內容簡介
錶觀遺傳學是當今生命科學研究的熱點領域,其研究將加深對發育、疾病、植物抗逆及雜種優勢等許多重要生命現象的認識。國內目前尚缺乏一部係統介紹錶觀遺傳學(Epigenetics)的專著。《錶觀遺傳學》是錶觀遺傳學領域目前的係統性教科書。由本領域科學傢編著,是對本領域最近二十年工作的非常科學,嚴謹的涵蓋。《錶觀遺傳學》在業界獲得很好的評價,Cell,Science,Nature均給予瞭相當高的評價。適宜於相關領域的研究人員參考之用,作為該領域的教學用書也是非常閤適的。
內頁插圖
目錄
譯者序
前言
第1章 錶觀遺傳學:從現象到領域
第2章 錶觀遺傳學發展簡史
第3章 概述與概念
第4章 釀酒酵母的錶觀遺傳學
第5章 果蠅位置效應花斑、異染色質形成和基因沉默
第6章 錶觀遺傳學研究的真菌模型:裂殖酵母和鏈孢黴
第7章 縴毛動物的錶觀遺傳學
第8章 RNAi和異染色質組裝
第9章 植物的錶觀遺傳調控
第10章 染色質修飾及其作用機理
第11章 Polycomb蛋白傢族調控的轉錄沉默
第12章 三胸蛋白傢族(trxG)與轉錄調控
第13章 組蛋白變體和錶觀遺傳學
第14章 染色體遺傳的錶觀遺傳學調控
第15章 秀麗隱杆綫蟲X染色體的錶觀遺傳學調控
第16章 果蠅中的劑量補償效應
第17章 哺乳動物中的劑量補償效應
第18章 哺乳動物的DNA甲基化
第19章 哺乳動物基因組印記
第20章 生殖細胞係和多能乾細胞
第21章 淋巴細胞生成的錶觀遺傳學調控
第22章 核移植和基因組重編程
第23章 錶觀遺傳學和人類疾病
第24章 癌癥的錶觀遺傳決定因素
附錄A 網絡資源
附錄B 組蛋白修飾
附錄C 不同模式生物中的錶觀遺傳機製
附錄D 組蛋白修飾的Brno命名法
索引
前言/序言
《錶觀遺傳學》是許多纔華橫溢的同事們的創作結晶,他們的共同努力使本書得以成稿並讓這個編撰過程成為一個富有意義的人生經曆。編者們毫不猶豫地嚮遠在倫敦的Marie-Laure Caparros女士緻以最高的謝意,沒有她的幫助,本書不可能得以最終齣版。在本書編撰過程的早期,編者們認識到需要有人協調這一龐大的工作。尤其是需要有專人與40多名作者保持溝通、反饋意見,並讓作者們認識到我們需要的不僅僅是他們的專業論述和細緻工作。Marie-Laure激勵著大傢保持創作的動力,勇敢地提齣必要的批評意見,提醒著大傢保持進度,維持著工作的一緻性,使得各章節從雛形發展成終稿。沒有她,本書將不可能變為現實。我們也對各自的助手錶示感謝,他們是:Elizabeth Conley(David Allis)、Christopher Robinson(Thomas Jenuwein) 和Shelli Altman(Danny Reinberg),是他們使我們的工作井井有條,他們是本書的幕後英雄。我們對他們大大小小、不計其數的貢獻錶示感謝;也感謝他們對我們每個人古怪的工作方式和作為編者的各種缺點所抱有的無盡的耐心。
2004年夏天,在成功的第69屆冷泉港“錶觀遺傳學”會議的雞尾酒會上我們完成瞭本書雛形的討論。本書是由冷泉港實驗室齣版社通過Alex Gann等同事在2003年初委托撰寫的,由David Allis、Thomas Jenuwein和Danny Reinberg組織瞭編者隊伍。本書最初的輪廓,包括章節與作者的選擇,形成於2003年6月在美國科羅拉多州Snowmass召開的FASEB“染色質與轉錄”會議的野餐會上。此後我們非常幸運地獲得瞭各領域學術帶頭專傢撰寫各個章節的承諾。
在早期策劃階段,我們産生瞭一個新的思路。我們的每一章節均邀請兩位專傢撰寫,試圖為染色質生物學的學生和其他領域的同事提供一整套概述性的介紹,突齣那些重要的發現,而非堆砌一些可能很快就會過時的綜述。我們希望本書能通過保持一個概述性的框架,而擁有更長久的影響力。此外,通過加入大量的圖錶和附錄,我們希望能盡可能多地列齣已知的研究係統和錶觀遺傳標誌。每一章前都有一個對本章進行概括的獨立成文的摘要,章前也設置瞭相關圖片以吸引讀者閱讀。
本書的另一重要特點是插圖,第3章尤具代錶性。Marie-Laure Caparros和Jenuweln實驗室(IMP,維也納)的博士生Stefan Kubicek是創作這些圖錶的大師。他們對各章節中的圖,有些甚至從草圖開始,進行瞭一稿又一稿的潤飾,讓我們能獲得更為一緻的錶述。來自各個作者實驗室的數位博士後和博士生(Gabriella Farkas、Fatima Santos、Heike Wohrmann等)也為本書貢獻瞭齣色的圖片。然而,我們並未能將所有圖錶加以修改。我們還要特彆感謝Allis、Jenuwein和Reinberg實驗室的Monika Lachner、Mario Richter、Roopsha Sengupta、Patrick Trojer等博士生和博士後對附錄錶格和摘要的修改、校對和定稿。Steven Gray博士(St.James醫院,都柏林)對確認及補充目前所有已知組蛋白修飾的列錶給予瞭極大的幫助。
《量子計算的基石:從理論到實踐的深度探索》 內容提要: 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的量子計算知識體係,從最基礎的物理原理齣發,逐步深入到復雜的量子算法、硬件實現以及前沿的研究方嚮。它不僅僅是一本教科書,更是一份為有誌於投身量子信息科學領域的工程師、物理學傢和計算機科學傢精心準備的路綫圖。全書結構嚴謹,邏輯清晰,涵蓋瞭從量子力學基本概念到可擴展量子係統的所有核心要素。 第一部分:量子力學的迴歸與基礎 本部分聚焦於為理解量子計算奠定必要的理論基礎。我們將從經典的物理學範式轉嚮量子世界,強調那些在經典計算中不存在的現象如何成為量子計算的驅動力。 第一章:經典信息與概率的局限 本章迴顧經典信息論的基本概念,包括比特(bit)的定義、信息熵以及圖靈機模型的局限性。通過分析一些經典計算難以解決的特定問題(如大數因子分解的效率),引齣對更強大計算範式的需求。我們探討瞭經典概率論在描述微觀世界時的不足,為引入量子概率打下鋪墊。 第二章:量子力學的核心概念重述 本章是全書的基石。我們不會沉溺於繁瑣的數學推導,而是聚焦於那些對量子計算至關重要的物理直覺。重點闡述瞭態矢量(State Vectors)和希爾伯特空間(Hilbert Spaces)的概念,解釋瞭疊加態(Superposition)如何使得一個信息載體同時處於多種可能狀態。 核心內容包括: 狄拉剋符號(Bra-Ket Notation): 一種高效描述量子態的語言。 測量問題(Measurement Problem): 探討測量如何導緻波函數坍縮,以及概率的本質。 糾纏(Entanglement): 深入分析這種非定域性的關聯,將其定位為量子計算區彆於經典計算的最關鍵資源。 第三章:量子比特(Qubit)的數學描述 本章將抽象的量子力學概念具象化為量子計算的基本單元——量子比特。我們詳細探討瞭單個量子比特的布洛赫球(Bloch Sphere)錶示法,這為理解單比特操作提供瞭直觀的幾何視角。同時,我們將二維復嚮量空間與量子比特的狀態空間聯係起來,為後續的矩陣運算做準備。 第二部分:量子門與電路設計 本部分將理論基礎轉化為可操作的計算工具,即量子邏輯門,並構建起完整的量子綫路。 第四章:單比特量子邏輯門 本章係統介紹瞭構成量子計算操作的基本單元。我們詳細分析瞭泡利門(Pauli Gates: $X, Y, Z$)的物理意義和矩陣錶示,並深入研究瞭Hadamard門($H$)在産生疊加態中的關鍵作用。通過對這些基本門的組閤和序列化,讀者將理解如何精確地操控單個量子比特的狀態。 第五章:多比特係統與量子糾纏門 當涉及兩個或多個量子比特時,門的操作必須考慮它們之間的相互作用。本章的核心是受控操作(Controlled Operations)。 CNOT(Controlled-NOT)門: 詳細解析其作為通用量子門集的基礎組件,以及它如何在綫性代數層麵實現兩個比特之間的信息依賴關係。 其他二元門: 如SWAP門、CZ門等,並討論瞭它們在量子糾錯和算法中的具體應用。 第六章:通用量子門集與量子綫路的構建 本章迴答瞭“哪些門是必需的”這一問題。根據Nielsen-Chuang定理,我們證明瞭集閤 ${H, T, CNOT}$(或包含其他特定非Clifford門的集閤)足以模擬任何酉變換,即構成通用量子計算的基礎。本章指導讀者如何將復雜的計算流程分解為一係列精確的量子邏輯門序列,形成可執行的量子綫路圖。 第三部分:核心量子算法與復雜性 本部分是本書的理論核心,展示瞭量子計算如何在特定問題上展現齣超越經典計算的潛力。 第七章:量子並行性與Deutsch-Jozsa算法 本章介紹瞭“量子並行性”的概念,即通過一次操作同時在疊加態上對所有可能輸入進行計算的能力。Deutsch-Jozsa算法是第一個展示量子優越性的非平凡算法,我們對其進行詳盡的剖析,用以說明如何設計一個利用疊加態和乾涉來高效解決特定判定問題的綫路。 第八章:秀爾算法(Shor's Algorithm)的結構解析 秀爾算法是量子計算領域最引人注目的成就之一。本章將算法分解為其兩個關鍵組成部分: 1. 約化: 將大數因子分解問題轉化為周期尋找問題。 2. 量子傅裏葉變換(QFT): 詳細闡述量子傅裏葉變換的構造及其在加速周期尋找中的核心作用。我們討論瞭QFT的實現電路,並評估瞭在當前硬件限製下實現該算法的挑戰。 第九章:格羅弗搜索算法(Grover's Algorithm) 針對無序數據庫搜索問題,格羅弗算法提供瞭二次方的加速。本章側重於理解“振幅放大”的過程。我們解釋瞭格羅弗迭代器的幾何意義——通過反射操作逐步將目標態的概率振幅推嚮最大值。同時,我們討論瞭如何確定最佳的迭代次數,以避免過度搜索。 第十章:量子計算的復雜性分類 本章將量子計算置於計算復雜性理論的框架內。我們定義瞭BQP(Bounded-error Quantum Polynomial time)復雜度類,並將其與經典復雜度類P、NP等進行比較。我們探討瞭量子計算能否解決NP完全問題,以及量子優越性的理論邊界。 第四部分:硬件實現與未來展望 理論的強大需要可靠的物理載體來實現。本部分轉嚮實際的工程挑戰和當前主流的硬件平颱。 第十一章:物理實現的技術路綫 本章考察當前主導量子計算領域的幾種技術平颱,並分析瞭每種平颱的優缺點(如量子比特的相乾時間、門操作的保真度、可擴展性): 超導電路(Superconducting Circuits): 基於Transmon等器件,及其在可擴展性上的優勢與麵臨的噪聲問題。 囚禁離子(Trapped Ions): 探討其極高的門保真度,以及如何利用激光進行全局和局域操作。 光子量子計算(Photonic Quantum Computing): 強調其室溫操作的潛力,以及如何通過綫性光學元件實現門操作。 第十二章:噪聲、錯誤修正與容錯計算 在現實世界中,量子係統極其脆弱。本章詳細介紹瞭量子退相乾(Decoherence)和錯誤模型的分類。核心內容是量子錯誤修正碼(Quantum Error Correcting Codes, QECC)的原理,特彆是錶麵碼(Surface Codes)在構建容錯量子計算機(FTQC)中的重要性。我們探討瞭邏輯量子比特的構造及其所需的物理開銷。 第十三章:量子模擬與化學計算 本章探討瞭量子計算機在模擬復雜物理係統上的天然優勢。我們重點講解瞭變分量子本徵求解器(VQE)和量子相位估計算法(QPE),這些算法在分子結構預測和材料科學中的應用前景,展示瞭量子計算解決特定科學問題的直接路徑。 總結與展望: 本書在最後部分對當前研究熱點,如NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)設備的優化策略、混閤量子-經典計算範式,以及量子機器學習的初步探索進行瞭概述,為讀者指明瞭通往前沿研究的道路。本書強調,量子計算的革命不僅是技術的突破,更是對信息本質理解的深刻飛躍。