美国国家植物基因组计划_生物论文

　　1997年5月由美国总统科技助理吉本斯任命的植物基因组跨机构工作组，负责提出了国家植物基因组计划的科学重点，并规划针对这些重点的跨机构合作策略。这个工作组由农业部、科技政策办公室、管理和预算办公室、国家科学基金会、国家卫生研究所、能源部等的代表组成，国家科学技术委员会负责对该工作组进行监督。

　　为何要制定国家植物基因组计划

　　在21世纪，人类面临的重大挑战是粮食和纤维需求的增加以及对一个较清洁环境和可再生化学与能源资源的需要。在迎接这些挑战中，以植物为基础的技术可以起到重要作用。我们必须大大拓展我们对植物生物学的许多基本方面及其与所希望的经济和环境遗传特性的关系的了解。所以，该小组建议制定国家植物基因组计划。

　　任何一个生物的全部遗传构成都被称为它的基因组。基因组研究也称基因组学，包括基因组图谱绘制、测序和分析，以确定基因的功能。从基因组学获得的信息和知识将通过遗传工程和新育种方法被用于改良植物的有用特性。遗传工程植物目前已占美国玉米种植面积的10%，预计棉花和大豆的遗传工程品种种植面积更大。但是，已进行遗传工程处理的植物特性总数仍然很少，这是因为我们对植物基本过程的认识仍然有限。所幸的是，为植物特性和过程编码的基因在许多物种中是几乎一样的。利用这个发现的新技术正在被开发。从植物基因组的基本发现到这些信息被最终应用的时间已经缩短。

　植物基因组研究提供越来越多的证据，证明基因组比较分析具有价值。比较基因组学用从一物种获得的遗传信息帮助译解另一物种的遗传信息。我们在确定许多植物种的基因物理组织和表达方式方面的能力可使我们通过基因组比较分析充分运用可得到的资源。

　　计划的目标

　　基因组学的根本目标是了解一生物中每一基因的结构和功能。国家植物基因组计划意在利用改善社会的知识，所以将强调对农业、环境、能源和卫生等有重大意义的植物种，以达到这个目标。对植物基因组的更加重视将彻底改变植物基础科学研究及其对农业、林业、能源和环境以及对药品及其他以植物为基础的工业化学产品和材料的应用。

　基因组学研究可分成三个方面：(1)结构基因组学，研究基因组结构和组织；(2)功能基因组学，研究基因组结构和组织在细胞、组织和进化水平上与植物功能的联系；(3)基因组信息和知识在植物改良和新植物产品开发中的应用，造福人类。

　　拟南芥和水稻基因组测序

　　跨学科研究组支持拟南芥和水稻整个基因组的测序，前者是国家科学基金会、农业和能源部的拟南芥基因组测序项目的一部分，后者与日本及其他国家的水稻基因组计划合作进行。与其他较高等植物比较，拟南芥和水稻的基因组比较小，所以它们的整个基因组测序工作容易达到目标。它们可分别成为双子叶和单子叶这两种主要植物基因组的参考或模拟基因组。据预测，拟南芥和水稻基因组测序可分别于2000年和2004年完成。

　　结构基因组学

　　结构基因组学研究要阐明基因组的结构和组织。该领域的研究包括许多植物种的序列表达标记的产生、测绘和测序以及物理图谱绘制。所以国家植物基因组计划的一个基本举措是绘制关键植物种(包括玉米及其他经济上重要的物种)的物理图谱。

　　此外，10－12个物种如玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、烟草和松树等所有的近20万个表达序列标记很值得考虑，以便寻找经济上重要的植物中未表现或表达的基因。

　　功能基因组学　

　　功能基因组学研究涉及基因序列功能鉴别，包括特殊环境条件下或发育期间基因路径或网络的表达方式测定。对植物产量和生产率非常重要的基因，如对抗病抗逆、种子发育、谷物质量特性和开花时间等编码的基因，也应是计划的目标。此外还包括管理其他基因的那些基因(如转录因子、受体、信号因子等)，这些基因难以靠经典手段来鉴别，但通过基因组技术鉴别就容易得多。

　　技术开发

　　要保持植物基因组学的迅速进步，我们就必须继续进行技术开发。尤其是在诸如复杂特性基因图谱绘制的分析方法、基因组组织及其对生物功能的作用的新分析方法、低费用高效率测序技术、分析特定条件下基因的总表达方式的程序等领域，需要技术进步。有希望的技术发展包括同时分析上万个基因的表达方式的NDA芯片以及创造特殊基因突变以迅速鉴别基因功能的策略。

　　基因组数据与资源分配和利用

　　这项计划将产生广泛的图谱和序列数据，必须加以分析和分配。尽管人类基因组计划已经并且还在开发大部分必要的计算机软件和数据库，但还须开发针对植物的工具和数据库。除了基因组数据分配之外，诸如参考序列、文库和种质等资源也必须得到开发、维护和分配。应使植物基因组数据与其他基因组项目的数据一体化。

　　外延和培训

　　植物基因组计划的最终成功与否将由其对植物生物学基础研究及研究成果应用所产生的影响来决定。为了保证基因组信息和技术向其最终用户迅速转移，外延活动应当成为国家植物基因组计划的一个组成部分。外延活动的例子包括：有关如何获得和利用植物基因组学数据、工具和资源的小课程；使植物基因组研究人员与其他植物生物学家或育种家一道工作的专题讨论会。这项计划也为年轻科学家提供优越的培训机会。

　　计划管理运作原则

　　1.植物基因组计划应成为一个长期项目，受一项定期修订的计划管辖。
　　2.包括数据、软件、种质及其他生物材料应当尽快公开。
　　3.应由一个跨部门专门小组协调这项计划。
　　4.所有资金应在进行同行评议的竞争基础上资助，保证达到最高的科学优秀水平。
　　5.应与为本国计划提供资金的每一个国家发展国际合作关系。
　　6.应促进与私营部门的合作。