植物基因功能研究策略

植物基因功能研究的重要意义
• 提高利用常规方法培育新品种的能力； • 提高利用基因工程手段改良植物品种
的能力； • 采取更有针对性的栽培生产措施，提 高生产效率； • 更有效的利用植物资源生产人类所需 要的产品； • 提高对珍稀植物的保护能力。
植物基因功能研究的现状1 植物基因功能研究的现状1
• 在拟南芥、水稻基因组和其它作物已
植物基因功能研究策略
Strategy for Plant Gene Function
沈阳农业大学生物科学技术学院 张立军
目录
• 基因功能研究的内容 • 基因功能研究的意义 • 基因功能研究的现状 • 基因功能研究策略
正向遗传学策略 反向遗传学策略
What is gene?
• In Genetics – the basic unit of heredity
正向遗传学策略16 正向遗传学策略16
TDNA 诱
• TDNA
变
T DNA
vir genes
Ti plasmid ~130 bp
正向遗传学策略17 正向遗传学策略17
Direct Байду номын сангаасepeat
LB Shi
TDNA 结构
Direct repeat
RB
Shi
Roi Nos
Nos - nopaline synthase Shi - shoot inducing - 2 genes for auxin synthesis Roi - root inducing - gene for cytokinin synthesis
植物基因功能研究的现状2 植物基因功能研究的现状2 DNA序列的主要数据库 DNA序列的主要数据库1 序列的主要数据库1
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
National Center for Biotechnology Information • http://www.maizegdb.org/ MaizeGDB is funded by a cooperative agreement through the USDA Agricultural Research Service. Service.
正向遗传学策略10 正向遗传学策略10
诱 变
Radiation • Ultraviolet radiation • Ionizing radiation X rays alpha rays beta rays gamma rays
正向遗传学策略11 正向遗传学策略11
辐射诱变机制
• Ultraviolet irradiation
植物基因功能研究的现状3 植物基因功能研究的现状3 DNA序列的主要数据库 DNA序列的主要数据库2 序列的主要数据库2
• http://www.yeastgenome.org/
SGDTM（ SGDTM（ Saccharomyces Genome Database） Database）is a scientific database of the molecular Saccharomyces biology and genetics of the yeast Saccharomyces cerevisiae, which is commonly known as baker's or budding yeast.
诱 变
UV rays cause thymines, which are adjacent in the same polynucleotide strand, to form pyrimidine dimers in covalent bond. These dimers block transcription and transiently blocks DNA replication.
正向遗传学策略18 正向遗传学策略18
TDNA 插入突变 诱
• 在基因工程中，T DNA中的基因被 在基因工程中， DNA中的基因被
诱变剂 Mutagenesis
• 化学诱变剂
Chemical mutagens
正向遗传学策略4 正向遗传学策略4
化学诱变剂 chemical mutagens
诱 变
• BASE ANALOG •
5-bromo-deoxyuridine (5BU) bromoALKYLATORS ethyl methane sulfonate (EMS), methyl methane sulfonate (MMS), diethylsulfate (DES), nitrosoguanidine (NTG, NG, MNNG) Other chemical mutagens nitrous acid
正向遗传学策略6 正向遗传学策略6
化学诱变机制
诱
A T
Bu
A Bu
变
mispairing
G C G Bu
mutation
正向遗传学策略7 正向遗传学策略7
学
诱
• Nitrous acid
变
nitrous acid (HNO2) acts as a mutagen by converting amino groups of (NH2) of the adenine, cytosine, and guanine into keto (=O), resulting in A-T G-C Aand G-C A-T transition G-
that is transmitted from parents to offspring in reproduction, which determines inherited traits.
• In Molecular Biology - entire nucleic acid
sequence necessary for the synthesis of a functional polypeptide (protein chain) or functional RNA
什么是表现型？ 什么是表现型？ 表现型是基因型的外在表现 • 形态结构表现型 • 生态表现型 • 生化表现型 • 生理表现型
植物基因功能研究策略 • 正向遗传学策略
forward genetics strategy • 反向遗传学策略 reverse genetics strategy
正向遗传学策略1 正向遗传学策略1 forward genetics strategy
正向遗传学策略14 正向遗传学策略14
辐射诱变机制 • Ionizing radiation
Three types of damage in DNA are produced by ionizing radiation: 1 Single-strand breakage. Single2 Double-strand breakage. Double3 Alteration in mucleotide bases. Although mechanisms exist for repairing the breaks, the repair often leads to chromosome rearrangements.
完成测定的序列中，只有部分基因进 行了功能研究。多数只通过ESTs和 行了功能研究。多数只通过ESTs和 OFR等进行了鉴定。许多基因在植物 OFR等进行了鉴定。许多基因在植物 生长发育中的确切功能和作用还不清 楚。 • 基因测序的步伐远大于基因功能研究 的脚步，公共数据库的DNA序列每天 的脚步，公共数据库的DNA序列每天 都以数万核苷酸的速度增加。
植物基因功能研究的现状4 植物基因功能研究的现状4
什么是基因型？ 什么是基因型？
• The specific allelic
composition of a cell, or an individual • A certain gene or a set of genes of a cell or an individual. • The genes that an organism possesses or the genetic constitution of an individual
GCGATAACAG GCGATAACAG CGCTA C G C T A T-T G T C
正向遗传学策略12 正向遗传学策略12
辐射诱变机制
GCGATAACAG GCGATAACAG CGCTATTGTC CGCTATTGTC
诱
变
UV light
正向遗传学策略13 正向遗传学策略13
辐射诱变机制 •Ionizing radiation 诱 When ionizing radiation interacts with water or with living tissue, highly reactive ions called free 变 radicals are formed. The free radicals can react with DNA inside cells. The mutagenic and lethal effects of ionizing radiation at low to moderate doses result primarily from damage to DNA.
表现型
Phenotype
基因型
Genotype
正向遗传学策略2 正向遗传学策略2
诱变
技 术
突变体筛选
路 线
正向遗传学策略2 正向遗传学策略2
基 因 突 变 类 型
recessive
dominant
正向遗传学策略3 正向遗传学策略3
诱 变
•
Radiation • TDNA和 TDNA和 TDNA or transposon insertion
正向遗传学策略8 正向遗传学策略8
化学诱变机制
诱
A T
HNO2 H T
变
G C H C
mispairing
mutation
正向遗传学策略9 正向遗传学策略9
化学诱变机制
诱 变
• ALKYLATORS
alkylators can cause the alkylation of bases and result in A-T G-C and G-C A-T Gtransition EMS reacts more readily with guanine and uracil.
诱 变
正向遗传学策略15 正向遗传学策略15
TDNA 诱 • TDNA 变
The Agrobacterium tumefaciens contains a large plasmid of approximately 200 kb called the Ti plasmid, which includes a smaller (about 25-kb) region known as 25the T DNA termimated by 25-bp direct 25repeats (sequences repeated in the same orientation) at the extreme ends.
What is Gene expression?
基因功能研究的内容
基因功能 研究内容
功能基因鉴定 基因表达规律
基因产物 生化功能
基因表达的 生理功能
植物基因功能研究的目标 确定和理解决定植物生命 活动的所有基因，从分子、生 化和生理水平上揭示植物生命 活动机理。这些知识最终将会 提高人类驾驭植物生产的能力。
•
正向遗传学策略5 正向遗传学策略5
诱 变
化学诱变机制 • Base – analog
base – analog is a molecule similar to one of four DNA bases that can replace normal bases and be incorporated into a DNA duplex in the course of normal replication. some base analogs are mutagenic because they are more prone to mispairing than are the normal bases.