發布時間：2020-09-11所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：小麥是一種在世界各地廣泛種植的禾本科植物，作為重要的糧食作物之一，且為了提高小麥的產量，對小麥基因組進行研究是必不可少的。在簡述小麥基因組研究進展的基礎上，綜述了小麥基因組分析中常用的三種技術，并對這三種技術的應用進行了展望。 關鍵詞
摘要：小麥是一種在世界各地廣泛種植的禾本科植物，作為重要的糧食作物之一，且為了提高小麥的產量，對小麥基因組進行研究是必不可少的。在簡述小麥基因組研究進展的基礎上，綜述了小麥基因組分析中常用的三種技術，并對這三種技術的應用進行了展望。
關鍵詞：小麥基因組;基因提取;分子標記;電子克隆
小麥是世界糧食供應的三大支柱之一，種植面積最大且總產量最高。小麥供應超過20%碳水化合物和23%種蛋白質[11，13]。到2050，世界人口估計會增長到大約90億。隨著耕地面積越來越少，為滿足全球糧食需求，應培育優質糧食作物[15]。近年來，隨著全球氣候的變化，特別是在極端炎熱和寒冷、干旱、荒漠化等氣候變化，對小麥高產有嚴重影響[8]。從遺傳學的角度對小麥進行分析是解決小麥問題的途徑，因此，為了培育出更適合環境變化的小麥品種，小麥基因組的研究勢在必行。我們在簡述小麥基因組研究進展的基礎上，綜述了小麥基因組分析中常用的三種技術，并對這三種技術的應用進行了展望。
1、小麥基因組研究進展
小麥基因組龐大復雜，制約著小麥基因組、小麥品種及相關研究的進展。普通小麥的起源有三個不同的染色體A、B和D。一些同源染色體及其多倍體給遺傳研究帶來了問題，同時也帶來了特殊的機會[2]。隨著小麥遺傳研究的深入，特別是現代分子遺傳學技術的飛速發展，小麥的分子標記、基因定位、基因克隆、轉基因和基因測序、基因結構和功能研究將取得重大進展，基因組學研究已成為遺傳學研究的核心[3]。通過多種生物技術的應用，對小麥基因組進行了研究。例如，對小麥基因組進行測序，以便發現改善小麥烘焙品質、抗病性和耐寒、干旱、高鹽等極端環境條件的新基因;對GDA進行分析會導致小麥基因組DNA多態性和甲基化增加;利用抑制小麥生長的RAPD技術[7];利用SNP芯片和BSA分析，分析小麥抗白粉病基因，從而開發抗白粉病小麥新品種[9]等。
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1989年，美國遺傳學家率先建立了國際小麥群體圖譜運動，然后建立了小麥家系遺傳圖譜和物理圖譜。2002年，該組織從加利福尼亞大學轉到蘇格蘭作物研究所，該研究所開展了九個項目，包括生物信息學、功能分子標記、遺傳數據庫和遺傳符號[3]。在我國，小麥是河南省的糧食作物，每年有200多個小麥新品系在河南省進行準備試驗和區域試驗，該新品系遺傳背景的多樣性，以及優良的農藝性狀、產量性狀的發現為新的基因提供了依據[9]。國內外學者在遺傳學研究方向和方向上已經創立了八次以上、不同附加體系、不同替代、易位的不同染色體系，如小麥為小麥遺傳改良提供了豐富的種質材料[10]。國內外小麥基因組的研究進展仍存在一些不足，一些生物技術尚不能應用于小麥育種實踐。
2、小麥基因組分析中常用的研究方法
2.1適于PCR擴增的小麥基因組DNA的快速提取方法
DNA提取方法分為CTAB法和SDS法，兩種方法的標準步驟繁瑣很多，時間較長，雖然很多人對這兩種方法都進行了改進，但仍然留下苯酚和氯仿的提取[4]。根據國外報道，采用快速提取水稻和玉米基因組DNA的方法，研究中國農業科學院部分提取步驟的變化，利用PCR擴增技術提取完整性良好的小麥基因組DNA�，F在人們更追求簡單、易行、提取效果好的方法[6]，它適合PCR擴增小麥基因組DNA的快速提取，操作步驟簡單，花費時間少，后續的操作不需要苯酚和氯仿、CTAB、SDS和巰基乙醇。
與以往的CTAB或SDS提取方法相比，該提取方法采用沸水加熱滅活DNA酶，消除了氯仿或酚類氯仿的提取過程，縮短了提取時間。另外，當采用SDS法提取DNA時，糖類往往難以清洗，DNA因離心沉降而產生，易粘而不能直接提取離心沉淀的DNA，雖然有可能解決這一問題，但采用離心法仍存在很多的麻煩。使用UGAL沉淀DNA時，卻沒有發現這些問題，再用1BL/1RS易位系統檢測了100多個小麥材料的DNA，擴增效果穩定。使用這種方法，DNA獲取快速，雖具有少量DNA，每個DNA管可以通過50～100 PCR擴增，穩定性較好。另外，DNA在-20℃保存3個月后，仍能正常擴增，小麥DNA經堿蒸餾，冷藏一段時間后難以擴散[1]。因此，這種簡單、快速的小麥DNA提取不僅可用于小麥遺傳多樣性研究、標記輔助選擇和轉基因后代檢測，同時也可用于分子定位引物的篩選和研究等。
2.2 利用分子標記確定小麥染色體上基因或DNA的位置
分子標記是根據個體的遺傳物質對核苷酸序列進行突變的遺傳標記，是DNA水平遺傳多態性的直接反映。而其它遺傳標記、生化標記和形態學標記、細胞學標記，相比于DNA分子標記具有明顯的優勢，例如，最常用的分子標記占優勢，選擇隱藏性狀十分方便;分子標記的數目幾乎是無限的。DNA生物發育的不同階段可用于標記分析，分子標記顯示DNA變異，表達中性，不影響靶性狀的表達。試驗方法簡便、快速。分子標記包括RFLP、RAPD、STS、SSR等多種類型的分子標記等。
例如，SSR(簡單序列重復)標簽是最常用的分子標記之一。SSR，即微衛星DNA，是一系列由幾個核苷酸(通常為1～6個)組成的重復序列，用于重復單位。因為每個SSR序列在強單序列的兩側通常是保守的，因此可以克隆和測序微衛星DNA片段的側翼，然后根據側翼的微衛星序列可以合成引物進行PCR擴增，從而得到si序列。NGLE微衛星位點擴增與其他分子標記相比，SSR標記具有以下優點：(1)數量豐富;(2)多等位基因;(3)共顯性;(4)價格低廉，技術簡單[16，17]。目前，該技術已廣泛應用于遺傳圖譜的構建、靶基因的標定和指紋圖譜的繪制等領域。SSR分子標記具有實用性強、檢測速度快、重現性好、價格低廉等優點，成為分子育種中一些較好的分子標記，在線性作圖和比較作圖和加速作業密度方面將發揮積極的作用。此外，小麥染色體1AL和5DS的SSR分子標記相繼開放[5，14]。
對來自小麥1號染色體的LUCAS等_5_進行了ISBP 362個SSR標記和標記的6948個鑒定，并對44個標記(8個SSR標記、26個ISBP和10個SSR和ISBP標記)進行了多態性分析，結果表明該標記有23個(52.3%)是有用的。這些工作對于小麥染色體的定位和小麥分子標記選擇的后續研究具有重要意義。迄今為止，已有大量的SSR分子標記用于遺傳多樣本檢測，以建立核心種質庫、種群結構和定位靶點，在功能基因中發揮重要作用[12]。許多EST-SSR分子標記是從EST序列中發出的，用于測定小麥、大麥、玉米、水稻和高粱等谷類作物的高度通用性[19，20]。小麥全基因組序列的發表加速了小麥種質進化研究和育種[18]。
2.3 利用電子克隆技術克隆小麥功能基因
電子克隆技術是繼新西蘭的基因克隆方法之后發展起來的定位克隆和轉座子標記方法、mRNA顯示技術的差異、抑制性消減雜交技術和表達序列分析技術的基礎。它根據基因組和EST的遺傳資源，隨著生物信息技術的變化，依靠強大的電子計算機云計算能力，基于基因組或EST的組裝，結合在一起快速獲得功能基因[21]。隨著作物基因組計劃的逐步實施，該方法具有成本低、速度快、針對性強、優勢日益增長的特點。目前，科學家們已發現出約97個與小麥性狀相關的性狀。利用電子克隆技術對小麥功能標記這個方向進行了深入探索，在小麥基因組數據庫中克隆了相應的功能基因，然后進行了生物信息學分析，為小麥功能基因的進一步研究奠定了堅實的基礎。
但是，電子克隆存在一些不足之處。由于內部多態性的存在，從電子克隆獲得的序列可能與真序列存在差異，其準確性有待進一步驗證。
3、展望
這三種技術中基因提取是適于PCR擴增的小麥基因組DNA的快速提取方法，其他兩種技術，主要是定位與克隆小麥基因組中特異及特殊的基因或DNA。掌握這三種技術是小麥基因組分析的基礎，但只用這三種技術對小麥基因組進行深入研究是不夠的。隨著科學技術的快速發展，研究小麥基因組的生物技術也將會得到改良和完善，達到更好的預期標準。
對小麥基因組進行全面分析是有助于提高小麥產量的手段，由于小麥基因組的復雜性，且科學家們并沒有全部完成小麥基因組測序的工作，這就需要我們學習掌握更多成熟的生物技術來研究分析小麥基因組，為小麥育種工作順利開展打好基礎。——論文作者:劉明慧 魏樂
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