基因组学在海洋环境研究中的地位与作用 .doc

海洋环境基因组学在海洋生态研究中的应用 张英珊，郑凤英 山东大学威海分校海洋学院，山东 威海 264209 摘要：海洋环境基因组学是功能基因组学的一个分支学科，它将基因组学的必威体育精装版技术引入到海洋生态环境的研究当中，得到了许多有价值的研究成果，显示出巨大的发展潜力。文章总结了海洋环境基因组学所开展的工作和已取得的成果，指出目前海洋环境基因组学的工作主要集中在三个领域：海洋生物基因资源文库的建立与完善；海洋生物对环境胁迫的应激反应及生理机制的研究；探索不同生物种群的基因表达谱是否与生物地理分布相关联。并着重讨论了利用基因组学技术研究环境胁迫对海洋生物物种的分布、生物物种间的相互作用以及水生物疾病的影响。如海洋环境基因组学通过测定基因表达谱的变化，研究海洋生物对环境温度的生理响应，绘制出生物地理图谱；通过测定基因转录水平的变化，更深入地了解温度变化所造成的生理支出，从而预测热气候漂移可能给海洋生态环境所造成的影响。在水生物疾病的研究方面，海洋环境基因组学用DNA微阵列技术分析染病生物的基因表达谱，筛选出发生变化的基因表达，为理解病毒感染机制提供了大量信息。还可以深入研究环境胁迫因子与微生物种群群落的组成关系，并由此找到通过维持水体的微生态平衡来消除某些病害发生的环境条件。 关键词：海洋环境基因组学；环境胁迫；基因表达谱 中图分类号：Q948 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）01-0179-05近年来，基因组学已发展成为生物学的分支科学。包括其生化功能、细胞学功能、发育学功能或生态学功能等使得生物学从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从基因组整体水平上对生物的活动规律进行阐述。生物全基因组功能分析信息深入了解有关生物响应环境的调控机制。从基因组整体水平上这些“被遗忘的大多数”的生理生化及生态功能: YAC、BAC 和PAC等。应用这些载体,相关学者已完成大量有关动植物BAC，YAC与PAC文库的建立[8－10]，由于 BAC 具有嵌合和重排频率相对低、外源DNA 能稳定遗传、转化效率高、重组DNA容易分离等优点，因此得到了迅速的发展并在构建基因组文库方面得到了广泛的应用。现在至少有55个针对不同海洋生物的BAC文库以及用于筛选克隆的过滤器已经建立或正在建立之中。同样，EST文库，SAGE以及DNA微阵列、巨阵列的建立可将转录组层次的分析用在至少65种不同的海洋生物上。一些科学家建议，要想在海洋环境基因组学上有所突破，还需要筛选更多具有生态重要性的海洋生物系列，建立更完整的资源数据库[1]。 2.2 研究海洋生物响应环境胁迫的生理机制 人类的经济活动对海洋沿岸（特别是河口地区）和珊瑚礁的环境产生了破坏性的影响，给在这些环境中生存的生物造成了巨大的生理胁迫，使海洋环境中的生物多样性面临着前所未有的威胁。要认识生态体系恢复的条件，预测各项环境胁迫因子对特定海洋生物所造成的影响，在很大程度上取决于我们对海洋生物的生理可塑性了解多少。在海洋生态研究当中利用基因组学的工具，不仅可以获得有关生理多样性和生物功能的详尽数据，而且还可以帮助我们了解生物体是如何响应环境胁迫的生理机制。这类技术已经成功地应用在一些模式生物的研究上，如利用DNA微阵列技术分析酵母基因表达谱，可以揭示出酵母基因是如何进行上下调节的，这对于我们理解细胞是如何耐受生理胁迫，以及如何做出响应的生理机制具有重要的启示作用[11]。 2.3 研究不同生物种群的基因表达谱是否与生物地理分布相关联 目前，环境基因组学正将其研究的触角深入到复杂的非模式生物当中，DNA微阵列技术不仅用于分析温度等非生物因素对水生生物的影响，而且还用于探索不同生物种群的基因表达谱是否与生物地理分布相关联[12]。研究结果表明基因表达谱上发生的明显变化与所研究生物体的表型可塑性有关，因此可以为研究基因与生态环境之间的相关性提供信息。下一步，此类研究将逐步从实验室阶段进入现场研究阶段____将基因组学技术用于研究天然海洋生物群落，以揭示在自然环境当中，生理多样性的生态效应[7]。 3 海洋环境基因组学的热点问题 3.1 温度对海洋生物种群分布的影响 在海洋生态体系的研究中，温度一直被认为是影响海洋生物物种空间分布的关键因素。随着研究的深入，已细分为温度对生物群落的影响、温度与生物群落环境边界的关系、以及预测生物群落对全球气候变化的响应等研究分支，取得了显著的研究成果[13－15]。但温度与海洋生物地理之间相关联的机制、海洋生物地理与生物群落的生理学特性之间的关系等问题还是未知的。除此之外，温度是如何通过作用于生物的基因型来改变生物的表现型，从而改变生物功能的？环境温度是如何通过影响生物功能而改变生物物种的繁殖与生存