淺談農業(yè)生物信息學的應用促進農業(yè)發(fā)展

趙潔茹，紀兆華，2

1.內蒙古興安職業(yè)技術學院，內蒙古烏蘭浩特 137400

2.吉林大學計算機學院，吉林長春 130012

淺談農業(yè)生物信息學的應用促進農業(yè)發(fā)展

趙潔茹1，紀兆華1，2

1.內蒙古興安職業(yè)技術學院，內蒙古烏蘭浩特 137400

2.吉林大學計算機學院，吉林長春 130012

生物信息學提高育種效率，創(chuàng)新遺傳資源，加快作物改良進程，在農業(yè)模式植物研究、種質資源優(yōu)化、病蟲害防治、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面有著重要的應用。

農業(yè)；生物信息學；基因組學

0 引言

生物信息學強有力的新技術手段對復雜的海量生物信息進行儲存、管理、分析和研究，能有效管理、準確解讀、充分使用生物信息[1]。生物信息學是進行農作物基因組學研究的基礎，將生物信息學與農業(yè)結合，高質量的完善的農作物生物信息數據庫的建立，為農作物基因組學的研究奠定基礎，有利于實現農業(yè)高產、高質量發(fā)展[2]。

1 農業(yè)生物信息學

生物信息學是計算機科學、生物科學、信息科學、應用數學、統計學等多門學科相互交叉而形成新興交叉學科，實質就是利用計算機科學和技術解決生物學問題[3]。生物信息學在農作物基因組分析中的深入應用產生了農業(yè)生物信息學[4]。農業(yè)生物信息學通過比較基因組學、表達分析和功能基因組分析識別重要基因；以信號受體和轉錄途徑組分分析為基礎，進行農業(yè)化合物設計，結合化學信息學方法，鑒定可用于殺蟲劑和除草劑的潛在化學成分；利用植物遺傳資源，保護農作物遺傳多樣性；利用當代最新科技、高產優(yōu)質、體現綠色環(huán)保，具有可持續(xù)發(fā)展理念等時代特征[5]。

2 農業(yè)生物信息學的應用

基因圖譜研究為加快轉基因作物育種和生物信息學的農業(yè)應用打下了良好基礎。農業(yè)生物信息學的應用主要用如下幾個方面[6]：

2.1 數據挖掘與利用

農業(yè)生物信息數據庫可以高效地實現農業(yè)數據的錄入、查詢、統計等功能。從大量的數據中提取有用的信息，如挖掘并識別作物的重要基因，發(fā)現新基因等都需要強有力的生物信息學工具。利用生物信息學工具就有可能對現有的農作物品種進行改造，豐富種質資源，以滿足人類營養(yǎng)健康需要[7]。

2.2 基因組分析

農業(yè)生物信息學能夠快速進行數據分析和研究,提供高效基因組分析平臺，從大規(guī)模基因測序所提供的關于DNA中核苷酸的分布序列中，利用現有的生物學知識和序列信息，結合一些成熟的統計計算方法可以深入分析基因組序列信息[8]。

2.3 模式植物研究

1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃，旨在繪出包括玉米、大麥、高粱、棉花、西紅柿和松樹等10～12種具有經濟價值的關鍵植物的基因圖譜。水稻已成為公認的禾本科作物的“模式生物”，研究水稻的基因組有助于了解小麥、玉米等其他禾本科作物的基因組，從而帶動整個糧食作物的基礎與應用研究。對水稻全基因組序列的分析，可以獲得大量的水稻遺傳信息和功能基因；全面了解其遺傳機理，同時得到大量用于作物改良的有益基因,必將會促進中國在此領域的快速發(fā)展和新的突破[9]。

2.4 種質資源優(yōu)化

種質資源是農業(yè)生產的重要資源，包括抗病、產量、品質、環(huán)境適應性基因等許多農藝性狀。傳統的種質資源性狀記載、主要性狀鑒定評價的數據、種質形態(tài)特征的圖像，要求豐富的經驗和長達數年甚至十幾年的時間。在發(fā)育的不同階段、不同組織的DNA都可用于標記分析。植物育種中分子標記輔助選擇是通過分析與目標基因緊密連鎖的分子標記的基因型來判斷目標基因是否存在。這種間接的選擇方法因不受其它基因效應和環(huán)境的影響，同時可在早期進行選擇，大大縮短育種周期。育種學家就可以應用計算機模型來提出預測假設,從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，從大量遺傳標記中篩選到理想的組合,從而培育出新的優(yōu)良農作物品種，為可持續(xù)農業(yè)的發(fā)展做出貢獻[10]。

2.5 病蟲害防治

利用生物信息學的方法，先從模式生物中尋找可能的相關基因，然后在作物中找到相應的基因及其位點，農作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列，分子標記，圖譜和功能方面的數據，通過建立生物信息學數據庫來整合這些數據，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置。對于植物來說，生物信息學研究可以加快選擇適合操作的基因以增強抗性或降低感受性，同時也可以對這些基因的操作結果進行預測，對病原生物學特性的生物信息進行分析有助于發(fā)現既能控制病原又對環(huán)境有益的新方法[11]。

2.6 生態(tài)環(huán)境

在生態(tài)系統中，基因流從根本上影響能量流和物質流的循環(huán)和運轉，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。因此，基因組的研究可以幫助人類構建理想的基因生態(tài)，以完成生態(tài)恢復和達到高效平衡[10]。

3 結論

生物信息學作為21世紀生物技術的核心，已經成為現代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質和生命，其研究成果必將深刻地影響農業(yè)。農業(yè)生物信息學是農作物基因組學研究的基礎，對基因、基因的結構、基因產物的功能研究都是必不可少的技術手段。生物技術產業(yè)發(fā)展的關鍵就是對基因的占有和利用，結合我國豐富的特有的遺傳資源，開展重要農作物功能性基因組的研究，有利于轉基因性狀與其它農藝性狀的組合篩選[2]。生物信息學許多研究成果可以較快地產業(yè)化，引發(fā)新的產業(yè)革命，農業(yè)生物技術將創(chuàng)造動植物新品種，創(chuàng)造新肥料、新農藥，全面提升農業(yè)綜合生產力，有著遠大的發(fā)展前景。

農業(yè)生物信息學是農作物基因組學研究的基礎，對基因、基因的結構、基因產物的功能分析都是必不可少的技術手段。重視農業(yè)生物信息學與常規(guī)育種特別是與雜交育種技術的有機結合。

加強農業(yè)生物信息學的研究，培養(yǎng)、使用、穩(wěn)定和吸引相關專業(yè)人才，更好的促進現代農業(yè)發(fā)展。

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Q811.4

A

1674-6708（2010）18-0095-02

趙潔茹，講師，工作單位：內蒙古興安職業(yè)技術學院