基因組學概述精選(九篇)

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第1篇：基因組學概述范文

藥物基因組學是伴隨人類基因組學研究的迅猛發(fā)展而開辟的藥物遺傳學研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的學科。

基因多態(tài)性是藥物基因組學的研究基礎(chǔ)。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關(guān)鍵所在?；蚨鄳B(tài)性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響物的作用。

基因多態(tài)性對藥代動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面。與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多?；蚨鄳B(tài)性對藥效動力學的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態(tài)性使個體對藥物敏感性發(fā)生差異。

苯二氮卓類藥與基因多態(tài)性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個體對咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現(xiàn)為用藥后鎮(zhèn)靜時間的延長。

吸入與基因多態(tài)性：RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應。

神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發(fā)現(xiàn)該酶超過40種的基因多態(tài)性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長時間窒息有關(guān)。

鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見的基因多態(tài)性是A118G和G2172T。可待因和曲馬多通過CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺的產(chǎn)生有關(guān)。

局部與基因多態(tài)性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態(tài)性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。

一直以來麻醉科醫(yī)生較其它專業(yè)的醫(yī)療人員更能意識到不同個體對藥物的反應存在差異。的藥物基因組學研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據(jù)病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達到真正的個體化用藥。

能夠準確預測病人對麻醉及鎮(zhèn)痛藥物的反應，一直是廣大麻醉科醫(yī)生追求的目標之一。若能了解藥物基因組學的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據(jù)病人的不同基因組學特性合理用藥，達到提高藥效，降低毒性，防止不良反應的目的。本文對藥物基因組學的基本概念和常用的藥物基因組學研究進展進行綜述。

一、概述

二十世紀60年代對臨床麻醉過程中應用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發(fā)卟啉癥及惡性高熱等的研究促進了藥物遺傳學（Pharmacogenetics）的形成和發(fā)展,可以說這門學科最早的研究就是從麻醉學開始的。

藥物基因組學(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學研究的迅猛發(fā)展而開辟的藥物遺傳學研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關(guān)系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運、代謝、消除等個體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對藥物的不同反應，并由此開發(fā)新的藥物和用藥方法的科學。

1959年Vogel提出了“藥物遺傳學”,1997年Marshall提出“藥物基因組學”。藥物基因組學是藥物遺傳學的延伸和發(fā)展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應關(guān)系的學科。但藥物遺傳學主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對藥物作用的影響；而藥物基因組學除覆蓋藥物遺傳學研究范疇外，還包括與藥物反應有關(guān)的所有遺傳學標志，藥物代謝靶受體或疾病發(fā)生鏈上諸多環(huán)節(jié)，所以研究領(lǐng)域更為廣泛[1,2,3]。

二、基本概念

1．分子生物學基本概念

基因是一個遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長DNA分子和與其相關(guān)的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見的類型是單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經(jīng)鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態(tài)性?？苫Q使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發(fā)生的變異，而多態(tài)性是高于1%的群體發(fā)生的變異。

2．基因多態(tài)性的命名法：

(1)數(shù)字前面的字母代表該基因座上最常見的核苷酸(即野生型)，而數(shù)字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。

(2)對于單個基因密碼子導致氨基酸轉(zhuǎn)換的多態(tài)性編碼也可以用相互轉(zhuǎn)換的氨基酸的來標記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態(tài)性Asp70Gly是指此蛋白質(zhì)中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。

三、藥物基因組學的研究內(nèi)容

基因多態(tài)性是藥物基因組學的研究基礎(chǔ)。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關(guān)鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點、藥物轉(zhuǎn)運蛋白等。其中研究最為深入的是物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態(tài)性的相關(guān)性[1,2,3]。

基因多態(tài)性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響藥物作用，對于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的物尤其需引起臨床重視。

（一）基因多態(tài)性對藥物代謝動力學的影響

基因多態(tài)性對藥物代謝動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面[3,4,5,6]。

1、藥物代謝酶

與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。

（1）細胞色素P-450（CYP45O）

物絕大部分在肝臟進行生物轉(zhuǎn)化，參與反應的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細胞色素P450的氧化酶系統(tǒng)，其主要成分是細胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復雜，受基因多態(tài)性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應CYP45O基因超家族內(nèi)的進化關(guān)系的統(tǒng)一命名法：凡CYP45O基因表達的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標阿拉伯數(shù)字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達式后加上一個阿拉伯數(shù)字，如CYP

2D6。

（2）丁酰膽堿酯酶

麻醉過程中常用短效肌松劑美維庫銨和琥珀酰膽堿，其作用時限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會使肌肉麻痹持續(xù)時間在個體間出現(xiàn)顯著差異。

2、藥物轉(zhuǎn)運蛋白的多態(tài)性

轉(zhuǎn)運蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉(zhuǎn)運，包括一些止吐藥、鎮(zhèn)痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個體間P-糖蛋白的表達差別明顯，MDR1基因的數(shù)種SNPs已經(jīng)被證實，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。

（二）基因多態(tài)性對藥物效應動力學的影響

物的受體（藥物靶點）蛋白編碼基因的多態(tài)性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產(chǎn)生不同的藥物效應和毒性反應[7,8]。

1、藍尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）

藍尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過程。惡性高熱（malignanthyperthermia,MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1基因異常而導致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發(fā)性吸入和琥珀酰膽堿的觸發(fā)下可以出現(xiàn)骨骼肌異常高代謝狀態(tài)，以至導致患者死亡。

2、阿片受體

μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點。OPRM1基因的多態(tài)性在啟動子、內(nèi)含子和編碼區(qū)均有發(fā)生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結(jié)合而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達水平有差異，對疼痛刺激的反應也有差異，對阿片藥物的反應也不同。

3、GABAA和NMDA受體

γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質(zhì)門控離子通道，能夠調(diào)節(jié)多種物的效應。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態(tài)性（尤其α和β），可能與孤獨癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關(guān)，但尚未見與物敏感性有關(guān)的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態(tài)性也有報道，但尚未發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的疾病。

（三）基因多態(tài)性對其它調(diào)節(jié)因子的影響

有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點，也不影響藥代和藥效動力學，但其編碼基因的多態(tài)性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態(tài)性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應。鮮紅色頭發(fā)的出現(xiàn)幾乎都是黑皮質(zhì)素-1受體（MC1R）基因突變的結(jié)果。MC1R基因敲除的老鼠對的需求量增加。先天紅發(fā)婦女對地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。

四、苯二氮卓類藥與基因多態(tài)性

大多數(shù)苯二氮卓類藥經(jīng)肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產(chǎn)物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實驗顯示不同個體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。

地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮(zhèn)靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細胞色素CYP2C19的G681A多態(tài)性中A等位基因純合子個體與正常等位基因G純合子個體相比，地西泮的半衰期延長4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個體對地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現(xiàn)為地西泮用藥后鎮(zhèn)靜或意識消失的時間延長[9,10]。

五、吸入與基因多態(tài)性

到目前為止，吸入的藥物基因組學研究主要集中于尋找引起藥物副反應的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學研究發(fā)現(xiàn)RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。

與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應，但其發(fā)生機制還不十分清楚[7,11]。

六、神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性

神經(jīng)肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫銨的作用與遺傳因素密切相關(guān)。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發(fā)現(xiàn)該酶超過40種的基因多態(tài)性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發(fā)生點突變而導致一個氨基酸的改變，與應用肌松劑后長時間窒息有關(guān)。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態(tài)性雜合子(單個等位基因)表達，會導致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時間通常會延長3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態(tài)性的純合子(2個等位基因)表達則更加延長其恢復時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應用多聚酶鏈反應（PCR）方法，16例發(fā)生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應用可以縮短術(shù)后恢復時間和降低醫(yī)療費用[6,12]。

七、鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)性

μ-阿片受體是臨床應用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮(zhèn)痛效力減弱。另一種阿片相關(guān)效應—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態(tài)性還可影響阿片類藥物的代謝。

阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6?？纱蛲ㄟ^CYP2D6轉(zhuǎn)化為它的活性代謝產(chǎn)物－嗎啡，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進行尸檢發(fā)現(xiàn)，CYP2D6等位基因表達的數(shù)量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關(guān)，說明其代謝速度受CYP2D6多態(tài)性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發(fā)揮重要作用。

有報道顯示兒茶酚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺的產(chǎn)生有關(guān)。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質(zhì)，也是痛覺傳導通路上腎上腺素能和多巴胺能神經(jīng)的調(diào)控因子。研究證實Val158MetCOMT基因多態(tài)性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態(tài)性個體對實驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內(nèi)源性腦啡肽水平降低[13～16]。

八、局部與基因多態(tài)性

羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對應體，主要經(jīng)肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產(chǎn)物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide(PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態(tài)性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進行檢測，發(fā)現(xiàn)CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發(fā)現(xiàn)日本人中CYP1A2基因存在6種導致氨基酸替換的SNPs。這些發(fā)現(xiàn)可能對藥物代謝動力學的研究、個體化用藥具有重要意義[17,18,19]。

九、總結(jié)與

展望

第2篇：基因組學概述范文

關(guān)鍵詞：普通小麥 （Triticum aestivum L.）；抽穗期；TaHd1；直向同源區(qū)

中圖分類號：S512.1；S311；Q78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）05-1031-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.05.002

Abstract： Heading date is one of the important agronomic traits affecting production safety of common wheat， and is also a complex trait controlled by interaction of multiple genes. In this paper， the aspects including gene controlling systems of heading date， the cloning and function of TaHd1（one of controlling loci of heading date）， genomic location of TaHd1， the prospects about microevolution among TaHd1 orthologous region were reviewed. It will provide some reference for studying the heading date and improving common wheat.

Key words： common wheat （Triticum aestivum L.）； heading date； TaHd1； orthologous region

抽穗期作為普通小麥（Triticum aestivum L.）的重要農(nóng)藝性狀之一，對普通小麥適應不同生態(tài)環(huán)境條件具有至關(guān)重要的作用，不但直接決定了普通小麥育成品種的推廣范圍與季節(jié)，而且對普通小麥品種的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性等重要性狀都有影響[1]。對于普通小麥野生近緣植物來說，抽穗開花期是與其棲息地的生態(tài)地理條件相適應的。從野生狀態(tài)的生態(tài)地理條件適應性到不同農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境條件的廣泛適應性表明，普通小麥起源、演化過程中抽穗期這一性狀經(jīng)歷了嚴格的馴化選擇[2]。

近年來，嚴重影響小麥生產(chǎn)的各種不良災害性天氣如倒春寒、暖冬、干熱風等頻繁出現(xiàn)。為了小麥生產(chǎn)安全，迫切需要根據(jù)新的氣候變化趨勢，通過遺傳改良來調(diào)整小麥的抽穗開花期，使其與光、溫等環(huán)境因子變化密切協(xié)調(diào)，從而使小麥適應新的氣候條件，提高穩(wěn)產(chǎn)性[3]。因此，開展小麥抽穗期相關(guān)基因的研究是小麥生產(chǎn)上十分重要的任務，該研究將為小麥生態(tài)育種奠定良好的基礎(chǔ)[4]。本文對近年來小麥抽穗期基因控制系統(tǒng)中關(guān)鍵成員之一 ――TaHd1基因的研究進展進行了概述，并對其相關(guān)研究發(fā)展趨勢進行了展望。

1 植物抽穗開花的基因控制系統(tǒng)

對雙子葉植物擬南芥的研究表明，對其開花的控制有4種途徑：光周期途徑、春化途徑、自主途徑（固有早熟性）和赤霉素（GA）途徑，其中一個途徑受阻將會影響開花時間，但不會完全阻止發(fā)育轉(zhuǎn)換[5，6]。與雙子葉植物相類似，普通小麥抽穗期也受多基因系統(tǒng)的協(xié)調(diào)互作控制，從對環(huán)境信號反應的差異來看，可將這些基因分為三大類[1]：春化基因（Vrn）、光周期基因（Ppd）和早熟性基因（Eps），其中春化基因和光周期基因的定位及作用機理研究比較深入，已經(jīng)從擬南芥、水稻、大麥、普通小麥等植物中克隆了約40個相關(guān)基因[7]。擬南芥中光周期控制途徑已基本闡明，該途徑由葉片中的光敏色素（即光受體）感受晝夜長短和光的強弱等光信號開始，產(chǎn)生晝夜節(jié)律，晝夜節(jié)律基因[8-10]（TOC1、CCA1、ZTL、LUX、ELF3、FKF1、LHY、LKP2等）感受晝夜變化而引起自身表達量的變化，該變化被GI和CDF1捕獲，進而激活了葉片中的CONSTANS（CO）基因，當CO表達量超過特定臨界值時， FT（FLOWERINGLOCUST）的表達被激活，進而啟動抽薹開花過程[11，12]。由此可見，光周期控制通路中的CO基因（短日照的水稻中直向同源基因為Hd1[13]）是光周期信號傳遞過程中的關(guān)鍵基因之一[14]，本文主要概述了CO/Hd1基因在普通小麥中的研究進展及展望。

2 普通小麥抽穗期控制基因TaHd1的克隆及其功能

Nemoto等[15]根據(jù)CO/Hd1基因的高度保守序列，在普通小麥中克隆到Hd1的直向同源基因有TaHd1-A、TaHd1-B、TaHd1-D。TaHd1具有與水稻Hd1高度相似的結(jié)構(gòu)，均包含鋅指基序和CCT結(jié)構(gòu)域。用中國春的基因組DN段（含TaHd1-A）對粳稻日本晴Hd1沒有功能的近等基因系植株進行轉(zhuǎn)化，結(jié)果表明，T2代中含有TaHd1-A的轉(zhuǎn)基因植株比轉(zhuǎn)化前的近等基因系植株在短日照條件下抽穗期提早了約10 d，在長日照條件下推遲了約25 d?？梢?，TaHd1-A能夠?qū)λ局蠬d1的功能進行互補。從CO/Hd1在光周期途徑中所處的位置看，其有雙重功能，即短日照植物（如水稻）中在短日照條件下促進植株的抽穗開花，長日照植物（如擬南芥）中在長日照條件下促進植株抽穗開花[2，13，16]。但在普通小麥中由于沒有合適的突變體，至今未見有關(guān)TaHd1-A基因在普通小麥中對抽穗期影響的報道。

TaHd1-B在啟動子區(qū)因存在63 bp的缺失而不能轉(zhuǎn)錄，但編碼區(qū)結(jié)構(gòu)正常；TaHd1-D的mRNA具有與TaHd1-A相同的結(jié)構(gòu)，顯然，普通小麥基因組中3個TaHd1基因至少2個有潛在功能。多倍體中經(jīng)常是冗余基因發(fā)生假基因化，進而降低基因劑量效應對生物體正常生長發(fā)育的影響，但異源六倍體普通小麥中TaHd1基因位點3個拷貝結(jié)構(gòu)都正常，而且至少有2個拷貝具有功能，說明該基因?qū)ζ胀ㄐ←溕L發(fā)育十分重要，除了參與光周期反應外，可能還參與調(diào)控其他重要性狀，如在水稻中就發(fā)現(xiàn)了一個同時影響抽穗期、株高、每穗粒數(shù)的QTL[17]。

3 普通小麥抽穗期控制基因TaHd1的基因組定位

TaHd1的3個基因都位于普通小麥基因組第六染色體同源群的長臂上。水稻的第六染色體與小麥族植物的第七染色體間有共線性，水稻中Hd1位于第六染色體的短臂上，而且Hd1兩側(cè)RFLP標記Xrz588、Xcdo17均位于小麥族的第七染色體同源群上。由此可見，現(xiàn)在位于普通小麥第六染色體同源群的TaHd1應是由于進化歷史上普通小麥染色體重排過程中發(fā)生了易位所致[15]。前人的研究也證實，小麥族基因組中該染色體區(qū)域在進化過程中發(fā)生過高度重排。與水稻相比，高粱中Hd1直向同源區(qū)發(fā)生過包括基因易位、基因附加等在內(nèi)的微重排[6，15]。

綜上所述，迄今關(guān)于普通小麥抽穗期TaHd1這一重要農(nóng)藝性狀位點已經(jīng)圍繞基因定位、基因克隆、基因功能等進行了深入研究，但也留下了許多亟待解決的問題，如TaHd1的可能屬于功能冗余的3個同源基因是如何選擇性保留的；如果并非屬于功能冗余基因，是否存在一因多效效應或該區(qū)段是否為含有幾個重要農(nóng)藝性狀基因的基因密集區(qū)；該效應是否受到TaHd1在普通小麥進化過程中發(fā)生的染色體重排的影響；影響該位點染色體重排的機理何在，是否由于該位點周圍存在導致染色體重排的已知遺傳元件或新的遺傳元件等等。

4 普通小麥及其近緣屬中TaHd1位點的研究展望

利用親緣關(guān)系較近的多個物種進行直向同源區(qū)序列比較研究是揭開基因組區(qū)段進化機制的重要手段[18，19]。筆者及合作者前期開展了稻屬多個重要農(nóng)藝性狀基因（如MOC1，Adh1，Shattering4和Hd1等）直向同源區(qū)比較研究，發(fā)現(xiàn)多倍體中及二倍體發(fā)生基因串聯(lián)復制的基因組區(qū)段中，常常出現(xiàn)冗余基因由于編碼區(qū)小的插入/缺失或編碼密碼子突變?yōu)榻K止密碼子而導致的假基因化[20，21]；稻屬AA基因組中有4個（18、19、21、28）新基因可能通過denovo機制形成[21]；在稻屬中還發(fā)現(xiàn)有基因組片段移動現(xiàn)象，但在該同源區(qū)及其側(cè)翼區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)目前已知的能介導基因移動的Pack-MULE、逆轉(zhuǎn)座子、Helitron等元件，暗示其移動機制有新的未知形式[21]；直向同源區(qū)存在基因共線性，共線性程度差異具有種屬特異性，該特異性與LTR型逆轉(zhuǎn)座子活動有關(guān)，轉(zhuǎn)座子是影響基因組大小、基因密度、特定基因組變異的主要因素[21-23]。此外，四倍體硬粒小麥A、B基因組中含醇溶蛋白基因、較低的相對分子質(zhì)量麥谷蛋白基因區(qū)的序列的比較研究也證明，逆轉(zhuǎn)座子的快速擴增、基因移動、多輪的區(qū)段復制是造成該位點進化快、組織結(jié)構(gòu)復雜、共線性較差的主要原因[24]。因此，親緣關(guān)系較近的不同物種中直向同源區(qū)的微共線性研究可以使人們從較長DNA區(qū)段上了解物種進化、基因組內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其形成機制、直向同源基因的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織，而同一物種類型的栽培種與近緣野生種之間的直向同源區(qū)序列比較分析，則提供了物種進化和馴化過程中DNA水平信息[22]?？梢?，對于小麥TaHd1位點來說，開展序列水平的基因組直向同源區(qū)比較研究是解決上述問題的關(guān)鍵。

小麥屬及其近緣屬中蘊含了豐富的優(yōu)異基因，是拓寬普通小麥育種親本遺傳基礎(chǔ)、進行普通小麥遺傳改良的寶貴基因庫[25]。小麥屬及其近緣屬中有二倍體（AB）、四倍體（AABB、AAGG）、六倍體（AABBDD）等不同的基因組類型，各類型中又存在野生種、原始種及栽培種等亞類，是研究普通小麥起源、演化的良好系統(tǒng)[26，27]。但由于小麥屬中多數(shù)植物基因組巨大，重復序列含量很高，普通小麥至今沒有完成全基因組測序。

以BAC載體為工具構(gòu)建的一系列普通小麥及其近緣種的基因組DNA大片段插入文庫，為研究普通小麥基因組區(qū)段進化提供了良好的平臺，是進入普通小麥及其近緣植物全基因組水平研究前的必然選擇[28]。第二代高通量測序儀的出現(xiàn)及其越來越廣泛的應用[29，30]，為進行多物種、大片段基因組DNA同源區(qū)序列測定提供了價低、質(zhì)優(yōu)的便利條件。但對于沒有完成近緣種全基因組測序、重復序列含量又高的普通小麥及其近緣種來說，單獨應用二代測序技術(shù)在序列組裝時存在一定困難。2013年由中國科學家公布的小麥A、D基因組草圖序列為開展小麥基因組區(qū)段進化研究提供了寶貴的參考序列，但由于是序列框架圖階段，序列中Gap很多，難以滿足同源區(qū)序列分析要求[26，27]。2012年英國、美國等科學家完成了普通小麥中國春基因組草圖測序[31]，但是筆者用多個重要農(nóng)藝性狀基因（抽穗期基因TaHd1、矮稈基因Rht1、條銹病抗病基因Yr10等）序列在該基因組數(shù)據(jù)庫中比對搜索結(jié)果表明，比對在顯著水平（BlastN，1e-10）以上的基因組組裝序列都比較短（

上述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀說明，普通小麥TaHd1、水稻Hd1等許多控制抽穗開花的基因均已被定位、克隆，并進行了功能研究；已對稻屬中Hd1、MOC1、Adh1等位點直向同源區(qū)及四倍體硬粒小麥A、B基因組中醇溶蛋白基因、較低的相對分子質(zhì)量麥谷蛋白基因同源區(qū)進行了系統(tǒng)深入研究。但普通小麥及其近緣種中TaHd1區(qū)域比較研究還未見報道，需要開展深入研究。

另外，從測序手段來看，已報道的幾個位點同源區(qū)序列比較研究中測序采用的都是傳統(tǒng)Sanger測序法，測序成本較高，而采用二代測序和Sanger測序相結(jié)合的方法進行同源區(qū)序列測定目前還未見報道。因此，采用二代高通量測序與傳統(tǒng)測序技術(shù)相結(jié)合的方法，對普通小麥及其近緣種A、B、D基因組中重要農(nóng)藝性狀位點TaHd1區(qū)域進行比較研究，面臨重大機遇，研究將為闡明普通小麥及其近緣種中TaHd1區(qū)域基因組區(qū)段進化機制、基因及轉(zhuǎn)座子進化機制等重要生物學問題提供深層次理解，也將為普通小麥野生近緣植物中優(yōu)異基因的發(fā)掘與利用提供有價值的參考。

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第3篇：基因組學概述范文

摘要：從方證相關(guān)基本理論、客觀化規(guī)范化、分子生物學水平、交叉學科理論與方法等方面對方證的現(xiàn)代研究進行了簡要綜述。認為方證研究取得了很大進展，尤其與復雜系統(tǒng)理論結(jié)合有望取得突破性進展，并由此可以加快中醫(yī)現(xiàn)代化的進程。

關(guān)鍵詞：中醫(yī)方證； 基本理論； 分子生物學； 客觀化； 規(guī)范化

辨證論治是中醫(yī)診療疾病的基本方法和原則，在辨證論治的理、法、方、藥這個體系中，方證占據(jù)著核心地位。方證研究一直都是中醫(yī)發(fā)展的重要命題，并且已經(jīng)積累了大量知識。隨著對中醫(yī)研究的深入和現(xiàn)代科學理論和技術(shù)的日益發(fā)展，近年來方證研究取得了很大進展。現(xiàn)作一簡要綜述。

1 方證相關(guān)基本理論

1.1 方證對應 《傷寒論》第317條曰：“病皆與方相應者，乃服之”?！秱摗返?49條“傷寒五六日，嘔而發(fā)熱者，柴胡證具，而以他藥下之，柴胡證仍在者，復與柴胡湯…… ”。唐?孫思邈在《千金翼方》中對《傷寒論》病脈證并治體系進行了整理，采用“方證同條，比類相附”的方法，建立了方證對應的“方證”體系。到清代柯琴“以方名證”思想和日本漢方醫(yī)家吉益東洞“方證相對說”［1］，說明方證相應理論在中醫(yī)學歷史上影響深遠。方證相應說也為現(xiàn)代許多醫(yī)家所推崇，現(xiàn)代名醫(yī)胡希?。?］也認為，臨證有無療效，決定于方證對應與否。著名醫(yī)家鄧鐵濤［3］說：“證變則方亦隨之變，證不變則效不更方。當然若對慢性病，服藥時間較長，根據(jù)患者的證情，加減一二味，亦每每有好處，但治療之大原則未變。”現(xiàn)代研究對方證對應的認識有：方證相應指的就是一個方劑的功效和方劑內(nèi)的藥味及其配伍關(guān)系與其所對應的“證”之間存在著高度的統(tǒng)一性和針對性，亦即解決問題的方法“方”與矛盾問題“證”之間的高度一致性［4］。方證對應是方劑與主證相對應；方證對應指證不變方亦不變，方隨證變，隨證加減 ；方證對應是方證間病勢、病位、病情、病性相對應；方證對應是一個動態(tài)對應；方證對應中方劑是有證而為，無證而不為；方證對應可以是一方多證［5］。

1.2 方證從化學說及其研究 方證從化學說包括［6］：所謂“從方化證”即指“方”對“證”的授予、攻擊作用過程；所謂“從證化方”即“證”對“方”的親和選擇作用過程。在方證這種“耦合過程”中，方證以互為主客體的“主體選擇”和“引導”，構(gòu)成不可分割的互溶、互化的交互關(guān)系。把一個辨證論治過程的對應方證，分解為從化前的“方證對應”，從化中的“方證耦合”和從化后的“方證符合”三個階段，進行多元、多級化“方”“證”互補式的階段研究，從而提出了“方藥有效實體 成分組合?！钡母拍?。一方可以多“?！?，一“模”可以多方。方證從化學說理論框架的形成，無疑對闡明理法方藥各個環(huán)節(jié)的內(nèi)涵，提供了新的突破口［7］。又有研究認為［8］方證從化學說與受體學說有一致之處，中藥有效成分在體內(nèi)的分布是藥物歸經(jīng)理論的重要依據(jù)。同一處方，施之于同一病人，應用時間有先后，其通過機體及證所授受的有效成分就不同；更由于證的從化遞減，造成了方藥的利用率的必然下降，形成了方變；同一個病證的不同患者，用同一方劑治療也會發(fā)生同樣的問題。

2 方證相關(guān)的客觀化規(guī)范化研究

方證的客觀化規(guī)范化研究也是現(xiàn)代中醫(yī)研究的一個重點和難點，雖然研究起來有些困難，但近年來也取得了一些成就。如在婦科研究中發(fā)現(xiàn)［9］，活血化淤法對婦科血淤證的治療作用可能是通過以下諸多方面來實現(xiàn)的：雌激素相關(guān)作用；改善血液流變學的主要指標，消除血液濃、黏、聚的狀態(tài)，改善子宮微循環(huán)；調(diào)節(jié)凝血系統(tǒng)、纖溶系統(tǒng)功能；保護血管內(nèi)皮細胞及其功能等。又如楊丁友等［10］研究顯示冠心病心虛證患者血小板明顯活化，血小板活化標志物CD62P 及CD63 表達明顯較健康對照組增強(P

3 方證相關(guān)的分子生物學研究

分子生物學是生命科學的帶頭學科，應用分子生物學理論和技術(shù)在中醫(yī)方證研究中也取得了一些進展。

3.1 對中藥復方的研究應用分子生物學技術(shù)對中藥復方的分子機理進行了探討。如用細胞培養(yǎng)的方法研究發(fā)現(xiàn)［13］ ：復方補益劑(四君子湯、四物湯、八珍湯、十全大補湯)對細胞生長均有顯著促進作用，而且不同補益劑對同種細胞的促生長作用明顯不同，同種補益劑對不同細胞或同種細胞的不同生長時期作用也不完全相同。賀雙騰等［14］運用Northern雜交檢測到加入補腎醒腦解毒復方中藥煎液后，感染神經(jīng)元NGF和BDNF表達較正常海馬神經(jīng)元明顯提高并且能持續(xù)增加，維持潛伏感染神經(jīng)元存活達10周以上。凌云彪等［15］利用核素摻入試驗、流式細胞術(shù)觀察到通過兩種不同途徑制備的中藥復方“肝纖方”可以抑制大鼠肝星狀細胞(HSC)的增殖及其膠原合成量。孫饒鴻等［16］采用流式細胞技術(shù)發(fā)現(xiàn)消瘤飲(根據(jù)益氣解毒抗癌的原則組成的中藥治療腫瘤方劑)具有明顯的抑瘤作用，可促使bax基因表達，誘導腫瘤細胞凋亡。

3.2 對證的研究 蛋白質(zhì)是人體功能表現(xiàn)的物質(zhì)載體。當內(nèi)外環(huán)境變化時，人體“應變系統(tǒng)”產(chǎn)生各種應變活動，包括各種癥狀表現(xiàn)，這些反應實質(zhì)上是人體蛋白質(zhì)正?；虍惓９δ艿暮暧^表現(xiàn)形式。證的初始內(nèi)涵其實為各種癥狀歸納、綜合而來，這些癥狀集中體現(xiàn)了證的功能性［17］。21世紀的生命科學將由人類基因組計劃和后基因組時代、蛋白組計劃、生物信息學、生命科學數(shù)字化等部分組成［18］。1990年人類基因組計劃（HGP）開始啟動，預計將在2005年以前完成人類基因組全部序列的測定，認識人類全部基因編碼及功能［19］。所以理論和技術(shù)上蛋白質(zhì)組學都可以用來研究"證"。如有實驗利用基因芯片技術(shù)研究心梗后心衰心氣虛證大鼠模型心臟梗塞區(qū)能量代謝功能基因表達譜的特征［20］。

3.3 對方證的研究中國的人類基因計劃自1993年開始，1999年正式啟動以來，已取得了顯著成績［21］。楊煥明在199101的中醫(yī)學與基因組學術(shù)會上指出，弘揚具有特色的中醫(yī)藥，尤其是在已知中醫(yī)療效功能的基礎(chǔ)上反推基因功能組，如“哮喘中藥”的基因表達譜，利用人類基因組多樣性探尋證的“遺傳標記”，探討“養(yǎng)生祛病”來修飾、改善基因功能的機理等［22］。王米渠等對中醫(yī)“恐傷腎”與補腎藥在基因水平作了研究［23］，首先用SMART技術(shù)逆轉(zhuǎn)錄擴增，以分別獲得各組同一只小鼠造模前后的血液總cDNA；通過抑制消減雜交(SSH)方法獲得各實驗組造模前后差異表達基因SSH 圖譜。結(jié)果顯示，造模腎虛組小鼠與藥物治療組同對照組的基因表達有較大差異，從所得到的l0個基因圖譜，可以初步理解與腎虛證可能相關(guān)的基因，補腎藥物治療組在基因圖譜與造模組的差異，顯示補腎藥治療對基因表達的影響。

4 方證研究的新理論

4.1 熵理論與方證研究“熵”是19世紀60年代德國物理學家克勞修斯作為熱力學的概念提出來的。愛因斯坦(A．Einstein)將熵理論在科學中的地位概述為：“熵理論對于整個科學來說是第一大法則?！?熵方法在自然科學和社會科學的研究中已經(jīng)被廣泛應用，它對具有隨機性、多維數(shù)性、多關(guān)系性、多判據(jù)性以及定性描述多于定量描述等特點的因素處理具有信息全面、可靠性高、能進行定量比較等優(yōu)點。研究證候與方劑的相關(guān)性，涉及到的信息也具有隨機性、多維數(shù)性、多關(guān)系性、多判據(jù)性等特點。對于這么復雜的信息，可以嘗試用熵理論分析。楊洪軍等［24］對中風病證候進行了長期研究，積累了豐富的中風病中醫(yī)證候?qū)W研究資料，量化標準基本成熟，因此，他們在病的框架內(nèi)研究證、熵、方三者相關(guān)聯(lián)的科學規(guī)律。研究思路分為三個步驟，第一，收集證候、中風病、方劑的臨床信息，建立數(shù)據(jù)庫；第二，基于熵方法的證候、中風病、方劑綜合演化模型的建立；第三，證候、中風病、方劑三者相關(guān)科學規(guī)律的提取。以中風這樣一個具體的疾病為模型，進行相關(guān)問題的探討，證實熵理論是研究證侯與方劑的相關(guān)性的一個有效的理論工具。

4.2 復雜系統(tǒng)理論與方證研究復雜系統(tǒng)理論是21世紀最具有生命力的科學之一。耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論、混沌理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡和混沌同步與控制理論在復雜系統(tǒng)理論發(fā)展歷史中都起了重要作用［25］。開放的復雜巨系統(tǒng)的研究方法其實就是把大量定性認識、點滴知識、專家意見匯集成一個整體結(jié)構(gòu)，從不完整到完整的定性，完成從定性到定量的飛躍［26］，通過大量積累，達到更高層次的認識和飛躍。辨證論治理法方藥一致是中醫(yī)治療的根本，既然臨床用方(藥)離不開證，那么方證之間就會存在一種特殊的對應關(guān)系 。從科學發(fā)展及臨床治療要求來看，中醫(yī)學的確需要構(gòu)筑一種全新的方證論治體系。這個體系應是從宏觀到微觀，從抽象到具體，從定性到定量，從模糊到精確的辨證論治體系。這一要求，與復雜巨系統(tǒng)所特有的科學理論、專家經(jīng)驗(歷代醫(yī)家的臨床有效治療)和定量分析方法不謀而合［27］。復雜系統(tǒng)理論將會破解中醫(yī)方證體系中目前尚未可知的系統(tǒng)。著名的復雜系統(tǒng)研究者、遺傳算法的發(fā)明人霍蘭教授認為，許多的復雜系統(tǒng)存在著杠桿支點一個小的輸入會產(chǎn)生巨大的、可預期的直接變化，它提供我們改變系統(tǒng)行為的機會［28］。本項目組王建紅等從腎陽虛引起下丘腦垂體性腺軸生殖內(nèi)分泌功能改變?nèi)胧?，將典型方劑與證候右歸丸與腎陽虛證聯(lián)系起來，建立方證系統(tǒng)的動態(tài)模型，觀察右歸丸對腎陽虛時下丘腦垂體性腺軸生殖內(nèi)分泌功能的影響，在這個動態(tài)模型中，分析中藥復方中各組成藥物在調(diào)整病證機體中的相互作用與地位，發(fā)現(xiàn)配伍規(guī)律，優(yōu)化配方；又借助中藥的信息載體作用，獲得腎陽虛證本質(zhì)的認識，通過“證”解析“方”，又通過“方”解析“證”，建立了中醫(yī)方證研究的新方法。

5 小結(jié)

方證是中醫(yī)辨證體系的核心問題，從古至今都是醫(yī)家比較重視的理論。在現(xiàn)代科學理論和技術(shù)日新月異的時代背景下，方證研究取得了很大進步。方證相關(guān)性研究的基本理論在不斷發(fā)展完善；隨著現(xiàn)代醫(yī)學的進步，在客觀化規(guī)范化研究方面取得的成績，使中醫(yī)的方證更加具體明確，也豐富了中醫(yī)辨證論治的內(nèi)容；分子生物學理論和技術(shù)的日益進步使方證和生命科學更加有效地結(jié)合、促使盡快實現(xiàn)中醫(yī)現(xiàn)代化；熵理論、復雜系統(tǒng)理論等理論的成熟將會為中醫(yī)方證研究提供新的方法論的指導，揭示其深層次的科學內(nèi)涵。以方證這樣一個有著長期積累和深厚理論基礎(chǔ)、有希望在新的條件下取得突破性進展的中醫(yī)基本問題進行深入的研究，將會加速中醫(yī)藥的發(fā)展和創(chuàng)新，為中醫(yī)藥現(xiàn)代化打開一個嶄新的局面。

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第4篇：基因組學概述范文

關(guān)鍵詞：高通量測序：序列比對；序列作圖；序列比對工具

中圖分類號：Q-31

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847（2014）05-0458-07

以Roche/454焦磷酸測序（2005年）、lllumina/Solexa聚合酶合成測序（2006年）和ABI/SOLiD連接酶測序（2007年）技術(shù)為代表的第二代測序技術(shù)與Sanger測序相比，共有的突出特征是單次運行產(chǎn)出序列數(shù)據(jù)量大，故而又被通稱為高通量測序技術(shù)。高通量測序技術(shù)大大降低了測序的時問和成本，因而得到了廣泛應用。但隨之而來的短序列（short read）為基因數(shù)據(jù)分析帶來了新挑戰(zhàn)。目前對短序列一個常用的分析方法則是將已有基因組序列作為參考基因序列（reference），將短序列與參考基因序列進行序列比對，并在參考基因序列上進行定位，這個過程稱為mapping。序列比對是基岡數(shù)據(jù)分析最基本的手段，對其進行研究具有重要意義。

1 高通量測序概述

1.1 測序分類

大規(guī)模、低成本、快速的高通量測序技術(shù)被廣泛應用于生物研究的各個方面，當前主流的測序分為：1）基因組學的全基因組de novo測序、全基因組重測序、外顯子&目標區(qū)域測序、簡化基因組測序；2）轉(zhuǎn)錄組學的轉(zhuǎn)錄組測序、數(shù)字基因表達譜、小RNAs測序、降解組測序和長鏈非編碼BNA洲序；3）表觀基囚組學的全基因組Bisulfile甲基化測序、RRBS、MeDIP測序等。

1.2 測序數(shù)據(jù)類型

現(xiàn)在比較常見的測序方式有：single -read、paired-end、Mate-pair、color-space。1）Single-read即為單末端測序，在測序前先將DNA樣本進行片段化處理形成200～500 hp的片段，且將引物序列連接到DN段的一端，然后末端加上接頭。這種方法較簡單，但是它只有一端有拼接信息，不利于拼裝；2）Paired-end稱為雙末端測序或配對末端測序，它是指在構(gòu)建待測DNA文庫時，在基因片段的兩端都加上測序引物結(jié)合位點再進行測序。雙末端測序是在片段兩端都加上接頭，在序列拼裝的時候更容易定位片段；3）Male-pair也屬于雙末端測序，與paired-end不同的是它將基因隨機打成特定為2～10 kb的片段，然后經(jīng)末端修復，生物素標記和環(huán)化等實驗步驟后.再把環(huán)化后的片段打斷成400～600 bp的片段并標記測序。因為經(jīng)過了環(huán)化步驟，Mate-pair比paired-end方式測得的序列片段更長，從而可以將基因序列中大量的repeat包含在內(nèi)，減少拼接難度；4）Color-space read是ABI公司的SOLiD測序儀檢測出的read，SOLiD可以同時檢測兩個相鄰的堿基，并利用顏色空間的4種不同的顏色對兩個堿基編碼。對于這種編碼方式，只要知道顏色編碼對應的序列上任何一個位置的堿基類型，就可以將顏色編碼解碼為原來的堿基序列，圖l為顏色編碼過程。

2 序列比對方法

對于百萬條甚至上億條短序列在reference上的定位，傳統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃算法不能滿足我們的要求。為了加快序列比對的速度，應用啟發(fā)式算法是必然趨勢。同前，絕大多數(shù)的啟發(fā)式算法都是通過建立索引加快比對速度。建立索引就是用一個輔助的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲待比對序列，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑿蛄兄蟹弦欢ㄒ?guī)則的子序列凸顯出來。常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有哈希表和后綴樹兩種。

2.1 基于種子的哈希表索引方法

這種方法多用于數(shù)據(jù)庫搜索或read在參考序列上的mapplng，以哈希表形式建立序列的索引，這類算法的代表軟件是SSAHA，基于種子的哈希表方法具體步驟：

第一步，建立哈希表。

DNA序列由A、C、T、G四種脫氧核苷酸組成，長度為k的連續(xù)片段也就是“種子”有4K種可能將4K種子存放在哈希表中，我們用一個公式將所有種子唯一標識，將4個堿基的值f（x）轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)表示，只占用2 Bit的內(nèi)存。

第二步，將數(shù)據(jù)庫中的序列與哈希表關(guān)聯(lián)

設一個含有n條DNA序列的數(shù)據(jù)庫D={S1，S2，…，Sn}，將數(shù)據(jù)庫中的每條序列分解連續(xù)種子w，其長度k=5，從頭開始每次偏移一位直到序列結(jié)束，那么長度為l的序列有（l-k+1）個種子。并將每一個“種子”所在的序列，N（N=l，2，…，n）和在序列中的順序號L （L=1，2，…，l）在對應的哈希表中的“種子”以二維數(shù)組方式記錄下來（N，L）。將S1

第三步，查詢序列Q也分解成長度為k的種子并計算其標識號，在哈希表中找到數(shù)據(jù)庫中與之匹配的所有位置。

為了讓算法更高效，算法在各個方面進行了改進：1）“種子”長度，允許錯配和indel的數(shù)量等因素直接影響比對結(jié)果的準確性、敏感度、時間和空間花費等指標，所以研究者們一直致力于對“種子”形式和選擇的改進中。Blastn、Blat、SOAP、SeqMap、MAQ、SHRiMP使用不同的種子模型，如空位種子、空位種子組（同時使用多個種子模型）等；2）-些軟件如MAQ、RMAP、SeqMap、ZOOM等將reads序列建立索引，而一些軟件將參考序列數(shù)據(jù)庫建立索引；3）設置閾值F將哈希表中出現(xiàn)頻率低于F的“種子”刪去。

2.2 基于前/后綴樹的索引方法

后綴樹是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，AVID、MUMmer、MUMmer等序列比對算法都是基于后綴樹的這個結(jié)構(gòu)，但與兩序列相似性比對時用于尋找最大公共子序列不同，read在參考序列中mapping時，是將read或其子序列在按序排列的所有后綴中一一比對找到匹配位置。算法VCAKE、SSAKE、SHARCGS、BWA-SW應用前綴樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它將序列所有的前綴用樹的結(jié)構(gòu)表示，原理與后綴樹相同。如圖3所示為序列S=GATGAC的前綴樹和前綴DAWG （DirectedAcyclic Word Graph，有向無環(huán)詞圖）。

由于后綴樹結(jié)構(gòu)在比對大型序列時，空間占用比較大，Abouelhoda等改進了Manber和My-ers提出的后綴樹存儲方法，稱為增強后綴數(shù)組來提高空間利用率。Ferragina和Manzini提出的FM （full-text minute-space）-indexc是一種基于BWT （burrows-wheeler transform）的全文本壓縮索引結(jié)構(gòu)，利用BWT矩陣與后綴樹之間的關(guān)系壓縮后綴數(shù)組和索引，減少內(nèi)存占用率。

第一步，BWT矩陣T設序列S以“$”為結(jié)束符號，輪換列出序列S所有的后綴記為數(shù)組M，然后將數(shù)組M的每行按照字母順序排序得到BWT矩陣T；

第二步，矩陣T中第i行在矩陣M中的行號（也是矩陣T第一列字母在序列S中的序號）為數(shù)組S[i]矩陣T中最后一列的結(jié)果為BWrr數(shù)組B[i]。我們可以根據(jù)這兩個數(shù)組將序列S還原，這個算法稱為UNPERMUTE算法；

第三步，創(chuàng)建數(shù)組Oc （A）表示矩陣T中第一列的第一個A在第幾行，Occ（2，G）表示矩陣T的最后一列中第2行的G是此列的第幾個G。以這兩個數(shù)組為索引可以很快找到匹配點；

用這種方法比對的軟件有：Bowite、BWT-SW、BWA-SW。我們知道人類的基因組為3 Gb，那么數(shù)組Occ和S的每個值都要用4 Byte表示，3 Gb就要分別用12 GB內(nèi)存存儲。在Bowtie中應用了FM-index，每隔數(shù)行建立一個索引，使得人類基因組的內(nèi)存占用約為1.3 GB，完全可以在普通機器上運行。

基于這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法都有利于提高比對效率，兩者的區(qū)別在于后綴樹可以有效減少不精確匹配，并可避免比對過程中做的無用功，這個特點適用于相同物種之間相似性高的序列比對和尋找保守區(qū)。而應用哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法具有較高的敏感性，有利于發(fā)現(xiàn)SNPs和突變?？捎糜诰植科ヅ浠驈拇罅繑?shù)據(jù)巾搜索匹配點以及跨物種序列間的比對。

3 序列分析軟件比較

表1中列出民目前常用的第二代測序序列的分析軟件，對軟件分析的序列類型、序列長度、軟件特點、功能以及可輸入、輸出格式等方面進行了詳細析和比較。

選擇合適的軟件要根據(jù)軟件適用的序列類型、長度以及運用的算法、性能特點、輸入/輸出格式等項全而考慮，如表1中列出的常用軟件的各項屬性進行篩選：1）根據(jù)第2列中序列類型，如果是Spliced reads可以選擇QPALMA和TopHat軟件，（color-spaced reads可以選擇BWT -SW、BFAST；2）根據(jù)第4列中read的長度，SSAHA、BLAT用于長序列的比對；SOAP.ZOOM、SeqMap適用于short-reads的mapping；3）按照表中5和6列軟件的特點和功能，如Bowtie、BWT -SW、RMAP、MAQ、QPALMA、SHiRMP等在分析序列對，應用了質(zhì)量分數(shù)，這在很大程度上提高了比對的準確性。用Bowlie和BWA在分析速度內(nèi)存占用方面略優(yōu)于其他軟件：4）第8列為軟件在比對時是否允許錯配，gaps以及indels，這也影響比對結(jié)果。例如，MAQ在比對Illumina paired-end reads時允許gaps這樣可以加大paired-end reads拼接的成功率。BWA、BFAST、SHiRMP、PASS等在進行比對時允許一定或不定數(shù)量的gaps可以提高比對的敏感度，降低假SNP的出現(xiàn)率，有利于發(fā)現(xiàn)真正的突變位點；5）最后，根據(jù)軟件的輸入格式是否符合待比對序列的格式、輸出格式是否又符合下一步分析要求的格式進行軟件選擇。

此外，在分析數(shù)據(jù)的時候?qū)蓚€或多個軟件結(jié)合使用，例如在處理spliced reads時，可以使用Bowtie或BWT建立索引文件，再將索引文件使用TopHat、SoapSplice等軟件進行splice junction檢測。

4 結(jié)論

本文對國內(nèi)外第二代測序技術(shù)以及數(shù)據(jù)的分析算法進行了總結(jié)和分析，對目前流行的序列分析軟件進行詳細歸納和比較并給出了參考建議，有利于從整體上把握測序技術(shù)和序列分析的發(fā)展狀況.為今后序列分析和研究提供參考。

第5篇：基因組學概述范文

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2.3 miRBase數(shù)據(jù)庫 microRNA是近年來發(fā)現(xiàn)的非編碼內(nèi)源性小RNA分子，其功能主要是調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄后水平的表達，是近年來研究的熱點領(lǐng)域。miRBase數(shù)據(jù)庫更新快，包含miRNA序列數(shù)據(jù)、功能注釋、靶基因預測等多各方面，是存儲miRNA信息最主要的公共數(shù)據(jù)庫之一（http：///）。目前，新版本（Ver.21）收錄了223個物種28645個前體miRNA和35 828個成熟miRNA產(chǎn)物，所有數(shù)據(jù)均可以通過web界面檢索，而且通過與TargetScan鏈接，可以查閱miRNA的潛在的靶基因。

2.4 生物分子信號通路數(shù)據(jù)庫 信號通路一詞在高中生物就接觸到，到本科階段的《細胞生物學》課程中得以深入學習。據(jù)調(diào)查，對于本科生而言，他們對信號通路想理解和認識有限，掌握的信號通路都是不完整的。學生在學習時，可借助信號通路數(shù)據(jù)庫檢索的方式，搜索某基因所參與的信號通路，并且可以直觀的看到該基因在整個信號通路中的地位和作用。信號通路數(shù)據(jù)庫目前比較常用的是WikiPathways數(shù)據(jù)庫（http：//）。該數(shù)據(jù)庫集成了主要的基因、蛋白質(zhì)，允許整個研究者更廣泛參與[3]。該數(shù)據(jù)最大的特點是將基因之間的關(guān)系以圖形方式顯示，使學生直觀了解所感興趣的基因是如何參與到信號通路或生化代謝過程的。

3 常用生物信息學軟件及在線分析工具

3.1 DNA序列分析軟件 在生物科學本科教學過程中，很多課程如《生物化學》《分子生物學》《遺傳學》等，都涉及到DNA序列結(jié)構(gòu)、基因突變等知識點，而且學生掌握到的更多都是一種朦朦朧朧，是懂非懂的知識點。因此，在《生物信息學》課堂上，當講到采用生物信息學軟件進行DNA序列分析時，學生產(chǎn)生了濃厚的興趣。DNA序列分析的軟件有很多，如：BioEdit，DNASIS，DNAStar，DNAClub，DNAMan等，相比較可知，就序列分析而言，我們認為DNAStar軟件最常用，且操作簡單，可視化功能強大，是地方本科院校學生的最佳選擇。

DNASTAR是基因組學、結(jié)構(gòu)生物學和分子生物學領(lǐng)域中的一款綜合性序列分析工具軟件，包含可視化和序列編輯（SeqBuilder），序列組裝（SeqMan）、序列比對（MegAlign）、引物設計（PrimerSelect）、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析（Protean）、基因查找（GeneQuest）和序列編輯（EditSeq）7個模塊，可用作DNA和蛋白質(zhì)序列分析、序列重疊群拼接和基因工程管理等方面，目前，該軟件已被90多個國家的制藥，生物技術(shù)，學術(shù)和臨床研究人員使用。

3.2 RNA結(jié)構(gòu)分析軟件 RNA包含tRNA，mRNA，rRNA和sRNA等多種類型，在蛋白質(zhì)生物合成過程中起著非常重要的作用。他們的二級結(jié)構(gòu)或高級結(jié)構(gòu)會影響蛋白質(zhì)合成的效率。因此，對于本科生而言，直觀的了解RNA的二級結(jié)構(gòu)，對于掌握理論知識具有重要意義。RNA結(jié)構(gòu)分析的軟件有如Mfold、RNAdraw和RNAstructure等多個軟件[4-5]。通過比較這些軟件獲得難易度、優(yōu)缺點和使用復雜程度，我們發(fā)現(xiàn)Mfold已完成多次修訂，且實現(xiàn)了網(wǎng)上在線免費試用（http：//unafold.rna.albany.edu/？q=mfold），輸出結(jié)果靈活多樣，結(jié)果直觀，是本科生用于RNA結(jié)構(gòu)分析的最佳選擇。

3.3 序列比對軟件（在線工具） 序列比對也稱序列比較，通過該操作，可以將兩個或多個基因（或蛋白質(zhì)）序列按照一定的規(guī)律排列，使學生直觀的觀察到序列的變異，從而確定序列之間的相似性或同源性。根據(jù)序列多少，可分為雙序列比對和多序列比對。序列比對的軟件或在線工具也有很多，其中多序列比對軟件有Clustal（ClustalX和ClustalW）、GCG、BioEdit、DNAMAN和DNAStar件包中的MegAlign等。在這里，適合本科生教學的軟件我們推薦MegAlign和DNAMAN。而兩序列比最常用的則是BLAST在線工具（http：//ncbi.nlm.nih.gov/blast），它是NCBI開發(fā)的可免費非注冊使用的在線工具，可與NCBI的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫和基因數(shù)據(jù)庫鏈接，也可用于蛋白質(zhì)和基因序列的同源檢索，是本科教學中必須要用到的在線工具。

3.4 系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建軟件 在生物進化過程中，細胞內(nèi)的生物大分子（蛋白質(zhì)、核酸）的一級結(jié)構(gòu)的變化會出現(xiàn)變異（進化），而生物大分子進化速率相對恒定，我們可以根據(jù)生物大分子的序列信息構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，推斷生物進化歷史。系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的軟件有MEGA，PHYLIP，DNAMAN等。在分子進化相關(guān)的科學研究中，最常用的是MEGA（即Molecular Evolutionary Genetics Analysis），該軟件更新快（目前的最新版本為MEGA7.0 http：///），運行速度快，操作簡單，結(jié)果直觀。因此，在本科教學中，我們推薦MEGA軟件作為系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的軟件。

3.5 Expasy工具 ExPASy，即Expert Protein Analysis System，由瑞士生物信息學研究所維護的蛋白組學相關(guān)的在線實用分析平臺，整合了很多蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)資源和分析工具（http：///），涉及蛋白分類、蛋白質(zhì)翻譯、結(jié)構(gòu)預測、相似檢索、序列比對等。該在線工具可免費試用，是本科教學過程中值得推薦的分析工具。但是，該工具包數(shù)據(jù)量大，鑒于本科教學學時的限制，在教學過程中不宜細講，可以引入，讓感興趣的同學自學。

4 結(jié)語

隨著分子生物學和生物信息學的迅猛發(fā)展，生物信息學數(shù)據(jù)庫不斷完善，生物分析軟件越來越多，且各具特色?？紤]到地方本科院校實際情況，我們介紹了以上的生物信息學數(shù)據(jù)庫和分析軟件（在線工具），并簡單總結(jié)了它們適合于地方性高校本科教學的優(yōu)點，給出了合理選擇的參考建議，以期為地方本科院?！渡镄畔W》教學提供參考。

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第6篇：基因組學概述范文

1結(jié)果與分析

1.1BSA與AP-AuNPs的物理吸附結(jié)果電泳檢測蛋白質(zhì)可以通過物理作用吸附在納米顆粒表面。從圖1可以看出，從左至右，隨著BSA濃度的增加，BSA與AP-AuNPs的吸附量也隨之增多。通過與純的AP-AuNPs相比較我們認為，圖中與AP-AuNPs在同一水平位置的條帶為沒有吸附上BSA的AP-AuNPs，圖中微滯后的條帶為吸附上一條BSA的AP-AuNPs。選取吸附1個BSA的樣品進行分析。

1.2蛋白酶K酶切AuNPs-BSA的電泳檢測結(jié)果本文中選取蛋白酶K(proteinaseK,ProK)對吸附在AP-AuNPs表面的BSA進行酶切。與AP-AuN-Ps-BSA相對比，隨著ProK濃度的增加，AP-AuNPs-BSA的遷移率逐漸的增大，但最終還是小于AP-Au-NPs的遷移率，說明吸附結(jié)合在AP-AuNPs表面的BS段隨著ProK濃度的增加而減少，但是還是有部分BSA的片段吸附在AP-AuNPs的表面，沒有受到ProK的酶切(圖2)。

1.3SDS洗脫及吸附在AP-AuNPs表面肽段的PAGE膠鑒定十二烷基硫酸鈉(SDS)是一種陰離子表面活性劑。用10%的SDS對AP-AuNPs-BSA(酶)進行處理。通過2%的瓊脂糖凝膠電泳我們看出，10%的SDS可以將吸附在AP-AuNPs表面的蛋白片段洗脫下來(圖3A)。然后將洗脫后的樣品進行SDS-丙烯酰胺(PAGE)凝膠電泳，來對洗脫下來的蛋白多肽片段進行鑒定。從圖3B中我們可以看出，經(jīng)過SDS洗脫的后的樣品中，在分子量約26kD處，有一條帶出現(xiàn)，經(jīng)與其它的樣品比較，我們認為，該條帶則為吸附在AP-AuNPs表面的BS段。

2討論

本實驗選取BSA與AP-AuNPs通過簡單的物理吸附作用結(jié)合在一起，通過瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果可以看出，BSA可以穩(wěn)定地吸附在AP-AuNPs的表面。在經(jīng)過蛋白酶K酶切的電泳結(jié)果可以推測，BSA穩(wěn)定的吸附在AP-AuNPs的表面是BSA中的一段氨基酸序列吸附在AP-AuNPs的表面所導致的。在經(jīng)過SDS洗脫及SDS-PAGE電泳結(jié)果證明，BSA與AP-AuNPs是通過BSA的一段固定的多肽序列結(jié)合在AP-AuNPs所到導致的。該實驗結(jié)果的發(fā)現(xiàn)，對于功能化的納米顆粒在生物體內(nèi)高效、穩(wěn)定的應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3材料與方法

3.1AP合成AP合成的方法參照文獻(Zhangetal.,2011)。簡要概述：稱取3.084g(15mmol/L)的聚異丁烯馬來酸酐置于500mL的圓底燒瓶中，2.7g(15mmol/L)的十二胺干粉溶于100mL的四氫呋喃后與聚異丁烯馬來酸酐混合，超聲，使得溶液完全澄清。將混合液55~60℃加熱、攪拌1h。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶液濃縮到30~40mL后攪拌、過夜。次日，將溶液完全抽干，加入40mL的氯仿重新溶解。最終得到單元結(jié)構(gòu)濃度(Cmononier)為0.5mol/L的兩性聚合物。

3.2有機相AuNPs的合成合成方法參照文獻(Linetal.,2008)。簡要描述：稱取2.17g四辛基溴化銨溶于80mL的甲苯中。稱取300mg氯金酸溶于25mL的超純水中。將兩者混合至分液漏斗中，輕微震蕩后棄水相，將有機相轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中。稱取334mg硼氫化鈉溶于25mL的超純水中，并迅速的加入到有機相中，攪拌60min后轉(zhuǎn)移到250mL的分液漏斗中，分別加入NaCl、NaOH洗滌3次，棄水相后在轉(zhuǎn)移到250mL的圓底燒瓶中，磁力攪拌，過夜。加入10mL十二烷硫醇，65℃水浴加熱，攪拌3h。分裝在40mL的小瓶中，2000r/min離心5min，收集上清。加入等體積的甲醇，2000r/min離心5min，棄上清，晾干，加入氯仿重新溶解。

3.3AP包裹AuNPs包裹的方法參照文獻(Zhangetal.,2011)。簡要概述：根據(jù)每個AuNP的有效表面積每平方納米含有200個polymer單元結(jié)構(gòu)比例混合。每個AuNP的有效表面積的計算方法為：Aeff=4•仔•(deff•2-1)2，其中的deff為油相納米金顆粒的有效動力學直徑。由于AuNP和polymer的體積小，密度大，使得它們在溶液中分布比較密集。由于氯仿?lián)]發(fā)的太快，在進行真空抽氣時不能夠?qū)olymer均勻的包裹在AuNP表面。在進行包裹時，先加入少量的氯仿有利于將polymer均勻的包裹在AuNP表面，真空抽氣直到將氯仿全部抽干。加入適量的SB12緩沖液進行攪拌，直到混合物完全溶解且澄清。這樣就將油相的AuNP轉(zhuǎn)移至水相中(AP-AuNP)。

3.4BSA與AP-AuNPs的物理吸附實驗取PCR管分別編號1~10，按表1中比例加入AP-AuNPs與BSA混勻，反應體系為30滋L，不足由超純水補齊。室溫下反應30min。

第7篇：基因組學概述范文

關(guān)鍵詞：微流控芯片；基因芯片；芯片實驗室；體育科研

中圖分類號：G804 文獻標識碼：B 文章編號：1007―3612(2006)11―1495―03

1　微流控芯片技術(shù)概述

1．1微流控芯片微型全分析系統(tǒng)又稱為芯片實驗室，是一個跨學科的新領(lǐng)域，是通過分析化學、微機電加工、計算機、電子學、材料科學及生物學、醫(yī)學的交叉實現(xiàn)化學分析系統(tǒng)，從試樣處理到檢測的整體微型化、自動化、集成化與便攜化。微流控分析芯片是微型全分析系統(tǒng)的主要組成部分，是以常規(guī)毛細管電泳原理為基礎(chǔ)，通過微細加工技術(shù)將微管道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件、窗口和連接器等功能元器件像集成電路一樣，使它們集成在芯片材料(基片)上，實現(xiàn)樣品進樣、分離、反應乃至在片檢測的微全分析系統(tǒng)。它以分析化學為基礎(chǔ)，以微機電加工技術(shù)為依托，以微管道網(wǎng)絡微結(jié)構(gòu)為特征，以生命科學為目前主要應用對象。

微流控芯片的早期形式是芯片毛細管電泳。根據(jù)芯片材料的不同可分為硅芯片、玻璃芯片、石英芯片、高聚物芯片和復合材料芯片；根據(jù)功能的不同可分為高分辨分離芯片、微采樣芯片、微檢測芯片、細胞分析芯片、前處理芯片、化學合成芯片、多功能集成化芯片。每一個芯片實驗室都將被賦予一定的功能，因此形成功能芯片系統(tǒng)，大體包括三個部分：一是芯片；二是信號的檢測收集裝置；三是包含有實現(xiàn)芯片功能化方法和材料的試劑盒。所涉及到的部件包括：和進樣及樣品處理有關(guān)的透析、膜、固相萃取、凈化；用于流體控制的微閥(包括主動閥和被動閥)、微泵(包括機械泵和非機械泵)；微混合器、微反應器、微通道和微檢測器等。其制作工藝包括芯片的基體加工及表面加工、鍵合和粘接等。

微流控芯片把整個生化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在微芯片上，且可多次使用。因此具有廣泛的適用性。微芯片分析系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅可使珍貴的生物試樣與試劑消耗大大降低到微升甚至納升級，而且使分析速度成百倍地提高，費用也相應下降，從而為分析測試技術(shù)的普及創(chuàng)造了條件。近年來，微流控芯片技術(shù)在以下幾方面得到了發(fā)展：微流控分析系統(tǒng)從以毛細管電泳分離為核心分析技術(shù)發(fā)展到液－液萃取、過濾、無膜擴散等多種分離手段，具有廣泛的應用前景；微流控分析系統(tǒng)從單道檢測發(fā)展到多重平行檢測；微全分析系統(tǒng)從成分分析工具發(fā)展到包括在線檢測的微型化學反應與合成手段；在新藥物篩選中顯示出強大的生命力；微流控分析系統(tǒng)具有多種檢測手段，如電化學、質(zhì)譜、原子光譜、光聲光譜、化學發(fā)光等。由此可見，微流控芯片在生物化學分析中具有顯著優(yōu)勢，這種生化檢測可以提高分析速度，增加分析效率，減少樣本和試劑的消耗，排除人為干擾，防止污染以及完成自動高效的重復實驗。分析系統(tǒng)的微型化可以使野外實驗室變得很簡單，芯片實驗室的潛在應用范圍包括高效篩選、環(huán)境監(jiān)測、臨床監(jiān)測、空間生物學、現(xiàn)場分析、生物戰(zhàn)爭試劑檢測、高效DNA檢測等。

1．2微流控芯片與基因芯片 20世界90年代初由瑞士的Manz和Widmer提出了以微機電加工技術(shù)(microelectro－mechanical systems，MEMS)為基礎(chǔ)的“微型全分析系統(tǒng)”(micrototal analysis systems，μTAS)。μTAS可以分為芯片式與非芯片式兩大類，其目的是通過化學分析設備的微型化與集成化，最大限度的把分析實驗室的供能轉(zhuǎn)移到便攜式的分析設備中。目前，芯片式是發(fā)展的重點，即最大限度地把分析實驗室的供能集成到方寸大小的芯片上，實現(xiàn)所謂的“芯片實驗室”(lab-on a-chip，IDC)。在芯片式μTAS中，依據(jù)芯片結(jié)構(gòu)及工作原理又可以分為微陣列芯片和微流控芯片。微陣列芯片目前的應用對象是DNA分析，也稱DNA芯片、基因芯片或生物芯片。生物芯片技術(shù)的實施包含三個基本元素：1)生物探針分子的獲得；2)探針分子的表面固定和對樣品的識別；3)識別結(jié)果的檢測和分析。有關(guān)基礎(chǔ)研究始于20世紀80年代末，主要是在生物遺傳學領(lǐng)域發(fā)展起來的。而微流控分析芯片是1990年提出的μTAS主要發(fā)展方向，主要是在分析化學領(lǐng)域發(fā)展起來的。在目前的學術(shù)刊物中，微全分析系統(tǒng)(μTAS)和微流控芯片(microfluidic chip)指的是同一個概念。其目標是把整個化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在可多次使用的微芯片上。因此較微陣列芯片應有更廣泛的適用性及應用前景。

1．3微流控芯片的應用 目前微流控芯片已突破其發(fā)展初期在加工技術(shù)即基本流控技術(shù)上的主要難關(guān)，正在進入一個開展更深入的基礎(chǔ)研究、廣泛擴大應用領(lǐng)域，及深度產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)折時期。這種微型化、集成化的微流控芯片氨基酸和蛋白質(zhì)的分離、免疫分析、DNA分析和測序、生物細胞研究等方面顯示出巨大的潛力。這必將對疾病診斷和治療、新藥開發(fā)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。

1．3．1蛋白質(zhì)分析　微流控芯片的一個重要的應用領(lǐng)域是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的微流控電泳芯片，通過在玻璃片或硅片上設置各種微泵、微閥、微電泳以及微流路，可將生化實驗室的分析功能濃縮固化在蛋白質(zhì)芯片上，然后在電場作用下，樣品中的蛋白質(zhì)通過芯片上的孔道分離開來，經(jīng)噴霧直接進入質(zhì)譜儀中進行檢測，以確定樣品中蛋白質(zhì)的分子量及種類。除了蛋白質(zhì)以外，對更為復雜的糖蛋白的芯片測定也已開始，用電泳技術(shù)結(jié)合蛋白酶和糖苷酶對蛋白質(zhì)的處理，在芯片實驗室進行糖蛋白中糖鏈分析的方法已建立。徐良基等利用微流控芯片技術(shù)制作石英玻璃材料的微流控芯片，在自行研制的紫外可見吸收檢測系統(tǒng)上，實現(xiàn)了芯片上對牛血清蛋白BSA、人免疫球蛋白IgG和人轉(zhuǎn)鐵蛋白TRF及它們的混合溶液的分離檢測，結(jié)果重復性較好。王惠民等依據(jù)電荷和分子量的不同，利用微流控芯片技術(shù)，在2～3 min內(nèi)檢測到38例尿蛋白陽性患者中，溢出性蛋白尿3例、選擇性蛋白尿9例、非選擇性蛋白尿26例，8例健康對照未檢出蛋白峰。

1．3．2免疫分析免疫分析是利用抗原和抗體之間的特異性反應來選擇性識別和測定作為抗體或抗原的待測物。經(jīng)過多年的應用與發(fā)展，免疫分析已經(jīng)成為臨床診斷、生物醫(yī)藥以及環(huán)境化學研究中一種有力的分析手段。降低樣品和試劑的消耗量，提高分析速度是免疫分析的重要目標。在微流控芯片上進行免疫分析是對毛細管電泳免疫分析技術(shù)的重大革新。這種微片裝置是在微型的玻璃片或者硅芯片上采用化學刻蝕等技術(shù)產(chǎn)生一些微小的通道來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的毛細管作為電

泳分析的場所。這種開放式的通道結(jié)構(gòu)使得在很短的分析長度內(nèi)就可以滿足分析需求，可以大大縮短整個分析所需的時間，并可根據(jù)實際需要設計合適的芯片。芯片上可以很容易地刻蝕上很密集的分析通道的陣列，并可高精度地復制生產(chǎn)，大大增加了分析通量。因此，免疫分析在微流體系統(tǒng)中的應用已受到廣泛的關(guān)注。

1．3．3 DNA分析及測序 微流控芯片可用于迅速分離DNA限制性片段PCR產(chǎn)物，比常規(guī)的毛細管電泳分離要快得多。把β珠蛋白的PCR擴增反應縮微集成到硅芯片上，目的基因進行15 min的擴增，然后僅用2 min就可完成PCR產(chǎn)物的分離，整個分析過程不到20 min?；旌蠘悠范郟CR產(chǎn)物電泳芯片分離，可同時分析10個以上PCR反應產(chǎn)物，尤其適用于基因作圖分析，以及遺傳性疾病診斷。在微流控芯片上觀察熒光標記DNA的重復三聯(lián)體序列，分離速度是常規(guī)毛細管電泳的十幾倍。此外，常規(guī)DNA測序需要制備微升級的樣品，試劑消耗量大。將納升級的樣品制備系統(tǒng)縮微到芯片上進行測序，可在分離前除去多余的引物、鹽分、核苷酸等，所用測序體積是Sanger雙脫氧鏈終止法的1／300，測序成本明顯降低，而且可進行固相測序。將微流控芯片四色標記法用于DNA測序，可在540 s分離150個堿基，準確率在97％以上。用高分子材料制作的微流控－微陣列芯片，可以用于核酸雜交并對其進行實時檢測。而且微流控－微陣列體系還可以檢測雜交反應的動力學特性。

1．3．4細胞培養(yǎng)與檢測單細胞分析對重大疾病的早期診斷、治療和藥物篩選以及細胞生理、病理過程的研究有重要意義。微流控分析芯片的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和微米級的通道尺寸使簡化單細胞分析成為可能。微流控芯片系統(tǒng)用于細胞分析是近年來該技術(shù)發(fā)展的一個熱點，已引起較廣泛的關(guān)注。利用微全分析系統(tǒng)高度微型化、集成化和設計靈活等特點，通過巧妙設計和精密加工能夠?qū)崿F(xiàn)細胞的培養(yǎng)、凋亡及檢測等功能，如細胞操作，綠色熒光蛋白的表達，基因轉(zhuǎn)染，細胞活性測試，細胞分離，細胞內(nèi)鈣離子的測量，激素分泌監(jiān)測以及高通量的細胞含量分析等。目前，微流控：片系統(tǒng)已被應用在血液流變學、單細胞操縱與計數(shù)以及單細胞胞內(nèi)組分分析等多方面。在微流控芯片通道中，人們利用氣壓、液壓和電壓，或利用介電電泳、光學陷阱、行波介電電泳以及磁場等技術(shù)，可以操縱細胞通過或駐留在通道內(nèi)的任意位置，從而使單細胞計數(shù)、篩選以及胞內(nèi)組分分析等操作大大簡化。

1．3．5藥物篩選　藥物篩選是現(xiàn)階段新藥開發(fā)的主要途徑。高通量藥物篩選是近10年來發(fā)展起來的藥物篩選的新的技術(shù)體系。微流控芯片實驗室實現(xiàn)藥物篩選的基本原理是以酶標為例，即令酶和一種熒光標記的底物反應，使之產(chǎn)生一種熒光產(chǎn)物，用芯片電泳將這一熒光產(chǎn)物和熒光底物或其他熒光本底分離開來。這種方法已經(jīng)用于蛋白激酶．磷酸酶、蛋白酶、細胞色素和磷酸單脂酶等，芯片上的分離只需幾秒，通常變異系數(shù)小于10％。用于藥物篩選微流控芯片裝置有兩大類，一類是一次性使用芯片，它采用類似于噴墨打印機的微散射法，把樣品和試劑注入芯片的一組通道；另一種以連續(xù)流法為基礎(chǔ)，它將樣品的注射過程、混合過程和功能實現(xiàn)過程在芯片上集成于一體。

微流控裝置的用途廣泛，但目前流行的微流控裝置最大的不足之處是它們需要大量輔助的外部設備，體積龐大且成本很高，這就極大地限制了它的應用。克服這些困難的一個途徑就是將所需試劑裝配并存儲于微流控體系內(nèi)部，真正實現(xiàn)“l(fā)ab-on-a-chip”。有學者預計，最晚到2008年，以微流控芯片為核心的微分析系統(tǒng)將取代當前化學分析實驗室的很多設備，使化學分析進入病房、生產(chǎn)現(xiàn)場甚至家庭。在此基礎(chǔ)上再經(jīng)過三五年，能監(jiān)測自身生化指標及基因變異、食品衛(wèi)生及環(huán)境狀況的便攜式“個人化實驗室”將可能成為現(xiàn)實。

2　微流控芯片技術(shù)與體育科技研究

中國自1984年重返奧運大家庭以來，在奧運會上取得了喜人的成績。這些成績的取得與科研人員參與到運動隊中開展科研攻關(guān)與科技服務，大大提升科學化訓練的水平密切相關(guān)。在總結(jié)了以往開展科研攻關(guān)與科技服務經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對運動員在訓練比賽中遇到具有共性和基礎(chǔ)性的問題，在新的一個備戰(zhàn)奧運會周期中，提出了10個領(lǐng)域的科研工作，即運動員科學選材、運動訓練科學化理論與方法的研究與應用、優(yōu)秀運動員訓練監(jiān)控和機能評定的研究與應用、運動員體能恢復與營養(yǎng)補充的研究及應用、運動員心理咨詢和心理訓練理論與方法的研究及應用、運動創(chuàng)傷與醫(yī)務監(jiān)督的研究與應用、中醫(yī)藥防治運動性疲勞及傷病的研究與應用、反興奮劑的研究與應用、體育信息與服務的研究與應用、競技體育綜合管理及戰(zhàn)略研究。其中，在運動人體科學領(lǐng)域涉及的主要的熱點問題有，運動損傷的防治、運動性低血睪酮、運動性低血色素(運動性貧血)、運動性免疫機能低下等的發(fā)生機理的研究，以及興奮劑檢測方法的研究，等等。

隨著教練員、運動員文化素質(zhì)的提高和運動訓練基地科研條件的改善，借助科技手段輔助訓練日益被教練員、運動員所接受，甚至有些教練員已經(jīng)開始嘗試根據(jù)科研人員的科學檢測報告制訂訓練計劃。事實上，對訓練進行科學監(jiān)控已成為當今運動訓練(科學)的重要組成部分。目前，常用輔助教練員開展訓練、評價運動員體能的指標有，血睪酮、皮質(zhì)醇、血乳酸、血紅蛋白、紅細胞谷胱甘肽和活性氧、血清肌酸激酶、血尿素、IgN、IgA、IgG等，其中，監(jiān)測血睪酮、皮質(zhì)醇、紅細胞谷胱甘肽和活性氧等通常須要采集受試者的靜脈血，用分離出的血清與紅細胞才能完成監(jiān)測。然而，運動員和教練員往往不愿接受靜脈取血，因此，研發(fā)微創(chuàng)、微量(采集末梢血)、快速的分析方法檢測生化指標，現(xiàn)場化、及時性地評價運動員體能具有重要的意義，相關(guān)方法的研究亟待解決。

根據(jù)微流控芯片實驗室所需樣品微量，更具高通量、高效率、短時間等優(yōu)勢，中國科學院林秉承等與我們合作，利用微流控芯片技術(shù)進行了血睪酮和皮質(zhì)醇聯(lián)合檢測芯片，血睪酮、皮質(zhì)醇聯(lián)合檢測芯片分析儀的研發(fā)，目前該工作已完成標準品的檢測。如果能夠充分發(fā)揮微流控芯片技術(shù)的優(yōu)勢，研發(fā)出不需要用常規(guī)的靜脈取血分離血清檢測的方法，而是以末梢微量全血為直接的檢測樣品的芯片檢測系統(tǒng)，建立通過微量的末梢血就可以快速、準確地完成多項指標的同時檢測的運動員體能監(jiān)控的微創(chuàng)檢測方法，那么這將是一個“質(zhì)”的飛躍。這個飛躍不僅僅會體現(xiàn)在檢測方法上，也一定會體現(xiàn)在提高運動員體能上。如果能將這種技術(shù)推廣應用，必將受到體育科技人員、乃至運動員和教練員的普遍歡迎，具有廣闊的市場前景。

另外，利用微流控芯片電泳同時檢測細胞活性氧類和谷胱甘肽的技術(shù)、單分子光學檢測技術(shù)、基于毛細管及芯片電泳的分子相互相互作用的研究技術(shù)和基因診斷技術(shù)引等皆有可能作為研究方法，應用到體育科研中。

第8篇：基因組學概述范文

關(guān)鍵詞：土壤微生物；環(huán)境脅迫；響應機制；農(nóng)業(yè)發(fā)展；土壤肥力；農(nóng)作物；種植產(chǎn)量 文獻標識碼：A

中圖分類號：S154 文章編號：1009-2374（2017）11-0145-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.074

1 概述

地球表面最表層覆蓋的是土壤，土壤不僅是自然資源中最與人接近的資源，還是分布量最大的資源，幾乎在地表上到處都有土壤，可以說土壤與人類的生產(chǎn)生活緊密相連。同時，土壤作為大自然賦予的保護層，對維護自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義，對此必須重視對土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的養(yǎng)護，加強對破壞土壤營養(yǎng)成分的因素進行分析，以便提高土壤在環(huán)境中的抵抗力。眾所周知，土壤生態(tài)系統(tǒng)自成一個完整的循環(huán)體，在土壤中生存了大量具有多樣性特點的生物群落，正因為這些生物具備多樣性特點，且含有對土壤起到積極影響的營養(yǎng)元素，才能維持土壤生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的平衡，并且部分微生物是參與地球化學循環(huán)必要物質(zhì)，對植物生長、氣候調(diào)節(jié)等陸地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能起到不可替代作用。因此，探索微生物群落對環(huán)境的脅迫所引起的環(huán)境變化做出的響應，根據(jù)微生物響應機制做出調(diào)整，提高土壤自身生態(tài)功能的穩(wěn)定性是十分必要的。

2 土壤微生物與環(huán)境脅迫之間的聯(lián)系

環(huán)境脅迫是指在自然界中，環(huán)境對其范圍內(nèi)存在的生物產(chǎn)生了一定程度的威脅和制約，破壞了生物的自然生長和存在，這種脅迫主要是受到外來因素的干擾，例如受到天災冰凍、洪澇、鹽堿等或者受到人為的干擾如傾倒垃圾、碾壓等。土壤作為自然環(huán)境中四處存在的物質(zhì)，其受到環(huán)境的影響作用十分V泛，并且長期以來，由于人類工業(yè)化發(fā)展和城市化的變革，給土壤生態(tài)環(huán)境造成了難以想象的破壞。

在環(huán)境給土壤造成的破壞之中，突出的土壤污染表現(xiàn)為土壤重金屬沉積，大量重金屬經(jīng)過日積月累，會導致土壤的生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，造成土壤中微生物群落活性降低，使微生物生長逐漸朝向單一化演變，最終導致土壤的機能下降。已知關(guān)于土壤微生物對環(huán)境脅迫的響應機制研究中，人們多數(shù)是將重金屬污染作為研究生物和環(huán)境脅迫的切入點。目前，科研人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重金屬在土壤中的沉積，會對土壤內(nèi)部微生物群落多樣性以及土壤生態(tài)穩(wěn)定性等多方面造成影響，從這個角度切入進行實驗，可以獲得多項研究結(jié)果，有利于科研對比實驗的展開。

3 土壤微生物多樣性及土壤生態(tài)穩(wěn)定性研究方法分析

3.1 土壤微生物多樣性研究

土壤微生物群落因為自身的物質(zhì)特點具備多樣性的性質(zhì)，正是由于微生物群落的多樣性，為土壤提供了充分的營養(yǎng)，能夠維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡。而要想探究土壤微生物對環(huán)境脅迫的影響機制，首先就要了解土壤微生物多樣性，對土壤微生物多樣性的掌握有利于提高人們認識微生物的生態(tài)功能。測量土壤微生物群落多樣性主要利用培養(yǎng)方式進行實驗，傳統(tǒng)的測量方法有底物利用分析法、分離培養(yǎng)分析法，也有依靠新技術(shù)產(chǎn)生的新興研究方法，比如說高通量同高分辨率結(jié)合的宏基因組學分析法。在研究過程中，根據(jù)所具備的實驗條件選擇恰當?shù)膶嶒灧椒?，對土壤微生物群落多樣性進行分析和記錄，在反復比對實驗數(shù)據(jù)后得出土壤微生物群落多樣性特征。目前，實驗研究人員會根據(jù)微生物群落多樣性的差異做出區(qū)分，多以微生物群落α多樣性、β多樣性和γ多樣性為研究內(nèi)容。

3.2 土壤生態(tài)穩(wěn)定性研究

實際上，土壤生態(tài)穩(wěn)定性決定了土壤在遇到環(huán)境脅迫時的響應機制反應度，土壤生態(tài)穩(wěn)定性是指生態(tài)系統(tǒng)在面臨外部環(huán)境發(fā)生變化，對土壤的各個方面的性能和生態(tài)性造成影響時，可以利用自身功能與性能抵抗外部侵襲的影響，使得土壤生態(tài)系統(tǒng)能夠保持原有的狀態(tài)。土壤生態(tài)穩(wěn)定性包括了許多方面，但是起到絕大部分作用的有兩個，即土壤抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性。這兩個功能是土壤本身含有的，不同的是不同的土壤因為具有的微生物群落不同，會體現(xiàn)出不同程度的差異。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，土壤中的微生物群落如果功能性顯示出多樣化，并且微生物群落的數(shù)量越多，土壤自身的抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性就越大，所以在研究土壤生態(tài)穩(wěn)定性的實驗中，研究人員主要討論的就是這兩個功能指標。

4 土壤微生物對環(huán)境脅迫響應機制的分析

4.1 土壤微生物群落功能冗余情況

功能冗余一般指具備多項功能的事物會存在生態(tài)功能重疊情況，對于土壤微生物群落而言，微生物具有多樣性的特征，不同的微生物群落都會存在一些生態(tài)功能，這些功能本質(zhì)上所起到的作用都是一致的。有實驗證明，土壤微生物群落中的某些生態(tài)功能被剔除后，這些微生物群落的生態(tài)系統(tǒng)功能并沒有發(fā)生太大改變，仍然可以維持原有的生態(tài)體系。也就是說，一旦土壤面對環(huán)境脅迫，微生物群落會選擇脫離出一些個體，來應對環(huán)境變化造成的惡果，剩余微生物群落可能會減少微生物種類，使功能結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但是這些改變還不足以支持整體土壤微生物群落的正常功能。眾多數(shù)據(jù)顯示出，土壤具備功能的穩(wěn)定性，很大程度上與土壤微生物群落的功能冗余存在聯(lián)系，正是因為這些功能冗余的原因，會始終保持土壤在自然環(huán)境的變化中呈現(xiàn)出平衡性，所以研究功能冗余的物種發(fā)揮重要作用可以很好的解釋生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的潛在機理，對研究土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡起到了重要的影響作用。自然微生物群落多樣性與功能之間的聯(lián)系始終都沒有得到詳細的認知，科學家們對微生物群落的研究體現(xiàn)在多方面，其中非常明確地表示出微生物群落的功能冗余對各種研究都有影響。

4.2 土壤微生物對重金屬污染的抵抗性能

當前，社會環(huán)境問題嚴重，給土壤的生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重威脅，除了人為的治理以外，土壤微生物群落在應對土壤環(huán)境惡劣情況中發(fā)揮了巨大作用。在研究土壤微生物群落對環(huán)境脅迫的響應機制過程中，人們著重關(guān)注了微生物群落對土壤中因重金屬帶來的環(huán)境變化進行抵抗并自我恢復的研究，經(jīng)過多項實驗觀察，確定了微生物群落在面對重金屬物質(zhì)的脅迫時能夠及時激發(fā)響應機制，助力土壤保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡。當土壤微生物群落感受到重金屬的威脅時，一般會采取自動應對機制，形成相應的能力。其一，當重金屬物質(zhì)入侵土壤后，土壤中的微生物群落會改變性質(zhì)，由耐受型微生物群落逐漸取代敏感型；其二，當遇到重金屬量過大時，土壤中的微生物群落會發(fā)生對這些重金屬的水平轉(zhuǎn)移，會逐漸在群落內(nèi)部生成抗性基因，對抗重金屬；其三，有可能在遇到重金屬入侵時，土壤微生物群落發(fā)生物種遺傳變異，從初始微生物群落開始逐漸產(chǎn)生的新的群落會具備這些抗金屬性能。在對抗重金屬入侵過程中，土壤中用以對抗重金屬的微生物群落還是會受到影響，時間越長，這些對抗重金屬的微生物群落對抗性能和恢復性能降低越快，在面對環(huán)境脅迫時，土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性更多還是依靠耐受型微生物群落和抗性基因轉(zhuǎn)移（水平轉(zhuǎn)移）。

4.3 環(huán)境脅迫下土壤微生物的其他機制

環(huán)境脅迫一旦發(fā)生，會引起原核生物與真核生物細胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)錯誤折疊與聚合。當環(huán)境脅迫為熱脅迫，此時土壤微生物群落中的細菌會發(fā)生蛋白質(zhì)變性與聚合，溫度超過一定的限定值后會在原有細菌內(nèi)部的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上誘變?yōu)闊峒さ鞍祝鋬?nèi)部含有分子伴侶，作用于細胞蛋白質(zhì)，能夠防止出現(xiàn)聚合或者降低蛋白質(zhì)錯誤折疊，并且在熱激蛋白中存在一種非蛋白酶，這種酶的作用是降解不可逆損壞的多肽。

5 結(jié)語

總之，當土壤遭遇環(huán)境脅迫時，土壤微生物群落會依靠自身的生態(tài)功能引發(fā)響應機制，應對已經(jīng)發(fā)生的環(huán)境脅迫。但是單靠土壤微生物自發(fā)性的響應機制仍然不夠，隨著社會環(huán)保觀念的加強，要持續(xù)加大投入研究土壤微生物對環(huán)境發(fā)生脅迫時響應機制的內(nèi)容。就我國當前的實際情況而言，更要注重對土壤中的重金屬抗性基因轉(zhuǎn)移（水平轉(zhuǎn)移）做深入研究，找出科學方法提高土壤微生物群落的生態(tài)活性，加強土壤微生物群落對重金屬的抗性，以便提高土壤肥力，為恢復土壤生產(chǎn)力奠定堅實基礎(chǔ)。

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第9篇：基因組學概述范文

關(guān)鍵詞大豆；鹽堿；耐鹽機制

中圖分類號 S529 文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2011）08-0011-03

ResearchAdvancesonSaltToleranceIdentificationofSoybean

LI Zhao-nan 1，2SUN Shi 2 *

（1 The College of Plant Sciences，Jilin University，Changchun Jilin 130062； 2 Institute of Crop Sciences，The Chinese Academy of Agricultural Sciences）

AbstractSoybean is moderate salt tolerance，saline conditions impose negative impacts on soybean growth，agronomy traits and seed quality，thus reduce the yield.This article reviewed the advances in salt tolerance identification of soybean from four aspects：the impact of salinity on soybean，soybean salt tolerance mechanisms，the identification methods of soybean salt tolerance and the screening of excellent salt tolerance germplasm.

Key wordssoybean；salinity；salt tolerance mechanism

大豆是我國重要的農(nóng)作物，雖然位于水稻、小麥、玉米之后，但是其40%左右的蛋白質(zhì)含量使其成為人類食物和畜禽飼料植物蛋白的主要來源；富含不飽和脂肪酸的大豆油是優(yōu)質(zhì)食用油[1]；大豆還含有多種有益于健康的生物活性物質(zhì)，如大豆異黃酮、大豆皂苷、VE、低聚糖等[2]。然而我國大豆產(chǎn)量較低，無法滿足人們對大豆日益增長的需求[3]，其重要原因之一就是我國土壤鹽漬化程度較重[1]。目前我國鹽堿地達4 000萬hm2，且呈逐年增加趨勢[4]，由此造成耕地面積不斷減少，開發(fā)利用鹽堿地，提高鹽堿耕地的大豆產(chǎn)量對于提高我國大豆產(chǎn)量具有重要意義。大豆屬中度耐鹽作物，國內(nèi)外對大豆耐鹽研究已有一些報道，為促進大豆耐鹽研究，發(fā)展鹽堿地大豆生產(chǎn)，該文從鹽堿對大豆的影響、大豆耐鹽機理、耐鹽鑒定的方法及優(yōu)異耐鹽種質(zhì)篩選4個方面進行綜述。

1鹽對大豆的影響

1.1鹽對大豆種子萌發(fā)的影響

大豆由種子發(fā)育成苗，要經(jīng)過吸水膨脹萌發(fā)、胚根生長、側(cè)根生長。在這一生長過程中的不同發(fā)育階段，鹽對大豆萌發(fā)的影響有所不同。邵桂花等[5]研究表明，種子吸水膨脹率幾乎不受鹽濃度的影響，而在萌發(fā)階段，胚根生長、側(cè)根的生長對鹽很敏感，隨著鹽濃度的增加，其抑制作用逐漸增強。在發(fā)芽時間及發(fā)芽率2個方面，鹽害對鹽敏感品種的影響較耐鹽品種更加顯著[6]。在低鹽含量條件下（0.05%~0.10% NaCl）大豆種子萌發(fā)延緩，而高濃度的鹽則導致發(fā)芽率整體下降[7]。種子的萌發(fā)率及活力均隨鹽濃度的增加而下降，活力下降程度比萌發(fā)率下降程度大，說明鹽對種子活力的危害大于萌發(fā)率。Abel等[7]用6個大豆品種、6種鹽濃度進行試驗，其結(jié)果表明，鹽分降低了所有品種的發(fā)芽率和出苗率。

1.2鹽對大豆植株性狀的影響

Abel等[7]研究表明，在電導率為6.5 dS/m含鹽量下，大豆株高及葉片大小在生育中期約為對照的90%，含鹽量提高后，株高降低較葉片大小更為明顯。Parker等[8]指出，氯的毒害引起植株葉片枯萎，在營養(yǎng)生長和開花早期受害植株的下部葉片可能脫落，鹽害癥狀逐漸加重，直至全部葉片死亡；經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)，增加氯的施用量后，大豆品種Bragg葉片枯萎癥狀也增加，地上部及根部生長顯著下降。常汝鎮(zhèn)等[9]研究發(fā)現(xiàn)，無論大豆品種耐鹽與否，在鹽脅迫條件下，都表現(xiàn)株高降低，主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)減少。羅慶云等[10]研究顯示，鹽脅迫使植株發(fā)育遲緩，莖節(jié)數(shù)減少，但是其脅迫程度因大豆品種耐鹽性不同而存在差異。在高濃度鹽脅迫下，耐鹽性強的品種的植株莖節(jié)數(shù)所受的脅迫程度較大，而耐鹽性相對較弱的品種的植株莖節(jié)數(shù)所受脅迫程度較小。鹽脅迫對大豆的分枝數(shù)影響較大，與對照相比，敏鹽品種分枝數(shù)下降了51.3%，耐鹽品種下降19.6%[11]。鹽脅迫對根長的影響相對較小，不同鹽脅迫強度下植株最大根長的差異不及株高明顯。劉玉杰等[12]用NaCl溶液處理二心一葉期的大豆幼苗，2周后測定結(jié)果表明，大豆品種的根系活力隨著濃度的升高而減小。

1.3鹽對大豆產(chǎn)量的影響

鹽導致大豆籽粒產(chǎn)量下降，產(chǎn)量的降低幅度與鹽的種類、濃度以及品種耐鹽能力有密切關(guān)系。Abel等[7]的研究指出，加鹽導致產(chǎn)量和百粒重分別下降30%和23%。邵桂花等[11]研究鹽土地對大豆產(chǎn)量的影響，經(jīng)進行多次產(chǎn)量測量，發(fā)現(xiàn)鹽造成大豆減產(chǎn)的趨勢是一致的。在山東省昌邑研究發(fā)現(xiàn)，用14～15 dS/m的咸水處理材料平均產(chǎn)量下降52.5%，用18～20 dS/m的咸水處理材料平均產(chǎn)量下降61.0%；在山東禹城研究發(fā)現(xiàn)，錦豆33在鹽地的種植產(chǎn)量減少51.9%。從大豆的產(chǎn)量構(gòu)成因素來分析，單株莢數(shù)和百粒重受鹽害的影響較大，其中敏感的品種和耐鹽品種的百粒重分別下降了31.4%和24.5%[11]。

1.4鹽對大豆籽粒品質(zhì)的影響

常汝鎮(zhèn)等[9]與萬超文等[13]的研究均顯示在低鹽濃度下大豆籽粒的蛋白質(zhì)含量顯著下降，且鹽敏感品種的下降幅度更大，而在低鹽處理對脂肪含量的影響研究表明，兩者的研究結(jié)果不同。在高鹽處理下，蛋白質(zhì)含量提高顯著，脂肪含量顯著降低。在低鹽濃度下棕櫚酸、亞油酸含量降低，油酸、硬脂酸、亞麻酸相對含量及脂肪酸不飽和指數(shù)提高。高鹽濃度下油酸含量提高，其他脂肪酸含量降低，耐鹽品種的油酸、亞油酸變化與敏感品種相反。相同鹽濃度對不同耐鹽類型品種作用效應不同，耐鹽品種的蛋白質(zhì)、亞油酸、亞麻酸含量及脂肪酸不飽和指數(shù)高于鹽敏感品種，其品質(zhì)也優(yōu)于鹽敏感品種[13]。

2大豆耐鹽機理

2.1離子運輸

2.1.1有害離子的排拒。Na+的凈吸收值等于Na+的總吸收和總排出的平衡量。當外界有大量的Na+存在時，Na+的電化學梯度會促進Na+進入細胞內(nèi)。因此，在鹽脅迫的環(huán)境條件下，Na+吸收是一種被動作用，然而Na+排出則是一種主動作用[14-15]。目前，學者尚未確定Na+吸收的分子途徑。電子生理研究結(jié)果顯示，部分的Na+吸收過程是透過Ca2+敏感、電壓不依賴、環(huán)核苷酸抑制和低選擇性的單價離子通道進行的[16-20]。

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邵桂花等[21]利用篩選出的耐鹽品種和鹽敏感品種配制了一系列正反雜交組合，進行耐鹽性遺傳分析，結(jié)果表明大豆耐鹽主要受一對核基因控制，耐鹽屬顯性，鹽敏感為隱性；由于大豆植株排斥為顯性，積累Cl-為隱性，因而認為Cl-是造成大豆鹽害的主要離子。目前，擬南芥的SOS1是唯一被定位于細胞膜上與耐鹽性有關(guān)的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白[22]。在低濃度鹽脅迫下，SOS1通過將Na+運至木質(zhì)部來運輸?shù)降厣喜浚驨a+被運至葉片的液泡中貯藏來減輕毒害。在高濃度鹽脅迫下，SOS1會抑制Na+在木質(zhì)部汁液的運送，并通過促進根尖排出Na+[23]。

2.1.2有害離子的區(qū)域化。除了直接排拒外，把已進入細胞內(nèi)的有害離子區(qū)域化，減輕其對敏感代謝系統(tǒng)的損害，是另一種有效的耐鹽機理。有害離子的區(qū)域化有不同的層次，包括以植物器官/組織為劃分或在植物單一細胞內(nèi)分區(qū)貯存。部分鹽生植物的葉片有特殊的排鹽結(jié)構(gòu)，包括鹽腺和鹽囊，能有效地把已進入體內(nèi)的有害離子排走。Zhou等[24]發(fā)現(xiàn)野生大豆的腺毛是具有泌鹽功能的鹽腺。另一類器官水平的離子區(qū)域化，是通過協(xié)調(diào)木質(zhì)部Na+的運輸和韌皮部對其過量回收，把Na+貯藏于根部或老葉，以保護新葉和生長點。對大豆的研究顯示，木質(zhì)部薄壁細胞會分化為轉(zhuǎn)運細胞，與導管小孔緊密結(jié)合。此外，鹽脅迫還可誘導未分化的大豆木質(zhì)部薄壁細胞向內(nèi)生長[25]。

2.1.3離子運輸?shù)哪芰肯到y(tǒng)。液泡膜上的離子運輸比較活躍，其中一部分是耗能的主動運輸過程，能量來源主要靠H+泵。例如V型H+-ATPase和液泡膜焦磷酸酶可將H+泵入液泡，以便Na+/ H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白運作[26-28]。

2.2活性氧化物的清除

鹽脅迫能影響細胞內(nèi)活性氧化物的清除系統(tǒng)，從而引起氧化物脅迫。陳一舞等[29-30]研究發(fā)現(xiàn)SOD活性在細胞溶質(zhì)中最高，而線粒體、葉綠體較少，而鹽脅迫在降低SOD酶活性的同時，使細胞器的SOD酶譜類型也發(fā)生變化。除此確認的ROS清除系統(tǒng)外，其他能進行REDOX反應的酶亦有可能發(fā)揮清除ROS的作用。Rodrigues等[31]研究發(fā)現(xiàn)GmTP55轉(zhuǎn)基因擬南芥同煙草在干旱、鹽及活性氧化脅迫下都表現(xiàn)出明顯的耐逆性。

2.3滲透調(diào)節(jié)

滲透調(diào)節(jié)是大豆耐鹽的最常見方式，是指在一定的脅迫范圍內(nèi)，大豆通過細胞內(nèi)積累對原生質(zhì)無傷害的物質(zhì)來調(diào)解細胞滲透勢，從而達到抗?jié)B透脅迫作用的耐鹽方式。滲透調(diào)解物質(zhì)的特征是分子量小、極易溶于水、在生理pH值的范圍內(nèi)不帶凈電荷、能為細胞膜所保持、很少引起酶結(jié)構(gòu)的變化；它們的生成必須是迅速的，而且要積累到足夠引起滲透調(diào)節(jié)作用的量。

3 大豆耐鹽性鑒定方法

在鹽脅迫下，大豆形態(tài)、農(nóng)藝性狀與生理生化性狀都將受到影響。因此，在評價大豆的耐鹽性時，選用形態(tài)指標還是生理生化指標，選用單一指標還是綜合指標，是大豆耐鹽研究工作者關(guān)注的重點問題。經(jīng)過多年的研究，目前主要有以下幾種評價方法。

3.1室內(nèi)鑒定法

目前，對大豆進行室內(nèi)耐鹽性鑒定的方法有很多，根據(jù)鑒定介質(zhì)劃分，可以分為沙培法[32]、培養(yǎng)皿萌發(fā)期鑒定法[5]、營養(yǎng)液篩選法[33]、培養(yǎng)基法[34]等。根據(jù)鑒定指標劃分，包括鹽害指數(shù)指標法[35]、耐鹽系數(shù)法[36]和綜合指標鑒定法[37]等。室內(nèi)鑒定耐鹽性具有時間短、容量大、重復性強、環(huán)境影響小等優(yōu)點。

3.2田間鑒定法

室內(nèi)的耐鹽性鑒定結(jié)果可以作為大豆耐鹽性強弱的參考指標，但是要想把篩選出的耐鹽品種應用于實際生產(chǎn)，還必須在田間進行鑒定，因為田間試驗過程更接近于大田生產(chǎn)實際，其鑒定結(jié)果更有實際應用價值。邵桂花[38]利用抽提地下咸水，配以淡水，人為造成短期鹽害，進行大田耐鹽篩選研究來評定品種耐鹽級別。通過試驗建立了一套大豆種質(zhì)資源耐鹽性田間鑒定方法，確定了鑒定時期、處理濃度、調(diào)查標準以及評價耐鹽等級的方法。但大田鑒定受到氣候因素影響較大，若將田間鑒定和室內(nèi)鑒定結(jié)合起來效果會更好。

4耐鹽種質(zhì)的篩選

大豆種質(zhì)耐鹽能力高低不一，且各生育階段對鹽害的反應也不同，耐鹽性之間沒有明顯的相關(guān)性。為了充分利用自然界可得的豐富遺傳資源，前人對大豆種質(zhì)進行耐鹽性篩選，篩選出的耐鹽種質(zhì)類型有芽期耐鹽、苗期耐鹽、全生育期耐鹽。

李星華等[39]對山東省747、759份大豆品種分別進行芽期和苗期耐鹽性鑒定，芽期耐鹽的品種有141個，苗期耐鹽品種90個，芽期和苗期均耐鹽的有25個，其中魯豆2號、魯豆5號、文豐7號等品種的綜合農(nóng)藝性狀也較為優(yōu)良。馬淑時等[35]對來源于吉林省和內(nèi)蒙古的1 020份大豆品種進行耐鹽性鑒定，經(jīng)重復鑒定，篩選出芽期和苗期均耐鹽的大豆品種42份，高耐鹽大豆品種11份，其中2份育成品種為吉林23和吉林31。邵桂花等[40]在鹽堿地上通過海水與淡水混合灌溉，篩選了1 716份大豆種質(zhì)，其中1 556份種質(zhì)來源于我國21個省份，160份種質(zhì)則來源于其他國家，品種的耐鹽性出現(xiàn)顯著差異且各生長階段表現(xiàn)相同。篩選出7個全生育期耐鹽品種：文豐7號、文豐4號、濟陽大黑豆、錦豆33、錦6606-24、丹豆2號、鐵豐8號。隨后，我國在1986―1990年對10 128份大豆種質(zhì)進行大規(guī)模耐鹽性評估。其中，9.1%的品種表現(xiàn)出芽期耐鹽性，4.5%的品種表現(xiàn)苗期耐鹽性，而2.8%的品種表現(xiàn)芽期與苗期均耐鹽，83份種質(zhì)表現(xiàn)耐鹽性1級[11]。

鑒定大豆品種的耐鹽性，要鑒定各主要生育階段的耐鹽機制，方能全面評價品種的耐鹽性，而在生產(chǎn)上實際存在的首要問題是種子在鹽堿地表層土壤中能否發(fā)芽出土，幼苗能否正常存活。同時苗期也是鹽堿傷害最敏感的時期，而后隨著生育階段增進，鹽害有減輕的趨勢[40]。并且其后各生育階段可通過采取有效的田間管理措施加以緩解。因此，篩選和選育耐鹽大豆品種，側(cè)重芽期及苗期的耐鹽性是切實可行的。

5結(jié)語

我國的大豆種質(zhì)資源十分豐富，經(jīng)過多年的鑒定，已篩選出一批具有較高耐鹽能力的品種。利用這些耐鹽品種，一方面，可以加快開展大豆耐鹽機制的解析，進行耐鹽基因克隆、基因表達調(diào)控、脅迫信號的傳導以及耐鹽蛋白的功能鑒定和結(jié)構(gòu)方面的研究；另一方面，可以把這些耐鹽品種作為中間材料或耐鹽基因的直接供體，借助常規(guī)育種和分子育種手段，將耐鹽基因轉(zhuǎn)入到有應用前景的鹽敏感品種中，育成綜合性狀優(yōu)良、產(chǎn)量較高的品種，這對于大豆生產(chǎn)具有重要意義。

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