VIGS技术及其在棉花功能基因组研究中的应用进展
VIGS 技术及其在棉花功能基因组研究中的应用进展
张景霞1,王芙蓉1,高阳2,张军1*
(1.农业部黄淮海棉花遗传改良与栽培生理重点实验室/山东棉花研究中心,济南250100;
2.山东师范大学生命科学学院,济南250014)
摘要:病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing ,VIGS )是一种转录后基因沉默现象,是植物体内普遍存在的遗传免疫机制,现已被开发为快速、高效、高通量的反向遗传学技术,在植物基因功能研究中得到广泛应用。近年,利用VIGS 技术进行棉花基因功能研究也取得了一定进展。本文对VIGS 技术的发展、操作技术的优化进行了综述,尤其总结了VIGS 技术在棉花抗病、品质改良、生长发育等基因鉴定和功能研究中的应用进展,并对其应用前景进行了展望。
关键词:棉花;VIGS ;基因功能;抗病基因;品质基因中图分类号:S562.035
文献标志码:A
文章编号:1002-7807(2015)05-0469-05
10.11963/issn.1002-7807.201505011
Zhang Jingxia 1,Wang Furong 1,Gao Yang 2,Zhang Jun 1*
(1.
250100,
;2.
250014,
)
Virus-induced gene silencing (VIGS)is a kind of post-transcriptional gene silencing that is common in plants and has
been widely applied to study gene functions as a reverse genetics technique because of its rapidity,high efficiency and through-put characteristics.In recent years,VIGS has been used in the research of gene functions in cotton.This paper reviews the prin-ciples of the VIGS technology system in cotton,especially summarizing the applications of VIGS in the identification and func-tional research of genes related to disease resistance,fiber quality,and development.Finally,the applications of VIGS in cotton research are discussed.
cotton;VIGS;gene function;disease resistance gene;quality gene
收稿日期:2014-12-02
作者简介:张景霞(1983―),女,博士,助理研究员,jxzhang1983@https://www.wendangku.net/doc/33372532.html, ;*通信作者,scrczj@https://www.wendangku.net/doc/33372532.html,
基金项目:国家科技重大专项“转基因生物新品种培育”(2014ZX0800501B-003);棉花生物学国家重点实验室开放课题
(CB2013A25)
二倍体棉种雷蒙德氏棉()、亚洲棉(
)全基因组
测序相继完成[1-2],产生了大量的DNA 序列信息,
为棉花产量、品质和抗性改良奠定了基础。但到目前为止,对这些序列的认识还仅停留在生物信息学水平,进一步深入研究和鉴定这些序列的功能成为当前重要的研究任务。传统的基因功能研究主要以遗传转化为基础,虽然棉花转基因技术已取得了巨大成功,棉花遗传转化技术也日臻成熟,但转化效率低,转化过程繁琐且对受体基因型的依赖性较强,因而限制了棉花功能基因组研
究的发展。
VIGS (Virus induced gene silencing )是近年来发展起来的一种快速、高效、高通量的反向遗传学技术,其原理是利用重组病毒抑制植物内源基因的表达,通过表型或生理指标变化鉴定基因的功能,属于转录后基因沉默(Post-transcriptional gene silencing,PTGS )。VIGS 技术克服传统研究方法依赖遗传转化的局限性,被广泛应用于植物抗性、生长发育等相关基因的功能研究[3-6]。随着棉花全基因组测序工作的完成,VIGS 技术在棉花中的应用也越来越广泛。本文将对VIGS 技术
棉花学报Cotton Science 2015,27(5):469―473
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及其在棉花基因功能研究中的应用情况做一综述,以期为该技术在棉花后基因组时代发挥更大的作用提供参考。
VIGS技术的发展
VIGS一词最早由van Kammen提出,用来描述防御病毒侵染的现象[7],后来被广泛地用于表述利用重组病毒敲除或降低内源靶标基因的表达[8]。早在1995年,Kumagai等就将烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)载体上插入一段()基因的部分序列,侵染本氏烟(),使基因在mRNA水平上显著降低,导致白化表型的出现[9]。此后,许多其他RNA病毒包括马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)[10]、烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)[11-12]、番茄金色花叶病毒(Tomato golden mosaic virus,TGMV)[13]、豆荚斑驳病毒(Bean pod mottle virus,BPMV)[14]等都已开发出VIGS病毒载体。与其他RNA病毒载体相比, TRV载体的宿主范围广、沉默效率高、病毒侵染致病症状较轻,现已成为应用最广泛的VIGS载体[11-12]。
TRV包含1个双边正义单链RNA,即RNA1和RNA2。RNA1的大小和基因序列非常保守,编码病毒复制酶蛋白(依赖RNA的RNA 聚合酶)和转移蛋白,这2种蛋白是病毒复制和运动的必需组分[15]。RNA2编码保守的衣壳蛋白和2种非结构性的2b、2c蛋白。用CaMV35S启动子驱动RNA1的cDNA和改造后的RNA2的cDNA的表达,后缀NOS终止子,连入T-DNA 中,构成TRV-VIGS载体骨架[12]。最早的TRV载体,由Ratcliff等构建,宿主范围小,只能侵染本氏烟及茄属的几个种[11];由Liu等构建的改良TRV载体,通过串联重复的CaMV35S启动子和1个位于C末端的酶,使病毒更易产生,且宿主范围广,在本氏烟、拟南芥()、辣椒(spp.)、棉花(spp.)等植物中都能够使靶基因沉默[16-18];后来,Valentine等构建了TRV-2b版本,该版本保留了RNA2中的2b基因序列,使植物根部和顶端分生组织的基因沉默效率更高[19];Dong等构建的不依赖连接的TRV-LIC载体,克隆目的片段时省略连接反应步骤,降低工作量,更适于大规模高通量的VIGS筛选研究[20]。
除RNA病毒被开发为VIGS载体外,DNA 病毒如大白菜曲叶病毒(Cabbage leaf curl virus, CbLCV)[21]、非洲木薯花叶病毒(African cassava mosaic virus,ACMV)[22]、棉花皱叶病毒(Cotton leaf crumple virus,CLCrV)[23]等,也已被改造为VIGS载体,在本氏烟、拟南芥、木薯(
)、棉花等植物中得到应用。此外,卫星病毒如木尔坦棉花曲叶病毒β卫星病毒(Cotton leaf curl Multan betasatellite,CLCuMB)[24]、秋葵黄脉病毒(Bhendi yellow vein mosaic virus)β卫星病毒[25]也被作为VIGS载体应用于植物基因功能研究中。
棉花VIGS操作技术的优化
VIGS技术在烟草、番茄等植物中的应用已较为成熟[4-6],而在棉花中应用时间尚短。如何对棉花进行VIGS操作来获得高效、稳定的基因沉默以及可靠的数据是实际应用中被密切关注的问题。
侵染时间和温度
成功的基因沉默依赖于病毒在植物体内的传播及植物的生长情况,这2个方面都与生长环境密切相关[26];因此,从棉种萌发、幼苗的生长到接种病毒后的培养都应在培养箱或培养室中进行,以便对温度和光照进行控制。利用VIGS技术沉默棉花基因时,昼夜温度23℃/22℃,16h/8h 光暗交替时,基因沉默效率较高,表型出现时间较统一[27-28]。此外,接种时间也对基因沉默效率有影响。子叶平展、真叶还未冒出或刚冒出时侵染可使沉默效率提高;随着生长时间的延长,基因沉默的效率可能会降低。
靶基因片段的选择
构建VIGS载体时,应对连入载体的靶基因片段的大小和区域进行考量。虽然理论上讲引起靶基因沉默的最小片段为23个核苷酸[29],但实际构建VIGS载体时,通常会将靶基因的300～500 bp片段连入VIGS载体。连入片段过短会导致基因沉默效率大幅降低;连入片段过长则会使病毒
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的复制或者转移受到阻碍,导致病毒不能在宿主植物体内传播或造成“脱靶效应”[30]。在连入载体的靶基因区段选择方面,沉默的对象是序列相似度高的基因家族时,应选择保守区。相反,沉默对象是基因家族中的单个基因时,连入片段应保证不能含有与其他家族成员相同的23个或更多核苷酸;如果家族成员之间具有高度保守的开放读码框,则应在特异性高的5'-UTR区选择连入片段。
VIGS的检测
植物接种病毒后,随着植物的生长,病毒会在植物各个部位蔓延。新生叶片往往是基因沉默效率最高的部位。因此,应选择棉株顶端的新生叶片来提取RNA,利用RT-PCR(Reverse tran-scription-polymerase chain reaction)对靶基因的沉默情况进行检测。RT-PCR引物应设计在目的基因转录本内,且至少应有1条引物在连入VIGS 载体的片段之外,避免病毒携带的靶基因序列被扩增,造成RT-PCR数据不准确。
合理设置对照
为获得可靠的试验数据,每个VIGS试验都应设有阳性和阴性2个对照。阳性对照多选择1基因[26-28],该基因沉默后导致叶片光漂白,易于观察,可为基因沉默的时间和沉默部位提供参考。此外,为排除病毒接种本身引起表型变异的可能,还须用空病毒载体接种植物作为阴性对照。
VIGS技术在棉花基因功能研究中的应用
利用VIGS技术对基因功能进行研究已在烟草、拟南芥等植物中取得重大进展。近几年,VIGS 技术也被应用在棉花研究中,鉴定的基因涉及抗病、品质改良、生长发育等方面。
抗病相关基因
VIGS技术在研究棉花抗黄萎病基因方面取得了较大进展,鉴定出一系列抗病相关基因。Gao 等利用TRV载体沉默1(
1)、2(
2)后进行黄萎病抗性试验,对照棉株约30%感病,叶片出现轻微的萎蔫现象;而1基因沉默棉株约80%感病,感病症状更严重[31]。相似的结果也在王心宇等报道的基因沉默的棉株出现,说明上述基因是棉花抵抗黄萎病的重要参与者[27]。随后,1(
1)基因在抗黄萎病抗及调控细胞凋亡方面的功能也借助VIGS方法得到鉴定和研究[32]。
品质相关基因
Qu等利用TRV载体侵染棉花真叶及根,诱导生殖器官中靶基因沉默,首次证明VIGS体系在棉花生殖器官和棉纤维中仍能正常工作。此后,利用VIGS体系对棉花和
1基因的功能进行了研究,发现沉默基因后导致棉纤维长度缩短,种子中的含油量提高;而1表达被抑制后,棉纤维长度增加,种子中含油量降低。这说明在碳源利用方面,油脂合成以及纤维发育存在竞争关系,为棉花纤维发育机制提供线索,也为转基因操作改良棉花纤维品质提供基因资源[33]。
生长发育相关基因
八氢番茄红素合成酶(Phytoene synthase, PSY)是植物进行光合作用过程中类胡萝卜素生物合成的限速酶,调控类胡萝卜素的生物代谢,其重要功能在许多植物中得到证实。棉花GhPSY 蛋白是天然色素产生的重要酶类。最近,利用VIGS技术研究了其功能,有望为利用转基因手段生产“红色棉”提供基因支撑[34]。此外,还利用VIGS体系鉴定了棉花基因(
)的功能。该基因可调控棉花幼苗的激素平衡,控制棉花幼苗的生长,提高单位叶面积的光合能力[35]。
VIGS技术在棉花中应用的优势和局限性
VIGS技术在棉花中的应用优势非常明显。首先,不需遗传转化,短时间内即实现基因沉默。虽然棉花遗传转化技术日益完善,但转化效率低、周期长的问题仍未解决,即便是在技术成熟的实验室也需要几个月的时间。而对棉花进行VIGS操作时,利用渗透注射、淋透等方式接种棉花子叶、真叶或根,2周左右即可实现靶基因沉默,大大缩短了研究周期。其次,不受基因型限
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制,且沉默效率高。棉花体细胞胚胎发生对基因型依赖性很强,多集中在珂字棉的系列品种中,许多优良的栽培品种较难或不能实现体细胞胚胎发生。而VIGS技术对棉花基因型没有依赖性。Gao等利用VIGS载体侵染fibermax832等多个栽培品种,2周内均能够实现靶标基因沉默;基因沉默效率高,所有被检测品种的基因沉默效率均能够达到100%。另外,VIGS还可在同一棉株上对多个靶基因进行沉默,将基因沉默所需的时间、人力和物力最小化,对大规模功能基因组研究非常有利[31]。
同时,VIGS技术也存在缺陷和不足。首先, VIGS对靶基因的沉默效应只发生在当代植物中而不能遗传,这是该技术最大的局限性。其次, VIGS往往不能对靶基因进行效率一致的系统性沉默[36]。第三,VIGS仅能持续2～3月,这对生长期较长的棉花来说可能不太充足。但沉默持续时间短的问题可以通过选择不同的病毒载体和接种方式得到解决,如采用淋透和真空渗透相结合的接种方式可使烟草的基因沉默时间持续2年左右,甚至可以遗传给后代[37-38]。
展望
棉花基因组携带巨量的遗传信息,二倍体棉花全基因组测序工作已经在几年前完成[1-2],四倍体棉花测序也已在近期完成,解析基因功能成为当前的迫切任务。自TMV载体在本氏烟中成功沉默基因以来,VIGS技术已逐渐发展为一种快速、有效、高通量的基因功能研究技术,在植物中得到广泛应用。近几年,VIGS技术在棉花基因功能研究中也展现出明显优势。短短几年时间,借助VIGS技术已成功鉴定出许多基因功能,为棉花分子育种及基因工程提供了有价值的基因资源。此外,VIGS技术与分子生物学新技术交叉结合,如利用Gateway技术构建特定环境下的棉花VIGS cDNA文库,可为棉花基因功能研究提供新的思路,大大加快研究进程。随着研究者对VIGS作用机制的深入探究,更多VIGS载体的开发以及接种方式的不断完善,预期VIGS体系会在棉花基因功能研究中发挥更大作用。参考文献院
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植物基因功能研究方法的新进展
植物基因功能诠释研究方法的新进展 (东北农业大学，150030) 摘要：本文通过阅读大量的文献，总结了植物基因功能注释研究方法的最新进展。对每种方法的原理及优缺点做了综述，拟供初学者和作相关研究者参考。 关键词：基因功能；研究方法；新进展 基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学(struc tural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组(functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。功能基因组学(functional genomics)又往往被称为后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。[1,2]这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析，cDNA微阵列，DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异，因此需要建立模式生物体。 自华大基因启动“千种动植物基因组参考序列谱构建计划”和“千种植物转录组研究”以来，已完成水稻、黄瓜、马铃薯、白菜等植物的基因组序列图谱绘制，并通过对大豆的重测序研究建立了高密度分子标记图谱。这将是21世纪生命科学研究的重要领域。[3]本文将对研究基因功能的新技术及其新进展作一综述。 1 利用生物信息学方法分析基因的功能 生物信息学是利用生物信息学和电子技术(互联网技术)寻找并克隆新的未知功能的基因,着重于技术和操作层面,利用生物信息学对新基因进行电子克隆,及克隆该新基因的序列后对其进行简单的功能分析,如基因的编码区、启动子区、内含子/外显子、翻译启始位点和翻译终止信号预测,基因的同源比对,编码的氨基酸辨识蛋白质,蛋白质的物理性质,蛋白质的二级/三级结构、特殊局部结构以及功能预测等[4]。 1.1 通过序列比对预测基因功能
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棉花栽培技术要点-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
棉花栽培技术要点 棉花生长发育的基础知识 (一)生育期棉花从出苗到吐絮所需的天数，称为生育期。生育期长短，因品种、气候及栽培条件的不同而异，一般中熟陆地棉品种约130一140天。在优越的生产条件下，可促使棉花生长加快，发育提前。因此，创造适宜条件，满足棉花生育对环境条件的要求，就能促进棉花早发，延长有效结铃期，从而达到早熟、优质、高产的目的。 (二)生育时期在棉花整个生育过程中，共经历五个生育时期， 1．播种出苗期：播种一出苗，约需10一15天； 2．苗期：出苗一现蕾，约需40—45天； 3．蕾期：现蕾一开花，约需25—30天； 4．花铃期：开花一吐絮，约需50—60天； 5．吐絮期：吐絮一收花结束，30—70天不等。 二、棉花的生长发育 (一)种子的发芽和出苗 1．棉子发芽出苗过程棉花种子内部贮藏丰富的营养物质。因此，棉子发芽一般需要经历三个过程：一是吸水膨胀过程；二是贮藏物质分解分化过程；三是胚细胞生长、分化过程。种子吸水膨胀后，酶的活性逐渐加强，使子叶内的贮藏物质分解转化为可溶性的、较简单的物质，供胚吸收利用。胚吸收养分后，即开始细胞分裂、生长、分化，形成幼苗的不同器官。当胚根突破珠孔向外伸长达种子长度一半时，叫做发芽。发芽后，条件适宜，胚轴伸长为幼茎。幼茎起初弯曲呈弓背状，待顶破士后便很快伸直，并将子叶带出土面，当子叶平展时，叫做出苗。
2．棉子发芽出苗需要的条件温度棉花是喜温作物，棉子发芽的最低温度为1 0．5一12℃，适宜温度为28—30℃，最高温度为40—45℃。在临界温度范围内，温度越高，发芽越快。在昼夜平均温度相同的条件下，变温比恒温更有利于发芽。棉子出苗时对温度的要求比发芽高。试验表明，一般陆地棉品种出苗需要l60C以上，在16—32℃之间，随温度的升高出苗速度加快。水分棉子种皮厚而坚硬，种子内含有大量的营养物质，所以棉子发芽需要吸收较多的水分，陆地棉为种子风干重的 61．6％。因此，棉子在播种前需要浸种，吸足水分，利于发芽出苗。棉子发芽出苗与土壤水分状况关系密切。一般土壤水分为田间持水量的70％左右时，发芽率高，出苗快；若土壤水分为田间持水量的4 5％时，则发芽率低，出苗慢。盐碱地棉田，在含盐量不超过0．25％一0．3％的范围内，土壤含盐量越高，棉子发芽出苗所需的土壤水分也越高。主要是降低盐分溶液浓度，有利于棉子吸水，发芽出苗。氧气棉子内含有丰富的蛋白质和脂肪，要有充足的氧气，才能增强呼吸作用和酶的活动，将不可溶性物质转化为可溶性物质，供发芽出苗需要。因此，要做好整地保墒工作，掌握适宜的播种深度，播后松土，以满足棉子发芽出苗对氧气的需要。 (二)根及其生长棉花的根系为直根系，由主根、侧根、支根和根毛组成。棉花是深根作物，主根人土深，侧根分布广。主根入士深度可达2米以上。侧根主要分布在地表以下10—30厘米土层内，上层侧根扩展较长，一般可达60一100厘米，往下渐短，形成一个倒圆锥形的强大根系网。棉花主根生长速度是前期快，后期慢。现蕾前主根比茎生长快，主根长度约为茎高的4—5倍。现蕾后，棉株地上部分生长加快，侧根迅速增加，主根生长速度相对减慢。开花后，由于棉株地上部分生长旺盛，进入大量开花结铃期，主根生长速度缓慢。适宜棉花根系生长的条件是：土壤温度18—25℃，土壤水分为田间持水量的6 0％一70％，土壤酸碱度(pH值)6．5— 8．5，土层深厚，土壤质地疏松，土壤养分含量丰富。 (三)茎、枝及其生长棉花的主茎由节和节间组成，着生叶片的地方叫做节，节与节之间叫节间。节间的长短是衡量棉株生长是否稳健的一个重要指标，生长稳健的棉株，节间较短，徒长的棉株节间较长。茎的颜色生长前期呈绿色，以后随着茎秆逐渐生长、成熟，由下向上逐渐变为红色。主茎颜色经常作为田间诊断的指标。另外，主茎上着生茸毛，具有保护作用。还有油腺，油腺内有棉酚，有抵抗害虫作用。棉花主茎的生长速度，一般苗期生长缓慢，现蕾后逐渐加快，初花期生长最快，盛花期后又逐渐减慢。主茎生长快慢，受温度、水分、养分、光照等条件的影响。棉花的茎上有分枝。分校有果校和叶枝两种。果核能直接长出花蕾，开花结铃。时枝间接长出花蕾，开花结铃。棉花的茎枝生长发育的适宜温度为20—30℃，温度低于19℃时，果枝发育受抑制。温度高，水肥不当时，茎枝徒长。一般现蕾后，温度在25℃左右时，主茎每长一
植物功能基因组学及其研究技术_崔兴国
第9卷 第1期2007年3月 衡水学院学报 J o u r n a l o f H e n g s h u i U n i v e r s i t y V o l.9,N o.1 Ma r.2007植物功能基因组学及其研究技术 崔兴国 (衡水学院 生命科学系,河北 衡水053000) 摘 要:植物基因组的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.植物功能基因组学研究是利用结构基因组学积累的数据,从中得到有价值的信息,阐述D N A序列的功能,从而对所有基因如何行使其职能并控制各种生命现象的问题作出回答.近年来植物功能基因组学的研究技术主要包括表达序列标签、基因表达的系列分析、D N A微阵列和反向遗传学等.对植物功能基因组学的研究将有利于我们对基因功能的理解和对植物形状的定性改造和利用. 关键词:植物;功能基因组学;研究技术 中图分类号:Q3-3 文献标识码:A 文章编号:1673-2065(2007)01-0023-04 基因是细胞的遗传物质,决定细胞的生物学形状,细胞的生物学功能最终是由大量的基因表达完成的.随着人类基因组“工作框架图”的完成,生命科学研究的重点已经从结构基因组学转移到了功能基因组学的研究,特别是模式植物拟南芥(A r a b i d o p-s i s t h a l i a n a)和水稻(O r y z a s a t i v a)基因组测序的完成,公共数据库中已经积累了大量基因序列信息,获得了许多与植物发育相关的功能基因,在此基础上应用实验分析方法并结合统计和计算机分析来研究基因的表达、调控与功能,并相应诞生和发展了一批新的研究技术,为功能基因组学的研究提供了必要而有效的技术支撑.功能基因组学研究的最终目标是解析所有基因的功能,即从基因水平上大规模批量鉴定基因的功能,进而全面研究控制植物生长发育及响应环境变化的遗传机制,在基因组序列与细胞学行为之间起到桥梁作用,共同承担起从整体水平上解析生命现象的重任. 1 植物功能基因组学研究 植物的生长和发育是一个有机体或有机体的一部分形态建成和功能按一定次序而进行的一系列生化代谢反应的总合,反应在分子水平上,它要求相应的遗传代谢途径必须按照特定的时空次序严格进行以保证正常发育.植物功能基因组研究就是要利用植物全基因组序列的信息,通过发展和应用系统基因组水平的实验方法来研究和鉴别基因组序列的作用;研究基因组的结构、组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系以及基因与基因间的调控关系;从表达时间、表达部位和表达水平3个方面对目的基因在植物中的精细调控进行系统研究.当前植物功能基因组学研究主要集中于一年生的拟南芥与水稻两个物种上,这主要是由于它们的遗传背景清楚,基因组较小,基因结构简单而且易于进行分子生物学操作.拟南芥研究组“2010计划”的宏伟目标是充分利用拟南芥基因组计划获得的序列信息并结合功能基因组研究技术来获知其25000个基因的全部功能,例如开花的诱导过程是植物生活周期中最奇妙的过程,目前从拟南芥中鉴定了提早开花和延迟开花的多种突变体,显示植物开花受多个遗传基因的控制,如延迟开花的两个突变体是由等位基因 C O(C O N S T A N S)和L D(C O L D L U M I N I D E P E N- D E N S)突变引起,这两个基因均已被克隆,并使其在转基因植物的叶片中进行表达,将C O基因转移到拟南芥中,高效表达C O蛋白的转基因植株即使处于短日照条件下也会开花,这说明C O基因具有激活开花基因的作用.对模式植物功能基因组的研究将有助于整个植物基因组学的研究. 目前的功能基因组研究主要包括以下几个方面:(1)c D N A全长克隆与测序;(2)获得D N A芯片 ①收稿日期:2006-10-12 作者简介:崔兴国(1963-),女,河北冀州市人,衡水学院生命科学系副教授.
基因组学研究的应用前景
基因组学研究的应用前景摘要：基因组学是一门研究基因组的结构，功能及表达产物的学科，基因组的结构不仅是蛋白质，还有许多复杂功能的RNA,包括三个不同的亚领域，及结构基因组学，功能基因组学和比较基因组学。近几年，基因组学在微生物药物，细菌，病毒基因，营养基因方面都有进展，其前景是光明的。 关键词：基因研究未来结构 一、微生物药物产生菌功能基因组学研究进展 微生物药物是一类化学结构和生物活性多样的次级代谢产物，近年来多个产生菌基因组序列已经被测定完成，在此基础上开展的功能基因组研究方兴未艾，并在抗生素生物合成，形态分化，调控，发育与进化及此生代谢产物挖掘等方面有着新的发现，展现出广阔的研究前景，青霉素及其衍生的《》内酰胺类抗生素极大地改善了人类的卫生保健和生活质量，并促进研究人员不断对其工业生产菌株类黄青霉进行遗传改良和提高其产量，从而降低生产成本。经过60年的随机诱变筛选，当前青霉素产量至少提高了三个数量级，同时，青霉素的生物合成机理也得到了较为清晰的阐述，其pcbAB编码的非核糖体肽合酶ACVS~DPcbc编码的异青霉素N合成酶IPNS位于细胞质中，而苯乙酸COA连接酶PenDE编码的IPN酰基转移酶位于特殊细胞器一微体中。 研究发现，青霉素合成基因区域串联扩增，产黄青细霉胞中微体含量增加都可显著提高青霉素产量。然而随机诱变筛选得到的黄青霉工业菌株高产的分子机制尚不明确。为此，2008年荷兰研究人员联合国美国venter基因组研究所对黄青霉wisconsin54—1225进行了基因组测试和分析，并进一步利用DNA芯片技术研究了wisconsin54—1255及其高产菌株DS17690在培养基中是否添加侧链前体苯乙酸情况下的转录组变化，四组数据的比较分析发现，有2470个基因至少在其中一个条件下是差异表达的，根据更为严格的筛选标准，在PPA存在的条件下，高产菌相比测序菌株有307个基因转录是上调的，和生长代谢，青霉素前体合成及其初级代谢和转运等功能相关，另有271个基因显著下调，主要是与生长代谢及发育分化相关的功能基因。 二、乳酸菌基因组学的研究进展
棉花田间管理技术要点
棉花田间管理技术要点 棉花田间管理技术要点 一、科学进行肥水管理 （一）科学施肥 1.巧施蕾肥。棉花现蕾以后，进入营养生长和生殖生长并进时期，而仍以营养生长为主。棉花蕾期施肥既要满足棉花发棵、搭丰产架子的需要，又要防止施肥不当，造成棉株徒长。因此，要稳施、巧施。特别是对二、三类棉田，要早动手，以促为主，促空结合。一般每亩追10～15公斤标准氮肥。对地力差，基肥不足，棉苗长势弱的棉田，应适当早施、多施；对早发或苗肥足、长势强的棉花，应适当晚施、少施或不施。缺钾棉田可每亩追施硫酸钾10～20公斤。 2.重施花铃肥。根据抗虫棉前期结桃多的生育特点，提倡初花期施肥，一般亩施尿素15～20公斤。施肥时应根据棉花长相和天气变化灵活掌握。底肥、蕾肥施得较少，且地力较薄、棉株长势较弱的棉田，花铃肥应早施、重施，做到“花施铃用”。 3.稳施盖顶肥。稳施盖顶肥是防止抗虫棉早衰，尤其早发型品种、早发棉田早衰的重要措施。一般8月初补施盖顶肥，每亩尿素5公斤；对中上等肥力棉田，为争取植株多结铃，增加铃重，夺取更高的产量，在初花期追肥的基础上，7月
底8月初每亩可追施尿素2.5～3公斤，早发型品种和有早衰迹象的棉田每亩追施尿素5公斤；肥沃或麦田套种棉田少施或不施盖顶肥。 4.叶面喷肥。一般棉田可结合治虫从8月中旬开始进行叶面喷肥。可喷0.5％～1％的尿素溶液、2％～3％的过磷酸钙溶液或800～1000倍的磷酸二氢钾溶液，每周一次，连喷三次。（二）抗旱除涝 1.合理灌溉。我省春末初夏常年干旱，虽然目前多数棉田墒情较好，但个别地区已出现旱象，要注意浇水防旱。当棉田10-30厘米土壤含水量小于55%时，要及时浇水，但每次浇水不宜过多，每亩20-30m3为宜。浇水后要及时中耕松土，促进根系下扎，以增强棉花后期抗旱能力。 进入花铃期后，棉花植株生长旺盛，气温也高，棉株蒸腾作用强烈，是棉花一生中需水最多的时期。此时如果土壤缺水，会影响肥效的发挥，将导致棉株早衰、蕾铃脱落，严重时植株停止生长。因此，如遇天气干旱，当耕作层土壤含水量低于田间持水量的65%时，可隔行浇水，每亩灌水30～40m3。需灌水1～2次。进入吐絮前期（9月上、中旬）应保持稍高的土壤水分（占田间持水量的70%左右），此时如遇秋旱，耕作层土壤含水量低于田间持水量的65%，可浇水，每亩灌水30～40m3。对防止早衰、增加铃重、提高纤维品质有显著效果。
基因组学的研究内容
基因组学的研究内容 结构基因组学： 基因定位；基因组作图；测定核苷酸序列 功能基因组学：又称后基因组学（postgenomics基因的识别、鉴定、克隆；基因结构、功能及其相互关系；基因表达调控的研究 蛋白质组学： 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式 遗传图谱 （genetic map）采用遗传分析的方法将基因或其它dNA序列标定在染色体上构建连锁图。 遗传标记： 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。 构建遗传图谱 就是寻找基因组不同位置上的特征标记。包括： 形态标记； 细胞学标记； 生化标记；DNA 分子标记 所有的标记都必须具有多态性！所有多态性都是基因突变的结果！ 形态标记： 形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表型标记。 数量少，很多突变是致死的，受环境、生育期等因素的影响 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。
细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 ：染色体的核型、染色体的带型、染色 体的结构变异、染色体的数目变异。优点：不受环境影响。缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利 生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点： 数量较多，受环境影响小 ?
缺点： 受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息 DNA 分子标记： 简称分子标记以 DNA 序列的多态性作为遗传标记 优点： ? 不受时间和环境的限制 ? 遍布整个基因组，数量无限 ?
不影响性状表达 ? 自然存在的变异丰富，多态性好 ? 共显性，能鉴别纯合体和杂合体 限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism ， RFLP ） DNA 序列能或不能被某一酶酶切，
植物功能组研究进展
程论文（作业）封面（2011 至2012 学年度第 2 学期）课程名称：_ ___ 课程编号：___________ 学生姓名：__ ________ 学号：_______ 年级：__ ___________ 任课教师: _ ____________ 提交日期：年月日成绩：__________________ 教师签字：__________________ 开课---结课：第周---第周评阅日期：年月日
植物的功能基因组学研究进展 摘要: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。 关键词:功能基因组学; 基因表达的系统分析;cDNA 微阵列;DNA 芯片;蛋白组 以拟南芥和水稻为代表的植物基因组研究已取得了迅速的进展,到目前为止,占拟南芥基因组(100Mb) 近三分之一的DNA 序列已被测定并在GenBank 数据库中登记注册,预期到2001 年通过全球合作将完成拟南芥全基因组的序列测定工作。随着植物基因组计划的实施和进展,GenBank 中累积了大量的未知功能的DNA 序列,如何鉴定出这些基因的功能将成为基因组研究的重点课题, 因此, 基因组研究应该包括两方面的内容: 以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics) 和以基因功能鉴定为目标的功能基因组研究, 后者往往又被称为后基因组研究。功能基因组研究的内容是利用结构基因组所提供的信息, 发展和应用新的实验手段系统地分析基因的功能〔1 〕。目前人类和酵母的功能基因组研究已经全面展开, 尤其是对已完成全基因组测序的酵母来说, 其功能基因组研究任务更加紧迫。植物的基因组研究虽然起步较晚, 但由于吸取了人类基因组研究中积累的一些经验, 所以进展也相当迅速, 对植物功能基因组学的研究目前也已经受到重视, 在1998 年12月出版的最新一期Plant Cell (10 :1771) 和Plant Physiol . (118 :713) 上均编发了关于植物功能基因组学研究的编者按, 并由Bouchez 和Hofte (1998) 〔2 〕综述了植物尤其是拟南芥功能基因组学研究的现状, 本文在此基础上综述了目前植物功能基因组学研究中使用的主要技术手段以及最新的研究进展。 1 基因功能的含义 基因的功能主要包括: 生物化学功能, 如作为蛋白质激酶对特异的蛋白质进行磷酸化修饰; 细胞学功能, 如参与细胞间和细胞内的信号传递途径; 发育上的功能, 如参与形态建成等。目前,获得一段DNA 序列的功能信息的最简单的方法是将该DNA 序列与GenBank 中公布的基因序列进行同源性比较,如利用BLASTn 和BLASTx 两种软件分别进行核苷酸和氨基酸序列同源性比较等。同源性比较的结果大体可以分为如下类型: 与生化和生理功能均已知的基因具同源性; 与生化功能已知的基因具同源性, 但该基因的生理功能未知;与其它物种中生化和生理功能均未知的基因具同源性; 虽与生化和生理功能均已知的基因具同源性, 但对该基因功能的了解尚不深入, 仍停留在表观现象上。上述同源性检索分析方法仅仅为该DNA 片段的功能提供了间接的证据,对基因功能的直接证据还需要实验上的数据。Bouchez 和Hofte (1998)〔2 〕将所需要的实验证据归纳如下: (1) 通过研究基因的时空表达模式确定其在细胞学或发育上的功能, 如在不同细胞类型、不同发育阶段、不同环境条件下以及病原菌侵染过程中mRNA 和/ 或蛋白质的表达的差异等。(2) 研究基因在亚细胞内的定位和蛋白质的翻译后调控等。(3) 利用基因敲除(knock - out) 技术进行功能丧分析或通过基因的过量表达(转基因) 进行功能获(gain2of2function) 分析,进而研究目的基因与表型性状间的关系。(4) 通过比较研究自发或诱发突变体与其野生型植株在特定环境条件下基因表达的差异来获取基因功能的可能信息。 2 植物的表达序列标记(EST) 与基因组大规模测序 通过从cDNA 文库中随机挑取的克隆进行测序所获得的部分cDNA 的5′或3′端序列称为表达序列标记( EST) ,一般长300～500bp 左右, 利用EST作为标记所构建的分子遗传图
植物功能基因组学研究技术
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（Express Sequence Tags，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，CAPS，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。
微生物基因组研究
微生物基因组研究 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革命。 以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿，
基因组编辑三大技术
基因组编辑三大技术：CRISPR、TALEN和ZFN[创新技巧] 摘要： 最近出现的新工具让研究人员能够在几乎任何物种中实现精确的修饰，有着核苷酸水平的精确度，也有着令人难以置信的速度。大部分是在特定的位置引入双链DNA断裂，然后由细胞进行修复。区别在于如何引入断裂，以及新序列靶定的难易程度。 在过去，如果你想在模式生物中进行复杂的基因组修饰，你几乎只能选择小鼠。 首先，你要设计一个打靶载体，将其引入小鼠胚胎干细胞，并将这些经过修饰的细胞注射到小鼠囊胚。接着是孕育、出生、筛选，等待所需的幼崽成长到性成熟，交配和杂交，之后是更多孕育、更多筛选，一直下去。 复杂的项目也许需要一年或更长时间才能完成。它几乎只对小鼠起作用。原因还不是很清楚，也许小鼠胚胎干细胞有着特别活跃的同源重组系统。大鼠和人类则不是这样。 不过好消息是，最近出现的新工具让研究人员能够在几乎任何物种中实现精确的修饰，有着核苷酸水平的精确度，也有着令人难以置信的速度。大部分是在特定的位置引入双链DNA 断裂，然后由细胞进行修复。区别在于如何引入断裂，以及新序列靶定的难易程度。 锌指核酸酶（ZFN） 第一个使用定制DNA核酸内切酶的基因组编辑策略就是锌指核酸酶（zinc-finger nucleases，简称ZFN）。 锌指蛋白是转录因子；每个指模块识别3-4个碱基的序列，将这些模块混合搭配，研究人员或多或少能靶定他们希望的任何序列。Sigma-Aldrich公司将ZFN技术商业化，推出CompoZr ZFN试剂平台。 ZFN是异源二聚体，其中每个亚基含有一个锌指结构域和一个FokI核酸内切酶结构域。FokI 结构域必须二聚化才有活性，确保必须存在两个相邻的DNA结合事件才能实现双链断裂，从而增加了目标特异性。 切割事件使得大部分基因组编辑技术得以实现。在双链断裂后，细胞试图修复它。最简单的方法是非同源末端接合（NHEJ），其中细胞基本上磨平断裂DNA的两端，再将其彼此拉近，这往往产生移码。另一种方法是同源定向修复（HDR）。细胞试图利用另一条染色体上对应的DNA序列作为模板来修复断裂。通过提供自己的模板，用户可促使系统在不经意间插入所需的序列。 ZFN技术由Sangamo生物科学公司所拥有，被用来开发治疗产品。不过，对于科研方面的应用，Sangamo则授权给了Sigma-Aldrich。
植物功能基因组学概述
植物功能基因组学概述 XXX* (XXXXX) 摘要：植物功能基因组学是从整体水平研究基因的功能及表达规律的科学。对植物功能基因组学的研究将助于我们对基因功能的理解和对植物性状的定性改造和利用。本文简要介绍了植物功能基因组学的概念、研究内容和研究方法。 关键词：植物；功能基因组学；ESTs；SAGE Summarize of Plant Functional Genomics XXX （XXXXX） Abstract：Plant functional genomics studies provide a novel approach to the identification of genome-wide gene expression. It is currently being widely focused on the gene expression by transcript profiling and takes us rapidly forward in our understanding of plant biological traits. In this review, comprehensive of concepts, research contents and methodologies regarding plant functional genomics and transcript profiling are described. Key words: Plant; functional genomics; ESTs; SAGE 1 植物功能基因组学 基因组学(Genomics)是20世纪最后10年研究最活跃的领域之一。基因组学是指对所有基因的结构和功能进行分析的一门学科, 1986年由美国科学家Thomas Roderick提出, 兴起于20世纪90年代[1]。基因组学研究分为结构基因组学( structural genomics) 和功能基因组学( functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段, 以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主, 以研究基因序列为目标。功能基因组学(Functional genomics)的研究又被称为后基因组学(Post genomics)研究，它是利用结构基因组学提供的信息和产物，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统研究。 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(基因 组水平或系统水平)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。基本策略是从研究单一基因或蛋白质上升到从系统角度研究所有基因或蛋白质。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植物。目前, 功能基因组学在水稻、拟南芥等模式植物中取得了较快进展, 主要原因在于这两种植物已完成全基因组测序工作[2], 获得了结构基因组数据, 且遗传背景清楚, 易于开展分子生物学研究, 已率先步入后基因组时代。 2 植物功能基因组学研究内容 2、1基因组多样性研究[1] *联系人Tel：XXXXX；E-mail：XXXXX
农学12《棉花栽培技术实践》实践指导
《棉花栽培技术》实习指导 三、棉花栽培生物学基础知识学习 教学要点：通过本内容的教学，使学生初步对棉花植物学形态特征、生育期的划分、棉花对环境条件的要求以及棉花产量的构成因素有所了解，为棉花的高产栽培打下良好的基础。 教学内容： 一、棉花植物学形态特征观察 1、根棉花的根属圆锥根系，主根上粗下细，主根入土深度因品称、土壤质地、结构、土层厚薄和水分状况等环境条件不同而差异很大。在适宜的条件下，主根入土深可达2m以上。营养体育苗移栽的棉苗，主根被折断，以侧根、支根为其主要根群。 通常主根在离土表以下几厘米处长出第一次侧根，其上又可发生第二次侧根，这样经过几次分枝，形成密集的根系网，侧根大部分分布在耕作层，耕作层深厚时，侧根数量就多，分布范围也广。在各级侧根幼嫩尖端部分着生根毛，形成根毛区。 2、茎和分枝 （1）茎棉花的主茎由顶芽分化生长而成，茎上有节和节间，每节着生一片真叶。棉株高度由胚轴和主茎各节间伸长的总和来决定。主茎上每一片叶子着生的地方叫节。节与节之间的部分称为节间。棉花的主茎为圆柱形、直立，幼嫩的茎初为绿色，以后随着棉株的生长，在光照的作用下，导致花青素的增加，使茎杆的颜色逐渐由下而上由绿变红，最终变成红褐色。但顶部继续生长的幼嫩部分总保持着绿色。所以生长的棉株茎的颜色为下红上绿。因此，在棉花生产中我们可以利用茎杆的颜色来判断棉花的生长状况，这个指标称为“红茎比”。 红茎比：主茎红色部分长度占主茎总长的比例（下部以子叶节为起点）。 生长正常的棉株在不同时期的红茎比分别是：苗、蕾期 50%左右；见花前后 60～70%；打顶前70～80%；打顶后100%。 红茎比是各时期棉花生长状况的重要指标。红茎比太小是生长过旺的表现，太大是生长衰弱的表现。 （2）分枝棉花的分枝是由主茎的腋芽分化发育而成，有果枝和叶枝。果枝和叶枝的主要区别有： 果枝：①直接着生花蕾；②同一果枝上相邻两果节之间呈左右弯曲形状，为多轴分枝；③果枝与主茎的夹角较大；④一般着生于主茎的中上部各节。 叶枝：①不直接着生花蕾，叶腋可以长出果枝；②枝条不左右弯曲，为单轴分枝；③叶枝与主茎的夹角较小；④一般着生于主茎下部的几个节上。 3、叶棉花的叶片分为子叶和真叶，真叶中又有完全叶和不完全叶。 陆地棉的子叶为不完全叶，肾形或近半圆形，绿色，基部呈红色。一般子叶2片，对生，其中一片较大，一片较小。子叶着生的节位称子叶节。 通常见到的主茎和果枝节上着生的真叶都是完全叶，具有托叶、叶柄和叶身。主茎上的叶片，按照3/8的叶序绕茎互生。叶片裂缺的多少，随个体发育的进程而发生有规律的变化，一般第一片真叶全缘，叶片也较小，继后裂缺增多为3～5个，最上部裂缺又减少。 还有一种不完全真叶，称为先出叶，它是主茎或分枝的叶腋所发生的每一个分枝上第一节着生的叶片，无柄，形如托叶，该叶的节间也短缩得几乎辨认不出来，平常此叶易脱落，不为人所注意。 4、花棉花的花为单花，花柄的一端着生在果枝节上，花柄的另一端略为膨大，称为花托，支持着花器。花由外向内可分为五部分。 （1）苞叶在花的最外层，共3片，陆地棉苞叶基部大多分离，上缘呈锯齿状，裂齿较深而尖长，每一苞叶外侧基部各有一个蜜腺，叫苞外蜜腺。
微生物基因组研究：前景与目标
微生物基因组研究：前景与目标 金奇 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生 物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不 在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％ 是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾 病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。 在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感 染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致 病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株 发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间 可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大 流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设 计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核 感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有 益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医
药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选 出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广 泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑 料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一 些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等 普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现 的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的 微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在， 称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存， 互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作 用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。 人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事 的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物 体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上 研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革 命。
【生物科技公司】第八章分子生物学常用技术的原理及其应用及人类基因组学
（生物科技行业）第八章分子生物学常用技术的原理及其应用及人类基因组学
第八章分子生物学常用技术的原理及其应用及人类基因组学 测试题 一、名词解释 1．分子杂交 2．Southernblotting 3．Northernblotting 4．Westernblotting 5．dotblotting 6．DNA芯片技术 7．PCR 8．功能性克隆 9．转基因技术 二、填空题 1．Southernblotting用于研究、Northernblotting用于研究，Westernblotting用于研究。 2．PCR的基本反应步骤包括、和三步。 3.在PCR反应体系中，除了DNA模板外，还需加入、、和。 4．Sange法测序的基本步骤包括、、和。 5．目前克隆致病相关基因的主要策略有、、。 6．血友病第Ⅷ因子基因的首次克隆成功所采用的克隆策略是，而DMD致病基因的克隆所采用的克隆策略是。 三、选择题 A型题 1.经电泳分离后将RNA转移到硝酸纤维素(NC)膜上的技术是： A．SouthernblottingB．Northernblotting C．WesternblottingD．dotblotting E．insituhybridization 2.不经电泳分离直接将样品点在NC膜上的技术是 A．SouthernblottingB．Northernblotting C．WesternblottingD．Dotblotting E．insituhybridization 3.经电泳分离后将蛋白质转移到NC膜上的技术是 A．SouthernblottingB.Northernblotting C．WesternblottingD．dotblotting E．insituhybridization 4.经电泳后将DNA转移至NC膜上的技术是 A．SouthernblottingB．Northernblotting C．WesternblottingD．Easternblotting E．insituhybridization
9 人类基因组研究
9.1人类基因组计划简介 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。 1986年,诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》（Science, 231: 1055－1056）。文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。…… 从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。……人类肿瘤研究将因对 DNA 的详细知识而得到巨大推动。” 什么是基因组(Genome)?基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。
为什么选择人类的基因组进行研究？因为人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。 在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。 HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。 HGP的诞生和启动： 对人类基因组的研究在70年代已具有一定的雏形，在80年代在许多国家已形成一定规模。 1984年在Utah州的Alta,White R and Mendelsonhn M受美国能源部(DOE）的委托主持召开了一个小型专业会议讨论测定人类整个基因组的DNA序列的意义和前景（Cook Deegan RM,1989） 1985年5月在加州Santa Cruz由美国DOE的Sinsheimer RL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议，形成了美国能源部的“人类基因组计划”草案。 1986年3月，在新墨西哥州的Santa Fe讨论了这一计划的可行性，随后DOE 宣布实施这一计划。 1986年遗传学家McKusick V提出从整个基因组的层次研究遗传的科学称为“基因组学” 1987年初，美国能源部和国立卫生研究院为HGP下拨了启动经费约550万美元（全年1.66亿美元） 1988年，美国成立了“国家人类基因组研究中心”由Watson J出任第一任主任