植物基因组学(2018版)-蒋立希
中国农科院发布“2018年十大科技进展”
562019.05了数据应用平台，促进了全球水稻基因组研究和水稻分子设计育种水平的提升。
发现稻瘟菌致病性和水稻抗病性新机制 植物保护研究所宁约瑟、刘文德研究团队揭示了植物营养和抗病性间的内在联系，解析了水稻等单子叶植物特异的SD-1类受体激酶在抗稻瘟病过程中的调控机制，对进一步解析水稻的先天免疫分子机制奠定了基础，对创制新的病害防控策略具有重要意义。
家禽疫苗免疫成功阻断人感染H7N9病毒 哈尔滨兽医研究所陈化兰研究团队研发出高效H5/H7二价禽流感灭活疫苗，大量应用后不但有效阻断了H7N9病毒在家禽中的流行，更在阻断人感染H7N9病毒方面取得立竿见影的效果，为从动物源头控制人兽共患传染病提供了重要启示。
多重组学研究揭示番茄育种历史 深圳农业基因组研究所黄三文研究团队整合数百份材料的基因组、转录组、代谢组数据，利用多重组学方法全面揭示了番茄代谢物的育种历史，在多重组学大数据研究方面取得重要突破，为番茄果实风味和营养物质的遗传调控和中国农科院发布“2018年十大科技进展”日前，中国农科院在2019年工作会上发布了“2018年十大科技进展”。
这些科技成果坚持“顶天立地”导向，聚焦年度重大进展，充分体现农业科技国家队的创新水平和产业贡献，其中关键科学问题类4项、重大品种与产品类2项、重大关键技术与装备类4项。
全面解析亚洲栽培稻基因组遗传多样性 作物科学研究所黎志康研究团队完成了3000份亚洲栽培稻基因组变异研究，是目前植物界最大的基因组测序工程，构建了全球首个接近完整、高质量的亚洲栽培稻泛基因组，深入解析了亚洲栽培稻基因组遗传多样性，建立聚焦三农JUJIAOSANNONG编辑:赵昕(zhaoxin@)聚焦农村，探讨农业，关心农民。
全基因组设计育种提供了路线图。
中畜草原白羽肉鸭新品种通过国家审定 北京畜牧兽医研究所侯水生研究团队培育的中畜草原白羽肉鸭新品种获国家畜禽新品种证书，创建的二维码标记与数据处理、胸肌率与皮脂率选种技术等创新性显著，商品代肉鸭出栏量约占全国市场的24%，大幅度提高了肉鸭品种的国产化率。
光照和水分交互斑块性生境中蛇含萎陵菜的克隆内分工
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基于拟南芥的植物基因组学研究
基于拟南芥的植物基因组学研究植物基因组学是现代植物生物学的一个重要研究领域，旨在通过对植物基因序列进行深入的研究，揭示植物的基因结构、功能和调控等方面的信息。
在过去的几十年里，随着高通量测序技术和计算生物学手段的发展，植物基因组学研究得到了突破性进展。
在这一领域中，拟南芥（Arabidopsis thaliana）成为了最重要的模式植物之一，因为它具有许多优点，如易于培养、基因组序列已经完全解码、遗传和发育研究历史较长等。
下面，我们将结合拟南芥，介绍植物基因组学研究的相关内容。
一、拟南芥基因组的基本特征拟南芥是一种由十字花科植物协会（Brassicaceae）的Arabidopsis属中的一种模式植物。
它的基因组大小为125 Mb，分为5个染色体，包含约3.5万个基因。
拟南芥的保守基因组组成和快速多样化性质，使其成为广泛研究的对象。
与许多其他植物一样，拟南芥也拥有一组水印基因，这些基因对干旱和盐胁迫有强烈的反应。
此外，拟南芥还拥有一些独特的基因，包括“偶极子”基因和“小RNA”基因等。
二、拟南芥基因组的注释和功能研究拟南芥的基因组序列已经解码，但这并不意味着我们对其中所有基因的功能都了解清楚。
为了了解拟南芥的基因组注释和功能，研究人员进行了大量的生物学实验，例如基因敲除、表达分析、蛋白质互作等，以揭示其生化途径、代谢物和调节模式等底层信息。
其中，基因敲除是揭示基因功能最有效的方法之一。
通过利用基因编辑技术（CRISPR/Cas9）以及突变体筛选、生长和发育分析等手段，最近确定了大约6000个在拟南芥发育过程中具有功能的基因。
此外，还确定了几十个与干旱适应相关的盐胁迫反应基因，这些基因在拟南芥中具有重要用途。
三、拟南芥和转录组学除了基因组的研究，转录组学也是研究植物基因组学的重要领域之一。
拟南芥的转录组谱系图是与约40个生长和发育过程相关的转录因子相互作用的结果。
该过程扮演了许多步骤，如开花时间的调节、发育阶段的控制和调节细胞分裂等。
首个以我国植物学家吴征镒命名的新属发表
相互作用 的 Ｒ Ｎ Ａ ） 序 列也 与 ｒ Ｄ Ｎ Ａ完全 匹配 。这 些都 提示 ，
与ｒ Ｄ Ｎ Ａ完全 匹配 的微小 Ｒ Ｎ Ａ很可 能是一类 具有生 物学功
能的非编码小 Ｒ Ｎ Ａ 。
据２ ０ １ ３ 年２ 月２ ５日 《 科 技 日报》 报道 ， 首个 以著 名植 物
学家 吴征镒院士命名 的荨麻科 新属—— 征镒 麻 属在 国际权
能和 ｍ ｉ Ｒ Ｎ Ａ等一样具有生物学功能 ； 另外， 目前 已知 的很多 小Ｒ Ｎ Ａ与 ｒ Ｄ Ｎ Ａ完全 匹配 ， 也就是说这些 已知 的小 Ｒ Ｎ Ａ就
是ｓ ｒ Ｒ Ｎ Ａ。
以及植物资源研究领域的著名学者 ， 为现代植物学在 中国的
发 展以及植物 资源 的保护 和利 用 作 出了 突出 贡献 ， 并荣 获 ２ ０ ０ ７年度 国家最高科 学技 术奖 。
１ ０种 ｍ ｉ Ｒ Ｎ Ａ序 列和 ｒ Ｄ Ｎ Ａ完全 匹配 ， 并 且小 鼠 ｐ ｉ Ｒ一１ ６等
已经鉴定 的 ６ ０种 ｐ ｉ Ｒ Ｎ Ａ（ Ｐ ｉ ｗ ｉ —ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｒ Ｎ Ａ， 与Ｐ ｉ ｗ ｉ 蛋 白
［ 物种新发现 ］ 首个以我 国植物学家吴征镒命名 的新属发表
分可 以与 ｒ Ｄ Ｎ Ａ完全 匹配 。进 一步 的小 鼠糖尿 病模 型研 究
吉首 大学和云南师范大学合作 ， 综合研究 了传统形态学 、 微形 态、 染色体及分子系统学等多学科证据 ， 确立 了采 自于湖北神 农架的荨麻科 高大草本植物 为一新 属 ， 并正 式命名 为征镒 麻 属和新种征镒 麻。研究首次报道 了该新属 的染色体数 目及核
吉 林发现小鲵新 物种—— “ 吉林爪鲵”
据光明网２ ０ １ ３ 年３ 月９ ３援引《 １ 新闻晚报》 消息 ， 几年
RNAi技术在蓖麻矮化研究中的应用
２ Ｆ Ａｉ 蓖麻 方面 的应 用 Ｉ 在 Ｎ
目前 Ｒ Ａ 技 术 已成 功地 应用 于单个基 因和基 因家 族 中的多个 成员 的沉默 ， 可 以在 植物 中运用 转基 因所形成 的 Ｎ ｉ 并
Ｒ Ａ 遗传到下一代 ， Ｎｉ 导致植物表现出相应的缺失表型．
早在 ２ ０ ０ ２年 １ １月，欧洲第五计划 （ｈ ｒｂｄ ｐｉ ｅｏ Ｎ ｉｋ ｏｋ ｏ ｔｌ ｅ ａａ ｓ ， Ｒ Ｋ Ｌ 就已经开始 ｔｅ Ａａ ｉｏｓ ｇｎｍｅＲ Ａ ｎ ｃ— ｕ ｉ ｎ ｌ ｉ ＡＧ Ｉ Ｏ Ａ） ｓ ｎ ｙｓ
，
（． ｎｒＭｏｇｌ ｎｖｒｉ ｏ ａ ｏａｉｅ，ｏ ｇ ａ ２ ０ ３Ｃ ｉａ２ ＩｎｒＭｏ ｇｌ ｌ ｕ ｒＢｅｄｎ １ｎｅ Ｉ ｎｏ ａＵ ｉ ｓｙ ｆ Ｎ ｔ ｎ ｌｉｓ ｎｌ ｏ ０ ８ ４ ，ｈｎ ；． ｎ ｅ ｎ ｏ ａＭｏｅ ｌ ｒｅ ｉｇ ｉ ｅ ｔ ｒ ｉ ｔ Ｔ ｉ ｉ ｃａ
ｃ ｓｏ ｃ ｎ ｏ ｅ ｓ ｔ ｆｒ ｈ ａ ｏ ｅ ｈ ｒ ｏ ｎ ｓ ＲＮＡ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｂ ｓ ｏ ｔ ｅ ｒ ｏ ｅ ｅ ａ ｔ ｒ ａ ｃ ｍｐ ｎ ａｅ ｏ ｔ ｅ ｂ ｖ ｓ ｏｔ ｍｉ ｇ ． ｃ ｉ ｔｒ ｒ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｅ ｎ ｈ ｏｙ ｆ ｇ ｎ ｆ ｓｌ ｎ ｉ ｇ ｉ ｎ ｗ ｐ ｒ ａ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔ ｙ ａ ｓ ｎ ｈ ｓ ｍｐ ｒａ ｔ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｎ ｐ ａ ｔ ｔ ｓ ｎ ｆ ｃｉｅ ｏ ｅ ｉ ｃｎ ｓ ｅ ａ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ，ａ ｄ ａ ｉ ｏ ｔ ｎ ａ ｐ ｉ ｔ ｓ ｉ ｌｎ ． ｉ ｃ ｏ Ｉ ａ ｅｆ ｔ ｎ ｅ ｖ
在拟南芥基因功能研究 中体现出高效性 、 稳定性和专一性，对于功能基 因组的研究具有极大的深远意义 ．
植物的表型可塑性、异速生长及其入侵能力
#%%, ） 。物种的 “ 入侵能力” 的重要性（ 刘静玲等， 入侵能力与其生物性状的关系是入侵生态学的基本 问题之一（ *KI4MG ’$ ,+< ，"$$$ ） 。物种的表型可塑 性是生物界普遍存在的现象； 特定性状的可塑性本 身可以遗传， 也可以独立接受选择而发生进化（ F0;2 K0?JJ0， "$$# ） 。物种之间， 尤其在其他性状都很相似 的近缘物种之间， 表型可塑性的差异可能就是其入 侵能力差异的原因或者至少是部分原因（ 耿宇鹏
!# !" 表型可塑性与入侵能力 表型可塑性和适应性之间的相关性包括入侵种 的生物学基础和生态学基础 ! 个方面（ 黄建辉等， !""E ） 。一方面， 一些广布种， 如杂草以及某些入侵 植物都能在很广的地理范围和多样化的环境中很好 的生存； 遗传分化或表型可塑性或者两者的结合可 能是这些物种能够占据广阔分布区和多样化生境的 原因（ ?49@%/， *++> ； C4)7 !" #$% ， !""" ） 。另一方面， 干扰下的生境往往具有不可预测、 快速变化以及异 质性等特点， 在这种条件下， 表型可塑性将是一个非 常有利的特性 （ &%FF%F， *++= ） 。 不同环境条件下， 植物不同表型结构对环境选 择作出反应， 在植物生长与繁殖， 种群生存与维持等 功能方面实现种群个体各器官生物量投资的优化配 置来适应多样化的环境。喜旱莲子草 （ &$"!’(#(")!’# *)+$,-!’,+.!/）对于水分变化的形态适应研究表明无 论水分怎样变化， 它们在生长过程中始终把选择性 占据有利空间作为对 环 境 适 应 的 重 要 策 略 （ 陶勇 等， !""# ； 许凯扬等， !""> ） 。拓展空间有 ! 条途径， 一是提高抽枝率； 二是加快节间长度的生长。作为 克隆植物， 喜旱莲子草能以不同的生长侧重点和不 同的形态学特征即表型可塑性来适应水因子的变 化。生态可塑性作为一个数量性状， 更大程度上体 现在种群水平； 北美车前（ 0$#("#1, 2+’1+(+3# ） 种群 密度制约中有关生态可塑性的研究表明： 植物在生 殖生长期内， 随着种群密度的增加， 种群受到生存空 间和资源的限制， 植株的叶数、 叶长、 叶宽、 根质量、 根长、 个体鲜质量、 花穗数、 花穗质量、 花数呈显著下 降， 对环境高度的适应能力与这些数量性状具有较 大的可塑性有关， 这种生态可塑性又与其种群密度 有关 （ G43 8 ?6)/5， !""! ） 。 植物对环境的适应能力决定了其分布范围， 作 为表型适应性表征的遗传物质的形式 H 染色体的数 目、 大小变化是物种在细胞水平上的表型变化形式 （ &)//)@@， *+,I ） 。单 位 基 因 组 的 基 因 量 （ JDK 2L 值）与细胞大小、 体积、 质量、 发育速率等细胞水平 上的表型特征存在正相关关系 （ ?16:.< 8 -)./)’， *++E ） 。研究表明与核型相关的 JDK 2L值的影响效 应， 可扩展到多细胞植物有机体的发育速率， 并且在 植物生活史的各个阶段起作用 （ 倪丽萍和郭水良， !""> ） ， 其中就影响到 ! 个受时间因子限制同时又与 植物分布相关的特征—最短世代时间及生活周期类 型。许多入侵成功的植物便表现为世代时间短等特
植物基因组学的研究与进展
植物基因组学的研究与进展植物基因组学作为现代生物技术领域的一个重要研究方向，致力于通过对植物的基因组进行全面的高通量测序、数据分析和功能研究，揭示植物基因组的结构与功能，为解决人类对食物、能源和生态环境等方面的挑战提供了重要的技术支持。
本文将介绍植物基因组学的研究方法、进展情况及其在实践中的应用。
一、植物基因组学的研究方法1.基因组测序：基因组测序是植物基因组学中最基础、最重要的技术之一，其基本原理是将DNA分子切割成碎片，并通过高通量测序技术对这些碎片进行分析，最终将书写有基因信息的DNA 序列重新汇总成一系列连续、不重叠、具有生物学意义的序列。
常用的测序方法包括第二代测序技术、第三代测序技术和单细胞测序技术等。
2.转录组分析：转录组分析是指通过测量特定组织或细胞中基因转录产物的数量，研究基因在时间和空间上的表达模式及其对不同环境因素的响应，揭示基因及其转录产物的功能以及基因间相互作用关系。
3.蛋白质组学：蛋白质组学研究植物基因组中的蛋白质、酶、信号分子等生物大分子的种类、数量、功能和相互关系，将分子水平的信息转化为物理和生理过程的启示。
4.生物信息学分析：生物信息学技术是在计算机技术基础上，应用于生物学领域的一种新兴的交叉学科。
通过分析DNA、RNA 及其蛋白质产物的序列等信息，对基因组、转录组、蛋白质组数据进行处理和分析，依靠大数据处理和计算机技术的支持，提出合理的数据处理、算法设计和数据挖掘方法，大大提高了数据的解读和解析效率。
二、植物基因组学的进展情况经过20多年的探索和发展，植物基因组学研究已经取得了很多重要进展。
1.植物基因组测序：近年来，针对许多种植物基因组的全基因组测序工作得以完成，如拟南芥、水稻、小麦、玉米、甘蔗等。
同时，预测了数百万个基因、多个基因家族、外显子、翻译启动子、微家族RNA等基因组特征，为探究植物基因功能和进化提供了基础数据。
随着第三代测序技术的发展，高质量、高精度、低成本的基因组测序将成为可能，将推动更多物种的基因组测序工作展开。
植物基因组学研究
植物基因组学研究植物基因组学是研究植物基因组结构、功能及其对生命周期和环境适应性的影响的学科。
它是植物科学及生物技术领域的一个重要分支，在农业、医药和环境领域具有重要的应用价值。
本文将从植物基因组学的研究方法、技术、应用和前景等方面进行探讨。
一、研究方法植物基因组学的研究方法主要包括：基因表达谱分析、基因组重组与转录组分析、基因组结构与功能分析、基因组信息挖掘与分析等。
其中，基因表达谱分析是当前应用最广泛的方法之一。
它是通过高通量测序技术分析大量基因在不同生长发育阶段、环境适应性和生物应激等因素下的表达模式，从而揭示基因调控和功能的复杂性。
二、研究技术植物基因组学的研究技术主要包括：高通量测序技术、基因组编辑技术、基因克隆技术、CRISPR-Cas等。
其中，高通量测序技术是近年来应用最广泛的技术之一。
它是通过对RNA或DNA样本进行定量PCR、芯片技术或测序等方法，获得大量基因信息，从而揭示生物体内基因调控、基因网络和代谢途径的复杂性。
三、研究应用植物基因组学的研究应用非常广泛，涉及农业、医药和环境领域等。
在农业领域，基因编辑技术可以用于对植物基因进行精准编辑，从而提高作物产量、增强病虫害抗性等；在医药领域，植物基因组学研究可以用于发现植物中具有药用价值的化合物，广泛应用于药物研发、治疗和预防疾病等领域；在环境领域，植物基因组学研究可以用于污染物检测、土壤修复、生态环境保护等方面。
四、研究前景随着科技的不断进步和基因组学的发展，植物基因组学将会发挥越来越重要的作用。
在未来，我们将会应用更多的新技术和新方法，从而更好地理解植物基因组结构与功能、基因调控网络及途径，更好地解决农业、医药和环境领域面临的问题。
总之，植物基因组学是一门富有潜力的学科，它的研究将会对我们的生活产生重要影响，从而实现可持续性发展。
中科院遗传所研究成果
目
录
一．实验室概况 ............................................................................................................................. 1 二．科研工作进展和成果 ............................................................................................................. 6 高等植物表观遗传学研究（曹晓风课题组） ......................................................................... 6 植物比较基因组学研究（陈明生课题组） ........................................................................... 11 植物对非生物胁迫应答调控的分子机制（陈受宜课题组） ............................................... 14 植物分子细胞遗传（程祝宽课题组） ................................................................................... 18 植物基因表达调控（储成才课题组） ................................................................................... 23 基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组） ............................................................... 28 RNA 沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组） ...................................................................... 38 植物转录调控网络研究（焦雨铃课题组） ........................................................................... 43 茉莉酸的生理功能及作用机理研究（李传友课题组） ....................................................... 46 水稻理想株型基因的克隆与功能研究（李家洋课题组） ................................................... 50 植物对病原微生物的识别及信号转导（邱金龙课题组） ................................................... 53 植物天然产物代谢（王国栋课题组） ................................................................................... 56 生物信息学和系统生物学（王秀杰课题组） ....................................................................... 59 与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组） ............................... 62 植物胁迫信号传导的分子机制（谢旗课题组） ................................................................... 66 北方粳稻耐逆性的分子设计和新品种选育（姚善国课题组） ........................................... 70 乙烯信号传递与植物胁迫和生长发育反应（张劲松课题组） ........................................... 73 植物细胞壁形成及其生物学功能研究（周奕华课题组） ................................................... 77 水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组） ........................................... 82 植物遗传工程研究（朱祯课题组） ....................................................................................... 88 细胞分裂素信号转导和植物细胞的程序性死亡（左建儒课题组） ................................... 92 承担课题及当年经费到位情况 ............................................................................................... 95 三．人员情况 ............................................................................................................................. 119 四．学术交流 ............................................................................................................................. 129 五．运行管理 ............................................................................................................................. 141 六．2010 年学术年会纪要 ........................................................................................................ 145
拟南芥养分离子转运蛋白研究进展
! 大量元素
!"! 氮 （#） 氮在植物营养三要素中居首位， 氮代谢是植物体内最重要的代谢之一， 而根系对氮的 吸收是植物进行这一代谢的基础。生理和分子水平的多项研究表明， 氮的吸收受膜转运 蛋白的调节 （789 :&,.9 !" #$ ，())*） 。拟南芥中与氮素吸收相关的转运蛋白基因的克隆是 植物氮素营养和氮代谢调控研究领域中的一个重要方面。 !"!"! 硝酸盐转运子与 #$&% ’# 的吸收 在大多数土壤条件下， ;<>= ?; 是植物吸收氮素 的主要形式。早期经典的吸收动力学实验表明植物对 ;< = > ?; 的吸收是一个多相过程， 它由不同的转运系统参与。在此基础上， （())0） 进一步概括了硝酸盐吸收 @/"’’ 和 A&BB&C& 系统的模型， 认为由三种成分组成： 组成型高亲合吸收系统、 诱导型高亲合吸收系统和组 成型低亲合吸收系统。近年利用分子克隆技术已从拟南芥中分离到了在不同系统中起作 用的硝酸盐转运子基因， 通过对其功能鉴定还进一步完善了上述吸收模型。 迄今从拟南芥中分离到的低亲合硝酸盐转运子因子有 %&’( （ )"*+,( ） 和 )"*+,( ； （ *,’( ） ， 二者均属于低亲合力硝酸盐转运子 *+,( 基因家族的成员， 其中 %&’( 是 D’"E 等 （())>） 在含氯酸盐的培养基上筛选抗氯酸盐的突变体时利用 D?F;G 标签技术分离到的。 它含有 2 个内含子， 其开放阅读框编码一个含有 0)5 个氨基酸、 分子量大约为 30 HF 的蛋 白。该基因主要在根组织表达， 在近根尖的区域以根的表皮层为主， 而在远离根尖处， 以 皮层和内皮层为主 （ I%"9J !" #$ ， 。 %&’( 编码硝酸盐转运子的依据是： 该基因包含 ())3） 其拓扑结构与动物及其他植物中的硝酸盐转运子相似； 以其 KL;G 注 (6 个跨膜结构域， 射非洲爪蟾卵母细胞并记录膜电位及电流变化， 可观察到膜电势去极化现象 （ D’"E !" #$ ， ） ； 的 在 突变植株中进行表达可逆转其吸收缺陷。利用非洲爪蟾卵 ())> %&’( MF;G ./$( 母细胞进行 %&’( 的异源表达， 发现其对硝酸盐吸收的 NK 值为 4 O 0 KK8/ P Q， 表明它是低 亲合力硝酸盐吸收系统的成分 （I%"9J !" #$ ， 。另外还发现该基因在 ;<>= ?; 增加时 ())3） 表达， 说明拟南芥中可能还存在诱导型的低亲合力硝酸盐吸收系统。 )"*+,( ； - 虽与 亦主要在根的表层细胞中表达， 但其对 ;<>= ?; 的转运不 %&’( 同属于低亲合力的转运子，
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卫星
串联重复
小结
1、原核生物与真核生物的基因组大小相差极大。 2、在同一类生物之中，不同物种基因的数目相差并 不大，但基因组的大小差别却可以达到100倍之巨。 3、基因组的越大，重复序列的比例也越高。 4、越是高等生物，单个基因平均内含子与外显子的 数目也就越多。
Genome-wide analysis of gene expression
一些物种基因组内不同序列类别的比例
斑马鱼
鼠
蛙
DNA重复序列
DNA重复序列：指在基因组中，超过一个拷贝的重复序列。 串联重复序列(Tandem repeats)：指在基因组中，前后相连 的重复序列。
分散的重复序列(Dispersed repeats)：指分散在基因组不同 区域的重复序列。
两种分散的DNA重复序列
电子显微镜下面染色体的外观
Confocal显微镜下面植物染色体的外 观
为什么要研究基因组？
1、基因组研究的目的是从全局上阐明一种生 物中所有遗传信息的组织和功能。
2、基因组研究的内容包括所有水平上遗传信 息的加工及基因和基因产物之间的相 互作用，以及基因组的比较和进化。
结构基因组学和功能基因组学
基因连锁分析 分子细胞学 物理作图 EST 测序
全基因组测序 全基因组的结构
基因的表达 正向遗传学 反向遗传学 生物信息学 比较基因组学 蛋白质组学
等等
基因组研究的特点
基因组研究是基因组学的核心内容。或者说，基因组学其实就 是基因组研究。基因组学是高效的遗传学。与传统的遗传学比较，基 因组学具有全局性、高效性、综合性和先进性的特点。
DNA双链退火重合 所需时间越长，C值 越高
基因组的大小 – C0T1/2
C0T1/2 =“DNA 浓度”与“双链退火复合所需时间一半”的乘积， 这个乘积直接与基因组内DNA的数量相关。
物理参数与实测碱基对数目间的相关性
物种之间基因组大小的差别
物种间基因组的大小差别巨大，从病毒基因组的 5x103 bp到植物的103 Mb。在哺乳动物之中，最大的 基因组只是最小的基因组的两倍；而在植物界，物种之 间基因组的大小差异达100倍之多。
2、外显子(Extron)：一个基因的编码区域。
不同物种基因外显子数目统计
三个物种基因内含子数目统计
酵母
果蝇
染色体上重复序列的位置
异染色质
常染色质
常染色质
异染色复
内含子、外显子、LINEs、 SINEs、微卫星与mini微
卫星
内含子、外显子、LINEs、 SINEs、微卫星与mini微
真核生物与原核生物基因组的区别
基因组 染色体 着丝粒 染色体 基因组 重复
大小
端 结构 序列
真核生物 大 多条 有 线状
有 基因排列
高
松散 被内
含子间隔
原核生物
小 单染色 无 体环状
无 基因排列 没有或
紧密无内 含子
很低
真核生物与原核生物基因组的一些例子
裂殖酵母 支 原 体
布 鲁 氏 科 寄 生 菌
1、全局性（Overall, genome-wide）：以整个基因组为研究对象， 而非具体到单个特定的基因。 2、高效性（High-throughput）：研究方法是平行的、高通量的， 一次试验可产生大量的数据。 3、综合性：需要多学科的合作，包括生物学、化学、统计学、 机械技术、电子技术、信息技术等。 4、先进性：将现有各种最先进的技术应用到极至，同时也推动 了各种技术的高速发展。
第一讲 基因的表达及全基因 组基因表达研究
1.1 何谓基因的表达 1.2 如何分析单个基因的表达 1.3 如何在全基因组水平上研究基因的表达
基因组的大小
基因组的大小：指的是物种单倍体基因组的大小。即 便是同一个物种，它不同的细胞，所携带的染色体倍 数是不同的：性细胞的染色体组数目是体细胞的一半。 基因组的大小可以通过C值来表示，C值的大小通过 DNA双链解开与复合的速率来测算。
基因组的大小 – C Value
基因组越大，DNA重 复序列越多
物种之间基因组大小的差别
爬行
软骨质的鱼 棘皮类 甲壳类 软体动物
支原体
1 kb
10 kb 100 kb 1 Mb 10 Mb 100 Mb
1 Gb 10 Gb 100 Gb
部分植物基因组大小之比较
基因组序列的重复性
在一种生物类别中，基因的数目其实并不相差太大 ，而基因组的大小的差别却有100倍之多。例如，在 开花的植物之中，基因数目在3-5万个之间，而基因 组的大小却相差巨大，拟南芥的基因组是小麦的百分 之一。因为在大型的基因组中存在着大量的重复区域 。
结构基因组学：研究基因组的结构，是基因组 研究初始阶段的主要工作。最终目的是构建某 一个物种高分辨率的“遗传图”、“物理图”、 以及“转录本图谱”。某个物种最终的物理图 谱，是它的完整的DNA序列。
基因组图分别率
基因组图：细胞学图、遗传图、物理图、序列图， 分辨率逐级提高
基因组学
结构基因组学
功能基因组学
植物基因组学
Plant Genomics
浙江大学(农业与生物技术学院) 蒋立希教授
概述
基因组学的定义
基因组 —— 细胞中所有的DNA，包括所有的基因和基因区域。染色体 上的DNA、细胞器中的DNA。基因组中不同的区域具有不 同的功能，有些是编码蛋白质的结构基因，有些是复制或转 录的调控信号，有些区域的功能还不清楚。
SINES(Short Interspersed Elements)：片断小于 500 bp，重复次数在100,000-1000,000
LINES(Long Interspersed Elements): 片 断 大 于 5KB,重复次数10000次以上。
内含子与外显子
1、内含子(Intron): 不翻译成蛋白质的DNA序列 片断。最早在1977年的时候，鸡的蛋白清，以 及兔子、老鼠的血色素蛋白中发现。在原核生物 与低等的真核生物（如酵母）中，很少有内含子 。