模式植物拟南芥研究进展

模式植物拟南芥研究进展 摘要：拟南芥又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草。其在植物学中所扮演的角色正仿佛小白鼠在医学和果蝇在遗传学中的一样。是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中的模式生物之一。

关键词：基因 模式生物 突变体

拟南芥(Arabidopsis thaLiana)是一种十字花科(Cruciferae)的小型野草，早在16世纪被发现，19世纪末，科学家就注意到了它的研究价值。它是国际上第一个完成全部基因组序列测定的高等植物，其研究成果对于其它高等植物包括农作物的研究，将产生重大的影响，因此拟南芥的研究越来越受到国际植物学界及各国政府的重视

1拟南芥的特点

拟南芥作为一种模式植物，具有其它植物无法替代的优点：(1)生长周期短，从萌发到种子成熟仅6周；(2)基因组小，125 Mbp(水稻基因组430 Mb，玉米基因组4 500 Mb)，约25 900个基因；(3)基因组仅有5条染色体，1．3亿个碱基对，其染色体数量是玉米的1／20；(4)具有双子叶植物的所有特性，整个生命周期同样经过细胞的分裂、生长发育、分化、衰老、死亡等一系列生物学现象；(5)有效的农杆菌介导转化途径，易获得大量的突变体和基因组资源；(6)在有限的空间内可大量种植，收获大量的种子。通过对拟南芥基因组的研究，推动了许多其它植物相关基因的研究。

2基因组研究与突变体

完成拟南芥的基因图谱仅仅是基因组计划的第一步，拟南芥属还有30％的基因的功能是未知的。基因组研究主要包括三个层次：一、结构基因组学，以全序列测序为目标，构建高分辨率的以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以DNA的核苷酸序列为基础的物理图谱。二、功能基因组学，即“后基因组计划”，是结构基因组研究的延伸，利用结构基因组提供的遗传信息，利用表达序列标签，建立以转录图谱为基础的功能图谱(基因组表达图谱)，系统研究基因的功能。三、蛋白质组学，是功能基因组学的深入。因为基因的功能最终将以蛋白质的形式体现。植物功能基因组学是当前植物学最前沿的领域之一，美国自1990年启动“植物基因组学”计划，2000年底公布了模式植物拟南芥的全部序列。2001年开始，美国全面启动“2010年计划”，目标是到2010年确定拟南芥中所有基因的功能。中国国家自然科学基金委员会已于2001年快速启动“拟南芥全部转录调控因子蛋白组学研究”重大国际合作研究项目，2004年3月，研究取得了重要进展：共克隆了44个拟南芥转录调控因子家族中的1 282个基因，获得了拟南芥所有已知和预测的1 864个转录因子的序列，利用cDNA(互补DNA)微阵列芯片，检测了拟南芥幼苗的转录因子在光调控下的表达，所有表达的基因占整个转录因子的84％，并通过蛋白质表达实验验证已克隆的拟南芥转录调控因子融合基因中85％以上有一定量的蛋白质表达。有关拟南芥功能基因组的研究进展如此迅速，与突变体的研究密不可分。拟南芥植株小，自花授粉，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，极易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含除草剂的培养基来筛选，一般获得抗除草剂的突变率是1／100 000，是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。突变体涉及到发育的各个时期、不同部位。诱导突变体产生的方法主要有三种：一是使用化学诱变剂EMS进行化学诱变；二是X一射线物理诱变；三是利用农杆菌介导的T—DNA转化获得突变体，这也是目前使用最为广泛、也最为直接的一种方法。

3.前景展望

拟南芥基因组测序的完成使得大量涉及重要生命过程的基因被发现。通过拟南芥突变体库项目的研究，将获得一批参与调控农作物产量、品质、抗逆性、抗病虫以及能高效利用水分和养分等重要性状的基因。利用植物原有的基因改造农作物，转基因食品不再是受到抵制的“魔