趙潔茹，紀(jì)兆華，2

1.內(nèi)蒙古興安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400

2.吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長春 130012

淺談農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)的應(yīng)用促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展

趙潔茹1，紀(jì)兆華1，2

1.內(nèi)蒙古興安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400

2.吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長春 130012

生物信息學(xué)提高育種效率，創(chuàng)新遺傳資源，加快作物改良進(jìn)程，在農(nóng)業(yè)模式植物研究、種質(zhì)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(yīng)用。

農(nóng)業(yè)；生物信息學(xué)；基因組學(xué)

0 引言

生物信息學(xué)強(qiáng)有力的新技術(shù)手段對復(fù)雜的海量生物信息進(jìn)行儲存、管理、分析和研究，能有效管理、準(zhǔn)確解讀、充分使用生物信息[1]。生物信息學(xué)是進(jìn)行農(nóng)作物基因組學(xué)研究的基礎(chǔ)，將生物信息學(xué)與農(nóng)業(yè)結(jié)合，高質(zhì)量的完善的農(nóng)作物生物信息數(shù)據(jù)庫的建立，為農(nóng)作物基因組學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高質(zhì)量發(fā)展[2]。

1 農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)

生物信息學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物科學(xué)、信息科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多門學(xué)科相互交叉而形成新興交叉學(xué)科，實(shí)質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)解決生物學(xué)問題[3]。生物信息學(xué)在農(nóng)作物基因組分析中的深入應(yīng)用產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)[4]。農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)通過比較基因組學(xué)、表達(dá)分析和功能基因組分析識別重要基因；以信號受體和轉(zhuǎn)錄途徑組分分析為基礎(chǔ)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)化合物設(shè)計(jì)，結(jié)合化學(xué)信息學(xué)方法，鑒定可用于殺蟲劑和除草劑的潛在化學(xué)成分；利用植物遺傳資源，保護(hù)農(nóng)作物遺傳多樣性；利用當(dāng)代最新科技、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、體現(xiàn)綠色環(huán)保，具有可持續(xù)發(fā)展理念等時(shí)代特征[5]。

2 農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)的應(yīng)用

基因圖譜研究為加快轉(zhuǎn)基因作物育種和生物信息學(xué)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)的應(yīng)用主要用如下幾個(gè)方面[6]：

2.1 數(shù)據(jù)挖掘與利用

農(nóng)業(yè)生物信息數(shù)據(jù)庫可以高效地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。從大量的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，如挖掘并識別作物的重要基因，發(fā)現(xiàn)新基因等都需要強(qiáng)有力的生物信息學(xué)工具。利用生物信息學(xué)工具就有可能對現(xiàn)有的農(nóng)作物品種進(jìn)行改造，豐富種質(zhì)資源，以滿足人類營養(yǎng)健康需要[7]。

2.2 基因組分析

農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)能夠快速進(jìn)行數(shù)據(jù)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(guān)于DNA中核苷酸的分布序列中，利用現(xiàn)有的生物學(xué)知識和序列信息，結(jié)合一些成熟的統(tǒng)計(jì)計(jì)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(jì)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(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。水稻已成為公認(rèn)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(gè)糧食作物的基礎(chǔ)與應(yīng)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(jī)理，同時(shí)得到大量用于作物改良的有益基因,必將會促進(jìn)中國在此領(lǐng)域的快速發(fā)展和新的突破[9]。

2.4 種質(zhì)資源優(yōu)化

種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，包括抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等許多農(nóng)藝性狀。傳統(tǒng)的種質(zhì)資源性狀記載、主要性狀鑒定評價(jià)的數(shù)據(jù)、種質(zhì)形態(tài)特征的圖像，要求豐富的經(jīng)驗(yàn)和長達(dá)數(shù)年甚至十幾年的時(shí)間。在發(fā)育的不同階段、不同組織的DNA都可用于標(biāo)記分析。植物育種中分子標(biāo)記輔助選擇是通過分析與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記的基因型來判斷目標(biāo)基因是否存在。這種間接的選擇方法因不受其它基因效應(yīng)和環(huán)境的影響，同時(shí)可在早期進(jìn)行選擇，大大縮短育種周期。育種學(xué)家就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來提出預(yù)測假設(shè),從多種復(fù)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(biāo)記中篩選到理想的組合,從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)[10]。

2.5 病蟲害防治

利用生物信息學(xué)的方法，先從模式生物中尋找可能的相關(guān)基因，然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點(diǎn)，農(nóng)作物的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究積累了大量的基因序列，分子標(biāo)記，圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，通過建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，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(xué)研究可以加快選擇適合操作的基因以增強(qiáng)抗性或降低感受性，同時(shí)也可以對這些基因的操作結(jié)果進(jìn)行預(yù)測，對病原生物學(xué)特性的生物信息進(jìn)行分析有助于發(fā)現(xiàn)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(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn)，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(gòu)建理想的基因生態(tài)，以完成生態(tài)恢復(fù)和達(dá)到高效平衡[10]。

3 結(jié)論

生物信息學(xué)作為21世紀(jì)生物技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)是農(nóng)作物基因組學(xué)研究的基礎(chǔ)，對基因、基因的結(jié)構(gòu)、基因產(chǎn)物的功能研究都是必不可少的技術(shù)手段。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵就是對基因的占有和利用，結(jié)合我國豐富的特有的遺傳資源，開展重要農(nóng)作物功能性基因組的研究，有利于轉(zhuǎn)基因性狀與其它農(nóng)藝性狀的組合篩選[2]。生物信息學(xué)許多研究成果可以較快地產(chǎn)業(yè)化，引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)將創(chuàng)造動植物新品種，創(chuàng)造新肥料、新農(nóng)藥，全面提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力，有著遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。

農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)是農(nóng)作物基因組學(xué)研究的基礎(chǔ)，對基因、基因的結(jié)構(gòu)、基因產(chǎn)物的功能分析都是必不可少的技術(shù)手段。重視農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)與常規(guī)育種特別是與雜交育種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)的研究，培養(yǎng)、使用、穩(wěn)定和吸引相關(guān)專業(yè)人才，更好的促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)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(nèi)蒙古興安職業(yè)技術(shù)學(xué)院