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系统生物学-第六讲-表型组学、糖组学、脂质组学.pptx

上传人:weiwoduzun 文档编号:3875987 上传时间:2018-11-24 格式:PPTX 页数:51 大小:18.45MB
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1、第六 讲 其他 组 学表型 组 学( Phenomics) 基因型、表型和 环 境三者构成了 遗传 学研究的铁 三角。 人 类 在很早之前就根据自己的需要有意 识 的 驯化 动 植物,而 对 于 动 植物表型的考察 历 史要 远远 早于 对 基因型的研究。 近年来,随着高通量 测 序技 术 的快速 发 展,基因型的研究更加 简单 快速。然而由于植物表型本身的复 杂 性以及 动态变 化的特性,表型研究严 重滞后于基因型研究。 由于表型本身的复 杂 性和 动态变 化,研究者通常只 专 注于少数几个表型, 进 行静 态 粗略的研究,而且 传统 的表型 调查 效率很低,不同 调查者具有主 观 性, 导

2、 致不同 调查 人 员 的 调查结 果误 差很大 ; 同 时 由于表型研究技 术发 展相 对 滞后, 导 致表型研究 严 重滞后于各种 组 学研究。 传统 的表型 检测 手段已 经 成 为 制 约 植物基 础 生物学研究包括 遗传 、基因功能研究、生理等的主要限制因素。 表型 组 学 ( phenomics) 最早由 Steven A Garan 于1996 年提出。 表型 组 学 ( phenomics) 是研究生物体表 现 型特征的学科。表型 组 学近年来得到了迅猛 发 展,其概念也在逐步完善,但尚未形成定 论 。 Gjuvsland、 Freimer 和 Houle等生物学家 认为 ,表

3、型 ( Phenotype) 即生物某一特定物理外 观 或 组 成,如植物的株高、花色、 产 量、 酶 活力、抗逆性等,是基因型和 环 境共同作用的 结 果。 生物的表型 组为 生物体表 现 型主要信息的集合,包括形 态 、 发 育、生化、生理和行 为 等各种特征,那么研究 这 些相关内容的学科即 为 表型组 学。 亦有研究者 认为 表型 组 学即 为 研究生物全部物理外 观 和化学等表型性状 ( phenome,表型 组 ) 受 环 境影响其 变 化 规 律的学科,是一 门 在基因组 水平上系 统 研究某一生物或 细 胞在不同 环 境条件下所有表型并 结 合基因 ( 基因 组 ) 或蛋白 (

4、 蛋白 组 ) 的研究来探究表型的本 质 及它 们 之 间 相互关系的学科。 Robert, Varki 和 Tasha等将表型 组 定 义为 在 遗传和 环 境因素的影响下,生物体 组 成、行 为 、生长 所有表型的集合。 通 过 表型 组 可以更好的 认识 和利用基因 组 、 转录组 、蛋白 质组 等生物信息,它与基因 组 、 转录组 、蛋白 质组 等各种 组 学以及生物信息学、统计 学一起构建了系 统 生物学大厦。TraitsDNARNAProteinsMetabolites NH2OH OOHOHOHOHOHOOHPhenomicsGenomicsTranscriptomicsProt

5、eomics Metabolomics 表型 组 学研究的需求 人口的急 剧 增 长 ,城市化 进 程的加快、人 类对生物燃料的需求、气候 变 化、病虫害 发 生使全球粮食安全受到极大挑 战 , 传统 育种已 经 很 难满 足三大主要谷 类 作物 ( 水稻、玉米和小麦 )的增 产 需求。 传统 的育种 转变为 分子 辅 助育种,通 过 各种 组学手段提高了植物育种效率和水平。 低通量的田 间 性状 调查 通常需要 对单 株 单 性状逐一 调查 ,需要投入大量的人力物力,并且 调查结 果易受 调查员 、 测 量工具及 环 境条件的影响, 传统 的表型研究方法已 经 无法 满 足全基因组 、 转录

6、组 等各种 组 学的需要。表型 组 学研究的成熟 高通量、非破坏性的 实时 成像技 术 、光 谱 技术 、 图 像分析系 统 、机器人表型分析的技 术 手段日 渐 成熟。 现 代 计 算机技 术 、云 计 算、 统计 学和生物信息学等学科的 发 展, 处 理生物大数据的能力越来越 强 。 细 胞到整个生物体,从受精卵 ( 合子 ) 到生物体死亡的整个生命周期均能 实现 性状的 实时 捕捉。 随着信息 时 代和大数据 时 代的来 临 ,表型 组 学已 经进 入了数字化 时 代。植物表型 组 学研究特点 检测 的性状数据量大,可以 动态检测 植物的性状,可以将同一个性状划分成很多小的性状 进行 检

7、测 ,数据采集客 观 、 严 格,便于形成 统 一的采集 标 准,有利于高通量自 动 化的分析,数据采集更加准确和快速, 这 必将 进 一步提高育种效率和作物的栽培管理。表型 组 学研究意 义 利用目 标 群体 详细 的表型信息 结 合生物的基因型。 表型 组 可以更好的 认识 和利用基因 组 、 转录组 、蛋白 质组 等生物信息。植物表型 组 学研究技 术 植物活力 根形 态 叶的形 态 特性 光合效率 产 量相关性状 生物量 对 非生物 胁 迫的响 应叶片形 态测 量 仪麦穗形 态测 量 仪夹 角 测 量 仪茎 秆强 度 测 量 仪麦穗数量 测 量 仪全自 动 考种 仪PlantScreen植物表型成像分析系 统 高通量植物表型 组 学研究平台田 间 作物可 视 化信息采集系 统高通量植物表型平台高分辨率多光谱激光三维扫描测量仪高通量植物叶 绿 素 荧 光成像系 统大型植物叶 绿 素 荧 光成像系 统

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