我國(guó)超級(jí)雜交水稻基因組學(xué)研究及其應(yīng)用

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1、PPT制作：周凱麗PPT演講：孫紫煙小組成員：洪豆馮洪波我國(guó)超級(jí)雜交水稻基因組學(xué)研究及其應(yīng)用123中國(guó)雜交稻基因組計(jì)劃雜交水稻基因組學(xué)研究雜交水稻基因組學(xué)應(yīng)用目錄超級(jí)雜交水稻超級(jí)雜交水稻是采取兩用光溫敏核不育系Y58S為母本，與含秈粳交和秈爪交復(fù)合血緣的重穗密粒型強(qiáng)優(yōu)勢(shì)恢復(fù)系奧R8188配育成。其育種方法是用三系法（不育系，自交系，恢復(fù)系）或者后來(lái)衍生出的兩系法和一系法得到雜種一代。雜交稻基因組計(jì)劃中國(guó)雜交稻基因組計(jì)劃的第一期工作，以超級(jí)雜交稻的父本——秈稻“9311”為對(duì)象，包括基因組測(cè)序、基因表達(dá)和蛋白質(zhì)表達(dá)譜等系列研究。第

2、二期工作，包括雜交稻的母本基因組測(cè)序和功能研究，通過(guò)比較基因組的系統(tǒng)研究方式，重點(diǎn)探討雜交優(yōu)勢(shì)的機(jī)理。2001年9月，完成了中國(guó)秈稻基因組工作框架圖的繪制工作。2002年12月，中國(guó)又領(lǐng)先完成了秈稻基因組的序列精細(xì)圖的繪制工作。在基因組的基礎(chǔ)上，還完成了水稻生長(zhǎng)發(fā)育全過(guò)程的蛋白質(zhì)組圖譜的繪制工作；設(shè)計(jì)并研制成功了世界上第一個(gè)覆蓋水稻全基因組的基因芯片，正在進(jìn)行與蛋白質(zhì)表達(dá)譜相對(duì)應(yīng)的基因表達(dá)研究工作。全基因組芯片使全面觀察和研究水稻的基因表達(dá)成為可能。雜交稻基因組計(jì)劃水稻基因組學(xué)研究—基因組的詮釋及結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)研究對(duì)于基因組的

3、詮釋及結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)研　　　　　　究，我們用了“全基因組鳥(niǎo)槍法”對(duì)秈稻基因組進(jìn)行了六個(gè)覆蓋度的測(cè)序，并進(jìn)行了組裝，并整合定位到已知的遺傳圖譜和物理圖譜上，得到了基因覆蓋為98％水稻基因組精細(xì)圖。用了約三萬(wàn)條全長(zhǎng)cDNA數(shù)據(jù)集和十萬(wàn)條基因片段來(lái)和水稻基因組序列進(jìn)行比對(duì)，定位這些已知基因。最終我們較為滿意地完成了工作量和難度都巨大的水稻基因組注釋，準(zhǔn)確度達(dá)90％以上。水稻基因組學(xué)研究—基因組的詮釋及結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)研究依據(jù)水稻的全基因組序列，我們選用了已知和預(yù)測(cè)的全部基因，設(shè)計(jì)了70堿基長(zhǎng)的基因區(qū)段進(jìn)行人工合成。嚴(yán)格篩選條件，挑選

4、基因中最合適進(jìn)行核酸雜交的部分。為增大使用范圍，還兼顧了秈稻和粳稻兩個(gè)亞種的基因同源性，共合成了6萬(wàn)2千個(gè)基因區(qū)段，與鄧興旺教授合作，率先成功研制了可批量生產(chǎn)的水稻全基因組基因芯片。標(biāo)題信息水稻第六染色體長(zhǎng)臂亞端粒區(qū)的局決遺傳圖（A）和物理圖(B)體字表示本研究使用的分子標(biāo)記,細(xì)橫線下的數(shù)據(jù)表示圖距(cM);粗橫線表示BAC克隆.圖A下B間的斜線表示物理圖譜與遺傳圖譜的對(duì)應(yīng)區(qū)域.水稻基因組學(xué)研究—基因組的詮釋及結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)研究生物體的功能執(zhí)行的最終扮演者主要是基因的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)。利用基因組數(shù)據(jù)庫(kù)和高性能計(jì)算能力結(jié)合先進(jìn)的質(zhì)

5、譜分析技術(shù)，繪制了水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期的蛋白質(zhì)表達(dá)譜，使用雙向凝膠電泳和液相色譜兩種方法進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離和鑒定，對(duì)其蛋白質(zhì)表達(dá)譜進(jìn)行了全面的、動(dòng)態(tài)的研究，得到了約一萬(wàn)個(gè)蛋白數(shù)據(jù)標(biāo)簽。這些蛋白質(zhì)表達(dá)譜，加大了水稻基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)用性，為基因表達(dá)研究和基因預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確判定提供了有力的證據(jù)。水稻基因組學(xué)研究—水稻基因組在人工自然選擇下的遺傳變異研究DNA序列的變異及對(duì)相應(yīng)蛋白的影響，是不同表形的水稻生物學(xué)性狀的分子基礎(chǔ)。研究水稻的遺傳變異是理解基因型與生物表型及功能活動(dòng)相關(guān)性的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)秈、粳兩稻栽培種亞型的全基因組比較分析，得到了超過(guò)一

6、百萬(wàn)的單核苷酸多態(tài)性。水稻基因組學(xué)研究—水稻基因組在人工自然選擇下的遺傳變異研究經(jīng)進(jìn)化分析得處在水稻基因組上多態(tài)性較少區(qū)域中的那些基因承受更強(qiáng)的選擇壓力，同時(shí)受插入刪除的影響更大。因?yàn)榇蠖鄶?shù)插入刪除都破壞了基因的正常讀框，這意味著很多人工選擇下發(fā)生的突變都是使基因丟掉功能的突變。一些基因的死亡同時(shí)使得一些原來(lái)隱藏起來(lái)的基因的顯型特征表現(xiàn)出來(lái)，從而在環(huán)境變化下快速進(jìn)化。這揭示了“基因失去功能是人工選擇下基因的主要變化之一”。水稻基因組學(xué)應(yīng)用—水稻抗病基因的功能研究與利用水稻白葉枯病是世界上危害最為嚴(yán)重的水稻病害之一。Xa26基因在

7、水稻苗期和成熟期都表現(xiàn)出白葉枯病抗性，通過(guò)圖位克隆方法從水稻品種明恢63中分離。Xa26基因編碼一個(gè)富亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶，由1103個(gè)氨基酸組成。Xa4基因可能為Xa26家族中的成員。對(duì)4個(gè)秈粳稻品種的序列比對(duì)表明，不同水稻單倍型中的Xa26家族由4～12個(gè)成員組成。水稻基因組學(xué)應(yīng)用—水稻抗病基因的功能研究與利用水稻基因組學(xué)應(yīng)用—插入突變庫(kù)在功能基因組學(xué)上的應(yīng)用將某些元件插入到水稻基因組中后，相應(yīng)位點(diǎn)的基因的表達(dá)就可能受到抑制，插入元件同時(shí)又可用作標(biāo)簽，從基因組中分離出相應(yīng)的基因并鑒定其功能。水稻T—DNA插入突變庫(kù)的構(gòu)

8、建工作也取得可喜進(jìn)展，如Jeon等已經(jīng)篩選出至少30，000個(gè)T—DNA插入突變體；Southern雜交和PCR分析表明，大約65％的插入突變體包含一個(gè)以上的T—DNA。水稻基因組學(xué)應(yīng)用—插入突變庫(kù)在功能基因組學(xué)上的應(yīng)用我國(guó)學(xué)者也做了不少工作，如獲得了6，000