植物功能基因组研究技术进展ppt培训课件

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1、植物功能基因组研究引言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基因的功能生物学功能，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。研究方法突变体，反义RNA，RNAi，基因表达的系统分析，DNA芯片等。突变体是研究基因功能的传统方法promotorexoninonT-DNA插入突变机理terminator获得突变体的方法物理因素；指某

2、些射线，如Y射线、X射线、B射线和中子流等；化学诱变剂:指某些烷化剂，碱基类似物，抗生素等化学药物。由重组DNA技术衍生出的插入突变:它是人为地造成某一待研究基因的突变体，并根据由此带来的表型特征的改变来分析该基因的功能，然后再进行基因等分子水平上的研究，水稻突变体多柱头巨胚米双胚苗水稻突变体无穗锈斑叶盆景稻水稻突变体库研究进展1998年，国际水稻遗传协会报告了571个定位的突变体基因2005年6月，Gramene网站报道了1488个水稻突变体，Oryzabase网站公布了约1698个水稻突变体和基因(含数量性状基因)，突变体的缺陷这主要表现在突变必须被测序或者做图以证明他们的位

3、置，并且突变材料的大规模收集必须要通过对整个基因组进行筛选。这些限制也就意味着基因组规模上的突变：技术含量底，工作量过大。而且突变具有很大的随机性，经常给实验带来不便，反义RNA反义RNA作用机理反义RNA在基因功能鉴定的应用A、在研究植物胚的发育，使用了反义RNA技术。Bicoid是调控果蝇胚胎极性及以后分节发生过程的重要基因。从水稻cDNA文库中分离了一个同果蝇Bicoid有相当同源性的克隆-Rb24基因。为进一步了解它在水稻中的功能,将Rb的反义基因片段通过农杆菌的介导转入水稻中。结果表明细胞和组织的分化在胚的发育过程中被阻断了。因此Rb基因同控制水稻胚的发育有关。。B、光

4、合作用的Lhca4基因功能的研究Lhca1和Lhca4编码LHCⅠ蛋白,该蛋白是光合系统ⅠPSⅠ的叶绿素aPb结合蛋白。通过反义技术,Zhang等研究Lhca4的功能。实验表明,在转基因株系中,Lhca4蛋白的减少并未引起Lhca1蛋白的降低,由于Lhca4蛋白的减少,低温荧光发射光谱明显地改变了,而且发射最大值向蓝光偏移了6nm,说明与Lhca4相关的叶绿素分子与长波长荧光发射光谱有关。C、番茄的pTOM5基因功能鉴定利用反义RNA技术对基因表达部分抑制可以产生转基因株系。pTOM5基因是番茄果实成熟过程中类胡萝卜素的合成基因。pTOM5反义基因转入番茄中,果实呈黄色,花呈淡黄

5、色,类胡萝卜素合成受阻,含量减少了97%。由此推测pTOM5是控制果实成熟及类胡萝卜素合成的一个基因。RNAiRNAi作用机理RNAi技术在鉴定植物基因功能中的应用RNAi技术应用于植物功能基因组研究最初是在土豆中通过PTGS诱导产生抗RNA病毒抗性能力及在水稻中使报告基因GUS沉默的能力来比较正义链、反义链及dsRNA诱导RNAi效率的高低。接着Chuang等在花发育研究中采用RNAi技术进一步验证AG、CLV3、AP1、PAN等已知功能基因,并开创了RNAi在植物功能基因组学中的应用(ChuangCF,etal,2000)。Gong等（2002)克隆了拟南芥SOS家族样的蛋白

6、激酶基因PKSes的一个成员PKS18,构建了PKS18的RNAi载体,研究其转基因植株,发现由于PKS18表达在转录水平上受抑制,并表现对ABA不敏感,证实PKS18与ABA信号转导有关。由于拟南芥是目前植物基因组资源研究最深入的植物种类,所以RNAi技术在植物功能基因组中的研究主要体现在拟南芥功能基因组的研究上,CATMA(CompleteArabidopsistranscrip2tiomemicroarray)计划以及AGRIKOLA(ArabidopsisgenomicRNAiknock-outlineanalysis)都在应用RNAi进行大规模的拟南芥功能基因组的分析。

7、除此之外,RNAi技术在其它植物功能基因分析中也得到尝试.例如Kenichi等(2004)应用RNAi技术分析并证实phEIN2基因在牵牛花中乙烯信号传导中具有重要作用,Senthil等(2005)用RNAi技术分析了异黄酮合成酶基因在大豆子叶及根部的作用效果及其对异黄铜积累的影响,证实大豆子叶对基于RNAi的基因功能分析有效。李小平等（2006）根据植物中hpRNA(hairpinRNA)的原理，以大豆类受体蛋白激酶基因rlpk2为靶基因，成功敲减((knock-down)rl