醫(yī)學研究生遺傳學實驗改革實踐

姚嘉宜，黃 辰，宋土生

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

醫(yī)學研究生遺傳學實驗改革實踐

姚嘉宜，黃 辰，宋土生

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

遺傳學實驗是醫(yī)學研究生專業(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實驗的基礎上，遵循基礎性、實用性、前沿性、創(chuàng)新性的一套綜合性實驗內(nèi)容，讓研究生在學習新技術(shù)的過程中，培養(yǎng)系統(tǒng)性的科學思維方式。

遺傳學;實驗改革;研究生

遺傳學是研究基因的結(jié)構(gòu)、功能及其變異、傳遞和表達規(guī)律的學科，實驗課的設計應在培養(yǎng)學生實踐技能的同時，加強學生對遺傳學理論的理解和掌握[1]。隨著遺傳學的迅速發(fā)展，特別是應用體細胞遺傳學和分子遺傳學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)療工作者廣泛認知。由于教學目標為研究生，更應該培養(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]。本次實驗課的設計將培養(yǎng)學生綜合分析的能力與經(jīng)典遺傳學實驗和分子遺傳學前沿實驗相結(jié)合，同時有效整合實驗教學體系，增強學生對知識掌握的系統(tǒng)性。在這種教學理念下，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)遺傳學實驗中存在的問題

醫(yī)學遺傳學實驗是醫(yī)學類專業(yè)的重要基礎課之一，全國各醫(yī)學院校均有開設?，F(xiàn)有的醫(yī)學遺傳學實驗主要包括兩大內(nèi)容:一是與遺傳學有關(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)學遺傳學實驗課設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，基礎性實驗過多，而新技術(shù)實驗偏少。遺傳學發(fā)展到今天，除了經(jīng)典的染色體制備、顯帶技術(shù)之外，分子遺傳學內(nèi)容如基因組與遺傳標記、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)。而研究生在科學研究中經(jīng)常用到的分子遺傳學理論相關(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)、遺傳標記分析、基因突變檢測等在原有的實驗設計中也未有設置。綜上所述，目前傳統(tǒng)遺傳學實驗的重大缺陷即是其開展并不能和醫(yī)學研究生課題相聯(lián)系，無法為研究生未來課題立項做鋪墊。

2 研究生遺傳學實驗教學改革思路

研究生教育的重要目標在于培養(yǎng)研究生獨立思考進而進行科學研究的能力?？蒲心芰κ强茖W素質(zhì)的核心，是運用學到的理論知識和科學方法去探索新知識、解決新問題過程中形成的能力，是研究生應具備的基本能力。遺傳學實驗是醫(yī)學研究生專業(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習的能力是本次實驗教學改革的重心。新的改革方案是在原有遺傳學實驗的基礎上，遵循基礎性、實用性、前沿性、創(chuàng)新性的一套綜合性實驗內(nèi)容，讓研究生在學習新技術(shù)的過程中，培養(yǎng)系統(tǒng)性的科學思維方式。

2.1 系統(tǒng)整合實驗教學體系

綜合性實驗是理論與實踐緊密聯(lián)系的橋梁，可以引導和培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力以及開拓、創(chuàng)新意識，使學生的綜合素質(zhì)得到提高，幫助學生形成初步的科研能力。將遺傳學實驗教學內(nèi)容進行系統(tǒng)化整合，使學生在學習中有系統(tǒng)地進行，并把所學知識進行有序地梳理，使實驗教學能夠自成體系，而不是一個個支離破碎的片段。根據(jù)實驗教學大綱要求和我校遺傳學科發(fā)展的特點，現(xiàn)將遺傳學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、聚合酶鏈式反應、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)，讓學生通過實驗可以形成一個綜合的科學研究的概念，體現(xiàn)了根據(jù)實驗需要進行設計到科學研究所必經(jīng)的科研思路。

2.2 增強實驗的新穎性和實用性

當前分子生物學的發(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)高校在分子遺傳學實驗教學部分的設置仍顯單薄[4]。因此，為幫助學生對學科發(fā)展迅速的適應，吸收最新科研成果，提高學生在分子研究中的實驗設計能力和動手能力，在經(jīng)典遺傳學的基礎上非常有必要增加分子遺傳學的相關(guān)實驗。我們的思路是將學科發(fā)展的最新科研成果和前沿知識有機地整合于實驗教學改革中，并將科研與教學相結(jié)合。以第一部分染色體制備及熒光原位雜交為例，將經(jīng)典遺傳學實驗染色體制備和20世紀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，從而能夠保證教學內(nèi)容和技術(shù)手段始終處于學科前沿。染色體制備實驗是遺傳學經(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)展使遺傳學和遺傳病學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，使學生了解到最新的學科進展，為未來的實驗思路設計和課題應用奠定了基礎。

2.3 增加實驗的應用性

遺傳學實驗除了要加深學生對于遺傳學理論的理解和掌握之外，能為其所用，對于學生在未來的科學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)新的實驗教學內(nèi)容做好充分的準備工作;另一方面，與實際應用密切結(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)容的設置上以廣泛應用為主，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)定教學內(nèi)容的同時，結(jié)合醫(yī)學研究生的專業(yè)特點和以后的科研需要，進行教學特殊內(nèi)容的安排。我們這次設置的內(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，可作為臨床預期診斷的工具。在本次遺傳學實驗的設計中，實驗的可應用型是考慮的重點，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)學生了解該實驗的設計原理以及操作方式，培養(yǎng)學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、實驗目的、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)了研究生的科學思維能力。

隨著遺傳學的迅猛發(fā)展，遺傳學的實驗教學在學生學習中占有越來越為重要的位置。在以往的遺傳學實驗中，由于課時的限制以及遺傳學課程的特點，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)，變學生被動的接受為主動的思考，加深對獨立實驗乃至實驗整體思路的理解。同時在遺傳學的實驗教學中，盡可能考慮到醫(yī)學研究生在未來臨床課題設計中的實用性，將學科發(fā)展的最新科研成果和前沿知識有機地整合于實驗教學改革中，以提高學生設計實驗、分析問題以及解決問題的綜合能力，為未來實際應用奠定基礎。

[1]曹 寧，楊 葳，楊革非.高校遺傳學實驗教學的改進[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(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.遺傳學實驗教學體系的改進[J].西南農(nóng)大學學報，2008，6(1):169-172.

[5]汪珍春，黃韶玲.遺傳實驗課最優(yōu)化組合教學的設計與實施[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——西安交通大學醫(yī)學研究生創(chuàng)新教育實驗平臺(項目批準號:C-0707)