基因差异表达分析方法及其在作物遗传育种中的应用探讨

武 浩，李 猛

（信阳农林学院，河南 信阳 464007）

作物遗传育种是农业科学的主要学科之一，在现代农业种植中，要求利用作物遗传育种的专业知识和技能，研究作物生长发育规律同外界环境的相互关系，通过改变农作物的生产环境、种植制度等，探寻让作物高产、优质、高效的理论和措施。通过近30年的探索，当前中国在作物遗传育种方面已取得了一定的成就。

1 基因差异表达分析方法

1.1 差减杂交分析方法

该方法也叫做扣除杂交或是减法杂交，主要是对2种遗传背景大致相同而性状有所差异的材料开展的基因差异表达分析方法。差减杂交分析方法通过将试验作物的基因组DNA或者是aRNA经特定的核酸限制性内切酶消化后，在一定的条件下实现作物分子杂交，将2种作物相同的基因去除，取得杂交后的复合物，由此构建起差减文库，得到更加满意的作物基因分子。差减杂交分析方法已经在藏红花苷合成特异性表达中得到了应用，其所具有的较高的灵敏度，可以确保有效监测到藏红花苷的转录丰度情况[1]。

1.2 mRNA差异显示逆转录PCR

该方法是根据成熟作物的mRNA具有的特性展开的基因差异表达分析，其主要是通过含oligo（dt）n的寡聚核苷酸作为锚定引物，通过逆转录酶的催化作用，滞后完成对2种成熟作物的差异表达基因的筛选。该方法成熟、效率高、灵敏度高，对不同品种作物的基因差异性表达筛选具有重要的应用意义。

1.3 cDNA代表性差异分析方法

该方法是基于DNA代表性差异分析方法基础提出的，能够对2种农作物的cDNA进行有效的试验分析，通过对比分析实验组和对照组的扩增子来完成杂交处理，最终得到差异性产物[1]。同时在cDNA代表性差异分析技术方式下，作物之间的遗传差异可以通过普通琼脂糖凝胶检测差异表达条带表示出来，具有浅显易懂的优点。当前已经有学者借助该方法成功对分离大豆的不同萌发期子叶中的差异表达基因进行了表达和克隆研究。

1.4 表达系列标签

该技术是20世纪90年代中期提出，通过限制性酶切含有生物素标记的cDNA，产生能够代表其相应转录物的cDNA短标签，由此完成短标签之间的随机链接和测序分析。分析需要借助sage软件，完成对标签的丰度的定量化分析，得到转录体表达水平的量化处理。表达系列标签可以用于在杂交水稻的杂种优势分析，能够找到不同杂交水稻的基因序列以及进行准确的基因组标记[2]。

1.5 转录组测序技术

该技术是基于转录组和测序技术基础上发展起来的基因差异表达分析方法。转录组是指特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来的基因，其能够将不同作物的一个发育阶段下所有的RNA都表达出来。而后利用高通量技术对这些RNA的总和进行测序分析，进行RNA的重新过滤和组装，并且通过对合成的cDNA作末端修复，完成PCR扩增，构建全新的、全面的测序文库，利用相应的测序平台完成作物序列测定，筛选并且得到新的作物基因序列等，由此掌握作物的生物信息。转录组测序技术具有较高的灵敏度，能够同时获得作物组织内的全部转录本，为作物后续的基因克隆和功能验证奠定基础。

2 基因差异表达分析方法在作物遗传育种中的应用

2.1 基因差异表达分析方法的应用特点

伴随着生物技术的发展，上述基因差异表达分析方法的筛选手段各有优势，其在作物遗传育种中的应用效果不同，获得的差异表达基因的数量、速度、效率都存在差异。当前实现基因差异表达分析方法在作物遗传育种中的应用，必须熟练掌握不同的基因差异表达分析方法的优缺点。通过其检测表达丰度、是否基于PCR、是否可以同时检测多组材料、是否需要测序以及是否需要预先知道作物基因序列等进行分析，不同方法间的差异下表1所示。

表1 不同基因差异表达分析方法应用特点比较Tab.1 Comparison of application characteristicsof different gene differential expression analysis methods

2.2 基因差异表达分析方法在作物遗传育种中的应用

2.2.1 在农作物农艺性状方面的应用

农艺性状主要是指农作物生长期、产量、株高等可以代表作物外观特征的指标，是农作物经济性的重要考量指标。基因差异表达分析方法可以借助转录组测序技术，对作物的的农艺性状相关基因进行筛选和测序分析，由此得到与农艺性状相关的基因片段，为作物农艺性状的基因片段的改良奠定基因基础。

2.2.2 在农作物品质性状方面的应用

随着农作物新品种栽培技术的不断革新，物质水平的提升，当前人们对于农作物的品质要求越来越高，不仅仅追求农作物的数量，对作物营养、口感等提出更高要求。因此，完成对农作物的外观品质和营养品质的遗传育种至关重要。而借助基因差异表达分析方法可以有效地进行不同作物品种差异表达基因的分析，对2个亲本的作物基因组进行混样相比，从中找到影响作物品种的基因片段，为后续的基因功能验证和育种应用奠定了基础。例如，影响作物营养品质的因素包括作物中的可溶糖等碳水化合物、蛋白质和脂肪酸等，不同加工方式对这些营成分的影响不同，利用基因差异表达分技术分析作物中的淀粉合成的相关基因情况，能够发现其相关基因的表达模式，为后续的作物加工提供更加科学的农业加工技术方式，保障作物的营养品质[2]。

3 结语

综上所述，基因差异表达分析方法能够更好地筛选出具有优异基因的作物，已成为农作物种植的重要技术手段。