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关键词： 高职院校   诺贝尔奖   遗传学   课程思政  

摘要： 课程思政是职业院校落实立德树人根本任务的重要途径，诺贝尔奖素材中爱国、创业、求实、奉献等元素对学生有着十分重要的教育价值，是课程思政的良好素材。探讨了诺贝尔奖融入高职遗传学课程思政的可行性，梳理了历年来与高职遗传学相关的诺贝尔奖及思政育人目标，提出了诺贝尔奖素材融入高职遗传学课程思政的教学路径，以期为高职遗传学课程思政建设提供参考。

摘要： 陈桢以其毕生的执着追求和艰辛努力，为中国遗传学事业的初创作出了不可磨灭的贡献。在中国遗传学百年发展史上，陈桢可以说开创了在国立高校执教遗传学课程的先河。他选择具有中国特色的金鱼作为实验材料，率先开辟了长达30多年的金鱼遗传、变异与演化的系统研究，为中国遗传学事业的初创与早期发展作出了不可磨灭的贡献。

关键词： GM1神经节苷脂贮积症   β-半乳糖苷酶   遗传学   GLB1基因  

摘要： GM1神经节苷脂贮积症是一种罕见但严重的遗传性疾病,对患者的生活质量和健康产生严重影响。GLB1基因变异导致β-半乳糖苷酶活性降低或完全丧失,引起代谢产物积聚于组织器官,尤其神经系统,从而导致发育落后或倒退,严重者死亡。该病可于婴儿期起病,表现为神经系统进行性退化,包括肌张力异常、运动障碍、智力发育迟缓、视觉和听觉问题等。此外,患者还可能出现骨骼异常、肝脾肿大等全身症状。本文通过检索国内GM1神经节苷脂贮积症的报道文献,总结患儿临床表现、遗传改变等特点,进一步探究基因型与临床表型的关系,为疾病诊断提供一定帮助,为探究基因型与临床表型关系奠定基础。

关键词： 脑影像遗传学   阿尔兹海默症   多变量分析   关联分析  

摘要： 脑影像遗传学是脑科学中集遗传因素和神经影像表型测量于一体的新兴重要课题。这种结合多种遗传学和基因组学数据的整合研究有望揭示大脑结构和功能的遗传基础,并进一步为解释遗传变异与阿尔茨海默症(AD)等脑部疾病之间的因果关系提供新的机会。现代神经影像技术从不同的角度对大脑进行了描述,如测量大脑形态的磁共振成像和,对大脑的代谢过程进行成像的正电子发射断层扫描。这些多模态影像数据可以用来全面了解大脑的结构和功能。此外,在生物医学研究中,拥有着巨大的基因分型生物标记,如单核苷酸多态性(SNP)等。然而,如何集成多模态影像学数据来开发快速高效的影像遗传学关联分析方法是目前脑影像遗传学急需解决的问题。因此本文从精准挖掘多模态脑影像间的融合信息,准确识别与疾病相关的SNPs和感兴趣脑区,以及探索AD复杂遗传机制为目标,对传统的关联分析模型进行改进和优化,具体内容如下: (1)针对多视图关联分析方法无法识别受试者间的高阶关联,以及无法深度探索大脑的网络结构等问题,提出了基于高阶感知的自适应稀疏多视图典型相关分析模型(HERSMCCA,HEUSMCCA)。该方法综合考虑不同受试者之间的相互依赖性、受试者间和受试者内的高阶关联以及大脑网络结构,进行深度关联分析。最后在阿尔茨海默病神经影像倡议数据集(ADNI)上识别出了更多和更深层次与AD相关的生物标志物和感兴趣脑区。 (2)针对多任务稀疏典型相关分析(MTSCCA)缺乏识别类特异性特征和深入探索复杂遗传机制的能力等问题,提出了一种基于类特异性和参数分解的MTSCCA方法(LDMTSCCA)。具体而言,LDMTSCCA通过稀疏线性判别分析获得与疾病密切相关的遗传信息,并通过参数分解充分了解遗传位点的不同表达特征。与此同时,LDMTSCCA联合考虑疾病状态、参数分解和网络连接约束,进行多位点信息和多模态脑影像表型关联分析。最后将该方法应用到ADNI识别不同水平的生物标志物。 (3)针对传统机器学习仅使用一种简单的策略来联合学习表型和基因型特征而不能有效地考虑模态之间的互补信息,将导致大量有价值信息的丢失,从而降低了影像遗传学模型的可靠性等问题,提出了基于多模态自适应融合的深度生成判别框架(DMAAN)。该框架包括四个关键模块,每个模块都具有独特的功能。首先,多模态融合模块将不同模态传递的互补信息进行融合。表达模块重点提取SNP特征,结合人口统计信息,增加遗传信息的丰富度。关联分析模块探索潜在的遗传表征,并分析大脑表型和遗传数据之间的复杂关联。最后,诊断模块利用关联信息进行AD诊断和认知评分预测,同时建立基于框架生成机制的可解释方法,从多个角度探讨遗传机制,开辟从微观到宏观研究的新途径。 本文中提出的方法都在ADNI数据上进行关联分析实验,实验结果表明,本文所提出的方法克服了经典方法的局限性,能够识别到有价值的生物标记物,具有更好的综合性能,说明改进是有意义的。

关键词： 动物运动脑控   光遗传学技术   电刺激   信鸽  

摘要： 在生物进化的数十亿年历程中,形成了受神经与肌肉系统协调控制的复杂且多样化的运动方式,神经科学与生物工程领域的研究者深入探索此调控机制,以期实现动物行为的人为调控。随着对神经科学认知的深化,神经调控技术取得迅猛发展,电、化学、光、磁等多种刺激手段不断涌现并广泛应用。新技术的开发便捷了解码与控制动物运动行为,有力推动了神经调控技术在动物机器人开发领域的发展,展现出动物机器人设计与应用的广阔前景。 本文以信鸽为实验动物,采用电刺激信鸽运动回路诱导运动为理论基础,通过光遗传学神经调控技术,探究光刺激信鸽运动行为的人为调控。首先利用电刺激定位信鸽脑内运动相关神经核团（区）的空间分布;制定信鸽光遗传学神经调控技术方案,选择腺相关病毒载体介导基因转移的方式将特定的光敏通道蛋白靶向至信鸽运动相关神经元,通过特定光刺激诱导信鸽鸣叫、行走或左/右转向等行为动作,为光遗传学技术在鸟类中的应用以及构建基于光刺激模式的动物机器人提供技术支撑。 定量电刺激对运动行为的影响。利用电刺激神经调控技术构建信鸽机器人,通过调节电压强度（1.2～2.4 V）的方法,量化分析电刺激诱发信鸽转向运动中各参数的变化,为信鸽机器人动作编码提供了有效参考。对信鸽运动过程角速度与转弯半径进行分析,结果显示电压强度的变化对二者均有显著影响（P<0.05）。角速度的变化范围介于33.11至184.35 deg/s之间,其最大值相比最小值的增幅达4.6倍。同时,转弯半径从21.30 cm缩减至8.60 cm,最小值相比最大值减少了59.62%。当电压强度超过1.8 V后,其变化对信鸽的运动路程及平均速度的影响并不显著（P>0.05）,在3 s的刺激时间内,总路程约为76.55 cm,平均速度为35.64 cm/s。根据实验结果,中脑内侧网状结构（FRM）主要承担调控身体转动的功能,而对运动速度的影响则相对较小。 光敏感信鸽造模与光刺激平台搭建。根据信鸽运动回路脑区神经元的特性,选用合适的光敏通道蛋白(Ch R2（H134R）),并通过腺相关病毒载体（AAV1）介导的方法,成功将光敏通道蛋白基因转移到目标神经元。实验发现,当单个脑区病毒注射量为2μL时,平均病毒转染周期为10周,病毒转染面积约为2.2～2.7 mm。基于光敏蛋白的物理特性,利用激光器（465 nm蓝光光源）、函数信号发生器、光纤跳线以及光纤插芯针等组件搭建光刺激平台。设计并验证光遗传学调控技术在光敏信鸽体内的具体应用方案。光刺激诱导浅麻醉状态下光敏信鸽出现左右倾斜以及蹬腿等行为。在信鸽清醒状态下,通过脉冲光刺激成功诱导信鸽转向行为,对比电刺激实验,证实光遗传学神经调控技术可调控信鸽运动行为,为光遗传学在信鸽动物机器人领域的应用提供了实践基础。 本研究对动物机器人的电刺激神经调控机制进行深入解析,通过融合光遗传学技术,对调控方法进行了优化,为动物机器人的开发提供了新的思路。

关键词： 水族   群体遗传学   壮侗语系   祖先信息位点   单核苷酸多态性  

摘要： 目的: 基于全基因组芯片分型技术解析贵州四个水族群体的遗传结构和混合历史,在此基础上整合贵州壮侗、苗瑶和阿尔泰语系群体数据,进行祖先信息位点筛选,以期为贵州不同民族刑事案件侦破提供调查线索。 方法: 收集贵州四个地区共89例水族无关个体的唾液样本,提取DNA,进行基因芯片分型、质控,去除三代以内亲缘个体,与人类起源数据集（Human Origin,HO）、1240K数据集和已经发表的参考群体数据集合并。主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和ADMIXTURE分析探讨贵州四个水族与东亚古今参考群体之间的遗传关系和祖先成分;成对Fst分析探讨水族与东亚参考群体之间的亲缘关系;f3/f4统计探讨研究群体与参考群体之间的共享遗传漂变、混合历史、亲缘关系以及群体内部遗传亚结构;Tree Mix分析探讨四个水族与邻近参考群体之间的拓扑关系;成对qpWave检验进一步分析研究群体内部遗传亚结构,qpAdm分析研究群体祖先混合比例;最后,基于等位基因频率和共享单倍群,分别用ALDER和GLOBETROTTER估计四个水族遗传混合时间,fine STRUCTURE解析其精细遗传结构。 整合壮侗语系、苗瑶语系和阿尔泰语系群体共454个个体进行祖先信息SNP（Ancestry Information SNP,AISNPs）位点筛选。基于罗森博格的In统计值,筛选不同位点集合的祖先信息SNP标记,用smart PCA对不同位点集合进行主成分分析,Snipper软件确定最佳AISNPs,ADMIXTURE软件进行祖先成分分析。最后,用随机森林验证最佳AISNPs位点集合的准确性;基于Snipper软件,用5个测试群体中的122个个体再次验证最佳位点集合的祖先分辨能力。 结果: PCA、成对Fst、TreeMix分析显示,贵州四个水族群体与地理位置邻近的壮侗语群体、苗瑶语群体和南岛语群体聚类。此外,也与部分古代参考群体,如台湾铁器时期汉本、公馆遗址个体,广西历史时期巴板琴岑和高华化遗址个体等具有较近的遗传亲缘关系。ADMIXTURE分析显示,贵州四个水族群体主要有四种祖先成分,邻近的壮侗语群体与该研究群体共享相似的祖先成分。同质性f4分析和成对qpWave检验表明,贵州四个水族群体不存在遗传亚结构。在祖先混合模拟中,贵州四个水族群体主要由33.5%～37.9%黄河流域粟黍农业人群和62.1%～66.5%华南地区相关祖先人群混合而成。ALDER的混合时间估计表明,贵州四个水族群体在300～2200年前受到了汉藏语群体的遗传影响;在GLOBETROTTER分析中,检测到了壮侗语群体和苗瑶语群体相关祖先人群的混合信号,混合事件发生的时间可追溯到8～16代之前。基于共享单倍群的fine STRUCTURE结果显示,研究群体与邻近壮侗语群体,特别是先前发表的贵州三都水族具有较近的遗传亲缘关系。 成功筛选出62个AISNPs位点,PCA和ADMIXTURE分析表明,62 AISNPs能将贵州壮侗、苗瑶和阿尔泰语系群体分为三类。随机森林效能验证结果显示,62AISNPs的祖先推断准确性超90%;用5个群体的122个个体作为测试集对其进行效能验证,结果显示测试集中大多数个体（75%～100%）都能被准确分配到其相应的源群体,仅有一小部分个体（0～25%）被错误地分配到了另外两个语系群体。 结论: （1）贵州四个水族群体具有遗传同质性,其与东亚南方的壮侗语群体遗传关系最近;四个水族群体可以被模拟为黄河流域粟黍农业人群（33.5%～37.9%）和华南相关祖先人群（62.1%～66.5%）的混合。 （2）成功筛选出62个AISNPs位点集合,能有效区分贵州壮侗、苗瑶和阿尔泰语系群体,且祖先推断准确性达90%以上。