口袋K号23.生物信息学促进植物生物技术

截至7月30日,2006,全世界的科学家总共在寻找2名科学家,126个基因组项目。已发表的完整基因组有405个,1,665个正在进行的项目。在医学领域,这意味着将会有更广阔的领域来发现各种疾病的潜在治疗方法。在农业方面,这些研究为理解植物进化铺平了道路,并且利用这些知识来改良农作物。

为了能够处理所有这些遗传信息,分享并理解它,科学家需要数据库来存储信息,在那里可以访问和挖掘。他们还需要工具,例如计算机软件,管理信息;以及用于分析信息并用于回答特定问题的算法(数学公式),比如基因的定位,蛋白质的结构,以及物种相关性。做所有这些(还有更多),科学家转向生物信息学。

什么是生物信息学??

生物信息学是一门结合了计算机能力的新科学,数学算法,统计学与生命科学中的概念一起解决生物问题。通过生物信息学,科学家已经能够分析各种基因组。这些例子包括玉米(at.http://www.tigr.org/tdb/tgi/..shtml和柑橘种类http://har..ucr.edu/

这个口袋K看了生物信息学的科学,可以把植物生物技术从体外移植到硅胶中,工作从实验室转移到硬盘驱动器(然后再回到实验室)。

生物信息学处理什么数据??

生物信息学,一般来说,处理下列重要生物数据:


  1. DNA,RNA和蛋白质序列-DNA或RNA中的核苷酸序列,以及蛋白质中的氨基酸序列,可通过实验室测序方法获得。
  2. 分子结构——通过将热力学数据和计算机模拟与实验室技术的测量相结合,可以获得较高的分子结构,如x射线衍射和核磁共振成像。
  3. 表达数据-科学家在实验室使用微阵列来确定何时何地表达基因。这种微阵列还可以测量某些细胞类型中的整体基因表达,或者在特定的环境条件下。
  4. 书目数据——在过去的几十年里,科学论文的数量急剧增加,由于越来越多的研究项目和基因组测序项目。威廉希尔 官网网址这些文章是在网上可用的公共数据库中组织的。

生物信息学如何处理这些数据??

理解所有生物序列和结构的第一步是制定一种管理数据的方法,以及如何处理和维护它。数据管理是生物信息学的首要任务,也是最基本的任务。生物信息学家通过将信息组装到数据库中来完成这一任务。

数据库是以系统方式存储的信息的集合。在生物信息学中,这个数据库可能由DNA序列组成,RNA序列,甚至蛋白质序列。这些序列可以根据它们的功能进行组织,或者根据它们来自的物种,或者先报道它们的期刊文章。数据库还可以包含期刊文章和摘要。

收集完数据后,生物信息学家可以找到挖掘的方法,检索,使用数据。这通常是通过计算机程序完成的,威廉希尔 官网网址可以搜索数据库和检索信息,根据科学家的需要。

生物信息学如何改进植物生物技术??

它可以帮助科学家进行基础研究。

了解植物基因组的完整序列可以为今后对该有机体的所有研究铺平道路。例如,美国农业部农业研究服务(USDA-ARS)的科学家们正在分析大豆和大麦等作物的基因表达模式,为了确定植物抗环境胁迫相关基因的功能。

研究小组来自发达国家和发展中国家。国际水稻研究所,总部设在菲律宾,正在研究水稻的完整基因组。巴西科学家已经完成了尖顶木霉的基因序列,一种侵染柑橘植物的植物病原体。

世界马铃薯基因组测序联合会,由荷兰基因组学倡议和瓦赫宁根大学和研究中心牵头的是另一个例子。来自巴西等国家的团队,智利,俄罗斯,印度中国秘鲁新西兰正在共同努力,对马铃薯12条染色体上所有8.4亿对碱基DNA进行测序。科学家可以利用所有这些数据来改良马铃薯,这是世界第四大重要农作物。

它可以用来设计更好的植物。

一旦确定了某些植物性状的基因,科学家能够确定抗病和抗逆的基础,从而设计出使植物更坚硬、更有弹性的方法。科学家们还利用生物信息学帮助他们设计出具有更优质水果的植物,或者具有在极端环境条件下生存的能力。

澳大利亚昆士兰农业生物技术中心,例如,正在研究木瓜,热带地区重要的粮食作物,用于化妆品和制药工业。鉴定番木瓜成熟相关基因,研究人员研究了水果基因组的表达序列标签(EST)。EST是表达基因的短DNA序列,已被用作快速发现基因的工具。研究人员能够精确定位成熟过程中高度表达的基因;一旦这些基因被定位,科学家可以生产出更好的木瓜,这些木瓜可以晚些成熟,或者味道更好。

它可以用来利用遗传多样性。

通过知道哪些植物关系密切,科学家可以找出哪些性相容的物种具有理想的特性(如水稻植株的茎长,或大麦粒,玉米,或小麦)。现今植物的野生亲缘关系可能是作物改良基因的来源。威斯康星大学的科学家们,例如,正在通过研究野生马铃薯物种的基因组来改良马铃薯。以色列魏兹曼研究所的研究人员,另一方面,正在致力于理解农作物植物与其野生祖先之间的基因交换过程,为了利用这些过程将野生近缘的理想基因整合到重要的农作物中。

它可以用来设计研究基因功能的新工具。

科学家们首先发现了微小RNA(.NA),基因序列家族,在植物中。这些小RNA分子控制着植物生长发育的各个方面。它们针对特定的DNA序列,而且,这样做,阻止某些基因活动。.NA的突变可导致花发育不良,甚至植物死亡。

.NA分子可以设计成沉默整个基因家族。因此,科学家们正转向.NA技术来开发下一代植物。加利福尼亚大学正在进行几个项目,河滨和怀特黑德研究所预测和鉴定水稻等重要作物中的.NA家族。

它可以用来测试,分析,鉴定植物

随着越来越多的微阵列图谱联机,科学家可以了解和交换有关基因表达差异的信息。他们还可以测试植物在不同胁迫条件下的基因表达或蛋白质谱的差异,比如干旱,疾病,或者昆虫感染。如果某些基因在这些应激条件下大量表达,然后它们可能掌握着植物在逆境中生存的关键,它们可能被用于改善其他可能没有相同基因的植物。

测试转基因植物是否可与常规植物相比,科学家进行蛋白质或RNA分析。在最近的研究中,科学家通过分析转基因马铃薯和普通马铃薯的蛋白质组,并且发现没有新的蛋白是单个转基因系所特有的。丹麦农业科学研究所的科学家使用微阵列,以及分析软件,比较转基因小麦与野生型小麦的基因表达谱。他们发现这两种小麦的基因表达没有显著差异。

生物信息学:NCBI在线


国家生物技术信息中心(NCBI)是科学家的在线资源和数据库,研究人员,和普通大众一样。住于美国国立卫生研究院,NCBI网站充满了能够帮助相关方进行以下工作的工具:

搜索- NCBI包含一个名为“基本本地对齐搜索工具”的搜索引擎,或爆炸。这个搜索引擎与在线搜索引擎相似,除了查询是核苷酸(BLASTn)或蛋白质(BLASTp)序列之外。科学家们可以使用BLAST搜索来寻找与他们相似的DNA或蛋白质序列。然后搜索匹配可以告诉他们他们的基因或蛋白质是什么,它是什么有机体,其他生物有相同的基因或蛋白质序列。

研究- ENTREZ是集成的,NCBI主要数据库使用的基于文本的搜索和检索系统。通过ENTREZ,科学家们可以发现有多少感兴趣的基因或蛋白质可以公开获得,给定生物体中已经测序了多少这样的基因或蛋白质,以及该领域已经发表的研究成果。

添加- NCBI的主要数据库在GenBank,“序列”储户“可以通过在线工具(如BankIt)添加到核苷酸和蛋白质序列中。

矿山-除了流行的BLAST之外,NCBI还有许多生物信息学工具,所有的设计都是为了从他们的在线数据库中挖掘数据。例如,Spidey可以将一个或多个RNA序列与单个基因组序列比对,并且确定基因结束的位置和其他序列的开始位置。如果科学家正在研究蛋白质序列,他/她可以使用CDArt查看序列的哪些部分负责给定函数,还有什么其他的蛋白质具有相似的结构域。

http://ncbi.nlm.nih.gov.

前进的道路

科学家对植物基因组的了解越多,他们问的问题越多,他们发掘的信息越多。生物信息学不仅提供信息,但是会导致更多的实验。例如,爱荷华州立大学的科学家们最近进行的一项研究调查了燕麦基因组中的独特序列。这允许研究人员通过PCR发现能够识别燕麦类型的DNA的特定区域,以及作为标记辅助选择的标记。

结论

生物信息学有很多工具,具有许多功能以适应科学家使用它们的需要和专门知识。基因和蛋白质数据库不断更新,提供帮助世界各地的科学家的信息,他们在生命科学的任何领域工作。生物信息学为植物研究人员带来了好处:它可以帮助植物育种和基因工程,让植物科学家为将来生产更好的作物。

工具书类

  1. Martienssen罗伯特A作物基因组序列:它有什么好处?作物SCI44:1898-1899(2004)。
  2. 作物生物技术更新。http://www.威廉希尔isaaa.org/kc
  3. 基因组在线数据库(GOLD)。http://www..mes..org
  4. 国家生物技术信息中心。http://ncbi.nlm.nih.gov

图片来源:ARS图片库,http://www.ars.usda.gov/is/graphics/./。NCBI徽标由NCBI在线提供,http://ncbi.nlm.nih.gov。

*2006年11月

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