植物生长与分化.doc

作物生長與分化報告(修正版)2000/1/26 序：講授作物生長分化課程多年以來不斷的自我學習，尤其自1999年因無意中發現”Molecular plant development, from gene to plant”一書，有如忽見瑰寶，此書對於生長分化過程與原因有更加深入與系統性之介紹，係由一群德國從事生長分化研究之科學家共同編撰，之後譯成英文版發行全世界，為難得之參考書籍。因此使用該書於本課程，學期中初次閱讀此書並於課堂中講解，雖然甚感壓力但也能從中學習未曾了解之新知，此亦為教學之樂趣也。本報告僅節錄書本中部分Box說明註解部分，由同學練習翻譯，並由本人詳加修正，因時間匆促難免有所誤失，將於爾後再作更進一步修正，也歡迎有興趣者不吝指教是幸。 中興大學農藝學系除草劑生理研究室王慶裕 序於除夕1999.02.04 　.tw/education/wangchingyuh/index.html歡迎來看看 　 Arabidopsis thaliana： A model system for genetic analysis of plant development BOX3.1　阿拉伯芥:分析植物發育的模型系統 阿拉伯芥是屬於芥菜類的野生植物。因為它生長高度從不超過30公分，這個在實驗室於控制的情況下，很容易使它大量生長。在25℃下光照6週內，可使每平方公尺10,000株植物生長至產生成熟的種子。這表示每年有八個世代可做為實驗材料。它的花是雌雄同體，同時存有雄性及雌性器官(雄蕊及心皮)而且一般為自花授粉。植物雜交時，為了防止其自花授粉而將雄蕊從未開的花移走，然後從其他的植株取花粉的粉末放至柱頭上。經過自交，異型結合子的子代有四分之一為同型結合子。一個單獨的花可以產生30~50個種子，而整棵植株可有上千種子產生。這些特性使這個植物可作為突變體分離和基因特性描述時的理想材料。 單倍體的阿拉伯芥含有五個染色體。有上百個基因可以在五個連鎖群上經由突變方法鑑定及作出圖譜。此外，在阿拉伯芥中上百個分子標示(RFLPs和RAPDs)可以藉由比較不同的生態型來鑑定。生態型是來自不同的地理分隔區，只有少數已知生態型常被用於誘變及製作分子圖譜。例如：Landsbergereccta (Ler), Columbia (Col), Niederzenz (Nd),and Wassilewskija (Ws)。此阿拉伯芥的遺傳組相當小，大概為100Mb，且它含有非常少數的重複DNA序列。這表示阿拉伯芥利用圖譜選殖來分離基因非常有用。阿拉伯芥可受農桿菌感染在遺傳工程上容易製造此種轉殖植物。此種植物常用以研究基因表現及調節。 在未來幾年，研究者完整阿拉伯芥的核內遺傳基因組定序。邁向目標第一步，必須準備基因庫包含在酵母菌人工染色體(YACs)、細菌人工染色體(BACs)、或者是P1phase載體上大量插入DNA，以產生DNA遺傳基因的連續延展(contigs)。例如：第2條和第4條染色體的DNA，其數量大約為40Mb，已經可以收集到每個染色體含有4~6個contigs。在1998年前整個核內遺傳組可以用作BACcontigs，如此將可以標示任何可能基因的圖譜密碼。雖然只有大約10Mb的DNA遺傳基因定序，但此定序計劃已經可以提供有用的訊息，此平均基因密度約為每個基因5kb，完整的阿拉伯芥遺傳基因包含大約20,000個基因。此外，約有1/3的編碼序列(ORFs)表現相似的性狀相似於其他生物之基因序列，此有助於了解阿拉伯芥上這些基因的功能。為了決定所選殖基因之生物角色，必須要有逆向的遺傳研究。此可藉著在阿拉伯芥中篩選出大量的品系族群，這些品系帶有獨立的T-DNA插入片段，或是帶有transposons用於插入目標基因中。若推定的突變體證實為品系，萁所產生的PCR產物應具有基因特定性且帶有T-RNA或是transponson primers。異質結合的個體植株可以挑出，再針對特定的突變體外表型選其後代。 BOX3.2遺傳學術語 等位基因(alleles)乃是基因的變形而具有不同的DNA序列。在突變體的等位基因中，基因的生物效應發生改變而表現在外表型上。突變的等位基因會產生不同的外表形。強勢(strong)的等位基因比弱勢(week)的等位基因更能表現其與野生型間的不同。分子分析的結果經常表示強勢的等位基因不製造具功能的基因產物。與野生型相比之下，弱勢的基因則產生有些許改變的基因產物，這些產物通常是低活性的。 突變體通常可以由外表型分辨。飽和誘變(saturation mutagenesis)是指使一個外表型的每一個基因產生突變，每一個基因至少有一個突變的等位基因。統計上平均來說每一個基因至少會有5個突變的等位基因，才能達到飽和誘變的要求。這是假設突變很少發生，而不同