称为“染色质”的复合物。这些蛋白质可通过添加化学基团的方式被修饰，而这些修饰会调控基因表达。研究人员采用一种名为染色质免疫沉淀（ChIP）的技术，以深入了解哪些DNA区域与特定的组蛋白修饰或其他基因调控蛋白相关联。该技术利用抗体分离目标蛋白质，并提取与其结合的DNA进行分析。在此，JoVE...

基因工程——即有目的地改造生物体DNA的过程——已被用于开发强大的研究工具和模式生物，并在农业领域得到了广泛应用。然而，为了构建能够应对复杂农业问题（如抗逆性）的性状，或实现基因治疗在人类疾病治疗中的潜力，该领域仍需进一步发展。重要的考虑因素包括将遗传构建体安全高效地递送至细胞或生物体内，以及在生物体基因组中实现预期修饰的同时尽量减少“脱靶”效应。JoVE的基因工程概述将介绍该领域的历史，重点阐述确认DNA为遗传物质的关键发现，以及由此发展出的DNA修饰技术。随后将提出为进一步改进基因工程过程所需回答的关键问题，并介绍基因工程师所使用的多种工具。最后，我们将综述当前领域内若干应用实例，展示当今实验研究中的科学问题类型与研究策略。...

现代生物学中最广泛使用的工具之一是利用限制性内切酶进行分子克隆，该技术可在DNA片段之间产生兼容的末端，使其能够连接在一起。然而，这一技术存在某些局限性，限制了其在构建大型或复杂DNA结构中的应用。一种较新的技术——重组工程（recombineering），通过同源重组（HR）来修饰DNA，即基于序列相似或相同的区域在不同DNA分子之间进行交换，弥补了其中一些不足。结合利用内源性同源重组在特定基因位点改造生物体基因组的基因靶向技术，基于同源重组的克隆方法显著提高了高通量基因工程的速度和效率。在本视频中，我们将介绍同源重组（HR）的基本原理，以及进行重组工程实验所需的基本组分，包括具有重组能力的生物体和基因组文库（如细菌人工染色体，BAC）。随后，我们将逐步演示一种利用重组工程构建基因靶向载体的实验方案，该载体最终可转染至胚胎干细胞中，以生成转基因动物。最后，将展示若干应用实例，以突出重组工程技术的实用性和多样性。...

一种成熟的基因组特定位点修饰技术是通过同源重组实现的基因靶向，但该方法操作繁琐，且仅适用于某些生物体。近年来的技术进步催生了“基因组编辑”技术的发展，该技术利用经过改造的核酸酶在特异性识别目标基因组位点的蛋白质或RNA的引导下，在DNA中诱导产生双链断裂。当细胞尝试修复此类损伤时，可在目标DNA区域引入突变。在本视频中，JoVE...