水稻抗旱基因调控机制及其分子育种利用_王莉
分子植物育种，2014年，第12卷，第5期，第1027-1033页
Molecular Plant Breeding,2014,Vol.12,No.5,1027-1033
评述与展望
Review and Progress
水稻抗旱基因调控机制及其分子育种利用
王莉1,2钱前1*张光恒1*
1中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室,杭州,310006;2中国农科院研究生院,北京,100081
*通讯作者,qianqian188@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,;zhangguangheng@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,
摘要稻米是中国最主要的粮食作物之一，多途径提高水稻单产和稻米总量，对解决我国粮食安全上具有十分重要的意义。而如何解决日益增长的水稻总产需求和干旱缺水环境之间的矛盾是中国21世纪将面临的最严重的粮食问题之一。本文从水稻抗旱种质资源及耐旱基因的功能角度出发，对抗旱育种的种质资源，耐(抗)旱基因调控机理及其分子育种应用等研究进展进行综述。综合分析认为，水稻抗旱特性调控基因主要包括功能基因和调节基因两大类：功能基因的调控作用主要表现在蛋白酶的调节、糖类物质积累、渗透调节、有毒物质降解和水稻细胞机构调节等五个方面；而调节基因则主要参与编码信号转导相关的信号因子和响应胁迫的转录因子家族。这些基因的克隆为水稻抗旱性研究和抗旱育种奠定了理论基础。此外，中国抗旱分子育种还处于起始阶段，受种植区域、生产成本、稻米品质及病虫害抗性等方面影响，旱稻推广面积偏小。在中国转基因水稻尚未全面放开背景下，目前转基因旱稻品种选育和技术研究还处于技术储备层面。在现阶段抗旱育种实践重点是提高旱稻育种效率和选育技术创新，同时兼顾高产、抗病虫害农艺特性，结合分子技术聚合或导入外源抗旱基因，选育高产、耐旱、优质旱稻品种，充分挖掘旱稻增产潜力。这将为我国缓和粮食生产与淡水资源缺乏之间的矛盾提供新思路，为确保我国粮食安全、调整优化农业结构、促进节水农业持续发展开辟一条新途径。
关键词水稻,抗旱基因,调控机理,分子育种
Regulation Mechanism of Drought-resistance Genes and its Molecular Breeding Utilization in Rice(Oryza sativa L.)
Wang Li1,2Qian Qian1*Zhang Guangheng1*
1State Key Laboratory of Rice Biology,China National Rice Research Institute,Hangzhou,310006;2Graduate School of Chinese Academy of Agri-cultural Sciences,Beijing,100081
*Corresponding authors,qianqian188@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,;zhangguangheng@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,
DOI:10.13271/j.mpb.012.001027
Abstract Rice is one of the main food crops in our country,and it is very important to improve rice yield and total rice product by multiple pathways for food security.But how to solve the contradiction between the require-ment of increasing total amount of rice and the environment of water shortage is the most serious problem we will face in the21st century.The paper expounds the advance in germplasm resources in drought-resistance breeding, regulation mechanism of drought-resistance genes and its molecular breeding application from the point of the drought-resistance germplasm resources and the functions of drought-tolerance genes in rice.The comprehensive analysis comes to the conclusion that drought resistance regulation mechanism mainly consist of functional genes and regulatory genes.The regulating effects of functional genes mainly reflect in protease adjustment, carbohydrate accumulation,osmotic adjustment,toxic material degradation and rice cell machinery regulation; regulatory genes are primarily participate in coding signal factors related to transduction and transcription factors
收稿日期：2014-01-07接受日期：2013-03-27网络出版日期：2014-07-15
URL:https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,/index.php/mpbopa/article/view/1983
基金项目：本研究由国家自然科学基金重大研究计划培育项目(91335105)和国家自然科学基金面上项目(31171531)共同资助
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
中国人口众多，粮食消费总量巨大，
但农业生产所用的淡水资源十分匮乏，人均仅有2200m 3，是全球人均淡水资源最贫乏的国家之一(王海波,2011)。而就生产用水来说，仅水稻生产就占农业用水的60%~70%左右，尤其是水资源更显缺乏的中国西北部分地区，每亩水稻一年灌溉用水约需2000m 3，即生产每1kg 大米耗水超过2000kg 以上，缺水问题突出。水稻是中国最主要的粮食作物之一，保障粮食安全要求水稻生产的不断稳产和增产。如何解决日益提高的水稻总产需求和干旱缺水环境之间的矛盾可能是中国21世纪将面临的最严重问题之一。
近年来，随着水稻全基因组测序的完成，成功克隆了一批与水稻株型发育、产量性状调控相关基因如MOC1(Li et al.,2003)、SD1(Sasaki et al.,2002)、Gn1a (Ashikari et al.,2005)、Ghd7(Xue et al.,2008)、Dep1(Huang et al.,2009)和IPA1(Jiao et al.,2010)等，借助转基因和分子标记辅助选择技术，逐步应用于特殊种质材料的创建和水稻分子设计育种，大大提高了育种效率。目前利用分子生物学技术在玉米、棉花和小麦等多种作物的抗旱品种选育上研究较多，但通过分子设计育种技术选育抗旱节水的旱稻品种研究还相对偏少。本文将从水稻耐旱的分子机制及耐旱基因的功能角度出发，对抗旱育种的种质资源，耐(抗)旱基因利用和节水技术等方面综述水稻抗旱分子育种的研究进展，以期通过抗旱分子设计育种增加水稻总产缓和粮食生产与淡水资源缺乏之间的矛盾。
1抗旱水稻种质资源及育种利用
在有限的水资源条件下，充分挖掘水稻总产的
family responding to stress.Those cloned genes laid a theoretical foundation for drought-resistance research and drought-resistance breeding of rice.Moreover,drought-resistance molecular breeding is really at the initial stage with small extension area in our country,affected by planting area,production cost,rice quality,pest and disease resistance,and so on.So far,the variety selection and technical research of upland rice are still at the degree of technical reserve in the context that transgenic rice has not yet been fully open.Therefore,the emphasis on drought-resistant breeding of the present stage should be put on breeding efficiency improvement and technology innovation and fully exploiting the potential of upland rice at the same time by taking account of agronomic traits of high yield and resistance to diseases and insects,combining molecular techniques polymerization or introducing exogenous drought resistance genes to select upland rice varieties with high yield,drought resistance,and superior quality.Those measures will provide us a new way to ease contradictions between grain production and the lack of fresh water resources,open up a new way to ensure food security,optimize agricultural structure,and sustainable development of water-saving agriculture.
Keywords Rice (Oryza sativa L.),Drought-resistance genes,Regulation mechanism,Molecular breeding 潜力，最有效的途径主要包括扩大种植面积和提高单位面积产量(孙波等,2012,大自然,(3):6-7)。据统计，中国年水稻种植面积大约为2.92×105km 2，灌溉条件较好的水稻生产面积已相对饱和，平均亩产为450kg 左右；旱稻的种植面积偏少，仅为水稻种植面积1%，平均亩产为100kg 左右。中国海拔低于30m 的低丘陵地和旱地面积辽阔，分别为8.9×104km 2和7.86×105km 2。因此，充分利用低丘陵地和旱地种植高产旱稻品种是未来解决粮食安全问题的一条行之有效新途径。
自从20世纪70年代以来，国际上多家科研单位包括印度、巴西、泰国、国际水稻研究所、国际热带农业研究所等国家和单位通过导入陆稻抗旱性基因选育了一批高产旱稻品种并在生产上推广，在旱稻育种方面取得了较大进展。中国虽然旱稻种资源丰富，大约有5000余份旱稻种质材料，但相对其他南亚及东南亚洲国家，旱稻育种方面研究起步较晚。从20世纪80年代开始进行水稻旱种并对水稻抗旱品种进行筛选。1992年，巴西陆稻(IAPAR9)的成功引进和推广种植，为旱稻的进一步发展提供良好的契机。经过各级农业科研单位的育种研究，中国相继选育出具有不同地域适应性，在生产上推广应用的旱稻品种，如上海市农业生物基因中心育成的沪旱及旱优系列品种，中国水稻研究所所育成的中旱系列品种，辽宁省稻作研究所育成的辽优16号、辽优14号、旱72、旱152等品种，河南省农业科学院育成的郑旱2号、郑旱6号、郑旱9号、郑州早粳等品种。旱稻平均亩产也有大幅提升，由早前的100kg 上升到现在的300kg 左右。2012年由安徽省农科院绿色食品工程研究所选育的“绿旱1号”，百亩连片高产示范
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水稻抗旱基因调控机制及其分子育种利用Regulation Mechanism of Drought-resistance Genes and its Molecular Breeding Utilization in Rice(Oryza sativa L.)
片理论亩产高达613.8kg，按八五折计亩产521.7kg。中国通过三系杂交技术选育高产抗旱水稻育种在国际上已处于领先地位，由上海市农业生物基因中心、上海天谷生物科技股份有限公司育成的旱稻杂交组合“旱优73号”，经2010-2011年安徽、湖北等地进行多点试种及示范，平均亩产达400kg以上，亩产最高田块超550kg。高产旱稻品种的成功选育，为中国农业结构调整，发展节水农业，粮食产量突破奠定了材料基础。
2水稻抗旱基因的类型及克隆
不同的抗旱基因发挥作用的方式不同，总的来说，水稻抗旱基因可分为两类：一类是其产物对抗旱性起到直接保护作用的功能基因；另一类是其产物可在信号转导及基因表达过程中起作用的调节基因。
2.1水稻抗(耐)旱功能基因的克隆
水稻受干旱胁迫时，其生理生化代谢途径会发生改变以调节和适应干旱环境，主要表现为蛋白酶的调节、糖类物质的积累、渗透调节、有毒物质的降解和水稻细胞机构的调节等五个方面(刘宇峰等,2008)。
2.1.1蛋白酶相关基因
蛋白酶可分解蛋白质，而响应干旱胁迫的相关酶类的合成需要大量的氨基酸，蛋白酶解聚水稻植株内储存的多肽，可提高水稻耐旱性。在干旱条件下，植株为度过干旱逆境，会产生大量的甲硫氨酸(Met)，Kiyosue等(1990)研究表明，植株响应干旱胁迫时泛素也起到一定作用。目前已克隆的E3泛素连接酶基因有四个：OsSDIR1，OsDIS1，OsRDCP1，OsDSG1分别位于第3，第3，第4，第9号染色体上(Park et al., 2010;Bae et al.,2011;Gao et al.,2011;Ning et al., 2011)。这些基因受干旱胁迫的诱导，响应干旱胁迫。
2.1.2抗脱水相关基因
植物最外表面上被一层上皮蜡质层覆盖，它可以防止水分丧失，保护植物免受不同环境胁迫的伤害。目前已经克隆了13个与蜡质合成有关的基因，其中OsGL1-1~OsGL1-11分别被定位在第9，第2，第6，第2，第10，第2，第4，第7，第7，第10，第11号染色体(Islam et al.,2009)，WSL2被定位在第9号染色体(Mao et al.,2012)。这些基因可控制水稻叶片表面角质层中的蜡质含量，从而影响叶片水分的丧失，控制水稻的抗旱性。OsWR1位于2号染色体，为水稻乙烯应答因子，正调控水稻蜡质合成相关基因，影响了角质层的组织特征，从而减少水分损失对干旱响应起到正调控(Wang et al.,2011)。
2.1.3渗透调节相关基因
干旱发生时，植物体内会积累大量小分子代谢物如糖类、脯氨酸、多胺、季胺、钾离子(K+)、Lea蛋白等，这些物质可以帮助水稻调节细胞内的渗透压，与外界保持平衡，防止水分丢失。OsTPS1基因编码海藻糖-6-磷酸合成酶，被定位在8号染色体上，它的过表达通过增加海藻糖和脯氨酸的数量提高水稻幼苗对非生物胁迫的耐受能力，同时还能够上调一些与胁迫相关基因的表达(Zang et al.,2011)。OsLEA3-1，OsLEA3-2为胚胎晚期富集蛋白，分别位于第5和3染色体上，带有合适启动子的OsLEA3-1过表达的转基因水稻的耐旱性可显著增强而且不减产，Os-LEA3-2过表达的酵母和拟南芥在高盐和高渗透条件下的生长比野生型更好(Xiao et al.,2007;Duan and Cai,2012)。
2.1.4调节气孔开关基因
水稻气孔保卫细胞可以随着细胞内膨压的变化进行开闭运动，响应干旱信号，防止体内水分散失。目前，有两个和气孔开度有关的基因被克隆：鲨烯合酶基因(SQS)分别被定位在第3和7号染色体上，RNAi介导的SQS失活使气孔导度降低，提高了耐旱性，在水分胁迫下转基因植株的产量比野生型高14%~39%(Manavalan et al.,2012)。
2.1.5抗氧化保护基因
干旱胁迫条件下，水稻可积累大量有毒物质损伤细胞，如超氧阴离子、H2O2等活性氧，因此需要相应的保护酶抵御这些物质带来的伤害。OsCATB为过氧化氢酶基因，被定位在第6染色体上，水分胁迫可诱导ABA产生，同时ABA又可诱导CATB基因的表达，阻止过量H2O2的积累(Ye et al.,2011)。OsMT1a 编码金属硫蛋白，位于第11号染色体，是从巴西陆稻(IAPAR9)分离出来的，直接参与了ROS的清除途径，它的过表达植株中的过氧化氢酶，抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶的活性都有很大提高，通过改变植株体内Zn2+的平衡调节锌指结构转录因子的表达来提高植株的抗逆性(Yang et al.,2009)。
2.1.6ABA含量调节基因
水稻遭受干旱胁迫后，体内ABA含量显著增加，调节细胞反应，导致气孔关闭从而使蒸腾强度下降水分损失减少。在干旱胁迫条件下，ABA起到信号
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分子植物育种Molecular Plant Breeding
转导的作用，而且内源ABA的水平增加。目前已克隆的ABA-胁迫-成熟诱导基因有六个：Asr1~Asr6分别分布于第1，第1，第2，第11，第4和1号染色体上。这些基因在许多植物中都存在，是一类较小的与干旱胁迫相关的基因家族(Philippe et al.,2010)。
2.2已克隆的抗旱调节基因
当植物体受到水分胁迫时，可感知胁迫信号，从而引起一系列调节基因的表达模式发生改变。这一调控过程中主要参与的成员是信号转导相关的信号因子和响应胁迫的转录因子家族。
2.2.1信号转导相关的信号因子
信号因子在植物遭受逆境胁迫时，可以迅速作出反应，以抵御和适应逆境条件。Ca2+是广泛存在于细胞内的离子信号分子，在环境胁迫应答中必不可少。目前克隆到的与Ca2+有关的基因有：OsDSR-1，OsMSR2，OsCDPK7分别位于第10，第1，第4号染色体上(Saijo et al.,2000;Xu et al.,2011;Yin et al.,2011)。OsDSR-1编码钙结合蛋白，可能是一个Ca2+感受子，参与孕穗期和抽穗期干旱胁迫应答。OsMSR2编码类钙调素蛋白，是从水稻籼稻品种培矮64中分离的，通过ABA介导提高拟南芥对盐和干旱的耐性。OsCDPK7是钙依赖性蛋白激酶基因，过表达后可以增强应激反应基因诱导干旱响应的能力。
2.2.2转录因子家族
转录因子可以与其作用的基因启动子区域中的核苷酸序列特异性结合，促进或抑制RNA聚合酶与DNA的结合，从而调节干旱响应基因的表达水平。水稻中有一些转录因子家族可受到干旱胁迫的诱导如ERF、bHLH、MYB、bZIP、WRKY和NAC等转录因子家族。
OsDERF1是一个干旱应答的ERF基因，位于第8号染色体上，OsDERF1基因表达抑制的转基因株系在苗期和分蘖期的抗旱性得到提高(Wan et al., 2011)。OsDREB1F(RCBF2)基因属于AP2/EREBP转录因子，位于第1染色体上，OsDREB1F转基因水稻可以增强对高盐、干旱和低温胁迫的抗性(Wang et al.,2008)。OsbHLH148编码碱性螺旋-环-螺旋蛋白(bHLH)，位于第3染色体上，过表达的转基因植株中与茉莉酸信号途径相关的基因表达量升高，提高水稻对干旱的耐受性(Seo et al.,2011)。OsMYB2为R2R3型MYB基因，位于第3染色体上，OsMYB2过表达植株中可溶性的糖类和脯氨酸的含量升高且抗氧化酶的活性增强等因素提高了水稻对干旱胁迫的耐受性(Yang et al.,2012)。干旱胁迫下，碱性亮氨酸拉链(bZIP)的表达可被ABA激活，目前已克隆的与抗旱有关的OsZIP转录因子有5个：OsbZIP12，Osb-ZIP16，OsbZIP23，OsbZIP46，OsbZIP72分别被定位在第1，第2，第2，第11，第9号染色体上，它们通过应答ABA，响应干旱胁迫(Xiang et al.,2008;Lu et al., 2009;Ho-ssain et al.,2010;Chen et al.,2012;Tang et al.,2012)。OsWRKY11位于第1染色体上，属于WRKY转录因子，在水稻幼苗中受热和干旱胁迫的诱导(Wu et al.,2009)。OsWRKY45被定位在第5染色体上，水杨酸处理之后表达量增加，应答冷和干旱胁迫(Tao et al.,2011)。目前已克隆的NAC转录因子SNAC2，SNAC1(OsNAC9)，OsNAC6，OsNAC10分别位于第1，3，1，11号染色体上，这些基因过量表达可提高转基因水稻对干旱和高盐胁迫的耐受性(Nakashima et al.,2007;Hu et al.,2008;Jeong et al.,2010;Redillas et al.,2012)。
3水稻抗旱分子育种应用研究
随着大批水稻重要抗旱关键基因的克隆和生物技术的突飞猛进发展，中国育种专家采用传统育种方法和水稻分子生物学技术相结合的思路，在高产抗旱水稻育种应用方面取得新突破，具体主要体现在旱稻基因型改良和抗旱分子标记辅助育种两个方面。水稻抗旱性是由多基因控制的复杂性状，不同的抗旱诱导响应基因涉及转录调控、渗透调节、抗氧化等多种通路(杨瑰丽等,2012)。Hu等(2008)认为通过基因工程手段聚合或导入外源抗旱基因可以提高水稻抗旱能力。Zhang等(2010)将番茄中受乙烯、MeJA、ABA和高盐的诱导表达JERF1基因转入水稻中，研究发现过量表达JERF1后并不改变转基因水稻的生长发育，显著提高水稻耐旱性。Xu等(1996)把大麦抗旱基因HVA1导入水稻，在干旱胁迫下转基因水稻植株能有效缓解干旱胁迫引起的伤害。玉山江·麦麦提等(2012)通过转基因技术将抗旱基因IPT导入籼稻IR64，发现转基因植株的细胞分裂素含量和叶片保绿性明显提高。2001年河北大学朱宝成教授通过转外源脯氨酸合成酶基因的水稻，植株的脯氨酸含量显著增加，抗旱力增强(https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html,/ china/htm/20010218/369425.htm)。Zhu等(1998)将吡咯啉羧基化合成酶基因在水稻中过表达，转基因植株的抗盐和抗旱能力提高。吴亮其等采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321中，在
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高盐干旱条件胁迫下，转基因株系产量提高16%以上(吴亮其等,2003,科学通报,48(19):2050-2056)。周宝元(2011)将玉米中与抗旱、盐和冷害等逆境条件下的PEPC基因转入水稻，发现转PEPC基因水稻在干旱胁迫下具有较强的光合优势和耐光抑制能力。随着干旱程度增加，转基因水稻MDA积累较少，增加保护酶(SOD和CAT)活性，有效清除活性氧和膜质过氧化物，具有较强的抗氧化和渗透调节能力，在旱作栽培条件下PEPC基因水稻生长状况和产量明显优于对照。这预示着通过传统育种方法和生物技术结合，借助基因枪法或农杆菌介导将外源抗旱基因导入现有高产、优质主栽水稻品种，提高抗旱特性、增加产量是的一条行之有效的挖掘旱稻高产潜力的新方法。
4展望
尽管目前在高产旱稻育种上也取得一些突破，但由于选育的旱稻品种适应区域窄、生产成本高、稻米品质差及病虫害抗性不强等因素，大大限制了旱稻大面积的推广和应用。虽然水稻转基因技术日趋成熟，水稻转基因受不同种质局限性有了较大的拓展，转化频率明显提高，可供转化的已克隆抗旱相关基因越来越多，但中国真正意义上的抗旱分子育种还处于起始阶段，通过分子技术定向聚合抗旱基因并在旱稻生产育种中真正应用还鲜有报道。因此，在中国转基因水稻还未全面放开的背景下，我们必须重点挖掘、分离更多的来自水稻自身的主效抗旱基因，通过传统育种技术和分子标记辅助选择相结合，验证已克隆抗旱基因整合到水稻植株后的耐旱潜力；同时，在抗旱育种实践中兼顾高产、抗病虫害基因的表达，通过转(导)或聚合抗旱基因，创建抗旱新种质，多途径的选育高产旱稻。为确保我国粮食安全、调整优化农业结构、促进节水农业持续发展创造一条新途径。
作者贡献
王莉是综述的主要撰写人，完成资料分析和论文初稿的写作；钱前和张光恒是综述的构思者及负责人，指导论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。
致谢
本研究由国家自然科学基金重大研究计划培育项目(91335105)和国家自然科学基金面上项目(3117 1531)共同资助。
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Regulation Mechanism of Drought-resistance Genes and its Molecular Breeding Utilization in Rice(Oryza sativa L.)
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水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队
团队创新助力中国农业科研 --水稻优质、抗逆分子设计育种创新团队 团队首席科学家黎志康（左三） 2003年8月，作为中国农业科学院国外引进人才，黎志康带领他实验室的团队一起回国，成为近年来中国农科院团队整体引进回国的杰出代表。5年来，以黎志康博士为首席科学家，万建民、王健康、赵开军、徐建龙等农科院一、二级人才为骨干队伍的“水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队”，集中优势研究力量和科技资源，充分发挥多学科综合交叉优势，围绕国家重大需求，以近年来国内外倍受关注的“分子育种理论与技术”为生长点和切入点，重点攻克抗逆、优质分子育种理论与技术体系，对水稻抗逆、优质等复杂性状进行深层次基因挖掘和种质创新，分离重要功能基因和进行品种分子设计，取得一系列突破性进展。 团队还充分发挥骨干成员在知识结构上的互补性，以及研究方向相对集中的特点，开展水稻抗逆复杂性状的遗传网络解析和植物分子育种新方法等研究。提出的种质资源大规模回交导入结合DNA分子标记技术高效发掘优异隐蔽基因的分子育种策略，已成为国内外种质资源有利基因挖掘和育种利用的主导方法，居国际领先水平。 该团队依托于农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程，拥有分子育种和分子设计的高效平台及全国水稻分子育种协作网；目前主持国家973、863、农业部948、转基因专项、支撑计划、行业科技及盖茨基金、国际挑战计划等国内外重大项目32项，年均合同经费达5034万元。在北京昌平和海南南滨建有规模化试验场，为本团队研究工作顺利的开展提供全方位的保障。 团队力争在3～5年内在多方面取得重要进展，创建水稻抗逆、优质的分子育种理论与技术体系，研制选择导入系QTL和品种分子设计的计算机软件，克隆优质、抗逆基因，通过分子设计培育高产、优质、抗逆新品种，大力促进我国水稻分子育种的发展和进一步提升我国在这一领域的国际竞争优势，将团队建设成为一支在国内外有影响的一流团队。 “宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队将继续发扬“严谨、勤奋、开放、创新”的团队精神，在复杂数量性状遗传机理剖析及分子设计改良上勇于创新，从而在育种实践中向“知其然，又知其所以然”的方向迈出重要的一步。
肿瘤的发生与发展
肿瘤的发生与发展 肿瘤的定义：肿瘤是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致克隆性异常增生而形成的新生物，常表现为局部肿块。 过程：局部组织的细胞—基因突变—细胞异常增生—新生物—局部肿块 发病机制：肿瘤的发病是一个多因素、多步骤参与的过程。 恶性肿瘤的病因（尚未完全了解）， 1.环境因素：化学，物理，生物因素 2.机体因素 化学致癌 化学致癌物：目前认为凡接触引起人或动物形成肿瘤的化学物质，称为化学致癌物（chemical carcinogen）。目前发现对动物有致癌作用的化学物质已达2000余种，其中有些可能和人类肿瘤的形成有关 分类：1。作用分式：直接致癌物，间接致癌物，促癌物 2.与肿瘤的关系：肯定致癌物，可疑致癌物，潜在致癌物 ? 1.直接致癌物：进入机体后与细胞直接作用，诱导细胞癌变的化学物质。 ? 2.间接致癌物：进入体内经微粒体氧化酶活化，变成具有致癌作用的化学物质 ? 3.促癌物：能促进其他致癌物诱发肿瘤形成的化学物质 ? 4.肯定致癌物（defined carcinogen）经流行病学调查确定，临床医师和科学工 作者都承认对人和动物有致癌作用，其致癌作用具有剂量反应关系的化学致癌物。 ? 5.可疑致癌物（suspected carcinogen）具有体外转化能力，而且接触时间和发 病率相关，动物致癌实验阳性，结果不恒定，且缺乏流行病学方面的证据。 ? 6.潜在致癌物（potential carcinogen）是在动物实验中可获得某些阳性结果， 但在人群中尚无资料证明对人具有致癌性的物质。 １、化学致癌物的作用点：为细胞的癌基因和抑癌基因 ２、作用：使癌基因激活，抑癌基因失活。 １、累积作用:(summation effect) 是指两种或多种致癌物同时或相继作用于机体，其复合效应等于单独作用之和２、协同作用:(synergistiic effect) 机体同时暴露于几种致癌物中其致癌作用高于个单独致癌物作用之和 常见的化学致癌物：多环芳香烃类，芳香胺与偶氮染料，亚硝胺类 化学致癌例子。苯胺染料：膀胱癌，烟草：肺癌，黄曲霉素：肝癌 物理致癌 1.电离辐射是最主要的物理性致癌因素 2.放射性同位素：镭、铀、氡等放射性同位素 3.紫外线：皮肤癌，着色性干皮病 病毒致癌 1/3为DNA病毒，2/3为RNA病毒 ?一、乳头状瘤病毒与宫颈癌（HPV） ?二、乙型肝炎病毒与肝癌（HBV） ?三、EB病毒与鼻咽癌和Burkit肉瘤（EBV） ?四、HTL V与人类T细胞白血病（HTL V） 致瘤性DNA病毒
系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程
系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过 程 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
三系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程 三系法杂交水稻育种 （1）三系法杂交稻的由来：两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种F1代优于双亲的现象称为杂种优势。具体地讲，杂种F1代在生长势、生活力、繁殖率、抗逆性、适应性、产量和品质诸方面比双亲优越。杂种优势可分为超亲优势、平均优势和竞争优势。人们常说的杂种优势利用通常是指利用作物的竞争优势。 水稻是典型的自花授粉作物，雌雄同花。水稻杂种优势利用，只有依靠雄性不育的特性，通过异花授粉的方式来生产大量的杂交种子的方法有多种，其中之一便是使用雄性不育系（A）、保持系（B）和雄性不育恢复系（R）来配制杂种一代。由于这种利用水稻杂种优势的方法需要不育系、保持系和恢复系配套，故称为三系法杂种优势利用。用此法培育的杂交水稻简称为三系法杂交稻。水稻三系之间关系密切，其中不育系除了雄性器官发育不正常、花粉败育不能自交结实、抽穗吐颈不完全之外，其余性状与保持系基本无异。保持系与不育系杂交，获得的不育系种子供来年制种和繁殖用；不育系与恢复系杂交，获得的杂交水稻种子供下季大田生产用；保持系与恢复系的自交种子则可继续作为保持系和恢复系用。（2）三系法杂交稻育种的历史：1958年，日本东北大学胜尾清发现中国的红芒野生稻能导致藤板5号产生雄性不育。1966年日本琉球大学新城长友以钦苏拉包罗Ⅱ为母本与台中65杂交，育成BT型不育胞质台中65A，并将该杂交组合后代的部分可育株经自交稳定选出了BT型不育系的同质恢复系，于1968年实现粳型杂交稻三系配套。我国杂交水稻的研究始于1964年，当时在湖南安江农校任教的袁隆平从洞庭早籼、胜利籼和矮脚南特等籼稻品种中找到6株雄性不育株，并根据花粉败育情况分为无花粉型、败育型和退化型3种。随后进行的遗传和数以千计的测交试验表
真核生物的基因表达调控机制
一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。 1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在 109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。 2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传 成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。 3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。 4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元， 共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中 仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。 6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码 的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。 7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组 中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。 从上述可见真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限，使现在国际上制订的人基因组研究计划(human gene project)完成，绘出人全部基因的染色体定位图，测出人基因组109bp全部DNA序列后，要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。 二、真核基因表达调控的特点 尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。
分子标记在水稻育种中的应用
水稻是我国最主要的粮食作物，水稻生产在未来几十年内要保持稳定的增长，这一增长是在更少的土地和水资源的条件下完成的，培育高产、优质、抗病虫性及抗逆性强的品种是水稻生产可持续发展的最佳途径。传统育种主要是在不甚明了基因背景的条件下，通过杂交和各种育种技术，根据植株在田间的表现进行评价与选择。表型性状不仅取决于遗传组成也受控于环境条件，而环境效应较易掩盖基因效应，因此，仅从表型进行选择显然是不理想的，特别是对受多个基因控制的数量性状选择，更难做到准确。 随着近二十年来现代分子生物学技术的应用与发展，特别是遗传标记的出现与应用，为作物育种提供了强有力的工具。在遗传学实验中，通常将可识别的等位基因差异或遗传多态性称为遗传标记。在遗传学的发展过程中，先后出现了以下四种 遗传标记：形态标记、细胞标记、生理生化标记、分子标记。其中以分子标记最为理想，因为ＤＮＡ水平的遗传多态性表现为核苷酸序列的任何差异，甚至是单个核苷酸的变异，因而其数量几乎是无限的。与以往的遗传标记相比，ＤＮＡ标记还有许多特殊的优点，如无表型效应、不受环境限制和影响等。 １ＤＮＡ分子标记的分类 自１９７４年Ｇｒｏｄｚｉｃｋｅｒ创立了限制性片段长 度多态性（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｆｒａｇｍｅｎｔｌｅｎｇｔｈｐｏｌｙｍｏｒ－ ｐｈｉｓｍ，ＲＦＬＰ）标记技术以来，分子标记得到最广泛 的应用。ＤＮＡ分子标记是ＤＮＡ水平的直接反映。依据对ＤＮＡ检测手段，ＤＮＡ分子标记可以分为四类（方宣钧，２００１）：第一类为基于ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交的ＤＮＡ分子标记，该技术通过限制性酶切、凝胶分离、探针杂交、显色技术来揭示ＤＮＡ的多态 性。其中最具代表性的是发现最早、应用广泛的 分子标记在水稻育种中的应用 李春光，刘华招 （黑龙江省农垦科学院水稻研究所，黑龙江 佳木斯 １５４０２５） 摘要：分子标记技术的应用日趋广泛，对水稻育种研究有重要的价值。通过重点介绍近年来分子标记在水稻分子遗传图 谱的构建、遗传资源保存和遗传多样性分析、基因的标记及克隆、分子标记辅助育种等方面研究的应用情况，探讨了分子标记的应用在水稻育种上的优势。关键词：分子标记；水稻；育种收稿日期：２００７－０３－０９ 作者简介：李春光（１９７８－），男，研究实习员。 综述 ２００７年第５ 期中图分类号：Ｓ５１１．０３５．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－６７３７（２００７）０５－００１９－０６ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＭａｋｅｒｓｔｏＲｉｃｅＢｒｅｅｄｉｎｇ ＬＩＣｈｕｎ－ｇｕａｎｇ，ＬＩＵＨｕａ－ｚｈａｏ （ＲｉｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＪｉａｍｕｓｉＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５４０２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｗｉｄｅｕｓｅｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒｓｈａｓｐｌａｙｅｄａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｒｉｃｅｂｒｅｅｄｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒｓｉｎｖｏｌｖｉｎｇｒｉｃｅｇｅｎｅｔｉｃｍａｐｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｇｅｎｅｔｉｃｇｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍａｎａｌｙｓｉｓ，ｇｅｎｅｔａｇｇｉｎｇａｎｄｃｌｏｎｅａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒａｓｓｉｓｔｅｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄａｄｖａｎ－ｔａｇｅｓｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒｏｎｒｉｃｅｂｒｅｅｄｉｎｇｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒ；ｒｉｃｅ；ｂｒｅｅｄｉｎｇ １９－－
转基因技术的基本概念
转基因技术的基本概念:(来源：生命经纬) （一）转基因技术的定义 将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体”（Genetically modified organism，简称GMO）。 （二）几种常用的植物转基因方法 遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法。 1．农杆菌介导转化法 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。 农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。 2．基因枪介导转化法 利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。 3．花粉管通道法 在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。（三）常用的动物转基因技术 1．显微注射法 在显微镜下，用一根极细的玻璃针（直径1-2微米）直接将DNA注射到胚胎的细胞核内，再把注射过DNA的胚胎移植到动物体内，使之发育成正常的幼仔。用这种方法生产的动物约有十分之一是整合外源基因的转基因动物。 2．体细胞核移植方法 先在体外培养的体细胞中进行基因导入，筛选获得带转基因的细胞。然后，将带转基因体细胞移植到去掉细胞核的卵细胞中，生产重构胚胎。重构胚胎经移植到母体中，产生的仔畜百分之百是转基因动物。 （四）转基因技术与传统技术的关系 自从人类耕种作物以来，我们的祖先就从未停止过作物的遗传改良。过去的几千年里农作物改良的方式主要是对自然突变产生的优良基因和重组体的选择和利用，通过随机和自然的方式来积累优良基因。遗传学创立后近百年的动植物育种则是采用人工杂交的方法，进行
肿瘤和神经系统疾病的表观遗传机制
项目名称：肿瘤和神经系统疾病的表观遗传机制首席科学家：裴钢中国科学院上海生命科学研究院起止年限：2005.12至2010.11 依托部门：中国科学院
一、研究内容 关键科学问题 本项目将探索和回答：细胞内DNA甲基化和染色质修饰的表观遗传谱式的建立及其动态平衡的维持机制；表观遗传信息对基因的选择性表达和对生命活动的调控机制；表观遗传失调在肿瘤和神经退行性疾病发生、发展中的作用机制。 研究内容 本项目组织了国内优秀团队，分四个部分八个课题，开展从基础到临床，临床到基础两个方向的研究，将细胞增生性疾病（肿瘤）和（神经）细胞退行性疾病与正常生命活动过程的表观遗传学研究有机结合起来。 第一部分采用模拟正常生理状态的细胞、动物模型，从分离筛选调控染色质修饰的因子出发，研究细胞如何建立和维持表观遗传谱式的机制，阐明负责细胞增殖、分化与功能特化的关键基因在染色质水平上的转录调控规律。 第二部分从基础和病理两个方面研究肿瘤细胞去分化及无节制增殖的表观遗传学基础，揭示肿瘤发展的不同阶段DNA甲基化和染色质重塑的异常及其动态变化。 第三部分研究神经细胞生长、分化和死亡过程的表观遗传调控机制，揭示神经退行性疾病发生、发展各阶段中重要功能基因DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质重塑的动态变化特征，研究引起神经细胞定向分化及病变的环境因素对表观遗传网络的影响。 第四部分针对正常细胞生长分化与疾病状态下基因组甲基化谱式重编的普遍性和重要性，以表观基因组平台和生物信息学分析为手段，结合基础和临床研究资料，规模化系统鉴定发生表观遗传调控异常的疾病相关基因，确定这些基因在药物筛选与诊断治疗方面的意义。 本项目四个部分，分别侧重于表观遗传学基础问题、肿瘤细胞去分化与增生、神经退行性疾病中神经元的分化与死亡和高通量生物信息学分析，进行较系统的表观遗传学研究，既突出重点，又相互促进。 二、预期目标 总体目标： 本项目瞄准肿瘤与神经退行性疾病的表观遗传学基本问题，整合国内优秀团队，通过从基础到临床，临床到基础二个方向的研究，从染色质水平上揭示表观遗传调控缺陷及其动态变化与胃癌、结肠癌、乳腺癌等肿瘤及以老年痴呆症为代表的神经退行性疾病发生、发展的关系；阐明引起相关功能基因发生表观遗传调控紊乱的关键信号分子、途径及网络；绘制一个正常生长分化过程中细胞响应内外因子变化而发生分化、功能特化及死亡，连接受体、转录因子、转录调控顺式元件及染色质修饰酶的运行通路，从而建立研究病理变化的参照系统；获得一批
三系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程
三系法杂交水稻和两系法杂交水稻育种的具体过程 三系法杂交水稻育种 （1）三系法杂交稻的由来：两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种F1代优于双亲的现象称为杂种优势。具体地讲，杂种F1代在生长势、生活力、繁殖率、抗逆性、适应性、产量和品质诸方面比双亲优越。杂种优势可分为超亲优势、平均优势和竞争优势。人们常说的杂种优势利用通常是指利用作物的竞争优势。 水稻是典型的自花授粉作物，雌雄同花。水稻杂种优势利用，只有依靠雄性不育的特性，通过异花授粉的方式来生产大量的杂交种子的方法有多种，其中之一便是使用雄性不育系（A）、保持系（B）和雄性不育恢复系（R）来配制杂种一代。由于这种利用水稻杂种优势的方法需要不育系、保持系和恢复系配套，故称为三系法杂种优势利用。用此法培育的杂交水稻简称为三系法杂交稻。水稻三系之间关系密切，其中不育系除了雄性器官发育不正常、花粉败育不能自交结实、抽穗吐颈不完全之外，其余性状与保持系基本无异。保持系与不育系杂交，获得的不育系种子供来年制种和繁殖用；不育系与恢复系杂交，获得的杂交水稻种子供下季大田生产用；保持系与恢复系的自交种子则可继续作为保持系和恢复系用。（2）三系法杂交稻育种的历史：1958年，日本东北大学胜尾清发现中国的红芒野生稻能导致藤板5号产生雄性不育。1966年日本琉球大学新城长友以钦苏拉包罗Ⅱ为母本与台中65杂交，育成BT型不育胞质台中65A，并将该杂交组合后代的部分可育株经自交稳定选出了BT型不育系的同质恢复系，于1968年实现粳型杂交稻三系配套。我国杂交水稻的研究始于1964年，当时在湖南安江农校任教的袁隆平从洞庭早籼、胜利籼和矮脚南特等籼稻品种中找到6株雄性不育株，并根据花粉败育情况分为无花粉型、败育型和退化型3种。随后进行的遗传和数以千计的测交试验表明：这些材料属于单基因控制的隐性核不育，找不到能完全保持其不育特性的品种，利用价值不大。1970年11月，李必湖等在海南省三亚市南红农场的水沟边发现了1株花粉败育的野生稻（简称野败），为雄性不育系的选育打开了突破口。次年春季的试验就表明广场矮3784、6044、二九南等品种（系）对野败不育株具有很好的保持能力。经过随后2年全国各育种单位的通力合作，到1972年冬在海南冬繁时就获得了农艺性状一致、不育株率和不育度均达到100%的不育系群体，如珍汕97A和B、二九南1号A和B等。至此，我国第一批野败细胞质不育系宣告育成。水稻雄性不育系育成以后，1973年原广西农学院等单位陆续筛选出IR24、IR26、泰引1号、古154等一批强优恢复系，并选配出汕优2号、南优2号等系列强优势杂交稻组合。从此，以我国籼型三系杂交水稻实现配套为标志，宣告杂交水稻选育成功。 （3）雄性不育系与保持系的选育：选育水稻雄性不育系首先要获得能稳定遗传的雄性不育株，其次是有能把雄性不育株的不育特性传递下去的保持材料，然后通过测交和连续成对回交，完成全部核置换之后就可育成三系雄性不育系及其相应的同型保持系。 ①雄性不育株的获得：获得原始的雄性不育株，可从大田自然群体中寻找或通过远缘杂交产生。前者如袁隆平早期从胜利籼、洞庭早籼、矮脚南特等籼稻品种中发现的C系统不育材料；后者如李必湖等发现并被试验证实由野生稻与栽培稻天然杂交产生的野败雄性不育株；四川农业大学通过地理生态远缘杂交获得的用于培育冈46A等不育系的不育株，湖南杂交水 稻研究中心用于培育印水型系列不育系的不育株及四川农科院水稻高梁研究所通过籼粳交获得的用于培育K系列不育系的不育株。这些不育株均为核质互作型不育，比较容易找到保持系，是选育三系雄性不育系不育单株的主要来源。 ②保持材料（B）的选育：保持系的选育可采取测交筛选和人工制保法进行。 测交筛选法：获得雄性不育株后，选用掌握的国内外育成的大量优良品种（系）与之杂交，
MicroRNA对肿瘤基因的调控及其临床意义
中国肿瘤生物治疗杂志http ：//www．biother．org Chin J Cancer Biother ，Apr．2011，Vol．18，No．2 DOI ：10．3872/j．issn．1007-385X．2011．02．023 ·综述· MicroRNA 对肿瘤基因的调控及其临床意义 Regulation effect of microRNA on tumor genes and its clinical significance 赵敏1综述，苏长青2 审阅（1．合肥市第二人民医院病理科，合肥230011；2．第二军医大学东方肝胆外科医院分 子肿瘤研究室，上海200438） ［摘 要］微小RNA （microRNA ，miRNA ）通过调控基因的表达，参与细胞生命过程中一系列重要的进程，包括胚胎发育、细 胞增殖和分化、细胞死亡与凋亡、体内生化代谢等。成熟miRNA 通过RNA 诱导的沉默复合体（RNA-induced silencing complex ，RISC ）结合到靶mRNA 上，依赖于序列的互补性机制、剪切或阻遏靶mRNA 、沉默基因的表达。miRNA 与肿瘤等疾病的发生、发展密切相关。miRNA 的表达谱在肿瘤细胞与正常细胞之间具有明显差异，起到类似于癌基因或抑癌基因的作用。miRNA 通过沉默肿瘤侵袭转移相关基因的表达，参与肿瘤侵袭转移过程。肿瘤细胞在miRNA 表达谱上的特异性为肿瘤的诊断提供了一项生物标志物， 同时也为调控miRNA 表达以治疗肿瘤提供了新的靶点。以miRNA 为基础的抗肿瘤治疗还可与传统的化疗结合起来，提高肿瘤的治疗效果，为肿瘤的生物治疗开拓新视野。［关键词］肿瘤；microRNA ；基因调控；诊断；治疗［中图分类号］R730．2 ［文献标志码］A ［文章编号］1007- 385X （2011）02-0235-04［基金项目］国家自然科学基金资助项目（No．81071866）。Project supported by the National Natural Science Foundation of China （No．81071866） ［作者简介］赵敏（1965－），女，安徽省合肥市人，副主任医师，主要从事肿瘤病理诊断的研究。E-mail ：zhao．min．hi@163．com ［通信作者］苏长青（SU Chang-qing ，corresponding author ），E-mail ：suchangqing@gmail．com 微小RNA （microRNA ，miRNA ）是一类非编码小分子RNA ，长度为21 23个核苷酸，普遍存在于动植物细胞内，可以调节许多转录物组（transcrip-tomes ），是基因表达和调控必需的转录后修饰途径。miRNA 参与细胞生命过程中一系列重要的进程，包括胚胎发育、细胞增殖和分化、细胞死亡与凋亡、体 内生化代谢 ［1-4］ 。近年来有关miRNA 调控的研究的报道很多， 2010年第1期《Cell 》杂志的封面即是miRNA 对基因表达转录调控的研究［5］。人类基因组中估计约有30%的基因受miRNA 的调控。miR-NA 与疾病关系密切，现已确认了越来越多疾病的miRNA 表达谱，通过与正常表达谱的对比，证实了miRNA 与人类重大疾病（如肿瘤、艾滋病、心血管系统疾病、神经系统疾病等）的发生、发展密切相关。肿瘤是一种多基因、多因素相关的复杂疾病，主要涉及细胞的增殖、分化及凋亡异常，因此miRNA 表达 异常在肿瘤发生、发展中起着重要的作用 ［6-8］ 。miRNA 广泛涉及到肿瘤细胞增殖、分化、转移、代谢、凋亡等病理生理过程 ［9-13］ 。本文就近年来miR-NA 在基因表达调控的分子机制及其与肿瘤关系的 研究现状做一综述。1miRNA 调控靶基因表达的机制1．1 miRNA 的产生与成熟 编码miRNA 的基因存在于基因组中，可以是单 拷贝、多拷贝甚至是基因簇等多种形式，绝大多数位于基因间隔区。细胞核内miRNA 基因通过RNA 聚 合酶Ⅱ转录成miRNA 原始转录本（pre-miRNA ），pre-miRNA 与其他基因的转录本一样，也有5'加帽和3'多聚腺苷酸尾结构，多者数千个碱基。随后，在RNA 聚合酶ⅢDrosha 的作用下， pre-miRNA 被切割成为具有发夹环结构的miRNA 前体（pre-miR-NA ），长度约为70个核苷酸，pre-miRNA 由转运蛋白exportin-5从细胞核转运至细胞质。最后，在细胞质中由RNA 酶Ⅲ（Dicer ）识别pre-miRNA 双链的5'磷酸及3'突出，在距茎环两个螺旋转角处切断螺旋体的双链， 形成成熟的miRNA ［14-15］ 。成熟miRNA 结合到RNA 诱导的沉默复合体（RNA-induced silen-cing complex ，RISC ）上，调控靶mRNA 的表达［16］ 。1．2 miRNA 的作用机制 成熟miRNA 通过RISC 结合到目标靶mRNA 上，依赖于两者序列的互补性，剪切或阻遏靶mRNA ，负调控基因的表达。miRNA 与靶mRNA 互补匹配的程度，决定了miRNA 采取何种机制调节基因的表达。若miRNA 与靶mRNA 两者完全互补或 几乎完全互补时， miRNA 结合位点通常在mRNA 编码区或开放阅读框中， miRNA 特异性切割靶基因，· 532·
作物育种学各论(水稻)试题库答案版
作物育种学各论 水稻育种试题库 一、名词解释 1、垩白质：是松散的淀粉，易碎，外观差 2、糊化温度：即在米饭蒸煮时，稻米淀粉粒加热吸水膨胀至不可逆时的温度。此时淀粉粒在偏光显微镜下失去双折射现象，所以也称双折射终点温度。 3、糙米率：稻谷去除果皮后的% 4、精米率：糙米去除种皮、胚后的% 5、整精米率：去除碎米后的整米% 14、短日高温生育性 15、雄性不育系 16、雄性不育保持系 17、雄性不育恢复系 18、孢子体不育 19、配子体不育 20、光敏核不育性 二、填空题 1、水稻是世界上最重要的两大粮食作物之一，其栽培面积和总产仅次于小麦。全世界种植水稻的国家和地区有112个之多，但栽培面积集中在亚洲，占世界水稻总栽培面积的90 %以上。 2、水稻是我国最重要的粮食作物，总面积、总产量及单位面积产量均居全国粮食作物首位。 3、我国是水稻原产地之一，亚洲栽培稻的祖先种普通野生稻分布极广：南起海南三亚，北至江西东乡，西起云南盈江，东至台湾桃园。 4、我国水稻分布跨越热带、亚热带、暖温带、中温带、寒温带等五个气候带，世界上种稻最北点在我国黑龙江省漠河，53°27’N 。 5、我国水稻育种史上水稻矮化育种和杂交水稻两大事件被誉为水稻的绿色革命。 6、50年代标志着我国水稻矮化育种新纪元的3个里程碑式的矮杆品种是 矮脚南特、广场矮、台中在来1号。 7、我国水稻区划分华南双季稻稻作区、华中双单季稻稻作区、
西南高原单、双季稻稻作区、华北单季稻稻作区、东北早熟单季稻稻作区、 西北干燥区单季稻稻作区等6个稻作区。 8、江苏属于华中双单季稻稻作区，按照本省的水稻区划又可分太湖稻作区、 镇宁扬丘陵稻作区、沿江稻作区、里下河稻作区、沿海稻作区、徐淮稻作区等6个稻作区。 9、根据江苏的地理位置和生态条件，适合本省种植的粳稻品种为、 、、等4个熟期类型。 10、水稻的产量构成因素主要有穗数、每穗粒数、结实率、千粒重。 11、生产上栽培的水稻品种千粒重一般为 18 至34 g。 12、稻米品质具体包括外观品质、蒸煮和食用品质、加工品质和 营养品质。 13、根据国家优质稻谷标准，稻米的外观品质指标主要有胚乳的半透明性和 垩白质2项，籼稻还包括粒型指标，用长宽比衡量。 14、根据胚乳的透明程度，可将稻米分为两类，糯稻米为不透明，普通稻米为不透明、模糊和半透明。一般直链淀粉含量低于 2 %的称为糯稻。 15、国家优质稻谷标准衡量稻米蒸煮品质的指标有直链淀粉含量和胶稠度 2项。 16、与粳米相比，通常籼米的直链淀粉含量高。 17、糊化温度常用胚乳碱扩散值来表示，糊化温度越低，胚乳碱扩散值越高。 18、胶稠度用米胶冷后的凝胶长度来衡量，凝胶长度越长，则胶稠度软。 19、水稻的最重要的两大病害是指稻瘟病和白叶枯病。 20、近年来生产上逐年扩展、发生严重的水稻病害有条纹叶枯病和纹枯病，它们均是由灰飞虱传播的病毒病。 21、目前生产上应用的籼稻品种株高多由矮秆基因sd-1控制，矮秆表现为半矮生型。 22、水稻生育期的长短与水稻的感光性、基本营养生长特性和感温性有关。 23、水稻花青素着色遗传是受 C 、 A 、 P 所构成的一个互补系统控制。 24、稻米的胚乳是3倍体组织，正反交WX（或wx）基因的剂量效应对杂种F1稻米的直链淀粉含量，影响很大。 25、水稻的学名是Oryza sativa L.，属禾本科稻属（Oryza）。 26、稻属中有两个栽培种，即亚洲 \ 普通栽培稻和非洲 \ 光身栽培稻。 27、普通栽培稻分籼亚种、粳亚种 2个亚种。
水稻抗逆优质分子设计育种创新团队
水稻抗逆优质分子设计育 种创新团队 The following text is amended on 12 November 2020.
团队创新助力中国农业科研 --水稻优质、抗逆分子设计育种创新团队 团队首席科学家黎志康（左三） 2003年8月，作为中国农业科学院国外引进人才，黎志康带领他实验室的团队一起回国，成为近年来中国农科院团队整体引进回国的杰出代表。5年来，以黎志康博士为首席科学家，万建民、王健康、赵开军、徐建龙等农科院一、二级人才为骨干队伍的“水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队”，集中优势研究力量和科技资源，充分发挥多学科综合交叉优势，围绕国家重大需求，以近年来国内外倍受关注的“分子育种理论与技术”为生长点和切入点，重点攻克抗逆、优质分子育种理论与技术体系，对水稻抗逆、优质等复杂性状进行深层次基因挖掘和种质创新，分离重要功能基因和进行品种分子设计，取得一系列突破性进展。 团队还充分发挥骨干成员在知识结构上的互补性，以及研究方向相对集中的特点，开展水稻抗逆复杂性状的遗传网络解析和植物分子育种新方法等研究。提出的种质资源大规模回交导入结合DNA分子标记技术高效发掘优异隐蔽基因的分子育种策略，已成为国内外种质资源有利基因挖掘和育种利用的主导方法，居国际领先水平。 该团队依托于农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程，拥有分子育种和分子设计的高效平台及全国水稻分子育种协作网；目前主持国家973、863、农业部948、转基因专项、支撑计划、行业科技及盖茨基金、国际挑战计划等国内外重大项目32项，年均合同经费达5034万元。在北京昌平和海南南滨建有规模化试验场，为本团队研究工作顺利的开展提供全方位的保障。 团队力争在3～5年内在多方面取得重要进展，创建水稻抗逆、优质的分子育种理论与技术体系，研制选择导入系QTL和品种分子设计的计算机软件，克隆优质、抗逆基因，通过分子设计培育高产、优质、抗逆新品种，大力促进我国水稻分子育种的发展和进一步提升我国在这一领域的国际竞争优势，将团队建设成为一支在国内外有影响的一流团队。 “宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队将继续发扬“严谨、勤奋、开放、创新”的团队精神，在复杂数量性状
肿瘤相关microRNA及其表观遗传学调控机制_云天洋
肿瘤相关microRNA 及其表观遗传学调控机制 Cancer related microRNA and it′s mechanism of epigenetics regulation 云天洋 综述 刘 阳 审校 解放军总医院 胸外科，北京 100853 摘要：microRNAs(miRNAs)是一类非编码小RNA，与靶mRNA 互补结合调控细胞的增殖、分化和凋亡。近期的研究表明许多miRNA 基因受表观遗传学调控，并对肿瘤的发生起着重要作用。本文将着重讨论近年肿瘤相关miRNA 表达及表观遗传学调控方面的研究进展。 关键词：肿瘤；miRNA ；表观遗传学 中图分类号：R 73 文献标识码：A 文章编号：1005-1139(2010)02-0196-021 miRNA 概述 miRNAs 是指长度约22个核苷酸的非编码单链RNA。通过与靶基因mRNA3′端非翻译区结合降低靶基因mRNA 水平或直接抑制翻译过程[1]，调控生命过程的多个环节，包括器官发育、物质代谢、细胞分化、凋亡和癌变。1993年，LEE 等人发现线虫中的lin-4并不编码蛋白而是产生一种小RNA 分子可与其靶mRNA 结合，来抑制lin-14的表达，从而影响线虫从L1期到L2期的转化 [2] 。近年来发现 miRNA 可能在基因表达调控领域中起着超乎想象的重要作用，miRNA 的序列、结构、丰度和表达方式的多样性，使其可能作为蛋白质编码mRNA 的强有力的调节子。2 表观遗传学概述 表观遗传学是一门研究基因表达的学科，它是指基因表达的遗传学变化依赖于DNA 和组蛋白的化学修饰而不是基因序列的改变。目前Non-coding RNA 的表达和调控也是表观遗传学的研究内容。DNA 甲基化和组蛋白修饰是表观遗传学研究的两个主要内容。肿瘤癌变过程中最为常见的表观遗传学改变是抑癌基因启动子区域CpG 岛甲基化，许多研究表明这种异常改变是抑癌基因表达缺失的常见机制。这种表达缺失是由于甲基化的CpG 与激活的组蛋白去乙酰化酶相互作用而导致染色质结构改变和基因沉默。3 人类正常组织中的miRNAs 表达谱及表观遗传调控机制 Landgraf P 等检测了人类和啮齿类动物26个器官组织中250种miRNAs 表达情况，约1/3的miRNAs 具有相对组织 收稿日期：2009-09-02 修回日期：2009-09-17基金项目：国家“973”重点基础研究发展规划项目(2010CB912802)Supported by National “973” Program for Basic Science Research Develop-ment of China(2010CB912802)作者简历：云天洋，男，军医进修学院2008级硕士。导师:刘阳教授。Email: yty_aa1.student@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html, 通信作者：刘阳，男，博士，教授，主任医师，科室副主任。Email: sunny301x@https://www.sodocs.net/doc/7b15897763.html, Engl J Med，1998，339（12）：799-805.8 Mailloux LU，Bellucci AG，Napolitano B，et al. Survival estimates for 683 patients starting dialysis from 1970 through 1989：identification of risk factors for survival ［J］. Clin Nephrol，1994，42（2）：127-135.9 Udani SM，Dieter RS. Inflammation in renal atherosclerotic disease ［J］. Expert Rev Cardiovasc Ther，2008，6（6）：873-881.10 Tami LF，McElderry MW，al-Adli NM，et al. Renal artery stenosis presenting as crescendo angina pectoris ［J］. Cathet Cardiovasc Diagn，1995，35（3）：252-256. 11 盖鲁粤，刘宏斌，陈练，等.严重肾动脉狭窄合并急性非ST 段 抬高型心肌梗死伴肺水肿二例［J］.中国介入心脏病学杂志， 2005，13（5）：336. 12 Bongartz LG，Cramer MJ，Doevendans PA，et al. The severe cardiorenal syndrome： ‘Guyton revisited’ ［J］. Eur Heart J，2005，26（1）： 11-17.13 Levin A. Kidneys，hearts，hormones and immunomodulators ： integrated understandings ［J］. Blood Purif，2006，24（1）：46-50. 14 Silva JA，Chan AW，White CJ，et al. Elevated brain natriuretic peptide predicts blood pressure response after stent revascularization in patients with renal artery stenosis ［J］. Circulation，2005，111（3）：328-333.15 Olin JW，Piedmonte MR，Young JR，et al. The utility of duplex ultrasound scanning of the renal arteries for diagnosing significant renal artery stenosis ［J］. Ann Intern Med，1995，122（11）： 833-838. 16 Rundback JH，Sacks D，Kent KC，et al. Guidelines for the reporting of renal artery revascularization in clinical trials ［J］. J Vasc Interv Radid，2003，14：s477-s492.17 De Bruyne B，Manoharan G，Pijls NH，et al. Assessment of renal artery stenosis severity by pressure gradient measurements ［J］. J Am Coll Cardiol，2006，48：1851-1855.18 Mitchell JA，Subramanian R，White CJ，et al. Predicting blood pressure improvement in hypertensive patients after renal artery stent placement： renal fractional flow reserve ［J］. Catheter Cardiovasc Interv，2007，69（5）：685-689. 19 Edward MS，Corriere MA. Contemporary management of atherosclerotic renovascular disease ［J］. J Vasc Surg，2009，50：1197-1120.20 Ronco C，Haapio M，House AA，et al. Cardiorenal syndrome ［J］. J Am Coll Cardiol，2008，52（19）：1527-1539.
基因工程菌大规模培养
第7章基因工程菌的培养 工程菌的稳定性 一、工程菌不稳定的表现 工程菌的不稳定实际上包括质粒的不稳定及其表达产物的不稳定两个方面。具体表现为：质粒的丢失、重组质粒发生DNA片段脱落和表达产物的不稳定。 二、引起工程菌不稳定的一些因素及对策 工程菌稳定与否，取决于质粒本身的分子组成、宿主细胞的生理和遗传特性及环境条件等三个方面 工程菌不稳定的因素：控制基因的过量表达，菌体的比生长速率，培养温度，培养基的组成 1、培养基的组成 质粒在丰富培养基比在低限培养基中更加不稳定。合成培养基往往有利于宿主细胞的生长，但不利于外源基因的表达。 2、培养温度 进行工程菌培养时必须探索其最佳培养温度。通常低温有利于重组质粒的稳定遗传。 3、菌体的比生长速率 如果宿主菌的比生长速率比工程菌的大，质粒将严重丢失，导致工业上倒罐；如果宿主菌的比生长速率比工程菌小，大量繁殖时因竟争性利用基质，宿主细胞将会受到抑制，对发酵影响不大。 4、控制基因的过量表达 外源基因表达水平越高，重组质粒就越不稳定。可以采用两阶段培养法，即在发酵前期控制外源基因不过量表达，使质粒稳定遗传，到后期通过提高质粒的拷贝数和转录、转译效率使外源基因高效表达。 控制外源基因过量表达的方法： 1)如构建含可诱导启动子的工程菌，这种工程菌发酵生产时，可选择培养条件使启动子受阻遏制一定时间， 在此期间质粒稳定遗传，然后通过去阻遏（诱导）使质粒高效表达； 2)采用温度敏感型质粒，温度较低时质粒拷贝数少，当温度升高到一定时质粒大量复制、拷贝数剧增。 高密度培养 为了大量获得基因工程产品，通常采用高密度培养技术，即提高菌体的发酵密度，最终提高产物的比生产率(单位体积单位时间内产物的产量)的一种培养技术，通常指分批补料发酵技术。这样不仅可减少培养体积、强化下游分离提取，还可缩短生产周期、减少设备投资，最终降低生产成本。 一、重组大肠杆菌的高密度培养 重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键是补料策略，即根据工程菌的生长特点及产物的表达方式采取合理的营养流加方案。在重组大肠杆菌高密度发酵中，合理流加碳源降低“葡萄糖效应”是成功的关键。常见的流加技术有：恒速流加、变速流加、指数流加和反馈流加。 1、恒速流加 限制性基质以恒定流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。通常以补料前的耗糖速率作为流加补料速率。 特点： 1)相对于发酵罐中的菌体来说，营养物的浓度逐渐降低; 2)比生长速率也慢慢降低; 3)菌体密度呈线性增加。 2、变速流加 限制性基质以变速或梯度增加流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。 特点： 1)这样可以克服恒速流加中营养物的浓度逐渐降低的缺陷，菌体在较高密度下通过流加更多营养物 质来促进菌体的生长，并对产物的表达有利。 2)比生长速率不断改变。