前沿课程回顾

课程介绍

植物叶片发育分子生物学研究组的秦跟基老师给我们介绍了他的实验室的研究方向以及最新的一些科研进展。秦跟基老师的研究方向：以模式生物拟南芥和水稻为材料，研究叶片等器官可塑性发育的保守分子调控机制。

秦跟基老师的前沿课为我们打开了植物世界的新窗口，而来自周晓华老师实验室的邓宇昊老师为我们讲授了与生物信息学联系紧密的一门课：医学，药学，生物学中的因果推断。

课程内容

首先秦老师介绍了植物的重要性以及植物作为研究材料的好处：1.最主要的直接和间接的食物来源2.美化环境，令人心情愉悦3.植物产生很多其他重要的化学物质。植物是非常好的研究材料，有独特性：光合自养、不能移动、适应性强、发育可塑性强。接着，秦老师重点讲解了植物的可塑性。植物与动物不同，植物的生长多来自于后天环境的可塑性调控。

植物可塑性很强，对环境有很强的适应性：如叶片上爬满虫的构树、长在加州沙漠的几千年的老树、静园草坪、切尔诺贝利遗址的植物。

（植物叶片的多样性：单叶与复叶、同一植物不同时期的叶子形态也不同、温度对叶片形态的影响）

叶片的起源：齐默尔曼的顶枝理论（化石研究）：枝条的功能、形态演化成叶。

焦雨铃的应力反馈理论：早期登陆的植物原基为辐射对称，应力反馈使其成为枝条。在进化过程中，原基中基因表达发生变化，导致形成枝条的辐射对称原基产生扁平化形态，再由应力反馈维持扁平化生长形成叶片。

变态学说：子叶、营养叶、苞片以及花的各种花萼、花冠、雌蕊、雄蕊都属于叶子的同一类型器官，是叶子的变态。

然后，秦老师介绍了TIE1通过抑制CIN-likeTCP转录因子的活性来调控叶片发育的研究。

TIE1活性增强，植物的分枝增多，叶片也变得向上卷曲不平整。

（金鱼草中两侧对称花和辐射对称花的转化）

TCP在不同植物中的作用：玉米TB1基因启动子前50kb左右插入了一个转座子，使其基因表达增加了约两倍，降低了分枝，提高了玉米产量。

番茄中TCP活性增强：复叶变单叶,TCP活性降低：复叶的小叶数大大增多。

（TCP活性对叶片形态的影响）

TIE1蛋白的作用机理：TIE蛋白与TCP蛋白结合，抑制TCP的转录作用，抑制下游基因的表达。

接着，秦老师又介绍了TIE1的调控蛋白TEAR。TEAR蛋白在体外有E3泛素连接酶的作用，会受各种外界条件调控，高温和激素等，特定条件下会介导TIE1的降解，间接促进TCP的活性，促进下游基因的表达，导致叶片形态的改变。

高温下，TEAR蛋白表达增加，降解TIE1，释放出TCP5的活性，导致叶柄的伸长来应对高温。

Pif4突变导致植物的热不敏感。

TCP5过表达的植物有正常植物高温下的特征：叶柄变长、叶片变小、叶与地面夹角变大。

由于TCP家族的功能冗余，该课题组构建了tcp的7重突变,发现子叶上会长出表皮毛。表示CIN-likeTCP会抑制表皮毛在子叶上的表达。

TCP可以促进ETC1和ETC3的表达，ETC1和ETC3会抑制转录因子复合物MYB-bHLH-WD40的相互作用，抑制该转录因子复合体的活性，从而抑制下游基因的表达。

TCP也可以直接与GL3结合，抑制转录因子复合物的相互作用，从而抑制下游基因的表达。

（EXB1过表达使得植物分枝变多,出现“独草成丛”的现象）

除此之外，秦老师还介绍了TCP调控花瓣的颜色、TIE调控根的可塑性发育、TIE蛋白在江南卷柏和水稻等植物中的保守性以及TIE多重突变导致的一些有意思的表型。

接下来是生物信息学部分。首先，邓宇昊老师从日常生活中的因果推断为切入点，为我们了解什么是因果推断和因果推断的作用提供了一个简单的入口。

在生活中一些很常见的富有逻辑性的事情，如果运用到因果推断上就会显出有一定的矛盾。比如：“我头不痛了，因为我吃了阿司匹林。”那么，如果我没吃阿司匹林，是不是头就一定还会痛呢？又如：“她有长头发，因为她是个女孩。”那么，如果ta不是个女孩，真的就一定没有长头发吗......以生活中的因果推断作为引题，邓老师紧接着向我们介绍了现目前对于因果关系的一些研究，其中包括了解因果机制，追溯结果的原因，衡量原因对结果的作用大小，探究因果概念的终极意义等等内容。

随后，邓老师以哲学上的因果作为重要探究部分，为我们介绍了几位著名的哲学家——包括亚里士多德，洛克，休谟，密尔——他们眼中的因果是什么样子。

亚里士多德认为：物质运动是“果”，具有四大原“因”质料因，形式因，动力因，目的因。亚里士多德的“四因说”，是为了说明事物运动的原因。第一种是质料因，事物由不变的质料构成，以此解释事物为什么在运动中继续存在。第二种是形式因，不同的事物各有特定的形式，用来表述本质的定义，以此解释为什么事物会以某种特定的形式运动。第三种是动力因，事物受到推动者和作用者的推动和作用，因此事物会开始或停止运动。第四种是目的因，事物的运动是有朝向有目的的，所以可以解释事物为什么要运动。

洛克认为：不存在先天经验，认识世界的唯一途径是感知，并由此定义了“因”和“果”。也即：因果观念是由感觉和反省所传来的那些观念来的。例如洛克在《人类理解论》谈到：“在我们的感官注意到变动不居的各种事物时，我们总会观察到有一些特殊的性质和实体开始存在起来，而且它们的存在是由别的事物底适当的作用所引起的。从这种观察，我们便得到因果的观察。能产生任何简单观念或复杂观念的那种东西，我们便以原因这个概括名词称之，至于所产生的，则叫做结果。我们的感官因为能发现各种物体相互间的各种作用，所以便使我们得到因与果的观念。所谓因就是能使别的事物（简单的观念、实体或情状）开始存在的。所谓果就是由别的事物开始存在的。以前不存在，现在开始存在的事物，就叫做结果；至于能使别物存在的，就叫做原因。”

休谟认为：因果关系是经验而非事实之间的重新组合，因果关系产生的效果无法通过经验验证。概括而言，人是凭借于经验而非理性来发现因果。他在《人类理解研究》中对此有作论述：“我们可以说‘因果之被人发现不是凭借于理性，乃是凭借于经验。我们离了观察和经验的帮助，那我们便不能妄来决定任何一件事情，妄来推论任何原因或结果。……人们都承认，人类理性所极意努力的，只是借比类、经验和观察，实行推论，把能产生自然现象的各种原则，归结较简易的地步，并且把许多特殊的结果还原于少数概括的原因。当一个物像或原因呈现于我们心前，我们如果不借一些观察，只是先验地来推论它，考究它，那它从不能提示出任何别的物象的意念来——如结果，它更不能指示出因果之间那种不可分离不可破坏的联系来。”

尤尔辛普森悖论是指当人们尝试探究两种变量（比如新生录取率与性别）是否具有相关性的时候，会分别对之进行分组研究。然而，在分组比较中都占优势的一方，在总评中有时反而是失势的一方。

邓老师还介绍了因果推断在生物统计和计算机领域的应用，比如费希尔，奈曼，珀尔等著名科学家运用因果推断于自己所研究的领域中。其中，统计学家奈曼和费希尔对潜在结果模型的提出更是产生了实质性影响。根据鲁宾的观点，奈曼是第一个提出“潜在结果”(PotentialOut