醫(yī)學(xué)研究生遺傳學(xué)實驗改革實踐

姚嘉宜，黃 辰，宋土生

(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳與分子生物學(xué)系/環(huán)境與疾病相關(guān)教育部重點實驗室，陜西西安 710061)

醫(yī)學(xué)研究生遺傳學(xué)實驗改革實踐

姚嘉宜，黃 辰，宋土生

(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳與分子生物學(xué)系/環(huán)境與疾病相關(guān)教育部重點實驗室，陜西西安 710061)

遺傳學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)研究生專業(yè)教育的重要組成部分。本次實驗改革方案是在原有遺傳學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，遵循基礎(chǔ)性、實用性、前沿性、創(chuàng)新性的一套綜合性實驗內(nèi)容，讓研究生在學(xué)習(xí)新技術(shù)的過程中，培養(yǎng)系統(tǒng)性的科學(xué)思維方式。

遺傳學(xué);實驗改革;研究生

遺傳學(xué)是研究基因的結(jié)構(gòu)、功能及其變異、傳遞和表達規(guī)律的學(xué)科，實驗課的設(shè)計應(yīng)在培養(yǎng)學(xué)生實踐技能的同時，加強學(xué)生對遺傳學(xué)理論的理解和掌握[1]。隨著遺傳學(xué)的迅速發(fā)展，特別是應(yīng)用體細胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)方法所取得的巨大進展的現(xiàn)階段，遺傳因素和疾病之間的關(guān)系已為醫(yī)療工作者廣泛認(rèn)知。由于教學(xué)目標(biāo)為研究生，更應(yīng)該培養(yǎng)其科研思維和創(chuàng)新能力以及分析問題和解決問題的綜合能力[2]。本次實驗課的設(shè)計將培養(yǎng)學(xué)生綜合分析的能力與經(jīng)典遺傳學(xué)實驗和分子遺傳學(xué)前沿實驗相結(jié)合，同時有效整合實驗教學(xué)體系，增強學(xué)生對知識掌握的系統(tǒng)性。在這種教學(xué)理念下，我們主要進行了以下幾個方面的有益的改革與嘗試。

1 研究生傳統(tǒng)遺傳學(xué)實驗中存在的問題

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課之一，全國各醫(yī)學(xué)院校均有開設(shè)?，F(xiàn)有的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗主要包括兩大內(nèi)容:一是與遺傳學(xué)有關(guān)的染色體操作技術(shù)實驗，如染色體制備、核型分析、X小體檢測等。二是與遺傳病有關(guān)的實驗，如皮紋分析、PTC嘗味能力實驗、系譜分析等[3]。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗課設(shè)計主要存在以下弊端:首先，由于課時的限制，實驗項目之間聯(lián)系不夠緊密，實驗內(nèi)容多以驗證性實驗為主，實驗之間沒有必然的相關(guān)性。其次，基礎(chǔ)性實驗過多，而新技術(shù)實驗偏少。遺傳學(xué)發(fā)展到今天，除了經(jīng)典的染色體制備、顯帶技術(shù)之外，分子遺傳學(xué)內(nèi)容如基因組與遺傳標(biāo)記、基因轉(zhuǎn)座與異常重組、基因表達和調(diào)控、基因突變、基因工程等理論課的重點內(nèi)容并未在以往的遺傳實驗課上得到表現(xiàn)。而研究生在科學(xué)研究中經(jīng)常用到的分子遺傳學(xué)理論相關(guān)的實驗技術(shù)如DNA和RNA提取、酶切、連接、轉(zhuǎn)化、PCR擴增與監(jiān)測技術(shù)、遺傳標(biāo)記分析、基因突變檢測等在原有的實驗設(shè)計中也未有設(shè)置。綜上所述，目前傳統(tǒng)遺傳學(xué)實驗的重大缺陷即是其開展并不能和醫(yī)學(xué)研究生課題相聯(lián)系，無法為研究生未來課題立項做鋪墊。

2 研究生遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革思路

研究生教育的重要目標(biāo)在于培養(yǎng)研究生獨立思考進而進行科學(xué)研究的能力。科研能力是科學(xué)素質(zhì)的核心，是運用學(xué)到的理論知識和科學(xué)方法去探索新知識、解決新問題過程中形成的能力，是研究生應(yīng)具備的基本能力。遺傳學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)研究生專業(yè)教育的重要組成部分，在此過程中建立研究生獨立科研和學(xué)習(xí)的能力是本次實驗教學(xué)改革的重心。新的改革方案是在原有遺傳學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，遵循基礎(chǔ)性、實用性、前沿性、創(chuàng)新性的一套綜合性實驗內(nèi)容，讓研究生在學(xué)習(xí)新技術(shù)的過程中，培養(yǎng)系統(tǒng)性的科學(xué)思維方式。

2.1 系統(tǒng)整合實驗教學(xué)體系

綜合性實驗是理論與實踐緊密聯(lián)系的橋梁，可以引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力以及開拓、創(chuàng)新意識，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高，幫助學(xué)生形成初步的科研能力。將遺傳學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進行系統(tǒng)化整合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中有系統(tǒng)地進行，并把所學(xué)知識進行有序地梳理，使實驗教學(xué)能夠自成體系，而不是一個個支離破碎的片段。根據(jù)實驗教學(xué)大綱要求和我校遺傳學(xué)科發(fā)展的特點，現(xiàn)將遺傳學(xué)實驗課程分為兩個部分:第一部分為染色體制備及熒光原位雜交;第二部分為RFLP檢測內(nèi)皮一氧化氮合酶基因多態(tài)性。以RFLP檢測內(nèi)皮一氧化氮合酶基因多態(tài)性為例，實驗分為組織DNA提取、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、限制性酶切分析和瓊脂糖凝膠電泳，根據(jù)不同個體基因組的限制性內(nèi)切酶酶切位點發(fā)生變化或者酶切位點之間發(fā)生了堿基的插入、缺失，導(dǎo)致酶切片斷大小發(fā)生改變，綜合運用微量全基因組DNA的提取，PCR擴增目的基因、PCRRFLP酶切和瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)，進行高血壓內(nèi)皮一氧化氮合酶基因多態(tài)性的檢測。4個獨立的實驗體現(xiàn)一個完整的科研思路，各個實驗相互關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生通過實驗可以形成一個綜合的科學(xué)研究的概念，體現(xiàn)了根據(jù)實驗需要進行設(shè)計到科學(xué)研究所必經(jīng)的科研思路。

2.2 增強實驗的新穎性和實用性

當(dāng)前分子生物學(xué)的發(fā)展十分迅速，尤其是多種生物基因組計劃的實施，利用分子手段對遺傳基礎(chǔ)以及遺傳性狀進行直接分析已經(jīng)成為可能。鑒于此，國內(nèi)外的遺傳學(xué)教材中大量增加了分子遺傳方面的理論知識，如基因的表達與調(diào)控、基因功能與基因組等，但是國內(nèi)高校在分子遺傳學(xué)實驗教學(xué)部分的設(shè)置仍顯單薄[4]。因此，為幫助學(xué)生對學(xué)科發(fā)展迅速的適應(yīng)，吸收最新科研成果，提高學(xué)生在分子研究中的實驗設(shè)計能力和動手能力，在經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上非常有必要增加分子遺傳學(xué)的相關(guān)實驗。我們的思路是將學(xué)科發(fā)展的最新科研成果和前沿知識有機地整合于實驗教學(xué)改革中，并將科研與教學(xué)相結(jié)合。以第一部分染色體制備及熒光原位雜交為例，將經(jīng)典遺傳學(xué)實驗染色體制備和20世紀(jì)80年代發(fā)展的DNA熒光原位雜交技術(shù)相結(jié)合，將較為成熟穩(wěn)定的方法編入實驗講義的同時，不斷修改和完善，從而能夠保證教學(xué)內(nèi)容和技術(shù)手段始終處于學(xué)科前沿。染色體制備實驗是遺傳學(xué)經(jīng)典實驗之一，早期通過對染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的觀察，讓人們認(rèn)識了Down綜合征、Turner綜合征和5p-綜合征等染色體病的本質(zhì)。而DNA測序和熒光原位雜交的發(fā)展使遺傳學(xué)和遺傳病學(xué)的研究從染色體水平深入到了基因水平。DNA熒光原位雜交(Fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH)技術(shù)是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的一種重要的非放射性原位雜交技術(shù)。隨著時代的發(fā)展，DNA FISH的應(yīng)用從最初的單基因或核酸檢測到現(xiàn)在的多色FISH多基因位點同時檢測，從基因檢測發(fā)展到基因組水平檢測，是目前分子遺傳學(xué)用于檢測單拷貝mRNA、基因重排及精確的染色體作圖的重要手段和途徑。該技術(shù)不但可用于已知基因或序列的染色體定位，而且也可用于未克隆基因或遺傳標(biāo)記及染色體畸變的研究，在基因定性、定量、整合、表達等方面的研究中頗具優(yōu)勢。將該技術(shù)引入到研究生實驗中，使學(xué)生了解到最新的學(xué)科進展，為未來的實驗思路設(shè)計和課題應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2.3 增加實驗的應(yīng)用性

遺傳學(xué)實驗除了要加深學(xué)生對于遺傳學(xué)理論的理解和掌握之外，能為其所用，對于學(xué)生在未來的科學(xué)研究起到推動作用是另一重要目的[5]。所以在研究立項的選題上，一方面注意與實驗教學(xué)密切結(jié)合，與科研項目密切結(jié)合，促進科研與項目的結(jié)合，為開發(fā)新的實驗教學(xué)內(nèi)容做好充分的準(zhǔn)備工作;另一方面，與實際應(yīng)用密切結(jié)合，培養(yǎng)研究生良好的綜合素質(zhì)、提高科研能力。實驗內(nèi)容的設(shè)置上以廣泛應(yīng)用為主，突出重點為輔的方式，有針對性地選用與科研課題密切相關(guān)的試驗，在完成規(guī)定教學(xué)內(nèi)容的同時，結(jié)合醫(yī)學(xué)研究生的專業(yè)特點和以后的科研需要，進行教學(xué)特殊內(nèi)容的安排。我們這次設(shè)置的內(nèi)容“RFLP檢測內(nèi)皮一氧化氮合酶基因多態(tài)性”這部分，和臨床疾病高血壓的發(fā)病密切相關(guān)。作為經(jīng)典的基因突變引發(fā)高血壓的模型，內(nèi)皮一氧化氮合酶(NO3)是一種催化小分子信息化合物生成的酶，其基因上三個基因多態(tài)性位點與原發(fā)性高血壓有密切的關(guān)系。通過 RFLP(restriction fragment length polymorphism，限制片斷長度多態(tài)性)，可以檢測到基因組中與致病相關(guān)的基因突變，可作為臨床預(yù)期診斷的工具。在本次遺傳學(xué)實驗的設(shè)計中，實驗的可應(yīng)用型是考慮的重點，體現(xiàn)在綜合運用通過全基因組DNA的提取，PCR-RELP的酶切，瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)，進行高血壓內(nèi)皮一氧化氮基因多態(tài)性的檢測，讓醫(yī)學(xué)生了解該實驗的設(shè)計原理以及操作方式，培養(yǎng)學(xué)生們在未來課題中的綜合科研思維能力。同時在介紹相關(guān)PCR技術(shù)時，從其實驗原理、實驗?zāi)康?、具體操作、結(jié)果分析及常見問題分析五個方面對其進行詳細地介紹，由教員進行實驗演示，并且強調(diào)問題出現(xiàn)時的分析方法和解決方式，使學(xué)員在掌握該技術(shù)的同時，對該技術(shù)有了詳細的了解，并培養(yǎng)了研究生的科學(xué)思維能力。

隨著遺傳學(xué)的迅猛發(fā)展，遺傳學(xué)的實驗教學(xué)在學(xué)生學(xué)習(xí)中占有越來越為重要的位置。在以往的遺傳學(xué)實驗中，由于課時的限制以及遺傳學(xué)課程的特點，往往有些實驗課程在一次的實驗課中見不到實驗結(jié)果，這就要求我們在實驗設(shè)計中系統(tǒng)地整合實驗內(nèi)容，各個實驗之間彼此相關(guān)聯(lián)，變學(xué)生被動的接受為主動的思考，加深對獨立實驗?zāi)酥翆嶒炚w思路的理解。同時在遺傳學(xué)的實驗教學(xué)中，盡可能考慮到醫(yī)學(xué)研究生在未來臨床課題設(shè)計中的實用性，將學(xué)科發(fā)展的最新科研成果和前沿知識有機地整合于實驗教學(xué)改革中，以提高學(xué)生設(shè)計實驗、分析問題以及解決問題的綜合能力，為未來實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

[1]曹 寧，楊 葳，楊革非.高校遺傳學(xué)實驗教學(xué)的改進[J].科技信息，2009(16):421.

[2]伍國明.實驗室體制創(chuàng)新與實驗教學(xué)改革的探索[J].實驗室研究與探索，2006，25(3):380-382.

[3]劉祖洞.遺傳學(xué)(第二版)[M].北京:高等教育出版社，1990.

[4]周清元，何鳳發(fā)，殷加明，等.遺傳學(xué)實驗教學(xué)體系的改進[J].西南農(nóng)大學(xué)學(xué)報，2008，6(1):169-172.

[5]汪珍春，黃韶玲.遺傳實驗課最優(yōu)化組合教學(xué)的設(shè)計與實施[J].遺傳，1999，21(6):40-42.

G643.0

A

1006-2769(2011)05-0945-02

2011-07-21

教育部研究生教育創(chuàng)新計劃項目——西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)研究生創(chuàng)新教育實驗平臺(項目批準(zhǔn)號:C-0707)