植物功能基因組研究技術(shù)進(jìn)展

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1、植物功能基因組研究引言結(jié)構(gòu)基因組學(xué)代表基因組分析的早期階段，以建立生物體高分辨率遺傳、物理和轉(zhuǎn)錄圖譜為主功能基因組學(xué)代表基因分析的新階段，是利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)提供的信息系統(tǒng)地研究基因功能，它以高通量、大規(guī)模實(shí)驗(yàn)方法以及統(tǒng)計(jì)與計(jì)算機(jī)分析為特征基因的功能生物學(xué)功能，如作為蛋白質(zhì)激酶對(duì)特異蛋白質(zhì)進(jìn)行磷酸化修飾；細(xì)胞學(xué)功能，如參與細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞途徑；發(fā)育上功能，如參與形態(tài)建成等。研究方法突變體，反義RNA，RNAi，基因表達(dá)的系統(tǒng)分析，DNA芯片等。突變體是研究基因功能的傳統(tǒng)方法promotorexonin

2、onT-DNA插入突變機(jī)理terminator獲得突變體的方法物理因素；指某些射線，如Y射線、X射線、B射線和中子流等；化學(xué)誘變劑:指某些烷化劑，堿基類似物，抗生素等化學(xué)藥物。由重組DNA技術(shù)衍生出的插入突變:它是人為地造成某一待研究基因的突變體，并根據(jù)由此帶來(lái)的表型特征的改變來(lái)分析該基因的功能，然后再進(jìn)行基因等分子水平上的研究，水稻突變體多柱頭巨胚米雙胚苗水稻突變體無(wú)穗銹斑葉盆景稻水稻突變體庫(kù)研究進(jìn)展1998年，國(guó)際水稻遺傳協(xié)會(huì)報(bào)告了571個(gè)定位的突變體基因2005年6月，Gramene網(wǎng)站報(bào)道了148

3、8個(gè)水稻突變體，Oryzabase網(wǎng)站公布了約1698個(gè)水稻突變體和基因(含數(shù)量性狀基因)，突變體的缺陷這主要表現(xiàn)在突變必須被測(cè)序或者做圖以證明他們的位置，并且突變材料的大規(guī)模收集必須要通過(guò)對(duì)整個(gè)基因組進(jìn)行篩選。這些限制也就意味著基因組規(guī)模上的突變：技術(shù)含量底，工作量過(guò)大。而且突變具有很大的隨機(jī)性，經(jīng)常給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)不便，反義RNA反義RNA作用機(jī)理反義RNA在基因功能鑒定的應(yīng)用A、在研究植物胚的發(fā)育，使用了反義RNA技術(shù)。Bicoid是調(diào)控果蠅胚胎極性及以后分節(jié)發(fā)生過(guò)程的重要基因。從水稻cDNA文庫(kù)中分離了

4、一個(gè)同果蠅Bicoid有相當(dāng)同源性的克隆-Rb24基因。為進(jìn)一步了解它在水稻中的功能,將Rb的反義基因片段通過(guò)農(nóng)桿菌的介導(dǎo)轉(zhuǎn)入水稻中。結(jié)果表明細(xì)胞和組織的分化在胚的發(fā)育過(guò)程中被阻斷了。因此Rb基因同控制水稻胚的發(fā)育有關(guān)。。B、光合作用的Lhca4基因功能的研究Lhca1和Lhca4編碼LHCⅠ蛋白,該蛋白是光合系統(tǒng)ⅠPSⅠ的葉綠素aPb結(jié)合蛋白。通過(guò)反義技術(shù),Zhang等研究Lhca4的功能。實(shí)驗(yàn)表明,在轉(zhuǎn)基因株系中,Lhca4蛋白的減少并未引起Lhca1蛋白的降低,由于Lhca4蛋白的減少,低溫?zé)晒獍l(fā)射

5、光譜明顯地改變了,而且發(fā)射最大值向藍(lán)光偏移了6nm,說(shuō)明與Lhca4相關(guān)的葉綠素分子與長(zhǎng)波長(zhǎng)熒光發(fā)射光譜有關(guān)。C、番茄的pTOM5基因功能鑒定利用反義RNA技術(shù)對(duì)基因表達(dá)部分抑制可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因株系。pTOM5基因是番茄果實(shí)成熟過(guò)程中類胡蘿卜素的合成基因。pTOM5反義基因轉(zhuǎn)入番茄中,果實(shí)呈黃色,花呈淡黃色,類胡蘿卜素合成受阻,含量減少了97%。由此推測(cè)pTOM5是控制果實(shí)成熟及類胡蘿卜素合成的一個(gè)基因。RNAiRNAi作用機(jī)理RNAi技術(shù)在鑒定植物基因功能中的應(yīng)用RNAi技術(shù)應(yīng)用于植物功能基因組研究最初是

6、在土豆中通過(guò)PTGS誘導(dǎo)產(chǎn)生抗RNA病毒抗性能力及在水稻中使報(bào)告基因GUS沉默的能力來(lái)比較正義鏈、反義鏈及dsRNA誘導(dǎo)RNAi效率的高低。接著Chuang等在花發(fā)育研究中采用RNAi技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證AG、CLV3、AP1、PAN等已知功能基因,并開(kāi)創(chuàng)了RNAi在植物功能基因組學(xué)中的應(yīng)用(ChuangCF,etal,2000)。Gong等（2002)克隆了擬南芥SOS家族樣的蛋白激酶基因PKSes的一個(gè)成員PKS18,構(gòu)建了PKS18的RNAi載體,研究其轉(zhuǎn)基因植株,發(fā)現(xiàn)由于PKS18表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上受抑制

7、,并表現(xiàn)對(duì)ABA不敏感,證實(shí)PKS18與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。由于擬南芥是目前植物基因組資源研究最深入的植物種類,所以RNAi技術(shù)在植物功能基因組中的研究主要體現(xiàn)在擬南芥功能基因組的研究上,CATMA(CompleteArabidopsistranscrip2tiomemicroarray)計(jì)劃以及AGRIKOLA(ArabidopsisgenomicRNAiknock-outlineanalysis)都在應(yīng)用RNAi進(jìn)行大規(guī)模的擬南芥功能基因組的分析。除此之外,RNAi技術(shù)在其它植物功能基因分析中也得到嘗

8、試.例如Kenichi等(2004)應(yīng)用RNAi技術(shù)分析并證實(shí)phEIN2基因在牽?；ㄖ幸蚁┬盘?hào)傳導(dǎo)中具有重要作用,Senthil等(2005)用RNAi技術(shù)分析了異黃酮合成酶基因在大豆子葉及根部的作用效果及其對(duì)異黃銅積累的影響,證實(shí)大豆子葉對(duì)基于RNAi的基因功能分析有效。李小平等（2006）根據(jù)植物中hpRNA(hairpinRNA)的原理，以大豆類受體蛋白激酶基因rlpk2為靶基因，成功敲減((knock-down)rl