轉座子的遺傳學效應

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轉座子的遺傳學效應范文第1篇

關鍵詞：分子生物學；植物抗性基因；基因組

生物學研究正進入一個前所未有的新時期。大量數據、信息的獲得，使得生物學研究各領域均有很大轉變，其中包括植物抗性基因的研究。目前基因組研究已開始對植物生物學產生深遠的影響，再過數年，人們將從當前的描述性研究很快過渡到從已有的大量數據信息中提出假說，經計算機模擬分析，最后針對性地設計實驗來驗證新的基因分析方法。實驗將不再僅僅是分析基因――基因、蛋白質――蛋白質的相互作用，而是將獲取大量的RNAs，蛋白質和相關代謝物等數據。

1 植物抗性基因研究現狀

1.1 植物自身抗性基因以等位基因系和基因簇形式存在

經典遺傳學研究表明，在不同植物品系的同一基因位點上可能具有等位基因，這些等位基因對各種病原具有不同的特異性。此外，抗性基因往往在某一特定區域成簇存在。事實上，在特定的染色體區域常常不能分辨抗性基因位點上真正的等位基因和有關聯的成簇基因。利用具有不同抗性基因的植物進行雜交可以澄清這一問題。

1.2 植物抗性基因的作用機制

Flor是第一個在植物和病原中同時研究抗性遺傳的植物病理學家，他研究亞麻和亞麻銹病病菌之間的相互作用。通過這些研究，他提出了基因對基因假說。研究表明，植物和病原的遺傳組成和一株植物成功地進行防御是密切相關的。植物―病原相互作用的專一性是由病原的一個顯性無毒基因產物和植物抗性基因產物間相互作用來決定的。因此，這兩個產物之間特異識別是植物抗性作用的基礎。這種識別觸發了進一步的生理防御作用并導致超敏細胞死亡和對病原具有毒性的分子的積累。

1.3 植物抗性基因克隆

植物抗性基因的克隆目前主要采用轉座子標記和定位克隆的方法，迄今為止，用這2種方法已克隆出22種抗性基因，其中用定位克隆方法得到16種，用轉座子標記法得到6種。最近，有人又提出利用抗性基因類似序列（resistancegeneanalogs）通過PCR來特異擴增抗性基因的方法。

1.4 轉基因改良植物脅迫耐性的困難及改進措施

盡管轉基因改良植物脅迫耐性已取得一些進展，目前仍存在以下困難：目的產物表達量不夠或時空表達不協調；目的產物翻譯后修飾（加工或折疊）不適當，影響功能表達；目的酶所催化的代謝反應前體物質不足；細胞內目的酶活性受制于pH、溫度及鹽離子濃度等因素；有些目的表達產物對宿主細胞產生毒副作用等。進一步改進措施有以下幾方面： ①選用來自近緣物種的目的基因；②構建高效表達體系；③表達產物的胞內區域化；④增加目的酶催化的前體物質含量；⑤目的產物翻譯后修飾的調控；⑥抑制目的產物的副效應。

2 植物抗性基因研究趨勢

基因的研究是指在許多基因同時存在的基礎上對多個基因同時進行研究，分析各自與它們之間的結構與功能的相互關系。因而它至少涉及3個相關領域：結構基因組――主要關心DNA堿基序列水平上的基因結構；比較基因組――尋找種內、種屬間產生基因結構差異的分子基礎，以期獲取與目的性狀相關的基因；功能基因組――著重研究基因與其表達產物及功能活性的調控關系。結構基因組是其它領域的基礎，比較基因組為功能基因組研究提供等位基因，蛋白質組則是在蛋白質水平上分析基因表達的功能基因組研究的派生分枝。生物信息學是在前面3者研究的基礎上，獲取、整理、綜合分析提取大量已有復雜生物數據的新學科，對相關學科的研究有很大的推動作用。

基因組學（Genomics）的出現，使生物學研究進入一個新的時期，即由僅對一個基因的研究轉向在基因組規模上同時對大量基因的結構和功能進行系統的研究。無論從思想上還是技術方法上，基因組學已經影響生命科學的各個領域，植物的抗逆性研究也不例外。利用基因組學的方法，不但可以挖掘大量的抗性基因，對其功能進行詳細的研究，而且有助于全面理解植物的抗逆機理，為利用遺傳工程提高植物抗性提供基礎。

以基因組為研究對象的基因組學是常規的以基因為對象的分子生物學研究的一次飛躍。已有報道說明，基因組學方法在植物抗逆研究中的應用處于起步階段，但隨著基因組學研究的發展，我們獲得大量與抗逆性有關的序列信息和生物功能信息，從而對植物抗逆復雜性會有更全面的理解。植物的抗逆性能往往不是由單基因決定的，而是由一系列相關的直接或間接作用的基因形成一個復雜的調控網絡。在這個復雜的調控網絡中，任何一個環節都可能是至關重要的。因而對植物抗逆性的提高，尤其對一些屬數量性狀的抗逆性，僅靠轉移一個基因得到耐逆植物有一定的難度，轉入一系列基因也許是必需的，即利用基因組工程，而不只是基因工程來提高植物抗性。基因組學的研究為植物抗逆遺傳工程提供大量的全新基因，從而為抗逆育種提供了更廣闊的前景。

3 展望

我們正經歷一個快速發展的階段，與幾年前相比，已有許多那時想都不敢想的工具與能力。目前已開始從單個抗性基因的鑒定克隆轉移到抗性基因表型的全面分析。可以預測，在不久的將來，不用通過實驗鑒定，我們在計算機上通過序列比較和功能模擬分析，就能預測新克隆的抗性基因的功能。大規模的新方法、新技術的應用，將為我們獲取新抗性基因并使之變成可操作利用提供機會。

參考文獻

1 閻隆飛，張玉麟.分子生物學[M].中國農業大學出版社， 1997