水稻基因研究

  　保护、利用和开发生物资源的重要步骤，就是将群体和种质资源转变为生物信息资源，也就是DNA序列资源。破译“超级稻”遗传密码，旨在为提高水稻产量和改善品质、保持中国杂交水稻生产的国际领先地位打下永久性基础。 要想更进一步的提高水稻产量，就得对水稻的本质结构也及它的内部基因组织有更全面、深入的了解，基于生物遗传图谱的现代分子生物学技术，将在对水稻基因组测序了解的基础上，通过遗传改良提高水稻的单产量及稳产量，使之成为保证粮食产量安全的根本出路。中国水稻基因组“工作框架图”是以袁隆平院士培育出的超级杂交水稻的典型的籼稻恢复系“9311”为研究对象，本次获得的水稻基因组“工作框架图”和数据库，是2000年5月启动的这项研究的第一部分，其“精细图”将在明年完成。在科学家的努力下，超级水稻基因组计划进展迅速。截至目前，基因组测序覆盖率和基因覆盖率均在95％以上，覆盖了水稻基因组的全部12个染色体，90％的区域准确率达到99％，完全符合“工作框架图”的要求。这一成果由我国科学家独立完成，其意义非比寻常。它标志着我国已经成为继美国之后第二个具有独立完成大规模基因组测序和组装分析能力的国家。水稻基因组是迄今进行的植物基因组测序中最大的基因组，约为人类基因组的七分之一。作为禾本科作物的代表，水稻全基因组研究将促进玉米、小麦等其他重要农作物的研究和应用发展，为遗传改良农作物奠定基础。这一研究在农业生产上的意义，可与人类基因组计划对人类健康的意义相媲美。水稻基因研究主要分为基因组测序和功能基因组研究。而基因组测序的目的是知道基因组“是什么”，功能基因组研究的目的是知道基因组“干什么”、“怎么干”的。利用功能基因组学的理论和手段，可为揭示农作物重要性状的遗传控制的分子机理，并从基因组水平上对这些作物实现遗传改良铺平道路。例如：“水稻973项目”就是利用遗传学、分子生物学和生物信息学等方法，系统地分离水稻分蘖、穗型、株型、生育期、育性、受精和胚乳发育及其代谢调控相关的基因，通过建立和比较它们的表达谱和相关基因的功能分析，确定其中影响产量、品质等重要农艺性状的基因。对于籼、粳水稻之间的比较，发现它们的基因组之间的差别主要体现在转座子和逆转座子以及其它的插入片段（如微倒转重复序列MITE）上。这部分的差异导致了基因组大小的差别（现有的数据表明籼稻基因组要比粳稻小），以及部分基因的断裂。除了上述情况，在染色体的其它区域，两个亚种之间的序列差别小于2％，这也会引起小部分基因的变化。我国至今已获得了Ds和T-DNA独立转化株系3000多株，并测定了220个插入Ds的旁邻序列，其中60个定位于不同染色体的不同位点，为大规模产生水稻插入突变奠定了基础；完成10个水稻（主要为籼稻品种）发育不同时期组织器官特异的cDNA文库，初步完成＞10000个籼稻Uni-EST的测序、分类和鉴定工作；建立了水稻cDNA阵列和微阵列（DNA芯片）以及PCR为基础的高通量基因分析体系，获得了大量与生长发育、激素作用和环境应答等相关的基因；建立了可转化人工染色体（TAC）为基础的水稻高效基因克隆和多基因转化体系，并构建了水稻雄性不育恢复基因Rf3和Rf4以及籼粳稻杂种不育基因Sc的TAC物理图；完成了多个影响重要农艺性状突变基因的精细定位，其中包括单分蘖（st1）、脆秆（fp1）、温敏不育安农S、温敏不育培矮64和半矮秆（sd-g），并鉴定出了候选BAC和TAC克隆；建立了水稻基因数据库。超级水稻遗传密码的破译，将有助于了解小麦、玉米等其他重要经济作物基因组中的相关基因，从而带动整个粮食作物的基础与应用研究。