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生物信息学在农学研究领域中的应用

【摘要】本文综合叙述了生物信息学对农业科学研究的影响，

介绍了生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开

发、作物遗传育种、生态环境、食品安全等研究领域的应用概况，

阐述了生物信息学为农业发展服务的意义。

【关键词】生物信息学；农业研究领域；应用

“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其

概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信

息理论”讨论会上首次被提出的，由美国学者lim在1991年发表

的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组

时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段。2003年4月14

日，美国人类基因组研究项目首席科学家collinsf博士在华盛顿

隆重宣布人类基因组计划（humangenomeproject，hgp）的所有

目标全部实现。这标志着后基因组时代（postgenomeera，pge）

的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪

生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。

研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文

重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计

开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的必威体育精装版研究进展。

一、生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包

括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等

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十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划

是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程。近年来，通过各国

科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水

稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的

方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质

和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细

胞的结构和功能。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平

台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库

plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草

类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。

二、生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、

产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是

指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已

建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种

质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器

官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性

繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等。近年来，人们

越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、

ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的

数据，因此需