四篇高校基因研究新方法 谁独树一帜?

四篇高校基因研究新方法 谁独树一帜?

　　

【编者按】：为了鼓励更多的优秀论文在国内的核心刊物发表以及鼓励和发掘极具潜力的青年科学家，表彰优秀的实验成果，国内的一些知名核心期刊、生物产品厂家与生物通联合举办了中国05-06生命科技年度优秀论文评选活动。此次评选活动已经进入了决赛阶段，最后“万”元大奖的获得者将从50多篇文章中诞生，这些文章都是由国内颇具实力的实验室完成，其中包含了同一领域研究内容，从实验设计到方法运用到底谁会胜出呢？以下是生物通个家意见，仅为评论，不做依据。

候选优秀论文：

《遗传》——

单核苷酸多态性检测方法的研究进展  [投本文一票] 

《遗传学报》——

基因捕获技术及其最新进展  [投本文一票]

《中国农业科学》——

多个相关数量性状主基因的联合分析方法   [投本文一票] 

选择牵连效应分析：发掘重要基因的新思路  [投本文一票]

　

文章简介：

单核苷酸多态性检测方法的研究进展 

实验室：华东医学生物技术研究所，中国药科大学分析化学教研室（汪维鹏，倪坤仪，周国华）

通讯作者：周国华（简介见后）

资助项目：国家自然科学基金（编号：30270368）

摘要：单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）的研究已成为人类后基因组时代的主要内容之一。因此建立高度自动化和高通量的SNP检测分析技术十分重要。文章系统地介绍了最新发展的几种SNP检测技术的原理和检测平台，详细阐述了等位基因特异性杂交、内切酶酶切技术、引物延伸法、寡核苷酸连接反应等SNP检测原理，以及平板读数仪、基因芯片、微球阵列技术和质谱仪等检测平台，并对SNP高通量检测技术的发展进行了展望。

　

基因捕获技术及其最新进展 

实验室：中国科学院遗传与发育生物学研究所（李元元，张靖溥）

通讯作者：张靖溥（简介见后）

摘要：基因捕获技术是目前最具应用前景的基因克隆方法之一。利用该技术建立的随机插入突变的突变体文库，可用于寻找、鉴定和研究大量未知功能和已知功能的活化基因，它是继自然突变、物理突变和化学突变之后发展起来的新的分子生物学方法。基因捕获载体是带有报告基因和/或选择标记基因的不完整的基因表达载体；这些载体所带的基因只有在整合到宿主功能基因内部且与融合的宿主基因编码框一致时才能得以表达。经典的基因捕获载体有：增强子捕获载体、基因捕获载体和启动子捕获载体。增强子载体只有一个最小化的启动子控制下游报告基因的表达活性。只有当启动子上游存在一个增强子时才能启动其下游基因的转录；而单独依靠这个启动子则不能转录。狭义的基因捕获载体是指插入到结构基因内部从而捕获该基因的载体，分为内含子捕获载体和外显子捕获载体。前者插入内含子，因此需要在无启动子的报告基因前面添加一个splice acceptor(SA)位点；后者插入外显子，因此不需SA位点就能产生融合蛋白mRNA。启动子捕获载体由一个无启动子的报告基因和选择标记基因组成，只有在捕获载体插入到内源基因的外显子中，且两阅读框一致的时候才会有报告基因和被捕获的内源基因上游编码区的融合蛋白的表达。利用某些遗传元件的遗传特性也可以构建非常有用的捕获载体。常用的有：逆转录病毒介导的捕获载体和转座子介导的捕获载体等等。该文较为全面地概括了转座子介导的捕获载体的用途和研究现状。比如：在拟南芥中应用Ac/Ds转座子元件，在果蝇中应用P-element和piggyBac转座元件，在斑马鱼中应用Tol2转座子元件，在脊椎动物研究中应用Tc1/meriner转座子超家族，以及在哺乳动物和小鼠ES细胞中应用piggyBac转座子元件。还列举了设计新颖的载体优化策略，比如：发展新的选择标记基因，利用内源核糖体识别/结合位点(IRES)，去掉起始密码子和加一小段接头（linker）等方法。最后介绍了几种针对特定实验目的而设计的捕获载体。附录部分还列出了关于基因捕获技术的网络资源。

　

多个相关数量性状主基因的联合分析方法  

实验室：扬州大学数量遗传研究室（肖静）

通讯作者：徐辰武

资助项目：国家自然科学基金项目(30270724 和30370758)

摘要：根据多个相关数量性状的主基因+多基因遗传模型，首次提出利用多个相关数量性状进行主基因检测、主基因效应与变异估计的联合分离分析方法。该方法以EM算法实现的极大似然估计方法进行主基因的效应估计，以似然比统计量进行主基因的各种遗传假设检验。大量的计算机模拟研究表明，多性状联合分析不仅可以提高主基因的被发现能力，而且可以增加主基因效应估计值的准确度和精确度。以水稻杂交组合多蘖矮×中花11的F2群体597个植株株高和分蘖数为例演示了分析程序。结果表明该组合的株高和分蘖数受同一主基因控制。该主基因对株高的加性和显性效应分别为-21.3 cm和40.6 cm，表现为超显性；对分蘖数的加性和显性效应则分别为22.7和-25.3，表现为接近完全显性。

选择牵连效应分析：发掘重要基因的新思路  

实验室：中国农业科学院作物科学研究所／农业部作物品种资源与生物技术重点实验室／国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室（张学勇，童依平，游光霞，郝晨阳，盖红梅，王兰芬，李滨，董玉琛，李振声）

资助项目：国家重点基础研究项目（2004CB117202，G1998010202）

通讯作者：张学勇与童依平（简介见后）

摘要：作物在长期进化过程中，除自然选择外，还经历了两次大的人工选择，即人工驯化选择和育种选择，使栽培种与野生种之间、现代品种与古老的地方品种之间在群体遗传结构及性状上形成了很大的差异；在基因组中，一些承受强选择作用的基因在群体中的多样性显著降低，同时这些基因附近区域的遗传多样性也明显下降。在遗传学中将这种对个别基因的选择导致其侧翼区域遗传多样性降低的现象称之为选择牵连效应（Hitchhiking effect，也称选择搭载效应）。通过大群体多位点的扫描分析，可找到一些发生选择牵连效应的基因组区段，利用标记/性状关联分析（Marker/Trait association analysis），就可发现这些区段所控制的重要性状；对这些区段进行精细扫描和分析，即可找到一些决定重要农艺性状的基因，并发现优异等位变异，从而为重要基因的克隆和作物品种的分子设计奠定基础。各大作物高密度分子标记连锁图谱的绘制完成、高通量基因型分析技术体系的建立，为利用选择牵连效应分析、通过标记/性状之间的关联，寻找和定位一些重要基因奠定了基础。本文在查阅文献的基础上，结合作者的研究，以小麦株高、千粒重、磷的吸收和利用等性状为例，就选择牵连效应分析的基本思路、方法进行了讨论，以起到抛砖引玉之作用。

[研究内容&技术方法PK]

这4篇文章都是有关基因（遗传）研究方法学方面的研究报告/综述，第一篇单核苷酸多态性检测方法的研究进展综述方向是单核苷酸多态性SNP，SNP是继限制性片段长度多态性RFLP和微卫星多态性这两种遗传标记之后的第三代分子标记。在华东医学生物技术研究所和中国药科大学的这篇文章中，就SNP检测技术原理和检测平台等进行描述。提出SNP检测方法主要集中在综合利用纳米材料技术，多重PCR技术，各种荧光探针设计技术和各种荧光标记技术等提高检测的准确性和通量，基因芯片和微球阵列技术在高通量检测SNP方面也显示出了独特的优势。在检测技术方面，DNA阵列无疑是最为理想的，最具有发展潜力，但仍然存在一些问题，例如检测成本高、重复性不够好等。质谱法凭借其高灵敏度和高准确度的优势也必将得到广泛使用。采用纳米材料和单分子检测技术有望实现不通过PCR扩增就可以高通量检测SNP的最终目标。

多个相关数量性状主基因的联合分析方法 这篇文章首次提出利用多个相关数量性状进行主基因检测、主基因效应与变异估计的联合分离分析方法。由于目前已有的分离分析方法均是基于单一性状进行的，而利用多个性状的相关信息不仅可以提高基
因效应估计的精确度，而且可以显著提高基因的发现能力。因此这篇文章就针对这一方面，在单个性状主基因分离分析的基础上，首次提出了一种新的、可对多个相关数量性状进行主基因联合检测的统计分析方法，并通过计算机模拟研究验证方法的可行性。

另外一篇选择牵连效应分析：发掘重要基因的新思路则提出了一种发掘重要基因的新思路。由于以往进行复杂性状基因定位作图的基本方法是通过双亲杂交，建立永久性作图群体进行高密度分子连锁图谱的绘制，对永久性作图群体进行各种性状的多年、多点鉴定，再用软件进行连锁分析，将控制性状的基因或QTL 定位在特定的遗传连锁图区段内。双亲遗传上存在较大差异成为建立永久性作图群体的基本要求，建立较高密度的分子标记遗传连锁图则成为制约该技术体系广泛应用于育种的重要因素；因为对基因或QTL 的比较只局限于双亲及它们的重组材料中，所以存在比较大的局限性，因此对等位变异的认识“只知较好、不知最好”是导致QTL 定位应用于育种实际效果并不理想的根本原因，因为育种中需要的是最优异的等位变异（基因）。这篇文章提出了一种“应用选择牵连效应分析发掘重要基因”的新方法，值得从事相关研究内容的研究人员借鉴。
（生物通：张迪）

附：周国华，博士，研究员，博士生导师

华东医学生物研究所副所长 
研究方向：药物基因组学和疾病蛋白质组学方法学研究

周国华, 男，42岁，研究员，博士，华东医学生物研究所副所长，南京大学兼职教授。2004年4月至2006年2月应邀在日本日立制作所中央研究所任研究员；1999年4月至2002年1月在日本日立制作所中央研究所做博士后研究员；1998年在清华大学获得理学博士学位；现任江苏省药学会常务理事、江苏省药理学会理事等职务；被江苏省卫生厅确定为医学重点学科学术带头人。

目前承担国家“863”重大公关课题1项、国家自然科学基金课题2项、江苏省高新技术课题1项。现有科研经费100多万元。获江苏省科技进步二等奖1项；获2003年度第八届江苏省青年科技奖；获国际学术会议优秀论文二等奖2项；近5年共发表论文35篇，其中英文SCI论文10篇（最高影响因子7.8）；获发明专利6项。

研究方向：药物基因组学和疾病蛋白质组学方法学研究；分子诊断新方法的研究；大规模基因测序技术的研究。



张靖溥 女，硕士。副研究员，硕士生导师。 

1982年获兰州大学学士学位。1987年获中国农科院研究生院硕士学位。同年进入中国科学院生物物理研究所工作，任助理研究员，主要从事生物膜结构与功能关系的研究以及参加国家"八五"攻关课题"羊个体基因表达研究"。1994－1995年在瑞典Umea大学遗传系访问研究，主要从事果蝇胚胎发育中多胺合成酶基因的表达与调控研究。1995年－2000年中国科学院发育生物学研究所分子发育生物学开放实验室副研究员。主持国家"863""九五"课题"羊乳腺生物反应器的实用化的研究"、中国科学院回国基金项目"HBV基因特异表达的调控机理"课题和科学院特别支持经费课题"一乳多产品乳腺生物反应器"。其间以高级访问学者身份两次在澳大利亚国立大学John Curtin 医学院生物化学与分子生物学系访问研究，从事核定位信号及细胞转运机理的研究。2000起任中国科学院发育生物学研究所细胞分化和发育生物学实验室副主任。参加国家"973" 项目“克隆动物”的子课题“细胞质对克隆胚早期发育调控机制的研究”；主持国家自然科学基金自由申请项目"鸡胚体节细胞决定的基因表达及功能研究"、中国科学院知识创新工程项目“动物胚胎干细胞和类干细胞的研究及应用”以及北京市自然科学基金的重点项目“动物胚胎干细胞的研究及应用”。 

张靖溥负责的创新研究组（朱作言为组长）主要研究方向是脊椎动物的发育与分化机制的研究，包括卵细胞质因子对克隆胚早期发育的影响及早期胚胎发育的分子机制、动物胚胎干细胞的建系及其通过转基因和因子诱导进行胚胎干细胞特性的控制、脊椎动物体节中胚层细胞决定的基因表达图式及功能研究等。

童依平，男，博士，研究员，博士生导师。

1988年中国农业大学获学士学位，1993年中国科学院生态环境研究中心获硕士学位，1999年中国科学院遗传与发育生物学研究所获博士学位。

1988年进入中国科学院生态环境研究中心工作，主要研究小麦高效利用土壤养分的生理机制和遗传控制。2004年进入中国科学院中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室工作，主要研究植物高效利用氮、磷的分子机制。1992－1993年澳大利亚阿德莱德大学Waite农业研究所访问学者，2001－2002年英国Rothamsted Research访问学者。

主要研究内容:
　　氮磷是植物必需的大量营养元素。农作物种间和种内不同基因型间存在显著的吸收利用氮磷效率的差异。揭示导致这种差异的分子机制以选育氮磷高效农作物新品种，是建立"少投入、多产出、保护环境"可持续发展农业的重要途径。

研究小组对此展开的研究包括：
（1）小麦高效利用氮磷关键基因克隆与有效利用 利用模式种和小麦为研究材料，采用比较基因组学的研究方法，从小麦中克隆参与、或调控氮磷吸收和利用的关键基因，分析这些基因的功能和基因调控网络，及其与小麦品种间氮磷效率差异的关系。
（2）小麦氮磷高效性状QTL定位 利用双亲分离群体QTL定位方法和association mapping相结合的方法，定位小麦基因组中调控氮磷吸收和利用效率的QTL位点，发展选育氮磷高效小麦的分子标记辅助选择技术。

张学勇 研究员 　

张学勇，男，1962年生，汉族，甘肃临洮县人。研究员、博士生导师。2002年被中国农科院聘为首批杰出人才。1984年毕业于甘肃农业大学农学系，1987 年毕业于原中国科学院西北植物研究所，获硕士学位，1992年毕业于中国农业科学院研究生院，获博士学位。1994.2-1996.10在美国农部牧草及草地研究中心 (犹他州立大学) 分子细胞遗传学实验室、加拿大农部植物研究中心分子遗传学实验室做博士后研究; 1997.4-1998.1在意大利Tuscia大学做博士后研究。 

长期从事基因组进化、遗传多样性、优质基因克隆等方面的研究工作。主持完成了国家转基因植物研究与产业化专项：我国优异小麦品种“小偃6号”优质谷蛋白基因的克隆（1998.10-2002.10）主持完成了国家重大基础研究项目（973）“我国小麦核心种质的构建”专题(1998-2003.10)。在国内外核心刊物发表研究论文40余篇，获得国家专利1项，待审专利2项。现主持国家分子育种专项：小麦分子育种技术研究与优质、双抗新品种的选育、国际挑战计划项目“全球小麦的遗传多样性研究”及国家自然基金等项目的研究。已指导毕业博士生2名，硕士生8名。