第五节 模式生物与功能基因组的研究

显微镜和电子显微镜技术的建立与发展极大地开拓了人们的视野，帮助科学家们发现了细胞内各种复杂的精细结构。然而对其成分的了解，特别是数以万种的基因及其表达产物的功能，以及它们在细胞代谢与细胞生长、分化、衰老、凋亡等生命活动的协同作用与调节机制，则更多地需要通过各种模式生物，借助于多种生物化学与分子生物学的技术手段进行研究。 

理想的研究系统往往是实验成功的关键，现代细胞生物学乃至生命科学的研究进展，在很大程度上是依赖于选择合适的生物材料。如大肠杆菌与操纵子学说的建立及现代分子生物学的发展，豌豆和果蝇与遗传学定律的发现，酵母和海胆与对细胞周期调控机制的认识，线虫与对细胞凋亡机制的揭示，小鼠与对哺乳动物功能基因组学的研究等等。由于基因在进化上的保守性以及遗传密码的通用性，从一种实验生物得到的实验结果常常也适用于其他生物，至少具有有益的借鉴作用。

多种模式生物的功能基因组学、蛋白质组学以及生物信息学的研究，对细胞生物学等学科的发展，甚至是人类自身疾病的研究与防治，起到了巨大的推动作用。与之相关的实验技术，诸如基因测序、突变体的制备以及蛋白质分离鉴定技术等在生物化学和分子生物学教材中已有较为详尽的描述，在本书数字课程中也作了扼要地介绍(见知识窗2-2)，因此这里不再赘述。

近年来，随着实验技术的不断改进和新技术的大量涌现，极大地提高了后基因组时代科学研究的效率和科研水平。如“人类基因组计划”曾耗时10年，花费30亿美元。而今完成一个人的全基因组测序只需要几周时间，花费仅为几千美元。又如就功能基因组学中最重要的实验技术之一基因打靶技术而言，通过传统的方法获得突变株小鼠，通常需要1~2年时间。而应用新建立的 CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)技术(见知识窗2-38)，只需要几周时间且极大地提高了成功率。本章前面提到的低温电镜技术近几年已发展成为解析膜蛋白等生物大分子以及核小体等细胞结构的利器。显然，层出不穷的具有的革命性的实验技术的建立，极大地促进了细胞生物学的发展。 

最后，应当指出的是，当今生物学各学科之间的交叉性较强，在研究方法上更需多学科各种技术的巧妙结合。在运用某一技术进行细胞生物学研究时，对实验技术的精确掌握和进行必要的改进是非常重要的。由于研究对象和实验条件不同，可以说运用好任何一项实验技术都不仅仅是简单的重复。在原有实验技术的基础上如果能够有所改进或建立新的实验方法和研究模式，其本身就是一项具有创新性的研究工作。它不仅对于已选定的研究课题，而且对本学科的发展也可能产生重大的影响。