遗传学

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遗传学实验




开课对象:专业限选
      课程编号:01134130
      课程学分和学时:1.5学分,48学时
      选课方式:校内门户网站选课系统
      上课地点:老生物楼301实验室
      上课时间:5-13周(本学期的时间:10月10日周二开始上课)
      开课单位:生命科学学院生物基础实验教学中心


课程介绍及基本目的:

遗传学实验一直是北京大学生命科学学院本科生的主干基础课。每年的春季学期开课。授课对象是二年级以上本科生及研究生。2015年始又增加了秋季学期的遗传学实验课程。

本课程的实验设计贯穿以研究基因功能为目的遗传学思维理念及精髓。通过背景知识的介绍和相关的实验操作,使大家建立这样的理念:研究基因功能时,无论通过正向或者反向遗传学策略,使基因突变或者修饰,这些突变将依赖载体染色体的传递稳定地传给下一代。通过设计精巧的遗传杂交实验,追踪易于识别的染色体标记,就可以定位突变后的目的基因、获得纯合突变体,研究表型与基因型间的一一对应关系,从而理解各种表型的分子机制。

针对以上目的,本课程设计了一系列实验。主要以模式动物黑腹果蝇为窗口,通过遗传杂交实验,以遗传信息传递的载体染色体为线索,除验证遗传学基本定律外,引入科研项目的理念和实验环节,采取开放实验室的教学模式,让学生参与平时在课堂上接触不到的真实科研实践。同时,让学生将果蝇中的设计理念和工具与其他模式生物中采取的对应理念和工具进行反复对比,让学生从本质上充分理解遗传学实验在研究中的共性和特性思路。整个实验过程包括分子水平的敲除敲低和过表达等设计、平衡染色体、同源重组(自发和人为的)、突变体、表型分析等遗传学核心理念,涉及生物学不同学科知识和实验设计的融合。最终帮助学生建立如下的知识框架:以遗传学思路和方法,辅以不同学科的知识和实验技术,实现研究基因功能的目的。

内容提要及相应学时

本课程主要以经典的模式动物果蝇遗传学实验为窗口,实验内容除经典的遗传学基本技术训练之外,让学生直接参与科研实验室的遗传杂交实验,利用多种工具果蝇,实现多种转基因果蝇间的各种重组和筛选,进行相关环节的分子检测,confocal观察标记后基因敲入或者敲除的大脑成像表型,使实验课直接与科研前沿结合。

具体的主要内容提要如下:

果蝇的唾腺染色体压片及观察,同时解剖和识别成虫盘。在唾线染色体上定位常用的平衡染色体标记基因。 果蝇及其其他物种中期染色体观察(5学时)

果蝇的雌雄识别、平衡染色体突变体表型观察,杂交实验后让学生亲自带果蝇瓶在身边,连续2周观察果蝇各发育阶段的行为表型,写观察日记(5学时)

转基因果蝇的分子设计,显微注射及其筛选,以CRISPR/CAS9敲除原理为例。随后让学生利用工具果蝇学会如何定位转基因插入哪条染色体。(5学时)

基因功能研究的窗口:利用GAL4-UAS系统实现基因的敲除、敲低或者过表达、通过激活或者失活神经元,研究其行为表型(5学时)

利用Flp/FRT系统,通过遗传杂交在果蝇复眼内获得部分克隆纯合突变Mosiac的表型,实现体内(in vivo)可以研究包括致死基因在内功能的目的(5学时)。

根据科研进展的实际需要,让学生参与不同的遗传杂交,通过追踪平衡染色体,实现不同的目的,如:EMS筛选,利用P因子跳转获得突变体,转基因不同元件的重组筛选等遗传杂交等(10学时)

遗传杂交后代的分子验证:DNA提取,PCR,电泳,测序,BLAST生物信息分析等(5学时)

遗传杂交后代的表型分析:在confocal显微镜下,对荧光蛋白标记神经元的果蝇大脑进行image表型分析,学习在flybase网上查找果蝇的相关信息、资源和研究进展(5学时)

每个学生,针对本课程学到的思路和感兴趣的遗传学问题进行遗传学杂交设计,并在课程结束前演讲。(5学时)

教学方式:

课堂:讲授原理与实验操作相结合,2:3的比例,原理的部分根据内容,一部分重点和操作由老师讲解,同时为了充分调动学生的积极性,每次安排学生提前准备这些环节中涉及一系列知识点PPT,在课上亲自讲相关环节的原理和进展,老师点评和补充。

课后:

1、发放相关的英文论文,让学生阅读,更好的理解课上原理和操作,扩展知识面。

2、杂交实验后连续2周让学生亲自带果蝇瓶在身边,连续观察果蝇发育过程中的行为表型,写观察日记。

3、每次安排一组学生提前准备相关环节中涉及一系列知识点的PPT。

4、完成前次实验的实验报告。

5、组建微信群,随时讨论和答复学生的问题

6、结合我们已经制作上线的《遗传学实验》慕课(网址:https://www.coursera.org/course/geneticlab)平台。到目前为止实验性质的慕课目前不仅在北大,在全球慕课平台上也是唯一一门实验类型的课程。与一般的理论课不同,除背景知识和操作介绍外,还录制了一系列实验操作视频,力求有身临其境的效果。

学期末:学期一开始布置,最后一次课上安排每个学生用PPT讲自己所在实验室的工作。对于没有进入实验室的学生,讲其兴趣所在,针对每个学生的诉求,老师分析和点评。

授课教师:张文霞 (wxzhang@pku.edu.cn),辛广伟 (xingw@pku.edu.cn)


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