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基于现代信息技术获取与分析植物病理学数据

潘宏  
【摘要】:现代信息技术和基因测序技术飞速发展,以及两者的紧密结合,使人们认识生物学问题的角度发生了很大变化,也为生物学研究提供了有力工具。本研究总结了现代信息技术在生物学数据管理和整合方面的进展及前沿问题。海量生物信息的管理需要利用规范的元数据结构和基因本体(Gene Ontology, GO)注释生物学数据,使复杂的生物数据能够成为关联数据,以方便人类及计算机从全基因组出发检索和分析已有的基因序列注释信息,从中发现的新的知识。由于GO注释还远未应用到科学文献的出版中,为了能够从迅速增长的科学文献中发现新的知识,人们开发了文本挖掘工具,并将文本挖掘到的基因和蛋白功能、互作关系用于新序列的注释,产生了一系列综合了GO注释和文本挖掘技术的、新型的检索和分析软件工具,为生物学研究提供了新的角度和方法,使研究者可以站在全基因组的角度、从人类全部已知的研究成果为出发点进行实验设计。本课题以瓜类果斑病菌Ⅱ型分泌系统(T2SS)分析和灰霉病生物防治专利分析为例,旨在证明现代信息技术对植物病理学研究的重要性。 细菌性果斑病是严重威胁瓜类生产的检疫性病害,带菌种子是其主要侵染来源。已有的研究结果表明:细菌的主要毒力因子T2SS与细菌在发芽种子和幼苗中的定殖与转移关系密切。本研究利用KEGG和STRING数据库分析比较了果斑病菌和主要植物病原细菌T2SS基因的组成;收集了有试验证据的植物病原细菌T2SS分泌蛋白的序列信息,并与已测序并经注释的果斑病菌AAC00-1菌株基因组进行序列比对,筛选出候选的果斑病菌T2SS分泌蛋白。通过对筛选出的分泌蛋白的信号肽、代谢通路、蛋白互作网络及在植物细胞的定位进行分析,预测了部分分泌蛋白的生物学功能,为进一步研究果斑病菌从种子到幼苗的定殖和传播分子机制提供了有价值的信息。 灰葡萄孢引起的灰霉病是生产上的一类重要病害。这一病原具有寄主广泛、易对化学杀菌剂产生抗药性等特点。生物防治是目前灰霉病害防治的研究热点。本研究利用DII专利数据库检索了灰霉病生物防治专利文献。分析表明:灰霉病生物防治专利中记录的生防制剂来源非常广泛,涉及植物、真菌、放线菌、细菌、昆虫及高分子化合物。生防制剂的成分有单一的微生物菌株、多种微生物组合、从植物或微生物中提取的抗生物质、生防菌株与化学增效物质组配等多种形式。灰霉病生物防治专利除具有防控灰霉病的效果外,可以防控多种植物病原真菌、细菌和病毒,甚至可防治虫害和杂草,并具有提高植物抗性、促进植物生长等作用,可应用于蔬菜、水果、大田作物的生产和储藏保鲜等领域。通过专利分析可以跟踪灰霉病生物防治的行业进展,为研发灰霉病生防制剂、保护知识产权,避免专利侵权纠纷提供信息支撑。 对上述两个实例的分析结果说明现代信息技术可为植物病理学研究提供极为有价值的线索。


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