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。     

应用生物信息学技术对植物表达序列标签(EST)的大规模分析

目前 ,一些基因组较小的植物 (如拟南芥 ,水稻等 )的全基因组已经基本完成测序 ,较大基因组的测序工作则主要集中在基因组中表达基因的测序上 ,表达序列标签 (EST)计划由此产生。研究表明 ,对EST进行大规模研究已成为功能基因组学研究的最佳途经之一。本文着重介绍和讨论应用生物信息学技术对植物EST数据的大规模分析。     

基因功能研究的加速器-高通量克隆表达系统

大规模基因测序已经完成了多个重要物种的基因组序列分析,功能基因组学研究的序幕已经拉开。大规模的体外克隆获得全长或部分的开放阅读框是蛋白质表达、干扰分析和定位分析、相互作用分析的必经环节,对使用简便、成本低廉、保真度高和易于在不同体系中穿梭的高通量克隆体系的了解、评价和使用已经成为基因组水平研究的重要问题。为此,对目前存在的多种高通量克隆体系进行了系统的介绍和比较。     

重叠群物理图谱的构建及其应用

人类对各种生物的基因组结构和功能的研究都需要确定DNA序列在染色体上的位置.与遗传图相比,物理图反映了基因或DNA标记之间在染色体上的真实距离.依其作图方法分为三类,即限制性酶切图谱、重叠群图谱和DNA序列图谱.重叠群物理图是将获得的大片段克隆,如YAC、BAC克隆,依其在染色体上的真实顺序排列而成,主要应用于基因组测序、重要基因的图位克隆、靶分子标记开发及比较基因组学研究等,特别是为那些由于缺乏合适的作图群体而不能建立遗传图的物种提供了一个重要的从事基因组学研究的平台.本文综述了近年来重叠群物理图构建研究的主要进展,比较分析了不同重叠群物理图谱构建方法的特点,提出了改进物理作图质量的建议,认为应根据基因组不同区域的特点,综合特异性探针的杂交、PCR筛选、酶切指纹分析、BAC克隆STC延伸、BAC末端测序等多种方法才能完成重叠群的构建.此外,物理图的构建还应努力整合各种基因组的资源和数据,如遗传连锁图、分子细胞遗传图、DNA序列图、EST数据等,这将有助于提高其在基因组学研究中的使用价值及应用范围.文章最后对重叠群物理图的发展趋势进行了展望.     

功能基因组学研究概述

21世纪是生物时代和信息时代,基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学,功能基因组学时代对于基因功能的研究也由单一基因转向大规模、批量分析。对功能基因组学及相关学科的概念作了概述,综述了功能基因组学的研究内容与方法,主要包括应用差异显示反转录PCR、基因表达序列分析（SAGE）、微点阵、蛋白质组学和生物信息学等方法来研究基因组表达概况、基因组多样性和模式生物学等。     

比较基因组学及其应用

比较基因组学是利用某些基因组图谱和测序获得的信息推测其他生物基因组的基因数目、位置、功能、表达机制和物种进化的学科。比较基因组学的发展与序列数据的积累密切相关,目前该学科已经成为研究生物基因组的最主要手段之一。利用FASTA、BLAST和CLUSTAL W等序列比对工具,种间的比较基因组学能够让人们了解物种间在基因组结构上的差异,发现基因的功能、物种的进化关系,以及进行功能基因的克隆。种内的比较基因组学研究主要涉及个体或群体基因组内诸如SNP、CNP等变异和多态现象。比较基因组学的研究结果不但有助于深入了解生命体的遗传机制,也有助于阐明人类复杂疾病的致病机制,揭示生命的本质规律。     

作物基因组学研究进展

农作物基因组学研究的发展,对于有效利用现代分子生物学手段进行物种的遗传改良发挥了重要作用。随着测序技术的发展,已经实现对重要农作物,如水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因组的测序或重测序,在此基础上完成对控制重要农艺性状基因的克隆和鉴定。本文综述了2017年度主要农作物基因组研究方面取得的一系列重要进展。     

水稻抗病性基因的克隆和功能研究进展

抗病性是水稻遗传改良的主要目标, 是水稻高产、优质的重要保证。近年来, 水稻的抗病机制研究取得实质性进展, 鉴定并克隆了一批重要的抗性基因。文章综述了这些基因的鉴定、克隆和生物学功能研究进展, 探讨了抗病基因的有效利用。     

功能基因组学的研究方法

基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学,功能基因组学时代对于基因功能的研究也由单一基因转向大规模,批量分析,本综述了功能基因组学的研究内容与方法,主要包括：差异显示反转录PCR,基因表达序列分析（SAGE）,微点阵,遗传足迹法,反求遗传学,蛋白质组学和生物信息学等新方法。     

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因(Lineage-specific genes,LSGs)是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物(如拟南芥、水稻、杨树)、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

Genome Sequencing and Identification of Gene Function in Rice

Rice is known to be one of the most important crops for human consumption. As the model cereal crop, large-scale sequencing of rice genome must play quite important roles both in theoretical research and practical application in rice breeding, which announces the opening of another new way to resolve the world food crisis. At present, the emphasis of rice genome research has been transferred from structure genomics to functional analysis. The discovery of new genes and annotation of gene function was believed to be an important issue in functional genomics research. In this article, the sequencing and functional research of the rice genome were reviewed. These results may provide some useful clues for rice genetic engineering and breeding practices.     

Expanding the base editing scope in rice by using Cas9 variants

Base editing is a novel genome editing strategy that enables irreversible base conversion at target loci without the need for double stranded break induction or homology‐directed repair. Here, we developed new adenine and cytosine base editors with engineered SpCas9 and SaCas9 variants that substantially expand the targetable sites in the rice genome. These new base editors can edit endogenous genes in the rice genome with various efficiencies. Moreover, we show that adenine and cytosine base editing can be simultaneously executed in rice. The new base editors described here will be useful in rice functional genomics research and will advance precision molecular breeding in crops.     

TILLING在水稻育种中的应用前景

TILLING(Targeting Induced Local Lesions in Genomes)是功能基因组研究中应用的一种反向遗传学技术。它能高通量低成本地在EMS诱变群体中鉴定出发生在特定基因上的点突变。在其基础上发展出的EcoTILLING技术则可发现种质资源中的SNP位点及小插入或缺失多态性位点。水稻是非常重要的粮食作物, 也是已经完成了全基因组序列测定,有丰富的生物信息学资源可以利用的基因组研究模式植物。水稻的分子标记辅助育种将在育种中扮演越来越重要的角色。在这样的背景下,本文从基于特定基因的种质资源鉴定、EMS诱变育种、及水稻功能标记开发等方面论述了其在水稻育种中的应用前景。     

中国科学家绘制籼稻高质量参考基因组序列图谱

2005年多国合作的国际水稻(Oryza sativa)基因组测序项目绘制了粳稻(O.sativa subsp.japonica)品种日本晴的参考基因组序列。最近,中国科学家发布了2个籼稻(O.sativa subsp.indica)品种(明恢63和珍汕97)的高质量参考基因组序列,为籼稻的功能基因组学研究和分子育种应用提供了便利。     

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.     

水稻功能基因组学研究策略

自80年代第一株可育转基因水稻问世以来,水稻转化研究进展迅速。已采用包括农杆茵介导等许多转化方法。随着水稻基因组测序计划的完成,以功能基因组学研究为代表的后基因组时代已经到来。丰富的信息资源将为水稻功能基因的发掘创造十分有利的条件。本文将对水稻功能基因组的研究进展及其方法等进行简要概括。     

How Can We Use Genomics to Improve Cereals with Rice as a Reference Genome?

Rice serves as a model crop for cereal genomics. The availability of complete genome sequences, together with various genomic resources available for both rice and Arabidopsis, have revolutionized our understanding of the genetic make-up of crop plants. Both macrocolinearity revealed by comparative mapping and microcolinearity revealed by sequence comparisons among the grasses indicate that sequencing and functional analysis of the rice genome will have a significant impact on other cereals in terms of both genomic studies and crop improvement. The availability of mutants, introgression libraries, and advanced transformation techniques make functional genomics in rice and other cereals more manageable than ever before. A wide array of genetic markers, including anchor markers for comparative mapping, SSRs and SNPs are widely used in genetic mapping, germplasm evaluation and marker assisted selection. An integrated database that combines genome information for rice and other cereals is key to the effective utilization of all genomics resources for cereal improvement. To maximize the potential of genomics for plant breeding, experiments must be further miniaturized and costs must be reduced. Many techniques, including targeted gene disruption or allele substitution, insertional mutagenesis, RNA interference and homologous recombination, need to be refined before they can be widely used in functional genomic analysis and plant breeding.     

水稻功能基因组学研究

水稻是迄今为止第一个被测序的农作物。随着水稻基因组测序计划的完成,以功能基因组学研究为标志的后基因组时代已经到来。综述了水稻功能基因组学的工作进展与方法,主要包括:表达序列标签(EST)c、DNA微阵列和DNA芯片、蛋白质组学、生物信息学和反向遗传学等新方法。