探索“组学”年代藻类学发展可能趋势.pdfVIP

中国藻类学会第15次学术讨论会2009．II 探索“组学黟年代藻类学发展的可能趋势 施定基h 2冉凌飞1刘夺h3孙书文1’4 2’4’聃贾晓会h 薛国胜h5李凌燕h2王轶博1张会敏h‘ 1天津科技大学海洋科学与工程学院天津300457： 2首都师范大学生命科学学院北京100037： 3天津大学化学工程学院天津300027； 4哈尔滨工业大学海洋学院威海264209； 5中国科技大学物理系合肥230024 6中国科学院植物研究所北京100093： 木通讯作者E—mail：cyano．shi@yahoo．com．cn 中国藻类学会带领我国藻类学工作者从1979年以传统方法研究经典生物学(包括分类， 生态，生理等)的年代经过了30多年的发展，走进了理论和技术正在巨变的“组学”年代。“组 学”的研究起步于上世纪末分子生物学的发展。2008年(Science)发表了～组综述总标题是 “SystemsBiology”(系统组生物学)。国内通常译为“系统生物学”。这不确切：因为这里“系 统”(systems)是复数，同时还与表达系统发育和进化的“系统生物学”相混淆。这个新生 的生物学科包括基因组学，蛋白组学，代谢组学等。这些概念都以“组学”(omics)结尾。 生物学年代一样，(Science))的这组论文宣告生物学研究又进入了系统组生物学或组学年代。 “组学”这几年的迅速发展表明，观测和分析生命活动的实验已分为两种：一种是湿实验， 即用生物材料，试剂和仪器进行的高通量测试；另一种是干实验，即在电脑芯片上进行的数 据采集，处理，模拟，预测和比较等。湿实验与干实验的整合，可对基因组，蛋白组，转录 组学，代谢组等的结构和功能进行探索，提出模型和假设，再进行试验干预和计算机预测， 对模型和假设进行优化完善。 藻类学研究是较早进入组学年代的生物学领域。1996年日本学者就完成了对单细胞蓝 藻集胞藻(6803)基因组的测序(以后又做了些修正)这成为光合生物的第一。到今年8 月国内外已公布了30多种蓝藻的全基因序列，真核藻中已公布了硅藻中的海链藻和三角褐 指藻，绿藻中的莱因衣藻等。基因组全序列是进行组学研究的基础。这几年各国学者已利用 网上可自由取用的数据，用各种生物信息学软件并结合实验室高通量测试开展了各种组学的 研究。我国在这方面虽研究开始较早，但工作较少与国际上的差距较大，必须急起直追。 我们这几年在组学研究上作了初步的探索，预计今后在藻类学的基础研究上，可能在 三个方向上进展较快：一是藻类进化上，如原核的蓝藻祖先如何通过一次共生和多次共生演 化成各种真核藻类；二是藻类的光合和生长，蓝藻和绿藻一直是研究光合作用的模式生物， 已构建了大量的突变体；三是藻类中外源基因的转入和表达，外源基因已能够转入蓝藻但表 达效率低，也能转入真核藻但都需物理方法，表达时还发生沉默。 在藻类学应用研究上，系统组学生物技术可能在四个领域中发挥较大作用：(一)藻类 药物，藻类含有丰富的天然活性物质，藻类表达外源基因后还能合成许多重组产物，其中有 些可能成为治疗癌症，心脑血管疾病，糖尿病等疑难病症的有效药物。(二)环境保护，海 洋中的赤潮藻和湖泊水库中的蓝藻水华已严重威胁人类的健康和生存，急需防治。(三)发 展可再生能源，尤其是在制备生物柴油上。藻类的含油率比高等植物高，生长速率更要高十 倍以上。(四)生物芯片，这种极为有用的工具在医药领域中的应用越来越广泛，但在藻类 范围内专用的芯片种类还不多，仅可用于集胞藻6803等少数种类。近来赤潮和蓝藻水华的 爆发频率大幅度升高，促使各国政府和学者开始向这领域投资。