水稻基因组学的的研究进展

基因组学课程论文

所在学院生命科学技术学院

专业14级生物技术（植物方向）

姓名金祥栋

学号2014193012

水稻基因组学的研究进展

摘要：随着模式植物——拟南芥和水稻基因组测序的完成，近年来关于植物基因组学的研究越来越多。水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活着全世界近一半的人口。同时南于水稻基冈组较小、易于转化及与其他禾本科植物基因组的同线性和共线性等特点，一直被作为禾本科植物基因组研究的模式作物。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，重点介绍了近年来在水稻基因组序列分析中获得的几项最新的研究结果。

关键词：水稻；基因组测序；功能基因组；研究历史；基因组学；研究进展

The recent progress in rice genomics research

Abstract: With the completion of genome sequencing ofthe model plant-- Arabidopsis and rice，more and more researches on plant genomics emerge in recent years. Rice i s one of the most important crops in the world, raised nearly half of the world popul ation. At the same time in south rice Keegan group is smaller, with linear and linear features such as easy transformation and other gramineous plant genome, has been use d as a model crop for plant genome research of Gramineae. Genome sequencing and germplasm resources the rice genome sequencing completed laid the foundation for ric e functional genomics research. This article reviews the history and function of our ge nome sequencing of rice genome research, introduces several latest research results in recent years in the analysis of rice genome sequences.

前言

基因组是1924年提出用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念，是研究生物基因结构与功能的学科，是在遗传学的基础上发展起来的一门现代生物技术前沿科学，也是现代分子生物学和遗传工程技术所必要学科，是当今生物学研究领域最热门、最有生命力、发展最快的前沿科学之一。基因组学的主要任务是研究探索生物基因结构与功能，生物遗传和物理图谱构建，建立和发展生物信息技术，为生物遗传改良及遗传病的防治提供相关技术依据。

进入21 世纪，随着全球化、市场化农业产业发展和全球贸易一体化格局的逐步形成，我国种业正面临前所未有的严峻挑战，主要表现在：依靠传统育种技术难以大幅度提高粮食单产；土地资源短缺，农业环境污染日益突出；种质资源发掘、基因组育种技术亟需创新等。水稻不仅是重要的粮食作物，由于其基因组较小且与其他禾本科作物基因组存在共线性，以及具有成熟高效的遗传转化体系，已成为作物功能基因组研究的模式植物。因此，水稻基因组研究对发展现代农作物育种技术、提升种业国际竞争力和保障粮食有效供给具有重大战略意义。

基因组研究主要包括三个层次:①结构基因组学，以全序列测序为目标，构建高分辨率的以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以DNA 的核苷酸序列为基础的物理图谱。②功能

基因组学，即“后基因组计划”，是结构基因组研究的延伸，利用结构基因组提供的遗传信息，利用表达序列标签，建立以转录图谱为基础的功能图谱( 基因组表达图谱），

系统研究基因的功能，植物功能基因组学是当前植物学最前沿的领域之一。③蛋白质组学，是功能基因组学的深入，因为基因的功能最终将以蛋白质的形式体现。

水稻( Oryza sativa）是第一个被全基因组测序的作物，目前栽培稻2个亚种全基因组测序工作已经完成：粳稻品种日本晴(Nipponbare)通过全基因组鸟枪法和逐步克隆法被测序，籼稻品种扬稻6号(9311)通过全基因组鸟枪法被测序。除核基因组外，水稻叶绿体和线粒体基因组也于1989年和2002年分别被测序。水稻2个亚种的全基因组测序完成，一方面开启了植物比较基因组学的大门，另一方面为人们在基冈组水平上鉴定出所有水稻基因并分析其功能奠定了基础，同时也使得人们对植物进化的认识，尤其是对禾本科植物进化的了解，逐步从系统分类和分子标记水平进入到了基因组序列水平。许多研究者通过对水稻基因组序列的分析，利用生物信息学工具，对水稻在基因组水平上的进化进行了大量研究。

1、水稻基因组学的研究

1.1、水稻基因组测序的开启

水稻基因组测序相对简单然而最终目的不是测序注释序列认识基因的内含子或外显子的结构更重要的是知道每个基因的功能。水稻反向遗传学和插入引起的突变为水稻功能基因组研究提供了强有力的工具。

继“人类基因组计划”“拟南芥基因组计划”提出之后，各国科学家为抢夺下一个生物学科研前沿，将水稻基因组计划提上日程。1991 年日本将水稻基因组制图列入研究规划。我国于1990年开始研讨水稻基因组测序，并于1992 年正式宣布开展水稻基因组测序，同时在上海成立了中国科学院国家基因研究中心。历时 4 年，中国在国际上率先完成了水稻( 籼稻) 基因组物理图的构建，为水稻基因组测序提供了材料基础。1997 年9 月，日本和中国作为主要参与国牵头发起“国际水稻基因组测序计划”(International Rice Genome Sequencing Project, IRGSP)。1998 年2 月，IRGSP 正式启动，主要内容是开展水稻遗传图和物理图的绘制，完成基因组序列的测定及基因序列的注释分析等工作。IRGSP 确定以主要栽培品种——粳稻“日本晴”作为测序对象，基于基因组物理图谱进行测序。水稻1 2 条染色体的测序工作分别由日本(6 条)、美国(3条)、中国(1 条)、中国台湾(1 条)、法国(1 条)承担，其中印度、韩国、巴西等参与了部分染色体的测序工作。中国科学院上海生命科学研究院国家基因研究中心作为中国大陆的参加单位，承担第4号染色体的测序工作。

由于水稻种质资源丰富且控制重要农艺性状的基因存在大量的序列变异，随着新一代测序技术的发展及测序成本降低，近年来开展了大量种质的基因组重测序。2011 年，我国科学家对50 个水稻品种进行基因组重测序并构架遗传变异数据库，首次对野生稻和栽培稻的