学术沙龙2013年第九场主题报告定于10月11日（周五）上午10:00在物理楼5004报告厅举行，报告人为新加坡国立大学张兴华博士，届时请各位老师参加。

时间：10月11日（周五）10:00

地点：物理楼5004 报告厅

报告之一：三种过度拉伸的DNA结构

报告人：张兴华博士

报告摘要：

在生物体内DNA多以右手双螺旋结构存在，称为B-DNA。实际上，为了执行多种多样的功能，B-DNA需要转变为其他结构。例如，在基因表达过程中，B-DNA 双链打开而形成DNA bubble，以便于RNA聚合酶读取存储在DNA序列中的遗传信息。在生物体内， DNA通常受到一定的拉力，因此要了解DNA执行的功能就有必要研究DNA在受力时的结构。在1996年，研究者们发现拉力可以诱导B-DNA发生“过度拉伸相变”，转变成“过度拉伸的DNA”。 自从发现此相变以来，学术界一直在争论过度拉伸的DNA的具体结构。不同实验室的研究者们提出了三种可能的假设：(1) 形成了一种未知的双链DNA结构，称为S-DNA； (2) DNA 的一条链从末端剥离，而另外一条单链DNA被拉伸；(3) DNA双链从内部打开，而形成两根反平行的单链DNA构成的DNA bubble。17年来，研究者们针对DNA过度拉伸相变进行了许多实验，但是不同实验室的人总是得到截然不同的结论。

采用能够精确控制实验条件的单分子磁镊装置，我们对DNA过度拉伸相变进行了系统的研究。通过弹性力学测量、热力学测量和静电力学测量，我们发现三种假设的DNA结构都有可能形成。通过调控实验条件，例如DNA的拓扑结构、DNA序列、实验温度、拉力大小和缓冲液盐浓度，就可以调控具体形成哪种结构。这三种结构的存在条件可以通过多维相图来描述。进一步我们还发现，通过改变实验条件，可以诱导三种过度拉伸的DNA结构之间再次发生相变。我们的研究成果不仅解决了持续17年的学术争论，而且描绘了拉力下DNA结构的完整图像。由于DNA在生物体内通常也受到拉力，这些发现有助于理解许多生命过程的力学调控机制，如DNA损伤修复和基因转录。另外，对三种过度拉伸的DNA性质的测量结果也有助于设计DNA纳米器件。

对于揭示核酸的各种结构及其转变的奥秘，我们的研究仅仅是一个开始。还有许多的谜题有待解开。A-DNA、Z-DNA 和双链RNA等核酸双螺旋结构是否也会发生过度拉伸相变？过度拉伸的DNA结构之间相变的动力学过程如何解释？在更大的拉力下DNA会不再次发生相变？希望能与兰大的磁学专家和理论物理学家合作，解开这些谜题。

报告人简介：

张兴华，新加坡-麻省理工学院学术联盟 博士后。2009年获得中国科学院物理研究所 理学博士，2010年进入新加坡-麻省理工学院学术联盟 做博士后工作。其主要研究方向为DNA结构与功能的单分子研究 ，研究DNA的过度拉伸相变 。他们通过在单分子尺度上的弹性力学、热力学和静电力学测量，解决了本领域长期的学术争论。此课题产出9篇期刊论文和会议报告。其中2篇论文以第一作者发表在顶级综合类期刊PNAS上。数十家国际媒体和期刊报道了此项学术成果， Biopolymer将此项学术成果选为当月的两项Research Highlight之一。