摘要：小麦是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物，作为重要的粮食作物之一，且为了提高小麦的产量，对小麦基因组进行研究是必不可少的。在简述小麦基因组研究进展的基础上，综述了小麦基因组分析中常用的三种技术，并对这三种技术的应用进行了展望。
关键词：小麦基因组；基因提取；分子标记；电子克隆
Abstract:Wheat is a widely cultivated gramineous plant in the world.As one of the important food crops,it is necessary to study the wheat genome in order to improve the yield of wheat.On the basis of summarizing the research progress of wheat genome,three biotechnologies commonly used in wheat genome analysis were reviewed,and their applications were prospected.
Keywords:Wheat genome; Genomic extraction;Molecular markers;Electronic cloning
小麦是世界粮食供应的三大支柱之一，种植面积最大且总产量最高。小麦供应超过20%碳水化合物和23%种蛋白质[11，13]。到2050，世界人口估计会增长到大约90亿。随着耕地面积越来越少，为满足全球粮食需求，应培育优质粮食作物[15]。近年来，随着全球气候的变化，特别是在极端炎热和寒冷、干旱、荒漠化等气候变化，对小麦高产有严重影响[8]。从遗传学的角度对小麦进行分析是解决小麦问题的途径，因此，为了培育出更适合环境变化的小麦品种，小麦基因组的研究势在必行。我们在简述小麦基因组研究进展的基础上，综述了小麦基因组分析中常用的三种技术，并对这三种技术的应用进行了展望。
1 小麦基因组研究进展
小麦基因组庞大复杂，制约着小麦基因组、小麦品种及相关研究的进展。普通小麦的起源有三个不同的染色体A、B和D。一些同源染色体及其多倍体给遗传研究带来了问题，同时也带来了特殊的机会[2]。随着小麦遗传研究的深入，特别是现代分子遗传学技术的飞速发展，小麦的分子标记、基因定位、基因克隆、转基因和基因测序、基因结构和功能研究将取得重大进展，基因组学研究已成为遗传学研究的核心[3]。通过多种生物技术的应用，对小麦基因组进行了研究。例如，对小麦基因组进行测序，以便发现改善小麦烘焙品质、抗病性和耐寒、干旱、高盐等极端环境条件的新基因；对GDA进行分析会导致小麦基因组DNA多态性和甲基化增加；利用抑制小麦生长的RAPD技术[7]；利用SNP芯片和BSA分析，分析小麦抗白粉病基因，从而开发抗白粉病小麦新品种[9]等。
1989年，美国遗传学家率先建立了国际小麦群体图谱运动，然后建立了小麦家系遗传图谱和物理图谱。2002年，该组织从加利福尼亚大学转到苏格兰作物研究所，该研究所开展了九个项目，包括生物信息学、功能分子标记、遗传数据库和遗传符号[3]。在我国，小麦是河南省的粮食作物，每年有200多个小麦新品系在河南省进行准备试验和区域试验，该新品系遗传背景的多样性，以及优良的农艺性状、产量性状的发现为新的基因提供了依据[9]。国内外学者在遗传学研究方向和方向上已经创立了八次以上、不同附加体系、不同替代、易位的不同染色体系，如小麦为小麦遗传改良提供了丰富的种质材料[10]。国内外小麦基因组的研究进展仍存在一些不足，一些生物技术尚不能应用于小麦育种实践。
2 小麦基因组分析中常用的研究方法
2.1适于PCR扩增的小麦基因组DNA的快速提取方法
DNA提取方法分为CTAB法和SDS法，两种方法的标准步骤繁琐很多，时间较长，虽然很多人对这两种方法都进行了改进，但仍然留下苯酚和氯仿的提取[4]。根据国外报道，采用快速提取水稻和玉米基因组DNA的方法，研究中国农业科学院部分提取步骤[4]的变化，利用PCR扩增技术提取完整性良好的小麦基因组DNA。现在人们更追求简单、易行、提取效果好的方法[6]，它适合PCR扩增小麦基因组DNA的快速提取，操作步骤简单，花费时间少，后续的操作不需要苯酚和氯仿、CTAB、SDS和巯基乙醇。
与以往的CTAB或SDS提取方法相比，该提取方法采用沸水加热灭活DNA酶，消除了氯仿或酚类氯仿的提取过程，缩短了提取时间。另外，当采用SDS法提取DNA时，糖类往往难以清洗，DNA因离心沉降而产生，易粘而不能直接提取离心沉淀的DNA，虽然有可能解决这一问题，但采用离心法仍存在很多的麻烦。使用UGAL沉淀DNA时，却没有发现这些问题，再用1BL/1RS易位系统检测了100多个小麦材料的DNA，扩增效果稳定。使用这种方法，DNA获取快速，虽具有少量DNA，每个DNA管可以通过50～100 PCR扩增，稳定性较好。另外，DNA在-20℃保存3个月后，仍能正常扩增，小麦DNA经碱蒸馏，冷藏一段时间后难以扩散[1]。因此，这种简单、快速的小麦DNA提取不仅可用于小麦遗传多样性研究、标记辅助选择和转基因后代检测，同时也可用于分子定位引物的筛选和研究[4]等。
2.2 利用分子标记确定小麦染色体上基因或DNA的位置
分子标记是根据个体的遗传物质对核苷酸序列进行突变的遗传标记，是DNA水平遗传多态性的直接反映。而其它遗传标记、生化标记和形态学标记、细胞学标记，相比于DNA分子标记具有明显的优势，例如，最常用的分子标记占优势，选择隐藏性状十分方便；分子标记的数目几乎是无限的。DNA生物发育的不同阶段可用于标记分析，分子标记显示DNA变异，表达中性，不影响靶性状的表达。试验方法简便、快速。分子标记包括RFLP、RAPD、STS、SSR等多种类型的分子标记等。
例如，SSR（简单序列重复）标签是最常用的分子标记之一。SSR，即微卫星DNA，是一系列由几个核苷酸（通常为1～6个）组成的重复序列，用于重复单位。因为每个SSR序列在强单序列的两侧通常是保守的，因此可以克隆和测序微卫星DNA片段的侧翼，然后根据侧翼的微卫星序列可以合成引物进行PCR扩增，从而得到si序列。NGLE微卫星位点扩增与其他分子标记相比，SSR标记具有以下优点：（1）数量丰富；（2）多等位基因；（3）共显性；（4）价格低廉，技术简单[16，17]。目前，该技术已广泛应用于遗传图谱的构建、靶基因的标定和指纹图谱的绘制等领域。SSR分子标记具有实用性强、检测速度快、重现性好、价格低廉等优点，成为分子育种中一些较好的分子标记，在线性作图和比较作图和加速作业密度方面将发挥积极的作用。此外，小麦染色体1AL和5DS的SSR分子标记相继开放[5，14]。
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对来自小麦1号染色体的LUCAS等_5_进行了ISBP 362个SSR标记和标记的6948个鉴定，并对44个标记（8个SSR标记、26个ISBP和10个SSR和ISBP标记）进行了多态性分析，结果表明该标记有23个（52.3％）是有用的。这些工作对于小麦染色体的定位和小麦分子标记选择的后续研究具有重要意义。迄今为止，已有大量的SSR分子标记用于遗传多样本检测，以建立核心种质库、种群结构和定位靶点，在功能基因中发挥重要作用[12]。许多EST-SSR分子标记是从EST序列中发出的，用于测定小麦、大麦、玉米、水稻和高粱等谷类作物的高度通用性[19，20]。小麦全基因组序列的发表加速了小麦种质进化研究和育种[18]。
2.3 利用电子克隆技术克隆小麦功能基因
电子克隆技术是继新西兰的基因克隆方法之后发展起来的定位克隆和转座子标记方法、mRNA显示技术的差异、抑制性消减杂交技术和表达序列分析技术的基础。它根据基因组和EST的遗传资源，随着生物信息技术的变化，依靠强大的电子计算机云计算能力，基于基因组或EST的组装，结合在一起快速获得功能基因[21]。随着作物基因组计划的逐步实施，该方法具有成本低、速度快、针对性强、优势日益增长的特点。目前，科学家们已发现出约97个与小麦性状相关的性状。利用电子克隆技术对小麦功能标记这个方向进行了深入探索，在小麦基因组数据库中克隆了相应的功能基因，然后进行了生物信息学分析，为小麦功能基因的进一步研究奠定了坚实的基础。
但是，电子克隆存在一些不足之处。由于内部多态性的存在，从电子克隆获得的序列可能与真序列存在差异，其准确性有待进一步验证。
3 展望
这三种技术中基因提取是适于PCR扩增的小麦基因组DNA的快速提取方法，其他两种技术，主要是定位与克隆小麦基因组中特异及特殊的基因或DNA。掌握这三种技术是小麦基因组分析的基础，但只用这三种技术对小麦基因组进行深入研究是不够的。随着科学技术的快速发展，研究小麦基因组的生物技术也将会得到改良和完善，达到更好的预期标准。
对小麦基因组进行全面分析是有助于提高小麦产量的手段，由于小麦基因组的复杂性，且科学家们并没有全部完成小麦基因组测序的工作，这就需要我们学习掌握更多成熟的生物技术来研究分析小麦基因组，为小麦育种工作顺利开展打好基础。
参考文献
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论文作者:刘明慧1 魏乐2
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月32期
论文发表时间:2019/7/19
标签：小麦论文; 基因组论文; 标记论文; 基因论文; 分子论文; 序列论文; 技术论文; 《知识-力量》2019年9月32期论文;