随着全球人口数量的急剧增长和人类对自然资源的过度开发，生物多样性不断丧失。遗传因子对濒危物种的保护具有重要影响。保护遗传学是遗传学和保护生物学的交叉学科。高等院校缺乏专门开设保护遗传学课程，当前的《遗传学》课本中也没有直接体现生物保护的内容。本文作者在《遗传学》课程教学过程中尝试渗透保护生物学思想，以案例的形式，结合相关领域内最新研究成果和技术进展，将保护生物学(尤其是保护遗传学)思想和知识渗透到《遗传学》课堂教学和讨论环节中。由此，提升本科生主动学习的动力和兴趣，实现“掌握遗传学基础知识-树立生态保护意识-培养学科交叉思维”三者之间的相互促进，为培养既掌握扎实基础遗传学知识又具备生态文明理念的复合型人才奠定基础。
在遗传学课程教学中，红绿色盲是X连锁隐性遗传的典型案例。然而红绿色盲只是比较常见的色觉障碍，还有其他临床分型。不同的色盲遗传方式可能不同，致病基因也不同。近年来，关于色盲的致病基因、分子机制、基因治疗等方面取得了很大进展，相关研究成果可以作为很好的素材在遗传学教学中进行使用。本文阐述了基于色盲的遗传学教学素材的挖掘及其在本校遗传学课程中“绪论”“遗传的细胞和分子基础”“伴性遗传”“染色体畸变”“基因突变”“遗传学进展”等章节教学中的应用。通过课堂教授与问答，辅以课后文献检索与阅读，使学生在更好掌握遗传学基本内容的基础上，能拓宽遗传学学术视野，激发学习兴趣。
医学遗传学是探讨遗传因素相关疾病的诊断、预防与治疗的基础医学类课程，本门课要求学生具备较强的逻辑思维，有独立思考和分析解决问题的能力。单一的“填鸭式”课堂教学很难调动学生的自主学习，无法达到医学遗传学的教学效果。案例研讨式教学打破了被动的传统教学模式，教师给出临床典型案例，学生围绕案例的相关问题准备材料，主动展开课堂讨论，以教与学互动的方式融汇贯通了本门课程的重点与难点，教学效果显著。自2013年起，本教研组针对临床医学本科生开展了案例研讨式教学。本文根据课程的教学计划和案例研讨式教学的实际情况，筛选并分类整理了所收集的临床案例资料，分章节归纳汇编了8个章节的教学案例库，基本涵盖了疾病遗传学与临床遗传学的教学重难点。医学遗传学教学案例库的建设实现了临床案例与教学的深度融合，学生以更为直观的方式理解掌握教学重难点，有助于激发学生的创新思维，提高学生的学习兴趣与课堂参与度。
科教融合是高校培养拔尖创新人才的有效途径。表观遗传学是对经典遗传学的拓展，针对本校拔尖人才培养体系中表观遗传学实验内容的缺失，我们首次进行了表观遗传学科教融合、协同育人的尝试，将本实验室前期在水稻中开展的OsMET1-2基因的研究成果进行实验教学转化，建成了一个集前沿性、研究型和创新性为一体，以学生独立实验为中心，考核方式多元化的表观遗传学综合实验课程。本课程以OsMET1-2基因突变体和野生型为实验材料，将表观遗传上游酶促基因突变与基因组内特定位点的DNA甲基化和基因组稳定性联系起来。通过本课程的实践，学生对表观遗传修饰的重要作用有了更深刻理解，科研能力得到极大提升，强力支撑了本专业拔尖创新人才的培养。
果蝇是实验教学中最常用的重要生物材料之一。在果蝇实验教学中，每个学生通常需要针对上百只果蝇进行手工辨认，并记录每只果蝇身上的数个不同性状，工作量大且分类标准参差不齐。为了解决这一问题，本文将现代计算机技术融入到遗传学实验教学中，使用深度卷积神经网络来自动统计每只果蝇的性状。采用的是目标检测模型+分类模型的两阶段策略模式。在分类模型的训练设计过程中，创新性利用了关键点辅助分类的方法，有效地提升了模型的可解释性。此外，还针对任务特性改善了RandAugment方法，利用渐进式学习与适应性正则化策略，在有限的计算资源下训练了MobileNetV3架构下的多标签分类任务，并最终在每只果蝇3对性状(红/白眼、长/小翅、雌/雄)的分类任务下分别达到了97.5%、97.5%和98%的准确率。模型经过优化后，可以在手机端10 s内完成600个果蝇性状的分类，该模型具有轻量化的特点，大小不到5 MB，易于在各类安卓系统手机上安装使用。该系统的开发有利于推进以果蝇为研究对象的遗传规律验证等实验的教学，也可用于涉及大量果蝇分类统计分析的科研工作。
医学遗传学是生物医学中的前沿学科，也是临床基因诊断和基因治疗的核心内容。在医学人才培养中，医学遗传学扮演着衔接基础医学与临床医学的重要角色。近年来，基于问题的学习(problem-based learning，PBL)作为培养医学生自主学习能力的重要方法，在医学教育中得到了广泛的应用。本文设计并分享了以A2型短指(趾)症(brachydactyly type A2，BDA2)研究为核心的PBL教学案例，以期引导学生自主学习，以能力培养代替知识传授，培养学生独立分析和解决问题的能力以及创新性思维的卓越学风，为健康中国建设输送更多具有国际竞争力的高素质医学人才。
表观遗传学是构筑完整的遗传学架构的必要内容,是现代遗传学教学的重点和难点之一。为了使学生更好地掌握这方面知识,本文以科学研究中发现的一个具有表观遗传特性的水稻突变体(epigenetic short panicle, esp)为实验材料,设计了一个表观遗传学综合性实验。水稻esp突变体植株变矮、穗长缩短、穗型直立且着粒密度增加。突变机理研究表明,DNA甲基化修饰变异引起ESP过量表达是产生突变表型的原因。该实验以突变体表型观测作为切入点,将科学研究与课程教学、课程实验与开放实验深度融合,向学生展现了一个典型表观遗传学研究课题的完整脉络和前沿技术。通过该实验,学生能对表观遗传学有一个更为直观的认识,可深入理解表型与基因型、表观遗传修饰与基因表达之间的关系,有助于培养学生的科学思维和创新能力。
遗传漂变是影响群体遗传平衡的4个重要因素之一。因为它的作用形式不如突变、选择、迁移这3个因素那么直观易懂,所以在理解和掌握上存在较大的困难。尤其目前国内外教材中关于遗传漂变内容的介绍系统性不足,要么过于粗略,要么完全忽视了二项式定理这样的数学基础,造成了遗传漂变学习长期不到位的困难局面。本文总结得出遗传漂变的5个基本属性,即固有性、普遍性、随机性、无方向性、有规律性。进而从遗传漂变的遗传基础是雌雄配子的自由组合出发,指出抽样误差属性是遗传漂变固有的本质特征,并循序渐进地从N = 1这样仅仅由1个个体组成的极端小群体出发,推演出遗传漂变随着群体变大而影响减弱的性质,通过二项式定理数学模型、二项分布的特点、以及计算机模拟结果,形象直观地展示遗传漂变的作用,助力遗传漂变教学。
医学遗传学是一门衔接基础和临床的桥梁学科,是医学专业学生必须掌握的重要基础课程之一。为了培养学生的自主学习能力,提高医学遗传学的教学质量,在医学遗传学教学中采用对分课堂教学模式。在教学设置中,给予学生自主学习的流程和时间保障,并在讲授、讨论和作业等环节,积极引导学生自主学习。大学生自主学习量表测评显示,学生在学习动机和学习策略方面较教学实施前均有增强,测评总分明显增加,自主学习能力得到提升,取得满意的教学效果。
普通小麦(T.aestivum L.)又称异源六倍体小麦,其基因组是由来自3个不同二倍体祖先且亲缘关系较近的基因组(A、B和D)构成。普通小麦的进化历程一直是遗传学教学中阐述物种形成和染色体数目变异机制的经典案例。近年来,伴随着科学技术的快速发展和应用,普通小麦的相关研究在细胞学水平、分子水平、基因组水平均取得了重大突破和进展。本文对普通小麦最新研究成果进行了梳理和总结,将相关前沿科学内容与遗传学各章节的理论教学相结合,并应用于遗传学的理论教学中。这不仅是对经典遗传学教材内容的补充和发展,同时也能够让学生认识到遗传学是一门不断发展的自然科学,在提高学生学习兴趣的同时,实现对遗传学基本内容和前沿科学动态的系统学习。
医学遗传学既是基础医学的重要研究内容,又与临床医学紧密联系。对医学专业的学生而言,学好医学遗传学知识不仅可以为理解医学问题奠定坚实的理论基础,还能为临床医学实践提供不可或缺的技术手段。为了提高学生对医学遗传学核心内容的理解与掌握,培养具有创新精神和独立思考能力的高级医学人才,我校在八年制医学生医学遗传学教学中引进了基于问题的教学方法(problem-based learning, PBL),即PBL教学,并将形成性评价和教学反馈机制融入到PBL教学中,取得了良好的教学效果。本文将论述形成性评价与教学反馈在PBL教学中的重要性和必要性,介绍我校医学遗传学PBL教学方案、教学过程和教学效果,分享我们对PBL教学模式的思考,为医学遗传学教学改革提供新的思路。
通识教育已经成为大学高等教育的重要组成部分,强调通专结合的办学理念,要求践行“以人为本”的教育实践。在教学实践中存在不少困难和困惑,需要不断总结和发展中国特色的通识教育体系。本文凝练了在人类生物学教学实践中如何融入人类遗传学知识的通识教学理念、案例和分析,以“人是什么”为切入点引入贴近生活的教学内容。通过现代进化基因组学知识,解析人类自身发展的过去、现在和未来所涉及的生物学核心问题。剖析人的经典属性及其与通识教育的特殊关联,进而引出基于问题的深层次思考。
学生创新能力的培养已成为中国高等教育的重要导向,加强综合设计性实验的应用是提高大学生创新能力的有效途径。文章以水稻Ds插入突变体为实验材料,以突变体表型观测作为实验切入点,以遗传分析和Ds转座检测为实验学习重点,重新设计了一个分子遗传学综合性实验项目。在此基础上,通过知识拓展环节引导学生利用开放实验平台学习TAIL-PCR技术,进一步进入研究性实验。通过综合性实验到研究性实验的递进式教学体系,能够使学生深入理解表型与基因的内在联系、跳跃基因的概念以及转座子在基因功能研究中的重要作用,加深学生对基因概念及遗传规律的认识和理解,提升学生理论知识与实验技能的整合运用能力。
遗传分析是本科遗传学教学的重要内容,四分子分析是真菌类遗传分析的独特方式,其中的粗糙脉孢菌顺序四分子分析不仅可以研究基因与着丝粒间的重组、基因间的重组,而且还可以精细研究同源染色体非姊妹染色单体之间的交换形式,是深入理解交换重组分子机制的重要遗传学研究材料。对此,教材中已有详尽的介绍。美中不足的是,中外教科书和相关专业期刊中缺乏对顺序四分子两基因连锁分析中7种基本子囊型归纳方法的具体介绍,令相关内容的学习留下疑惑。本文从顺序四分子两基因连锁遗传分析过程中涉及的3种四分子类型(PD、NPD和T)与两基因4种分离时期组合(Ⅰ Ⅰ, Ⅱ Ⅱ, Ⅰ Ⅱ, Ⅱ Ⅰ)的相互关系入手,设计表格,直观展现了二者的12种可能组合结果(3×4=12),并应用直观的对错符号(√、×),同时结合表后的3项分析,排除了其中的5种组合形式,最终归纳得到7种基本子囊型。本文提供了7种基本子囊型具体的归纳分析方法,解决了相关教学内容的论述不足问题,以期为真菌类顺序四分子遗传分析的教学提供帮助。
“动物遗传原理与育种方法”作为农业硕士专业学位(畜牧领域)一门主干课程,也是一门理论与实践相结合的课程。传统的举例教学方式不仅难以满足现代专业学位教学要求,而且也难以让学生系统掌握遗传育种理论与实践知识。本文在对开放式全程案例教学的内涵与特点进行分析的基础上,结合“动物遗传原理与育种方法” 案例的教学实践,阐述了全程案例教学设计中典型案例选择、案例的课堂讲解和组织讨论、案例的课堂总结以及课程教学评价等设计技巧与注意事项,为农学专业学位研究生培养过程中案例教学法的应用和推广提供一定的参考。
RNA干扰是由双链小RNA介导的基因沉默现象,已成为一个被广泛应用的反向遗传学研究技术。为了让学生更好地理解该技术,本实验教学让学生自己选择靶基因,设计小干扰RNA 和引物,然后检测小干扰RNA介导的基因沉默效果。以2018年第五组为例,该组挑选了小鼠长链脂酰辅酶A合成酶1 (acyl-CoA synthetase long-chain family member 1, Acsl1)为靶基因,设计了两对特异性靶向Acsl1 mRNA的小干扰RNA,通过电穿孔的方式将其转染到3T3-L1中,然后提取细胞总RNA和合成cDNA,最后用相对定量PCR检测mRNA的表达量。结果显示两对小干扰RNA都有60%以上的沉默效果。近3年内,大约83%的学生都能独立完成所有实验并最终成功筛选到至少一对有效的小干扰RNA。该教学实践增强了学生对RNA干扰原理和实验的理解,锻炼了学生的实验与科研能力。
基因结构和表达调控机制是现代生命科学的研究热点和焦点。乳糖操纵子是大肠杆菌(Escherichia coli)分解代谢乳糖的一簇基因,其基因组成与表达调控方式是最早被阐明的基因结构与调控机制,因而成为微生物学、遗传学和分子生物学等多门专业课程讲解基因调控机制的经典教学案例和要求重点掌握的内容,备受师生们的重视。该知识点虽然结论简单,记忆容易,但由于触及生命结构与功能的核心机制,内涵丰富,逻辑深奥,理解困难。教师要充分发挥该教学案例的效果并非易事,需要深入了解乳糖操纵子的基因结构和工作原理,特别是科学家揭秘这些奥秘的科学背景和思维过程。本文通过回溯大肠杆菌乳糖操纵子发现和表达模式解析的历程,追随J. Monod和F. Jacob等前辈名家的脚印,聆听他们对实验结果的分析,学习他们的科研思想和创新思维,结合乳糖操纵子的DNA序列,深入分析和理解乳糖操纵子表达的若干奇特现象的原因,共同探讨如何充分发挥遗传学和分子生物学经典案例的教学价值。
遗传学是从基因(组)水平研究生命的遗传和变异规律的生物学分支学科。遗传学教学应与不断发展的遗传学科和社会需求相适应。针对遗传学知识体系不断发展、生物学人才培养要求不断提升,教学团队以一致性建构原则为指导,开展遗传学混合式教学的课程设计与改革实践。改革举措具体包括：(1)以遗传分析为主线,建设遗传学在线课程资源;(2)对照布鲁姆教育目标分类,优化课程学习目标;(3)设计与教学目标一致的学习活动与学习测评,建构一致性;(4)丰富学习活动的形式,突出以“学”为中心,重视学生互动,促进主动学习,提升学习成效。问卷调查与成绩分析提示混合式教学改革取得了初步成果：课程受到了学生的充分肯定,并有助于提升学生的学习成效,值得进一步巩固和推广。本文介绍了混合式改革的教学设计与初步实践结果,为新时代遗传学教学的继续发展提供了新的思路和方法。
遗传学是相关专业本科生的核心课程之一。国内大部分高校在遗传学教学中使用普通遗传学教材,但不同专业背景的学生使用普通遗传学教材会产生较大的教学质量差异,特别是蚕学、蜂学、植物保护、动物科学等专业的本科生。虽然普通遗传学教材中有一些昆虫学案例,但没有随着昆虫学发展进行更新,且不能满足昆虫相关专业学生的专业素质培养需求。因此,本文对可应用于遗传学课程的昆虫学案例进行梳理,引入遗传学教学,更替部分普通遗传学教材中的非经典案例,并补充一些普通遗传学教材中使用较少的昆虫发育遗传学、核外遗传学和进化遗传学等案例。建立适用于昆虫学相关专业的遗传学理论体系与实验教学设计,使遗传学教学突出昆虫学相关专业的特色,以期对相关专业的学生学习和教师教学有所帮助。
本文将科研中发现的一个含调控杂种花粉不育基因座(S23)的水稻材料(DSSL)应用于教学,设计了一个基于SSR分子标记对比经典孟德尔分离和偏孟德尔分离的综合性实验。利用位于水稻两条染色体上的4个SSR标记对两亲本及其杂交构建的F2代群体进行单株基因型检测,用显微图像观察与统计分析亲本及杂种F1的花粉育性,不仅从分子水平上验证了分离定律,更从基因型到表型的观察实验中完整展现了水稻的偏孟德尔分离现象及其原因,加深了学生对植物遗传规律、基因型与表型关系的理解,激发了学生对实验的兴趣与探究动机,增强了学生对实验学习的自觉性和积极性。并在此基础上构思一个科研成果转化至教学应用的可持续发展思路,以推动实验教学的改革与创新。
染色体结构变异,会扰乱机体的固有平衡系统,影响生殖和发育。在本科遗传学教学中,如何进一步诠释导致机体平衡系统紊乱的机理,是教师常面临的教学难题。一些嵌合基因(chimeric gene)是染色体结构变异的产物,具有特异的生物功能,可能是致使固有平衡系统紊乱的原因之一,但很少见到在课堂或教科书中讲述与嵌合基因相关的内容。本文结合近年本团队对嵌合基因的研究成果及遗传学教学实践,以一个司法案例创设情境,引入嵌合基因实例,以激发学生的学习兴趣;进而通过对嵌合基因通性的梳理,辅助学生总结知识点,发展思维融汇力,从而拓展染色体畸变的教学,以期使学生对基因的变异及其功能有更深入的理解,提高遗传学教学效果。
1978年以来,在中国遗传学会的指导和帮助下,中国遗传学教育工作者在遗传学教学体系、教材建设、教学内容、教学研讨、实验教学、新技术应用等方面进行了全面而系统的探索与改革,成效显著,促进了我国遗传学教育教学事业的大发展,为我国经济和社会发展培养了大批优秀的遗传学人才。本文总结了近40年来中国遗传学教学的改革成就,并对其未来的发展提出了建议,期待中国遗传学教学质量在新时代再上新台阶。
随着互联网的飞速发展,传统课堂教学与互联网相结合的混合式教学模式越来越受到人们的关注。微信作为使用最广泛的即时通讯软件,其公众号功能非常适合作为移动学习的平台。本文介绍了将微信应用到“微生物遗传育种实验”的教学实践,探索线上和线下结合的混合式教学模式。以“绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)的基因定点突变实验”为例,从教学设计、建立公众号及推送素材、课前预习、课堂学习、课后复习及反馈等5个方面详细介绍混合式教学过程。GFP基因定点突变实验在引物上引入一个GFP突变位点(Y66H),以质粒pGFPuv为模板,经PCR扩增后,以DpnⅠ消化原始质粒,并转化大肠杆菌筛选蓝色荧光蛋白突变株。采用微信与课堂教学结合的模式,既方便学生与老师交流互动,又有利于学生利用碎片化时间学习,使得“教与学”更加顺畅。实践证明,这种混合式教学模式深受学生喜爱,增强了学生学习兴趣与学习自主性,显著提高了教学效果。
遗传学是研究生物遗传与变异的科学,是探索基因的结构、功能及其变异、传递规律的生物学学科之一。植物遗传学中世代概念和划分尽管是一个简单的问题,但至今世代符号的使用仍然存在随意性,经常会出现利用不同的符号表示相同类型杂交后代的情况,如传统杂交后代以F1或F0表示,组织培养当代植株以R,R0,R1表示,从而导致遗传学基本概念的模糊。根据创建新世代的方法和遗传组成进行定义,本文提出了不同方法产生的新世代应用符号的建议,以便对植物遗传学领域的学习和研究提供借鉴和参考。
随着全国“卓越农林人才教育培养计划”的开展,我校动物科学专业设置了“卓越班”,以突出培养学生的系统思维和创新创业能力为目标开展了系列教育教学管理和课程改革。为此,我们以“鸡快、慢羽性状”为实验对象,设计了“鸡快慢羽性状遗传学基础分析”综合实验,突出培养学生用理论知识解决生产实践问题的思维和能力。本文重点介绍了该实验作为动物遗传学实验教学案例的实施过程及效果,首先从鸡的表型观察逐步深入到遗传学基础分析,利用遗传学理论指导鸡快、慢羽品系培育的育种实践。实验内容涉及伴性遗传规律和性别决定机制等遗传学理论知识,同时还涉及基因组DNA提取、基因扩增、酶切及电泳分析等一系列分子遗传学的技术方法。不仅有利于学生综合分析能力和专业技能的掌握,还有助于培养学生对动物科学专业的科研兴趣和创新意识。此综合性实验还展现了用遗传学理论指导动物品种培育实践过程,符合动物科学专业复合应用型人才培养目标的要求,其中的教学理念和方法可推广应用于其他生物学实验教学。
遗传学是生命科学、医学、农学等相关领域的核心课程。作为21世纪生命科学中发展最为迅速的学科之一,教学内容复杂、更新快,遗传学知识对人一生的影响也日益增强,特别是与医学相关的遗传学知识更是受到大众关注。为使学生更容易理解深奥的遗传学知识,使教学内容更贴近生活,在教学过程中引入医学病例,将相应的医学病例同遗传学理论知识结合并作出适当的延伸,将有利于提高学生的遗传学知识综合分析能力,同时提高学生的学习积极性和实用技能。本文根据现代遗传学教学体系,引入相应的医学病例,强调培养学生综合遗传分析能力,为综合性大学、师范院校的普通遗传学教学提供参考。
遗传学是林学专业本科生普遍反映最难学习的必修课程之一,传统的讲授式教学很难满足遗传学教学的需求。根据林学专业的理论特点和实际需求,结合近几年的教学和科研经验,选取了“开棺验亲”、“黑果枸杞茎刺”、“哈利·波特与魔法力”等一系列典型的案例应用于林学专业的遗传学教学。实践证明针对遗传学的案例教学能培养学生的学习能力和创造力、激发学生学习兴趣和学习的主动性,同时也培养了学生良好的个性品质并在一定程度上增强知识学习的系统性。
文章对“水稻SSLP分子标记的遗传分析”作为遗传学实验教学案例的实施过程及其效果进行了探讨。利用位于水稻两条染色体上的3个SSLP标记,对两亲本及其杂交构建的F2代群体进行单株SSLP标记基因型检测,利用检测所得到的基因型结果验证分离定律、独立分配定律及连锁交换定律等遗传学三大定律。实践证明这不仅有利于加深学生对遗传学三大定律的认识,而且在提高学生实验操作技能和综合分析能力的基础上,还有助于培养学生的科研兴趣和创新意识。同时,对该实验的适用范围以及尚需完善之处做了讨论。此综合性实验也是科研成果转化为本科实验教学的一个有益探索。
秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)是模式生物中的重要成员之一,因其实验成本低,实验周期短,非常适宜用于高校的遗传学实验教学中。线虫在实验教学中的使用,一方面可以有效地丰富高校实验教学的内容,另一方面也可以很好地激发学生的学习兴趣。本文介绍了线虫在遗传学实验教学中的应用实例,如生活周期观察、单因子杂交、单核苷酸多态性研究、RNA干扰(RNAi)实验等;对实验设置、操作要求、实验相关准备工作等进行了较为细致的描述,为线虫在高校遗传学实验教学中的应用提供了详实案例,可为线虫在高校遗传学实验或其他相关实验课程如细胞生物学实验、模式生物与发育生物学实验中的应用提供参考。
