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生物信息学在农业中的应用

生物信息学在农业中的

应用

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生物信息学在农业中的应用

摘要：20世纪80年代末，人类基因组计划(HumanGenome

Proiect，HGP)的启动推动了生物信息学的产生和蓬勃发展。而2002

年和2009年相继完成的水稻和高粱[1]基因组测序，则宣告了相对低

迷的农作物基因工程的一个繁荣的信息时代的到来。生物信息学已经

成为生物学实验的一种有力的辅助工具，在科学研究中发挥着无比卓

越的作用。随着植物基因组计划和功能基因组学的发展，生物信息学

将为世界粮食作物的基础和应用性研究提供宝贵的数据化信息，其在

农作物基因工程研究中必将发挥出更加巨大的作用。因此，有效地将

生物信息学应用于农作物基因工程的研究是一项极有意义的工作。

关键字：农作物基因工程生物信息学

1.生物信息学

1.1生物信息学概述

20世纪末，互联网的日益普及和生命科学的蓬勃兴起孕育了一门

崭新的学科——生物信息学。生物信息学以生物大分子数据库中核酸、

蛋白质为主要研究对象，综合运用数学、计算机科学和生物学多种工

具对其进行存储、管理、注释、加工，使之成为具有明确生物学意的

信息，同时通过对生物信息的查询、有哪些信誉好的足球投注网站、比较、分析，从中获取基

因编码、基因调控、核酸和蛋白质结构功能及其相互关系等知识。目

前，生物信息学已经成为生物科学家一种必不可少的工具。这门学科

在农作物研究中也有着非常广泛的应用。拟南芥、水稻等模式植物的

全基因组测序工作完成之后，其序列图谱完全可以在基因组数据库中

查询。玉米、棉花等农作物的基因组数据库也正在构建之中。在功能

基因组研究方面，有关农作物生长发育、细胞信号和基因调控的网络

资源层出不穷。对于得到的全基因组序列，

也就是规模的序列数据，必须用全新的视角来观察，考虑怎样才

能更好的组织和解读好这些数据。对于一个特定的农作物，如果还没

有它的全基因组序列，可以用相关的亲缘关系近的同线物种的基因组

来替代。由于水稻、高粱和其他重要的农作物有相似的基因组水平，

水稻和高粱基因组全基因组测序完成已经对农作物生物技术学和农作

物生物信息学产生了重大的影响。因此，生物信息学应用于农作物基

因工程的研究必将有着广阔的前景。

1.2生物信息学资源

生物信息学资源是由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组

成。目前，有一些大型生物学数据库包含了众多的生物学资源，我们

可以方便地从国际互联网上查询，不仅方便了思想和资料的交流，减

少了许多重复性的工作，也提供了一种新的工作方式和思维方式。

1.2.1核酸序列数据库

用于核酸分析的数据库主要有GenBank、EMBL、DDBJ等3大

数据库GenBank的数据来源于约140000个物种，包含了所有已知

的核酸序列和蛋白质序列，以及与它们相关的文献着作和生物学注释。

EMBL现由EBI(EuropeanBioinformaticsInstitute)管理，有全基因

组鸟枪序列和序列版本文档加入。DDBJ近来开发了SQmatcKE具，

用来有哪些信誉好的足球投注网站基因或蛋白质中短的碱基或氨基酸序列区域，并建立了简便

且易操作的服务器。

1.2.2蛋白质序列数据库

蛋白质序列数据库主要有SWISS—PROT，它只收录已知蛋白质

序列，并且每一条数据均有详细注释，包括功能、结构域、翻译后修

饰以及一些相关的综述。TrEMBL是从EMBL库中的核酸序列翻译出来

的氨基酸序列，并可以作为SWISS—PROT的一种补充。

1.2.3结构数据库

结构数据库主要包括蛋白质结构、核酸结构、小分子数据库等。

这里就重要的蛋白质结构数据库加以介绍。PDB(ProteinDataBank)

是最为详尽的蛋白质结构数据库，它收录由x射线晶体衍射和核磁共

振