植物基因组学和转录组学的研究进展

转录组学在植物应答逆境胁迫中的研究进展张纯;唐承晨;王吉永;郭龙妹;王莉莉;黎万奎【摘要】Adversity stress is one of the important factors restricting plants′ growth and development, and exploring the molecular mechanism of plants′ response to adversity stress is an important subject for a long time.With the completion of the sequencing of model plant genome, botany research has also entered the functional genomics era.As an important aspect and new field of study on functional genomics, transcriptomics benefits human beings from understanding the response mechanism of plants to environmental stresses at transcriptional level.This study introduced the application of transcriptome in a series of abiotic stress like plants′ response to drought, temperature, salt, heavy metal as well as a series of biological stress such as pathogen violations, and then evaluated the advantages and limitations of transcriptome technology in plant resistance.%逆境胁迫是制约植物正常生长发育的重要因素,探索植物应答逆境胁迫的分子机制也是人们长期探索的重要课题.随着模式植物基因组测序工作的完成,植物学的研究也进入了功能基因组时代.作为功能基因组学的一个重要方面和全新的研究领域,转录组学有助于人们从转录水平上了解植物对环境胁迫的应答机理.介绍了转录组学在植物应对干旱、温度、盐、重金属等一系列非生物胁迫和病菌侵害等生物胁迫中的应用,并对转录组学技术在研究植物抗逆性方面的优势和局限性做出评价.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P86-90)【关键词】非生物胁迫;生物胁迫;转录组;差异表达基因【作者】张纯;唐承晨;王吉永;郭龙妹;王莉莉;黎万奎【作者单位】上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203;上海中医药大学中药研究所, 上海 201203【正文语种】中文【中图分类】Q945.78植物体是一个开放体系，生长在自然环境中常常遇到一些不利于自身生长的环境因素，这些不利环境因素统称逆境。

转录组测序技术在植物基因表达分析中的应用植物基因表达分析是研究植物基因转录和表达水平的一个重要领域，充分了解植物基因表达模式对于揭示植物的生长发育、逆境响应等重要生物学过程具有重要意义。

随着高通量测序技术的迅猛发展，转录组测序技术应运而生，成为揭示植物基因表达的有效工具。

本文将探讨转录组测序技术在植物基因表达分析中的应用，并介绍其在植物科研中的重要性和发展前景。

一、转录组测序技术简介转录组测序技术又称RNA-seq技术，是一种高通量测序技术，通过直接测定RNA分子序列，可以实现对所有转录本的定量和定序。

相对于早期的芯片技术，转录组测序技术具有更高的准确性和灵敏度，并且能够检测到新的转录本和剪接变体。

转录组测序技术包括样品制备、测序、数据分析等步骤，其整体流程相对复杂，但随着技术的成熟和商业化的进一步推广，已经变得越来越简便易行。

二、转录组测序技术在植物基因表达分析中的应用1.鉴定和分析植物基因转录组测序技术可以高效地鉴定和分析植物基因。

通过对植物基因组的全转录本进行测序，可以得到准确的基因序列信息，并且能够检测到新的转录本。

利用转录组测序技术，研究人员可以全面了解植物的基因组结构和转录组组成，进而研究基因的功能和调控方式。

2.揭示植物基因表达模式转录组测序技术能够全面揭示植物的基因表达模式。

通过对不同组织、不同发育阶段或不同环境条件下的植物进行转录组测序，可以获得宏观和微观水平上的基因表达谱。

研究人员可以利用转录组测序数据，进行基因表达差异分析、基因调控网络构建等，从而了解植物的生长发育和逆境响应机制。

3.预测基因功能与代谢途径转录组测序技术可以帮助预测植物基因的功能和参与的代谢途径。

通过将转录组测序数据与已有的基因组数据库进行比对和注释，可以鉴定出已知基因的功能，并预测未知基因的功能。

此外，通过分析基因的表达模式和相关性，可以预测基因参与的代谢途径和生物学过程，为后续研究提供有价值的线索。

三、转录组测序技术在植物科研中的重要性和发展前景转录组测序技术在植物科研中具有重要的应用价值和广阔的发展前景。

生物信息学研究的最新进展和未来趋势生物信息学是一门交叉科学，它借助计算机科学的方法和技术处理、分析、存储、整合和解释生物学大数据。

随着高通量测序、蛋白质组学、代谢组学等技术的不断发展和完善，生物信息学也不断发展和壮大。

近年来，生物信息学在基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等领域的研究取得了许多重要进展，同时也展示了未来生物信息学发展的美好前景。

一、基因组学研究的最新进展基因组是生物体遗传信息的总和，对于揭示生命本质、寻找疾病基因、研究物种起源和进化等方面具有重要的科学意义。

近年来，随着二代测序技术的发展和普及，人类和不同生物体中的基因组序列得到了快速、高效、准确的测定，从而为基因组学研究提供了强大的数据支持。

通过基因组学研究，我们可以揭示不同生物个体之间的遗传差异、人类起源、自然选择和进化等问题。

例如，2015年，人类起源问题的研究揭示了现代人与古人类基因交流事件的复杂性和多样性。

此外，基因组也在研究传染病和癌症等疾病方面起到了至关重要的作用，例如通过基因组学研究，可以发现和突变导致癌症等疾病的基因，为寻找治疗方法提供重要依据。

二、转录组学研究的最新进展转录组是指在一个生物体某个时期中所有基因的转录产物集合，它是基因功能实现的重要环节。

转录组学的研究过程中，我们可以对不同生物个体在不同情境下的基因表达情况进行分析，以了解基因启动子和转录调控机制等方面的信息。

通过转录组学的研究，我们可以及时监测某些重要基因的表达情况，例如研究机体对环境的适应能力和抵抗力的提高。

例如，近年来转录组学研究揭示了在水稻和其他作物耐盐、耐旱、耐寒托架中，水稻转录因子MYB30-B 介导着不同途径的非生物胁迫反应。

这项研究不仅有解决重大食品安全问题的潜力，还能促进新品种的培育和扩张农业基础设施。

三、蛋白质组学研究的最新进展蛋白质是生物体中最重要的功能分子之一，对于生命活动的维持起着至关重要的作用。

蛋白质组学则是指对生物体内所有蛋白质进行鉴定、定量和功能研究的学科。

植物基因组学及比较基因组学研究植物基因组学是研究植物基因组结构、功能及其进化的学科领域。

通过对植物基因组的研究，我们可以深入了解植物的遗传机制、进化历程以及适应环境的能力。

而比较基因组学则是将不同物种的基因组进行比较和分析，以揭示它们之间的相似性和差异性，推断基因功能、鉴定重要基因，并探究物种进化的规律。

一、植物基因组学研究的重要意义植物基因组学的研究对于揭示植物的生长发育过程、逆境应答机制以及生殖系统演化具有重要意义。

通过对不同植物基因组的测序和分析，可以鉴定出植物特有的基因家族，比如光合作用相关基因家族和抗病性基因家族等，并进一步验证其功能，从而为植物育种和改良提供基础。

二、植物基因组研究方法1. 基因组测序技术：高通量测序技术的发展，使得植物基因组测序成为可能。

通过测序技术，我们可以对植物基因组进行全面的扫描，并提取出其中的基因序列，用于后续的功能研究。

2. 基因组组装与注释：基因组组装是将测得的基因组片段进行拼接和排序，以得到完整的基因组序列。

而基因组注释则是对基因组序列进行功能预测和基因的鉴定。

3. 比较基因组学：通过将不同物种的基因组进行比较，我们可以发现基因组之间的共性和差异性。

这些共性和差异性对于研究物种进化和功能基因的推断具有重要价值。

三、比较基因组学在植物研究中的应用1. 蛋白质功能鉴定：通过比较基因组学的方法，可以找到不同物种间的相似蛋白质序列，从而预测其功能。

这为进一步的实验研究提供了重要线索。

2. 基因家族的演化：比较基因组学可以揭示不同物种间基因家族的起源和演化过程。

通过比较基因组中的保守基因，可以推断其在进化过程中可能的功能和适应方式。

3. 物种进化研究：比较基因组学可以通过比较物种间的基因组序列，揭示它们的进化关系和进化速率。

这些研究有助于我们理解物种的起源和演化历程。

四、植物基因组学及比较基因组学的研究进展随着基因测序技术的不断发展，植物基因组学及比较基因组学的研究也取得了许多突破。

植物基因组学研究及其意义植物基因组学是生命科学的一个分支，它研究的是植物的基因组结构、功能、演化等方面的问题。

通过对植物基因组的研究，我们可以深入了解植物的生长发育机制、适应环境的能力以及种间关系等，为植物资源开发和利用提供了更加深入的基础。

一、植物基因组的特点任何一个生物的DNA都是被编码的，它包含的是生物生长、发育和自我复制所需的所有信息。

对于植物基因组来说，它也有着一些与人类高度相似的特点。

1. 植物基因组的大小多变。

植物基因组大小差异很大，研究表明，某些蕨类植物的基因组大小为27.55GB，而一些海藻的基因组大小只有0.063MB。

2. 相同的基因组对应不同的表型。

同样的基因组对应的表型不同，这个现象也很常见。

种植同一品种的作物，由于环境、气候等因素影响，表现出来的性状也会存在差异。

3. 基因数量较多。

各种植物的基因数量都比较多，高等植物的基因数量可达到25000个。

二、植物基因组研究的方法为了更好地了解植物基因组，科学家们采用了一系列的方法和工具进行研究。

1. 大规模基因测序。

作为研究基因组的主要手段之一，测序技术可以更准确地解读基因信息。

近年来，草履虫、拟南芥等模式植物的全基因组测序工作已经完成，这为基因组学的深入研究奠定了基础。

2. 基因芯片技术。

基因芯片技术是一种快速并且高通量的实验手段，可广泛应用于在表达谱和比较转录组中，以帮助识别植物基因的功能。

3. 生物信息学基础工具。

生物信息学软件和数据库是解决大量基因和基因组学数据的重要工具。

大量的软件和数据库被专门用于储存基因组序列数据及其功能注释，如GenBank, EMBL和GenPept等。

三、植物基因组学研究的意义植物基因组学为人们提供了一个质的飞跃的机会，可以更好地了解种植物的特点与生物进化，促进农业生产、食品工业、医学发现以及生态学探究的发展，其意义主要表现在以下几个方面。

1. 育种改良。

植物基因组学可以帮助科学家们深入了解作物的基因组结构和功能，为育种改良提供更强有力的支持。

植物代谢组学、转录组学植物代谢组学与转录组学是现代生物学研究中的两个重要分支，它们通过研究植物的基因表达和代谢过程，帮助我们更好地了解植物的生长发育、适应环境和产生次生代谢产物的机制。

本文将从植物代谢组学和转录组学的基本概念、研究方法和应用领域三个方面进行介绍。

第一部分：植物代谢组学的基本概念和研究方法植物代谢组学是通过分析植物代谢产物的种类和相对含量来研究植物在不同生理状态下的代谢变化。

植物代谢产物包括有机酸、氨基酸、糖类、次生代谢产物等。

研究人员通过高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS）、气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）等分析平台，对代谢产物进行定性和定量分析，从而揭示植物在不同环境条件下的代谢途径和代谢调控机制。

第二部分：植物转录组学的基本概念和研究方法植物转录组学是通过测定植物基因的转录水平来研究植物在不同生理状态下基因表达的变化。

研究人员通过RNA测序技术（RNA-seq）对植物样品中的mRNA进行全面测序，然后利用生物信息学方法对测序数据进行分析，包括基因差异表达分析、基因共表达网络分析等。

通过转录组学的研究，可以揭示植物在不同环境条件下的基因调控网络、信号转导途径和调控因子。

第三部分：植物代谢组学和转录组学的应用领域植物代谢组学和转录组学在植物科学研究和农业生产中有着广泛的应用。

在植物科学研究中，代谢组学和转录组学可以帮助我们了解植物对环境胁迫的响应机制，如干旱、高盐等。

通过研究植物的代谢途径和基因表达变化，可以发现与环境适应相关的关键基因和代谢途径，为改良植物耐逆性提供理论依据。

在农业生产中，代谢组学和转录组学可以帮助我们改良植物品质和增加产量。

通过研究植物的次生代谢产物，可以发现与植物品质相关的关键代谢途径和基因。

同时，通过研究植物的基因表达变化，可以发现与植物产量相关的关键基因和调控网络。

这些研究成果可以为育种工作提供重要的参考和指导。

总结：植物代谢组学和转录组学是现代生物学研究中的重要工具和方法，它们通过研究植物的基因表达和代谢变化，帮助我们更好地了解植物的生长发育、适应环境和产生次生代谢产物的机制。

植物基因组的测序和解析一、引言随着基因组学技术的飞速发展，对植物基因组的测序和解析也越来越深入。

通过对植物基因组的研究，不仅能够深入了解植物生长发育和适应环境的机理，也为植物育种和农业生产提供了重要的理论和技术支持。

本文将着重介绍植物基因组的测序和解析技术及其应用。

二、植物基因组测序对于植物基因组的测序，一般采用两种主要的方法：全基因组测序（WGS）和转录组测序。

目前已经完成了大量植物的全基因组测序工作，包括拟南芥、水稻、小麦、玉米、大豆、苹果等，这些测序数据为植物基因组研究提供了基础。

而转录组测序则可以在不同生物学阶段或不同环境条件下，对植物基因表达情况做出深入分析。

1. 全基因组测序WGS是指对物种整个基因组DNA序列的测序，包括基因区域和非基因区域。

全基因组测序技术通常会采用高通量测序平台，如Illumina、PacBio等。

基因组大小和复杂性是影响测序花费和时间的主要因素。

在植物基因组测序中，由于植物基因组的大小和复杂性较高，因此一般需要使用多平台组合测序的方式。

例如，可以先使用Illumina短读长度（150bp左右）测序高覆盖度，然后用PacBio长读长度（10kb以上）来填补基因组中的重复区域、插入元件和复杂重读区域等。

2. 转录组测序转录组测序是指对某个生物在特定环境或生物阶段的mRNA进行测序，一般分为总RNA测序和mRNA测序两种。

总RNA测序可以同时得到注释基因和非编码RNA等的全面信息，而mRNA 测序则会选择性地测序已经被转录核糖体识别和选择的信息。

此外，转录组测序也包括甲基化RNA的测序，可以获得DNA甲基化的空间分布和转录水平的相关性等信息。

三、植物基因组解析植物基因组测序仅仅是一个开始，如何处理和分析这些海量的基因组数据，才能更好地理解植物基因组结构与功能呢？这就需要应用各种生物信息学分析方法来进行解析，包括基因注释、结构预测、基因家族分析、进化分析、基因功能预测等。

生物科学中的基因组学和转录组学生物科学的发展已经有了跨越式的进步，其中基因组学和转录组学的发展对于生物科学的进步起到了至关重要的作用。

基因组学和转录组学的出现使生物科学研究的深度和广度有了更加迅速的发展，因此，基因组学和转录组学已经成为了生物学家们最为关注的研究方向之一。

一、基因组学基因组学指的是研究某个生物所有基因的总体结构、功能、调控和演化的一门学科。

这个领域的研究涉及到从DNA序列到蛋白质功能的所有基本过程。

而作为这一领域的重要研究工具，高通量测序技术能够更加快速和精确的分析所有基因组，进而发现所有基因间的互相关联，以及这些基因与表型的关系。

基因编码着生物体内所有的功能性蛋白质，是生命的基石。

基因组学的重要性在于它能够更加全面地了解基因组在生物体内的特定位置，以及在基因组序列中的确切顺序。

有了这些信息，生物学家们就可以更好地了解疾病的起源和发展机制，进而寻找到治疗和预防疾病的更有效的方法。

基因组学的快速发展和广泛应用已经广泛地应用在了基因治疗、基因工程、农业、动物育种和环境科学等领域中。

二、转录组学转录组学是一种分析生物体内基因组转录产物的研究方法。

它通过全基因组上的RNA测序，用全介导的方法获取所有转录本，以此全面了解特定生物体的生物成分。

转录组学研究中的关键措施是测序和分析RNA的表达谱，以了解RNA的分布、结构、功能和数量等特征，并通过功能和调节之间的关联来推断转录本的调节和功能。

转录组学应用领域非常广泛，如研究常见疾病、特殊环境和生态系统等。

转录组学关注的是RNA的类型、数量和表达。

与基因组学不同，转录组学主要研究RNA的表达水平以及转录过程中的反应，可以更加深入地了解生物的调节机制、细胞分化和发育、失调状态以及防范、寻找和改变这些状况的方法。

与基因组学一样，转录组学已经产生了许多领域的应用，如研究疾病的起源和进展、生命科学和药物研究、基础生态学和环境科学等。

三、基因组学和转录组学的联系因为基因编码的蛋白质实际上是通过RNA转录而来的，因此，基因组学和转录组学之间是存在联系的，两者都在实际上研究和了解基因的不同侧面。

生物信息学中基因组学与转录组学随着科技的不断进步，生物学的研究变得越来越深入，也变得更加高效。

生物学家利用生物信息学的方法研究基因组学和转录组学方面的问题，以探索生命的奥秘。

本文将介绍生物信息学的两个重要分支：基因组学和转录组学，并展示它们如何改变我们对生命的理解。

基因组学基因组学是生物信息学的一个分支，是对生物体基因组的研究和解析。

一个生物体的基因组是其遗传信息的存储库，包含DNA分子中编码蛋白质的所有的基因。

理解生物体的基因组对于理解生命的本质非常重要。

基因组研究最早起源于20世纪50年代，当时科学家利用X射线晶体学确定了DNA分子的结构。

如今，随着多项技术的发展，科学家们成功地解读了许多生物体的基因组。

一个有趣的例子是人类基因组计划。

该计划的主要目的是确定人类基因组的序列，并通过比较人类基因组和其他生物体基因组的序列来了解各种生命现象，例如进化、发育和疾病。

在2001年，人类基因组计划取得了巨大的成功，成功地确定了人类基因组的3亿个碱基对的序列。

基因组学的应用很广泛。

例如，基因组研究可以为后续的遗传学、进化学、生物学技术提供基础数据。

同时，人们利用基因组学的方法来寻找病因，探索各种疾病的根源。

许多基因组项目都在着力研究慢性病（如糖尿病、心血管疾病和多发性硬化症）和癌症的基因影响。

这个领域非常重要，因为它为新的治疗方法的研究提供了新方向，使得人们能够更好地治疗这些疾病。

转录组学转录组学是生物信息学的另一个分支，主要关注基因的转录和表达。

转录是指将DNA中的基因序列复制到RNA分子中的过程，而表达则是指该RNA分子生成蛋白质的过程。

通过研究转录组学，科学家们能够更好地理解哪些基因在哪些组织和生命阶段中被表达，这对于解释生物体的内部结构和功能至关重要。

转录组学的一个重要应用是基因表达谱分析。

基因表达谱是指将一个生物系统中相关基因的表达水平组织到矩阵中，并可以用来比较各种生物系统。

例如，将正常组织和肿瘤样本之间的基因表达谱进行比较，可以说明肿瘤细胞的特殊性及其肿瘤生长的机制。

基因组学与转录组学在现代生物学研究中，基因组学和转录组学是两个重要的分支领域。

它们的发展和应用对于我们理解和探索生命的本质和机制具有重要意义。

本文将介绍基因组学和转录组学的基本概念、方法和应用，旨在帮助读者更好地理解这两个领域的相关知识。

一、基因组学基因组学是研究生物体遗传物质基因组的学科，它主要关注的是基因组的组成、结构、功能和演化等方面的研究。

通过对基因组的分析，我们可以全面了解生物体的遗传基础，揭示基因与表型之间的关系。

基因组学的研究方法主要包括测序技术、比较基因组学和功能基因组学等。

其中，测序技术是基因组学研究的核心工具，它可以将生物体的基因组序列进行高效准确地测定。

比较基因组学则通过比较不同物种的基因组序列，寻找共同的基因组特征和演化规律。

功能基因组学则研究基因组中的功能元件和调控网络，揭示基因的功能和相互作用。

基因组学的应用非常广泛，它在基础研究、医学和农业等领域都具有重要作用。

在基础研究方面，基因组学可以帮助科学家们更好地理解生命的本质和进化规律。

在医学领域，基因组学可以用于研究人类基因组中的突变和变异，探索与疾病相关的基因。

在农业方面，基因组学可以用于优良基因的筛选和育种，提高作物的产量和品质。

二、转录组学转录组学是研究生物体转录组的学科，它主要关注的是在一定条件下生物体细胞中所有基因的转录情况，通过对转录产物的分析，揭示基因的表达调控和功能。

转录组学的研究方法主要包括RNA测序技术和生物信息学分析等。

RNA测序技术可以高通量地测定转录产物的序列和数量，从而了解基因的表达水平和变化。

生物信息学分析则通过对转录组数据的整合和挖掘，寻找基因表达调控网络和功能模块。

转录组学的应用广泛涉及基础研究、医学和农业等诸多领域。

在基础研究方面，转录组学可以帮助科学家们了解基因的调控网络和功能模块，揭示基因的表达调控机制。

在医学领域，转录组学可以用于研究疾病的发生和发展机制，发现新的治疗靶点和药物。