作为第7个年头的植物基因研究计划(缩写为PCRP)的一部分,美国国家科学基金会(以下缩写为NSF)新近资助了22个新项目。其目标是扩展人们对植物王国的生物学知识,并进一步深入认识那些为人类所依赖的,能满足人类食品、服装及其他需求的植物。
这些项目的研究者来自美国22个州的56个研究机构,以及其他14个国家的合作机构。项目的资助期限从两年到五年不等,资助金额从70万美元到660万美元不等,研究的主题包括:各种植物的各个基因的内在运行机制,以及在植物发育、金属耐受性、疾病易感性和其他一些有重要经济学意义的性状等方面起作用的遗传学机制。
NSF的PGRP计划是由美国科学技术委员会领导的植物基因组机构间工作组实施的一揽子配套国家植物基因组研究计划,属于1998年建立的《国家植物基因组行动方案》的一部分。该计划的长期目标是,认识和了解那些有经济学重要性的植物的基因组,控制那些有潜在经济学价值的植物生命过程的基因组,并认识它们的结构、组织和功能。
2004年度的资助主要集中于三个重要领域:对重要植物和植物家族的不同基因组的精细分析;功能基因组学——研究各种基因与它们所起的生物学作用之间的关系;还要建立一个可共享的基因组学数据库和研究工具。此外,所有计划都将继续兑现PGRP的承诺:让各领域的学生们在生物科学的最前沿进行研究工作,以培养下一代的科学家。将有150名学生参加今年的各项新计划。
NSF的生物学科学委员会主任玛丽 · 克拉特(Mary Clutter,见上图)说:“这些受资助的研究将使我们进一步深入了解植物的基本生命过程,开发改良农作物,并培养未来的科学家。这项工作的结果将影响我们生活的每个方面。”
例如,由康奈尔大学领衔的一个研究联盟将参与一项对西红柿12条染色体的富基因区域进行测序的国际研究计划,以绘制西红柿基因组的详尽图谱。该图谱将为开发西红柿的改良品种奠定基础,并有助于科学家们认识诸如土豆、辣椒、烟草和咖啡等相关植物。
而由印第安纳大学负责的研究小组将研究菊科植物的基因组,这类植物包括一些重要的农作物种类:如莴苣、向日葵、菊芋,以及如俄罗斯蓟类这样的有毒杂草。这一工作将有助于理解这些植物在归化过程中其基因组的作用机制,并识别出导致杂草化的性状。另有密西西比州立大学的一个项目将致力于开发火炬松的基因组学工具,火炬松是美国纸浆木材的主要来源,也是其东南各州的主要经济作物。还有数项功能基因组学研究将弄清楚生物体内的有关基因在运行机制中的作用。例如,宾州大学的一个项目是研究苹果树的根状茎和接穗之间的分子遗传学作用,这种作用对植物的抗病性和生长均有影响。棉花是世界上最重要的纤维(经济)作物,得克萨斯大学的研究者们将研究导致棉花纤维发育的遗传学和生理学途径。
作为关于玉米的6项计划之一,密苏里-哥伦比亚大学的研究人员将致力于认识细胞核中DNA包装是如何控制基因的开与关,这一机制的认识将为玉米和其他农作物植物的基因表达提供有力工具。佐治亚大学的研究人员将研究玉米(染色体)中心粒的结构和功能,该中心粒在细胞分裂中起关键作用,它能保证新分裂的每个细胞都能(正常地)接收到一整套染色体。
而更严峻的挑战是如何处理正在进行的各项基因组学计划所产生的大规模大数量的数据,使之适合于更广的学科领域的学生、研究人员和种植者进行索取。本年度对数据库建设的资助包括:亚利桑那大学的ChromDB数据库,着眼于研究控制DNA再包装所涉及的蛋白质,它们能使植物生长和发育过程中特定的基因得以表达;冷泉港实验室的Gramene数据库,致力于谷物和禾本科植物的基因组研究;田纳西大学的Populus Genome Portal数据库,致力于杨树及其相关树木的基因组学研究。
另外,本年度计划中还将建立两个新的“虚拟中心”。其中一个由纽约大学负责,纽约植物园、美国自然历史博物馆和冷泉港实验室参与,将以进化基因组学为研究目标,着眼于研究不同植物的不同重要性状进化形成的遗传学机制,比如各类种子的发育过程。第二个中心由耶鲁大学担纲,加州大学戴维斯分校参与,着眼于应用实验方法分析新近完成测序的水稻基因组中的每个基因,其总数可能多达六万个。