玉米是全球第一大作物、我國第二大作物,，而干旱是影響其產(chǎn)量的重要限制因素,。山東大學(xué)生命科學(xué)院張舉仁教授的課題組利用基因芯片技術(shù)研究了開花期玉米頂葉干旱脅迫下基因的表達(dá)。
開花期是玉米需水臨界期,，對干旱脅迫反應(yīng)最敏感,，此時逢干旱會使產(chǎn)量下降幅度最大。張教授的課題組以開花期玉米為材料,，分別對其進(jìn)行短期和長期的干旱脅迫,，采用全基因組芯片研究了頂葉中基因的表達(dá)情況,。
分析的結(jié)果表明，有197個基因在短期脅迫下差異表達(dá)（53％上調(diào)）,，而在長期脅迫下,，則有1009個基因差異表達(dá)（32％上調(diào)）。分離得到的差異表達(dá)基因中約有一半的基因功能未知,，其他基因按功能則可分為：代謝相關(guān),；細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；轉(zhuǎn)錄相關(guān),；蛋白質(zhì)合成,；細(xì)胞防御；細(xì)胞運(yùn)輸,；亞細(xì)胞定位等幾大類,。
分析實(shí)驗(yàn)表明，在短期脅迫下上調(diào)表達(dá)的基因中,，約有1/3的已知功能基因?qū)儆谛盘栟D(zhuǎn)導(dǎo)功能的分類范疇,，參與細(xì)胞內(nèi)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，這表明信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因在玉米對干旱的早期反應(yīng)中起重要作用,。而在長期干旱條件下,，頂葉中大量的代謝相關(guān)基因差異表達(dá)。
研究人員指出,，特別值得注意的是滲透因子代謝相關(guān)基因的表達(dá)變化：脯氨酸合成途徑中的兩個基因P5CS和P5CR表達(dá)上調(diào)而其降解途徑的關(guān)鍵酶基因ProDH表達(dá)下調(diào)：海藻糖合成途徑中的TPS和TPP表達(dá)下調(diào)而其降解途徑的酶基因Trehalase表達(dá)上調(diào),。另外，棉子糖合成途徑中的關(guān)鍵基因的表達(dá)也大都受誘導(dǎo)上調(diào),。
張教授課題組的這項(xiàng)研究分離得到眾多開花期玉米干旱脅迫誘導(dǎo)差異表達(dá)的基因,，為下一步鑒定其功能、明確其在植物抗旱方面的作用,，和開展玉米抗旱基因工程研究提供依據(jù),。
張舉仁，男,，漢族,，1955年2月出生。博士,，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授,，博導(dǎo)。1975年9月進(jìn)入甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí),，1978年考取蘭州大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)研究生,，師從鄭國錩院士。研究方向?yàn)榧?xì)胞工程。1982年1月獲碩士學(xué)位,，1985年3月獲理學(xué)博士學(xué)位,。1987年晉升為副教授， 1992年底晉升為教授,。1987年榮獲中科院青年獎勵基金,。 1991年被國家教委和國務(wù)院學(xué)位委員會授予做出突出貢獻(xiàn)的中國博士學(xué)位獲得者證書。1993年10月起享受政府特殊津貼?，F(xiàn)任山東省細(xì)胞生物學(xué)會理事長等職,。他長期從事植物細(xì)胞工程和基因工程研究，發(fā)表論文60余篇,，獲得國家發(fā)明專利3項(xiàng),；獲得省部級成果獎3項(xiàng)，其中二等獎兩項(xiàng),，排名第一,。
附：張舉仁教授代表性研究成果和論文
主要代表性工作有：
1、探索出植物遺傳轉(zhuǎn)化的新方法,，為從多種難于轉(zhuǎn)化的植物獲得大批轉(zhuǎn)基因植株開辟了新途徑,。采用該方法已批量獲得了玉米、小麥和棉花等作物的轉(zhuǎn)基因植株,。并將多個有用基因分別轉(zhuǎn)入玉米骨干自交系,，獲得了抗除草劑、抗蟲,、或耐鹽及耐旱性大幅度提高的轉(zhuǎn)基因植株及其后代，并培育出轉(zhuǎn)基因玉米自交系,。
2,、 攻克了我國玉米骨干自交系組織培養(yǎng)難度大的難關(guān)，建立起玉米細(xì)胞工程育種的成套技術(shù),，獲得了多種突變體,。并從突變體后代中培育出耐鹽、抗病或耐低磷玉米自交系及單交種,，有2個品種已通過省級審定并廣泛推廣,。
3、構(gòu)建出玉米高質(zhì)量的cDNA文庫,，從中篩選出肌醇磷酸合成酶基因和磷酸肌醇激酶基因等20多個與植物抗逆相關(guān)的基因,，并對其中6個基因進(jìn)行了功能分析和基因表達(dá)研究。利用抑制性差減雜交技術(shù)構(gòu)建了兩個干旱脅迫下開花期玉米消減文庫,。對兩個文庫部分克隆進(jìn)行測序,，獲得了940條cDNA序列，確定了370條單一的ESTs在干旱脅迫處理中顯著上調(diào)，并對部分感興趣的cDNA進(jìn)行了實(shí)時定量RT-PCR分析和全長cDNA克隆,，并設(shè)計(jì)RNAi干擾體進(jìn)行基因功能分析,。
4、以鹽生植物鹽芥為材料進(jìn)行耐鹽相關(guān)基因及其啟動子的克隆,，獲得了10條耐鹽相關(guān)基因和3個基因的啟動子區(qū)域,，發(fā)現(xiàn)鹽芥耐鹽相關(guān)基因的功能與擬南芥中直向同源基因的功能基本相同，但表達(dá)譜可有很大差別,，基因啟動子區(qū)域序列相似程度很低,，為植物耐鹽機(jī)制的認(rèn)識提供了重要資料。
5,、在玉米分子育種和基因克隆方面取得了較大突破,。構(gòu)建出我國玉米“掖478 ×90110” 的RFLP 圖譜；確定了玉米粗縮病抗性是由多基因決定的,，并將其中一個抗性位點(diǎn)定位在6號染色體上,，找到了與其緊密連鎖的分子標(biāo)記，為玉米抗粗縮病育種提供快速有效的途徑,；尋找到與大斑病抗性基因Ht2緊密連鎖的分子標(biāo)記,，克隆Ht2基因的工作取得了初步成果。
6,、建立起先進(jìn)的甜菜,、草坪草細(xì)胞工程和基因工程育種體系，獲得了一批具有重要價值的材料,。采用細(xì)胞工程技術(shù)培育出的生長迅速高產(chǎn)耐鹽的飼用甜菜新品系在濱海鹽堿地種植顯示出良好的抗性和高產(chǎn)性,。在基因工程研究中，已將能夠提高植物耐鹽性或耐熱性的基因轉(zhuǎn)入黑麥草,、早熟禾,、高羊茅和多個甜菜優(yōu)良品種中，通過耐鹽性篩選,，獲得了一批耐鹽耐旱的黑麥草,、早熟禾、高羊茅和甜菜新種質(zhì),。
7,、研制出高效花生增產(chǎn)劑等產(chǎn)品，獲得了農(nóng)業(yè)新技術(shù)新產(chǎn)品推廣許可證,，并大面積推廣,。
8、較系統(tǒng)研究了亞麻培養(yǎng)細(xì)胞脫分化過程及影響因素,，提出了植物細(xì)胞脫分化階段的新劃分,。
9,、誘導(dǎo)玉米未預(yù)處理芽尖直接產(chǎn)生雌、雄花序,，并研究了基因型和外源因素的影響,，對經(jīng)典的植物發(fā)育階段理論提出了修正。
