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水稻基因研究

84農(nóng)業(yè)網(wǎng)   時(shí)間:2018-03-14    作者:佚名    來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理

保護(hù)、利用和開(kāi)發(fā)生物資源的重要步驟,就是將群體和種質(zhì)資源轉(zhuǎn)變?yōu)樯镄畔①Y源,也就是DNA序列資源。破譯“超級(jí)稻”遺傳密碼,旨在為提高水稻產(chǎn)量和改善品質(zhì)、保持中國(guó)雜交水稻生產(chǎn)的國(guó)際領(lǐng)先地位打下永久性基礎(chǔ)。

要想更進(jìn)一步的提高水稻產(chǎn)量,就得對(duì)水稻的本質(zhì)結(jié)構(gòu)也及它的內(nèi)部基因組織有更全面、深入的了解,基于生物遺傳圖譜的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),將在對(duì)水稻基因組測(cè)序了解的基礎(chǔ)上,通過(guò)遺傳改良提高水稻的單產(chǎn)量及穩(wěn)產(chǎn)量,使之成為保證糧食產(chǎn)量安全的根本出路。

中國(guó)水稻基因組“工作框架圖”是以袁隆平院士培育出的超級(jí)雜交水稻的典型的秈稻恢復(fù)系“9311”為研究對(duì)象,本次獲得的水稻基因組“工作框架圖”和數(shù)據(jù)庫(kù),是2000年5月啟動(dòng)的這項(xiàng)研究的第一部分,其“精細(xì)圖”將在明年完成。在科學(xué)家的努力下,超級(jí)水稻基因組計(jì)劃進(jìn)展迅速。截至目前,基因組測(cè)序覆蓋率和基因覆蓋率均在95%以上,覆蓋了水稻基因組的全部12個(gè)染色體,90%的區(qū)域準(zhǔn)確率達(dá)到99%,完全符合“工作框架圖”的要求。這一成果由我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成,其意義非比尋常。它標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)具有獨(dú)立完成大規(guī);蚪M測(cè)序和組裝分析能力的國(guó)家。

水稻基因組是迄今進(jìn)行的植物基因組測(cè)序中最大的基因組,約為人類(lèi)基因組的七分之一。作為禾本科作物的代表,水稻全基因組研究將促進(jìn)玉米、小麥等其他重要農(nóng)作物的研究和應(yīng)用發(fā)展,為遺傳改良農(nóng)作物奠定基礎(chǔ)。這一研究在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的意義,可與人類(lèi)基因組計(jì)劃對(duì)人類(lèi)健康的意義相媲美。

水稻基因研究主要分為基因組測(cè)序和功能基因組研究。而基因組測(cè)序的目的是知道基因組“是什么”,功能基因組研究的目的是知道基因組“干什么”、“怎么干”的。

利用功能基因組學(xué)的理論和手段,可為揭示農(nóng)作物重要性狀的遺傳控制的分子機(jī)理,并從基因組水平上對(duì)這些作物實(shí)現(xiàn)遺傳改良鋪平道路。例如:“水稻973項(xiàng)目”就是利用遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和生物信息學(xué)等方法,系統(tǒng)地分離水稻分蘗、穗型、株型、生育期、育性、受精和胚乳發(fā)育及其代謝調(diào)控相關(guān)的基因,通過(guò)建立和比較它們的表達(dá)譜和相關(guān)基因的功能分析,確定其中影響產(chǎn)量、品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀的基因。

對(duì)于秈、粳水稻之間的比較,發(fā)現(xiàn)它們的基因組之間的差別主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)座子和逆轉(zhuǎn)座子以及其它的插入片段(如微倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列MITE)上。這部分的差異導(dǎo)致了基因組大小的差別(現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表明秈稻基因組要比粳稻。,以及部分基因的斷裂。除了上述情況,在染色體的其它區(qū)域,兩個(gè)亞種之間的序列差別小于2%,這也會(huì)引起小部分基因的變化。

我國(guó)至今已獲得了Ds和T-DNA獨(dú)立轉(zhuǎn)化株系3000多株,并測(cè)定了220個(gè)插入Ds的旁鄰序列,其中60個(gè)定位于不同染色體的不同位點(diǎn),為大規(guī)模產(chǎn)生水稻插入突變奠定了基礎(chǔ);完成10個(gè)水稻(主要為秈稻品種)發(fā)育不同時(shí)期組織器官特異的cDNA文庫(kù),初步完成>10000個(gè)秈稻Uni-EST的測(cè)序、分類(lèi)和鑒定工作;建立了水稻cDNA陣列和微陣列(DNA芯片)以及PCR為基礎(chǔ)的高通量基因分析體系,獲得了大量與生長(zhǎng)發(fā)育、激素作用和環(huán)境應(yīng)答等相關(guān)的基因;建立了可轉(zhuǎn)化人工染色體(TAC)為基礎(chǔ)的水稻高效基因克隆和多基因轉(zhuǎn)化體系,并構(gòu)建了水稻雄性不育恢復(fù)基因Rf3和Rf4以及秈粳稻雜種不育基因Sc的TAC物理圖;完成了多個(gè)影響重要農(nóng)藝性狀突變基因的精細(xì)定位,其中包括單分蘗(st1)、脆稈(fp1)、溫敏不育安農(nóng)S、溫敏不育培矮64和半矮稈(sd-g),并鑒定出了候選BAC和TAC克;建立了水稻基因數(shù)據(jù)庫(kù)。

超級(jí)水稻遺傳密碼的破譯,將有助于了解小麥、玉米等其他重要經(jīng)濟(jì)作物基因組中的相關(guān)基因,從而帶動(dòng)整個(gè)糧食作物的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。

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