植物功能基因组学研究技术

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1、植物功能基因组学研究技术的发展摘要：随着植物基因组学的发展，植物研究的热点转向了功能基因组学。如何确定大量的基因序列的功能，并进而了解基因与基因之间通过其代谢产物而形成的控制生物体代谢和发育的调控网络是功能基因组学研究的核心问题。在植物功能基因组学研究中，多摒弃原来传统的技术而采用新发展的方法，既省力又节源的研究基因的功能。关键词：功能基因组学；表达序列标签技术；代谢组学；RNA干扰二十一世纪以来，基因组学在各种模式生物基因组测序的完成的基础上发展迅速。基因组学已经产生很多个分支，比如结构基因组学，功能基因组学，比

2、较基因组学等。其中，结构基因组学是基因组学发展的初级阶段，以建立生物的高分辨率遗传图和物理图为主。功能基因组学则代表基因组学发展的新阶段，是利用结构基因组学所提供的信息，发展和应用新的研究方法，从单一基因或蛋白质的研究转向多基因和多蛋白质的综合研究的一门学科，又被称为“后基因组学”。植物功能基因组学是植物后基因时代研究的核心内容，它强调发展和应用整体的实验方法分析基因组序列信息、阐明基因功能，其特点是采用高通量的实验方法结合大规模的数据统计计算方法进行研究。在植物功能基因组学的研究中，拟南芥和水稻是两种最常用的模式

3、生物，近年来小麦的功能基因组学研究也在进行，主要集中于基因组中转录表达的部分。1植物功能基因组学中的分子标记如何快速高效的从基因组中获取生物信息，是一个急迫并且有挑战性的课题。然而，表达序列标签（ExpressSequenceTags，EST）的出现成为结构基因组学和功能基因组学连接重要依据。EST是从cDNA序列中获得的有特异性特征，能特指某个基因，它的发展成为功能基因组学发展的基础，Genbank中积累的大量EST序列不仅为新基因的发现提供帮助，而且为开发基于PCR的各种分子标记提供资源，如EST-SSR，CA

4、PS，SNP，SRAP和TRAP等。截止2000年数据库dbEST中的主要信息统计如表1所示。表1公共数据库dbEST中植物方面的EST主要信息（截止2000年）1.1EST-SSR（simplesequencerepeat，简单序列重复）标记SSR标记又称为微卫星标记，是1-6个核苷酸序列的简单重复，广泛存在于真核生物中。随着功能基因组学的发展，公共数据库中大量的EST序列为SSR的开发提供了巨大的支持。首先，避免了传统SSR标记开发所需要的构建基因组文库的繁琐步骤，并且从EST中挖掘出的SSR只是附属物，节省了

5、大量的人力物力。其次，EST-SSR标记具有天然与功能基因表达相关的重要作用，且这种联系具有普遍性，因此利用这种标记做遗传图更快捷更准确。1.2CAPS（cleavedamplifiedpolymorphismsequences，酶切扩增多态性序列）标记酶切扩增多态性序列又称为PCR-RELP，它是根据EST或是已经发表的基因序列等设计特异性引物，将特异PCR与限制性酶切性相结合而检测多态性的一种技术。与传统RFLP技术一样，CAPS技术检测的多样性也是酶切片段大小的差异，结果较为稳定可靠，且表现共显性。与以杂交为

6、基础的RFLP相比，它具有如下优点：（1）引物与限制酶组合非常多，增加了揭示多态性的机会，而且操作简便，可用琼脂糖凝胶电泳分析；（2）在真核生物中，CAPS标记呈共显性，可以区分纯合基因型和杂合基因型；（3）所需用的DNA量少；（4）结果稳定可靠，且操作快捷自动化程度高。1.3SNP（singlenucleotidepolymorphism，单核苷酸多态性）标记单核苷酸多态性是指染色体基因组水平上某个特定位置单碱基的置换或插入缺失引起的DNA序列多态性。其中置换是最常见的类型。SNP被认为是继RFLP和SSR之后出

7、现的第三代分子标记。它的发现途径有两种：一是对同源DNA片段测序或直接利用现有的基因与EST序列，通过序列比对，获取多态性的位点。通过特异PCR扩增和酶切相结合的方法进行检测；二是由于SNP通常变现为二等位多态性，也可以直接应用高通量快速的DNA微阵列、DNA芯片技术等高新技术来发现与检测生物基因组或基因之间的差异。1.4SRAP（sequence-relatedamplifiedpolymorphism，相关序列扩增多态性）标记相关序列扩增多态性是一种新型的基于PCR的标记系统，又称为基于序列扩增多态性（sequ

8、ence-basedamplifiedpolymorphism，SBAP）。引物设计是SRAP分析的核心。它共有两套引物为正向引物和反向引物。正向引物中使用CCGG序列，其目的是使之特异结合ORF中的外显子，反向引物中使用AATT序列，以特异性结合富含AT区，这样就使得有可能扩增出基于内含子与外显子的SRAP多态性标记。1.5TRAP（targetregio