泛基因组及其在植物功能基因组学研究中的应用

参考基因组是现代功能基因组学的核心框架,以此为基础的现代基因组学技术在过去20年对植物遗传变异发掘、功能基因克隆等研究起了巨大的推动作用。然而,越来越多的研究发现,单一或少数参考基因组不能完整代表和呈现物种或特定群体内的所有基因组变异,因此其在功能基因组学研究中应用存在很大的局限性,甚至会导致错误的结果。泛基因组是指物种或特定群体内全部基因或基因组序列的总和。泛基因组通过完整捕获和呈现群体内全部的基因或基因组序列,代替单一参考基因组应用于功能基因组学研究,可以突破单一参考基因组的局限性。泛基因组在植物功能基因组学研究中有广泛的应用,以泛基因组为基础,结合最新的基因组学技术可以高效、精准鉴定种质资源中的遗传变异。泛基因组研究是目前植物基因组学研究的前沿和热点。本文综述了泛基因组概念的起源和发展,泛基因组组装的技术和策略,以及泛基因组在植物基因组学研究和分子育种方面的应用和最新进展,最后对植物泛基因组研究目前存在的问题和今后研究方向进行了展望。本综述可为植物泛基因组研究和应用提供参考。     

主要禾谷类作物比较基因组学研究策略与进展

随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序计划的完成, 比较基因组学作为一门新兴学科, 近年来发展迅速, 为植物基因组的进化、结构和功能研究开辟了新的途径。文章综述了比较基因组学在作物比较遗传作图、基因结构区域的微共线性、ESTs和蛋白质水平的比较以及基于比较基因组学的基因和QTL的克隆等方面内容与研究进展, 分析了不同水平上比较基因组学研究策略的原理、特点、可行性, 以期为利用模式生物的基因和基因组数据、采用比较基因组学策略克隆作物重要性状功能基因、阐明基因组结构与进化提供帮助。     

植物功能基因组研究进展

随着植物基因组计划的深入,植物基因组学研究的重点已经转变为基因组功能的研究,即利用基因组序列的信息和高通量的系统分析技术,在基因组水平研究植物结构和组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系.对功能基因组学研究的内容、方法以及最新研究进展进行了综述.     

三维基因组学研究进展

三维基因组学是一门研究基因组三维空间结构与功能的新兴学科,主要研究基因组序列在细胞核内的三维空间构象,及其对DNA复制、DNA重组、基因表达调控等生物过程的生物学效应。自染色质构象捕获技术 (3C)出现后,三维基因组学相关研究领域飞速发展。借助于3C及其衍生技术、Hi-C和ChIA-PET等技术,科学家能对各类物种的三维基因组进行更为深入的研究,从而揭示微生物、植物和动物基因组的空间构象、染色质的相互作用模式、转录调控以及不同生物学性状的形成机制;挖掘与生命活动和疾病相关的关键基因和信号通路;推动农业科学、生命科学和医学等领域的快速发展。文中就三维基因组学研究进展作一综述,主要阐述三维基因组学的概念和研究技术的发展及其在农业科学、生命科学和医学等领域的应用,尤其是肿瘤领域所取得的阶段性研究成果。     

叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

小麦的比较基因组学和功能基因组学

小麦是异源多倍体植物,具有大的染色体组,并且基因组中重复序列所占比例较高,这些特征限制了小麦基因组研究的进展。比较基因组学方法为运用模式植物进行小麦基因组学研究提供了一个操作平台。功能基因组学的研究集中于基因组中转录表达的部分,基因功能的确定是功能基因组学研究的主要内容。对比较基因组学在小麦基因组研究中的应用和小麦功能基因组学的研究内容和方法进行了综述。     

植物古基因组学研究进展

植物古基因组学是基因组学一个新兴分支,从现存物种中重建其祖先基因组,推断在古历史中导致形成现存物种的进化或物种形成事件。高通量测序技术的不断革新使测序读长更长、更准确,加快了植物参考基因组序列的组装进程,为古基因组学研究提供了大批量可靠的现存物种的基因组序列资源。全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)亦称古多倍化,使植物基因组快速重组,丢失大量基因,增加结构变异,对植物进化极其重要。本文综述了植物基因组测序与组装研究进展、植物古基因组学的原理、植物基因组WGD事件以及植物祖先基因组进化场景,并对未来植物古基因组学研究进行了展望。     

植物功能基因组学研究进展

植物基因组研究已经由以全基因组测序为目标的结构基因组学转向以基因功能鉴定为目标的功能基因组学研究.本简要介绍了植物功能基因组的主要研究方法,如基因表达系列分析法、表达序列标签法、差异表达谱基因芯片法、蛋白质组学分析法以及生物信息学等及其研究现状,并展望了植物功能基因组学的应用前景.     

CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。     

基于高通量测序的植物群体基因组学研究进展

作为群体遗传学一种新的表现形式,群体基因组学是将基因组概念和技术与群体遗传学理论体系相结合,通过覆盖全基因组范围内的多态位点的分布式样推测位点特异性效应和全基因组效应,从而提升人们对微进化的理解。近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和改进,完成基因组测序的植物种类迅速增加,大规模的重测序也随之开展。与此同时,在一些尚未完成基因组测序的植物物种中,也开展了一些平行测序。这些重测序和平行测序极大地促进了群体基因组学的发展,加深了人们对相关植物种群在基因组水平上的遗传多样性、连锁不平衡水平、选择作用、群体历史及复杂性状的分子机理等群体基因组学方面的认识。本文简要介绍了群体基因组学的概念、研究方法等,重点综述了基于高通量测序的植物群体基因组学的研究动态,展望了植物群体基因组学的发展前景并讨论了存在的问题,以期为相关研究提供借鉴和参考。     

Rice functional genomics research in China

Rice functional genomics is a scientific approach that seeks to identify and define the function of rice genes, and uncover when and how genes work together to produce phenotypic traits. Rapid progress in rice genome sequencing has facilitated research in rice functional genomics in China. The Ministry of Science and Technology of China has funded two major rice functional genomics research programmes for building up the infrastructures of the functional genomics study such as developing rice functional genomics tools and resources. The programmes were also aimed at cloning and functional analyses of a number of genes controlling important agronomic traits from rice. National and international collaborations on rice functional genomics study are accelerating rice gene discovery and application.     

Genetic resources offer efficient tools for rice functional genomics research

Rice is an important crop and major model plant for monocot functional genomics studies. With the establishment of various genetic resources for rice genomics, the next challenge is to systematically assign functions to predicted genes in the rice genome. Compared with the robustness of genome sequencing and bioinformatics techniques, progress in understanding the function of rice genes has lagged, hampering the utilization of rice genes for cereal crop improvement. The use of transfer DNA (T‐DNA) insertional mutagenesis offers the advantage of uniform distribution throughout the rice genome, but preferentially in gene‐rich regions, resulting in direct gene knockout or activation of genes within 20–30 kb up‐ and downstream of the T‐DNA insertion site and high gene tagging efficiency. Here, we summarize the recent progress in functional genomics using the T‐DNA‐tagged rice mutant population. We also discuss important features of T‐DNA activation‐ and knockout‐tagging and promoter‐trapping of the rice genome in relation to mutant and candidate gene characterizations and how to more efficiently utilize rice mutant populations and datasets for high‐throughput functional genomics and phenomics studies by forward and reverse genetics approaches. These studies may facilitate the translation of rice functional genomics research to improvements of rice and other cereal crops.     

植物的功能基因组学研究进展

基因组研究计划包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学两方面的内容。目前基因功能鉴定的方法主要有：基因表达的系统分析(SAGE)、cDNA微阵列、DNA(基因)芯片、蛋白组技术以及基于转座子标签和T_DNA标签的反求遗传学技术等。本文对上述各种技术的优缺点以及它们在植物基因功能鉴定中的应用进行了综述。 Abstract: The genome projects comprise the structural genomics focusing on determining the complete sequences of the genome and the functional genomics focusing on elucidating the biological function of genes.The rapidly evolving tools for functional genomics research include Serial Analysis of Gene Expression (SAGE),cDNA microarray,DNA (or gene) chips,proteome project and the reverse genetics technique based on the well-established transposon tagging and T?DNA tagging systems.In this paper,the advantages and disadvantages of such techniques and application of these techniques in plant functional genomics research are reviewed and future prospective are also presented.     

植物瞬间表达系统与功能基因组学研究

结构基因组学和功能基因组学的发展使特定植物基因组和转录组序列的获取更为方便和快捷。随之而来的是对各种基因和调控序列的功能注释,探索植物生长和发育的遗传机理。表达和调控表达是遗传物质的自身语言和动态属性,因此通过植物细胞内表达来分析目标基因和序列的表达和调控行为是功能分析的主要立足点。除创造转基因植株外,近几年来植物细胞瞬间表达系统得到了广泛的使用,与基因重排、病毒诱导基因沉默和RNA干扰等新兴技术的结合使其在植物功能基因组研究中扮演了越来越重要的角色。     

RNAi for plant functional genomics

A major challenge in the post-genome era of plant biology is to determine the functions of all the genes in the plant genome. A straightforward approach to this problem is to reduce or knock out expression of a gene with the hope of seeing a phenotype that is suggestive of its function. Insertional mutagenesis is a useful tool for this type of study, but it is limited by gene redundancy, lethal knock-outs, nontagged mutants and the inability to target the inserted element to a specific gene. RNA interference (RNAi) of plant genes, using constructs encoding self-complementary 'hairpin' RNA, largely overcomes these problems. RNAi has been used very effectively in Caenorhabditis elegans functional genomics, and resources are currently being developed for the application of RNAi to high-throughput plant functional genomics.     

Functional genomics of protein kinases in plants.

Functional genomics has revolutionised the way that scientists approach biological questions, allowing for the comprehensive characterisation of the function of related proteins encoded in a genome. The sequencing of the genome of the model system Arabidopsis thaliana has enabled the beginning of functional genomics and the study of protein kinase families in plants. The large family of genes encoding protein kinases is a primary target of functional genomics studies in plants due to their importance in diverse physiological processes. This paper describes the functional genomics tools used to study the families of protein kinases in Arabidopsis, as well as progress in uncovering the functions of these proteins.     

Integrating sequence, evolution and functional genomics in regulatory genomics

With genome analysis expanding from the study of genes to the study of gene regulation, 'regulatory genomics' utilizes sequence information, evolution and functional genomics measurements to unravel how regulatory information is encoded in the genome.