水稻基因組測序的意義?

General 更新 2023年10月15日

水稻基因組計劃的意義價值

任何一個生物的全基因組序列都蘊藏著這一生物的起源、進化、發育、生理等重要信息。水稻是全球半數以上人口賴以生存的糧食作物，對於人類生活、糧食安全具有至關重要的意義。研究表明，水稻共有12條染色體，它們記錄著與水稻的高產優質、美味香色以及與生長期、抗病抗蟲、耐旱耐澇、抗倒伏等所有性狀相關的遺傳信息。因此，解析水稻基因組序列，是改進水稻品質、提高水稻產量的前提和基礎。國際水稻基因組計劃破譯了水稻遺傳的“密碼本”，科學家可以根據測序得到的精確序列，對水稻中影響產量、口感、香味、抗病蟲害等重要農業性狀的基因進行鑑定，並採取措施提高水稻的產量和質量。這些將給水稻育種帶來革命性的影響。國際水稻基因組計劃的完成，在農業生產上的意義可以與人類基因組計劃對人類健康的意義相媲美。　獲得水稻基因4號染色體的序列分析結果，將有助於瞭解小麥、玉米等其它禾本科農作物的基因組，為培育具有高產、優質、抗病蟲害、抗逆等優良性狀的水稻新品種打下良好基礎。基因研究對水稻研究的影響是多方面的。比如以前人們水稻選種只能依靠目測，而通過基因研究，人們可以利用遺傳途徑改良水稻品種，水稻的選種時間也可以大大縮短。水稻基因數目再次表明，生命的複雜性遠遠超乎人類的任何預先設計和想象，而任何一次科學進步，都將使人類更加接近真理，接近事物的真相。正如人類基因數曾經出現過的波折那樣：最開始人們認為大概有3萬到10萬個，直到2000年人類基因組工作框架圖被繪製並“解讀”後，人們才發現人類的基因只有3萬到4萬個，遠遠低於最開始的推測。

水稻基因組計劃的水稻基因組測序

基因組測序涉及DNA的大規模測序，由於目前只能採取分而治之的測序基本策略，即將基因組DNA分割成一定大小的片段，然後分別對這些片段進行測序。而遺傳圖和物理圖可作為整個基因組測序的路標，為小片段DNA測序和重疊群構建提供了基礎。已獲得高密度水稻遺傳連鎖圖，為何不能直接指導基因組計劃的測序，還要繪製物理圖？其主要原因是遺傳圖的精確性較低、分辨率有限，而物理圖是對遺傳圖的進一步深化，並能直接應用於圖位克隆技術分離目的基因。1998年，Umehara等構建了水稻第一張物理圖譜，共篩選到5701個YAC，其中2117個單一YAC分配到12條染色體上，跨度216Mb，覆蓋水稻基因組的50%。接著日本水稻基因組計劃（RGP）開始將YAC重疊群（contig）分解成粘粒（cosmid)DNA克隆，構建更精細的物理圖譜。2001年，RGP還構建了一個覆蓋270Mb（全基因組的63%）的YAC文庫的物理圖，由6934個YAC組成，插入片段平均長度為350kb。由於YAC克隆不太穩定、插入DNA難以分離、轉化效率低等原因，美國Clemson大學基因組研究所（ClemsonUniversityGenomicsInstitute，CUGI）又建成了兩個BAC庫，一個是由37000個HindⅢ酶切的BAC文庫，插入片段平均長度為128.5kb；另一個是有56000個克隆的EcoRⅠBAC庫，插入片段平均大小為120kb，兩者覆蓋水稻基因組的26倍。1997年，中國科學院國家基因研究中心(NationalCenterforGeneResearch,NCGR）發表了由指紋?錨標法策略建成的含565個分子標記且覆蓋率較高的水稻廣陸矮4號基因組BAC庫物理圖。2001年，RGP為了克服YAC克隆的侷限性，又以PAC為載體構建了水稻Nipponbare基因組文庫，此文庫由72000個Sau3AⅠ酶切克隆組成，平均插入片段長120kb，覆蓋水稻基因組的16倍。RGP也對75000個PAC克隆進行了排列，所有已定位的可用標記用於鑑定和錨定PAC克隆。這些克隆分成3個池，以EST衍生的特異引物進行PCR排序，一個EST共有的幾個PAC克隆被認為是重疊的，它們歸為一個克隆群，這個方法可以解除由於雜交探針屬於多基因家族而帶來的困難。國際水稻基因組測序計劃（IRGSP）由1997年在新加坡舉行的植物分子生物學會議發起；1998年，中國、日本、美國和韓國的代表共同草擬了資源共享等組織議程；2000年在美國的C1emson召開了協調會，對12條染色體測序任務進行了分工（表1）。測序工作分為測序、填補缺口和最後完成三個階段。對於最後測序結果的標準，IRGSP規定為誤差率低於1/10000（精度99.99%）。第二階段是測序工作的瓶頸，測序階段留下的缺口需要補平，水稻特殊序列組成（易於形成二級結構和GC富集區）和重複序列造成的低質量測序結果需要改進。通過各研究機構和私營公司的共同努力，IRGSP已於2002年12月宣佈，利用克隆連克隆（逐步克隆）測定法（clonebyclonesequencing），提前3年完成了水稻12條染色體的鹼基測序工作。日本在其中發揮著主導作用，並最先以99.99%的精度完成了最長的第1條染色體的測序工作。此前，孟山都公司同意將已構建的水稻基因組序列草圖（包括已構建物理圖的3416個BAC和125619個STC序列）轉讓給IRGSP。RGP對原有的物理圖進行延伸及彌補物理圖上的空缺，大大加速了水稻基因組測序工作進程。中國科學家完成了第4染色體全長......

水稻基因組DNA已經全部測序了麼

水稻基因組DNA已經全部測序了

水稻基因組計劃的重大發現

水稻（秈稻）基因工作框架圖是繼人類基因組之後完成測定的最大的基因組，也是迄今測定的最大植物基因組。該框架圖已基本覆蓋了水稻的整個基因組、92%以上的水稻基因，人類第一次對水稻有了全基因組層次的瞭解。《科學》雜誌說，中國科學家採用“全基因組散彈槍測序法”，測出了秈稻亞種的基因組序列，該品種是中國和亞太地區其他國家的一個主要品種。據專家介紹，中國“水稻（秈稻）工作框架序列圖”與人類、擬南芥等已經測定的基因組序列相比，主要有八大發現：1 估計水稻基因組中基因總數在46022至55615之間，其基因總數幾乎是人類基因組基因總數的兩倍；2 水稻基因主要通過基因加倍而使“基因家族”的成員數目增加，但每一“成員”的功能比較單一；水稻基因組研究八大發現3 基因頭尾差別大，大部分水稻基因的頭部與尾部組成不一樣，增加了基因發現的難度；4 水稻、擬南芥與人類基因組都有很多不編碼蛋白質的“垃圾”序列。水稻的這些“垃圾”序列多位於基因之外，而人類的卻在基因之內。正因為如此，水稻基因的平均長度只有4500個鹼基，而人類基因的平均長度為72000個鹼基；5 擬南芥已發現有2.5萬個基因，80%左右的基因在水稻的基因組中都可找到。而水稻基因組中只有一半不到的基因在擬南芥基因組中找到；6 秈稻與粳稻的基因組有1/6不一樣；7 水稻序列的相互之間差異近1%，而人類序列的相互差異為1‰左右；8 秈稻與雜交水稻母本的序列給雜交水稻的機制提供了新的啟示：“雜交優勢”很可能與基因組大小、基因表達等都有關係。