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生物信息学与林业现代化[最终版]

第一篇：生物信息学与林业现代化[最终版]生物信息学在林业生物技术上的应用林业是整个农业的重要组成部分，肩负着调节生态环境、促进生物资源的合理利用以及提高农民经济收入等多种重任，对于实现国民经济的可持续发展有着至关重要的意义。从这些年林业的发展来看，一方面，工业的污染、农业的过度开垦、城市化的进程等对林业及其相关资源造成严重的破坏，使得越来越多的人认识到发展林业、改善生态环境迫在眉睫，而另一方面，低效的经营管理模式和落后的科学研究水平困扰着林业的发展。发展林业需要解决的问题很多，如人工造林的生态效应问题、森林病虫害的防治和种质资源的保护及开发等，这些问题的深入分析和解决离不开现代生物学技术。现代生物技术已进入分子水平，特别是，随着人类基因组工程的开展，生物信息学作为一门独立的学科产生，它对于分子生物学技术的广泛应用和生物学科之间的资源共享起到非常重要的作用。而这正是这一点，将在帮助林业工作者改造传统林业中发挥积极的作用。1.林业生物技术的发展一直以来，人们都在积极探索利用生物技术来改善农林业生产，从其整个发展历程来说，大致可分为三个阶段。在分子生物学产生以前，生物的研究主要基于性状描述和分析为主，大多只停留在现象的观察和简单的生理生化分析。由于林业的一些现实问题，如林木生长周期长，木本通常都较为高大，且处于复杂的生态环境中等，使得在林业上应用生物技术较为困难。随着DNA双螺旋现象的揭示，使得分子生物学逐渐发展起来，对生命现象的研究逐渐进入到分子和基因的水平，以细胞和组织培养、基因工程为代表的一系列生物技术成为改造传统农林业的重要工具，由于物种之间遗传本质的相似性，在农业上应用的生物技术在一定程度上可应用于林业的生产和科研。但是，由于这一阶段的生物技术是在原有生物性状观察的基础上发展而来的，即生物科学和技术基本上是为了解决上一阶段提出和遗留的问题，因此缺乏系统性，难以解释和解决一些复杂的生命问题，因此生物技术只能在林业生产中发挥辅助作用，而传统的生产和经营模式往往起了决定性作用。自上个世纪九十年代以来，随着人类基因组工程有关工作的开展，分子生物学进入到一个新的水平，对生物科学的研究逐渐进入到基因组水平，生物技术逐渐包含更多的内容，除了对原有转基因动植物技术有更多的发展之外，还涉及基因组工程、蛋白质组工程、生物信息学技术、生物芯片技术等高新生物技术。由于人类基因组工程相关工作的开展，带来了生物学相关数据的急剧增加，为了储存、管理、分析和利用这些大量数据，不得不借助于现代信息学技术，随着更多物种在基因组层次上的研究，生物信息学渐渐成为一门独立的学科，渗透到生物学科的各个研究领域，成为现代生物技术的重要工具。从基因识别、克隆，到种质鉴定、基因表达分析，特别是在此基础上发展的比较基因组学，大大拓宽了生物技术的应用范围。这些在医学方面首先进行的工作，已经在农业领域初显成效，利用积累的材料和方法，科学家已经完成或正在进行一些模式植物和模式作物的基因组测序和基因表达分析，如拟南芥、水稻、小麦等。中国在这方面也显示了相当的实力，如独立完成了超级稻的基因组框架图。在林业上，中国有相当丰富的资源，在今后相当长的时间里，随着测序、基因芯片等技术的普及，将有大量独创性的工作可以去做。总之，生物信息学在很大程度上促进了生物学科之间的资源和方法上共享，实现从整体和本质上把握生命规律的重要途径，它的任务也不仅仅是有关疾病、药物筛选，它已经渗透到分子生物学的各个领域，因此，充分利用生物信息学提供的方法和资源，是当今发展林业生物技术的重要方面。2.生物信息学在林业生物技术上的应用2.1生物信息学对林业生物技术的重要作用生物信息学旨在存储、管理、分析和利用这些生物信息，是生物学、数学和信息学等多学科紧密结合，知识性强的学科。生物信息学作为生物技术的重要手段，加强了生物技术的创新能力，使其日益成为知识密集型的科学创新体系。在这一体系中，能够实现资源共享，避免重复建设，实现效率的最大化。借助生物信息学，生物学家不仅能存储和管理大量生物学数据，更为重要的是可以进行系统分析和处理，尽可能获取有用信息，减少费时的实验，从而大大提高了生物技术的效率。例如科学家现在已经掌握较为可靠的计算机辅助预测植物基因改良试验的结果，从而减少在各种条件下检验基因改良植物生长的实验。因此，可以说生物信息学是生物科学研究和生物技术开发的捷径，甚至从某种程度上说，没有生物信息学技术，就无法研究生物的基因组，也就谈不上现代生物学技术。生物信息学的的数据在不断增加，以国际著名的基因数据库Genebank为例，至2002年3月，其核酸序列已达到一千五百万条左右，涉及十万多种生物，而且还在飞速增长。特别是对于基因表达方面研究的深入，EST序列增加最大，使得核酸序列总量平均