单位文秘网 2021-07-09 08:16:36 点击: 次
摘要 随着生物学研究在分子水平上的不断深入和推进,越来越多的基因得以发现并成功克隆,对基因功能的研究显得日益重要,这也是后基因组时代功能基因组学的重要研究内容。植物中存在的众多基因发挥着不同的作用,控制着不同的合成途径,基因各自发挥的功能对植物起着至关重要的作用。总结了有关基因功能验证技术方面的研究,并将常用于验证基因功能的方法做一归纳,以便为后续的试验研究提供生物学基础。
关键词 验证;植物;基因;功能;技术
中图分类号 S188+.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)34-0136-05
Abstract With the development and propulsion of biology at the molecular level, more and more genes were found and cloned successfully, the study of gene functions was increasingly important, it also was an important content of functional genomics in the postgenome era. There were a lot of genes playing different roles in plants, controlling the different routes of synthesis, the function of each gene played a crucial role to planting.This paper summarized the research on the technologies which verify the function of genes,and generalized about the usually used methods,in order to provide a biological basis for subsequent experimental study.
Key words Validation;Plant;Gene;Function;Technology
基因组学是一门重要的科学,主要作用是对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析,目的在于全面探究某个生物种的所有基因,以及所有基因产物构成的生理结构和生命活动[1]。基因组研究发展主要包括结构基因组学和功能基因组学。结构基因组学主要是通过建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱以达到全基因组测序的目标[2]。功能基因组学利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能,以功能鉴定为目标,代表基因分析的新阶段[3-4]。功能基因组学常常被称作后基因组学,主要对相关基因功能进行分析,使生物学对单一基因或单一蛋白质的研究转向对多个基因或多个蛋白质的研究,达到同时进行全面研究的有效手段,其研究内容涵盖基因功能发现、基因表达分析和突变检测[5-6]。近年来,越来越多物种的基因组测序工作完成,标志着生命科学研究已迈入功能基因组时代。基因功能研究的重要性日益凸显,众多新基因的功能有待分子生物学家鉴定[7]。正向遗传学(forward genetics)和反向遗传学(reverse genetics)是基因组研究的主要方法。正向遗传学是通过突变表型及其遗传规律克隆得到相关基因,确认其在染色体上的位置并进一步确定基因功能[8],主要的技术手段是通过筛选天然或人工诱导的突变体,以此克隆目标基因,从而得到有相关功能的基因,研究自发或诱发突变体中某一突变性状的遗传行为是正向遗传学的主要功能[9]。反向遗传学是指依照突变基因的已知序列研究基因功能,运用反向遗传学方法鉴定基因功能是基因组计划由结构基因组学过渡到功能基因组学的必然要求[10-11]。
前人在基因功能验证技术方面做了大量的研究及探索,包括过表达、RNA干扰和反义技术、插入突变、基因的定点诱变、基因转导技术、基因敲除技术、基因陷阱、人工染色体转导、基因诱捕技术等,该研究旨在归纳和总结植物基因功能研究的方法和研究进展,为后续深入开展植物基因功能验证提供依据和参考。
1 过表达(Over expression)
过表达是指融合目的基因的全长序列与启动子,通过遗传转化技术,获得该基因产物大量积累的生物体,从而增加此基因在生理生化进程中的效应,并通过这效应引发的与正常植株在表型上的一系列差异来理解基因功能[12]。
基因过表达主要包括两个步骤:过表达载体的构建以及过表达的实现,即通过转基因手段使目的基因在转化植株中实现过表达[13]。目前常用的过表达载体可分为组成型和诱导型[14]。通过这种方法,已成功探究出植物中众多基因的功能,比如将逆境应答信号途径中的基因转化到植物,可通过转化植物之间的表型差异来鉴定其基因功能,同时,逆境应答信号途径的基因转入植物后,能够提高植物的抗逆性,更有助于遗传相关基因的改良[15]。
2 RNA干扰和反义技术
研究植物基因功能的重要前提之一即是获得突变体,而抑制相关基因的表达则是获得突变体的一个有效途径[16]。其中,RNA干扰和反义RNA是两种代表性方法。
2.1 RNA干扰(RNA interference,RNAi)
双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象就是RNA干扰[17]。由于发夹状RNA或21~23 nt的ds RNA与特异性 mRNA结合后,将导致靶基因降解,从而造成目的产物表达的下调,是一种转录后基因沉默机制[18-21]。其作用分為起始阶段、效应阶段和级联放大阶段。近年来,RNAi以其高特异性、高效性等优势已发展为研究基因功能的重要手段,作为生物体进化过程中抵御外来基因侵害的一种机制,其在稳定基因组方面发挥了巨大作用[22]。
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