水稻表观基因组研究进展

水稻是世界上主要的粮食作物之一,也是功能基因组研究的模式植物。近年来水稻表观基因组研究取得了重大进展,表观基因组是指在特定的内在和外界环境条件下,细胞内全基因组染色质的修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体在基因组DNA上的排列等)状态。表观基因组在调控水稻生长发育、产量、品质、适应性以及抗性等基因表达重编程过程中起重要作用,在水稻生物学和遗传育种学研究中起着重要的作用。现试图描述水稻表观基因组的特征,总结近年来研究所取得的成就,讨论未来的发展方向。     

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。     

中国水稻基因组学研究历史及现状

水稻既是重要的粮食作物,又是功能基因组研究的模式植物。水稻基因组测序的完成及种质资源的基因组重测序,为水稻功能基因组研究奠定了基础。现综述我国水稻基因组测序和功能基因组研究历史,重点介绍功能基因组组学研究的平台和重要农艺性状解析的成果,并指出未来水稻功能基因组研究的方向。     

中国水稻功能基因组研究进展

在过去的10年中,我国在水稻功能基因组研究方面取得了显著成绩,建立发展了水稻功能基因组研究技术平台,主要包括水稻大型T—DNA插入突变体库、基因全长cDNA文库、基因表达谱芯片以及相应的生物信息学分析平台等;分离鉴定了大批与产量、品质、抗病、抗逆、营养高效利用相关的具有重要应用前景的重要农艺性状基因．并适时提出了RICE2020的研究计划,旨在积极推动水稻功能基因的深入研究和建立国际合作．     

水稻抗虫功能基因组研究进展

水稻是重要的粮食作物,也是功能基因组研究的模式植物,而虫害是影响水稻产量的主要因素之一。现从水稻抗虫种质资源、水稻抗虫基因的定位与克隆、水稻抗虫的分子和生理机制,以及抗虫水稻的培育等方面,介绍水稻抗虫功能基因组研究的进展和重要研究成果。期望水稻与昆虫相互作用的功能基因组研究能促进水稻抗虫新品种的培育,为持续控制水稻害虫提供更有效的手段。     

功能基因组与绿色超级稻培育的研究进展

水稻是主要的粮食作物,也是功能基因组研究的模式植物之一。水稻功能基因组研究取得的成果为绿色超级稻的培育奠定坚实的基础。特别是分离克隆的一大批控制水稻高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要农艺性状的基因以及建立的全基因组选择技术等,为绿色超级稻培育提供了基因资源和技术平台。简要介绍了水稻功能基因组研究和绿色超级稻培育的近期进展。     

缺铁水稻根调控因子和信号转导相关转录本微点阵分析

在《缺铁水稻根转录本微点阵分析》(见《生物信息学》2 0 0 4年第 3期 )一文中 ,介绍了缺铁诱导 5天的水稻根中四组上、下调控基因的转录本 ,他们是质膜蛋白和转运体相关的转录本 ,细胞骨架相关的 ,膜泡运输相关的 ,和物质能量代谢相关的转录本[1] 。本文对其余的上、下调基因的转录本作一介绍。在缺铁诱导的基因中还包括调控因子有关的 ,细胞周期与调控有关的 ,通讯与信息有关的和未被分类功能基因的转录本。本研究采用的水稻微点阵芯片是利用水稻的EST序列 ,既表达序列标签。EST可用于基因结构、表达和功能的分析 ;也可用于基因组研究 …     

植物逆境胁迫抗性的功能基因组研究策略

植物对逆境胁迫抗性的功能基因组研究主要是寻找胁迫抗性位点在相关物种基因组中的保守位置,发现胁迫反应中的高度保守序列,确定植物胁迫反应的调控机理,进而得到植物对逆境胁迫抗性的关键代谢途径和其中的关键调控因子,为进一步选择用于改良植物对逆境胁迫抗性的关键基因奠定基础。本文从主要模式植物(苔藓类植物、复苏植物、盐土植物和甜土植物)、主要技术策略(基因的差异表达分析、基因表达序列标签、cDNA芯片技术。基因表达序列分析和基因敲除和突变体筛选分析)和生物信息学方法(数据分析的生物信息学方法设计到序列比较、比较基因组学、电子克隆)等三个方面对国内外植物逆境胁迫抗性的功能基因组研究策略作了全面综述。     

水稻插入突变库构建研究进展

水稻是单子叶植物基因组研究的一种模式植物 ,其全基因组测序已经完成 ,在此基础上开展功能基因组的研究。水稻插入突变体库的建立是功能基因组研究的一个重要内容 ,在此基础上也能进行正向遗传学及反向遗传学的研究。水稻插入突变体库构建的方法有T DNA插入突变、Ac Ds系统插入突变、Tos1 7插入突变。分别介绍三种方法的原理及其在水稻突变体库构建中的应用和研究进展。     

中国生物化学基础研究40年回顾

《生物化学与生物物理进展》创刊的40年中,特别是改革开放后,我国生物化学研究得到了巨大的进步,许多方面在国际生物化学界有了一席之地,有的曾处于国际领先地位.除本专刊有专文论述的酶学、生物膜、结构生物学外,本文主要介绍:人工全合成酵母丙氨酸转移核糖核酸(tRNAAla);乙肝病毒adr亚型的全基因组克隆和研究;人类、水稻和一些生物基因组研究;功能基因组研究及一些与疾病或水稻性状密切有关的基因的发现;植物分子育种方法的创立;动植物与酵母的重要基因的表达调控研究取得的突出成绩;在RNA研究,包括tRNA、SnoRNA,核酶等方面新的突破;在多肽、蛋白质、蛋白质组、糖复合物等方面取得的成绩.     

2014年中国植物科学若干领域重要研究进展

2014年中国植物科学高速稳步发展,表现在具有原创意义的高质量论文迅速增长。中国科学家在植物学诸多领域,如水稻(Oryza sativa)独脚金内酯信号转导途径、水稻代谢遗传调控、水稻育性的遗传调控机理及农业与环境生物学等取得了大量重要成果,基因组研究从功能到进化、从模式作物扩散到各类经济作物,表现出全方位多维度的整合研究态势。全球气候变化下碳汇响应机制取得重要进展。Nature等国际学术刊物高度关注中国植物科学特别是水稻生物学研究进展。该文概括性综述了2014年中国本土植物科学若干领域取得的重要研究进展,旨在全面追踪当前中国植物科学领域发展的最新前沿和热点事件,并与国内读者分享我国科学家所取得的杰出成就。     

基因编辑技术的发展及其在农业生产中的应用

对动植物和人类基因组的测序为功能基因组研究提供了基础数据。然而,核苷酸序列信息并不足以帮助我们了解特定的基因组元件的功能及其在表型形成中的作用。基因编辑技术能够在很大程度上解决这一问题,帮助人们快速获得新的基因组突变模式,从而以更便捷高效的方式进行功能基因组研究。对基因编辑的基本原理及常见的锌指核酸酶(ZFN)、转录激活因子样效应因子核酸酶(TALEN)和2013年出现的CRISPR/Cas9系统进行了回顾,讨论了基因编辑技术的应用历史,特别在农业应用方面,重点关注了CRISPR/Cas9系统在水稻基因编辑中的应用,阐述了CRISPR/Cas9在基因组编辑领域的问题和其他应用方面的困难,探讨了基因编辑工具在作物改良方面所面临的主要挑战和未来发展趋势。     

RNAi技术在蜂学研究中的应用

RNA干扰(RNA interference,RNAi)是指外源或内源的双链RNA(dsRNA)特异性引起基因表达沉默的现象,特异性和高效性是RNAi技术的特点。本文主要从调控目标基因的表达、级型分化的分子基础、防治蜜蜂病毒病3个方面概述了RNAi技术在蜂学研究中的应用进展情况,并展望RNAi技术在蜜蜂功能基因组研究领域的应用前景。     

甲基化修饰在细菌表观调控中的功能

为了适应复杂多变的生存环境,微生物通常需要在保证基因组序列不变的前提下不断调整胞内代谢网络。表观调控可以在不改变DNA序列的情况下对基因表达进行调控,因此成为细菌中重要的调控方式。作为一种DNA修饰,DNA甲基化修饰是生物体中最常见的表观调控工具。在本文中我们全面、深入解析了两种孤儿甲基转移酶:DNA腺嘌呤甲基转移酶(DNA adenine methyltransferase,Dam)和细胞周期调控甲基转移酶(Cell cycle-regulated methyltransferase,Ccr M)在原核生物中的表观调控功能。我们主要探讨了DNA甲基化参与的细胞生理过程包括DNA复制起始、DNA错配修复、基因表达调控、致病性和相变异等方面。同时,我们结合三维基因组研究技术基因组结构捕获(Chromosome conformation capture,3C)技术和新型DNA磷硫酰化修饰讨论了该领域的发展前景。     

水稻基因组MADS盒DNA的克隆和分析

利用来自金鱼草Squamosa基因的MADS盒序列作为异源探针 ,从水稻基因组Cosmid文库中筛选获得了 1个含MADS盒保守序列的DNA片段(RgMADS1 ) ,对RgMADS1进行的结构及功能研究表明 :RgMADS1中含有与已报道的MADS盒基因高度同源的区段 ;水稻基因组中存在多拷贝的含MADS盒的基因族 ;将RgMADS1与 35S启动子构成嵌合基因 ,转化拟南芥 ,转基因植株表型异常 ,主要是花型结构改变、花数目减少和花着生部位异常 .由以上分析初步认为 ,RgMADS1可能是水稻MADS盒基因家族中的一员 ,它们可能参与了花形态建成和发育过程中的功能调控     

水稻品质性状的遗传改良及其关键科学问题

改善稻米品质是水稻遗传改良及基础研究的重要目标。破解控制稻米重要品质性状形成的调控机制,对稻米品质改良和品种选育具有十分重要的意义。近十多年来,稻米品质功能基因组研究成果为其遗传改良提供了丰富的功能基因、有效的功能性分子标记及良好的改良策略。但是,稻米品质本身由多个性状构成,且各品质性状间、品质与产量性状间、品质与环境间均互相影响,极大地限制了稻米品质的遗传改良。因此,文中提出了未来水稻品质性状基础研究及遗传改良的六个关键科学问题。     

水稻害虫化学生态调控研究进展

自然界中,在昆虫和植物种内与种间都存在着复杂的化学联系。开发利用生态系统中这些调控生物种内种间关系的生态功能分子,可望有效降低害虫的种群密度,从而减少化学农药的使用。本文根据目前国内外在利用生态功能分子调控水稻害虫方面的最新研究成果,分别就利用昆虫性信息素、水稻挥发物、非寄主植物提取物、化学激发子以及遗传改良水稻品种等在调控水稻害虫及其天敌中作用的研究进展进行了综述,并提出了今后的研究重点与方向。希望通过本文能促进化学生态调控技术在水稻害虫治理中的应用,以减轻水稻害虫治理对化学农药的依赖。     

水稻基因组育种芯片及其应用

水稻基因组育种芯片是将大规模基因组测序、水稻功能基因组研究的最新成果与国际最先进的SNP(single nucleotide polymorphism)芯片技术相结合,构建的服务于育种的基因组技术工具。实践表明,水稻基因组育种芯片在种质资源多样性分析、基因鉴定、基因定位、育种材料基因型选择、品种基因指纹检测等方面可发挥重要作用。水稻基因组育种芯片的应用将推动水稻育种的技术革命。     

OsMADS34与OsMADS56蛋白互作及OsMADS56表达模式分析

MADS-box蛋白可以通过形成多聚体复合物发挥功能。Os MADS34作为一个多样功能的SEPALLATA(SEP)基因,其可以控制水稻花序及小穗的发育。为了了解Os MADS34在控制水稻花序及花发育的机理,我们利用水稻Os MADS34作诱饵蛋白,从构建的水稻枝梗分生组织的c DNA文库中筛选可以互作的未知蛋白。利用酵母双杂交分析,筛选到了互作蛋白Os MADS56,并通过自激活验证及蛋白定位分析降低了假阳性及假阴性的因素影响。利用定量PCR对Os MADS56的表达模式进行分析,Os MADS56在水稻花序和小穗发育时期表达,Os MADS56可能是在蛋白水平上与Os MADS34相互作用共同调控水稻花序的发育。本工作为今后进一步研究Os MADS34及开花基因如何调控水稻花序和花发育提供了见解。     

果蝇中顺式调控序列的进化

顺式调控序列(cis-regularory sequences)是与基因表达调控相关、能够被调控因子特异性识别和结合的非编码DNA序列。顺式调控序列可以通过增减所含转录因子结合位点的数目,重构转录调控网络,以精准调控基因的时空表达模式,从而调控动物的生理和形态表型。顺式调控假说认为顺式调控序列进化是自然界丰富的动物表型进化的主要遗传机制。本文首先简述了顺式调控序列的结构和功能,然后重点讨论了近年来顺式调控序列进化调控果蝇表型进化如刚毛表型进化、色素沉积表型进化和胚胎发育方面的研究进展,阐释了顺式调控序列进化是动物表型进化的主要遗传机制之一。最后本文展望了顺式调控序列未来研究方向,例如应用功能基因组研究、开展ENCODE计划等,为进化发育生物学中顺式调控序列的研究提供了参考。