1. 提纲
A 课时数：2 （第1次课）
B课程内容
1.1分子生物学简介
1) 讲述分子生物学的发展和学习方法
2) 介绍1~2个最新的研究进展（植保相关）。
C主要知识点
专业名词
分子生物学 molecular biology
功能基因组学 functional genomics
2. 课堂内容
教材
分子生物学是生命科学相关专业中的核心课程之一，另外就是生物化学和遗传学。现阶段，我觉得应该要加上基因组学和基本的生物信息学。3大课程的教材都比较厚，在本科阶段，一般都只是挑选其中的主要内容进行讲述。在slide 3中，我列了几本参考书，不同的教科书基本内容都是一致的。其中最厚的那一本是郑用链老师等译注的《分子生物学》，也是这些教材中唯一包含大量实验结果的（如胶图等原始实验结果）。此外，还有许多的网上资源，特别是一些视频资源，能够极大的帮助大家去理解抽象的一些理论知识。
课程的特点与学习方法
基本上不会有同学认为《分析生物学》是一门容易的课程。它的难度可能在几个方面：一是相关理论都是从一些实验结果抽象出来的，大部分实验结果可能是一条条的DNA或者蛋白的电泳条带，根据这些“条带”，分子生物学家门可以推测生物体在分子水平的运行规律。二是所学到的理论来源于对有限的几个模式生物系统的研究，而且我认为对模式生物的了解也还是有限；三是涉及许多专业名词，而且很多名词是英语的（偶尔还杂合拉丁文的词根），不懂了解这些名词，就听不懂相关的内容。
学习建议
1.从“粗”到“细”，构建自己的知识体系；
2.三分靠记，七分靠意（图像记忆，从实验来理解，生物学家的思维方式）；
3.读完一本教材的2/3以上（这个对大部分同学有难度）；
4.学习3-5个经典实验的原理和思想；
5.充分利用网上的学习资源（但不要依赖网络）；
6.阅读20-50页的英文资料；
7.利用好老师（利用好-老师，利用-好老师，大家都已经进入实验室了，和老师多聊多问）
The scientist is not a person whogives the right answers, he's one who asks the right questions.--Claude Levi-Strauss (列维-斯特劳斯)
1. 背景简介
如果要评出大家最最感兴趣的自然科学问题，在生命科学领域，任何凡夫俗子都能随时提出许多来，比如为什么不能长生不老，为什么要睡觉，为什么会出现冠状病毒。在农学领域也是一样，比如能不能创造出新的农作物抵抗所有病害，植物是如何感应环境变化的。在2005年，science杂志125年纪念版提出的125个重大科学问题中，有不少和植物相关的，而且这些领域也是相关的研究热点，大家有兴趣也可以读一读（http://science.sciencemag.org/content/309/5731/78.2/tab-pdf）。
为了理解生命科学是如何逐渐成为一门学科的，建议大家先理解一下从拉马克主义到达尔文进化论。拉马克主义主张获得性遗传，好比将水稻一直在冬天种，也许就能获得耐冷的水稻。达尔文的进化论我不用多说，大家都是比较了解的。近期表观遗传学的发展，有科学家提出的新拉马克主义来解释获得性遗传，即环境引起的表观遗传变化，表观修饰的DNA更容易产生基因突变，从而“获得”新的表型适应环境。但我觉得这还是在进化论的范式中。这里要再提一下的是进化论的思想对我们理解生物学问题至关重要，好像进化论可能是生命科学中唯一真正上升到哲学思想层次的。我以前喜欢和学生开玩笑说，在回答生物学问题时，只要说“这是生物进化....”，基本都能回答自然界各种生命现象，再加上在《分子生物学》中学的几个专业名词解释一二，就会显得高大上了。（当然，这是玩笑，不适合跟专业人士交谈时使用）。
2. 分子生物学是做什么的
我希望大家看看这个小幽默（英文原版更带劲），当你能理解其中的幽默之处时，说明大家入门了。
链接：https://www.zhihu.com/question/22263377/answer/24446363
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
英文出处：http://www2.biology.ualberta.ca/locke.hp/dougandbill.htm
比尔之死 （The Demise of Bill）
Douglas
R. Kellogg
节译
山脚下有家汽车工厂，山顶上住着两个人。一个叫比尔，是个退休的遗传学家，还有一个是退休的生化学家（没人知道他叫啥）。两人一辈子都在追求学术，对于汽车是怎么回事一无所知，但现在他们退休了，决定研究一下汽车是怎么跑的。不过，因为不同的学术背景，他们采用了完全不同的方法。
比尔，因为不喜欢辛苦（和大部分遗传学家一样），立刻想到了一个办法来理解汽车的运行。第二天早晨他下山去把工厂里的一个工人的手给捆了起来。然后他回到山上倒了杯咖啡悠闲地坐下。正当他把咖啡送到嘴边的时候，外面传来了奇怪的响声——他跑出去发现，生化学家从工厂里弄来了一辆车，浑身都是油污地钻在车里。比尔问他在干啥，生化学家说：“我在把车拆开，看看它是怎么运作的。”比尔大笑不止，回到自己的桌边悠闲地喝了一整天咖啡——与此同时生化学家一直在辛苦地和车搏斗。
天色将晚，比尔把筋疲力竭的生化学家叫过来，朝山下一指。新车正从工厂里鱼贯而出，但所有的车都少了一个圆形的部件。结果所有的车都没能转过第一个弯，全堆在了草坪上。“啊哈！”比尔高呼，“我今天捆手的那个工人就是负责安装这个圆形部件的，而这部件负责转向。”接着他问生化学家今天学到了什么。生化学家说，他今天都在研究一个白色的小零件，而他还不知道这零件是干啥的。遗传学家又一次大笑不止。
第二天，比尔再接再厉，下山去把另一个工人的手捆了起来，然后又回到山上喝咖啡。正当他把咖啡送到嘴边的时候，外面传来了一声爆炸——他跑出去发现，生化学家正在从地上爬起来，满脸都是黑的，大半头发都烧没了。比尔问他是怎么回事，生化学家只是简单地说，“我发现汽车铁箱里的液体是高度易爆的。”晚些时候，两人向山下望去，发现工厂里一辆车都没有出来。比尔很困惑。就这样过去了很多天。
比尔对他的每一项发现都大肆宣扬。比如有一天，工厂出来的车没有前窗和后窗，却有侧窗。比尔对汗流浃背的生化学家说：“今天我捆手的那个工人负责装前后窗，这和侧窗是独立的。”有天晚上，几杯酒过去之后，生化学家对比尔说：“既然你已经知道了这么多，告诉我车是怎么运作的。”比尔似乎有些迷惑，想了一会儿，他说，如果汽车没有底下的四个圆形东西，它就哪里都不能跑，所以这些圆东西就是负责让汽车跑起来的结构。生化学家只是又喝了一口，什么都没说。但其实，几个月下来，生化学家觉得自己发现了一些初步的通路。比如，一个通路是，铁箱里的爆炸液体通过一个细管道抵达一个仪器，在这里变成蒸汽，然后蒸汽被吸进几个圆柱形腔室。另一个通路是，从电池来的电流流经他之前研究过的那个白色小零件，形成火花，引燃了蒸汽，把一个活塞推了出去。生化学家还研究了那些根本没从工厂里开出去的车，研究它们各自到底缺少了什么零件。由此他验证了之前拆车时形成的很多理论。
过了些日子，遗传学家觉得自己对车已经懂得够多了，于是他决定买一辆车，这样在等待捆手实验结果的时候他可以出去兜风。但是几周后他的车突然不能启动了，他想一定是需要换轮子了——但是换完之后没有效果。这时生化学家路过，简单检查之后，他说，看来是一条电池线松了，不费吹灰之力就把车修好了。故事的结尾是这样的：有一天，比尔的车撞到了树上——他的车开得好好的，但是突然有只果蝇爬到了他眼睛上。不幸的是，他没戴安全带，因为当他把安全带工人的手捆上时，车子运转起来完全正常，因此他觉得安全带是演化遗迹，对车的功能并不重要。所幸他没有死，但是他一出院就立刻买了一辆新车，然后把生化学家叫来，让他帮忙把车拆开。
Douglas R. Kellogg is in the Departmentof Physiology, School of Medicine, University of California, San Francisco, CA94143.GENErations,Volume 2, Number 11994 Genetics Society of America, March 31, 1994
后面还有一个The Demise of Bill的故事，大家也可以看看。http://www2.biology.ualberta.ca/locke.hp/dougandbill.htm
传统生物学研究中，遗传学家往往就是去掉一个基因（突变体），看看对生物有什么影响，如一个基因突变后，小麦矮了一般，就叫这个基因为半矮杆基因(如semi-dwarf1, sd1)，那它就是控制植物高矮的，在未克隆到基因以前，可以通过杂交、回交、测交等，知道这个基因是存在的、是和哪些基因连锁，到了80、90年代，可以通过map-based gene cloning（基因的图位克隆）来获得基因的序列；生物化学家眼中，就是把基因产物弄出来，看看是怎么发挥作用的，是催化了哪个反应，合成了什么物质。以sd1为例，这个基因是催化赤霉素合成代谢中某一步骤的酶。而分子生物学是要将两者结合，找到基因，还弄清楚基因是如何工作的，再深入一点，再一个生物学过程中，基因的活性是如何被调控的、如何调控下游基因的。
分析生物学的诞生
经典遗传学阶段，提出了基因概念，请大家自己归纳一下以下3位科学家的主要贡献：孟德尔的豌豆；摩尔根的果蝇；Barara的玉米。他们的名字和贡献的理论是大家都要记住的。
在遗传学发展的同时，生物化学的发展也将基因的化学本质逐步揭示, 明确了DNA是遗传物质，接着DNA双螺旋的发现和中心法则的提出，这是分子生物学诞生的标志。现在，大家可以找到基因，克隆基因，改造基因，同时从遗传和生化方面研究“基因”的故事。
分子生物学诞生的一些重要节点
1869年, Friedrich在细胞核中发现一种混合物，成为核素（nuclein）
19世纪末, DNA和RNA的化学成分的确定
1928年，Griffith细菌转化实验
1941年，Geogle Beedle和Tatum提出一个基因一个酶的假说
1944年，Oswald Avery证明了DNA是携带遗传物质
1950年，Erwin Chargaff发现A=T，G=C
1952年，Hershey和Chase进一步证明DNA是遗传信息的载体
1953年，Watson和Crick确定DNA的双螺旋结构
1958年，Crick提出中心法则
建议大家读一读Watson和Crick发表的DNA double Helix的论文，就一页，经典。
中心法则
相信大家都学过了中心法则。最早由Crick提出的，是生物遗传信息的传递法则。后来经过部分修正。教科书或网上有非常多的资料来介绍中心法则。简单说，DNA保存遗传信息（DNA->DNA），可以自我复制；DNA可以将遗传信息转录给RNA （DNA->RNA)；RNA作为中间“信使”，将遗传信息翻译为蛋白质(RNA->Protein)；蛋白质催化各种生化反应。而对中心法则的修正包括，一是RNA也可以自我复制，贮存遗传信息，并可以逆转录为DNA（RNA病毒）（RNA->DNA）；二是朊病毒(prion)中，蛋白被认为也可以携带遗传信息传给蛋白 (Protein -> Protein)；三是 RNA和蛋白可以调控DNA贮存的遗传信息（如通过siRNA改变基因表达，蛋白给DNA或RNA进行各种表观遗传学修饰，改变遗传信息的表达）。
其实，我们这个课程就是讲述中心法则中的每一步是如何完成的。结果半个世纪的研究，我们对生命的中心法则有了前所未有的了解，但未知的问题还是很多。课程中高级一点的知识就是在中心法则框架下，一些关键的、或我们感兴趣的生物学过程是如何完成的（或被调控）。比如，植物病理学基础研究中的一个重要问题就是植物如何分辨病原细菌，病原物又是如何突破植物的免疫系统成功入侵的。这里面牵涉了许许多多的基因、各种层次的生物大分子的互作，如果大家深入了解下午，会发现植物和病原物都是”高智商“，能够非常精确地找到对方的弱点，这可能就是进化的”奇迹“
什么是分子生物学？
□在分子水平上阐明不同生物的共同规律，揭示生命的本质。
□分子生物学主要致力于对细胞中不同系统之间相互作用的理解，包括DNA，RNA和蛋白质生物合成之间的关系以及了解它们之间的相互作用是如何被调控的。
□基因的分子生物学。讲述基因的“故事”, one gene, one story.
分子生物学的基本原则
□共同的基本“元件”（单体）构成生物大分子
□生物大分子单体的排列决定了不同生物性状的差异和个性特征。
□所有生物遗传信息表达的中心法则是相同的
3. 关于分子生物学的一些tip
现代分子生物学研究利用模式生物系统来，从分子水平阐明各种生命活动的普遍规律。研究内容包括：基因工程（遗传工程），基因表达调控，生物大分子的结构和功能，基因组学与生物信息学，系统生物学等。这里也特别提一下生物信息学，随着技术的发展，生物学研究涉及愈来愈多的大数据，平时不学一点这方面的知识，就会落伍、淘汰。
常见的模式生物
大肠杆菌，Escherichia coli
酵母，Saccharomyces cerevisiae
线虫，Caenorhabditis elegans
斑马鱼，Danio rerio
果蝇，Drosophila melanogaster
小鼠，Mus musculus
拟南芥，Arabidopsis thaliana
水稻，Oryza sativa
分子生物学研究对象的尺度：微观为主，兼顾宏观。
分子生物学依赖实验：结论来源于实验，依赖仪器。
4. 一些例子
分子生物学是发展最快的学科之一，与其他学科间的界限也逐渐模糊。很多课程都会在前面加个“分子”两个字就可略见一斑，如“分子细胞生物学”，“分子植物病理学”，....。
农业领域的研究离不开植物，这里给大家推荐一些材料去阅读。
1. Nature Plants在2017年发表的一篇综述，系统地介绍了中国植物学研究的复兴。
2. 中科院储成材老师，2013年在《植物学报》发表的一篇转基因育种的综述。
3.对于植保的同学来说，植物生物技术5大突破中，植保相关的占了3个（https://croplife.org/news/5-big-biotech-breakthroughs/）：抗病，抗除草剂，抗虫相关的。
4. 在幻灯片中，也介绍了几个植物相关的大型研究项目，大家有兴趣可以看看。
此外，我也列了几个近2年的一些有意思的研究例子，这些研究论文在网上都能找得到相关的科普介绍。
1. 赤晶米 （作物的营养强化）
2. 基因编辑作物 （新的生物遗传改良途径）
3. 基因编辑人类婴儿事件（example of bad science）