模式植物擬南芥遺傳應(yīng)用綜述

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1、模式植物擬南芥遺傳應(yīng)用綜述摘要：擬南芥作為一種比較經(jīng)典的“模式植物”，在研究相關(guān)的其他生物的生命活動(dòng)規(guī)律中，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相似性高，而表現(xiàn)出其他生物無(wú)法比擬的優(yōu)越性，成為了科學(xué)家們最理想的研究對(duì)象。本文分別從問(wèn)題的提出、歷史的發(fā)展、現(xiàn)狀的分析和前景的預(yù)測(cè)四個(gè)方面對(duì)擬南芥在科學(xué)界的地位及作用進(jìn)行了綜合性的總結(jié)和敘述。關(guān)鍵詞：擬南芥；模式植物；遺傳；應(yīng)用一、前言　　縱觀過(guò)去和現(xiàn)在，科學(xué)界對(duì)擬南芥的重視程度以及擬南芥在生物遺傳學(xué)的地位有著巨大的差異。尤其是近幾年來(lái)，科學(xué)界對(duì)擬南芥的熱衷程度日漸加深，完全不同于90年代以前的冷淡。而且現(xiàn)在的科學(xué)家們對(duì)于擬南芥的研究方向是各種各樣的，越來(lái)

2、越廣泛。本文就是對(duì)擬南芥在不同研究課題下所起的作用、在遺傳應(yīng)用上所表現(xiàn)的優(yōu)越性進(jìn)行一個(gè)總結(jié)性的綜述，探討產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因，從而得出此種作物在生物學(xué)上的大致研究方向，并作出相應(yīng)的前景預(yù)測(cè)，讓我們對(duì)它的研究潛力進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘，讓它的貢獻(xiàn)更大化。此外，也希望通過(guò)本文，讓大家對(duì)擬南芥在過(guò)去和現(xiàn)在的發(fā)展有一個(gè)更加清楚的了解，把握住大致的脈絡(luò)，并對(duì)今后的研究提供相應(yīng)的指導(dǎo)和幫助。二、歷史的發(fā)展：　　雖然孟德?tīng)栆酝愣篂閷?shí)驗(yàn)材料開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代遺傳學(xué),后來(lái)麥克林托克又研究了玉米,發(fā)現(xiàn)了驚人的“跳躍基因”,但總的來(lái)說(shuō),這些植物都不是研究分子遺傳學(xué)的良好材料。高等植物通常需要較大的種植面積,特殊的條

3、件,而且繁殖周期長(zhǎng)。更糟的是,植物的基因組通常都很大（例如,玉米的基因組比果蠅的大兩個(gè)數(shù)量級(jí)）,使人們難以分離到特定的基因[1]。因此,雖然K’Roberts早就認(rèn)為植物是研究發(fā)育的良好系統(tǒng),但迄今為止,在研究植物的細(xì)胞分化和形態(tài)發(fā)生等方面一直進(jìn)展遲緩。長(zhǎng)期以來(lái),分子生物學(xué)家們一直希望能在植物中找到象動(dòng)物中的黑腹果蠅(Drosophilame-lanogaster)那樣繁殖快,易于在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng),并能用分子生物學(xué)和遺傳學(xué)技術(shù)進(jìn)行廣泛研究的實(shí)驗(yàn)材料,以便從根本上改變植物遺傳學(xué)研究的長(zhǎng)期落后狀況。1985年4月13-19日在美國(guó)科羅拉多州召開(kāi)的植物遺傳學(xué)UCLA上,科學(xué)家們宣布,他

4、們終于確定了植物王國(guó)中的“果蠅”—擬南芥，而這也奠定了擬南芥在將來(lái)時(shí)期的地位。2.1擬南芥的研究進(jìn)度以及介紹擬南芥(Arabidopsisthaliana)是一種極普通的草本植物，常用俗名鼠耳芥，是一種十字花科植物，廣泛用于植物遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和分子生物學(xué)的研究，已成為一種典型的“模式”植物。近年來(lái)，植物科學(xué)中許多有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)幾乎都是以擬南芥為實(shí)驗(yàn)材料取得的，因此它被譽(yù)為植物界的“果蠅”。擬南芥具有以下主要特點(diǎn):(1)形態(tài)個(gè)體小，高度只有30cm左右;(2)生長(zhǎng)周期快，從播種到收獲種子一般只需6周左右;(3)種子多，每株每代可產(chǎn)生數(shù)千粒種子;(4)形態(tài)特征簡(jiǎn)單;(5)基因組小

5、，只有5對(duì)染色體。早在1907年，Strasburger就利用擬南芥研究了染色體的連續(xù)性。他的學(xué)生Laibach于同年發(fā)現(xiàn)擬南芥間期核中的異染色質(zhì)體的數(shù)目與其中期染色體數(shù)相同，這種現(xiàn)象在植物界中是比較少見(jiàn)的。擬南芥的染色體數(shù)目為2n=10，其基因組的遺傳連鎖圖總長(zhǎng)度為430cm(分摩)。由于REdei,McKelvie等的工作，至今為止已有75個(gè)擬南芥基因座位被定位在5個(gè)連鎖群中(與，對(duì)染色體相符合，其中第1號(hào)染色體上有23個(gè)基因標(biāo)記，第2號(hào)上有10個(gè)，第3號(hào)上有6個(gè)，第4號(hào)上有14個(gè)，第5號(hào)上有22個(gè))。在擬南芥中，未發(fā)現(xiàn)有與功能相關(guān)聯(lián)的基因連鎖群。此外，擬南芥形體小，易于在

6、實(shí)驗(yàn)室種植(可在簡(jiǎn)單的合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，也可在培養(yǎng)液中生長(zhǎng)，且世代周期短(僅:4-5星期)，其生活史的長(zhǎng)短可通過(guò)光照周期的化來(lái)調(diào)節(jié)。根據(jù)DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)分析，擬南芥的基因組僅為7萬(wàn)kb，與果蠅、線蟲(chóng)的基因組大小相仿(作為比較，人的基因組約為20萬(wàn)kb，黑麥的基因組約為790萬(wàn)kb)。還有，擬南芥的基因組中重復(fù)順序很少，這對(duì)于染色體分析、基因分離和基因克隆化均很有利。即使從單個(gè)基因的水平看，擬南芥基因組仍有明顯的優(yōu)越性。例如，大多數(shù)植物的種子蛋白基因是多拷貝的，而Meyerowitz小組發(fā)現(xiàn)，擬南芥的種子蛋白基因是單拷貝的。他們以克隆化的擬南芥種子蛋白基因?yàn)樘结?，首次以擬南芥為實(shí)

7、驗(yàn)材料用原位雜交技術(shù)分析了植物基因的表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)，僅在胚細(xì)抱中才有種子蛋白的mRNA。雖然該結(jié)果本身是意料之中的，但重要的是，能夠?qū)⒃环肿与s交技術(shù)應(yīng)用于擬南芥。要知道，適用于該技術(shù)的植物種是不多的。2.2擬南芥早期在細(xì)菌能產(chǎn)生有利變異、分子遺傳學(xué)、探究新的研究方法等方面的應(yīng)用[2]A、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化用Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化植物葉或莖組織的方法日益廣泛地用于植物的DNA轉(zhuǎn)化工作.在煙草已建立了較好的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并已將這一體系應(yīng)用于擬南芥。但葉的轉(zhuǎn)化率還較低，近年來(lái)發(fā)展了轉(zhuǎn)化其根組織的體系。經(jīng)轉(zhuǎn)化可以將某種