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.     

如何检索国外植物生物学相关网站

植物生长与发育、植物细胞信号和基因调控、植物基因组研究等三个领域是当前植物生物学研究的热点。我们介绍了与这三个领域有关的国外主要网站,以期对植物生物学研究者有所帮助。     

A Non-canonical Transferred DNA Insertion at the BRI 1 Locus in Arabidopsis thaliana

Agrobacterium-mediated transformation is widely used in transgenic plant englnserlng and has been proven to be a powerful tool for insertional mutagenesis of the plant genome.The transferred DNA (T-DNA) from Agrobacterlum is Integrated into the plant genome through illegitimate recombination between the T-DNA and the plant DNA.Contrasting to the canonical insertion,here we report on a locus showing a complex mutation associated with T-DNA insertion at the BRI 1 gene in Arabidopsis thaliana.We obtained a mutant line,named salade for its phenotype of dwarf stature and proliferating rosette,Molecular charactedzation of this mutant revealed that in addition to T-DNA a non.T.DNA-Iocalized transposon from bacteda was inserted in the Arabidopsis genome and that a region of more than 11.5 kb of the Arebidopsis genome was deleted at the insertion site.The deleted region contains the brassinosteroid receptor gene BRI 1 and the transcdption factor gene WRKY13.Our finding reveals non-canonical T-DNA insertion,implicating horizontal gene transfer and cautioning the use of T-DNA as mutagen in transgenic research.     

植物转基因位置依赖性沉默与位置效应

植物基因组能够识别外源基因的出现及所整合的特异位置并产生相应反应,通过分析嘧啶甲基化的信号及模式,比较不同表达水平转基因的整合位点及基因组环境差异,植物转基因位置依赖性沉默和位置效应的机理得到进一步揭示;讨论了位置效应的研究方法和克服策略。     

Genome Manipulation through Site-Specific Recombination

Several DNA site-specific recombination systems have been shown to function in higher eukaryotic cells. These two-component systems consist of a single-polypeptide recombinase and a short recognition sequence of less than 35 bp. Strategic placement of the recognition sites into the plant genome has permitted the deletion, inversion, integration, and translocation of host and introduced DNA fragments. Recombinase-based strategies afford precise and predictable engineering of the plant genome.     

植物叶色白化研究进展

植物叶色白化是一类明显和常见的叶绿素缺失突变,在植物光合作用机理、激素生理、核一质基因组相互作用、遗传育种等理论研究和实际应用方面均具有无可替代的价值。主要综述了近年来国内外有关白化突变体与叶绿素合成的关系、影响白化的内外因素、相关基因的克隆以及克服白化的途径等方面的研究进展,旨在为深入研究植物叶色白化突变提供参考。     

分析植物应答环境因子的一种有效平台--DNA微阵列

随着植物基因组测序工程的迅速发展,大量的DNA序列不断地快速对外公布。如何把这庞大的核苷酸序列信息与植物的生命活动有机地联系起来?高通量的DNA微阵列技术是连接植物基因组序列信息和植物功能基因组的桥梁;而且,这一技术在分析基因表达谱和基因的功能上已经得到了应用。通过简要叙述DNA微阵列技术的几个特点,着重分析近几年来该技术在研究植物对环境胁迫的响应机制以及环境信号间相互作用方面的应用。     

Polyploidy-associated genome modifications during land plant evolution

The occurrence of polyploidy in land plant evolution has led to an acceleration of genome modifications relative to other crown eukaryotes and is correlated with key innovations in plant evolution. Extensive genome resources provide for relating genomic changes to the origins of novel morphological and physiological features of plants. Ancestral gene contents for key nodes of the plant family tree are inferred. Pervasive polyploidy in angiosperms appears likely to be the major factor generating novel angiosperm genes and expanding some gene families. However, most gene families lose most duplicated copies in a quasi-neutral process, and a few families are actively selected for single-copy status. One of the great challenges of evolutionary genomics is to link genome modifications to speciation, diversification and the morphological and/or physiological innovations that collectively compose biodiversity. Rapid accumulation of genomic data and its ongoing investigation may greatly improve the resolution at which evolutionary approaches can contribute to the identification of specific genes responsible for particular innovations. The resulting, more ‘particulate’ understanding of plant evolution, may elevate to a new level fundamental knowledge of botanical diversity, including economically important traits in the crop plants that sustain humanity.     

CRISPR⁃Cas9技术在植物次生代谢物生产中的研究进展

基因编辑（gene editing）技术可以对目的基因进行定点插入、敲除和置换。基于CRISPR-Cas9的基因编辑技术是继锌指核酸酶和转录激活样效应物核酸酶之后的第3代基因编辑技术。近年来,CRISPR-Cas9系统作为研究的热点被广泛应用于医学、药学、植物学、动物学和微生物学等领域,但其在植物次生代谢物领域的应用还处于探索时期。阐述了基于CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展历程、工作原理和几种常用的基因编辑方法及其应用实例,总结了CRISPR-Cas9技术在对植物次生代谢产物研究方面的应用。利用CRISPR-Cas9系统可对植物基因组进行定点敲除、突变和插入,以达到提高植物次生代谢物含量、改良作物品质和提高植物抗性等目的。该技术已在植物次生代谢物生物合成关键酶基因的编辑等方面显示出越来越重要的作用。     

植物细胞质雄性不育性与育性恢复的分子生物学研究进展

植物细胞质雄性不育性与育性恢复的分子机理一直是分子生物学的研究热点。文章综述了近十年来的主要研究进展。包括：1、线粒体不育相关区域的确定及其特点;2、不育相关区域的表达谱;3、产生细胞质雄性不育的可能机理;4、恢复基因的可能调控方式;5、恢复基因的遗传、定位及其特征等。拟兰芥、水稻等模式植物线粒体基因组测序工作已经完成,其有关生物学信息及后续研究将极大地推动植物细胞质雄性不育研究取得更快进展。     

病毒诱导的基因沉默及其在植物基因功能研究中的应用

RNA介导的基因沉默是近年来在生物体中发现的一种基于核酸水平高度保守的特异性降解机制.病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing, VIGS）是指携带植物功能基因cDNA的病毒在侵染植物体后,可诱导植物发生基因沉默而出现表型突变,进而可以研究该目的基因功能.至今,已经建立了以RNA病毒、DNA病毒、卫星病毒和DNA卫星分子为载体的VIGS体系,这些病毒载体能在多种寄主植物（包括拟南芥、番茄和大麦）上有效抑制功能基因的表达.VIGS已开始应用于N基因和Pto基因介导的抗性信号途径中关键基因的功能研究、抗病毒相关的寄主因子研究以及植物代谢和发育调控研究.在当前植物基因组或EST序列大量测定的情况下,VIGS为植物基因功能鉴定提供了有效的技术平台.     

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.     

基因功能研究方法浅介

随着人类基因组计划的进展,数据库中积累了越来越多未知功能的基因序列,分析这些基因的功能将成为基因组计划的主要任务。本介绍了几种研究特定基因功能的方法及程序。     

微生物基因组简化的研究进展

微生物基因组简化是合成生物学研究热点之一。基因组的适度精简可使细胞代谢途径得以优化,改善细胞对底物、能量的利用效率,大大提高细胞生理性能的预测性和可控性。基因组简化细胞将为生物技术的应用提供理想的底盘细胞。同顾了构建基因组简化细胞的研究策略、研究方法及一些模式生物相关研究进展,总结了基因组简化研究所面临的问题及解决办法,对基因组减小化研究发展趋势前景进行了展望。     

Fiber-FISH在植物基因组研究中的应用

FiberFISH是近几年发展起来的一项高分辨率和高灵敏度的荧光原位杂交技术,已被广泛应用于人类及动植物基因组的研究。本文对FiberFISH在植物基因组研究中的特点及其在染色体物理图谱的构建,染色体结构与分子构成分析和在比较基因组中的应用等进行了探讨。     

植物基因组表达序列标签(EST)计划研究进展

植物表达序列标签(EST)计划是随机挑选cDNA克隆,并对其3′或5′端进行大规模一次性测序,将得到的150～500 bp长度的DNA片段与数据库中的序列进行比较,获得对基因组结构、组织、表达等认识的基因组研究策略.就近年来国际植物EST计划的实施情况、植物EST计划的研究范围、生物信息学在EST研究中的应用、EST数据库及查询、植物EST研究中遇到的问题等方面内容进行了综述.