利用生态基因组学研究作物抗逆性的新进展 - 中国生态农业学报.doc

基因组学在作物抗逆性研究中的新进展 贾琪 吴名耀 梁康迳 孙新立 林文雄** （福建农林大学作物科学学院作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室 福州 350002） 摘 要 自然环境中各种生物和非生物胁迫是影响作物产量的巨大威胁。随着现代分子生物学的发展，从分子水平研究作物抵御逆境的机理已成为生态农业研究的一个重要任务，分子遗传学与生态学的整合诞生了生态基因组学即以基因组学的技术和手段研究生态学领域的问题。基因组学按其研究内容分为功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学，本文从这三方面分别阐述了作物抵抗生物胁迫和非生物胁迫的生态基因组学研究进展，总结了基因组学在植物抗逆性研究中的一些新技术和新手段，特别是基于近几年发展起来的二代深度测序所带来的一系列高通量的检测方法与结果。功能基因组学包含转录组学、表观遗传学、蛋白组学、相互作用组学、代谢组学和表型组学，本文侧重从植物抗逆的功能基因表达水平上的研究展开，重点探讨了转录组学和表观遗传学在植物抗逆研究的新进展，介绍了一些转录组学和表观遗传学研究技术，如基因芯片技术、RNA测序技术、SAGE、cDNA-AFLP、SSH、亚硫酸盐法、ChIP-Chip、ChIP-seq等；例举了一些转录因子基因家族在植物抗逆反应中的作用，总结其作用的共性，结果表明不少抗逆基因受到胁迫后基因转录激活上有一定相关性，大多受激素信号转导途径所调控，很多抗逆途径最终都涉及到ABA信号传导通路并与衰老相关；植物的抗逆性受多个信号通路所调控，对同一逆境响应常常需要不同的转录因子共同参与，而同一转录因子也有可能参与2个以上的不同抗逆反应；表观遗传学则指在不改变基因序列的前提下，对DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰及小RNA介导的信号传导等，有证据表明其存在遗传印记作用。结构基因组学主要利用QTL定位和DNA测序技术，确定植物基因组的遗传图谱和物理图谱，二代深度测序平台的建立使许多植物的全基因组测序成为可能。迄今为止，已有超过40种植物完成全基因组测序，越来越多的植物全基因组计划正在实施中或预计实施。比较基因组学是基于功能基因组学和结构基因组学进而比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的研究，可分析逆境响应相关基因在进化过程中及在地理位置分布中的作用和意义，也同时为QTL定位及功能基因组学研究提供丰富信息。此外，还简要介绍并列举了一些网络共享作物抗逆的生物信息资源数据库。虽然基因组学在如何正确处理海量数据等问题上还存在瓶颈，但它提供的大量作物抗逆方面的基因组信息已为植物抗逆研究提供了众多线索与依据，为今后改良作物抗逆性的遗传育种工作带来了新启示。 关键词 环境 生物和非生物胁迫 作物 基因组学 生物信息学 中图分类号：Q943;Q948;S312 Advances on the applications of genomics in crop stress study JIA Qi, WU Ming-Yao, LIANG Kang-Jing, Sun Xin-Li, LIN Wen-Xiong** （Key Laboratory of Crop Genetics and Breeding and Comprehensive Utilization/Ministry of Education, College of Crop Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China） Abstract Various biotic and abiotic environmental stresses threaten the productivity of crops. Based on the development of molecular biology, the research focuses of crop stress responses moved to the regulation mechanism of crop stress tolerance at the molecular level, which developed a new subject ecogenomics. Ecogenomics integrates the disciplines of genomic approaches in an ecological context. Here, we reviewed some recent progresses of ecogenomics research on crop responses against biotic and abiotic stresses under t