反向遗传学研究方法(6篇)

反向遗传学研究方法篇1

[关键词]心力衰竭；表观遗传学：药理学

[中图分类号]R541.61[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2012）06（a）-0007-03

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因及基因表达发生了可遗传的变化。这些改变包括DNA的甲基化、多种形式的组蛋白修饰及小分子RNA（microRNA）等。个体间疾病易感性及治疗反应性的差异在很大程度上取决于遗传因素[1]。然而，根据全基因组研究，笔者不得不承认遗传表型的改变不仅仅是核苷酸序列的变化[2-3]。表观遗传学与核苷酸的改变共同调控了基因的表达，因而从另一种角度解释了个体间的差异。

表观遗传学研究发现，基因及其表达的遗传性改变不仅仅是指基因突变或基因多样性等DNA序列的变化。已知的三种可调节基因表达的表观遗传学改变主要是：基因组DNA的甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA的调节（如microRNA）。上述机制均涉及外在因素在蛋白质编码序列不变的情况下仍可调节基因转录[4]。表观遗传学调节机制存在个体及组织差异性，并且可以随年龄增长、环境及疾病状态的改变而变化。表观基因组在基因组表达过程中起关键作用，个体间基因表达的不同造成药物不同的反应性，这可能是通过表观遗传学改变进行调节的。因此，目前认为表观遗传学改变可以帮助解释基因突变在药物反应中的作用，继而在临床医学中发挥作用，这一迅速崛起的新学科称为表观遗传药理学。个体间药物的反应性不同，该学科不仅研究表观遗传因子在这一过程中的作用，而且旨在开发新的药物靶点[5]。笔者认为表观遗传药理学与遗传药理学将共同在药理学、临床医学中发挥重要作用。

目前为止，表观遗传药理学的大多数研究集中于肿瘤学领域，例如，研究细胞色素p450在个体间表达的差异。幸运的是，表观遗传学修饰的作用已被应用于解释其他复杂并且多源的现象，应用的范围越来越广。在这里，笔者总结了表观遗传修饰在心衰及心血管疾病治疗方面最新的研究。

1表观遗传修饰与心力衰竭

1.1组蛋白的修饰

庞大的真核生物基因组在高度保守的组蛋白的作用下得到了紧密的压缩。在核小体中，基因组DNA围绕核心组蛋白（核心组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两组）折叠、压缩，形成了染色体的基本单位。基因组DNA与染色体蛋白的相互作用有助于转录因子向靶基因片段聚集，从而调节转录活性[6]。通过这种机制，核小体利用其核心组蛋白的共价修饰传递表观遗传学信息。这些修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及SUMO化修饰。核心组蛋白的氨基末端从染色质丝上伸出来，与DNA或其他组蛋白、蛋白质等相互作用。该末端上的赖氨酸、精氨酸残基是组蛋白修饰的主要靶点。多数研究旨在了解赖氨酸乙酰化、甲基化的作用。事实证明，赖氨酸的乙酰化作用主要与染色质亲和力及转录相关，而赖氨酸的甲基化作用取决于何种残基被修饰。

有趣的是，正如Mano所总结的那样，组蛋白乙酰化的调控与心肌肥厚相关。去氧肾上腺素可诱导心肌细胞肥大，这一过程需要乙酰基转移酶介导的组蛋白乙酰化。与此结果相一致的研究是针对Ⅱ类组蛋白去乙酰基酶（HDACs）5、9的研究，其通过抑制心肌细胞增强因子2（MEF2）的活性进一步阻碍致肥厚基因（pro-hypertrophicgenes）的表达来发挥抗肥厚的作用。与此相反，Ⅰ类HDACs具有相当强的致肥厚作用，其通过调节磷脂酰肌醇三磷酸酰胺磷酸酯酶的表达发挥作用。这意味着，HDACs在多水平上控制肌肉细胞的体积。

1.2DNA甲基化

在真核生物中，DNA甲基化是通过将甲基团转移到核苷酸胞嘧啶环的5''位碳原子上完成的。在哺乳动物体内，DNA甲基化主要发生在基因的5''-CG-3''序列，也指的是CpG双核苷酸；人体内，大约70%的CpGs发生甲基化。另一方面，未甲基化的CpGs存在于许多基因的5''端调控区域，以CpG岛的形式出现。与其他DNA区域相比，CpG双核苷酸在CpG岛出现的概率较高。人体内CpG岛甲基化的不同是表观遗传学改变的组成部分。

DNA胞嘧啶甲基化有助于局部转录因子复合物的结合，其与组蛋白修饰共同在局部及整个基因组中影响染色体的结构。因此，DNA甲基化的一个重要作用是调控基因的表达。在这方面，CpG岛超甲基化可以使基因沉默，而低甲基化使基因发生转录。有人认为，甲基化是一种稳定遗传的修饰，但同时它也受到环境因素的影响。如小鼠野鼠色基因位点，可以受到其上游转座子甲基化状态的影响。从遗传角度来讲，完全相同的亲代其野鼠色基因不同的甲基化状态可使得后代出现不同的毛色[7]。

最近，Kao等[8]的研究结果发现，DNA甲基化在心衰特定的基因转录调控中发挥作用。他们发现促炎症基因TNF-α可下调肌浆网Ca2+-ATPase（SERCA2A）的表达，这是通过增强SERCA2A启动子的甲基化状态完成的。Movassagh等[9]发现，在心肌病及人类心肌组织形成时甲基化的状态是不同的。而且，他们鉴别出三个基因位点（IECAM1、PECAM1、AMOTL2），在不同的心脏样本中，位点甲基化状态与基因表达的调控密切相关。

1.3MicroRNAs

MicroRNAs是短的双链RNA分子，来源于细胞核及细胞质中较大的RNA前体，其可以在基因转录后对基因表达发挥调节作用。miRNAs可以对30%～50%的蛋白质编码基因进行调控，这一过程主要是通过与mRNA3''端未转录区域的碱基对进行互补结合，继而干扰转录，靶mRNAs可降解或暂时沉默[10]。miRNAs调节蛋白的表达是非常复杂的，多种miRNAs可以作用于同一基因，不同基因也可受到同一种miRNAs的调节。miRNAs的表达具有组织、疾病特异性。近年来，多种病理状态下的miRNA分子标记已被检测出来，如各种类型的肿瘤以及多种心血管疾病[11]。

越来越多的证据表明，miRNAs与基本的细胞功能密切相关。目前，miRNAs与心衰的关系已得到明确，在过去的几年中，该领域的报道层出不穷。对心血管疾病的研究主要集中于两种心脏组织特异表达的miRNA家族（miRNA-1/miRNA-133、miRNA-208）。多项研究显示，miRNA在健康、高血压以及不同病因所导致的人、小鼠、大鼠衰竭的心脏中均有表达，Divakaran等[12]发现心脏特异性的miRNA-208不仅可调节心肌细胞肥大、纤维化同时可在应激、甲退时调节β-肌球蛋白重链（β-MHC）的表达。这种miRNA由α-MHC基因的内含子编码。该基因编码α-MHC及一种主要的心肌收缩蛋白，使心脏变大，在应激以及激素信号作用下通过miRNA-208及其作用位点发挥调节作用。再者，定向删除心肌特异性的miRNA，miRNA-1-2，揭示了它们在心脏中的多种功能，包括调节心脏的形态发生、电信号传导及细胞周期的调控。Thum等[13]发现，受损心肌中miRNA标记与胚胎心中miRNA表达的类型极为相似，这说明受损心肌中重启了胚胎基因的表达程序。Thum等[13]另一个发现是miRNA-21可以调控ERK-MAP激酶途径，这种调控在心脏成纤维细胞中尤为明显，心肌细胞中却没有这种表现，这可以影响到心脏的结构及功能。在成纤维细胞中，miRNA-21水平的增高可通过抑制特定基因来激活ERK激酶，经由这种机制，miRNA-21调节了间质纤维化、心肌肥厚。上述研究揭示了在心脏成纤维细胞中，基因调节的另一种方式是在miRNA介导的旁分泌水平上进行的。

miRNA在心脏肥厚反应中的意义得到了进一步的研究，miRNA成为基因调控的主要调节因子。到目前为止，miRNA已被证实不仅可以影响心肌，还可以影响心脏电信号转导及调节血管再生[14]。

2表观遗传筛选方法

表观基因组学示意图不是固定的，它因细胞类型、时间的不同而不同，并且可在生理学、病理学、药物作用情况下发生改变。因此，作为人类基因组计划的后续工程，表观基因组测序是一项艰巨的任务。虽然判断基因组序列的表观遗传学状态是比较容易完成的，描绘整个表观基因组需要对数十个基因组进行测序，覆盖一个有机体在生命不同阶段的所有细胞类型。

亚硫酸氢盐测序法是标测DNA甲基化类型最为准确的方法。基因组DNA与亚硫酸氢钠相作用，导致未甲基化的胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶保持不变。为观察特定基因的甲基化状态，用特异性引物对目的片段进行扩增，随后对产物测序。在序列中，甲基化的胞嘧啶被标记为Cs，未甲基化的胞嘧啶为Ts。

近来出现了多个对甲基化进行定位的全基因组研究方法，它们都是以甲基化和未甲基化的CpGs对限制性内切酶的敏感性不同为基本原理的。限制长度的基因组扫描利用两种酶双酶切DNA，一种是频繁切割的甲基化非敏感性限制内切酶，另一种是罕见的甲基化敏感性的酶如Not1，这种酶只有在非甲基化状态时才可以酶切所识别的位点。还有一种完全不同全基因组研究方法是利用DNA芯片技术，它可以一次性标测成千上万的CpG岛的甲基化状态。这种方法可以用来识别CpG岛，相对于正常的调控过程来说，CpG岛在肿瘤组织中发生甲基化。

亚硫酸盐转化的替代方法是ChIP-seq方法（一种与测序相结合的染色质免疫沉淀方法）。通过免疫共沉淀技术使得目的蛋白与DNA发生交联，然后对DN段进行基因组测序。这一方法可以帮助识别任何DNA相关蛋白的DNA结合位点。该技术还可以提供组蛋白修饰的信息，如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、SUMO化修饰。对ChIP技术进行改进得到的DCS方法，是将ChIP与消减式PCR进行偶联。该方法旨在避免基因组片段与芯片杂交后产生非特异性信号。

以同样的方式可以检测人体病理状态下miRNA的作用，大多数研究是利用高通量的方法分析临床病例中总miRNA的表达情况。高通量技术是以miRNA基因芯片和real-timeRCP为代表的。尽管分子间的差别给这些技术带来了巨大的挑战，但miRNA芯片最大的优点是具有很高的特异性，而缺陷是其敏感性较低。

3药物可以改变表观遗传状态

表观遗传学改变正常及疾病状态下的表型，这可能意味着充分理解和调控表观基因组对于人类常见疾病的防治具有重要意义。表观遗传学为我们提供了一个重要的窗口，来认识环境与基因在疾病发生过程中的相互作用以如何调节这些作用达到改善人类健康的目的。

miRNA派生的反义寡核苷酸是单链RNA分子，对其进行化学修饰可能是针对致病miRNA新的方法。但是这种方法困难重重，miRNA属于密切相关的家族，且很难合成针对每一种miRNA的反义寡核苷酸。再者，一个单独的miRNA可针对多种基因发挥作用，它们之中可能含有对心肌有益的分子。在这方面，寡核苷酸的化学修饰可能会特异性破坏miRNA与单个mRNA的作用，这可能是疾病治疗良好的备选方案。每一种miRNA可以以不同的强度针对成百上千的基因发挥作用，所以在体内miRNA修饰的最终作用尚不明了。最终，将miRNA拮抗剂应用于临床领域将面临很多困难，这与我们在基因治疗方面所遇到的极为相似，如导入方式、载体、特异性以及毒性等问题[15]。至少在理论上，针对特异性miRNA的方法将来可能是治疗缺血性心脏病、心肌肥厚、心衰、血管再生、离子通道病的有效手段，可控制心衰的发展。

另一种方法可能是将靶DNA甲基化。一些影响基因组DNA甲基化的化学合成剂已经应用于临床，例如5-氮胞嘧啶、抑制甲基转移酶的氮胞嘧啶可以使DN段脱氨基。其它药物是通过阻碍甲基化酶的活性而发挥抑制甲基化作用。更多信息可参照Gomez等[16]的文章。除了要开发可以调节DNA甲基化的药物外，还需要设计可以影响组蛋白修饰的药物。

在抗肿瘤药物的发展过程中，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂占据着重要地位，它可以通过逆转与肿瘤相关的异常表观遗传改变，继而发挥作用。已有证据表明，在心肌肥厚时，HDAC抑制剂可修复基因表达程序。Gallo等证明体外试验中，曲古霉素A、丁酸钠可延缓心脏肥厚。

4表观遗传学和环境

众所周知，环境因素如毒素、饮食可以影响DNA甲基化和染色质修饰，并且可遗传给下一代。雌激素、抗雄激素类物质可改变DNA甲基化状态降低男性的生育能力，这也是可遗传的。该假说认为，环境因素可以改变表观遗传学标记和基因表达形式，这可能在人类疾病研究中具有重要意义。常见疾病大多受到基因和环境因素的双重影响，环境可诱导表观遗传结构发生改变，进而将基因和环境因素联系起来[17]。

年龄在基因与环境相互作用中发挥重要作用。常见病的发病率随着年龄的增加不断增高，这与在人的一生中表观遗传学改变不断累积有关。有研究发现，相对于年轻者而言，年长的同卵双胞胎体内总DNA甲基化及组蛋白H3K9乙酰化的水平较高，但该研究没有检测同一个体中表观遗传学改变随时间变化的情况。

5结论

表观遗传学为研究个体在临床疗效、药物反应及毒性间的差异，以及发现新的药物治疗靶点等方面开拓了更为广阔的空间。随着人类表观基因组工程的开展，表观遗传学机制得到不断完善，这有助于更为充分地了解人类疾病和表观遗传药物的一系列分子靶点。表观遗传药理学已被应用于肿瘤学领域，对于心血管疾病的表观遗传学研究不断增多，尤其是在miRNA方面的研究最为突出。Mishra等[18]清楚地描述了心血管疾病微观RNA组学的最新进展，以及miRNA作为一种潜在治疗靶点或药物制剂的前景。

表观基因组学在健康或疾病状态下表现型的形成过程中发挥重要作用，这可能意味着充分认识和合理调控表观基因对于人类常见病的防治具有重要意义。

[参考文献]

[1]DeBoerRA，VanderHarstP，vanVeldhuisenDJ，etal.Pharmacogeneticsinheartfailure：promisesandchallenges[J].ExpertOpinPharmacother，2009，10（11）：1713-1725.

[2]CoddV，ManginoM，VanderHarstP，etal.CommonvariantsnearTERCareassociatedwithmeantelomerelength[J].NatGenet，2010，42（3）：197-199.

[3]NewtonChehC，JohnsonT，GatevaV，etal.Genome-wideassociationstudyidentifieseightlociassociatedwithbloodpressure[J].NatGenet，2009，41（6）：666-676.

[4]MarguliesKB，BednarikDP，DriesDL，etal.Genomics，transcriptionalprofiling，andheartfailure[J].JAmCollCardiol，2009，53（19）：1752-1759.

[5]PeedicadylJ.Pharmacoepigeneticsandpharmacoepigenomics[J].Pharmacogenomics，2008，9（12）：1785-1786.

[6]ManoH.Epigeneticabnormalitiesincardiachypertrophyandheartfailure[J].EnvironHealthPrevMed，2008，13（2）：25-29.

[7]BallMP，LiJB，GaoY，etal.Targetedandgenomescalestrategiesrevealgene-bodymethylationsignaturesinhumancells[J].NatBiotechnol，2009，27（5）：361-368.

[8]KaoYH，ChenYC，ChengCC，etal.Tumornecrosisfactor-alphadecreasessarcoplasmicreticulumCa2+-ATPaseexpressionsviathepromotermethylationincardiomyocytes[J].CritCareMed，2010，38（1）：217-222.

[9]MovassaghM，ChoyMK，GoddardM，etal.DifferentialDNAmethylationcorrelateswithdifferentialexpressionofangiogenicfactorsinhumanheartfailure[J].PlosOne，2010，5：8564.

[10]SchroenB，HeymansS.MicroRNAsandbeyond：theheartrevealsitstreasures[J].Hypertension，2009，54（6）：1189-1194.

[11]SilvestriP，DiRussoC，RigattieriS，etal.MicroRNAsandischemicheartdisease：towardsabettercomprehensionofpathogenesis，newdiagnostictoolandnewtherapeautictarget[J].RecentPatCardiovascDurgDiscov，2009，4（2）：109-118.

[12]DivakaranV，MannDL.TheemergingroleofmicroRNAsincardiacremodelingandheartfailure[J].CircRes，2008，103（6）：1072-1083.

[13]ThumT，CrossC，FiedlerJ，etal.MicroRNA-21contributestomyocardialdiseasebystimulatingMAPkinasesignallinginfibroblasts[J].Nature，2008，456（7224）：980-984.

[14]ZorioE，MedinaP，RuedaJ，etal.InsightsintotheroleofmicroRNAsincardicdiseases：frombiologicalsignalingtotherapeatictargets[J].CardiovascHematolAgentsMedChem，2009，7（1）：82-90.

[15]PuceatM.Pharmacologicalapproachestoregenerativestrategiesforthetreatmentofcardiovasculardiseases[J].CurrOpinPharmacol，2008，8（8）：189-192.

[16]GomezA，IngelmanSM.Pharmacoepigenetics：itsroleininterindividualdifferencesindrugresponse[J].ClinPharmacolTher，2009，85（4）：226-230.

[17]TuranN，KatarS，CoutifarisC，etal.Explaininginterindividualvariabilityinphenotype：isepigeneticsuptothechallenges?[J].Epigenetics，2010，5（1）：16-19.

反向遗传学研究方法篇2

关键词：少数民族；非物质文化遗产；研究综述

中图分类号：F205文献标志码：A文章编号：1673-291X（2013）23-0122-04

少数民族非物质文化遗产（以下简称非遗）是少数民族智慧的结晶，在其历史文化发展过程中占有十分重要的地位。近年来，关于我国少数民族非遗的研究成果颇为丰富，民族学、教育学、文化学等多学科的渗透与交叉性的研究居多。笔者检索了“中国知识资源总库”中3个主要数据库2005—2013年的相关文献，其中，以篇名“少数民族非遗”共检索出文献135篇，分别在“中国学术期刊全文数据库”检索出120篇，在“中国优秀硕士学位论文全文数据库”检索出12篇，在“中国博士学位论文全文数据库”检索出3篇。通过对这些文献的梳理和分析，本文围绕在研究中理论界比较关注的几个问题进行综述和简要评析，力图呈现理论界对该命题的研究状况及研究特点。

一、关于少数民族非遗的概念界定

关于少数民族非遗的概念，对其进行界定的学者不多。韩小兵将目前有关“少数民族非遗”的几种主要学理解释归纳概括为以下三类：一是“综合文化体系”说，主要指产生并流传于我国55个少数民族中的，与各少数民族生活密切相关、世代相传的综合性文化体系；二是“表现手法特征”说，特指由少数民族创造的，以声音、形象和技艺为表现手法，依靠特定民族、特定人的展示而存在的“活”的遗产；三是“公约定义套用”说，是“非遗”的下位概念，是指被各少数民族视为其文化遗产的各种实践、表演、表现形式、知识和技能及其有关工具、实物、工艺品和文化场所[1]。

上述三种说法中，“公约定义套用”说较为常用，即少数民族非遗是非遗的分支，在内涵与范围两方面与非遗的内在意蕴相同，而在其特征等方面更注重表现少数民族的特色与风格，是借助特定物质载体和表现形式所表现的该少数民族的历史文化信息利益。

二、关于少数民族非遗的特征与价值

（一）少数民族非遗的特征研究

对于少数民族非遗的总体特征，覃志鹏指出，少数民族非遗在文化变迁与传承中显露自己特有的时代特征，具有现实生活性、民间地域性、以人为主要载体、生态性与濒危性等特征，这些特征要素互相关联，有机地存活于民族群体之中，体现了丰富久远的文化蕴涵[2]。韩小兵指出，少数民族非遗具有活态遗产性、民间传承性、环境依存性、口传身授性等非遗的一般特征，同时具有源生主体归属上的特殊性，即归属于相应的少数民族，而且与汉族非遗存在表象与特质差异，即在表现形态上更具有多样性，普遍具有异于主流文化的构成要素，具有更强的濒危性[3]。还有很多学者针对特定地域的少数民族非遗特征进行了研究，除具有共性以外，大多具有独特的地域特征。

（二）少数民族非遗的价值研究

对于少数民族非遗的价值，张世均从总体上指出，少数民族非遗在为增强中华民族的凝聚力、建立和谐社会、加强国际合作与交流方面发挥着重要的社会价值；在丰富中华民族文化的内容、体现中华民族传统文化的多样性与民族的审美、艺术价值方面发挥着重要的文化价值；在科学认识与研究方面发挥着重要的科学价值；在民族旅游资源利用和旅游产业发展中发挥着重要的经济价值[4]。郭剑英，余晓萍从地域的角度指出，四川西部少数民族地区非遗的价值体现在多个方面，主要有社会价值、文化价值、科学价值、旅游价值[5]。

三、关于少数民族非遗的保护与传承

少数民族非遗的保护是学者们关注的热点问题。综合来看，主要集中于保护现状和保护措施两方面的研究。

（一）保护现状研究

近几年来，我国政府抢救和保护少数民族非遗方面取得了十分显著的成绩，但同时也存在一些问题，面临一些困境。汪立珍认为，20世纪50年代至20世纪末，我国少数民族非遗挖掘保护工作隐藏着不足与缺憾：一是挖掘保护工作没有一个系统持续的计划，断裂现象十分严重；二是挖掘保护的方法、手段单一[6]。乌丙安指出，相对说来偏重于文化表现形式类遗产的保护，对民间传统的文化空间类遗产的有效保护有所忽略[7]。陈莉指出，虽然我们已开始着手对少数民族非遗进行保护，但还是有许多被改造成文化消费品，失去文化遗产的内在精神，进而在保护中走向消亡[8]。覃志鹏指出，我国少数民族非遗的保护实践存在着许多问题：保护意识淡薄；不但保护主体缺乏统一性和协调性，而且不时出现单纯的保护文化碎片现象；竞争力在比较中呈现不断弱化的趋势；相关法制建设相对滞后[2]。

（二）保护措施研究

关于少数民族非遗保护措施的研究，主要体现在五个研究视角：

一是从总体上提出保护举措。祁庆富指出，存续“活态传承”是衡量非遗保护方式合理性的基本准则[9]。乌丙安认为，民俗文化空间是非遗保护的重中之重[7]。覃志鹏提出了树立保护意识、发挥政府主导作用、逐步实现产业化等重要举措[2]。罗正副提出了对无文字民族非遗保护的思路和方案[10]。赵艳喜提出了非遗的整体性保护理念，即涵盖非遗本体、相关环境和人这三项要素，从历时性和共时性（时间向度和空间维度）对非遗进行的综合、立体、系统性保护[11]。张晓萍、李鑫基于文化空间理论的视角提出，传承与发展非遗的有效途径是符合时代特征的“动态保护”[12]。吴兴帜从文化生态区的理念出发，探寻了非遗保护与传承的道路，为非物质文化能够继续活态的、原真性的存续提供一种方法论视角[13]。韩成艳认为，非遗的保护必须落实在特定社区[14]。

二是从立法方面提出保护举措。祁庆富指出，立法是抢救与保护口头与非遗的根本措施[9]。黎明认为只有通过法律手段调整涉及少数民族非遗的社会关系，依法确立与制定少数民族文化遗产保护的正确方向和措施，才能真正地起到有效的保护作用[15]。王培新指出，我国少数民族非遗的法律保护应遵循拯救第一、分层次保护的原则[16]。高燕对少数民族非遗的自治立法进行了研究，指出自治立法应当坚持传统文化保护与民族地区经济社会发展相平衡的立法价值取向，注重动态保护与静态保护的结合，根据自治层级和民族地区实际，科学合理选择立法模式，并加强与相关法律法规的协调、衔接[17]。周超指出，社区参与是非遗国际法保护的基本理念。还有一些学者针对特定地域少数民族非遗的法律保护提出了一些思路[18]。

三是从保护主体的视角提出针对传承人的保护举措。如今，依靠传承人进行非遗保护，是行之有效的办法之一。尹凌、余风指出，非遗传承人是完成非遗保护这一使命的重要文化因子，并针对目前传承人保护存在的问题，提出了从保护传承人到培养继承人这一创新思路[19]。郑土有指出，在非遗保护过程中，在对核心传承人进行重点保护的同时，还应该重视“群体”传承人的培养，而“群体”传承人培养的核心是儿童，在这方面日本的做法值得借鉴[20]。郎玉屏指出，传承人是少数民族非遗有效传承的首要因素，要增强少数民族青少年民族认同，使其愿意并欣然传承本民族的文化[21]。陈静梅、文永辉基于贵州的田野调查，提出了传承人的分类保护举措[22]。

四是从教育传承视角提出保护举措。汪立珍认为，把少数民族非遗纳入教育体系是保护、开发、传承少数民族非遗的重要手段与途径，并从教育思想、教学方式、教学内容等方面提出要特别注意的问题[6]。吴正彪指出，少数民族非遗要得到科学的传承与保护，民、汉双语教育是一个必不可少的重要手段[23]。普丽春也指出，学校教育是少数民族非遗保护和传承工作中不可或缺的重要力量，并提出了一些具体观点[24]。张丽萍认为，少数民族地区高校参与非遗教育传承，既是非遗传承的需要，也是高校职能体现的需要，并提出了几条高校加强教育传承的具体措施[25]。

五是从其他角度提出保护举措。一是数字化保护举措。蔡群，任荣喜、邱望标认为，采用数字化多媒体技术，如通过对文化遗产相关的文字、图像、声音、视频及三维数据信息进行数字化保存、组织和存储来实现对遗产的保护，可以实现对贵州非遗的快速有效地保护[26]。二是博物馆、图书馆、档案馆保护举措。叶建芳认为，保护民族地区非遗是民族博物馆的主要职责与功能，应通过各种方式抢救、保护、创新和发展民族非遗[27]。李树林提出，民族地区图书馆应责无旁贷承担起保护非遗的使命，发挥自身优势，应用现代科技手段，普查采集、保存利用、传播展示非遗，实现人类民族文化遗产资源的共享。胡芸、顾永贵就如何做好民族民间非遗档案管理工作进行了讨论[28]。

四、关于少数民族非遗的开发利用

少数民族非遗的开发利用一直是学术界争论的话题。有赞成的，也有反对的。

（一）总体思路研究

陈廷亮认为，对少数民族的非遗资源的开发利用，只要坚持“保护为主、抢救第一、合理利用、传承发展”的十六字方针，适度合理进行开发利用，不但能使少数民族非遗产生经济效益，而且对其本身的活态保护与传承也大有裨益。并选择湘西、湖北少数民族非遗为例，强调指出，少数民族非遗的产业开发没有也不能是一个统一的模式，应该根据不同类别的非遗制定不同的开发模式[29]。

（二）旅游开发研究

对于旅游开发与非遗保护的关系研究，很多人认为旅游开发破坏了少数民族“非遗”的生态环境，也有人认为适度的旅游开发可以促进少数民族“非遗”的保护。肖曾艳认为，旅游开发可以促进遗产保护，遗产保护好后反过来可以提升旅游开发层次，从而形成旅游开发和遗产保护的良性互动[30]。周丽洁指出，非遗的保护已不再是静态的抢救与整理，并以湘西地区为个案说明以旅游为媒介，在尊重旅游者、旅游目的地民族成员意愿的原则下，文化重构是保护非遗行之有效的路径[31]。陈炜、杨曼华在剖析旅游开发与非遗保护关系的基础上，结合当前西部地区非遗旅游开发的实践，指出对非遗旅游开发进行适宜性评价是应时之需，符合各利益相关体的需要[32]。

对于非遗的旅游开发应采取保护性开发模式，这一点学者们都达成了共识。张博、程圩指出，实现文化旅游视野下的非遗的保护与开发，必须了解非遗的特性，并基于其特征分析，提出了非遗的可持续发展的基本原则[33]。黄继元指出，云南非遗旅游开发中存在过度开发、碎片式开发、孤立式开发等一系列问，必须采取“完善建立管理机制和政策法规监督体系”、“加强理论研究和科学规划”、“重视人这一核心载体的保护和提高”等一系列对策[34]。王汝辉以四川省理县桃坪羌寨为例，对非遗在民族村寨旅游开发中的特殊性进行了研究，并提出了可持续利用的对策[35]。韩富贵在研究非遗保护传承和旅游资源开发的契合点基础上，探索性地提出了基于旅游资源开发的非遗生产性保护模式，即“专题展演”模式、“沿途文化生态保护区”模式、“主题公园”模式、“旅游纪念品开发生产”模式[36]。

（三）其他开发利用途径研究

在非遗其他开发利用途径的研究中，李昕认为，西部地区丰富的非遗是文化产业发展重要的文化资本，探索将资源优势转化为产业优势的途径是极其重要[37]。王松华认为，在少数民族非遗保护利用过程中，通过产业化的手段寻求非遗在新的环境下传承与传播的市场空间，并借市场化的机会扩大规模与集聚资金，实现非遗存续与发展的良性循环[38]。谭志国以土家族为个案，针对非遗本身所具有的可位移性和可展示性的先决条件，提出了会展项目保护与开发这一新模式[39]。

五、关于少数民族非遗的个案研究

近年来，也有很多学者分别选择一些个案进行了研究，一类集中在具体某个少数民族的非遗研究，一类集中在具体某一类型非遗的研究。在第一类研究中，学者们主要结合各个民族自身在长期历史发展过程中所形成的非遗特点、类型进行研究，并在探讨其保护现状的基础上，提出针对性的保护对策。在第二类研究中，主要采用历时性与共时性相结合的动态分析路径，将非遗进行民间工艺、民间美术、民间舞蹈、民间音乐、文化空间、民间文学等门类划分，选择其中的某一项具体个案，结合相关的田野调查，探讨该项非遗传承保护的现状、影响因素及变迁原因，并提出一些具体的保护和发展举措。

六、研究述评

从以上研究综述可以看出，关于少数民族非遗的研究已经成为学界们关注的热门问题之一，而且其研究现状主要呈现出以下几个特点：

1.从观点上来看，少数民族非遗是非遗的分支，在内涵与范围两方面与非遗的内在意蕴相同，但更注重表现少数民族的特色与风格。不论是哪一类少数民族非遗，都是有着生命力的活态文化，其保护不是要把它封闭在一个既往的历史时空点上，也并非是一种书斋里的历史研究或者仅仅给博物馆提供某种展品，而是文化建设系统工程中的一个有机组成部分。要在既不改变其按内在规律自然衍变的生长过程，又不影响其未来发展方向的前提下，尽可能寻找开发式保护途径，而且要逐步构建起完善的保护体系。

2.从研究方法来看，关于这一问题的研究是理论研究与实证研究并存。少数民族非遗的保护和传承是一个理论和实践意义都很强的论题，大多数学者能充分契合这一特点，既能广泛运用人类学、民族学、社会学和旅游学的相关理论开展研究，而且非常注重田野调查，并将理论运用于实践的指导。

3.从研究对象来看，关于这一问题的研究既有从宏观视角，以整个少数民族非遗的保护与传承为研究对象；也有从微观视角选择具体某一个少数民族或是某一具体类型的少数民族非遗进行个案研究。

总之，目前我国关于少数民族非遗保护与开发的理论研究虽取得了一些成果，但与实践工作相比，相对概念化和程式化的研究还显得有些滞后，真正有创见的、富有开拓性的研究成果甚少。今后，我们应该密切关注实践，通过跨学科的互动与对话，拓宽视野，努力提炼出富有创新性的理论和方法，使关于少数民族非遗的研究走向纵深发展。

参考文献：

[1]韩小兵.少数民族非遗概念界定及其法律意义[J].北京政法职业学院学报，2010，（4）.

[2]覃志鹏.论少数民族非遗保护[J].广西社会主义学院学报，2008，（3）.

[3]韩小兵.中国少数民族非遗法律保护基本问题研究[D].北京：中央民族大学，2010.

[4]张世均.我国少数民族非遗的价值[J].西南民族大学学报：人文社科版，2007，（7）.

[5]郭剑英，余晓萍.非遗价值评价——以四川西部少数民族地区为例[J].乐山师范学院学报，2009，（4）.

[6]汪立珍.少数民族非遗的保护与教育[J].民族教育研究，2005，（6）.

[7]乌丙安.民俗文化空间：中国非遗保护的重中之重[J].民间文化论坛，2007，（1）.

[8]陈莉.非遗的保护与开发利用[J].贵州民族研究，2007，（2）.

[9]祁庆富.存续“活态传承”是衡量非遗保护方式合理性的基本准则[J].中南民族大学学报：人文社会科学版，2002，（10）.

[10]罗正副.文化传承视域下的无文字民族非遗保护省思[J].贵州社会科学，2008，（2）.

[11]赵艳喜.论非遗的整体性保护理念[J].贵州民族研究，2009，（6）.

[12]张晓萍，李鑫.基于文化空间理论的非遗保护与旅游化生存实践[J].学术探索，2010，（6）.

[13]吴兴帜.文化生态区与非遗保护研究[J].广西民族研究，2011，（4）.

[14]韩成艳.非遗作为公共文化的保护——基于对湖北长阳县域实践的考察[J].思想战线，2011，（3）.

[15]黎明.论我国少数民族非遗保护的法源问题[J].民族研究，2007，（3）.

[16]王培新.我国少数民族非遗法律保护原则[J].中央社会主义学院学报，2008，（3）.

[17]高燕.少数民族非遗保护的自治立法研究[J].西南民族大学学报：人文社会科学版，2011，（7）.

[18]周超.社区参与：非遗国际法保护的基本理念[J].河南社会科学，2011，（2）.

[19]尹凌，余风.从传承人到继承人：非遗保护的创新思维[J].江西社会科学，2008，（12）.

[20]郑土有.非遗保护中的“儿童意识”——从日本民俗活动中得到的启示[J].江西社会科学，2008，（9）.

[21]郎玉屏.现代化进程中少数民族非遗传承研究[J].西南民族大学学报：人文社科版，2009，（10）.

[22]陈静梅，文永辉.轮少数民族非遗传承人的分类保护——基于贵州的田野调查[J].广西民族研究，2012，（4）.

[23]吴正彪.论双语教育在传承与保护少数民族非遗中的重要作用[J].民族教育研究，2010，（2）.

[24]普丽春.论学校传承少数民族非遗的教育[J].当代教育与文化，2010，（1）.

[25]张丽萍.少数民族地区高校教育传承非遗分析[J].边疆经济与文化，2012，（1）.

[26]蔡群，任荣喜，邱望标.贵州少数民族非遗的数字化保护方法研究[J].贵州工业大学学报：自然科学版，2007，（4）.

[27]叶建芳.民族博物馆与民族非遗保护——以广西民族博物馆为例[J].广西社会主义学院学报，2009，（2）.

[28]胡芸，顾永贵.如何做好民族民间非遗档案管理工作[J].中国档案，2008，（5）.

[29]陈廷亮.湘西少数民族非遗开发利用的可行性与基本模式分析[J].民族论坛，2009，（10）.

[30]肖曾艳.非遗保护与旅游开发的阶段性互动分析——以湖南虎形山花瑶乡的非遗为例[J].云南地理环境研究，2008，（2）.

[31]周丽洁.非遗与文化重构——以发展旅游背景下的湘西地区为例[J].求索，2010，（4）.

[32]陈炜，杨曼华.论西部地区非遗旅游开发适宜性评价的必要性与可行性[J].社会科学家，2011，（2）.

[33]张博，程圩.文化旅游视野下的非遗保护[J].人文地理2008，（1）.

[34]黄继元.云南省非遗旅游开发研究[J].旅游研究（季刊），2009，（4）.

[35]王汝辉.非遗在民族村寨旅游开发中的特殊性研究——以四川理县桃坪羌寨为例[J].贵州社会科学，2010，（11）.

[36]韩富贵.基于旅游资源开发的非遗生产性保护模式研究[J].四川民族学院学报，2011，（1）.

[37]李昕.非遗：文化产业发展重要的文化资本[J].广西民族研究，2008，（3）.

[38]王松华.产业化视角下的非遗保护[J].同济大学学报，2008，（1）.

[39]谭志国.土家族非遗会展活态保护新模式探析[J].广西民族大学学报：哲学社会科学版，2011，（3）.

[40]马宁.羌族非遗的现状及保护对策——以阿坝藏族羌族自治州为例[J].广西民族大学学报：哲学社会科学版，2007，（3）.

ResearchreviewoftheintangibleculturalheritageofethnicminoritiesinChina

DENGXiao-yan1，2

（1South-CentralNationaliyUniversity，Wuhan430074，China；2HubeiEconomycollege，Wuhan430205，China）

反向遗传学研究方法篇3

关键词：生物科学遗传学教学内容重复

中图分类号：G642.3文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.020

遗传学是研究生物遗传和变异规律的一门科学。它是现代生命科学教学中最重要的主干课程之一，是高等院校生物科学等相关专业必修的专业基础课。现今，遗传学正以极快的速度向前发展，并不断渗透到其它生物、医学学科，这使得原本在遗传学中讲授的内容也同时出现在其他课程的教学内容中。这种现象反映了遗传学在生命科学中的核心地位，也凸显了高校遗传学教学所面临的教学内容重复问题。事实上，为体现一门课程的系统性、完整性和先进性，在编写教材时，学科之间有关内容的相互渗透、交叉以至重复是不可避免的。但相同的内容在多门课程的课堂教学中反复出现会使学生失去学习兴趣，浪费宝贵的课时，使教学效率大打折扣。本文将对该问题进行分析，并提出一些对策供同行讨论。

1遗传学与其它课程教学内容重复的具体表现

目前，我国各大专院校生物、医药、农林等专业均开设有遗传学。虽然不同专业的教学重点有所不同，但核心内容相对统一。遗传学是笔者所在学院生物科学等专业本科生的一门必修课，这门课的任务是：引导学生牢固掌握遗传学最重要的基本原理，熟悉各分支学科的主要理论与研究方法，了解遗传学的重大理论与技术进展，熟悉遗传学研究技术与实验装备，为学生毕业后在本学科以及相关学科中的发展打下坚实的基础。

除遗传学外，我院还为生物科学专业的学生开设有细胞生物学、分子生物学、基因工程、生物化学、微生物学等专业必修课。我们选用的遗传学教材的内容基本上涵盖了遗传学的各个发展阶段，其中，遗传物质的细胞学和分子基础、染色体的结构变异、基因突变与DNA损伤修复、原核生物和真核生物基因表达的调控等章节[1]与上述几门课程的教学内容分别存在着不同程度的交叉（表1），有的甚至是其它课程的重点内容。尤以分子生物学、基因工程这两门课的教学内容与遗传学的相似度最高，这三门课几乎都重复着共同的遗传学问题――遗传物质的结构、复制、转录、翻译、调控、突变、重组等。另外，我院生物科学专业细胞生物学、分子生物学的开课时间与遗传学相同，这使得遗传学教学内容重复的问题更加突出。

表1遗传学教学内容在其它课程中的分布

2问题的根源

其它课程的教学内容与遗传学出现重复并不是偶然的，这种局面的形成与遗传学自身的发展特点及其学科内涵有很大的关系。

遗传学的研究进程按照不同历史时期的学术水平和工作特点，大体上可划分为经典遗传学、生化遗传学、分子遗传学、基因工程学、基因组学和表观遗传学等数个既彼此相对独立又前后互相交融的不同发展阶段[2]。如果以半个多世纪前Watson和Crick提出DNA双螺旋结构为界，也可以简单的将整个遗传学的发展过程划分为经典遗传学（classicalgenetics）和分子遗传学（moleculargenetics）两大阶段：经典遗传学以孟德尔遗传学为基础，主要研究性状在系谱中的传递，即基因在亲代和子代之间的传递问题；分子遗传学则是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支，主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。

在整个遗传学的发展史上，分子遗传学的地位无疑是相当重要的。它的兴起使遗传学的面貌焕然一新，既系统地继承和发展了经典遗传学和生化遗传学的研究脉络，又全面地影响并渗透到后继学科的各个领域。从内容上来看，分子遗传学与分子生物学的学科界限十分模糊。通过对上述课程教学内容的分析我们也不难发现，那些重复的内容有相当一部分是分子遗传学范畴的。另外，由于生化遗传学和早期的分子遗传学研究都以微生物为材料，因此遗传学与微生物学、生物化学之间必然存在着千丝万缕的联系。而基因工程学、基因组学本身就是现代遗传学的分支学科，它们成为生物科学专业的必修课或进入课堂教学是高校课程设置不断细化和专业化的结果，也难免会与同时开设的遗传学存在教学内容上的重叠。

3解决教学内容重复问题的对策

教学内容重复无疑会影响教学效果。我们通过实践发现，从授课内容本身、教师和学生、以及教学方法等环节入手，能够有效地避免重复对教学带来的不利影响。

3.1合理调整教学内容

近些年来，同行们在遗传学教学内容的调整上作了大量的改革和探索。常见的做法是根据自己的理解及理论专长跳跃式地分割讲授，或根据自己的经验对教学内容做出取舍，甚至有人提出只讲经典遗传学而放弃分子遗传学。上述做法并不能有效地解决遗传学的教学内容重复问题，相反会造成教学不成体系的局面，对“教”和“学”都很不利[3]；而如果无视教学内容重复的存在，贪多求全、面面俱到，对所有内容蜻蜓点水般逐一讲解，又无法实现大学遗传学教学深度和难度的提升。

我们认为，对遗传学教学内容进行删减是必要的，但必须遵循遗传学的发展历史和保持其完整的知识结构体系，不能大刀阔斧整章删除，而应在重复章节内部进行微调，具体做法包括：精简繁杂冗长的内容，下放学生能看懂的内容（自学），突出基础性、应用性的内容，增加前瞻性的内容等。这就要求教师有较高的遗传学理论修养，准确把握各章节特别是重复内容在整个遗传学教学体系中的地位，做好教学内容的层次划分，根据层次选择不同的授课侧重点。

3.2加强授课教师之间以及师生间的协调沟通

教学内容重复已成为遗传学等课程授课教师的共识，对各自的教学内容进行删减无疑成了最简单、最常用的一种解决方法。但如果大家在没有交流的情况下对同样的内容都作了删除，重复的内容反而会变成被遗忘的内容。因此，积极促成遗传学与其他相关课程任课教师间的沟通十分必要。

我们认为，集体备课是教师之间进行相互沟通的一种有效形式。通过这种方式，相关课程的教学人员能够坐下来共同研究教学内容，在“知己知彼”的基础上协调、统筹各自的授课章节，明确重复内容的教学分工，制订满足包括遗传学在内的多门课程教学需要的授课计划，做到各有侧重而又不失体系的完整性。这不仅可避免实际教学过程中的低级重复，还能保证课程之间的相互衔接，有助于学生顺利地掌握所有课程的教学内容。另一方面，还应当加强授课教师和学生之间的课内外交流。如：教师可在开课前召开师生座谈会，了解所教班级学生对重复内容的掌握情况；开课后则根据学生的反馈，随时调整教学方案。

3.3优选教学方法

为了保持遗传学完整的知识结构体系，所谓的重复内容不但不可不讲，而且还要下功夫选择合适的教学形式或方法来讲。对于在其他课程已深入学过而在遗传学中只需一般了解的内容，通过简单的问答引导学生回顾这部分内容即可；对于对遗传学新知识点有重要铺垫作用的其他课程的基础性知识，可采取布置学生课前或课中自学、再集中小结的方法帮助学生巩固复习之，还要注意从遗传学的角度阐明同一知识点，突出遗传学的学科特色；对于其他课程仅略有涉及但在遗传学中须进一步加深了解的内容，宜先勾起学生对这部分知识的点滴回忆，同时指出学生现有知识的不足，从而激发他们的求知欲，然后顺理成章地讲下去，在学生的高度关注中完成该知识点在遗传学中的深入讲授；对于一些有特殊作用的重复内容，则要综合运用多种教学方法将其讲好讲透，如：减数分裂在遗传学和细胞生物学的教材中均有详细的描述，属于重复的教学内容，但却是理解遗传的连锁交换和重组的一把钥匙；在整个遗传学的教学过程中，应反复多次向学生强调和提及减数分裂过程中的染色体行为，将这部分知识迁移和渗透整合进连锁遗传分析、真核生物遗传分析、细菌和病毒的遗传分析等多个章节，使枯燥难懂的遗传学分析过程变得易于理解，让重复的内容为新的知识点和教学难点服务。

此外，遗传学与其他课程之间还可以开展合作教学。如：我们尝试将遗传学和细胞生物学这两门专业基础课的实验课合二为一，以综合性大实验的形式开设，从而将遗传学和细胞生物学关联起来，有助于学生从整体上把握这两门课程，实现了教学资源的整合，提高了教学效率，较好地化解了教学内容重复的问题。

4结语

遗传学与多门课程教学内容的重复是客观存在的，随着生物科学专业课程设置专业化程度的提高，这种局面将变得愈来愈突出。因此，调整遗传学教学内容势在必行。但无论进行怎样的调整，都必须遵循遗传学的发展历史、保持基础遗传学完整的知识结构体系。作为遗传学的授课教师，既要关心遗传学研究的最新动态，又要加强对遗传学理论体系的整体把握和理解，只有这样才能合理有效地解决遗传学教学内容重复的问题，从而节约教学资源，提高专业课教学质量。

参考文献：

[1]戴灼华，王亚馥，粟翼玟.遗传学[M].高等教育出版社，2008.

[2]吴乃虎.基因工程原理[M].科学出版社，1998.

[3]程焉平，刘春明，王洪振.尊重教学规律，保持遗传学教学的系统性[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2007，（2）：82-84.

作者简介：袁茵（1981-），女，河南开封人，研究生，讲师，从事遗传学教学工作，广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州510006

陆幸妍，广东药学院生命科学与生物制药学院，广东广州510006

反向遗传学研究方法篇4

【摘要】系统介绍了遗传标记从形态学标记到分子遗传标记的发展过程,着重介绍了DNA分子标记RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP;SSCP;DDF;CAPS等及其研究进展与应用.

【关键词】分子标记；RFLP；RAPD；AFLP；SSR；SNP；SSCP;DDF;CAPS

根据Kinnaird(1983)等学者的定义，遗传标记是指一些具有简单遗传方式的等位基因或遗传物质。纵观用于多样性检测的标记包括早期易于鉴定的形态和生理性状，50年代中期开始研究的血型(红细胞抗原和白细胞抗原类型等免疫性状)和蛋白质变异等生化性状及80年代开始发展起来的多种DNA分子标记。遗传标记主要分为形态学标记、细胞学标记、生化标记、免疫学标记和DNA分子标记5种类型。理想的遗传标记应具备多态性高、遗传稳定、遗传行为简单、能检测整个基因组、不受内外环境影响、开发成本和使用成本尽量低廉、在实验室内和实验室间重复性好等基本特征。DNA分子标记是DNA水平上遗传变异的直接反映，最能稳定遗传且信息量大，许多多态性标记在非编码区表现选择“中性”不受内外环境影响，与基因表达与否无关，检测迅速，操作也方便，因此DNA分子标记是最理想的遗传标记。［5］

1形态学标记(MorphologicalMarkers)形态学标记是人们最早利用的遗传标记，早在19世纪中期孟德尔在著名的豌豆实验，就首次将豌豆形态形状作为遗传标记应用，是生物特定的肉眼可见的特征特性，由于简单直观易于观察，长期以来用于物种的分类及鉴定。［5］

2细胞学标记(CytologicalGeneticMarkers)细胞遗传标记是指对处理过的动物个体染色体数目和形态进行分析，主要包括：染色体核型和带型及缺失、重复、易位、倒位等。［1］

3生物化学标记(BiochemicalGeneticMarkers)生化遗传标记是以动物体内的某些生化性状为遗传标记，主要指血清蛋白、血型及同工酶。［3］

4免疫学标记(ImmuneGeneticMarkers)免疫学标记是以动物的免疫学特征为遗传标记，主要指：红细胞抗原、白细胞抗原、胸腺细胞抗原等。［4］

5DNA分子标记(DNAMolecularGeneticMarkers)

DNA分子作为遗传信息的载体,除具有较高遗传稳定性外,在诸多的生物大分子中,较蛋白同功酶等还有较高的化学稳定性。由于DNA分子所载信息量巨大,并且相对稳定,PCR术具有高效和特异性强等特点。以下是DNA分子遗传标记技术的几种常用方法。［6］

5、1限制性片段长度多态性（RFLP）：1974年Grodzicker等创立了(RFLP)技术，它是一种以DNA―DNA杂交为基础的第一代遗传标记。RFLP的基本原理是物种的基因组DNA在限制性内切酶的作用下在特定的核苷酸顺序上切割，得到大小不等的DN段，用DNA探针检测，构成多态性图谱，这种多态可以反映种内及种间的变异从而达到鉴别的目的。RFLP标记位点数量不受限制，通常可检测到的基因座位数为1―4个。克隆可表现基因组DNA多态性的探针较为困难这是RFLP技术也受到限制的一个因素，另外，实验操作较繁锁，成本费用很高，检测周期长，也限制了此技术的发展。自RFLP问世以来，已经在基因定位及分型、遗传连锁图谱的构建、疾病的基因诊断等研究中仍得到了广泛的应用。已报道的关于药用植物的RFLP研究主要选用新鲜的动植物材料，因为RFLP要求DNA分子保存完整，使用新鲜材料便于DNA的提取和研究。［7］数目可变串联重复多态性(VariableNumberofTandemRepeats，VNTR)基本原理与RFLP大体相同，只是对DNA探针和限制性内切酶有特殊要求。数目可变串联重复序列又称小卫星DNA(MinisatelliteDNA)，是一种重复DNA小序列，为10到几百核苷酸。其对DNA探针和限制性内切酶的有很特殊要求。

5、2随机扩增多态性（RAPD或AP-PCR）RAPD技术是1990年由Wiliam和Welsh等人利用PCR技术发展的检测DNA多态性的方法。RAPD或AP-PCR的原理是采用合成的较短的单个随机引物（一般为8―10bp），利用基因组DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下，在一定的复性温度条件下进行非特异性的PCR扩增，扩增片段多态性便反映了基因组相应区域的DNA多态性。RAPD所使用的引物各不相同，但对任一特定引物，它在基因组DNA序列上有其特定的结合位点，一旦基因组在这些区域发生DAN片段插人、缺失或碱基突变，就可能导致这些特定结合位点的分布发生变化，从而导致扩增产物数量和大小发生改变，表现出多态性。RAPD可用于对整个基因组DNA进行多态性检测，也可用于构建基因组指纹图谱。RAPD技术简单，检测速度快；成本较低；不依赖于种属特异性和基因组结构，一套引物可用于不同生物基因组分析。但RAPD标记是一个显性标记，不能鉴别杂合子和纯合子；存在共迁移问题，RAPD技术中实验的稳定性和重复性差。

DNA扩增指纹印迹(DNAAmplificationFingerprintingDAF)DAF是一种改进的RAPD分析技术，DAF分析中所使用的引物浓度更高，长度更短(一般为5一8bp)，因此它能提供更多的的谱带信息。

序列特异性扩增区(Sequence―characterizedAmplifiedRegion，SCAR)是在RAPD技术基础上发展起来的一种技术，是将目标片段进行克隆并对其末端测序，根据RAPD片段两端序列设计特异的引物，对待检基因DNA片段再进行PCR特异扩增，把与原RAPD片段相对应的单一位点鉴别出来。SCAR标记是共显性遗传，待检DNA间的差异可通过有无扩增产物直接显示。SCAR标记方便、快捷、可靠，可以快速检测大量个体，结果稳定性好，重现性高。单引物扩增反应(SinglePrimerAmplificatipnReaction，SPAR)是与RAPD技术相似的一种标记技术，只用一个引物，但所用的引物是在SSR的基础上设计的。这些引物能与SSR之间的间隔序列进行特异性结合，然后通过PCR技术扩增SSR之间的DNA序列，凝胶电泳分离扩增产物，分析其多态性。另外，还有一种与SPAR技术非常相似的标记技术，即ISTR(InverseSequence―taggedRepeat)技术，ISTR所用的引物是在反向重复序列基础上设计的，PCR扩增的是反向重复序列之间的序列。

5、3扩增片段长度多态性（AFLP）是1993年荷兰科学家Zbaeau和Vos发展起来的一种检测DNA多态性的一项新技术，是RFLP与PCR相结合的产物，它既有RFLP的可靠性，又有RAPD的方便性.是新一代分子标记技术,,只需极少量的DNA材料,不需要Southern杂交,不需要预知DNA的顺序信息,实验结果稳定可靠。其基本原理是基因组DNA先用限制性内切酶酶切后的限制性片段两端在T5连接酶作用下与特定的接头连接,形成一个带接头的特异片段,通过接头序列和相邻的限制性位点序列作为引物结合位点,进行PCR扩增，由于引物的合成具有特异性,从而使扩增产物也具有特异性，PCR产物变性后,含尿素的聚丙烯酰胺变性胶上电泳,分离扩增的DN段,经放射自显影(X线片感光)或银染或荧光技术,得到被扩增的DN段谱带,通过比较,即可找出不同样品DNA谱带的差异。［8］

5、4微卫星简单重复顺序标记(SSR)由Moore等于1991年创立微卫星DNA，又称微卫星标记。SSR标记的基本原理：根据微卫星序列两端互补序列设计引物，通过PCR反应扩增微卫星片段，由于核心序列串联重复数目不同，因而能够用PCR的方法扩增出不同长度的PCR产物，将扩增产物进行凝胶电泳，根据分离片段的大小决定基因型并计算等位基因频率。［10］

5、5单核苷酸多态性（SNP）是美国学者LanderE于1996年提出的第三代DNA遗传标记。指在基因组内DNA中某一特定核苷酸在位置上存在置换、插入、缺失等变化，从分子水平上对单个核苷酸的差异进行检测，而其中最少有一种等位基因在群体中突变频率不小于1%，人类基因组大约每1250bpSNP出现一次，已有2000多个标记定位于人类染色体，其标记在人群中只有两种等位型，故亦称双等位标记。SNP作为第三代分子标记，使用前景十分广泛。检测SNP的最佳方法是DNA芯片技术。随着DNA芯片技术的发展，其有望成为最重要最有效的分子标记技。［14］

5．6DNA单链构象多态性(SingleStrandConformationPolymorphism，SSCP)首先由Lee等用于研究自然微生物群体的多样性。在低温条件下，单链DNA呈现一种由内部分子相互作用形成的三维构象，它影响了DNA在非变性凝胶中的迁移率。相同长度但不同核苷酸序列的DNA由于在凝胶中的不同迁移率而被分离。根据条带位置变化来判断目的片段中是否存在突变。迁移率不同的条带可被银染或者荧光标记引物检测，然后用DNA自动测序进行分析。［11］

5．7双脱氧化指纹法(DideoxyFingerprints，ddF)是将双脱氧末端终止测序法与SSCP结合起来的分析技术，对由双脱氧末端终止的长短不一的单链DNA进行SSCP分析。［16］此方法克服了SSCP分析时因DNA长度影响SSCP显示的困难，通过一种双脱氧核昔酸生产特异性的单链DNA，使其中长度合适的DN段显示SSCP改变。如果目的片段存在一个突变，则所有大于某一大小对应于突主变位置的双脱氧终止片段无野生型系统，对于每一个突变有多次机会检测其迁移率改变，提高了检测突变的效率。

5．8酶切扩增多态性序列(CleavedAmplifiedPolymorphismSequences，CAPS)又称为PCR―RFLP，它实质上是PCR技术与RFLP技术结合的一种方法。［12］基本原理是利用己知位点的DNA序列资源设计出一套特异性的PCR引物(19―27bp），然后用这些引物扩增该位点上的某一DN段，接着用一种专一性的限制性内切酶切割所得扩增产物，凝胶电泳分离酶切片段，染色并进行RFLP分析。［15］

目前，分子标记技术已飞速发展，并被广泛应用于动植物的遗传研究中,取得了很多应用成果。分子标记技术的开发与研究是近年来分子生物学领域研究的热点。随着分子生物学理论与技术的迅猛发展，必将研发出信息量更大、成本更低、分析速度更快的分子标记技术。与此同时分子标记技术与电泳胶片分析自动化、提取程序化、信息(数据)处理计算机化的结合，必将加速遗传图谱的构建、基因克隆、基因定位、物种亲缘关系鉴别及与人类相关的致病基因的分析和诊断。

总结

遗传标记在遗传育种和遗传研究中有着重要的应用价值．随着分子生物技术的介人，特别是分子标记技术的发展和应用，对遗传学研究和遗传育种起到了巨大的推动作用，随着科学研究的不断进展，一些新型分子标记也将不断的出现并得到更好的应用［5］。

参考文献

［1］孙易，宋文芹，钟贻诚，等．用RAPD和AFLP的方法对中国卤虫(Artemia)种及亲缘关系的研究遗传学报2000，27(3)：210―218．

［2］汪永庆，徐来祥，张知彬．RAPD技术的标准化问题．动物学杂志，2000，35(5)：57―60．

［3］王倩．DNA分子标记在果树遗传学研究上的应用．遗传，2000，22(5)：339―355．

［4］刘昕分子标记技术新进展――以几种新型标记为例安徽农业科学2011.2365-66

［5］易怀容．单核苷酸多态性的研究技术．遗传，2001，23(5)：571一a76．

［6］朱伟铨，王义权．AFLP分子标记技术及在动物学研究中的应用．动物学杂志，2003，38(2)：101―107．

［7］朱玉贤，李毅．现代分子生物学．北京：高等教育出版社，2002．

［8］ProgressandapplicationofgeneticmarkersZHUYan，ZHOUGuo．1i，WuYu―hou，JINHai―guo2

［9］McVean,G.;Spencer,CC.;Chaix,R.PerspectivesonhumangeneticvariationfromtheHapMapProject.PLoSGenet.2005.

［10］RischN,MerikangasK.Thefutureofgeneticstudiesofcomplexhumandiseases.Science.1996;273:15161517.

［11］WangWY,BarrattBJ,ClaytonDG,ToddJA.Genome-wideassociationstudies:Theoreticalandpracticalconcerns.NatRevGenet.2005;6:109118.

［12］Farrall,M.;Morris,AP.Gearingupforgenome-widegene-associationstudies.HumMolGenet15.2005.pp.R157R162.

［13］FreedmanML,ReichD,PenneyKL,McDonaldGJ,MignaultAA,etal.Assessingtheimpactofpopulationstratificationongeneticassociationstudies.NatGenet.2005;36:388393.

［14］MarchiniJ,CardonLR,PhillipsMS,DonnellyP.Theeffectsofhumanpopulationstructureonlargegeneticassociationstudies.NatGenet.2005;36:512517.

［15］BarkerDL,HansenMS,FaruqiAF,GiannolaD,IrsulaOR,etal.Twomethodsofwhole-genomeamplificationenableaccurategenotypingacrossa2320-SNPlinkagepanel.GenomeRes.2005;15:901907.

反向遗传学研究方法篇5

关键词：人工神经网络遗传算法模拟退火算法群集智能蚁群算法粒子群算

1什么是智能算法

智能计算也有人称之为“软计算”，是们受自然（生物界）规律的启迪，根据其原理，模仿求解问题的算法。从自然界得到启迪，模仿其结构进行发明创造，这就是仿生学。这是我们向自然界学习的一个方面。另一方面，我们还可以利用仿生原理进行设计(包括设计算法)，这就是智能计算的思想。这方面的内容很多，如人工神经网络技术、遗传算法、模拟退火算法、模拟退火技术和群集智能技术等。

2人工神经网络算法

“人工神经网络”(artificialneuralnetwork，简称ann)是在对人脑组织结构和运行机制的认识理解基础之上模拟其结构和智能行为的一种工程系统。早在本世纪40年代初期，心理学家mcculloch、数学家pitts就提出了人工神经网络的第一个数学模型，从此开创了神经科学理论的研究时代。其后，frosenblatt、widrow和j.j.hopfield等学者又先后提出了感知模型，使得人工神经网络技术得以蓬勃发展。wWW.lw881.com

神经系统的基本构造是神经元(神经细胞)，它是处理人体内各部分之间相互信息传递的基本单元。据神经生物学家研究的结果表明，人的一个大脑一般有1010～1011个神经元。每个神经元都由一个细胞体，一个连接其他神经元的轴突和一些向外伸出的其它较短分支——树突组成。轴突的功能是将本神经元的输出信号(兴奋)传递给别的神经元。其末端的许多神经末梢使得兴奋可以同时传送给多个神经元。树突的功能是接受来自其它神经元的兴奋。神经元细胞体将接受到的所有信号进行简单处理(如：加权求和，即对所有的输入信号都加以考虑且对每个信号的重视程度——体现在权值上——有所不同)后由轴突输出。神经元的树突与另外的神经元的神经末梢相连的部分称为突触。

2.1人工神经网络的特点

人工神经网络是由大量的神经元广泛互连而成的系统，它的这一结构特点决定着人工神经网络具有高速信息处理的能力。人脑的每个神经元大约有103～104个树突及相应的突触，一个人的大脑总计约形成1014～1015个突触。用神经网络的术语来说，即是人脑具有1014～1015个互相连接的存储潜力。虽然每个神经元的运算功能十分简单，且信号传输速率也较低(大约100次/秒)，但由于各神经元之间的极度并行互连功能，最终使得一个普通人的大脑在约1秒内就能完成现行计算机至少需要数10亿次处理步骤才能完成的任务。

人工神经网络的知识存储容量很大。在神经网络中，知识与信息的存储表现为神经元之间分布式的物理联系。它分散地表示和存储于整个网络内的各神经元及其连线上。每个神经元及其连线只表示一部分信息，而不是一个完整具体概念。只有通过各神经元的分布式综合效果才能表达出特定的概念和知识。

由于人工神经网络中神经元个数众多以及整个网络存储信息容量的巨大，使得它具有很强的不确定性信息处理能力。即使输入信息不完全、不准确或模糊不清，神经网络仍然能够联想思维存在于记忆中的事物的完整图象。只要输入的模式接近于训练样本，系统就能给出正确的推理结论。

正是因为人工神经网络的结构特点和其信息存储的分布式特点，使得它相对于其它的判断识别系统，如：专家系统等，具有另一个显著的优点：健壮性。生物神经网络不会因为个别神经元的损失而失去对原有模式的记忆。最有力的证明是，当一个人的大脑因意外事故受轻微损伤之后，并不会失去原有事物的全部记忆。人工神经网络也有类似的情况。因某些原因，无论是网络的硬件实现还是软件实现中的某个或某些神经元失效，整个网络仍然能继续工作。

人工神经网络是一种非线性的处理单元。只有当神经元对所有的输入信号的综合处理结果超过某一门限值后才输出一个信号。因此神经网络是一种具有高度非线性的超大规模连续时间动力学系统。它突破了传统的以线性处理为基础的数字电子计算机的局限，标志着人们智能信息处理能力和模拟人脑智能行为能力的一大飞跃。

2.2几种典型神经网络简介

2.2.1多层感知网络(误差逆传播神经网络)

在1986年以rumelhart和mccelland为首的科学家出版的《paralleldistributedprocessing》一书中，完整地提出了误差逆传播学习算法，并被广泛接受。多层感知网络是一种具有三层或三层以上的阶层型神经网络。典型的多层感知网络是三层、前馈的阶层网络，即：输入层i、隐含层(也称中间层)j和输出层k。相邻层之间的各神经元实现全连接，即下一层的每一个神经元与上一层的每个神经元都实现全连接，而且每层各神经元之间无连接。

但bp网并不是十分的完善，它存在以下一些主要缺陷：学习收敛速度太慢、网络的学习记忆具有不稳定性，即：当给一个训练好的网提供新的学习记忆模式时，将使已有的连接权值被打乱，导致已记忆的学习模式的信息的消失。

2.2.2竞争型(kohonen)神经网络

它是基于人的视网膜及大脑皮层对剌激的反应而引出的。神经生物学的研究结果表明：生物视网膜中，有许多特定的细胞，对特定的图形(输入模式)比较敏感，并使得大脑皮层中的特定细胞产生大的兴奋，而其相邻的神经细胞的兴奋程度被抑制。对于某一个输入模式，通过竞争在输出层中只激活一个相应的输出神经元。许多输入模式，在输出层中将激活许多个神经元，从而形成一个反映输入数据的“特征图形”。竞争型神经网络是一种以无教师方式进行网络训练的网络。它通过自身训练，自动对输入模式进行分类。竞争型神经网络及其学习规则与其它类型的神经网络和学习规则相比，有其自己的鲜明特点。在网络结构上，它既不象阶层型神经网络那样各层神经元之间只有单向连接，也不象全连接型网络那样在网络结构上没有明显的层次界限。它一般是由输入层(模拟视网膜神经元)和竞争层(模拟大脑皮层神经元，也叫输出层)构成的两层网络。两层之间的各神经元实现双向全连接，而且网络中没有隐含层。有时竞争层各神经元之间还存在横向连接。竞争型神经网络的基本思想是网络竞争层各神经元竞争对输入模式的响应机会，最后仅有一个神经元成为竞争的胜者，并且只将与获胜神经元有关的各连接权值进行修正，使之朝着更有利于它竞争的方向调整。神经网络工作时，对于某一输入模式，网络中与该模式最相近的学习输入模式相对应的竞争层神经元将有最大的输出值，即以竞争层获胜神经元来表示分类结果。这是通过竞争得以实现的，实际上也就是网络回忆联想的过程。

除了竞争的方法外，还有通过抑制手段获取胜利的方法，即网络竞争层各神经元抑制所有其它神经元对输入模式的响应机会，从而使自己“脱颖而出”，成为获胜神经元。除此之外还有一种称为侧抑制的方法，即每个神经元只抑制与自己邻近的神经元，而对远离自己的神经元不抑制。这种方法常常用于图象边缘处理，解决图象边缘的缺陷问题。

竞争型神经网络的缺点和不足：因为它仅以输出层中的单个神经元代表某一类模式。所以一旦输出层中的某个输出神经元损坏，则导致该神经元所代表的该模式信息全部丢失。

2.2.3hopfield神经网络

1986年美国物理学家j.j.hopfield陆续发表几篇论文，提出了hopfield神经网络。他利用非线性动力学系统理论中的能量函数方法研究反馈人工神经网络的稳定性，并利用此方法建立求解优化计算问题的系统方程式。基本的hopfield神经网络是一个由非线性元件构成的全连接型单层反馈系统。

网络中的每一个神经元都将自己的输出通过连接权传送给所有其它神经元，同时又都接收所有其它神经元传递过来的信息。即：网络中的神经元t时刻的输出状态实际上间接地与自己的t-1时刻的输出状态有关。所以hopfield神经网络是一个反馈型的网络。其状态变化可以用差分方程来表征。反馈型网络的一个重要特点就是它具有稳定状态。当网络达到稳定状态的时候，也就是它的能量函数达到最小的时候。这里的能量函数不是物理意义上的能量函数，而是在表达形式上与物理意义上的能量概念一致，表征网络状态的变化趋势，并可以依据hopfield工作运行规则不断进行状态变化，最终能够达到的某个极小值的目标函数。网络收敛就是指能量函数达到极小值。如果把一个最优化问题的目标函数转换成网络的能量函数，把问题的变量对应于网络的状态，那么hopfield神经网络就能够用于解决优化组合问题。

对于同样结构的网络，当网络参数(指连接权值和阀值)有所变化时，网络能量函数的极小点(称为网络的稳定平衡点)的个数和极小值的大小也将变化。因此，可以把所需记忆的模式设计成某个确定网络状态的一个稳定平衡点。若网络有m个平衡点，则可以记忆m个记忆模式。

当网络从与记忆模式较靠近的某个初始状态(相当于发生了某些变形或含有某些噪声的记忆模式，也即：只提供了某个模式的部分信息)出发后，网络按hopfield工作运行规则进行状态更新，最后网络的状态将稳定在能量函数的极小点。这样就完成了由部分信息的联想过程。

hopfield神经网络的能量函数是朝着梯度减小的方向变化，但它仍然存在一个问题，那就是一旦能量函数陷入到局部极小值，它将不能自动跳出局部极小点，到达全局最小点，因而无法求得网络最优解。

3遗传算法

遗传算法（geneticalgorithms）是基于生物进化理论的原理发展起来的一种广为应用的、高效的随机搜索与优化的方法。其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换，搜索不依赖于梯度信息。它是在70年代初期由美国密执根（michigan）大学的霍兰（holland）教授发展起来的。1975年霍兰教授发表了第一本比较系统论述遗传算法的专著《自然系统与人工系统中的适应性》（《adaptationinnaturalandartificialsystems》）。遗传算法最初被研究的出发点不是为专门解决最优化问题而设计的，它与进化策略、进化规划共同构成了进化算法的主要框架，都是为当时人工智能的发展服务的。迄今为止，遗传算法是进化算法中最广为人知的算法。

近几年来，遗传算法主要在复杂优化问题求解和工业工程领域应用方面，取得了一些令人信服的结果，所以引起了很多人的关注。在发展过程中，进化策略、进化规划和遗传算法之间差异越来越小。遗传算法成功的应用包括：作业调度与排序、可靠性设计、车辆路径选择与调度、成组技术、设备布置与分配、交通问题等等。

3.1特点

遗传算法是解决搜索问题的一种通用算法，对于各种通用问题都可以使用。搜索算法的共同特征为：①首先组成一组候选解；②依据某些适应性条件测算这些候选解的适应度；③根据适应度保留某些候选解，放弃其他候选解；④对保留的候选解进行某些操作，生成新的候选解。在遗传算法中，上述几个特征以一种特殊的方式组合在一起：基于染色体群的并行搜索，带有猜测性质的选择操作、交换操作和突变操作。这种特殊的组合方式将遗传算法与其它搜索算法区别开来。

遗传算法还具有以下几方面的特点：

(1)遗传算法从问题解的串集开始嫂索，而不是从单个解开始。这是遗传算法与传统优化算法的极大区别。传统优化算法是从单个初始值迭代求最优解的；容易误入局部最优解。遗传算法从串集开始搜索，覆盖面大，利于全局择优。(2)许多传统搜索算法都是单点搜索算法，容易陷入局部的最优解。遗传算法同时处理群体中的多个个体，即对搜索空间中的多个解进行评估，减少了陷入局部最优解的风险，同时算法本身易于实现并行化。

(3)遗传算法基本上不用搜索空间的知识或其它辅助信息，而仅用适应度函数值来评估个体，在此基础上进行遗传操作。适应度函数不仅不受连续可微的约束，而且其定义域可以任意设定。这一特点使得遗传算法的应用范围大大扩展。

(4)遗传算法不是采用确定性规则，而是采用概率的变迁规则来指导他的搜索方向。

(5)具有自组织、自适应和自学习性。遗传算法利用进化过程获得的信息自行组织搜索时，硬度大的个体具有较高的生存概率，并获得更适应环境的基因结构。

3.2运用领域

前面描述是简单的遗传算法模型，可以在这一基本型上加以改进，使其在科学和工程领域得到广泛应用。下面列举了一些遗传算法的应用领域：①优化：遗传算法可用于各种优化问题。既包括数量优化问题，也包括组合优化问题。②程序设计：遗传算法可以用于某些特殊任务的计算机程序设计。③机器学习：遗传算法可用于许多机器学习的应用，包括分类问题和预测问题等。④经济学：应用遗传算法对经济创新的过程建立模型，可以研究投标的策略，还可以建立市场竞争的模型。⑤免疫系统：应用遗传算法可以对自然界中免疫系统的多个方面建立模型，研究个体的生命过程中的突变现象以及发掘进化过程中的基因资源。⑥进化现象和学习现象：遗传算法可以用来研究个体是如何学习生存技巧的，一个物种的进化对其他物种会产生何种影响等等。⑦社会经济问题：遗传算法可以用来研究社会系统中的各种演化现象，例如在一个多主体系统中，协作与交流是如何演化出来的。

4模拟退火算法

模拟退火算法来源于固体退火原理，将固体加温至充分高，再让其徐徐冷却，加温时，固体内部粒子随温升变为无序状，内能增大，而徐徐冷却时粒子渐趋有序，在每个温度都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为最小。根据metropolis准则，粒子在温度t时趋于平衡的概率为e-δe/(kt)，其中e为温度t时的内能，δe为其改变量，k为boltzmann常数。用固体退火模拟组合优化问题，将内能e模拟为目标函数值f，温度t演化成控制参数t，即得到解组合优化问题的模拟退火算法：由初始解i和控制参数初值t开始，对当前解重复“产生新解计算目标函数差接受或舍弃”的迭代，并逐步衰减t值，算法终止时的当前解即为所得近似最优解，这是基于蒙特卡罗迭代求解法的一种启发式随机搜索过程。退火过程由冷却进度表(coolingschedule)控制，包括控制参数的初值t及其衰减因子δt、每个t值时的迭代次数l和停止条件s。

5群体（群集）智能（swarmintelligence）

受社会性昆虫行为的启发，计算机工作者通过对社会性昆虫的模拟产生了一系列对于传统问题的新的解决方法，这些研究就是群集智能的研究。群集智能(swarmintelligence)中的群体(swarm)指的是“一组相互之间可以进行直接通信或者间接通信(通过改变局部环境)的主体，这组主体能够合作进行分布问题求解”。而所谓群集智能指的是“无智能的主体通过合作表现出智能行为的特性”。群集智能在没有集中控制并且不提供全局模型的前提下，为寻找复杂的分布式问题的解决方案提供了基础。

群集智能的特点和优点：群体中相互合作的个体是分布式的(distributed)，这样更能够适应当前网络环境下的工作状态;没有中心的控制与数据，这样的系统更具有鲁棒性(robust)，不会由于某一个或者某几个个体的故障而影响整个问题的求解。可以不通过个体之间直接通信而是通过非直接通信(stimergy)进行合作，这样的系统具有更好的可扩充性(scalability)。由于系统中个体的增加而增加的系统的通信开销在这里十分小。系统中每个个体的能力十分简单，这样每个个体的执行时间比较短，并且实现也比较简单，具有简单性(simplicity)。因为具有这些优点，虽说群集智能的研究还处于初级阶段，并且存在许多困难，但是可以预言群集智能的研究代表了以后计算机研究发展的一个重要方向。

在计算智能(computationalintelligence)领域有两种基于群智能的算法，蚁群算法(antcolonyoptimization)和粒子群算法(particleswarmoptimization)，前者是对蚂蚁群落食物采集过程的模拟，已经成功运用在很多离散优化问题上。

5.1蚁群优化算法

受蚂蚁觅食时的通信机制的启发，90年代dorigo提出了蚁群优化算法(antcolonyoptimization，aco)来解决计算机算法学中经典的“货郎担问题”。如果有n个城市，需要对所有n个城市进行访问且只访问一次的最短距离。

在解决货郎担问题时，蚁群优化算法设计虚拟的“蚂蚁”将摸索不同路线，并留下会随时间逐渐消失的虚拟“信息素”。虚拟的“信息素”也会挥发，每只蚂蚁每次随机选择要走的路径，它们倾向于选择路径比较短的、信息素比较浓的路径。根据“信息素较浓的路线更近"的原则，即可选择出最佳路线。由于这个算法利用了正反馈机制，使得较短的路径能够有较大的机会得到选择，并且由于采用了概率算法，所以它能够不局限于局部最优解。

蚁群优化算法对于解决货郎担问题并不是目前最好的方法，但首先，它提出了一种解决货郎担问题的新思路；其次由于这种算法特有的解决方法，它已经被成功用于解决其他组合优化问题，例如图的着色(graphcoloring)以及最短超串(shortestcommonsupersequence)等问题。

5.2粒子群优化算法

粒子群优化算法(pso)是一种进化计算技术(evolutionarycomputation)，有eberhart博士和kennedy博士发明。源于对鸟群捕食的行为研究。

pso同遗传算法类似，是一种基于叠代的优化工具。系统初始化为一组随机解，通过叠代搜寻最优值。但是并没有遗传算法用的交叉(crossover)以及变异(mutation)。而是粒子在解空间追随最优的粒子进行搜索。

同遗传算法比较，pso的优势在于简单容易实现并且没有许多参数需要调整。目前已广泛应用于函数优化，神经网络训练，模糊系统控制以及其他遗传算法的应用领域。

粒子群优化算法(pso)也是起源对简单社会系统的模拟，最初设想是模拟鸟群觅食的过程，但后来发现pso是一种很好的优化工具。

5.2.1算法介绍

pso模拟鸟群的捕食行为。一群鸟在随机搜索食物，在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在那里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的就是搜寻目前离食物最近的鸟的周围区域。

pso从这种模型中得到启示并用于解决优化问题。pso中，每个优化问题的解都是搜索空间中的一只鸟。我们称之为“粒子”。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值(fitnessvalue)，每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。

pso初始化为一群随机粒子(随机解)，然后通过叠代找到最优解，在每一次叠代中，粒子通过跟踪两个“极值”来更新自己。第一个就是粒子本身所找到的最优解，这个解叫做个体极值pbest，另一个极值是整个种群目前找到的最优解，这个极值是全局极值gbest。另外也可以不用整个种群而只是用其中一部分最优粒子的邻居，那么在所有邻居中的极值就是局部极值。

5.2.2pso算法过程

①种群随机初始化。

②对种群内的每一个个体计算适应值(fitnessvalue)。适应值与最优解的距离直接有关。

③种群根据适应值进行复制。

④如果终止条件满足的话，就停止，否则转步骤②。

从以上步骤，我们可以看到pso和遗传算法有很多共同之处。两者都随机初始化种群，而且都使用适应值来评价系统，而且都根据适应值来进行一定的随机搜索。两个系统都不是保证一定找到最优解。但是，pso没有遗传操作如交叉(crossover)和变异(mutation)，而是根据自己的速度来决定搜索。粒子还有一个重要的特点，就是有记忆。

与遗传算法比较，pso的信息共享机制是很不同的。在遗传算法中，染色体(chromosomes)互相共享信息，所以整个种群的移动是比较均匀的向最优区域移动。在pso中,只有gbest(orlbest)给出信息给其他的粒子，这是单向的信息流动。整个搜索更新过程是跟随当前最优解的过程。与遗传算法比较,在大多数的情况下，所有的粒子可能更快的收敛于最优解。

现在已经有一些利用pso代替反向传播算法来训练神经网络的论文。研究表明pso是一种很有潜力的神经网络算法，同时pso速度比较快而且可以得到比较好的结果。

6展望

目前的智能计算研究水平暂时还很难使“智能机器”真正具备人类的常识，但智能计算将在21世纪蓬勃发展。不仅仅只是功能模仿要持有信息机理一致的观点。即人工脑与生物脑将不只是功能模仿，而是具有相同的特性。这两者的结合将开辟一个全新的领域，开辟很多新的研究方向。智能计算将探索智能的新概念，新理论，新方法和新技术，而这一切将在以后的发展中取得重大成就。

参考文献

[1]“ant-colonyoptimizationalgorithms(aco)”，

http://leanair4.mit.edu/docushare/dscgi/ds.py/get/file-378/rg_ee141_w8aco.pdf

反向遗传学研究方法篇6

【关键词】定向遗忘；代价――收益；T/NT范式；ERP；FMRI

有时，我们希望自己能够记住与任务有关的信息.而另外一些时候，我们希望自己能够忘记不再有关的、甚至是对当前行为造成干扰的信息。记忆与遗忘是一对相辅相成的反义词，从认知加工的角度来说，一个没有很好遗忘功能的记忆系统不可能是一个有效的记忆系统。而定向遗忘研究相对于传统的对于自然遗忘的研究又开辟了一条崭新的研究遗忘的通道。近十年来，在记忆领域，大量研究探讨了有意遗忘的可能性及其机制。

1定向遗忘的研究范式

定向遗忘（DirectedForgetting）因强调遗忘的有意性和指向性，其研究与自然遗忘的研究有所不同，是有关记忆研究的另一类实验范式。到目前为止，对定向遗忘的研究主要有两种范式：基于代价――收益原则的定向遗忘范式；还有一种是强调抑制机制的T/NT定向遗忘（有意遗忘）范式。

1.1基于代价――收益原则的定向遗忘范式

在这类程序中，当一个或一组项目呈现完之后，向被试呈现一个提示刺激，告诉被试前面的项目需要记住，或者需要忘记。该范式有两种具体操作方法。

第一种称作单一项目提示法或单字法（single-item-cueingmethodorwordmethod）。在这种方法中，实验分为两个阶段，学习阶段和测试阶段。在学习阶段中实验者按照一定比便安排遗忘项目和记住项目的数量比值（一般按照1∶1的比例），项目一个个呈现，每呈现完一个项目立即随机呈现要求记住或遗忘的指示符。例如遗忘项目一般用一个外显指示符“遗忘或F”来标记，而记住项目用“记住或R”来表明。项目全部呈现完以后，间隔一定时间，进入记忆测试阶段。单字法的测量方式为直接比较记忆项目和遗忘项目之间记忆测试成绩，如果记忆项和遗忘项之间的成绩差异非常显著，那就出现了显著的定向遗忘效应。

另一种方法称作成组提示法或项目表法（blocked-cueingorlistmethod）。在这种方法中，提示出现在一组项目之后。这种方法的具体操作步骤如下：一开始，告诉被试他们会看到一些词，他们需要记住这些词。在半数的词（词表1）呈现完之后，告诉其中一组被试忘掉他们刚才所学过的词（F组）而告诉另一组被试记着这些词（R组）。例如，在词表1呈现完之后，告诉F组的被试，他们刚才看到的那些词“事实上是一个练习，目的是让你熟悉词的呈现速度和词的类型。你现在应该把这些词从头脑中清除出去，尽量忘掉它们，不要让它们干扰你学习下面将要呈现的实验词表”。词表1呈现完之后，两组被试继续学习另外一些词（词表2），并且均被告知应该记住这些词。在完成对词表2的学习后，进入记忆测试阶段。项目表法测量方法有两种不同的方式。其中一种方式是基于代价―获益的分析，即比较两种实验条件下遗忘项或记忆项的成绩；因此，定向遗忘效应主要以R实验条件下记忆材料的成绩为基线。如果F实验条件下前半部分的成绩劣于R实验条件下前半部分的成绩，那么定向遗忘的代价（thecostofthedirectedforgetting）是明显的，即定向遗忘现象越明显；如果F实验条件下后半部分的成绩优于R实验条件下后半部分的成绩，那么定向遗忘的获益（thebenefitofthedirectedforgetting）是明显的。另一种方式是指在F实验条件下，直接比较前半部分材料和后半部分材料之间的成绩，如果记忆项和遗忘项之间的成绩差异非常显著，那就出现了显著的定向遗忘效应。

1.2T/NT（想/不要想）研究范式

此范式最早是由Anderson和Green（2001）提出，最初是用来研究人们的观念压抑问题，由于其涉及到主动抑制机制，后来被广泛的应用于定向遗忘的研究中。

此范式包括三个阶段：①学习阶段。被试学习一些由刺激词和反应词所构成的无关词对（ordeal-roach）。②想/不要想（think/no-think）阶段。被试首先熟悉哪些刺激需要他/她们阻止其相关的项目进入头脑，然后完成“想”和“不要想”任务。其中，“想”条件要求被试在看到刺激词之后，尽可能快地报告相应的反应词。“不要想”条件则要求被试在看到刺激词之后，不要想相应的反应词。此外，实验者还操作了“想”和“不要想”条件试验的重复次数（分别为0、1、8或16次）。③线索回忆阶段。实验者使用两种回忆线索，其中，一种线索曾经作为刺激词在前面的阶段中出现过（如ordeal），另一种线索为独立线索，即反应词所对应的范畴的名称以及反应词的第一个字母（如insect-r）。实验要求被试回忆适合线索的学过的词。结果发现，同“想”条件（基线条件）相比，“不要想”条件下，正确回忆的百分数要低，于是就出现了显著的定向遗忘效应。此外，遗忘随着“不要想”试验重复次数的增加而增多。上述结果不受线索类型的影响。

2定向遗忘的机制