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1、基因芯片在植物逆境研究中的应用,主讲人：高丹 学 号：13090201210003,海南大学,基因芯片,基因芯片,基因芯片（gene chip），又称DNA微阵列（microarray），是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，其工作的基本原理是通过杂交检测信息。,基因芯片,基因芯片发展历史,基因芯片,6400点的基因芯片 （面积 12X14 mm),基因芯片,Example of an approximately 40,000 probe spotted oligo microarray with enlarged inset to show detail.,基因芯片,其中一类
2、是较长的DNA探针（100mer）芯片 这类芯片的探针往往是PCR的产物，通过点样方法将探针固定在芯片上，主要用于RNA的表达分析。 另一类是短的寡核苷酸探针芯片 其探针长度为25 mer左右，一般通过在片（原位）合成方法得到，这类芯片既可用于RNA的表达监控，也可以用于核酸序列分析。,基因芯片分为两类,基因芯片的原理,任何线状的单链DNA或RNA序列均可被分解为一个序列固定、错落而重叠的寡核苷酸，又称亚序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5个8 nt亚序列：,基因芯片的原理,原理 - 通过杂交检测信息,基因芯片在植物逆境研究中的应用,利用基因芯片
3、研究植物在温度胁迫下的基因表达,利用基因芯片研究植物在温度胁迫下的基因表达,Changes in the steady-state level of transcripts encoding stress response and metabolic proteins and enzymes after different environmental stresses. RNA gel blots were used to assay the steady-state level of selected transcripts during different stresses. RNA is
4、olation, blots, and analysis are described in “Materials and Methods.”,利用基因芯片研究植物在温度胁迫下的基因表达,Lee B H等人基于基因芯片分析拟南芥转录组的研究表明，随着低温胁迫时间从24 h 增加到24 d，分别有4% 和20% 的基因受低温胁迫的调控。,低温胁迫,利用基因芯片研究植物在温度胁迫下的基因表达,利用基因芯片研究植物在干旱胁迫下的基因表达,干旱胁迫,Huang 等利用寡核苷酸芯片分析了干旱条件下拟南芥全基因组表达谱，共有1 969 个基因受到干旱的诱导，这些干旱诱导基因的表达量大多数在复水3 h 后恢复
5、到原来正常的水平,利用基因芯片研究植物在盐胁迫下的基因表达,Jiang 等采用包含23 686 个基因的拟南芥芯片研究了150 mmol/L NaCl 处理下植株根系的基因表达情况，分别检测到2 433 和2 774 个基因受到盐胁迫的诱导和抑制，这些基因包括以往研究中被认为与逆境胁迫有关的一些基因及转运子家族、信号分子、碳水化合物活性酶、转录因子等基因。,盐胁迫,利用基因芯片研究植物在氮胁迫下的基因表达,Wang 等利用包含了7 942 个cDNA 克隆, 代表5 524 个单基因的拟南芥GEM1 基因芯片在低氮和高氮水平下分别检测到25 和49 个差异基因。,氮胁迫,存在的问题,该技术需要
6、大量的已测知的、准确的DNA、cDNA片段的信息,充分利用这些信息才能使芯片技术成为大规模、集成化和整体获取生物信息的有效手段,现在尚缺乏公开可得的、序列经证实准确的基因序列。,目前费用还比较昂贵，尽管芯片或微阵列可以重复多次使用,但每次杂交反应后,其敏感性都要降低。,展望,大量研究表明，植物抗逆的机制非常复杂，也并非由单个或者几个基因控制，而是大量基因相互作用形成的调控网络。基因芯片从整个转录水平入手，能够揭示大量基因的表达情况，完善植物逆境胁迫的调控网络，发掘逆境胁迫响应的关键基因。,展望,目前，DREB1/CBF 基因已被成功应用于改良油菜、 菊花等不同物种的非生物胁迫抗性。,近年来，采用基因芯片在拟南芥和水稻等高等植物中已鉴定出大量与逆境诱导相关的基因。,基于基因芯片技术研究园艺植物逆境的文献很少，有很大的发展空间。,