向大家推荐植物基因组学领域的140篇经典文章(上篇)
| 01月 30th, 2007 | by zhongtiannongmin |
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花了一个周末加一个半天,根据记忆整理了我认为重要的植物基因组领域的一些重要或者说有趣的文章,
大家如果都读过,而且能讲个一二三,那恭喜你三把斧头至少已经有一把在手了.
需要说明的，这仅是一家之言,
而且整理之时并没有去读文章,对文章的推荐仅是凭之前读过的印象,所以错误在所难免.请大家辨证参考.
当然,我也无法保证这真的是经典,呵呵. 一共分为13个领域,
推荐了140篇文章,就当寒假作业好了,呵呵.欢迎指正补充.(注:因为是基因组,所以暂没有把功能基因组的内容包括进来)
植物基因组学研究我感兴趣的几个领域
1.基因组的结构和变异
2.分子标记连锁图谱构建和基因定位
3.QTL定位的原理和方法
4.QTL精细定位
5.基因和QTL的克隆
5.1插入突变方法
5.2图位克隆的方法(含比较图位克隆)
5.3候选基因法
6.资源评估和利用
7.分子标记辅助选择(含分子设计育种)
8.转基因
8.1转基因体系和实证研究
8.2转基因的生态学安全研究
9.比较基因组
9.1标记水平的比较研究
9.2序列水平的比较研究
9.3性状水平的比较研究
9.4功能比较研究
10.杂种优势研究
10.1遗传学解释
10.2分子生物学解释
11.分子进化(主要是玉米进化)
12.基于连锁不平衡的关联分析
12.1实证研究
12.2方法学研究
13.基因组研究中的一些新技术运用
13.1DNA芯片技术
13.2 DNA shuffling
13.3 Gene Trap
13.4 Gene therapy in plants
13.5 TILLING 技术
1.植物基因组的结构和变异
在越来越多的植物基因组被测完后,该研究的重要性逐渐显现,该方面的文章可以说是汗牛充栋.在玉米方面该领域的大牛是
Buckler, ES; Messing, J, Dooner HK, Doebley J ; Gaut, BS.
1. Buckler, E. S., Gaut, B. S. and McMullen, M. D. (2006)
Molecular and functional diversity of maize. Curr. Opin. Plant
Biol. 9, 172-176
这是关于玉米基因组结构的REVIEW文章,先了解大概,在细读研究文章.其任何2个玉米自交系之间的遗传变异大于人和大猩猩之间的差异的经典论断充分说明玉米变异的广泛性.最近因为人类基因组研究的进展而似乎可以改写.
2.Messing J, Dooner HK. Organization and variability of the
maize genome. Curr Opin Plant Biol. 2006 Apr;9(2):157-63
两位大牛的联合REVIEW, 值得一读.
3.Goff S A, Ricke D, Lan T H, Presting G, Wang R, Dunn M,
Glazebrook J, Sessions A, Oeller P, Varma H, Hadley D, Hutchison D,
Martin C, Katagiri F, Lange B M, Moughamer T, Xia Y, Budworth P,
Zhong J, Miguel T, et al. A Draft Sequence of the Rice Genome Oryza
sativa L. ssp. japonica. Science, 2002, 296: 92-100
大家或许都知道这篇文章,但我相信看完的不多,尽管全基因组测序的文章许多,强烈建议大家读这篇,讨论写的太好了.同期中国测序的文章就相形见拙许多,当然之后水稻精细图谱的公布,这篇文章也可以读读.
4. International Rice Genome Sequencing Project. The map-based
sequence genome. nature, 2005, 436: 793-800
5.Fu H H, Dooner H K. Intraspecific violation of genetic
colinearity and its implications in maize. Proc Natl Acad Sci USA,
2002, 99: 9573-9578
改文章给我的启示许多,基因的存在和缺失也是等位基因的一种形式就是其一,尽管后来该文章的结论不断被修正.
6.Song R, Messing J: Gene expression of a gene family in maize
based on noncolinear haplotypes. Proc Natl Acad Sci USA 2003,
100:9055-9060.
宋任涛代表作之一,
与Fu的文章有异曲同工之妙,给杂种优势提供了新的解释.
7.Brunner S, Fengler K, Morgante M, Tingey S, Rafalski A:
Evolution of DNA sequence non-homologies among maize inbreds. Plant
Cell 2005, 17:343-360.
5,6工作的基础上提供了更多的数据
8. Lai J, Li Y, Messing J, Dooner HK: Gene movement by Helitron
transposons contributes to the haplotype variability of maize. Proc
Natl Acad Sci USA 2005, 102:9068-9073.
赖锦盛的代表工作之一,为玉米基因组的扩张提供了全面的解释.
9. Lai J, Ma J, Swigonova Z, Ramakrishna W, Linton E, Llaca V,
Tanyolac B, Park YJ, Jeong OY, Bennetzen JL et al.: Gene loss and
movement in the maize genome. Genome Res 2004, 14:1924-1931
部分阐述了玉米基因组的结构的成因,更多的是插入而不是缺失.
10. Morgante M, Brunner S, Pea G, Fengler K, Zuccolo A, Rafalski
A:Gene duplication and exon shuffling by helitron-like transposons
generate intraspecies diversity in maize.Nat Genet 2005,
37:997-1002
与8讲的同一个故事.
11.Tenaillon MI, Sawkins MC, Long AD, Gaut RL, Doebley JF, Gaut
BS: Patterns of DNA sequence polymorphism along chromosome 1 of
maize (Zea mays ssp. mays L.). Proc Natl Acad Sci USA 2001,
8:9161-9166
该数据表明,在玉米基因组大约只保留了其祖先大刍草60%的遗传变异.
12.Messing J, Bharti AK, Karlowski WM, Gundlach H, Kim HR, Yu Y,
Wei F, Fuks G, Soderlund CA, Mayer KF et al.: Sequence composition
and genome organization of maize. Proc Natl Acad Sci USA 2004,
101:14349-14354
玉米有59000个基因的预测就出自此文.
13. Bruggmann R, Bharti AK, Gundlach H, Lai J, Young S,
Pontaroli AC, Wei F, Haberer G, Fuks G, Du C, Raymond C, Estep MC,
Liu R, Bennetzen JL, Chan AP, Rabinowicz PD, Quackenbush J,
Barbazuk WB, Wing RA, Birren B, Nusbaum C, Rounsley S, Mayer KF,
Messing J. Uneven chromosome contraction and
expansion in the maize genome. Genome Res. 2006
Oct;16(10):1241-51
14.Emrich SJ, Li L, Wen TJ, Yandeau-Nelson MD, Fu Y, Guo L, Chou
HH, Aluru S, Ashlock DA, Schnable PS. Nearly Identical Paralogs:
Implications for Maize (Zea mays L.) Genome Evolution.Genetics.
2007 Jan;175(1):429-39
Schnable
提出的NIP概念给我们以后的关联分析和其他一系列研究提出了新的挑战,尽管在玉米基因组的频率只有1%.
15. Fu Y, Emrich SJ, Guo L, Wen TJ, Ashlock DA, Aluru S,
Schnable PS.
Quality assessment of maize assembled genomic islands (MAGIs) and
large-scale experimental verification of predicted genes. Proc Natl
Acad Sci U S A. 2005 23;102(34):12282-7.
看看什么是MAGI，也是Schnable的贡献，其超大的课题组（在美国而言）和永不疲倦的精力让他文章如麻，而且牛文不断。
2.分子标记连锁图谱构建和基因定位
该领域的理论发展最大贡献者当然属于Lincoln,而玉米连锁图的构建,
全世界多个实验室都有重要贡献,比如Coe EH, 法国的Falque,
和访问过农大的Schnable.这尽管是一项非常基础的工作,但非常重要.从下面文章的清单不难看出,只要做的好有特色,同样能发好文章.其它各个重要的动植物都走过类似的历程，在植物里这一领域的研究，玉米应该还是比较靠前的，因为它不但重要，而且也算得上模式植物.
16. Lincoln S, Daly M, Lander E. Mapping genetic mapping with
MAPMAKER/EXP3.0. Cambridge: MA: Whitehead institute Technical
Report, 1992
尽管新的方法不断涌现,但MAPMAKER
目前仍然是连锁图构建和基因定位的经典方法.
17.Helentjaris T, Slocum M, Wright S, Schaefer A, Niehhuis J.
Construction of genetic linkage maps in maize and tomato using
restriction fragment length polymorphisms. Theor Appl Genet, 1986,
72: 761–769
玉米第一张分子标记连锁图
18.Burr, B., Burr, F., Thompson, K.H., Albersten, M. and Stuber,
C. W. (1988) Gene mapping with recombinant inbreds in maize.
Genetics 118, 519–526
玉米第一张RIL图谱
19.Beavis, W. D., and Grant, D. (1991) A linkage map based on
information from 4 F2 populations of Maize (Zea mays L.). Theor.
Appl. Genet. 82, 636–644
玉米的F2图谱
20.Gardiner, J. M., Coe, E. H., Melia-Hancock, S., Hoisington,
D. A. and Chao, S. (1993) Development of a core RFLP map in maize
using an immortalized F2 population. Genetics 134, 917–930.
玉米第一张IF2图谱(注意不同于我们提到的IF2群体)
21.Gardiner, J., Schroeder, S., Polacco, M. L., Sanchez-Villeda,
H., Fang, Z., Morgante, M., Landewe, T., Fengler, K., Useche, F.,
Hanafey, M., Tingey, S., Chou, H., Wing, R., Soderlund, C. and Coe
Jr., E. H. (2004) Anchoring 93 971 maize expressed sequence tagged
unigenes to the bacterial artificial chromosome contig map by
two-dimensional overgo hybridization. Plant Physiol. 134,
1317-1326.
遗传图谱和物理图谱的整合
22.Davis, G. L., McMullen, M. D., Baysdorfer, C., Musket, T.,
Grant, D., Staebell, M., Xu, G., Polacco, M., Koster, L.,
Melia-Hancock, S., Houchins, K., Chao, S., and Coe Jr, E. H.
(1999). A maize map standard with sequenced core markers, grass
genome reference points and 932 expressed sequence tagged sites
(ESTs) in a 1736-locus map. Genetics 152, 1137–1172
23.Natalya S, McMullen M D, Schultz L, Schroeder S,
Sanchez-Villeda H, Gardiner J, Bergstrom D, Houchins K,
Melia-Hancock S, Musket T, Duru N, Polacco M, Edwards K, Ruff T,
Register J C, Brouwer C, Thompson R, Velasco R, Chin E, Lee M,
Woodman-Clikeman W, Long MJ, Liscum E, Cone K, Davis G, Coe EH.
Development and mapping of SSR markers for maize. Plant Mol Bio,
2002, 48: 463-481
几张玉米的高密度连锁图
24.Falque, M., Décousset, L., Dervins, D., Jacob, A. M., Joets,
J., Martinant, J. P., Raffoux, X., Ribière, N., Ridel, C., Samson,
D., Charcosset, A. and Murigneux, A. (2005) Linkage Mapping of 1454
New Maize Candidate Gene Loci. Genetics 170, 1957-1966
玉米的大规模基因定位及连锁图谱
25.Fu Y, Wen TJ, Ronin YI, Chen HD, Guo L, Mester DI, Yang Y,
Lee M, Korol AB, Ashlock DA, Schnable PS. Genetic dissection of
intermated recombinant inbred lines using a new genetic map of
maize.Genetics. 2006 Nov;174(3):1671-83.
玉米的大规模的IDP图谱
而目前各类标记(IDP, Gene, cDNA, SSR, RFLP,
SNP等)都被整合到IBM图谱,并有机与玉米物理图谱进行了整合,详细信息参考MAIZEGDB.
3.QTL定位的原理和应用
该领域让我们记住一个名字,那就是毕业于华中农业大学,现供职于北卡州立大学的曾昭邦教授.他1994年发表在Genetics的文章,已经是QTL定位领域不可超越的传奇,其正面引用应该接近或者超过1000次.他也是大陆动物遗传育种专业留学生中在美国唯一的正教授.他多次回国和母校讲学,2000年在华农讲学,在分子数量遗传学门外徘徊的我根本听不懂他在讲什么,错失良机.其发展的QTL定位软件几经改进,可以说在数量遗传学领域路人皆知.
26. Zeng Z B. Precision mapping of quantitative trait loci.
Genetics, 1994, 136: 1457–1468
经典中的经典,但我估计认真读过的人不多,尤其新近入门的同学.同时在此基础上,
还发展了一系列分析方法.
27. Cockerham CC and Z. B. Zeng Design III With Marker
Loci.Genetics 1996 143: 1437-1456
重新对Stuber的数据进行分析,认为超显性都是拟超显性.为我们的遗传设计提出了新的指导思想,但听从的不多
.
28. Chen-Hung Kao, Zhao-Bang Zeng, and Robert D. Teasdale
Multiple Interval Mapping for Quantitative Trait Loci. Genetics
1999 152: 1203-1216
提出了MIM的算法,为我们估计总的遗传效应提供了方法.
29.Chen-Hung Kao and Zhao-Bang Zeng Modeling Epistasis of
Quantitative Trait Loci Using Cockerham’s Model Genetics 2002 160:
1243-1261
提出了上位性的算法.
30. Lander E S, Botstein S. Mapping Mendelian factors underlying
quantitative traits using RFLP linkage maps. Genetics, 1989, 121:
185–199
经典的区间作图法,
CIM是该基础上发展而来,贡献卓越,引用超过2000次.
31. Wang D L, Zhu J, Li Z K, Paterson A H. Mapping QTLs with
epistatic effects and QTL environment
interactions by mixed linear model approaches. Theor Appl Genet,
1999, 99: 1255-1264
浙江大学的朱军教授也是该领域的著名人物,在CIM基础上发展出MCIM(混合线性模型)的方法,也是一个重要的贡献,同时也提出条件QTL的定位方法,经典文章有下面2篇.
32. Zhu J. Analysis of conditional genetic effects and variance
components in developmental genetics. Genetics, 1995, 141:
1633–1639
老鼠尾巴的长度和体重有什么关系?呵呵,这篇文章就研究这个,至少问题有趣.
33. Yan J Q, Zhu J, He C X, Benmoussa M, Wu P. Molecular
dissection of developmental behavior of plant height in rice (Oryza
sativa L.). Genetics, 1998, 150: 1257-1265
株高发育性状的QTL定位,这篇文章给了我启示,而让我的论文有了点副产品,想了解改领域的基本知识,可以参考我2003科学通报的文章.
34. Wei-Ren Wu, Wei-Ming Li, Ding-Zhong Tang, Hao-Ran Lu, and A.
J. Worland Time-Related Mapping of Quantitative Trait Loci
Underlying Tiller Number in Rice. Genetics 1999 151: 297-303
现在浙江大学的吴为人教授对时间序列的QTL分析也有贡献,但没有好的软件出来.
关于QTL定位的应用文章枚不胜举,下面2篇文章是经典.
35. Schon, C. C., Utz, H. F., Groh, S., Truberg, B., Openshaw,
S. and Melchinger, A. E. (2004) Quantitative trait locus mapping
based on resampling in a vast maize testcross experiment and its
relevance to quantitative genetics for complex traits. Genetics
167, 485-498
该研究用了超过1000个单株的超大群体,和19个环境的田间数据.
估计目前这2个数字仍然是无法超越的.
36. Laurie, C. C., Chasalow, S. D., LeDeaux, J. R., McCarrol,
R., Rush, D., Hauge, B., Lai, C. Q., Clark, D., Rocheford, T. R.
and Dudley, J. W. (2004) The genetic architecture of response to
long-term artificial selection for oil concentration in the maize
kernel. Genetics 168, 2141-2155
该研究用了高油玉米长期选择的极端材料和大群体,所以对效应值小的QTL有很好的估计.
37. 章元明. 作物QTL 定位方法研究进展. 科学通报, 19,
2223-2231.
我认为是迄今关于这方面最好的中文综述.尤其关于经典QTL的定位介绍的比较详细和到位,是对初进该领域的研究者最好的开门文章,几乎囊括了所有经典文章.我们常常知道QTL定位要选择显著标记对背景控制?原因是什么,多少合适?如果不选或者选多了会出现什么问题?如果理解了这些理论问题,大家对QTL定位的结果就会有更深刻的认识,而不会简单堆积结果了.
QTL定位下一步的一个发展方向将是:
1) Nested Association Mapping and Diallel Association
Mapping,
也就是结合连锁和连锁不平衡的分析方法,该方法有Buckler首先提出来并付诸实践,相信不久就有实际实验结果的文章出来,下一步是第一篇方法探讨文章.
38. Benjamin Stich, Jianming Yu, Albrecht E. Melchinger, Hans-Peter
Piepho, Friedrich Utz, Hans P Maurer, and Edward S Buckler Power to
detect higher-order epistatic interactions in a metabolic pathway
using a new mapping strategy. Genetics 2006: doi:
10.1534/genetics.106.067033
2)
eQTL定位
这也是将来QTL定位的一个重要内容,也是联系遗传学上QTL定位和表达水平基因表达谱研究的桥梁.在动物方面（人，小鼠等）相关研究进展很多，下一波就是植物了。
39 Gibson G, Weir B. The quantitative genetics of transcription.
Trends Genet, 2005, 21(11): 616—623
如何从转录水平认识数量性状
40 Schadt E E, Monks S A, Drakes T A, et al. Genetics of gene
expression surveyed in maize, mouse and man.Nature, 2003,
422:297-302
eQTL定位的经典文章
41 Brew R B, Yvert G, Clinton R, et al.
Genetic dissection of transcriptional regulation in budding yeast.
Science, 2002, 296: 752-755
虽然是酵母的数据但值得借鉴.
3) PTL
差异表达蛋白和QTL位置的比较与分析(目前相关文章还比较少)
42 Salvi S, Tuberosa R. To clone or not to clone plant QTLs:
present and future challenges. Trends Plant Sci, 2005, 10(6):
297-304
相关的综述文章
43 Consoli L, Lefevre A, Zivy M, et al. QTL analysis of proteome
and transcriptome variations for dissecting the genetic
architecture of complex traits in maize. Plant Mol Biol, 2002,
48(5-6): 575-581
好象是仅有的研究文章,不过已经有一段时间没有追踪了
4 QTL精细定位
毫无疑问,近年来发展而来的基于NIL的定位方法和策略取得了长足进步.
该策略首先被Paterson提出来,然后被Zamir发扬广大,我们国家在这方面的研究应该说取得了长足的进步.其中Paterson（现在偏理论了），Zamir，Tanksley，McCouch以及日本和中国的多位科学家是这方面的领军科学家。
44 Paterson AH, DeVerna JW, Lanini B et al. Fine mapping of
quantitative trait loci using selected overlapping recombinant
chromosomes, in an interspecies cross of tomato. Genetics, 1990,
124: 735-742
45 Eshed Y, Zamir D．An introgression line population of
Lycopersicon pennellii in the cultivated tomato enables the
identification and fine mapping of yield-associated QTL. Genetics ,
1995, 141:1147-1162
较早的研究，现在看起来比较简单，但你要承认原创。
46 Salvi S, Tuberosa R, Chiapparino E, Maccaferri M, Veillet
S,van Beuningen L, Isaac P, Edwards K, Phillips RL: Toward
positional cloning of Vgt1, a QTL controlling the transition from
the vegetative to the reproductive phase in maize. Plant Mol Biol
2002, 48:601-613
我一直以为这将是玉米中第一个被克隆的QTL,而追踪很久,但呼之欲出好多年终没有见到正式文章,但有消息表明已经拿到基因.Tuberosa是意大利的知名科学家,当时在武汉开会的时候希望我申请奖学金到他那里做博士后,还给我许多他发表的文章.
47 Li JM, Thomson M, McCouch S R. Fine mapping of a grain-weight
quantitative trait locus in the pericentromeric region of rice
chromosome 3. Genetics, 2004 168: 2187-2195
48 Fan C, Xing Y, Mao H, Lu T, Han B, Xu C, Li X, Zhang Q.
Related Articles, Links
GS3, a major QTL for grain length and weight and
minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes a putative
transmembrane protein.
Theor Appl Genet. 2006, 112(6):1164-71
两篇文章做的同一个QTL位点，可见这个领域竞争的惨烈（事实上还有至少2个组在做这个位点）。但第二篇的遗传设计比较简单，第一篇太复杂了。但讨论起来是一套一套。
49 Alpert K B, Tanksley S D. High-resolution mapping and
isolation of a yeast artificial chromosome contig containing fw2.2:
A major fruit weight quantitative trait locus in tomato. Proc Natl
Acad Sci USA, 1996, 93: 15503-15507
看看着篇定位的文章,你就知道Tanksley克隆第一个QTL是多么不容易.
50 Ishimaru K. Identification of a locus
increasing rice yield and physiological analysis of its function.
Plant Physiol. 2003 Nov;133(3):1083-90
这篇文章只有一个作者，可见日本人做研究有多么厉害了。这个人最近文章雪片般飘逸，绝对是后起之秀。
5.基因和QTL的克隆
51 Ashikari M, Matsuoka M. Identification, isolation and
pyramiding of quantitative trait loci for rice breeding. Trends
Plant Sci, 2006, 11(7): 344-350
52 Bortiri E, Jackson D, Hake S. Advances in maize genomics: the
emergence of positional cloning.Curr Opin Plant Biol. 2006
Apr;9(2):164-71
这两篇综述告诉我们重要形状QTL的克隆将是未来竞争最为激烈的领域，同时已经克隆的QTL也尽收眼底，如果对这方面感兴趣，无疑给你做了很好的文献收集工作。
5.1插入突变方法
53 Bensen, R.J., G. S. Johal, V. C. Crane, J. T. Tossberg, P. S.
Schnable, R. B. Meeley, and S. P. Briggs. 1995. Cloning and
characterization of the maize An1 gene. The Plant Cell. 7:
75-84
与株高有关的一个突变体基因的克隆
54 Doebley J, Stec A, Hubbard L. The evolution of apical
dominance in maize. Nature, 1997, 386: 485-488
玉米中克隆的第一个QTL
55 Cui X, Wise RP, Schnable PS. The rf2 nuclear restorer gene of
male-sterile T-cytoplasm maize. Science. 1996 May
31;272(5266):1334-6
在17万株MU插入玉米中找到5个突变体，最终克隆了玉米的恢复基因Rf2,
从这也可以看出基于突变体的基因克隆与其说是个技术活不如说是一个体力活。应该是Schnable的成名作。
56 Esteban B, George C, Erik V, et al. Ramosa2 encodes a lateral
organ boundary domain protein that determines the fate of stem
cells in branch meristems of maize. Plant Cell, 2006,
18:574-585
57 Vollbrecht E, Springer PS, Goh L, et al. Architecture of
floral branch systems in maize and related grasses. Nature, 2005,
436:1119-1126
与玉米进化有关的2个QTL